క్రయోజెనిక్ లేజర్ అంటే ఏమిటి?

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

అధిక శక్తిలోలేజర్ మూలాలుడిపోలరైజేషన్ నష్టం, థర్మల్ లెన్స్ లేదా లేజర్ క్రిస్టల్ బెండింగ్ వంటి ఉష్ణ ప్రభావాలు పనితీరును ప్రభావితం చేయగలవు.కాంతి మూలంతక్కువ ఉష్ణోగ్రత శీతలీకరణ ద్వారా, అనేక హానికరమైన ఉష్ణ ప్రభావాలను సమర్థవంతంగా అణచివేయవచ్చు, అంటే గెయిన్ మీడియంను 77K లేదా 4K వరకు చల్లబరచాలి. శీతలీకరణ ప్రభావంలో ప్రధానంగా ఇవి ఉంటాయి:

ప్రధానంగా రోప్ యొక్క మీన్ ఫ్రీ పాత్ పెరగడం వల్ల, గెయిన్ మీడియం యొక్క లక్షణ వాహకత్వం బాగా నిరోధించబడుతుంది. ఫలితంగా, ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత నాటకీయంగా పడిపోతుంది. ఉదాహరణకు, ఉష్ణోగ్రతను 300K నుండి 77Kకి తగ్గించినప్పుడు, YAG క్రిస్టల్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత్వం ఏడు రెట్లు పెరుగుతుంది.

ఉష్ణ వ్యాప్తి గుణకం కూడా తీవ్రంగా తగ్గుతుంది. ఇది, ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతలో తగ్గుదలతో కలిసి, ఉష్ణ కటక ప్రభావాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు అందువల్ల ఒత్తిడి విచ్ఛిన్నం యొక్క సంభావ్యతను తగ్గిస్తుంది.

థర్మో-ఆప్టికల్ గుణకం కూడా తగ్గించబడుతుంది, దీనివల్ల థర్మల్ లెన్స్ ప్రభావం మరింత తగ్గుతుంది.

అరుదైన భూ అయోన్ల శోషణ క్రాస్ సెక్షన్ పెరుగుదలకు ప్రధాన కారణం, ఉష్ణ ప్రభావం వల్ల కలిగే విస్తరణ తగ్గడమే. అందువల్ల, సంతృప్త శక్తి తగ్గి, లేజర్ గెయిన్ పెరుగుతుంది. కాబట్టి, థ్రెషోల్డ్ పంప్ పవర్ తగ్గి, Q స్విచ్ పనిచేస్తున్నప్పుడు తక్కువ నిడివి గల పల్స్‌లను పొందవచ్చు. అవుట్‌పుట్ కప్లర్ యొక్క ప్రసరణను పెంచడం ద్వారా, స్లోప్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచవచ్చు, తద్వారా పరాన్నజీవి కావిటీ నష్ట ప్రభావం తక్కువ ప్రాముఖ్యతను సంతరించుకుంటుంది.

క్వాసీ-త్రీ-లెవెల్ గెయిన్ మీడియం యొక్క మొత్తం తక్కువ స్థాయి కణాల సంఖ్య తగ్గించబడుతుంది, కాబట్టి థ్రెషోల్డ్ పంపింగ్ పవర్ తగ్గి, పవర్ సామర్థ్యం మెరుగుపడుతుంది. ఉదాహరణకు, 1030nm వద్ద కాంతిని ఉత్పత్తి చేసే Yb:YAGను గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద క్వాసీ-త్రీ-లెవెల్ వ్యవస్థగా, కానీ 77K వద్ద ఫోర్-లెవెల్ వ్యవస్థగా చూడవచ్చు. Er: YAG విషయంలో కూడా ఇదే నిజం.

గెయిన్ మీడియంను బట్టి, కొన్ని క్వెంచింగ్ ప్రక్రియల తీవ్రత తగ్గుతుంది.

పైన పేర్కొన్న అంశాలతో కలిపి, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద పనిచేయడం లేజర్ పనితీరును గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తుంది. ముఖ్యంగా, తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద చల్లబరిచే లేజర్‌లు ఉష్ణ ప్రభావాలు లేకుండా చాలా అధిక అవుట్‌పుట్ శక్తిని పొందగలవు, అంటే మంచి బీమ్ నాణ్యతను సాధించవచ్చు.

పరిగణించవలసిన ఒక విషయం ఏమిటంటే, క్రయోకూల్డ్ లేజర్ క్రిస్టల్‌లో, వికిరణ కాంతి మరియు శోషించబడిన కాంతి యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్ తగ్గుతుంది, కాబట్టి తరంగదైర్ఘ్య ట్యూనింగ్ పరిధి ఇరుకైనదిగా ఉంటుంది, మరియు పంప్ చేయబడిన లేజర్ యొక్క లైన్ వెడల్పు మరియు తరంగదైర్ఘ్య స్థిరత్వం మరింత కఠినంగా ఉంటాయి. అయితే, ఈ ప్రభావం సాధారణంగా అరుదుగా ఉంటుంది.

క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణలో సాధారణంగా ద్రవ నైట్రోజన్ లేదా ద్రవ హీలియం వంటి శీతలీకరణ ద్రవాన్ని ఉపయోగిస్తారు, మరియు ఆదర్శవంతంగా ఈ శీతలీకరణ ద్రవం లేజర్ క్రిస్టల్‌కు జతచేయబడిన ఒక గొట్టం గుండా ప్రసరిస్తుంది. శీతలీకరణ ద్రవాన్ని ఎప్పటికప్పుడు తిరిగి నింపుతారు లేదా ఒక క్లోజ్డ్ లూప్‌లో పునఃచక్రీయం చేస్తారు. ఘనీభవనాన్ని నివారించడానికి, సాధారణంగా లేజర్ క్రిస్టల్‌ను ఒక వాక్యూమ్ ఛాంబర్‌లో ఉంచడం అవసరం.

తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పనిచేసే లేజర్ క్రిస్టల్స్ భావనను యాంప్లిఫైయర్‌లకు కూడా వర్తింపజేయవచ్చు. టైటానియం సఫైర్‌ను ఉపయోగించి పాజిటివ్ ఫీడ్‌బ్యాక్ యాంప్లిఫైయర్‌ను తయారు చేయవచ్చు, దీని సగటు అవుట్‌పుట్ పవర్ పదుల వాట్లలో ఉంటుంది.

క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణ పరికరాలు సంక్లిష్టంగా మారినప్పటికీలేజర్ వ్యవస్థలుసాధారణ శీతలీకరణ వ్యవస్థలు తరచుగా అంత సరళంగా ఉండవు, మరియు క్రయోజెనిక్ శీతలీకరణ యొక్క సామర్థ్యం సంక్లిష్టతను కొంత తగ్గించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.