എന്താണ് ക്രയോജനിക് ലേസർ

കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ലേസർ എന്ന ആശയം പുതിയതല്ല: ചരിത്രത്തിലെ രണ്ടാമത്തെ ലേസർ ക്രയോജനിക് ആയിരുന്നു. തുടക്കത്തിൽ, റൂം ടെമ്പറേച്ചർ ഓപ്പറേഷൻ നേടാൻ ഈ ആശയം ബുദ്ധിമുട്ടായിരുന്നു, കൂടാതെ 1990-കളിൽ ഉയർന്ന പവർ ലേസറുകളും ആംപ്ലിഫയറുകളും വികസിപ്പിച്ചതോടെയാണ് താഴ്ന്ന താപനിലയിൽ പ്രവർത്തിക്കാനുള്ള ആവേശം ആരംഭിച്ചത്.

ഉയർന്ന ശക്തിയിൽലേസർ ഉറവിടങ്ങൾ, ഡിപോളറൈസേഷൻ നഷ്ടം, തെർമൽ ലെൻസ് അല്ലെങ്കിൽ ലേസർ ക്രിസ്റ്റൽ ബെൻഡിംഗ് തുടങ്ങിയ താപ ഇഫക്റ്റുകൾ അതിൻ്റെ പ്രകടനത്തെ ബാധിക്കും.പ്രകാശ സ്രോതസ്സ്. താഴ്ന്ന ഊഷ്മാവ് തണുപ്പിക്കൽ വഴി, ദോഷകരമായ പല താപ ഇഫക്റ്റുകളും ഫലപ്രദമായി അടിച്ചമർത്താൻ കഴിയും, അതായത്, നേട്ടം മീഡിയം 77K അല്ലെങ്കിൽ 4K വരെ തണുപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്. തണുപ്പിക്കൽ പ്രഭാവം പ്രധാനമായും ഉൾപ്പെടുന്നു:

ഗെയിൻ മീഡിയത്തിൻ്റെ സ്വഭാവ ചാലകത വളരെ തടസ്സപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, പ്രധാനമായും കയറിൻ്റെ ശരാശരി സ്വതന്ത്ര പാത വർദ്ധിക്കുന്നതിനാൽ. തൽഫലമായി, താപനില ഗ്രേഡിയൻ്റ് ഗണ്യമായി കുറയുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, താപനില 300K-ൽ നിന്ന് 77K-ലേക്ക് താഴ്ത്തുമ്പോൾ, YAG ക്രിസ്റ്റലിൻ്റെ താപ ചാലകത ഏഴ് മടങ്ങ് വർദ്ധിക്കുന്നു.

തെർമൽ ഡിഫ്യൂഷൻ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് കുത്തനെ കുറയുന്നു. ഇത്, താപനില ഗ്രേഡിയൻ്റ് കുറയുന്നതിനൊപ്പം, തെർമൽ ലെൻസിങ് പ്രഭാവം കുറയുകയും അതിനാൽ സമ്മർദ്ദം വിണ്ടുകീറാനുള്ള സാധ്യത കുറയുകയും ചെയ്യുന്നു.

തെർമോ-ഒപ്റ്റിക്കൽ കോഫിഫിഷ്യൻ്റും കുറയുന്നു, ഇത് തെർമൽ ലെൻസ് പ്രഭാവം കൂടുതൽ കുറയ്ക്കുന്നു.

അപൂർവ ഭൂമി അയോണിൻ്റെ ആഗിരണം ക്രോസ് സെക്ഷൻ്റെ വർദ്ധനവ് പ്രധാനമായും താപ പ്രഭാവം മൂലമുണ്ടാകുന്ന വിശാലത കുറയുന്നതാണ്. അതിനാൽ, സാച്ചുറേഷൻ പവർ കുറയുകയും ലേസർ നേട്ടം വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, ത്രെഷോൾഡ് പമ്പ് പവർ കുറയുന്നു, ക്യു സ്വിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ ചെറിയ പൾസുകൾ ലഭിക്കും. ഔട്ട്പുട്ട് കപ്ലറിൻ്റെ ട്രാൻസ്മിറ്റൻസ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, ചരിവ് കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും, അതിനാൽ പരാന്നഭോജികളുടെ അറയുടെ നഷ്ടം പ്രഭാവം കുറയുന്നു.

ക്വാസി-ത്രീ-ലെവൽ ഗെയിൻ മീഡിയത്തിൻ്റെ മൊത്തം ലോ ലെവലിൻ്റെ കണികാ നമ്പർ കുറയുന്നു, അതിനാൽ ത്രെഷോൾഡ് പമ്പിംഗ് പവർ കുറയുകയും പവർ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, 1030nm-ൽ പ്രകാശം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന Yb:YAG, ഊഷ്മാവിൽ ഒരു അർദ്ധ-ത്രിതല സംവിധാനമായി കാണാൻ കഴിയും, എന്നാൽ 77K-ൽ ഒരു നാല്-നില സിസ്റ്റം. Er: YAG-ൻ്റെ കാര്യത്തിലും ഇത് ശരിയാണ്.

ലാഭ മാധ്യമത്തെ ആശ്രയിച്ച്, ചില ശമിപ്പിക്കുന്ന പ്രക്രിയകളുടെ തീവ്രത കുറയും.

മേൽപ്പറഞ്ഞ ഘടകങ്ങളുമായി ചേർന്ന്, കുറഞ്ഞ താപനില പ്രവർത്തനം ലേസറിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തെ വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്തും. പ്രത്യേകിച്ച്, താഴ്ന്ന താപനില തണുപ്പിക്കുന്ന ലേസറുകൾക്ക് താപ ഇഫക്റ്റുകൾ ഇല്ലാതെ വളരെ ഉയർന്ന ഔട്ട്പുട്ട് പവർ ലഭിക്കും, അതായത്, നല്ല ബീം ഗുണനിലവാരം ലഭിക്കും.

പരിഗണിക്കേണ്ട ഒരു പ്രശ്നം, ഒരു ക്രയോകൂൾഡ് ലേസർ ക്രിസ്റ്റലിൽ, വികിരണം ചെയ്ത പ്രകാശത്തിൻ്റെയും ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന പ്രകാശത്തിൻ്റെയും ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് കുറയും, അതിനാൽ തരംഗദൈർഘ്യ ട്യൂണിംഗ് ശ്രേണി ഇടുങ്ങിയതായിരിക്കും, കൂടാതെ പമ്പ് ചെയ്‌ത ലേസറിൻ്റെ ലൈൻ വീതിയും തരംഗദൈർഘ്യ സ്ഥിരതയും കൂടുതൽ കർശനമായിരിക്കും. . എന്നിരുന്നാലും, ഈ പ്രഭാവം സാധാരണയായി അപൂർവ്വമാണ്.

ക്രയോജനിക് കൂളിംഗ് സാധാരണയായി ലിക്വിഡ് നൈട്രജൻ അല്ലെങ്കിൽ ലിക്വിഡ് ഹീലിയം പോലുള്ള ഒരു ശീതീകരണമാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്, കൂടാതെ ലേസർ ക്രിസ്റ്റലിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു ട്യൂബിലൂടെ റഫ്രിജറൻ്റ് പ്രചരിക്കുന്നു. കൂളൻ്റ് സമയബന്ധിതമായി നിറയ്ക്കുകയോ അടച്ച ലൂപ്പിൽ റീസൈക്കിൾ ചെയ്യുകയോ ചെയ്യുന്നു. സോളിഡിഫിക്കേഷൻ ഒഴിവാക്കാൻ, സാധാരണയായി ഒരു വാക്വം ചേമ്പറിൽ ലേസർ ക്രിസ്റ്റൽ സ്ഥാപിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്.

താഴ്ന്ന ഊഷ്മാവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ലേസർ ക്രിസ്റ്റലുകൾ എന്ന ആശയം ആംപ്ലിഫയറുകളിലും പ്രയോഗിക്കാവുന്നതാണ്. പോസിറ്റീവ് ഫീഡ്‌ബാക്ക് ആംപ്ലിഫയർ നിർമ്മിക്കാൻ ടൈറ്റാനിയം സഫയർ ഉപയോഗിക്കാം, പതിനായിരക്കണക്കിന് വാട്ടുകളിൽ ശരാശരി ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ.

ക്രയോജനിക് കൂളിംഗ് ഉപകരണങ്ങൾ സങ്കീർണ്ണമാകുമെങ്കിലുംലേസർ സംവിധാനങ്ങൾ, കൂടുതൽ സാധാരണമായ തണുപ്പിക്കൽ സംവിധാനങ്ങൾ പലപ്പോഴും ലളിതമല്ല, കൂടാതെ ക്രയോജനിക് കൂളിംഗിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത സങ്കീർണ്ണതയിൽ കുറച്ച് കുറയ്ക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു.