क्रायोजेनिक लेजर क्या है?

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

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

लाभ माध्यम की विशिष्ट चालकता बहुत बाधित होती है, मुख्यतः क्योंकि रस्सी का माध्य मुक्त पथ बढ़ जाता है। परिणामस्वरूप, तापमान में नाटकीय रूप से गिरावट आती है। उदाहरण के लिए, जब तापमान 300K से 77K तक कम हो जाता है, तो YAG क्रिस्टल की तापीय चालकता सात गुना बढ़ जाती है।

तापीय प्रसार गुणांक भी तेजी से कम हो जाता है। इससे, तापमान प्रवणता में कमी के साथ, थर्मल लेंसिंग प्रभाव कम हो जाता है और इसलिए तनाव टूटने की संभावना कम हो जाती है।

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

दुर्लभ पृथ्वी आयन के अवशोषण क्रॉस सेक्शन में वृद्धि मुख्य रूप से थर्मल प्रभाव के कारण चौड़ीकरण में कमी के कारण होती है। इसलिए, संतृप्ति शक्ति कम हो जाती है और लेज़र लाभ बढ़ जाता है। इसलिए, थ्रेशोल्ड पंप की शक्ति कम हो जाती है, और क्यू स्विच चालू होने पर छोटी पल्स प्राप्त की जा सकती है। आउटपुट कपलर 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 थ्रेशोल्ड पंपिंग शक्ति कम हो जाती है और बिजली दक्षता में सुधार होता है। उदाहरण के लिए, Yb:YAG, जो 1030nm पर प्रकाश उत्पन्न करता है, को कमरे के तापमान पर एक अर्ध-तीन-स्तरीय प्रणाली के रूप में देखा जा सकता है, लेकिन 77K पर एक चार-स्तरीय प्रणाली के रूप में देखा जा सकता है। एर: 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 काफी सुधार कर सकता है। विशेष रूप से, कम तापमान वाले कूलिंग लेजर थर्मल प्रभाव के बिना बहुत अधिक आउटपुट पावर प्राप्त कर सकते हैं, यानी अच्छी बीम गुणवत्ता प्राप्त की जा सकती है।

विचार करने के लिए एक मुद्दा यह है कि क्रायोकूल्ड लेजर क्रिस्टल में, विकिरणित प्रकाश और अवशोषित प्रकाश की बैंडविड्थ कम हो जाएगी, इसलिए तरंग दैर्ध्य ट्यूनिंग रेंज संकीर्ण हो जाएगी, और पंप किए गए लेजर की लाइन चौड़ाई और तरंग दैर्ध्य स्थिरता अधिक कठोर होगी . हालाँकि, यह प्रभाव आमतौर पर दुर्लभ होता है।

क्रायोजेनिक शीतलन आमतौर पर तरल नाइट्रोजन या तरल हीलियम जैसे शीतलक का उपयोग करता है, और आदर्श रूप से रेफ्रिजरेंट एक लेजर क्रिस्टल से जुड़ी ट्यूब के माध्यम से घूमता है। शीतलक को समय पर पुनः भर दिया जाता है या बंद लूप में पुनर्चक्रित किया जाता है। जमने से बचने के लिए, आमतौर पर लेजर क्रिस्टल को निर्वात 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 नीलमणि का उपयोग सकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायर बनाने के लिए किया जा सकता है, औसत उत्पादन शक्ति दसियों वाट में होती है।

यद्यपि क्रायोजेनिक शीतलन उपकरण जटिल हो सकते हैंलेजर सिस्टम, अधिक सामान्य शीतलन प्रणाली अक्सर कम सरल होती हैं, और क्रायोजेनिक शीतलन की दक्षता जटिलता में कुछ कमी की अनुमति देती है।