Λεπτομέρειες Blog

Στον τομέα της προηγμένης φωτονικής και της επιστήμης των υλικών ακριβείας, το μονοκρυσταλλικό οξείδιο του αλουμινίου (Al2O3) ∆, που συνήθως αναφέρεται ως κορούνθος, χρησιμεύει ως βασικό υλικό.Αν και το συνθετικό ρουμπίνι και ο βιομηχανικός σαφείριος είναι χημικά πανομοιότυποι στο επίπεδο του πλέγματος του οικοδεσπότη, η σκόπιμη εισαγωγή (ή η απουσία) ιχνοπροστατευτικών ουσιών δημιουργεί έναν αποφασιστικό λειτουργικό διαχωρισμό μεταξύ αυτών των δύο ουσιών.- Αδελφοί κρύσταλλοι.

Για μηχανικούς λέιζερ, οπτικούς σχεδιαστές, και επιστήμονες υλικών, κατανοώντας το φυσικό, οπτικό,και θερμοδυναμικά όρια μεταξύ ρουμπίνι και ζαφείρι είναι απαραίτητο για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του συστήματος, αξιοπιστία και διάρκεια ζωής.

1Κρυσταλλογραφικό Ίδρυμα: Η Οικογένεια Κορούνδου

Τόσο το ρουμπίνι όσο και το ζαφείρι κρυσταλλώνονται στο τριγωνικό κρυσταλλικό σύστημα με ρομποεδρική συμμετρία (διαστημική ομάδα R-3c).Το κοινό τους πλέγμα κορούνθου τους προσφέρει έναν σπάνιο συνδυασμό ιδιοτήτων "υπερ-υλικών".:

• Εξαιρετική σκληρότητα
  Σκληρότητα Μος 9.0, που ξεπερνάται μόνο από το διαμάντι και το μοϊσάνιτο.

• Υψηλή θερμική αγωγιμότητα
  Περίπου 30 ̇35 W·m−1·K−1 σε θερμοκρασία δωματίου (εξαρτάται από τον προσανατολισμό), σημαντικά υψηλότερα από τα περισσότερα οπτικά γυαλιά και πολλές κεραμικές λέιζερ.

• Χημική και περιβαλλοντική αδράνεια
  Εξαιρετική αντοχή σε οξέα, αλκαλικά, ακτινοβολία και οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες.

Διαφορά σε Ατομικό Επίπεδο

Η λειτουργική αποκλίσεις εμφανίζεται στο επίπεδο της ιονικής υποκατάστασης:

• Συνθετικό ρουμπίνι
  Τα ιόντα χρωμίου (Cr3+) αντικαθιστούν ένα μικρό κλάσμα των ιόντων αλουμινίου (Al3+) στο πλέγμα Al2O3, συνήθως σε συγκεντρώσεις 0,03·0,5 at.%.

• Βιομηχανικό ζαφείρι
  Παραμένει αχρηματοποιημένο ή με εξαιρετικά υψηλή καθαρότητα, βελτιστοποιημένο για οπτική διαφάνεια, μηχανική αντοχή και θερμική σταθερότητα.

Είναι σημαντικό ότι και τα δύο υλικά διατηρούν το ίδιο πλέγμα ξενιστή (Al2O3)· μόνο οι ηλεκτρονικές ενεργειακές καταστάσεις διαφέρουν λόγω των ντοπαντών.

2.Συνθετικές ράβδοι ρουμπίνιΟ πρωτοπόρος των ενεργών μέσων ενημέρωσης

Το συνθετικό ρουμπίνι κατέχει μια μοναδική θέση στην ιστορία του λέιζερ ως το πρώτο μέσο ενεργού κέρδους που χρησιμοποιείται σε ένα λειτουργικό λέιζερ, που αποδείχθηκε από τον Θεόδωρο H. Maiman το 1960.

Οπτική Φυσική: Ένα Σύστημα Λάζερ Τριών Επιπέδων

Το Ruby λειτουργεί ως σύστημα λέιζερ τριών επιπέδων, το οποίο το διακρίνει θεμελιωδώς από τα σύγχρονα λέιζερ στερεής κατάστασης τεσσάρων επιπέδων.

• Απορρόφηση αντλίας
  Τα ιόντα Cr3+ απορροφούν το ευρυζωνικό πράσινο και μπλε φως (≈400 ∼ 560 nm), συνήθως από φακό ξενών.

• Πληθυσμός μετασταθεροποιημένων κρατών
  Η μη ακτινοβολητική χαλάρωση γεμίζει το μετασταθερό2E ^ 2E2ΕΠολιτεία.

• Ενθάρρυνση της εκπομπής
  Η εκπομπή λέιζερ λαμβάνει χώρα σε 694,3 nm (βαθιά κόκκινο), που αντιστοιχεί στην2E→4A2^2E → ^4A_22Ε→4Α2- Δεν ξέρω.μεταβατική περίοδο.

Επειδή το χαμηλότερο επίπεδο λέιζερ είναι η βασική κατάσταση, απαιτούνται υψηλές πυκνότητες ενέργειας αντλίας για να επιτευχθεί αντιστροφή πληθυσμού.

Πλεονεκτήματα της Μηχανικής

• Υψηλή δυναμική ενέργειας παλμού
  Τα λέιζερ Ruby υπερέχουν στην παραγωγή παλμών υψηλής ενέργειας, μικρής διάρκειας, αν και με χαμηλά ποσοστά επανάληψης.

• Μηχανική και θερμική αντοχή
  Οι μονοκρυσταλλικές ράβδοι ρουμπίνι ανέχονται έντονη οπτική άντληση και μηχανικό σοκ πολύ καλύτερα από τα μέσα αύξησης με βάση το γυαλί.

• Εξαιρετική φασματική σταθερότητα
  Σταθερό μήκος κύματος εκπομπής με ελάχιστη θερμική παραίτηση.

Χρήσιμες εφαρμογές

Παρά το γεγονός ότι αντικαταστάθηκαν σε μεγάλο βαθμό στην βιομηχανική κοπή λέιζερ, τα λέιζερ ρουμπίνου παραμένουν απαραίτητα σε:

• Δερματολογία (αφαίρεση τατουάζ και χρωστικών βλαβών)

• Ολογραφική παρεμβομετρία και ολογραφική καταγραφή

• Φυσική υψηλής τάσης και διάγνωση πλάσματος

• Πηγές αναφοράς μετρολογίας ακρίβειας

3Η σαφφείρινη ράβδος, ο δάσκαλος της παθητικής οπτικής και του θερμικού ελέγχου.

Σε αντίθεση με τον ρόλο του ρουμπίνου ως γεννήτριας φωτός, ο μη ντοπιζόμενος ζαφείρι λειτουργεί κυρίως ως παθητικό οπτικό και δομικό υλικό.

Ευρυζωνική οπτική διαφάνεια & LIDT

Το βιομηχανικό ζαφείρι παρουσιάζει ένα από τα ευρύτερα παράθυρα μετάδοσης μεταξύ των οπτικών κρυστάλλων:

• Πεδίο μεταφοράς:
  ~ 200 nm (Deep UV) έως 5,0 ̇ 5,5 μm (Mid-IR), ανάλογα με την καθαρότητα και τον κρυστάλλινο προσανατολισμό.

• Οριακό όριο ζημίας που προκαλείται από λέιζερ (LIDT):
  Ανάμεσα στα υψηλότερα από όλα τα οπτικά υλικά, καθιστώντας το ζαφείρι ιδανικό για συστήματα λέιζερ υψηλής ισχύος και υψηλής ροής.

Λειτουργικοί ρόλοι μηχανικής

• Παράδοση ακτίνων λέιζερ και ομοιογενοποίηση
  Οι ράβδοι ζαφείριου λειτουργούν ως οδηγοί φωτός ή ομογενοποιητές όπου το λιωμένο πυρίτιο ή το γυαλί θα υποφέρουν από θερμική κατάρρευση ή επιφανειακή βλάβη.

• Συστατικά της θερμικής διαχείρισης
  Τα παράθυρα και οι ράβδοι ζαφείριου χρησιμεύουν ως οπτικοί διασκορπιστές θερμότητας σε λέιζερ στερεής κατάστασης με αντλία διόδων και συστήματα LED υψηλής ισχύος.

• Οπτική του σκληρού περιβάλλοντος
  Χρησιμοποιείται ευρέως σε ημιαγωγούς θαλάμους CVD, συστήματα κενού και οπτικές θύρες υψηλής πίεσης.

Σημείωση για το Ti: Σαφείρι

Όταν τοποθετείται με ιόντα τιτανίου (Ti3+), ο ζαφείριος γίνεται Ti: ζαφείριος, ο σημαντικότερος ρυθμιζόμενος κρυστάλλος λέιζερ για:

• Γεννήσεως υπερκόκκινων σφυγμών φεμτοδευτερόλεπτου

• Εναρμόνιση μήκους κύματος από ~650~1100 nm

Από την άποψη της ταξινόμησης των υλικών, το Ti:saphir δεν είναι ούτε ρουμπίνι ούτε βιομηχανικό σαφείρι, αλλά ένας ξεχωριστός ενεργός κρυστάλλος λέιζερ.

4Η σύγκριση μηχανικών: τεχνικά κριτήρια επιλογής

5Πλαίσιο λήψης αποφάσεων: Ποια ράβδο θα πρέπει να προσδιορίσετε;

Προσδιορίστε συνθετικές ράβδους ρουμπίνου εάν:

• Σχεδιάζετε ή συντηρείτε ένα σύστημα 694,3 nm παλμικού λέιζερ

• Η αίτησή σας βασίζεται σε συγκεκριμένες ηλεκτρονικές μεταβάσεις Cr3+

• Χρειάζεστε ένα στοιχείο αναφοράς υψηλής ορατότητας (π.χ. άκρες ανιχνευτών CMM, πρότυπα ευθυγράμμισης)

Προσδιορίστε τις βιομηχανικές ράβδους ζαφείριου αν:

• Χρειάζεστε ευρυζωνική μετάδοση UV

• Το σύστημά σας λειτουργεί υπό υψηλή ροή λέιζερ ή πυκνότητα ισχύος

• Το περιβάλλον περιλαμβάνει ακραία θερμοκρασία, έκθεση σε χημικά ή κενό

Συμπεράσματα

Μέσα στην ιεραρχία των φωτονικών υλικών, το συνθετικό ρουμπίνι λειτουργεί ως οπτική μηχανή, δημιουργώντας ενεργά συνεκτικό κόκκινο λέιζερ, ενώ το βιομηχανικό ζαφείρι χρησιμεύει ως σούπερ αυτοκινητόδρομος.∆ορυφορικές και τεχνολογικές δραστηριότητες.

Για τα σύγχρονα συστήματα ημιαγωγών, αεροδιαστημικών και φωτονικών υψηλής ισχύος, η επιλογή δεν είναι ζήτημα ποιότητας, αλλά λειτουργίας:
Πρέπει ο κρύσταλλος να συμμετέχει ενεργά στη δημιουργία φωτός ή να λειτουργεί ως ένας αδιάλλακτος φύλακας της οπτικής ακεραιότητας;