Cosa hè un laser criogenicu

U cuncettu di laser chì operanu à bassa temperatura ùn hè micca novu: u sicondu laser in a storia era criogenicu. In principiu, u cuncettu era difficiule à ghjunghje u funziunamentu di a temperatura di l'ambienti, è l'entusiasmu per u travagliu à bassa temperatura principia in l'anni 1990 cù u sviluppu di laser è amplificatori d'alta putenza.

In alta putenzafonti laser, l'effetti termali cum'è a perdita di depolarizazione, lenti termali o curvatura di cristalli laser ponu influenzà a prestazione di ufonte di luce. Attraversu un rinfrescante à bassa temperatura, parechji effetti termali dannosi ponu esse efficacemente suppressi, vale à dì, u mediu di guadagnu deve esse rinfriscatu à 77K o ancu 4K. L'effettu di rinfrescante include principalmente:

A conduttività caratteristica di u mediu di guadagnu hè assai impedita, soprattuttu perchè u percorsu liberu mediu di a corda hè aumentatu. In u risultatu, u gradiente di temperatura scende drasticamente. Per esempiu, quandu a temperatura hè ridutta da 300K à 77K, a conductività termale di u cristallu YAG aumenta da un fattore di sette.

U coefficient di diffusione termale diminuisce ancu assai. Questu, inseme à una riduzione di u gradiente di temperatura, si traduce in un effettu di lente termica ridutta è dunque una probabilità ridutta di rupture di stress.

U coefficient termo-otticu hè ancu ridutta, riducendu ancu più l'effettu di lente termale.

L'aumentu di a sezione trasversale di assorbimentu di ioni di terra rara hè principalmente dovutu à a diminuzione di l'allargamentu causata da l'effettu termale. Dunque, a putenza di saturazione hè ridutta è u guadagnu laser hè aumentatu. Dunque, a putenza di a soglia di a pompa hè ridutta, è pò esse ottenuti impulsi più brevi quandu u switch Q hè operatu. Aumentendu a transmittance di l'accoppiatore di output, l'efficienza di a pendenza pò esse migliurata, cusì l'effettu di perdita di cavità parassita diventa menu impurtante.

U numaru di particeddi di u livellu tutale bassu di u mediu di guadagnu quasi-trè-livellu hè ridutta, cusì u putere di pumping di soglia hè ridutta è l'efficienza di u putere hè migliurata. Per esempiu, Yb: YAG, chì pruduce luce à 1030nm, pò esse vistu cum'è un sistema quasi-trè-livellu à a temperatura di l'ambienti, ma un sistema di quattru livelli à 77K. Er: U stessu hè veru per YAG.

Sicondu u mediu di guadagnà, l'intensità di certi prucessi di quenching serà ridutta.

Cumminatu cù i fattori sopra, u funziunamentu di bassa temperatura pò migliurà assai u funziunamentu di u laser. In particulare, i laser di rinfrescante à bassa temperatura ponu ottene una putenza di output assai alta senza effetti termali, vale à dì, una bona qualità di fasciu pò esse ottenuta.

Una questione da cunsiderà hè chì in un cristallu laser criocooled, a larghezza di banda di a luce radiata è a luce assorbita serà ridutta, cusì 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 pompatu serà più strettu. . Tuttavia, stu effettu hè di solitu raru.

U rinfrescante criogenicu generalmente usa un refrigerante, cum'è nitrogenu liquidu o eliu liquidu, è idealmente u refrigerante circula per un tubu attaccatu à un cristallu laser. U refrigerante hè rimbursatu in u tempu o riciclatu in un ciclu chjusu. Per evitari a solidificazione, hè di solitu necessariu di mette u cristallu laser in una camera di vacuum.

U cuncettu di cristalli laser chì operanu à bassa temperatura pò ancu esse appiicata à l'amplificatori. U zaffiro di titaniu pò esse usatu per fà un amplificatore di feedback pusitivu, a putenza media di output in decine di watt.

Ancu se i dispositi di rinfrescamentu criogenici ponu complicàsistemi laser, i sistemi di rinfrescamentu più cumuni sò spessu menu simplici, è l'efficienza di u cooling criogenicu permette una certa riduzzione di a cumplessità.