Криоген лазер гэж юу вэ

Бага температурт ажилладаг лазерын тухай ойлголт шинэ зүйл биш юм: түүхэн дэх хоёр дахь лазер нь криоген байсан. Эхэндээ энэ ойлголтыг өрөөний температурт ажиллуулахад хэцүү байсан бөгөөд 1990-ээд онд өндөр хүчин чадалтай лазер болон өсгөгчийг хөгжүүлснээр бага температурт ажиллах хүсэл эрмэлзэл эхэлсэн.

Өндөр хүчин чадалтайлазерын эх үүсвэрүүд, деполяризацийн алдагдал, дулааны линз эсвэл лазерын талстын нугалалт зэрэг дулааны нөлөө нь гүйцэтгэлд нөлөөлж болногэрлийн эх үүсвэрБага температурт хөргөх замаар олон хортой дулааны нөлөөллийг үр дүнтэй дарангуйлж болно, өөрөөр хэлбэл олшруулагч орчныг 77K эсвэл бүр 4K хүртэл хөргөх шаардлагатай. Хөргөлтийн нөлөөнд голчлон дараахь зүйлс орно.

Олсны дундаж чөлөөт зам нэмэгдсэнтэй холбоотойгоор олсны онцлог дамжуулах чанар ихээхэн дарангуйлагддаг. Үүний үр дүнд температурын градиент огцом буурдаг. Жишээлбэл, температурыг 300К-аас 77К болгон бууруулахад YAG талстын дулаан дамжуулах чанар долоо дахин нэмэгддэг.

Дулааны диффузийн коэффициент мөн огцом буурдаг. Энэ нь температурын градиент буурахтай хамт дулааны линзийн нөлөөг бууруулж, улмаар стрессийн урагдал үүсэх магадлалыг бууруулдаг.

Термооптик коэффициентийг мөн бууруулж, дулааны линзний нөлөөг улам бүр бууруулдаг.

Ховор шороон ионы шингээлтийн хөндлөн огтлолын өсөлт нь голчлон дулааны нөлөөллөөс үүдэлтэй тэлэлт буурсантай холбоотой юм. Тиймээс ханалтын чадал буурч, лазерын олз нэмэгддэг. Тиймээс босго шахуургын чадал буурч, Q унтраалга ажиллаж байх үед богино импульс авах боломжтой. Гаралтын холбогчийн дамжуулалтыг нэмэгдүүлснээр налуугийн үр ашгийг сайжруулж, шимэгч хөндийн алдагдлын нөлөө бага ач холбогдолтой болдог.

Квази-гурван түвшний олшруулалтын орчны нийт доод түвшний бөөмийн тоо буурч, улмаар босго шахах хүч буурч, эрчим хүчний үр ашиг сайжирна. Жишээлбэл, 1030 нм-д гэрэл үүсгэдэг Yb:YAG-ийг өрөөний температурт квази-гурван түвшний систем гэж үзэж болох боловч 77K-д дөрвөн түвшний систем гэж үзэж болно. Er: YAG-ийн хувьд ч мөн адил.

Өсгөх орчноос хамааран зарим бөхөөх процессын эрчим буурна.

Дээрх хүчин зүйлстэй хослуулан бага температурт ажиллах нь лазерын гүйцэтгэлийг ихээхэн сайжруулж чадна. Ялангуяа бага температурт хөргөх лазерууд нь дулааны нөлөөгүйгээр маш өндөр гаралтын чадал авах боломжтой, өөрөөр хэлбэл сайн цацрагийн чанарыг олж авах боломжтой.

Анхаарах нэг асуудал бол крио хөргөлттэй лазерын болор дээр цацраг туяа болон шингээгдсэн гэрлийн зурвасын өргөн багасч, долгионы уртын тохируулгын хүрээ нарийсч, шахуургатай лазерын шугамын өргөн болон долгионы уртын тогтвортой байдал илүү хатуу байх болно. Гэсэн хэдий ч энэ нөлөө нь ихэвчлэн ховор байдаг.

Криоген хөргөлт нь ихэвчлэн шингэн азот эсвэл шингэн гелий зэрэг хөргөлтийн бодисыг ашигладаг бөгөөд хамгийн тохиромжтой нь хөргөлтийн бодис нь лазерын талсттай холбогдсон хоолойгоор дамжин эргэлддэг. Хөргөлтийн бодисыг цаг хугацаанд нь нөхөж эсвэл битүү гогцоонд дахин боловсруулдаг. Хатуурахаас зайлсхийхийн тулд лазерын талстыг вакуум камерт байрлуулах шаардлагатай байдаг.

Бага температурт ажилладаг лазер талстуудын тухай ойлголтыг өсгөгчүүдэд ч хэрэглэж болно. Титан индранил чулууг эерэг хариу урвалын өсгөгч хийхэд ашиглаж болох бөгөөд дундаж гаралтын чадал нь хэдэн арван ватт байдаг.

Хэдийгээр криоген хөргөлтийн төхөөрөмжүүд нь хүндрэл учруулж болзошгүй члазер системүүд, илүү түгээмэл хэрэглэгддэг хөргөлтийн системүүд нь ихэвчлэн энгийн биш байдаг бөгөөд криоген хөргөлтийн үр ашиг нь нарийн төвөгтэй байдлыг зарим талаар бууруулах боломжийг олгодог.