ಕ್ರಯೋಜೆನಿಕ್ ಲೇಸರ್ ಎಂದರೇನು

ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಲೇಸರ್‌ಗಳ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯು ಹೊಸದೇನಲ್ಲ: ಇತಿಹಾಸದಲ್ಲಿ ಎರಡನೇ ಲೇಸರ್ ಕ್ರಯೋಜೆನಿಕ್ ಆಗಿತ್ತು. ಆರಂಭದಲ್ಲಿ, ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯು ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿತ್ತು, ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ-ತಾಪಮಾನದ ಕೆಲಸಕ್ಕಾಗಿ ಉತ್ಸಾಹವು 1990 ರ ದಶಕದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಲೇಸರ್ಗಳು ಮತ್ತು ಆಂಪ್ಲಿಫೈಯರ್ಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯೊಂದಿಗೆ ಪ್ರಾರಂಭವಾಯಿತು.

ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯಲ್ಲಿಲೇಸರ್ ಮೂಲಗಳು, ಡಿಪೋಲರೈಸೇಶನ್ ನಷ್ಟ, ಥರ್ಮಲ್ ಲೆನ್ಸ್ ಅಥವಾ ಲೇಸರ್ ಸ್ಫಟಿಕ ಬಾಗುವಿಕೆಯಂತಹ ಉಷ್ಣ ಪರಿಣಾಮಗಳ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರಬಹುದುಬೆಳಕಿನ ಮೂಲ. ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ತಂಪಾಗಿಸುವಿಕೆಯ ಮೂಲಕ, ಅನೇಕ ಹಾನಿಕಾರಕ ಉಷ್ಣ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ನಿಗ್ರಹಿಸಬಹುದು, ಅಂದರೆ, ಲಾಭ ಮಾಧ್ಯಮವನ್ನು 77K ಅಥವಾ 4K ಗೆ ತಂಪಾಗಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಕೂಲಿಂಗ್ ಪರಿಣಾಮವು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಒಳಗೊಂಡಿದೆ:

ಗಳಿಕೆಯ ಮಾಧ್ಯಮದ ವಿಶಿಷ್ಟ ವಾಹಕತೆಯು ಬಹಳವಾಗಿ ಪ್ರತಿಬಂಧಿಸುತ್ತದೆ, ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಹಗ್ಗದ ಸರಾಸರಿ ಮುಕ್ತ ಮಾರ್ಗವು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ತಾಪಮಾನದ ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್ ನಾಟಕೀಯವಾಗಿ ಇಳಿಯುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ತಾಪಮಾನವನ್ನು 300K ನಿಂದ 77K ಗೆ ಇಳಿಸಿದಾಗ, YAG ಸ್ಫಟಿಕದ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆಯು ಏಳು ಅಂಶಗಳಿಂದ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

ಉಷ್ಣ ಪ್ರಸರಣ ಗುಣಾಂಕವು ತೀವ್ರವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ತಾಪಮಾನದ ಗ್ರೇಡಿಯಂಟ್‌ನಲ್ಲಿನ ಕಡಿತದೊಂದಿಗೆ, ಕಡಿಮೆ ಥರ್ಮಲ್ ಲೆನ್ಸಿಂಗ್ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಒತ್ತಡದ ಛಿದ್ರತೆಯ ಸಾಧ್ಯತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಥರ್ಮೋ-ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗುಣಾಂಕವು ಸಹ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಥರ್ಮಲ್ ಲೆನ್ಸ್ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಅಪರೂಪದ ಭೂಮಿಯ ಅಯಾನುಗಳ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವಿಕೆಯ ಅಡ್ಡ ವಿಭಾಗದ ಹೆಚ್ಚಳವು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಉಷ್ಣ ಪರಿಣಾಮದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಇಳಿಕೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಪವರ್ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಲೇಸರ್ ಗಳಿಕೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಥ್ರೆಶೋಲ್ಡ್ ಪಂಪ್ ಪವರ್ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಕ್ಯೂ ಸ್ವಿಚ್ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತಿರುವಾಗ ಕಡಿಮೆ ದ್ವಿದಳ ಧಾನ್ಯಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು. ಔಟ್ಪುಟ್ ಸಂಯೋಜಕದ ಪ್ರಸರಣವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಇಳಿಜಾರಿನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಬಹುದು, ಆದ್ದರಿಂದ ಪರಾವಲಂಬಿ ಕುಹರದ ನಷ್ಟದ ಪರಿಣಾಮವು ಕಡಿಮೆ ಪ್ರಾಮುಖ್ಯತೆಯನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತದೆ.

ಅರೆ-ಮೂರು-ಹಂತದ ಗಳಿಕೆ ಮಾಧ್ಯಮದ ಒಟ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಟ್ಟದ ಕಣಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಥ್ರೆಶೋಲ್ಡ್ ಪಂಪ್ ಪವರ್ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ದಕ್ಷತೆಯು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, 1030nm ನಲ್ಲಿ ಬೆಳಕನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ Yb:YAG ಅನ್ನು ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ ಅರೆ-ಮೂರು-ಹಂತದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಾಗಿ ಕಾಣಬಹುದು, ಆದರೆ 77K ನಲ್ಲಿ ನಾಲ್ಕು-ಹಂತದ ವ್ಯವಸ್ಥೆ. Er: YAG ಗೂ ಇದು ನಿಜ.

ಲಾಭದ ಮಾಧ್ಯಮವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿ, ಕೆಲವು ತಣಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳ ತೀವ್ರತೆಯು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

ಮೇಲಿನ ಅಂಶಗಳೊಂದಿಗೆ ಸೇರಿ, ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯು ಲೇಸರ್ನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಕೂಲಿಂಗ್ ಲೇಸರ್‌ಗಳು ಉಷ್ಣ ಪರಿಣಾಮಗಳಿಲ್ಲದೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು, ಅಂದರೆ ಉತ್ತಮ ಕಿರಣದ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು.

ಪರಿಗಣಿಸಬೇಕಾದ ಒಂದು ಸಮಸ್ಯೆ ಏನೆಂದರೆ, ಕ್ರಯೋಕೂಲ್ಡ್ ಲೇಸರ್ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ, ವಿಕಿರಣಗೊಂಡ ಬೆಳಕು ಮತ್ತು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಬೆಳಕಿನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ತರಂಗಾಂತರದ ಶ್ರುತಿ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯು ಕಿರಿದಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಪಂಪ್ ಮಾಡಿದ ಲೇಸರ್‌ನ ಸಾಲಿನ ಅಗಲ ಮತ್ತು ತರಂಗಾಂತರದ ಸ್ಥಿರತೆಯು ಹೆಚ್ಚು ಕಠಿಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ. . ಆದಾಗ್ಯೂ, ಈ ಪರಿಣಾಮವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅಪರೂಪ.

ಕ್ರಯೋಜೆನಿಕ್ ಕೂಲಿಂಗ್ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ದ್ರವ ಸಾರಜನಕ ಅಥವಾ ದ್ರವ ಹೀಲಿಯಂನಂತಹ ಶೀತಕವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಲೇಸರ್ ಸ್ಫಟಿಕಕ್ಕೆ ಜೋಡಿಸಲಾದ ಟ್ಯೂಬ್ ಮೂಲಕ ಶೀತಕವು ಪರಿಚಲನೆಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಕೂಲಂಟ್ ಅನ್ನು ಸಮಯಕ್ಕೆ ಮರುಪೂರಣ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ ಅಥವಾ ಮುಚ್ಚಿದ ಲೂಪ್ನಲ್ಲಿ ಮರುಬಳಕೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಘನೀಕರಣವನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಲು, ಲೇಸರ್ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ನಿರ್ವಾತ ಕೊಠಡಿಯಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅಗತ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಲೇಸರ್ ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಆಂಪ್ಲಿಫೈಯರ್‌ಗಳಿಗೆ ಸಹ ಅನ್ವಯಿಸಬಹುದು. ಟೈಟಾನಿಯಂ ನೀಲಮಣಿಯನ್ನು ಧನಾತ್ಮಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಆಂಪ್ಲಿಫಯರ್ ಮಾಡಲು ಬಳಸಬಹುದು, ಹತ್ತಾರು ವ್ಯಾಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸರಾಸರಿ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಪವರ್.

ಕ್ರಯೋಜೆನಿಕ್ ಕೂಲಿಂಗ್ ಸಾಧನಗಳು ಸಂಕೀರ್ಣವಾಗಬಹುದುಲೇಸರ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು, ಹೆಚ್ಚು ಸಾಮಾನ್ಯವಾದ ಕೂಲಿಂಗ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಸರಳವಾಗಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಕ್ರಯೋಜೆನಿಕ್ ಕೂಲಿಂಗ್‌ನ ದಕ್ಷತೆಯು ಸಂಕೀರ್ಣತೆಯನ್ನು ಸ್ವಲ್ಪ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ.