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什么是“低溫激光器”？其實就是增益介質需要低溫工作的激光器。
低溫工作的激光器的概念并不新穎：歷史上第二個激光器就是低溫的。開始采用這一概念就是很難實現室溫工作，對于低溫工作研究的熱情是從1990s高功率激光器和放大器發展開始的。
在高功率激光光源中，熱效應，例如去極化損耗，熱透鏡或者激光晶體的彎曲都會影響光源的性能。通過低溫冷卻，可以有效抑制很多有害的熱效應，即需要將增益介質冷卻到77K甚至4K。冷卻效應主要包括：
增益介質的特傳導性大大的被抑制，主要是因為繩子的平均自由程增加了。因此，溫度梯度急劇降低。例如，當溫度從300K降低到77K時，YAG晶體的熱導率增加了7倍。
熱擴散系數也急劇減小。這與溫度梯度的減少一起會導致熱透鏡效應減小，因此應力破裂的可能性降低。
熱光系數也減小，進一步減小熱透鏡效應。
稀土離子的吸收截面增大，主要是由于熱效應引起的展寬降低。因此，飽和功率降低，激光增益增加。因此，閾值泵浦功率降低，在Q開關工作時鞥能得到更短的脈沖。通過提高輸出耦合器的透射率，斜率效率可以提高，因此寄生諧振腔損耗影響變得不太重要。
準三能級增益介質總低能級的粒子數降低，因此降低閾值泵浦功率，功率效率提高。例如，產生1030nm光的Yb:YAG可以看做是室溫下的準三能級系統，但是在77K為四能級系統。Er：YAG也是相同的情況。
根據增益介質的不同，有些淬滅過程的強度會降低。
結合以上因素，低溫工作可以大的提高激光器的性能。特別是低溫冷卻激光器可以得到非常高的輸出功率，而不會產生熱效應，即可以得到很好的光束質量。
需要考慮的一個問題是，在低溫冷卻激光晶體中，輻射光和吸收光的帶寬會減小，因此波長調諧范圍變窄，對泵浦激光器的線寬和波長穩定性要求更加嚴格。但是，這一效應通常很少發生。
低溫冷卻通常采用的是冷卻劑，例如液氮或者液氦，理想情況下，制冷劑在貼著激光晶體的管道中循環。冷卻劑會及時的補充或者在閉環中循環利用。為了避免凝固，通常需要將激光晶體放在真空室中。
激光晶體在低溫工作的概念也可以應用于放大器。可以采用鈦藍寶石制作正反饋放大器，平均輸出功率在幾十瓦。
盡管低溫冷卻裝置會使激光系統變得復雜，更加常見的冷卻系統通常也不太簡單，并且低溫冷卻的效率允許降低一定的復雜性。
（來源：網絡，版權歸原作者）
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