តើ "ឡាស៊ែរសីតុណ្ហភាពទាប" ជាអ្វី? តាមពិតទៅ វាគឺជាឡាស៊ែរដែលត្រូវការប្រតិបត្តិការសីតុណ្ហភាពទាបនៅក្នុងឧបករណ៍ផ្ទុកដែលទទួលបាន។
គោលគំនិតនៃឡាស៊ែរដែលដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពទាបមិនមែនជារឿងថ្មីទេ៖ ឡាស៊ែរទីពីរក្នុងប្រវត្តិសាស្ត្រគឺជាឡាស៊ែរត្រជាក់។ ដំបូងឡើយ គោលគំនិតនេះពិបាកក្នុងការសម្រេចបានប្រតិបត្តិការសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ ហើយភាពរីករាយចំពោះការងារនៅសីតុណ្ហភាពទាបបានចាប់ផ្តើមនៅក្នុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1990 ជាមួយនឹងការអភិវឌ្ឍឡាស៊ែរថាមពលខ្ពស់ និងឧបករណ៍ពង្រីកសំឡេង។
នៅក្នុងថាមពលខ្ពស់ប្រភពឡាស៊ែរផលប៉ះពាល់កម្ដៅដូចជាការបាត់បង់ឌីប៉ូឡារីសេ កញ្ចក់កម្ដៅ ឬការពត់កោងគ្រីស្តាល់ឡាស៊ែរអាចប៉ះពាល់ដល់ដំណើរការរបស់ប្រភពពន្លឺតាមរយៈការត្រជាក់នៅសីតុណ្ហភាពទាប ផលប៉ះពាល់កម្ដៅដែលបង្កគ្រោះថ្នាក់ជាច្រើនអាចត្រូវបានបង្ក្រាបយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព ពោលគឺឧបករណ៍ផ្ទុកដែលទទួលបានត្រូវត្រជាក់ដល់ 77K ឬសូម្បីតែ 4K។ ឥទ្ធិពលត្រជាក់ភាគច្រើនរួមមាន៖
ចរន្តលក្ខណៈនៃឧបករណ៍ផ្ទុកដែលទទួលបានត្រូវបានរារាំងយ៉ាងខ្លាំង ដែលភាគច្រើនដោយសារតែផ្លូវសេរីមធ្យមនៃខ្សែពួរត្រូវបានកើនឡើង។ ជាលទ្ធផល ជម្រាលសីតុណ្ហភាពធ្លាក់ចុះយ៉ាងខ្លាំង។ ឧទាហរណ៍ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពត្រូវបានបន្ទាបពី 300K មក 77K ចរន្តកម្ដៅនៃគ្រីស្តាល់ YAG កើនឡើងដោយកត្តាប្រាំពីរ។
មេគុណសាយភាយកម្ដៅក៏ថយចុះយ៉ាងខ្លាំងផងដែរ។ នេះ រួមជាមួយនឹងការថយចុះនៃជម្រាលសីតុណ្ហភាព បណ្តាលឱ្យមានឥទ្ធិពលកញ្ចក់កម្ដៅថយចុះ ហើយដូច្នេះលទ្ធភាពនៃការបែកស្ត្រេសក៏ថយចុះ។
មេគុណកម្ដៅ-អុបទិកក៏ត្រូវបានកាត់បន្ថយផងដែរ ដែលធ្វើឲ្យឥទ្ធិពលកែវកម្ដៅថយចុះបន្ថែមទៀត។
ការកើនឡើងនៃផ្នែកឆ្លងកាត់ស្រូបយកនៃអ៊ីយ៉ុងផែនដីដ៏កម្រគឺភាគច្រើនដោយសារតែការថយចុះនៃការរីកធំដែលបណ្តាលមកពីឥទ្ធិពលកម្ដៅ។ ដូច្នេះ ថាមពលតិត្ថិភាពត្រូវបានកាត់បន្ថយ ហើយការទទួលបានឡាស៊ែរត្រូវបានកើនឡើង។ ដូច្នេះ ថាមពលស្នប់កម្រិតត្រូវបានកាត់បន្ថយ ហើយជីពចរខ្លីអាចទទួលបាននៅពេលដែលកុងតាក់ Q កំពុងដំណើរការ។ តាមរយៈការបង្កើនការបញ្ជូននៃឧបករណ៍ភ្ជាប់ទិន្នផល ប្រសិទ្ធភាពជម្រាលអាចត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើង ដូច្នេះឥទ្ធិពលបាត់បង់បែហោងធ្មែញប៉ារ៉ាស៊ីតក្លាយជាមិនសូវសំខាន់។
