Was ist ein kryogener Laser

Das Konzept der Laser, die bei niedrigen Temperaturen arbeiten, ist nicht neu: Der zweite Laser in der Geschichte war kryogen. Das Konzept war zunächst schwierig, Raumtemperaturbetrieb zu erreichen, und die Begeisterung für die Arbeit mit niedriger Temperatur begann in den neunziger Jahren mit der Entwicklung von Hochleistungslasern und Verstärkern.

In hoher LeistungLaserquellen, thermische Effekte wie Depolarisationsverlust, thermische Linsen oder Laserkristallbiegung können die Leistung desLichtquelle. Durch die Kühlung mit niedriger Temperatur können viele schädliche thermische Effekte effektiv unterdrückt werden, dh das Gewinnmedium muss auf 77.000 oder sogar 4K abgekühlt werden. Der Kühlungseffekt umfasst hauptsächlich:

Die charakteristische Leitfähigkeit des Gewinnmediums wird stark gehemmt, vor allem, weil der mittlere freie Weg des Seils erhöht wird. Infolgedessen sinkt der Temperaturgradient dramatisch. Wenn beispielsweise die Temperatur von 300 k auf 77 km senkt, nimmt die thermische Leitfähigkeit des YAG -Kristalls um den Faktor von sieben zu.

Der thermische Diffusionskoeffizient nimmt ebenfalls stark ab. Dies führt zusammen mit einer Verringerung des Temperaturgradienten zu einem verringerten thermischen Linseneffekt und damit zu einer verringerten Wahrscheinlichkeit einer Stressruptur.

Der thermooptische Koeffizient wird ebenfalls verringert, wodurch der thermische Linseneffekt weiter verringert wird.

Die Zunahme des Absorptionsquerschnitts des Iones Seltenerds ist hauptsächlich auf die Verringerung der durch thermischen Wirkung verursachten Verbreiterung zurückzuführen. Daher wird die Sättigungsleistung verringert und der Lasergewinn erhöht. Daher wird die Schwellenwertpumpenleistung verringert und kürzere Impulse können erhalten werden, wenn der Q -Schalter betrieben wird. Durch Erhöhen der Durchlässigkeit des Ausgangskopplers kann die Steigungseffizienz verbessert werden, so

Die Partikelzahl des gesamten niedrigen Niveaus des Verstärkungsmediums auf Quasi-Drei wird reduziert, so Zum Beispiel kann YB: YAG, das bei 1030 nm Licht erzeugt, als Quasi-Drei-System bei Raumtemperatur, aber als vierstufiges System bei 77 km angesehen werden. ER: Gleiches gilt für YAG.

Abhängig vom Verstärkungsmedium wird die Intensität einiger Quenching -Prozesse verringert.

In Kombination mit den oben genannten Faktoren kann niedriger Temperaturbetrieb die Leistung des Lasers erheblich verbessern. Insbesondere die Kühllaser mit niedrigen Temperaturen können ohne thermische Effekte eine sehr hohe Ausgangsleistung erhalten, dh eine gute Strahlqualität kann erhalten werden.

Ein Problem ist, dass in einem kryokoolen Laserkristall die Bandbreite des abgestrahlten Lichts und das absorbierte Licht verringert werden, sodass der Wellenlängenabstimmungsbereich enger sein wird und die Linienbreite und die Wellenlängenstabilität des gepumpten Lasers strenger sein werden. Dieser Effekt ist jedoch normalerweise selten.

Kryogene Kühlung verwendet normalerweise ein Kühlmittel wie flüssiges Stickstoff oder flüssiges Helium, und im Idealfall zirkuliert das Kältemittel durch ein an einem Laserkristall befestigter Röhrchen. Kühlmittel wird rechtzeitig aufgefüllt oder in einer geschlossenen Schleife recycelt. Um eine Verfestigung zu vermeiden, muss der Laserkristall in eine Vakuumkammer gelegt werden.

Das Konzept von Laserkristallen, die bei niedrigen Temperaturen arbeiten, kann auch auf Verstärker angewendet werden. Der Titan -Saphir kann verwendet werden, um einen positiven Feedback -Verstärker zu erstellen, der durchschnittliche Ausgangsleistung in Zehn Watts.

Obwohl kryogene Kühlgeräte kompliziert werden könnenLasersystemeHäufigere Kühlsysteme sind oft weniger einfach, und die Effizienz der kryogenen Kühlung ermöglicht eine gewisse Verringerung der Komplexität.