Ի՞նչ է կրիոգեն լազերը

Ցածր ջերմաստիճանում գործող լազերների գաղափարը նոր չէ. պատմության մեջ երկրորդ լազերը կրիոգեն էր: Սկզբում հայեցակարգը դժվար էր հասնել սենյակային ջերմաստիճանի շահագործման, իսկ ցածր ջերմաստիճանի աշխատանքի խանդավառությունը սկսվեց 1990-ականներին՝ բարձր հզորության լազերների և ուժեղացուցիչների մշակմամբ:

Բարձր հզորության մեջլազերային աղբյուրներՋերմային էֆեկտները, ինչպիսիք են ապաբևեռացման կորուստը, ջերմային ոսպնյակի կամ բյուրեղների լազերային ճկումը, կարող են ազդել սարքի աշխատանքի վրա:լույսի աղբյուր. Ցածր ջերմաստիճանի սառեցման միջոցով շատ վնասակար ջերմային ազդեցությունները կարող են արդյունավետ կերպով ճնշվել, այսինքն՝ անհրաժեշտ է, որ ձեռքբերման միջավայրը սառեցվի մինչև 77K կամ նույնիսկ 4K: Սառեցման ազդեցությունը հիմնականում ներառում է.

Ձեռքի միջավայրի բնորոշ հաղորդունակությունը մեծապես արգելակվում է հիմնականում այն ​​պատճառով, որ ճոպանի միջին ազատ ուղին մեծանում է: Արդյունքում, ջերմաստիճանի գրադիենտը կտրուկ նվազում է: Օրինակ, երբ ջերմաստիճանը իջեցվում է 300K-ից մինչև 77K, YAG բյուրեղի ջերմային հաղորդունակությունը բարձրանում է յոթ անգամ:

Կտրուկ նվազում է նաեւ ջերմային դիֆուզիայի գործակիցը։ Սա, ջերմաստիճանի գրադիենտի նվազման հետ մեկտեղ, հանգեցնում է ջերմային ոսպնյակի ազդեցության նվազեցմանը և, հետևաբար, սթրեսի խզման հավանականության նվազեցմանը:

Նվազում է նաև ջերմաօպտիկական գործակիցը, ինչը հետագայում նվազեցնում է ջերմային ոսպնյակի ազդեցությունը:

Հազվագյուտ հողային իոնի կլանման խաչմերուկի ավելացումը հիմնականում պայմանավորված է ջերմային ազդեցության հետևանքով առաջացած ընդլայնման նվազմամբ: Հետեւաբար, հագեցվածության հզորությունը նվազում է, իսկ լազերային շահույթը մեծանում է: Հետևաբար, պոմպի շեմային հզորությունը նվազում է, և ավելի կարճ իմպուլսներ կարելի է ստանալ, երբ Q անջատիչը աշխատում է: Մեծացնելով ելքային կցորդի հաղորդունակությունը՝ թեքության արդյունավետությունը կարող է բարելավվել, ուստի պարազիտային խոռոչի կորստի էֆեկտը դառնում է պակաս կարևոր:

Քվազի-եռաստիճան շահույթի միջավայրի ընդհանուր ցածր մակարդակի մասնիկների թիվը կրճատվում է, ուստի պոմպային շեմային հզորությունը կրճատվում է և էներգիայի արդյունավետությունը բարելավվում է: Օրինակ, Yb:YAG-ը, որը լույս է արտադրում 1030 նմ-ով, կարելի է դիտարկել որպես սենյակային ջերմաստիճանում գրեթե երեք մակարդակի համակարգ, բայց 77K տիրույթում չորս մակարդակի համակարգ: Էր: Նույնը վերաբերում է YAG-ին:

Կախված շահույթի միջավայրից, որոշ մարման գործընթացների ինտենսիվությունը կնվազի:

Վերոնշյալ գործոնների հետ զուգակցված՝ ցածր ջերմաստիճանի շահագործումը կարող է զգալիորեն բարելավել լազերի աշխատանքը: Մասնավորապես, ցածր ջերմաստիճանի հովացման լազերները կարող են ստանալ շատ բարձր ելքային հզորություն՝ առանց ջերմային էֆեկտների, այսինքն՝ կարելի է ստանալ ճառագայթների լավ որակ:

Պետք է հաշվի առնել մեկ հարց, որ սառեցված լազերային բյուրեղներում ճառագայթվող լույսի և ներծծվող լույսի թողունակությունը կկրճատվի, ուստի ալիքի երկարության թյունինգի միջակայքն ավելի նեղ կլինի, իսկ պոմպային լազերի գծի լայնությունը և ալիքի երկարության կայունությունը ավելի խիստ կլինեն: . Այնուամենայնիվ, այս ազդեցությունը սովորաբար հազվադեպ է լինում:

Կրիոգեն հովացման համար սովորաբար օգտագործվում է հովացուցիչ նյութ, ինչպիսին է հեղուկ ազոտը կամ հեղուկ հելիումը, և իդեալականորեն սառնագենտը շրջանառվում է լազերային բյուրեղին կցված խողովակի միջով: Հովացուցիչ նյութը ժամանակին համալրվում է կամ վերամշակվում է փակ օղակով: Պնդացումից խուսափելու համար սովորաբար անհրաժեշտ է լազերային բյուրեղը տեղադրել վակուումային խցիկում:

Ցածր ջերմաստիճանում գործող լազերային բյուրեղների հայեցակարգը կարող է կիրառվել նաև ուժեղացուցիչների համար: Տիտանի շափյուղան կարող է օգտագործվել դրական արձագանքի ուժեղացուցիչ պատրաստելու համար, միջին ելքային հզորությունը տասնյակ վտներով:

Չնայած կրիոգեն հովացման սարքերը կարող են բարդացնելլազերային համակարգեր, ավելի տարածված հովացման համակարգերը հաճախ ավելի քիչ պարզ են, և կրիոգեն հովացման արդյունավետությունը թույլ է տալիս որոշակիորեն նվազեցնել բարդությունը: