క్రయోజెనిక్ లేజర్ అంటే ఏమిటి

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

అధిక శక్తిలోలేజర్ మూలాలు, డిపోలరైజేషన్ నష్టం, థర్మల్ లెన్స్ లేదా లేజర్ క్రిస్టల్ బెండింగ్ వంటి థర్మల్ ఎఫెక్ట్స్ పనితీరును ప్రభావితం చేస్తాయికాంతి మూలం. తక్కువ ఉష్ణోగ్రత శీతలీకరణ ద్వారా, అనేక హానికరమైన ఉష్ణ ప్రభావాలను సమర్థవంతంగా అణచివేయవచ్చు, అంటే, లాభం మాధ్యమాన్ని 77K లేదా 4Kకి చల్లబరచాలి. శీతలీకరణ ప్రభావం ప్రధానంగా వీటిని కలిగి ఉంటుంది:

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

థర్మల్ డిఫ్యూజన్ కోఎఫీషియంట్ కూడా బాగా తగ్గుతుంది. ఇది, ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతలో తగ్గింపుతో పాటు, తగ్గిన థర్మల్ లెన్సింగ్ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు అందువల్ల ఒత్తిడి చీలిక యొక్క సంభావ్యత తగ్గుతుంది.

థర్మో-ఆప్టికల్ కోఎఫీషియంట్ కూడా తగ్గించబడింది, థర్మల్ లెన్స్ ప్రభావాన్ని మరింత తగ్గిస్తుంది.

అరుదైన భూమి అయాన్ యొక్క శోషణ క్రాస్ సెక్షన్ పెరుగుదల ప్రధానంగా ఉష్ణ ప్రభావం వలన ఏర్పడే విస్తరణ తగ్గుదల కారణంగా ఉంది. అందువల్ల, సంతృప్త శక్తి తగ్గుతుంది మరియు లేజర్ లాభం పెరుగుతుంది. అందువల్ల, థ్రెషోల్డ్ పంప్ పవర్ తగ్గించబడుతుంది మరియు Q స్విచ్ పనిచేస్తున్నప్పుడు తక్కువ పప్పులను పొందవచ్చు. అవుట్‌పుట్ కప్లర్ యొక్క ప్రసారాన్ని పెంచడం ద్వారా, వాలు సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచవచ్చు, కాబట్టి పరాన్నజీవి కుహరం నష్టం ప్రభావం తక్కువగా ఉంటుంది.

పాక్షిక-మూడు-స్థాయి లాభం మాధ్యమం యొక్క మొత్తం తక్కువ స్థాయి కణ సంఖ్య తగ్గించబడుతుంది, కాబట్టి థ్రెషోల్డ్ పంపింగ్ పవర్ తగ్గించబడుతుంది మరియు శక్తి సామర్థ్యం మెరుగుపడుతుంది. ఉదాహరణకు, 1030nm వద్ద కాంతిని ఉత్పత్తి చేసే Yb:YAG, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద పాక్షిక-మూడు-స్థాయి వ్యవస్థగా చూడవచ్చు, కానీ 77K వద్ద నాలుగు-స్థాయి వ్యవస్థ. Er: YAGకి కూడా ఇదే వర్తిస్తుంది.

లాభం మాధ్యమంపై ఆధారపడి, కొన్ని చల్లార్చే ప్రక్రియల తీవ్రత తగ్గించబడుతుంది.

పై కారకాలతో కలిపి, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఆపరేషన్ లేజర్ పనితీరును బాగా మెరుగుపరుస్తుంది. ప్రత్యేకించి, 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 లైట్ మరియు శోషించబడిన కాంతి యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్ తగ్గించబడుతుంది, కాబట్టి తరంగదైర్ఘ్యం ట్యూనింగ్ పరిధి సన్నగా ఉంటుంది మరియు పంప్ చేయబడిన లేజర్ యొక్క లైన్ వెడల్పు మరియు తరంగదైర్ఘ్యం స్థిరత్వం మరింత కఠినంగా ఉంటుంది. . అయితే, ఈ ప్రభావం సాధారణంగా అరుదు.

క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణ సాధారణంగా లిక్విడ్ నైట్రోజన్ లేదా లిక్విడ్ హీలియం వంటి శీతలకరణిని ఉపయోగిస్తుంది మరియు శీతలకరణి లేజర్ క్రిస్టల్‌కు జోడించిన ట్యూబ్ ద్వారా ప్రసరిస్తుంది. శీతలకరణి సమయానికి భర్తీ చేయబడుతుంది 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 ఫీడ్‌బ్యాక్ యాంప్లిఫైయర్‌ని తయారు చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు, ఇది పదుల వాట్లలో సగటు అవుట్‌పుట్ పవర్.

క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణ పరికరాలు సంక్లిష్టంగా ఉన్నప్పటికీలేజర్ వ్యవస్థలు, మరింత సాధారణ శీతలీకరణ వ్యవస్థలు తరచుగా తక్కువ సరళంగా ఉంటాయి మరియు క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణ యొక్క సామర్థ్యం సంక్లిష్టతలో కొంత తగ్గింపును అనుమతిస్తుంది.