క్రయోజెనిక్ లేజర్ అంటే ఏమిటి

తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేసే లేజర్‌ల భావన కొత్తది కాదు: చరిత్రలో రెండవ లేజర్ క్రయోజెనిక్. ప్రారంభంలో, గది ఉష్ణోగ్రత ఆపరేషన్ సాధించడం చాలా కష్టం, మరియు తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పనుల యొక్క ఉత్సాహం 1990 లలో అధిక-శక్తి లేజర్‌లు మరియు యాంప్లిఫైయర్ల అభివృద్ధితో ప్రారంభమైంది.

అధిక శక్తిలోలేజర్ మూలాలు, డిపోలరైజేషన్ నష్టం, థర్మల్ లెన్స్ లేదా లేజర్ క్రిస్టల్ బెండింగ్ వంటి ఉష్ణ ప్రభావాలు పనితీరును ప్రభావితం చేస్తాయికాంతి మూలం. తక్కువ ఉష్ణోగ్రత శీతలీకరణ ద్వారా, అనేక హానికరమైన ఉష్ణ ప్రభావాలను సమర్థవంతంగా అణచివేయవచ్చు, అనగా, లాభం మాధ్యమాన్ని 77K లేదా 4K కు చల్లబరచడం అవసరం. శీతలీకరణ ప్రభావం ప్రధానంగా:

లాభం మాధ్యమం యొక్క లక్షణ వాహకత చాలా నిరోధించబడుతుంది, ప్రధానంగా తాడు యొక్క సగటు ఉచిత మార్గం పెరుగుతుంది. ఫలితంగా, ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత నాటకీయంగా పడిపోతుంది. ఉదాహరణకు, ఉష్ణోగ్రత 300K నుండి 77K కి తగ్గించినప్పుడు, YAG క్రిస్టల్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత ఏడు కారకం ద్వారా పెరుగుతుంది.

థర్మల్ డిఫ్యూజన్ గుణకం కూడా బాగా తగ్గుతుంది. ఇది, ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతలో తగ్గింపుతో పాటు, థర్మల్ లెన్సింగ్ ప్రభావానికి దారితీస్తుంది మరియు అందువల్ల ఒత్తిడి చీలిక యొక్క తగ్గిన అవకాశం ఉంటుంది.

థర్మో-ఆప్టికల్ గుణకం కూడా తగ్గుతుంది, ఇది థర్మల్ లెన్స్ ప్రభావాన్ని మరింత తగ్గిస్తుంది.

అరుదైన భూమి అయాన్ యొక్క శోషణ క్రాస్ సెక్షన్ పెరుగుదల ప్రధానంగా థర్మల్ ఎఫెక్ట్ వల్ల కలిగే విస్తరణ తగ్గడం. అందువల్ల, సంతృప్త శక్తి తగ్గుతుంది మరియు లేజర్ లాభం పెరుగుతుంది. అందువల్ల, థ్రెషోల్డ్ పంప్ శక్తి తగ్గుతుంది మరియు Q స్విచ్ పనిచేస్తున్నప్పుడు తక్కువ పప్పులను పొందవచ్చు. అవుట్పుట్ కప్లర్ యొక్క ప్రసారాన్ని పెంచడం ద్వారా, వాలు సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచవచ్చు, కాబట్టి పరాన్నజీవి కుహరం నష్టం ప్రభావం తక్కువ ప్రాముఖ్యత సంతరించుకుంటుంది.

పాక్షిక-మూడు-స్థాయి లాభం మాధ్యమం యొక్క మొత్తం తక్కువ స్థాయి యొక్క కణ సంఖ్య తగ్గుతుంది, కాబట్టి ప్రవేశ పంపింగ్ శక్తి తగ్గుతుంది మరియు శక్తి సామర్థ్యం మెరుగుపడుతుంది. ఉదాహరణకు, 1030nm వద్ద కాంతిని ఉత్పత్తి చేసే YB: YAG, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద పాక్షిక-మూడు-స్థాయి వ్యవస్థగా చూడవచ్చు, కాని 77K వద్ద నాలుగు-స్థాయి వ్యవస్థను చూడవచ్చు. ER: యాగ్ విషయంలో కూడా ఇది వర్తిస్తుంది.

లాభం మాధ్యమాన్ని బట్టి, కొన్ని అణచివేసే ప్రక్రియల తీవ్రత తగ్గించబడుతుంది.

పై కారకాలతో కలిపి, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఆపరేషన్ లేజర్ పనితీరును బాగా మెరుగుపరుస్తుంది. ప్రత్యేకించి, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత శీతలీకరణ లేజర్‌లు థర్మల్ ఎఫెక్ట్స్ లేకుండా చాలా ఎక్కువ ఉత్పత్తి శక్తిని పొందవచ్చు, అనగా మంచి పుంజం నాణ్యతను పొందవచ్చు.

పరిగణించవలసిన ఒక సమస్య ఏమిటంటే, క్రియోకూల్డ్ లేజర్ క్రిస్టల్‌లో, రేడియేటెడ్ లైట్ యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు గ్రహించిన కాంతి తగ్గుతాయి, కాబట్టి తరంగదైర్ఘ్యం ట్యూనింగ్ పరిధి ఇరుకైనది, మరియు పంప్డ్ లేజర్ యొక్క పంక్తి వెడల్పు మరియు తరంగదైర్ఘ్యం స్థిరత్వం మరింత కఠినంగా ఉంటుంది. అయితే, ఈ ప్రభావం సాధారణంగా చాలా అరుదు.

క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణ సాధారణంగా ద్రవ నత్రజని లేదా ద్రవ హీలియం వంటి శీతలకరణిని ఉపయోగిస్తుంది మరియు ఆదర్శంగా రిఫ్రిజెరాంట్ లేజర్ క్రిస్టల్‌కు అనుసంధానించబడిన గొట్టం ద్వారా తిరుగుతుంది. శీతలకరణి సమయానికి తిరిగి నింపబడుతుంది లేదా క్లోజ్డ్ లూప్‌లో రీసైకిల్ చేయబడుతుంది. పటిష్టతను నివారించడానికి, సాధారణంగా లేజర్ క్రిస్టల్‌ను వాక్యూమ్ చాంబర్‌లో ఉంచడం అవసరం.

తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేసే లేజర్ స్ఫటికాల భావనను యాంప్లిఫైయర్లకు కూడా అన్వయించవచ్చు. టైటానియం నీలమణి సానుకూల స్పందన యాంప్లిఫైయర్ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు, పదుల వాట్స్‌లో సగటు ఉత్పత్తి శక్తి.

క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణ పరికరాలు క్లిష్టంగా ఉన్నప్పటికీలేజర్ సిస్టమ్స్, మరింత సాధారణ శీతలీకరణ వ్యవస్థలు చాలా తక్కువ సరళంగా ఉంటాయి మరియు క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణ యొక్క సామర్థ్యం సంక్లిష్టతలో కొంత తగ్గింపును అనుమతిస్తుంది.