ចំនួនភាគល្អិតនៃកម្រិតទាបសរុបនៃឧបករណ៍ផ្ទុកកម្រិតស្ទើរតែបីត្រូវបានកាត់បន្ថយ ដូច្នេះថាមពលបូមកម្រិតត្រូវបានកាត់បន្ថយ ហើយប្រសិទ្ធភាពថាមពលត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើង។ ឧទាហរណ៍ Yb:YAG ដែលផលិតពន្លឺនៅ 1030nm អាចត្រូវបានគេមើលឃើញថាជាប្រព័ន្ធកម្រិតស្ទើរតែបីនៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ ប៉ុន្តែជាប្រព័ន្ធកម្រិតបួននៅ 77K។ Er: រឿងដដែលនេះក៏ជាការពិតចំពោះ YAG ដែរ។
អាស្រ័យលើឧបករណ៍បង្កើនប្រសិទ្ធភាព អាំងតង់ស៊ីតេនៃដំណើរការពន្លត់មួយចំនួននឹងត្រូវបានកាត់បន្ថយ។
រួមផ្សំជាមួយនឹងកត្តាខាងលើ ប្រតិបត្តិការសីតុណ្ហភាពទាបអាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំងនូវដំណើរការរបស់ឡាស៊ែរ។ ជាពិសេស ឡាស៊ែរត្រជាក់សីតុណ្ហភាពទាបអាចទទួលបានថាមពលទិន្នផលខ្ពស់ខ្លាំងដោយគ្មានផលប៉ះពាល់កម្ដៅ ពោលគឺអាចទទួលបានគុណភាពធ្នឹមល្អ។
បញ្ហាមួយដែលត្រូវពិចារណាគឺថា នៅក្នុងគ្រីស្តាល់ឡាស៊ែរដែលត្រជាក់ក្នុងសីតុណ្ហភាពត្រជាក់ កម្រិតបញ្ជូននៃពន្លឺដែលបញ្ចេញ និងពន្លឺដែលស្រូបយកនឹងត្រូវបានកាត់បន្ថយ ដូច្នេះជួរលៃតម្រូវរលកនឹងតូចចង្អៀត ហើយទទឹងបន្ទាត់ និងស្ថេរភាពរលកនៃឡាស៊ែរដែលបូមនឹងកាន់តែតឹងរ៉ឹង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ឥទ្ធិពលនេះជាធម្មតាកម្រមានណាស់។
ជាធម្មតា ត្រជាក់ដោយសីតុណ្ហភាពត្រជាក់ (cryogenic coolant) ប្រើសារធាតុត្រជាក់ ដូចជាអាសូតរាវ ឬអេលីយ៉ូមរាវ ហើយតាមឧត្ដមគតិ សារធាតុត្រជាក់ចរាចរតាមបំពង់ដែលភ្ជាប់ទៅនឹងគ្រីស្តាល់ឡាស៊ែរ។ សារធាតុត្រជាក់ត្រូវបានបំពេញឡើងវិញទាន់ពេលវេលា ឬកែច្នៃឡើងវិញក្នុងរង្វិលជុំបិទជិត។ ដើម្បីជៀសវាងការរឹង ជាធម្មតាវាចាំបាច់ក្នុងការដាក់គ្រីស្តាល់ឡាស៊ែរនៅក្នុងបន្ទប់សុញ្ញកាស។
គោលគំនិតនៃគ្រីស្តាល់ឡាស៊ែរដែលដំណើរការនៅសីតុណ្ហភាពទាបក៏អាចត្រូវបានអនុវត្តទៅលើឧបករណ៍ពង្រីកសំឡេងផងដែរ។ ត្បូងកណ្តៀងទីតានីញ៉ូមអាចត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើតឧបករណ៍ពង្រីកសំឡេងមតិត្រឡប់វិជ្ជមាន ដែលជាថាមពលទិន្នផលជាមធ្យមគិតជារាប់សិបវ៉ាត់។
ទោះបីជាឧបករណ៍ត្រជាក់ cryogenic អាចធ្វើឱ្យស្មុគស្មាញក៏ដោយប្រព័ន្ធឡាស៊ែរប្រព័ន្ធត្រជាក់ទូទៅច្រើនតែមិនសូវសាមញ្ញទេ ហើយប្រសិទ្ធភាពនៃការត្រជាក់ដោយសីតុណ្ហភាពត្រជាក់អនុញ្ញាតឱ្យមានការកាត់បន្ថយភាពស្មុគស្មាញខ្លះ។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ១៤ ខែកក្កដា ឆ្នាំ ២០២៣