ಕ್ರಯೋಜೆನಿಕ್ ಲೇಸರ್ ಎಂದರೇನು?

ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಲೇಸರ್‌ಗಳ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯು ಹೊಸದಲ್ಲ: ಇತಿಹಾಸದಲ್ಲಿ ಎರಡನೇ ಲೇಸರ್ ಕ್ರಯೋಜೆನಿಕ್ ಆಗಿತ್ತು. ಆರಂಭದಲ್ಲಿ, ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸುವುದು 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 ಬಾಗುವಿಕೆ ಮುಂತಾದ ಉಷ್ಣ ಪರಿಣಾಮಗಳು ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರಬಹುದುಬೆಳಕಿನ ಮೂಲಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ತಂಪಾಗಿಸುವಿಕೆಯ ಮೂಲಕ, ಅನೇಕ ಹಾನಿಕಾರಕ ಉಷ್ಣ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ನಿಗ್ರಹಿಸಬಹುದು, ಅಂದರೆ, ಲಾಭ ಮಾಧ್ಯಮವನ್ನು 77K ಅಥವಾ 4K ಗೆ ತಂಪಾಗಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ತಂಪಾಗಿಸುವ ಪರಿಣಾಮವು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಇವುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ:

ಗೇನ್ ಮಾಧ್ಯಮದ ವಿಶಿಷ್ಟ ವಾಹಕತೆಯು ಬಹಳವಾಗಿ ಪ್ರತಿಬಂಧಿಸಲ್ಪಡುತ್ತದೆ, ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಹಗ್ಗದ ಸರಾಸರಿ ಮುಕ್ತ ಮಾರ್ಗವು ಹೆಚ್ಚಾಗುವುದರಿಂದ. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ತಾಪಮಾನದ ಇಳಿಜಾರು ನಾಟಕೀಯವಾಗಿ ಇಳಿಯುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ತಾಪಮಾನವನ್ನು 300K ನಿಂದ 77K ಗೆ ಇಳಿಸಿದಾಗ, YAG ಸ್ಫಟಿಕದ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆಯು ಏಳು ಅಂಶದಿಂದ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

ಉಷ್ಣ ಪ್ರಸರಣ ಗುಣಾಂಕವೂ ತೀವ್ರವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ತಾಪಮಾನದ ಇಳಿಜಾರಿನಲ್ಲಿ ಇಳಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ, ಉಷ್ಣ ಮಸೂರ ಪರಿಣಾಮದಲ್ಲಿ ಇಳಿಕೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಒತ್ತಡದ ಛಿದ್ರತೆಯ ಸಾಧ್ಯತೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

ಥರ್ಮೋ-ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಗುಣಾಂಕವೂ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಥರ್ಮಲ್ ಲೆನ್ಸ್ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಅಪರೂಪದ ಭೂಮಿಯ ಅಯಾನುಗಳ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಅಡ್ಡ ವಿಭಾಗದ ಹೆಚ್ಚಳವು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಉಷ್ಣ ಪರಿಣಾಮದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಅಗಲೀಕರಣದಲ್ಲಿನ ಇಳಿಕೆಯಿಂದಾಗಿ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಪವರ್ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಲೇಸರ್ ಗೇನ್ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಥ್ರೆಶೋಲ್ಡ್ ಪಂಪ್ ಪವರ್ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು Q ಸ್ವಿಚ್ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತಿರುವಾಗ ಕಡಿಮೆ ಪಲ್ಸ್‌ಗಳನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು. ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಕಪ್ಲರ್‌ನ ಪ್ರಸರಣವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಇಳಿಜಾರಿನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಬಹುದು, ಆದ್ದರಿಂದ ಪರಾವಲಂಬಿ ಕುಹರದ ನಷ್ಟದ ಪರಿಣಾಮವು ಕಡಿಮೆ ಮುಖ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ.

ಅರೆ-ಮೂರು-ಹಂತದ ಲಾಭ ಮಾಧ್ಯಮದ ಒಟ್ಟು ಕಡಿಮೆ ಮಟ್ಟದ ಕಣ ಸಂಖ್ಯೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಮಿತಿ ಪಂಪಿಂಗ್ ಶಕ್ತಿ 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 ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಕಾಣಬಹುದು. Er: YAG ಗೂ ಇದು ನಿಜ.

