Beth yw laser cryogenig

Nid yw'r cysyniad o laserau sy'n gweithredu ar dymheredd isel yn newydd: yr ail laser mewn hanes oedd laser cryogenig. I ddechrau, roedd y cysyniad yn anodd i gyflawni gweithrediad tymheredd ystafell, a dechreuodd y brwdfrydedd dros waith tymheredd isel yn y 1990au gyda datblygiad laserau a mwyhaduron pŵer uchel.

Mewn pŵer uchelffynonellau laser, gall effeithiau thermol fel colli dadbolariad, plygu lens thermol neu grisial laser effeithio ar berfformiad yffynhonnell golauDrwy oeri tymheredd isel, gellir atal llawer o effeithiau thermol niweidiol yn effeithiol, hynny yw, mae angen oeri'r cyfrwng ennill i 77K neu hyd yn oed 4K. Mae'r effaith oeri yn cynnwys yn bennaf:

Mae dargludedd nodweddiadol y cyfrwng ennill yn cael ei atal yn fawr, yn bennaf oherwydd bod llwybr rhydd cymedrig y rhaff yn cynyddu. O ganlyniad, mae'r graddiant tymheredd yn gostwng yn sylweddol. Er enghraifft, pan fydd y tymheredd yn cael ei ostwng o 300K i 77K, mae dargludedd thermol y grisial YAG yn cynyddu gan ffactor o saith.

Mae'r cyfernod trylediad thermol hefyd yn gostwng yn sydyn. Mae hyn, ynghyd â gostyngiad yn y graddiant tymheredd, yn arwain at effaith lensio thermol is ac felly llai o debygolrwydd o rwygo straen.

Mae'r cyfernod thermo-optegol hefyd yn cael ei leihau, gan leihau effaith y lens thermol ymhellach.

Mae'r cynnydd yn nhraesdoriad amsugno ïon daear prin yn bennaf oherwydd y gostyngiad yn y lledu a achosir gan effaith thermol. Felly, mae'r pŵer dirlawnder yn cael ei leihau ac mae'r enillion laser yn cynyddu. Felly, mae pŵer y pwmp trothwy yn cael ei leihau, a gellir cael pylsau byrrach pan fydd y switsh Q yn gweithredu. Trwy gynyddu trosglwyddiad y cyplydd allbwn, gellir gwella effeithlonrwydd y llethr, felly mae effaith colli ceudod parasitig yn dod yn llai pwysig.

Mae nifer gronynnau cyfanswm lefel isel y cyfrwng ennill cwasi-dri-lefel yn cael ei leihau, felly mae pŵer pwmpio'r trothwy yn cael ei leihau ac mae'r effeithlonrwydd pŵer yn cael ei wella. Er enghraifft, gellir gweld Yb:YAG, sy'n cynhyrchu golau ar 1030nm, fel system cwasi-dri-lefel ar dymheredd ystafell, ond system bedair-lefel ar 77K. Er: Mae'r un peth yn wir am YAG.

Yn dibynnu ar y cyfrwng ennill, bydd dwyster rhai prosesau diffodd yn cael ei leihau.

Ynghyd â'r ffactorau uchod, gall gweithrediad tymheredd isel wella perfformiad y laser yn fawr. Yn benodol, gall laserau oeri tymheredd isel gael pŵer allbwn uchel iawn heb effeithiau thermol, hynny yw, gellir cael ansawdd trawst da.

Un mater i'w ystyried yw, mewn grisial laser wedi'i oeri'n rhew, y bydd lled band y golau sy'n cael ei belydru a'r golau sy'n cael ei amsugno yn cael ei leihau, felly bydd yr ystod tiwnio tonfedd yn gulach, a bydd lled y llinell a sefydlogrwydd tonfedd y laser wedi'i bwmpio yn fwy llym. Fodd bynnag, mae'r effaith hon fel arfer yn brin.

Fel arfer, mae oeri cryogenig yn defnyddio oerydd, fel nitrogen hylif neu heliwm hylif, ac yn ddelfrydol mae'r oerydd yn cylchredeg trwy diwb sydd ynghlwm wrth grisial laser. Caiff oerydd ei ailgyflenwi mewn pryd neu ei ailgylchu mewn dolen gaeedig. Er mwyn osgoi solidio, fel arfer mae angen gosod y grisial laser mewn siambr gwactod.

Gellir defnyddio'r cysyniad o grisialau laser yn gweithredu ar dymheredd isel hefyd ar gyfer mwyhaduron. Gellir defnyddio saffir titaniwm i wneud mwyhadur adborth positif, gyda'r pŵer allbwn cyfartalog mewn degau o watiau.

Er y gall dyfeisiau oeri cryogenig gymhlethusystemau laser, mae systemau oeri mwy cyffredin yn aml yn llai syml, ac mae effeithlonrwydd oeri cryogenig yn caniatáu rhywfaint o ostyngiad mewn cymhlethdod.