Chì ghjè un laser criogenicu

U cuncettu di laser chì funzionanu à basse temperature ùn hè micca novu: u secondu laser di a storia era criogenicu. Inizialmente, u cuncettu era difficiule da ottene à temperatura ambiente, è l'entusiasmu per u travagliu à bassa temperatura hà cuminciatu in l'anni 1990 cù u sviluppu di laser è amplificatori di alta putenza.

À alta putenzafonti laser, l'effetti termichi cum'è a perdita di depolarizazione, a lente termica o a piegatura di u cristallu laser ponu influenzà e prestazioni di ufonte di luceAttraversu u raffreddamentu à bassa temperatura, parechji effetti termichi dannosi ponu esse efficacemente suppressi, vale à dì, u mediu di guadagnu deve esse raffreddatu à 77K o ancu 4K. L'effettu di raffreddamentu include principalmente:

A cunduttività caratteristica di u mediu di guadagnu hè assai inibita, principalmente perchè u percorsu liberu mediu di a corda hè aumentatu. Di cunsiguenza, u gradiente di temperatura diminuisce dramaticamente. Per esempiu, quandu a temperatura hè abbassata da 300K à 77K, a cunduttività termica di u cristallu YAG aumenta di un fattore di sette.

U coefficientu di diffusione termica diminuisce ancu bruscamente. Questu, inseme cù una riduzione di u gradiente di temperatura, si traduce in un effettu di lente termica riduttu è dunque in una probabilità ridotta di rottura per stress.

U coefficientu termo-otticu hè ancu riduttu, riducendu ulteriormente l'effettu di lente termica.

L'aumentu di a sezzione trasversale d'assorbimentu di l'ione di terra rara hè principalmente duvutu à a diminuzione di l'allargamentu causatu da l'effettu termicu. Dunque, a putenza di saturazione hè ridutta è u guadagnu laser hè aumentatu. Dunque, a putenza di a pompa di soglia hè ridutta, è si ponu ottene impulsi più corti quandu l'interruttore Q hè in funzione. Aumentendu a trasmittanza di l'accoppiatore di uscita, l'efficienza di a pendenza pò esse migliurata, cusì l'effettu di perdita di a cavità parassita diventa menu impurtante.

U numeru di particelle di u livellu tutale bassu di u mediu di guadagnu quasi à trè livelli hè riduttu, cusì a putenza di pompaggio di soglia hè ridutta è l'efficienza energetica hè migliurata. Per esempiu, Yb: YAG, chì produce luce à 1030 nm, pò esse vistu cum'è un sistema quasi à trè livelli à temperatura ambiente, ma un sistema à quattru livelli à 77 K. Er: U listessu hè veru per YAG.

Sicondu u mediu di guadagnu, l'intensità di certi prucessi di stinzione serà ridutta.

Cumbinatu cù i fattori sopra citati, u funziunamentu à bassa temperatura pò migliurà assai e prestazioni di u laser. In particulare, i laser di raffreddamentu à bassa temperatura ponu ottene una putenza di uscita assai elevata senza effetti termichi, vale à dì, si pò ottene una bona qualità di u fasciu.

Un prublema da cunsiderà hè chì in un cristallu laser crioraffreddatu, a larghezza di banda di a luce irradiata è a luce assorbita saranu ridutte, dunque a gamma di sintonizazione di a lunghezza d'onda serà più stretta, è a larghezza di a linea è a stabilità di a lunghezza d'onda di u laser pompato saranu più stringenti. Tuttavia, questu effettu hè generalmente raru.

U raffreddamentu criogenicu usa di solitu un refrigerante, cum'è l'azotu liquidu o l'eliu liquidu, è idealmente u refrigerante circula per un tubu attaccatu à un cristallu laser. U refrigerante hè rifornitu in tempu o riciclatu in un circuitu chjusu. Per evità a solidificazione, hè di solitu necessariu di mette u cristallu laser in una camera à vuoto.

U cuncettu di cristalli laser chì funzionanu à basse temperature pò ancu esse applicatu à l'amplificatori. U zaffiro di titaniu pò esse adupratu per fà amplificatori à feedback pusitivu, a putenza media di uscita in decine di watt.

Ancu s'è i dispusitivi di raffreddamentu criogenicu ponu cumplicàsistemi laser, i sistemi di raffreddamentu più cumuni sò spessu menu simplici, è l'efficienza di u raffreddamentu criogenicu permette una certa riduzione di a cumplessità.