Ի՞նչ է կրիոգեն լազերը

Ցածր ջերմաստիճաններում աշխատող լազերների գաղափարը նոր չէ. պատմության մեջ երկրորդ լազերը կրիոգեն էր: Սկզբում գաղափարը դժվար էր իրականացնել սենյակային ջերմաստիճանում, և ցածր ջերմաստիճաններում աշխատանքի նկատմամբ ոգևորությունը սկսվեց 1990-ականներին՝ բարձր հզորության լազերների և ուժեղացուցիչների մշակմամբ:

Բարձր հզորության մեջլազերային աղբյուրներ, ջերմային էֆեկտները, ինչպիսիք են դեպոլարիզացիայի կորուստը, ջերմային ոսպնյակի կամ լազերային բյուրեղի ծռումը, կարող են ազդել սարքի աշխատանքի վրալույսի աղբյուրՑածր ջերմաստիճանի սառեցման միջոցով կարելի է արդյունավետորեն ճնշել բազմաթիվ վնասակար ջերմային ազդեցություններ, այսինքն՝ ուժեղացնող միջավայրը պետք է սառեցվի մինչև 77K կամ նույնիսկ 4K: Սառեցման ազդեցությունը հիմնականում ներառում է.

Ամրապնդող միջավայրի բնութագրական հաղորդականությունը մեծապես արգելակվում է, հիմնականում այն ​​պատճառով, որ պարանի միջին ազատ ուղին մեծանում է: Արդյունքում, ջերմաստիճանի գրադիենտը կտրուկ նվազում է: Օրինակ, երբ ջերմաստիճանը 300K-ից իջեցվում է մինչև 77K, YAG բյուրեղի ջերմահաղորդականությունը յոթ անգամ մեծանում է:

Ջերմային դիֆուզիայի գործակիցը նույնպես կտրուկ նվազում է։ Սա, ջերմաստիճանի գրադիենտի նվազման հետ մեկտեղ, հանգեցնում է ջերմային ոսպնյակավորման էֆեկտի նվազմանը և, հետևաբար, լարվածության պատռման հավանականության նվազմանը։

Ջերմաօպտիկական գործակիցը նույնպես նվազում է, ինչն էլ ավելի է նվազեցնում ջերմային ոսպնյակի ազդեցությունը։

Հազվագյուտ հողային իոնի կլանման հատույթի մեծացումը հիմնականում պայմանավորված է ջերմային էֆեկտի հետևանքով առաջացած լայնացման նվազմամբ։ Հետևաբար, հագեցման հզորությունը նվազում է, իսկ լազերի ուժգնացումը՝ մեծանում։ Հետևաբար, շեմային պոմպի հզորությունը նվազում է, և Q անջատիչի աշխատանքի ժամանակ կարելի է ստանալ ավելի կարճ իմպուլսներ։ Ելքային միակցիչի թափանցելիությունը մեծացնելով՝ կարելի է բարելավել թեքության արդյունավետությունը, ուստի պարազիտային խոռոչի կորստի էֆեկտը դառնում է պակաս կարևոր։

Քվազի-եռամակարդակ ուժեղացման միջավայրի ընդհանուր ցածր մակարդակի մասնիկների քանակը նվազում է, ուստի շեմային պոմպային հզորությունը նվազում է, և հզորության արդյունավետությունը բարելավվում է: Օրինակ, Yb:YAG-ն, որը լույս է արտադրում 1030 նմ-ում, կարելի է դիտարկել որպես քվազի-եռամակարդակ համակարգ սենյակային ջերմաստիճանում, բայց չորսամակարդակ համակարգ 77K-ում: Er: Նույնը վերաբերում է նաև YAG-ին:

Կախված ուժեղացման միջավայրից, որոշ մարման գործընթացների ինտենսիվությունը կնվազի։

Վերոնշյալ գործոնների հետ միասին, ցածր ջերմաստիճանում աշխատանքը կարող է զգալիորեն բարելավել լազերի աշխատանքը։ Մասնավորապես, ցածր ջերմաստիճանի սառեցման լազերները կարող են ստանալ շատ բարձր ելքային հզորություն առանց ջերմային ազդեցությունների, այսինքն՝ կարելի է ստանալ լավ ճառագայթի որակ։

Հաշվի առնելու խնդիր է այն, որ կրիո-սառեցված լազերային բյուրեղում ճառագայթվող և կլանված լույսի թողունակությունը կնվազի, ուստի ալիքի երկարության կարգավորման միջակայքն ավելի նեղ կլինի, իսկ պոմպային լազերի գծի լայնությունն ու ալիքի երկարության կայունությունը՝ ավելի խիստ։ Սակայն այս էֆեկտը սովորաբար հազվադեպ է լինում։

Կրիոգեն սառեցման համար սովորաբար օգտագործվում է սառեցնող նյութ, ինչպիսիք են հեղուկ ազոտը կամ հեղուկ հելիումը, և իդեալականում սառնագենտը շրջանառվում է լազերային բյուրեղին ամրացված խողովակի միջով: Սառեցնող նյութը ժամանակին լրացվում է կամ վերամշակվում է փակ ցիկլով: Պնդացումից խուսափելու համար սովորաբար անհրաժեշտ է լազերային բյուրեղը տեղադրել վակուումային խցիկում:

Լազերային բյուրեղների ցածր ջերմաստիճաններում աշխատելու հայեցակարգը կարող է կիրառվել նաև ուժեղացուցիչների վրա: Տիտանի շափյուղան կարող է օգտագործվել դրական հետադարձ կապի ուժեղացուցիչ պատրաստելու համար, միջին ելքային հզորությունը տասնյակ վատտերով:

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