एक क्रायोजेनिक लेजर क्या है

कम तापमान पर काम करने वाले लेज़रों की अवधारणा नई नहीं है: इतिहास में दूसरा लेजर क्रायोजेनिक था। प्रारंभ में, अवधारणा को कमरे के तापमान के संचालन को प्राप्त करना मुश्किल था, और कम तापमान के काम के लिए उत्साह 1990 के दशक में उच्च-शक्ति लेजर और एम्पलीफायरों के विकास के साथ शुरू हुआ।

उच्च शक्ति मेंलेजर स्रोत, थर्मल प्रभाव जैसे कि विध्रुवण हानि, थर्मल लेंस या लेजर क्रिस्टल झुकना के प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैंप्रकाश स्रोत। कम तापमान शीतलन के माध्यम से, कई हानिकारक थर्मल प्रभावों को प्रभावी ढंग से दबा दिया जा सकता है, अर्थात, लाभ माध्यम को 77k या 4K तक ठंडा करने की आवश्यकता है। शीतलन प्रभाव में मुख्य रूप से शामिल हैं:

लाभ माध्यम की विशेषता चालकता बहुत बाधित होती है, मुख्य रूप से क्योंकि रस्सी का औसत मुक्त पथ बढ़ जाता है। नतीजतन, तापमान ढाल नाटकीय रूप से गिरता है। उदाहरण के लिए, जब तापमान 300k से 77k तक कम हो जाता है, तो YAG क्रिस्टल की थर्मल चालकता सात के कारक से बढ़ जाती है।

थर्मल प्रसार गुणांक भी तेजी से कम हो जाता है। यह, तापमान ढाल में कमी के साथ, एक कम थर्मल लेंसिंग प्रभाव में परिणाम होता है और इसलिए तनाव के टूटने की संभावना कम हो जाती है।

थर्मो-ऑप्टिकल गुणांक भी कम हो जाता है, और थर्मल लेंस प्रभाव को कम करता है।

दुर्लभ पृथ्वी आयन के अवशोषण क्रॉस सेक्शन की वृद्धि मुख्य रूप से थर्मल प्रभाव के कारण होने वाले चौड़ीकरण की कमी के कारण होती है। इसलिए, संतृप्ति शक्ति कम हो जाती है और लेजर लाभ बढ़ जाता है। इसलिए, थ्रेशोल्ड पंप पावर कम हो जाती है, और क्यू स्विच के संचालन में कम दालों को प्राप्त किया जा सकता है। आउटपुट युग्मक के संप्रेषण को बढ़ाकर, ढलान दक्षता में सुधार किया जा सकता है, इसलिए परजीवी गुहा हानि प्रभाव कम महत्वपूर्ण हो जाता है।

अर्ध-तीन-स्तरीय लाभ माध्यम के कुल निम्न स्तर की कण संख्या कम हो जाती है, इसलिए दहलीज पंपिंग शक्ति कम हो जाती है और बिजली दक्षता में सुधार होता है। उदाहरण के लिए, YB: YAG, जो 1030nm पर प्रकाश का उत्पादन करता है, को कमरे के तापमान पर एक अर्ध-तीन-स्तरीय प्रणाली के रूप में देखा जा सकता है, लेकिन 77k पर चार-स्तरीय प्रणाली। ER: YAG के लिए भी यही सच है।

लाभ माध्यम के आधार पर, कुछ शमन प्रक्रियाओं की तीव्रता कम हो जाएगी।

उपरोक्त कारकों के साथ संयुक्त, कम तापमान संचालन लेजर के प्रदर्शन में बहुत सुधार कर सकता है। विशेष रूप से, कम तापमान शीतलन लेजर थर्मल प्रभावों के बिना बहुत अधिक उत्पादन शक्ति प्राप्त कर सकते हैं, अर्थात, अच्छी बीम गुणवत्ता प्राप्त की जा सकती है।

एक मुद्दा यह है कि एक क्रायोकोल्ड लेजर क्रिस्टल में, विकिरणित प्रकाश और अवशोषित प्रकाश की बैंडविड्थ कम हो जाएगी, इसलिए तरंग दैर्ध्य ट्यूनिंग रेंज संकीर्ण होगी, और पंप वाले लेजर की लाइन की चौड़ाई और तरंग दैर्ध्य स्थिरता अधिक कठोर होगी। हालांकि, यह प्रभाव आमतौर पर दुर्लभ है।

क्रायोजेनिक कूलिंग आमतौर पर एक शीतलक का उपयोग करता है, जैसे कि तरल नाइट्रोजन या तरल हीलियम, और आदर्श रूप से सर्द एक लेजर क्रिस्टल से जुड़ी एक ट्यूब के माध्यम से प्रसारित होता है। शीतलक को समय में फिर से भर दिया जाता है या एक बंद लूप में पुनर्नवीनीकरण किया जाता है। जमने से बचने के लिए, आमतौर पर लेजर क्रिस्टल को एक वैक्यूम कक्ष में रखना आवश्यक होता है।

कम तापमान पर काम करने वाले लेजर क्रिस्टल की अवधारणा को एम्पलीफायरों पर भी लागू किया जा सकता है। टाइटेनियम नीलम का उपयोग सकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायर बनाने के लिए किया जा सकता है, दसियों वाट में औसत आउटपुट पावर।

हालांकि क्रायोजेनिक कूलिंग डिवाइस जटिल हो सकते हैंलेज़र सिस्टम, अधिक सामान्य कूलिंग सिस्टम अक्सर कम सरल होते हैं, और क्रायोजेनिक कूलिंग की दक्षता जटिलता में कुछ कमी के लिए अनुमति देती है।