Wat ass e kryogenen Laser

D'Konzept vu Laseren, déi bei niddregen Temperaturen funktionéieren, ass net nei: den zweete Laser an der Geschicht war kryogen. Ufanks war et schwéier, dëse Konzept bei Raumtemperatur z'erreechen, an den Enthusiasmus fir d'Aarbecht bei niddregen Temperaturen huet an den 1990er Joren ugefaangen, mat der Entwécklung vun héichleeschtende Laseren a Verstärker.

An héijer KraaftLaserquellen, thermesch Effekter wéi Depolarisatiounsverloscht, thermesch Lënsen oder Laserkristallbéiung kënnen d'Leeschtung vumLiichtquellDuerch Ofkillung bei niddreger Temperatur kënnen vill schiedlech thermesch Effekter effektiv ënnerdréckt ginn, dat heescht, de Verstärkungsmedium muss op 77K oder souguer 4K ofgekillt ginn. Den Ofkillungseffekt ëmfaasst haaptsächlech:

Déi charakteristesch Konduktivitéit vum Verstärkungsmedium gëtt staark hemmt, haaptsächlech well de mëttleren fräie Wee vum Seel erhéicht gëtt. Doduerch fällt den Temperaturgradient dramatesch. Zum Beispill, wann d'Temperatur vun 300K op 77K erofgesat gëtt, klëmmt d'Wärmeleitfäegkeet vum YAG-Kristall ëm de Faktor siwe.

Den thermeschen Diffusiounskoeffizient hëlt och staark of. Dëst, zesumme mat enger Reduktioun vum Temperaturgradient, féiert zu engem reduzéierten thermesche Lënseneffekt an domat zu enger reduzéierter Wahrscheinlechkeet vu Spannungsbroch.

Den thermooptesche Koeffizient gëtt och reduzéiert, wat den thermesche Lënseneffekt weider reduzéiert.

D'Erhéijung vum Absorptiounsquerschnitt vun Ionen aus Seltener Äerdmetaller ass haaptsächlech op d'Reduktioun vun der Verbreedung zeréckzeféieren, déi duerch den thermeschen Effekt verursaacht gëtt. Dofir gëtt d'Sättigungsleistung reduzéiert an de Lasergewënn erhéicht. Dofir gëtt d'Schwellepompelleistung reduzéiert, a méi kuerz Impulser kënnen erreecht ginn, wann de Q-Schalter funktionéiert. Duerch d'Erhéijung vun der Transmittanz vum Ausgangskopler kann d'Steigungseffizienz verbessert ginn, sou datt de Verloschteffekt vun der parasitärer Kavitéit manner wichteg gëtt.

D'Partikelzuel vum gesamten niddrege Niveau vum quasi-dräi-Niveau-Verstärkungsmedium gëtt reduzéiert, sou datt d'Schwellepompeleeschtung reduzéiert gëtt an d'Energieeffizienz verbessert gëtt. Zum Beispill kann Yb:YAG, dat Liicht bei 1030 nm produzéiert, bei Raumtemperatur als quasi-dräi-Niveau-System ugesi ginn, awer als véier-Niveau-System bei 77K. Er: Datselwecht gëllt fir YAG.

Jee no Verstärkungsmedium gëtt d'Intensitéit vu verschiddene Läschprozesser reduzéiert.

Kombinéiert mat den uewe genannten Faktoren kann de Betrib bei niddreger Temperatur d'Leeschtung vum Laser däitlech verbesseren. Besonnesch Laser mat Ofkillung bei niddreger Temperatur kënnen eng ganz héich Ausgangsleistung ouni thermesch Effekter erreechen, dat heescht, eng gutt Stralqualitéit kann erreecht ginn.

Eng Saach, déi ze berécksiichtegen ass, ass datt an engem kryokühlten Laserkristall d'Bandbreet vum ausgestraalten Liicht an dem absorbéierte Liicht reduzéiert gëtt, sou datt de Wellelängtenofstëmmungsberäich méi enk ass, an d'Linnebreet an d'Wellelängtenstabilitéit vum gepompelte Laser méi streng sinn. Dësen Effekt ass awer normalerweis rar.

Kryogen Ofkillung benotzt normalerweis e Killmëttel, wéi flëssege Stéckstoff oder flëssegt Helium, an idealerweis zirkuléiert de Kältemëttel duerch e Rouer, deen un engem Laserkristall ugeschloss ass. Killmëttel gëtt mat der Zäit nei opgefëllt oder an engem zouene Kreeslaf recycléiert. Fir Erstarrung ze vermeiden, ass et normalerweis néideg, de Laserkristall an eng Vakuumkammer ze placéieren.

D'Konzept vu Laserkristaller, déi bei niddregen Temperaturen funktionéieren, kann och op Verstärker ugewannt ginn. Titansaphir kann benotzt ginn, fir e positive Feedback-Verstärker ze maachen, mat enger duerchschnëttlecher Ausgangsleistung an Zénger Watt.

Och wann kryogen Ofkillungsapparater komplizéiere kënnenLasersystemer, méi üblech Killsystemer si meeschtens manner einfach, an d'Effizienz vun der kryogener Killung erlaabt eng gewëssen Reduktioun vun der Komplexitéit.