क्रायोजेनिक लेजर भनेको के हो?

कम तापक्रममा सञ्चालन हुने लेजरहरूको अवधारणा नयाँ होइन: इतिहासको दोस्रो लेजर क्रायोजेनिक थियो। सुरुमा, यो अवधारणा कोठाको तापक्रममा सञ्चालन प्राप्त गर्न गाह्रो थियो, र कम-तापमानको कामको लागि उत्साह १९९० को दशकमा उच्च-शक्ति लेजर र एम्पलीफायरहरूको विकाससँगै सुरु भयो।

उच्च शक्तिमालेजर स्रोतहरू, विध्रुवीकरण हानि, थर्मल लेन्स वा लेजर क्रिस्टल झुकाउने जस्ता थर्मल प्रभावहरूले को कार्यसम्पादनलाई असर गर्न सक्छप्रकाश स्रोतकम तापक्रमको शीतलनको माध्यमबाट, धेरै हानिकारक थर्मल प्रभावहरूलाई प्रभावकारी रूपमा दबाउन सकिन्छ, अर्थात्, लाभ माध्यमलाई ७७K वा ४K सम्म पनि शीतलन गर्न आवश्यक छ। शीतलन प्रभावमा मुख्यतया समावेश छ:

लाभ माध्यमको विशेषता चालकता धेरै हदसम्म रोकिएको छ, मुख्यतया किनभने डोरीको औसत मुक्त मार्ग बढेको छ। फलस्वरूप, तापक्रम ढाँचा नाटकीय रूपमा घट्छ। उदाहरणका लागि, जब तापक्रम ३००K बाट ७७K मा घटाइन्छ, YAG क्रिस्टलको तापीय चालकता सात गुणाले बढ्छ।

थर्मल डिफ्यूजन कोफिसिएन्ट पनि तीव्र रूपमा घट्छ। यसले, तापक्रम ढाँचामा कमीसँगै, थर्मल लेन्सिङ प्रभाव कम हुन्छ र त्यसैले तनाव फुट्ने सम्भावना कम हुन्छ।

थर्मो-अप्टिकल गुणांक पनि घटाइएको छ, जसले गर्दा थर्मल लेन्स प्रभाव अझ कम हुन्छ।

दुर्लभ पृथ्वी आयनको अवशोषण क्रस सेक्सनमा वृद्धि मुख्यतया थर्मल प्रभावको कारणले हुने फराकिलोपनमा कमीको कारणले हुन्छ। त्यसैले, संतृप्ति शक्ति घटाइन्छ र लेजर लाभ बढाइन्छ। त्यसैले, थ्रेसहोल्ड पम्प शक्ति घटाइन्छ, र Q स्विच सञ्चालन हुँदा छोटो पल्स प्राप्त गर्न सकिन्छ। आउटपुट कप्लरको ट्रान्समिटेन्स बढाएर, ढलान दक्षता सुधार गर्न सकिन्छ, त्यसैले परजीवी गुहा क्षति प्रभाव कम महत्त्वपूर्ण हुन्छ।

अर्ध-तीन-स्तरीय लाभ माध्यमको कुल निम्न स्तरको कण संख्या घटाइन्छ, त्यसैले थ्रेसहोल्ड पम्पिङ पावर घटाइन्छ र पावर दक्षता सुधार हुन्छ। उदाहरणका लागि, १०३०nm मा प्रकाश उत्पादन गर्ने Yb:YAG लाई कोठाको तापक्रममा अर्ध-तीन-स्तरीय प्रणालीको रूपमा देख्न सकिन्छ, तर ७७K मा चार-स्तरीय प्रणालीको रूपमा। Er: YAG को लागि पनि यही कुरा सत्य हो।

लाभ माध्यमको आधारमा, केही शमन प्रक्रियाहरूको तीव्रता कम हुनेछ।

माथिका कारकहरूसँग मिलाएर, कम तापक्रम सञ्चालनले लेजरको कार्यसम्पादनमा धेरै सुधार गर्न सक्छ। विशेष गरी, कम तापक्रमको शीतलन लेजरहरूले थर्मल प्रभाव बिना धेरै उच्च आउटपुट पावर प्राप्त गर्न सक्छन्, अर्थात्, राम्रो बीम गुणस्तर प्राप्त गर्न सकिन्छ।

विचार गर्नुपर्ने एउटा मुद्दा के हो भने क्रायोकूल्ड लेजर क्रिस्टलमा, विकिरणित प्रकाश र अवशोषित प्रकाशको ब्यान्डविथ कम हुनेछ, त्यसैले तरंगदैर्ध्य ट्युनिङ दायरा साँघुरो हुनेछ, र पम्प गरिएको लेजरको रेखा चौडाइ र तरंगदैर्ध्य स्थिरता बढी कडा हुनेछ। यद्यपि, यो प्रभाव सामान्यतया दुर्लभ हुन्छ।

क्रायोजेनिक शीतलनमा सामान्यतया शीतलक प्रयोग गरिन्छ, जस्तै तरल नाइट्रोजन वा तरल हेलियम, र आदर्श रूपमा रेफ्रिजरेन्ट लेजर क्रिस्टलमा जोडिएको ट्यूब मार्फत परिसंचरण हुन्छ। शीतलक समयमै पुनः भरिन्छ वा बन्द लूपमा पुन: प्रयोग गरिन्छ। ठोस हुनबाट बच्नको लागि, लेजर क्रिस्टललाई सामान्यतया भ्याकुम चेम्बरमा राख्नु आवश्यक हुन्छ।

कम तापक्रममा सञ्चालन हुने लेजर क्रिस्टलको अवधारणा एम्पलीफायरहरूमा पनि लागू गर्न सकिन्छ। टाइटेनियम नीलमणिलाई सकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायर बनाउन प्रयोग गर्न सकिन्छ, दशौं वाटमा औसत आउटपुट पावर।

यद्यपि क्रायोजेनिक शीतलन उपकरणहरूले जटिल बनाउन सक्छन्लेजर प्रणालीहरू, अधिक सामान्य शीतलन प्रणालीहरू प्रायः कम सरल हुन्छन्, र क्रायोजेनिक शीतलनको दक्षताले जटिलतामा केही कमी ल्याउन अनुमति दिन्छ।