什么是(shi)“低(di)溫激光器”？其(qi)實就(jiu)是(shi)增益介質需要低(di)溫工作的激光器。
低溫(wen)工作的(de)激光器(qi)的(de)概(gai)念并(bing)不新穎：歷史上第二個激光器(qi)就是(shi)低溫(wen)的(de)。開始采用這一概(gai)念就是(shi)很難(nan)實現(xian)室溫(wen)工作，對于低溫(wen)工作研(yan)究(jiu)的(de)熱情是(shi)從1990s高功率激光器(qi)和放大器(qi)發展開始的(de)。
在高功率激光(guang)光(guang)源(yuan)中，熱效(xiao)應，例如去(qu)極化損耗，熱透鏡或者激光(guang)晶體的(de)(de)彎曲都會影響光(guang)源(yuan)的(de)(de)性能。通過低溫冷(leng)(leng)卻，可(ke)以有(you)效(xiao)抑制很多有(you)害的(de)(de)熱效(xiao)應，即需要(yao)將增(zeng)益介質冷(leng)(leng)卻到(dao)77K甚至4K。冷(leng)(leng)卻效(xiao)應主要(yao)包括：
增益介質的(de)特(te)傳導性大(da)大(da)的(de)被抑制，主要是因(yin)為繩子的(de)平均自由程增加(jia)了(le)(le)。因(yin)此，溫度(du)(du)梯度(du)(du)急劇降低。例如，當溫度(du)(du)從(cong)300K降低到77K時，YAG晶體的(de)熱導率增加(jia)了(le)(le)7倍。
熱擴散系(xi)數也急劇減(jian)小(xiao)。這(zhe)與溫(wen)度(du)梯(ti)度(du)的減(jian)少一起會導致熱透鏡效應減(jian)小(xiao)，因此應力破裂的可能性降(jiang)低。
熱(re)光系數也(ye)減小(xiao)，進一步減小(xiao)熱(re)透鏡(jing)效應。
稀土離子的(de)吸(xi)收截(jie)面增(zeng)大(da)，主要是由(you)于熱(re)效應引起的(de)展(zhan)寬(kuan)降低。因此(ci)，飽和功(gong)率降低，激(ji)光增(zeng)益增(zeng)加(jia)。因此(ci)，閾值泵浦功(gong)率降低，在Q開關工作時鞥能(neng)得(de)到更短的(de)脈沖。通(tong)過提高輸出耦合(he)器的(de)透射率，斜率效率可以提高，因此(ci)寄生諧振腔損耗(hao)影響(xiang)變得(de)不太重要。
準三能級(ji)(ji)增益介(jie)質總(zong)低(di)能級(ji)(ji)的(de)粒子數降低(di)，因(yin)此降低(di)閾值泵浦功率(lv)，功率(lv)效率(lv)提高。例如，產生1030nm光的(de)Yb:YAG可(ke)以看(kan)做是(shi)室溫下的(de)準三能級(ji)(ji)系統(tong)，但是(shi)在77K為(wei)四能級(ji)(ji)系統(tong)。Er：YAG也(ye)是(shi)相同的(de)情況。
根據增益介質的不(bu)同，有些淬滅過程(cheng)的強度會降低。
結合以上因素，低溫(wen)(wen)工作可(ke)(ke)以大的(de)提高(gao)激(ji)光器的(de)性能。特別是低溫(wen)(wen)冷卻激(ji)光器可(ke)(ke)以得(de)到(dao)非常(chang)高(gao)的(de)輸出(chu)功(gong)率，而(er)不會產(chan)生(sheng)熱效(xiao)應，即可(ke)(ke)以得(de)到(dao)很好的(de)光束(shu)質量(liang)。
需要(yao)考慮的(de)一個問題是(shi)，在低溫(wen)冷卻激光(guang)(guang)晶體(ti)中，輻射光(guang)(guang)和(he)吸收光(guang)(guang)的(de)帶寬會(hui)減(jian)小，因此波(bo)長調(diao)諧范圍變窄，對泵(beng)浦激光(guang)(guang)器的(de)線寬和(he)波(bo)長穩定性(xing)要(yao)求更加嚴格。但是(shi)，這一效(xiao)應通常很少(shao)發生(sheng)。
低溫冷(leng)(leng)(leng)卻通(tong)常采用的(de)是冷(leng)(leng)(leng)卻劑，例(li)如液氮或者(zhe)液氦，理(li)想情(qing)況下，制(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑在(zai)貼著激光晶體(ti)(ti)的(de)管道中循(xun)環。冷(leng)(leng)(leng)卻劑會及時的(de)補充(chong)或者(zhe)在(zai)閉環中循(xun)環利用。為了避免凝(ning)固(gu)，通(tong)常需要將激光晶體(ti)(ti)放(fang)在(zai)真(zhen)空室中。
激光晶體在低溫(wen)工作(zuo)的概念也可(ke)以應用于(yu)放(fang)大(da)器。可(ke)以采(cai)用鈦藍(lan)寶石制(zhi)作(zuo)正反饋放(fang)大(da)器，平均輸出功(gong)率在幾十瓦。
盡管低(di)(di)溫(wen)冷(leng)卻裝置(zhi)會使激(ji)光(guang)系(xi)統變(bian)得復(fu)雜，更加(jia)常見的(de)(de)冷(leng)卻系(xi)統通常也不太簡(jian)單，并且低(di)(di)溫(wen)冷(leng)卻的(de)(de)效率(lv)允許(xu)降(jiang)低(di)(di)一定的(de)(de)復(fu)雜性。

（來源：網絡(luo)，版權歸(gui)原作者(zhe)）