ક્રાયોજેનિક લેસર શું છે

નીચા તાપમાને કાર્યરત લેસરોનો ખ્યાલ નવો નથી: ઇતિહાસમાં બીજું લેસર ક્રાયોજેનિક હતું. શરૂઆતમાં, ઓરડાના તાપમાને કામગીરી હાંસલ કરવી મુશ્કેલ હતી, અને 1990 ના દાયકામાં ઉચ્ચ-શક્તિ લેસરો અને એમ્પ્લીફાયર્સના વિકાસ સાથે નીચા-તાપમાનના કામ માટેનો ઉત્સાહ શરૂ થયો.

ઉચ્ચ શક્તિમાંલેસર સ્ત્રોતો, થર્મલ અસરો જેમ કે વિધ્રુવીકરણ નુકશાન, થર્મલ લેન્સ અથવા લેસર ક્રિસ્ટલ બેન્ડિંગની કામગીરીને અસર કરી શકે છે.પ્રકાશ સ્ત્રોત. નીચા તાપમાનના ઠંડક દ્વારા, ઘણી હાનિકારક થર્મલ અસરોને અસરકારક રીતે દબાવી શકાય છે, એટલે કે, ગેઇન માધ્યમને 77K અથવા તો 4K સુધી ઠંડુ કરવાની જરૂર છે. ઠંડકની અસરમાં મુખ્યત્વે શામેલ છે:

ગેઇન માધ્યમની લાક્ષણિક વાહકતા મોટા પ્રમાણમાં અવરોધે છે, મુખ્યત્વે કારણ કે દોરડાના સરેરાશ મુક્ત માર્ગમાં વધારો થાય છે. પરિણામે, તાપમાનનો ઢાળ નાટકીય રીતે ઘટે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે તાપમાન 300K થી ઘટાડીને 77K કરવામાં આવે છે, ત્યારે YAG ક્રિસ્ટલની થર્મલ વાહકતા સાતના પરિબળથી વધે છે.

થર્મલ પ્રસરણ ગુણાંકમાં પણ તીવ્ર ઘટાડો થાય છે. આ, તાપમાનના ઢાળમાં ઘટાડા સાથે, થર્મલ લેન્સિંગની અસરમાં ઘટાડો થાય છે અને તેથી તણાવ ભંગાણની સંભાવના ઓછી થાય છે.

થર્મો-ઓપ્ટિકલ ગુણાંક પણ ઘટે છે, જે થર્મલ લેન્સની અસરને વધુ ઘટાડે છે.

દુર્લભ પૃથ્વી આયનના શોષણ ક્રોસ સેક્શનમાં વધારો મુખ્યત્વે થર્મલ અસરને કારણે વિસ્તરણમાં ઘટાડો થવાને કારણે છે. તેથી, સંતૃપ્તિ શક્તિ ઓછી થાય છે અને લેસર ગેઇન વધે છે. તેથી, થ્રેશોલ્ડ પંપની શક્તિ ઓછી થાય છે, અને જ્યારે Q સ્વીચ કાર્યરત હોય ત્યારે ટૂંકા કઠોળ મેળવી શકાય છે. આઉટપુટ કપ્લરનું ટ્રાન્સમિટન્સ વધારીને, ઢોળાવની કાર્યક્ષમતા સુધારી શકાય છે, તેથી પરોપજીવી પોલાણની ખોટ અસર ઓછી મહત્વની બની જાય છે.

અર્ધ-ત્રણ-સ્તરના ગેઇન માધ્યમના કુલ નીચા સ્તરની કણોની સંખ્યા ઓછી થાય છે, તેથી થ્રેશોલ્ડ પમ્પિંગ પાવર ઘટાડવામાં આવે છે અને પાવર કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, Yb:YAG, જે 1030nm પર પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરે છે, તેને ઓરડાના તાપમાને અર્ધ-ત્રણ-સ્તરની સિસ્ટમ તરીકે જોઈ શકાય છે, પરંતુ 77K પર ચાર-સ્તરની સિસ્ટમ તરીકે જોઈ શકાય છે. એર: એ જ YAG માટે સાચું છે.

ગેઇન માધ્યમ પર આધાર રાખીને, કેટલીક શમન પ્રક્રિયાઓની તીવ્રતામાં ઘટાડો થશે.

ઉપરોક્ત પરિબળો સાથે સંયુક્ત, નીચા તાપમાનની કામગીરી લેસરની કામગીરીમાં મોટા પ્રમાણમાં સુધારો કરી શકે છે. ખાસ કરીને, નીચા તાપમાનના કૂલિંગ લેસરો થર્મલ અસરો વિના ખૂબ જ ઊંચી આઉટપુટ પાવર મેળવી શકે છે, એટલે કે સારી બીમ ગુણવત્તા મેળવી શકાય છે.

ધ્યાનમાં લેવાનો એક મુદ્દો એ છે કે ક્રાયોકૂલ્ડ લેસર ક્રિસ્ટલમાં, રેડિયેટેડ લાઇટ અને શોષિત પ્રકાશની બેન્ડવિડ્થ ઓછી થશે, તેથી તરંગલંબાઇ ટ્યુનિંગ શ્રેણી સાંકડી થશે, અને પમ્પ્ડ લેસરની રેખાની પહોળાઈ અને તરંગલંબાઇ સ્થિરતા વધુ કડક હશે. . જો કે, આ અસર સામાન્ય રીતે દુર્લભ છે.

ક્રાયોજેનિક ઠંડક સામાન્ય રીતે શીતકનો ઉપયોગ કરે છે, જેમ કે પ્રવાહી નાઇટ્રોજન અથવા પ્રવાહી હિલીયમ, અને આદર્શ રીતે રેફ્રિજન્ટ લેસર ક્રિસ્ટલ સાથે જોડાયેલ નળી દ્વારા ફરે છે. શીતક સમયસર ફરી ભરાય છે અથવા બંધ લૂપમાં રિસાયકલ કરવામાં આવે છે. નક્કરતા ટાળવા માટે, સામાન્ય રીતે લેસર ક્રિસ્ટલને વેક્યૂમ ચેમ્બરમાં મૂકવું જરૂરી છે.

નીચા તાપમાને કાર્યરત લેસર સ્ફટિકોની વિભાવના એમ્પ્લીફાયર પર પણ લાગુ કરી શકાય છે. ટાઇટેનિયમ નીલમનો ઉપયોગ હકારાત્મક પ્રતિસાદ એમ્પ્લીફાયર બનાવવા માટે થઈ શકે છે, જે દસ વોટમાં સરેરાશ આઉટપુટ પાવર છે.

જોકે ક્રાયોજેનિક ઠંડક ઉપકરણો જટિલ બનાવી શકે છેલેસર સિસ્ટમો, વધુ સામાન્ય ઠંડક પ્રણાલીઓ ઘણીવાર ઓછી સરળ હોય છે, અને ક્રાયોજેનિક ઠંડકની કાર્યક્ષમતા જટિલતામાં થોડો ઘટાડો કરવાની મંજૂરી આપે છે.