ಲಾಭ ಮಾಧ್ಯಮವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿ, ಕೆಲವು ತಣಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳ ತೀವ್ರತೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

ಮೇಲಿನ ಅಂಶಗಳೊಂದಿಗೆ ಸೇರಿ, ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯು ಲೇಸರ್‌ನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ತಂಪಾಗಿಸುವ ಲೇಸರ್‌ಗಳು ಉಷ್ಣ ಪರಿಣಾಮಗಳಿಲ್ಲದೆ ಅತಿ ಹೆಚ್ಚು ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು, ಅಂದರೆ, ಉತ್ತಮ ಕಿರಣದ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು.

ಪರಿಗಣಿಸಬೇಕಾದ ಒಂದು ವಿಷಯವೆಂದರೆ ಕ್ರಯೋಕೂಲ್ಡ್ ಲೇಸರ್ ಸ್ಫಟಿಕದಲ್ಲಿ, ವಿಕಿರಣಗೊಂಡ ಬೆಳಕು ಮತ್ತು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟ ಬೆಳಕಿನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ತರಂಗಾಂತರ ಶ್ರುತಿ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯು ಕಿರಿದಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಪಂಪ್ ಮಾಡಿದ ಲೇಸರ್‌ನ ರೇಖೆಯ ಅಗಲ ಮತ್ತು ತರಂಗಾಂತರ ಸ್ಥಿರತೆ ಹೆಚ್ಚು ಕಠಿಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಈ ಪರಿಣಾಮವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅಪರೂಪ.

ಕ್ರಯೋಜೆನಿಕ್ ಕೂಲಿಂಗ್ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ದ್ರವ ಸಾರಜನಕ ಅಥವಾ ದ್ರವ ಹೀಲಿಯಂನಂತಹ ಶೀತಕವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಆದರ್ಶಪ್ರಾಯವಾಗಿ ಶೀತಕವು ಲೇಸರ್ ಸ್ಫಟಿಕಕ್ಕೆ ಜೋಡಿಸಲಾದ ಕೊಳವೆಯ ಮೂಲಕ ಪರಿಚಲನೆಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಕೂಲಂಟ್ ಅನ್ನು ಸಮಯಕ್ಕೆ ಸರಿಯಾಗಿ ಮರುಪೂರಣ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ ಅಥವಾ ಮುಚ್ಚಿದ ಲೂಪ್‌ನಲ್ಲಿ ಮರುಬಳಕೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಘನೀಕರಣವನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಲು, ಲೇಸರ್ ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ನಿರ್ವಾತ ಕೋಣೆಯಲ್ಲಿ ಇರಿಸುವುದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅಗತ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಲೇಸರ್ ಸ್ಫಟಿಕಗಳ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಆಂಪ್ಲಿಫೈಯರ್‌ಗಳಿಗೂ ಅನ್ವಯಿಸಬಹುದು. ಟೈಟಾನಿಯಂ ನೀಲಮಣಿಯನ್ನು ಧನಾತ್ಮಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಆಂಪ್ಲಿಫೈಯರ್ ಮಾಡಲು ಬಳಸಬಹುದು, ಇದು ಹತ್ತಾರು ವ್ಯಾಟ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಸರಾಸರಿ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಪವರ್ ಆಗಿದೆ.

ಕ್ರಯೋಜೆನಿಕ್ ತಂಪಾಗಿಸುವ ಸಾಧನಗಳು ಜಟಿಲಗೊಳಿಸಬಹುದಾದರೂಲೇಸರ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು, ಹೆಚ್ಚು ಸಾಮಾನ್ಯವಾದ ತಂಪಾಗಿಸುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಸರಳವಾಗಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಕ್ರಯೋಜೆನಿಕ್ ತಂಪಾಗಿಸುವಿಕೆಯ ದಕ್ಷತೆಯು ಸಂಕೀರ್ಣತೆಯನ್ನು ಸ್ವಲ್ಪ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ.