ക്രയോജനിക് ലേസർ എന്താണ്?

താഴ്ന്ന താപനിലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ലേസറുകളുടെ ആശയം പുതിയതല്ല: ചരിത്രത്തിലെ രണ്ടാമത്തെ ലേസർ ക്രയോജനിക് ആയിരുന്നു. തുടക്കത്തിൽ, മുറിയിലെ താപനില പ്രവർത്തനം കൈവരിക്കാൻ ഈ ആശയം ബുദ്ധിമുട്ടായിരുന്നു, കൂടാതെ 1990-കളിൽ ഉയർന്ന പവർ ലേസറുകളുടെയും ആംപ്ലിഫയറുകളുടെയും വികസനത്തോടെയാണ് താഴ്ന്ന താപനിലയിലുള്ള ജോലികൾക്കുള്ള ആവേശം ആരംഭിച്ചത്.

ഉയർന്ന ശക്തിയിൽലേസർ സ്രോതസ്സുകൾ, ഡിപോളറൈസേഷൻ നഷ്ടം, തെർമൽ ലെൻസ് അല്ലെങ്കിൽ ലേസർ ക്രിസ്റ്റൽ ബെൻഡിംഗ് പോലുള്ള താപ ഇഫക്റ്റുകൾ പ്രകടനത്തെ ബാധിക്കും.പ്രകാശ സ്രോതസ്സ്. താഴ്ന്ന താപനില തണുപ്പിക്കൽ വഴി, പല ദോഷകരമായ താപ പ്രഭാവങ്ങളെയും ഫലപ്രദമായി അടിച്ചമർത്താൻ കഴിയും, അതായത്, ഗെയിൻ മീഡിയം 77K അല്ലെങ്കിൽ 4K വരെ തണുപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്. കൂളിംഗ് ഇഫക്റ്റിൽ പ്രധാനമായും ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

ഗെയിൻ മീഡിയത്തിന്റെ സ്വഭാവ ചാലകത വളരെയധികം തടയപ്പെടുന്നു, പ്രധാനമായും കയറിന്റെ ശരാശരി സ്വതന്ത്ര പാത വർദ്ധിക്കുന്നതിനാലാണ്. തൽഫലമായി, താപനില ഗ്രേഡിയന്റ് ഗണ്യമായി കുറയുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, താപനില 300K ൽ നിന്ന് 77K ലേക്ക് കുറയ്ക്കുമ്പോൾ, YAG ക്രിസ്റ്റലിന്റെ താപ ചാലകത ഏഴ് മടങ്ങ് വർദ്ധിക്കുന്നു.

താപ വ്യാപന ഗുണകവും കുത്തനെ കുറയുന്നു. ഇത് താപനില ഗ്രേഡിയന്റിലെ കുറവിനൊപ്പം താപ ലെൻസിംഗ് പ്രഭാവം കുറയുന്നതിനും അതുവഴി സ്ട്രെസ് പൊട്ടാനുള്ള സാധ്യത കുറയുന്നതിനും കാരണമാകുന്നു.

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

താപ പ്രഭാവം മൂലമുണ്ടാകുന്ന വിശാലത കുറയുന്നതാണ് റെയർ എർത്ത് അയോണിന്റെ ആഗിരണം ക്രോസ് സെക്ഷന്റെ വർദ്ധനവിന് പ്രധാന കാരണം. അതിനാൽ, സാച്ചുറേഷൻ പവർ കുറയുകയും ലേസർ ഗെയിൻ വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, ത്രെഷോൾഡ് പമ്പ് പവർ കുറയുന്നു, കൂടാതെ Q സ്വിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ ചെറിയ പൾസുകൾ ലഭിക്കും. ഔട്ട്‌പുട്ട് കപ്ലറിന്റെ ട്രാൻസ്മിറ്റൻസ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, സ്ലോപ്പ് കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും, അതിനാൽ പരാദ അറ നഷ്ട പ്രഭാവം പ്രാധാന്യം കുറഞ്ഞതായി മാറുന്നു.

ക്വാസി-ത്രീ-ലെവൽ ഗെയിൻ മീഡിയത്തിന്റെ മൊത്തം താഴ്ന്ന ലെവലിന്റെ കണികാ സംഖ്യ കുറയുന്നു, അതിനാൽ ത്രെഷോൾഡ് പമ്പിംഗ് പവർ കുറയുകയും പവർ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, 1030nm-ൽ പ്രകാശം ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന Yb:YAG, മുറിയിലെ താപനിലയിൽ ഒരു ക്വാസി-ത്രീ-ലെവൽ സിസ്റ്റമായി കാണാൻ കഴിയും, എന്നാൽ 77K-ൽ ഒരു നാല്-ലെവൽ സിസ്റ്റമായി കാണാൻ കഴിയും. Er: YAG-ക്കും ഇത് ബാധകമാണ്.

ഗെയിൻ മീഡിയത്തെ ആശ്രയിച്ച്, ചില ക്വഞ്ചിംഗ് പ്രക്രിയകളുടെ തീവ്രത കുറയും.

മുകളിൽ പറഞ്ഞ ഘടകങ്ങളുമായി സംയോജിപ്പിച്ച്, കുറഞ്ഞ താപനില പ്രവർത്തനം ലേസറിന്റെ പ്രകടനം വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്തും. പ്രത്യേകിച്ച്, താഴ്ന്ന താപനിലയിലുള്ള കൂളിംഗ് ലേസറുകൾക്ക് താപ പ്രഭാവങ്ങളില്ലാതെ വളരെ ഉയർന്ന ഔട്ട്പുട്ട് പവർ ലഭിക്കും, അതായത്, നല്ല ബീം ഗുണനിലവാരം ലഭിക്കും.

പരിഗണിക്കേണ്ട ഒരു പ്രശ്നം, ഒരു ക്രയോകൂൾഡ് ലേസർ ക്രിസ്റ്റലിൽ, വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെയും ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെയും ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് കുറയും, അതിനാൽ തരംഗദൈർഘ്യ ട്യൂണിംഗ് പരിധി ഇടുങ്ങിയതായിരിക്കും, കൂടാതെ പമ്പ് ചെയ്ത ലേസറിന്റെ ലൈൻ വീതിയും തരംഗദൈർഘ്യ സ്ഥിരതയും കൂടുതൽ കർശനമായിരിക്കും. എന്നിരുന്നാലും, ഈ പ്രഭാവം സാധാരണയായി അപൂർവമാണ്.

ക്രയോജനിക് കൂളിംഗിന് സാധാരണയായി ദ്രാവക നൈട്രജൻ അല്ലെങ്കിൽ ദ്രാവക ഹീലിയം പോലുള്ള ഒരു കൂളന്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നു, കൂടാതെ റഫ്രിജറന്റ് ഒരു ലേസർ ക്രിസ്റ്റലിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു ട്യൂബിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുന്നതാണ് ഉത്തമം. കൂളന്റ് സമയബന്ധിതമായി നിറയ്ക്കുകയോ അടച്ച ലൂപ്പിൽ പുനരുപയോഗം ചെയ്യുകയോ ചെയ്യുന്നു. ഖരീകരണം ഒഴിവാക്കാൻ, സാധാരണയായി ഒരു വാക്വം ചേമ്പറിൽ ലേസർ ക്രിസ്റ്റൽ സ്ഥാപിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്.

കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന ലേസർ പരലുകൾ എന്ന ആശയം ആംപ്ലിഫയറുകളിലും പ്രയോഗിക്കാവുന്നതാണ്. പത്ത് വാട്ടുകളിൽ ശരാശരി ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ ആയ പോസിറ്റീവ് ഫീഡ്‌ബാക്ക് ആംപ്ലിഫയർ നിർമ്മിക്കാൻ ടൈറ്റാനിയം സഫയർ ഉപയോഗിക്കാം.

ക്രയോജനിക് തണുപ്പിക്കൽ ഉപകരണങ്ങൾ സങ്കീർണ്ണമാക്കുമെങ്കിലുംലേസർ സിസ്റ്റങ്ങൾ, കൂടുതൽ സാധാരണമായ തണുപ്പിക്കൽ സംവിധാനങ്ങൾ പലപ്പോഴും ലളിതമല്ല, കൂടാതെ ക്രയോജനിക് തണുപ്പിക്കലിന്റെ കാര്യക്ഷമത സങ്കീർണ്ണതയിൽ ചില കുറവ് വരുത്താൻ അനുവദിക്കുന്നു.