Лазери криогенӣ чист?

Консепсияи кори лазерҳо дар ҳарорати паст нав нест: дуввумин лазер дар таърих криогенӣ буд. Дар аввал, ба даст овардани кори ҳарорати хонагӣ душвор буд ва шавқу завқ ба кори ҳарорати паст дар солҳои 1990 бо таҳияи лазерҳо ва тақвиятдиҳандаҳои баландқувват оғоз ёфт.

Дар қувваи баландманбаъҳои лазерӣ, таъсири гармӣ ба монанди талафоти деполяризатсия, хамшавии линзаи гармӣ ё кристаллҳои лазерӣ метавонанд ба кори он таъсир расонандманбаи рӯшноӣТавассути хунуккунии ҳарорати паст, бисёр таъсири зараровари гармиро метавон самаранок пахш кард, яъне муҳити афзоиш бояд то 77K ё ҳатто 4K хунук карда шавад. Таъсири хунуккунӣ асосан инҳоро дар бар мегирад:

Ноқилияти хоси муҳити тақвияткунанда ба таври назаррас маҳдуд мешавад, асосан аз сабаби зиёд шудани масири миёнаи озоди ресмон. Дар натиҷа, градиенти ҳарорат ба таври назаррас коҳиш меёбад. Масалан, вақте ки ҳарорат аз 300K то 77K паст карда мешавад, ноқилияти гармии кристалли YAG ҳафт маротиба меафзояд.

Коэффитсиенти паҳншавии гармӣ низ якбора коҳиш меёбад. Ин, дар баробари коҳиши градиенти ҳарорат, боиси коҳиши таъсири линзакунии гармӣ ва аз ин рӯ, эҳтимолияти кандашавии шиддат мегардад.

Коэффисиенти термооптикӣ низ кам мешавад, ки таъсири линзаи гармиро боз ҳам коҳиш медиҳад.

Афзоиши буриши арзии ҷабби иони нодирзамин асосан аз сабаби коҳиши васеъшавӣ, ки дар натиҷаи таъсири гармӣ ба вуҷуд омадааст, ба амал меояд. Аз ин рӯ, қувваи сершавӣ кам мешавад ва фоидаи лазер зиёд мешавад. Аз ин рӯ, қувваи насоси остона кам мешавад ва ҳангоми кор кардани тугмаи Q импулсҳои кӯтоҳтар ба даст оварда мешаванд. Бо зиёд кардани гузариши пайвасткунаки баромад, самаранокии нишебӣ метавонад беҳтар карда шавад, аз ин рӯ таъсири талафоти ковокии паразитӣ камтар аҳамият пайдо мекунад.

Шумораи зарраҳои сатҳи умумии пасти муҳити афзоиши квазисесатҳӣ кам мешавад, аз ин рӯ қувваи насоскунии остона кам мешавад ва самаранокии қувва беҳтар мешавад. Масалан, Yb:YAG, ки дар 1030 нм рӯшноӣ истеҳсол мекунад, метавонад ҳамчун системаи квазисесатҳӣ дар ҳарорати хонагӣ, аммо ҳамчун системаи чорсатҳӣ дар 77K дида шавад. Er: Ҳамин чиз барои YAG низ дуруст аст.

Вобаста аз муҳити тақвиятдиҳанда, шиддати баъзе равандҳои хомӯшкунӣ коҳиш меёбад.

Дар якҷоягӣ бо омилҳои дар боло зикршуда, кори ҳарорати паст метавонад кори лазерро ба таври назаррас беҳтар созад. Аз ҷумла, лазерҳои хунуккунии ҳарорати паст метавонанд бидуни таъсири гармӣ қувваи хеле баланди баромадро ба даст оранд, яъне сифати хуби нурро ба даст овардан мумкин аст.

Як масъалае, ки бояд ба назар гирифта шавад, ин аст, ки дар кристалли лазерии криокализатсияшуда, паҳнои банди нури радиатсияшуда ва нури фурӯбаранда кам мешавад, аз ин рӯ диапазони танзими дарозии мавҷ тангтар мешавад ва паҳнои хат ва устувории дарозии мавҷи лазери насосшаванда сахттар хоҳад буд. Аммо, ин таъсир одатан нодир аст.

Ҳангоми хунуккунии криогенӣ одатан моеъи хунуккунанда, ба монанди нитрогени моеъ ё гелии моеъ, истифода мешавад ва дар ҳолати беҳтарин, моеъи хунуккунанда тавассути найчае, ки ба кристалли лазер пайваст карда шудааст, давр мезанад. Моеъи хунуккунанда сари вақт пур карда мешавад ё дар ҳалқаи пӯшида коркард мешавад. Барои пешгирӣ аз сахтшавӣ, одатан ҷойгир кардани кристалли лазер дар камераи вакуумӣ зарур аст.

Мафҳуми кристаллҳои лазерӣ, ки дар ҳарорати паст кор мекунанд, инчунин метавонад ба тақвиятдиҳандаҳо татбиқ карда шавад. Аз сапфири титанӣ метавон барои сохтани тақвиятдиҳандаи бозхондани мусбат истифода бурд, ки қувваи миёнаи баромади он даҳҳо ватт аст.

Гарчанде ки дастгоҳҳои хунуккунии криогенӣ метавонанд мушкилтар шавандсистемаҳои лазерӣ, системаҳои маъмултарини хунуккунӣ аксар вақт камтар соддаанд ва самаранокии хунуккунии криогенӣ имкон медиҳад, ки мураккабӣ каме коҳиш ёбад.