ما هو الليزر المبرد

مفهوم الليزر العاملة في درجات حرارة منخفضة ليس بالأمر الجديد: كان الليزر الثاني في التاريخ مبردًا. في البداية ، كان من الصعب تحقيق المفهوم في درجة حرارة الغرفة ، وبدأ حماس العمل في درجات الحرارة المنخفضة في التسعينيات مع تطوير الليزر والمكبرات الصوت عالية الطاقة.

في قوة عاليةمصادر الليزر، يمكن أن تؤثر التأثيرات الحرارية مثل فقدان الاستقطاب أو العدسة الحرارية أو الانحناء البلوري بالليزر على أداءمصدر الضوء. من خلال تبريد درجات الحرارة المنخفضة ، يمكن قمع العديد من التأثيرات الحرارية الضارة بشكل فعال ، أي أن متوسط ​​الكسب يحتاج إلى تبريده إلى 77 ألف أو حتى 4K. يشمل تأثير التبريد بشكل أساسي:

يتم تثبيط الموصلية المميزة لوسيلة الكسب بشكل كبير ، وذلك أساسًا لأن المسار الحر المتوسط ​​للحبل يزداد. نتيجة لذلك ، ينخفض ​​التدرج درجة الحرارة بشكل كبير. على سبيل المثال ، عندما يتم تخفيض درجة الحرارة من 300 كيلو إلى 77 ألفًا ، تزداد الموصلية الحرارية لكريستال YAG بعامل سبعة.

معامل الانتشار الحراري يتناقص أيضًا بشكل حاد. هذا ، جنبا إلى جنب مع انخفاض في التدرج درجة الحرارة ، يؤدي إلى انخفاض تأثير عدسة حرارية وبالتالي انخفاض احتمال تمزق الإجهاد.

كما يتم تقليل المعامل الحراري البصري ، مما يقلل من تأثير العدسة الحرارية.

زيادة المقطع العرضي للامتصاص من أيون الأرض النادر يرجع أساسًا إلى انخفاض التوسع الناجم عن التأثير الحراري. لذلك ، يتم تقليل قوة التشبع وزيادة كسب الليزر. لذلك ، يتم تقليل طاقة مضخة العتبة ، ويمكن الحصول على نبضات أقصر عند تشغيل مفتاح Q. من خلال زيادة نقل مقرنة الإخراج ، يمكن تحسين كفاءة الميل ، وبالتالي يصبح تأثير فقدان التجويف الطفيلي أقل أهمية.

يتم تقليل عدد الجسيمات من إجمالي المستوى المنخفض لوسط الكسب شبه المستويات ، وبالتالي يتم تقليل قوة ضخ العتبة وتحسين كفاءة الطاقة. على سبيل المثال ، يمكن اعتبار YB: YAG ، الذي ينتج الضوء عند 1030 نانومتر ، كنظام شبه المستوى في درجة حرارة الغرفة ، ولكن نظامًا من أربعة مستويات عند 77 ألفًا. ER: وينطبق الشيء نفسه على yag.

اعتمادًا على وسيط الكسب ، سيتم تقليل شدة بعض عمليات التبريد.

جنبا إلى جنب مع العوامل المذكورة أعلاه ، يمكن أن تحسن عملية درجة الحرارة المنخفضة بشكل كبير من أداء الليزر. على وجه الخصوص ، يمكن أن تحصل الليزر على درجة حرارة منخفضة في درجة الحرارة على طاقة إخراج عالية جدًا دون تأثيرات حرارية ، أي أنه يمكن الحصول على جودة شعاع جيدة.

إحدى المشكلات التي يجب مراعاتها هي أنه في بلورة ليزر بالليزر بالتبريد ، سيتم تقليل عرض النطاق الترددي للضوء المشع والضوء الممتص ، وبالتالي سيكون نطاق ضبط الطول الموجي أضيق ، وسيكون عرض الخط واستقرار الطول الموجي للليزر المضخ أكثر صرامة. ومع ذلك ، فإن هذا التأثير عادة ما يكون نادرا.

عادةً ما يستخدم التبريد المبرد تبريدًا ، مثل النيتروجين السائل أو الهيليوم السائل ، ومن الناحية المثالية ، يدور المبرد عبر أنبوب متصل بلورة ليزر. يتم تجديد سائل التبريد في الوقت أو إعادة تدويره في حلقة مغلقة. من أجل تجنب التصلب ، عادة ما يكون من الضروري وضع بلورة الليزر في غرفة فراغ.

يمكن أيضًا تطبيق مفهوم بلورات الليزر التي تعمل في درجات حرارة منخفضة على مكبرات الصوت. يمكن استخدام الياقوت التيتانيوم لصنع مضخم التغذية المرتدة الإيجابية ، وهو متوسط ​​طاقة الإخراج في عشرات واط.

على الرغم من أن أجهزة التبريد المبردة يمكن أن تعقدأنظمة الليزر، غالبًا ما تكون أنظمة التبريد الأكثر شيوعًا أقل بساطة ، وتتيح كفاءة التبريد المبرد بعض الانخفاض في التعقيد.