క్రయోజెనిక్ లేజర్ అంటే ఏమిటి?

తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేసే లేజర్‌ల భావన కొత్తది కాదు: చరిత్రలో రెండవ లేజర్ క్రయోజెనిక్. ప్రారంభంలో, గది ఉష్ణోగ్రత ఆపరేషన్‌ను సాధించడం ఈ భావన కష్టంగా ఉండేది మరియు తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత పని పట్ల ఉత్సాహం 1990లలో అధిక-శక్తి లేజర్‌లు మరియు యాంప్లిఫైయర్‌ల అభివృద్ధితో ప్రారంభమైంది.

అధిక శక్తిలోలేజర్ వనరులు, 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, అంటే, గెయిన్ మీడియం 77K లేదా 4K కు చల్లబరచాలి. శీతలీకరణ ప్రభావంలో ప్రధానంగా ఇవి ఉంటాయి:

గెయిన్ మాధ్యమం యొక్క లక్షణ వాహకత బాగా నిరోధించబడుతుంది, ప్రధానంగా తాడు యొక్క సగటు ఉచిత మార్గం పెరుగుతుంది. ఫలితంగా, ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత నాటకీయంగా తగ్గుతుంది. ఉదాహరణకు, ఉష్ణోగ్రత 300K నుండి 77K కి తగ్గించబడినప్పుడు, YAG క్రిస్టల్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత ఏడు రెట్లు పెరుగుతుంది.

ఉష్ణ వ్యాప్తి గుణకం కూడా బాగా తగ్గుతుంది. దీని వలన ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత తగ్గడంతో పాటు, ఉష్ణ లెన్సింగ్ ప్రభావం తగ్గుతుంది మరియు అందువల్ల ఒత్తిడి చీలిక సంభావ్యత తగ్గుతుంది.

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

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

క్వాసి-త్రీ-లెవల్ గెయిన్ మీడియం యొక్క మొత్తం తక్కువ స్థాయి యొక్క కణ సంఖ్య తగ్గించబడుతుంది, కాబట్టి థ్రెషోల్డ్ పంపింగ్ పవర్ తగ్గుతుంది మరియు శక్తి సామర్థ్యం మెరుగుపడుతుంది. ఉదాహరణకు, 1030nm వద్ద కాంతిని ఉత్పత్తి చేసే Yb:YAGని గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద క్వాసి-త్రీ-లెవల్ సిస్టమ్‌గా చూడవచ్చు, కానీ 77K వద్ద నాలుగు-లెవల్ సిస్టమ్‌గా చూడవచ్చు. Er: YAGకి కూడా ఇది వర్తిస్తుంది.

గెయిన్ మీడియం మీద ఆధారపడి, కొన్ని క్వెన్చింగ్ ప్రక్రియల తీవ్రత తగ్గుతుంది.

పైన పేర్కొన్న అంశాలతో కలిపి, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఆపరేషన్ లేజర్ పనితీరును బాగా మెరుగుపరుస్తుంది. ముఖ్యంగా, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత శీతలీకరణ లేజర్‌లు థర్మల్ ఎఫెక్ట్స్ లేకుండా చాలా ఎక్కువ అవుట్‌పుట్ శక్తిని పొందగలవు, అంటే మంచి బీమ్ నాణ్యతను పొందవచ్చు.

పరిగణించవలసిన ఒక సమస్య ఏమిటంటే, క్రయోకూల్డ్ లేజర్ క్రిస్టల్‌లో, రేడియేటెడ్ కాంతి మరియు శోషించబడిన కాంతి యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్ తగ్గుతుంది, కాబట్టి తరంగదైర్ఘ్యం ట్యూనింగ్ పరిధి సన్నగా ఉంటుంది మరియు పంప్ చేయబడిన లేజర్ యొక్క లైన్ వెడల్పు మరియు తరంగదైర్ఘ్య స్థిరత్వం మరింత కఠినంగా ఉంటుంది. అయితే, ఈ ప్రభావం సాధారణంగా చాలా అరుదు.

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

తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేసే లేజర్ స్ఫటికాల భావనను యాంప్లిఫైయర్లకు కూడా అన్వయించవచ్చు. టైటానియం నీలమణిని సానుకూల స్పందన యాంప్లిఫైయర్ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు, ఇది పదుల వాట్లలో సగటు అవుట్‌పుట్ శక్తి.

క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణ పరికరాలు సంక్లిష్టంగా ఉన్నప్పటికీలేజర్ వ్యవస్థలు, చాలా సాధారణ శీతలీకరణ వ్యవస్థలు తరచుగా తక్కువ సరళంగా ఉంటాయి మరియు క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణ సామర్థ్యం సంక్లిష్టతను కొంతవరకు తగ్గించడానికి అనుమతిస్తుంది.