Προσαρμοσμένες ράβδοι λέιζερ Ruby Al2O3:Cr3+ Διαμέτρου 2mm/4mm Μέγεθος 10mm/20mm

Προσαρμοσμένες ράβδοι λέιζερ Ruby (Al2O3:Cr3+) Διαμέτρου 2 mm/4 mm Διάστημα 10 mm/20 mm

Σύνοψη του Ρουμπίνι Λέιζερ Ραβδί

Η ράβδος λέιζερ ρουμπίνι ήταν το πρώτο με επιτυχία υλοποιημένο μέσο αύξησης λέιζερ στην ανθρώπινη ιστορία, το οποίο αποδείχθηκε για πρώτη φορά από τον Θεόδωρο Μέιμαν το 1960.Το βασικό του συστατικό είναι ένας α-αλουμίνης (Al2O3) μονοκρυστάλλων με περίπου 00,05% τρισυμβουλούς ιόντων χρωμίου (Cr3+), με χαρακτηριστικό βαθύ κόκκινο χρώμα.όπου σχηματίζεται μια ειδική δομή ενεργειακού επιπέδου μέσω επιδράσεων κρυστάλλινου πεδίου.

Το λάιζερ ρουμπίνου λειτουργεί με βάση μια τυπική αρχή συστήματος τριών επιπέδων:

- Ενεργειακό επίπεδο βασικής κατάστασης 4A2: αρχική κατάσταση ιόντων χρωμίου

- Ευρείες ζώνες απορρόφησης 4F1 και 4F2: αντιστοιχούν στην απορρόφηση του πράσινου (550 nm) και του μωβ (400 nm) φωτός

- Μετασταθερό ενεργειακό επίπεδο 2E: περιλαμβάνει δύο στενά διαχωρισμένα επίπεδα E (694,3 nm) και 2Ā (692,9 nm)

Μετά από ισχυρή οπτική άντληση, τα ιόντα Cr3+ διεγείρονται από τη βασική κατάσταση στις ζώνες 4F1/4F2 και χαλαρώνουν γρήγορα μη ακτινοβολητικά στην μετασταθερή κατάσταση 2E.Λόγω της σχετικά μεγάλης διάρκειας ζωής (~ 3 ms) του επιπέδου 2E, η αντιστροφή πληθυσμού μπορεί να επιτευχθεί, παράγοντας τελικά 694,3 nm κόκκινη έκδοση λέιζερ μέσω διεγερμένης εκπομπής.

Ο πίνακας χαρακτηριστικών τουΡούμπι ραβδιά λέιζερ

Διαρθρωτικά χαρακτηριστικά της ράβδου λέιζερ ρουμπίνι

1. Κρυστάλλινη ανάπτυξη και επεξεργασία υψηλή- οι ποιοτικές ράβδοι λέιζερ ρουμπίνου καλλιεργούνται συνήθως με τη μέθοδο σύντηξης με φλόγα (διαδικασία Verneuil).μπορούν να ληφθούν μονοκρυστάλλοι με εξαιρετική οπτική ομοιομορφίαΟι απαιτήσεις επεξεργασίας των κρυστάλλων περιλαμβάνουν:μήκος από 50·200 mm - Παράλληλος άκρος του προσώπου καλύτερος από 10 τόξα δευτερόλεπτα - Τελική επιφάνεια που φτάνει το επίπεδο ποιότητας λ/10 - Συνήθως κόβεται με γωνία Brewster ή επικαλύπτεται με φιλμ αντιαντανάκλασης

2Οπτικές και θερμικές ιδιότητες

- Δείκτης διάθλασης: 1,76 σε 694,3 nm

- Θερμική αγωγιμότητα: περίπου 40 W/m·K

- Συντελεστής θερμικής διαστολής: 5 × 10−6 K−1 (παράλληλος προς τον άξονα c)

- Δυστυχία Μος: 9, δεύτερη μόνο στο διαμάντι.

- Πέρασμα ζημίας: > 500 MW/cm2 (10 ns παλμοί)

3. Χαρακτηριστικά ντόπινγκ Η συγκέντρωση ιόντων χρωμίου επηρεάζει άμεσα την απόδοση του λέιζερ:

- Βέλτιστη συγκέντρωση ντόπινγκ: 0,03%· 0,07% (σε βάρος)

- Οι υψηλότερες συγκεντρώσεις προκαλούν εξασθένηση της φθορισμού και επιδεινώνουν τις θερμικές επιδράσεις.

- Τα ιόντα χρώματος αντικαθιστούν τις θέσεις Al3+ στον κρύσταλλο, καταλαμβάνοντας οκταεδρικό συντονισμό

Χαρακτηριστικά λειτουργίας της ράβδου λέιζερ Ruby

1. Χαρακτηριστικά παραγωγής

- μήκος κύματος: κυρίως γραμμή R1 (694,3 nm) σε θερμοκρασία δωματίου· σε χαμηλή θερμοκρασία (77 K), η γραμμή R2 (692,9 nm) μπορεί επίσης να ταλαντεύεται

- πλάτος γραμμής: 0,53 nm (φθορισμός), συρρίκνωση έως 0,001 nm (μονή διαμήκη λειτουργία)

- Τυπική ενέργεια παλμού: 0,110 J (Q-switched)

- Πιο υψηλή ισχύς: έως και αρκετές εκατοντάδες μεγαβάτ (κλειδωμένη λειτουργία)

- Γωνία αποκλίσεις: 0,5 μrad (ανάλογα με το σχεδιασμό του αντηχούντος)

2Εφέ θερμοκρασίας Τα λέιζερ Ruby παρουσιάζουν σημαντική εξάρτηση από τη θερμοκρασία:

- Συντελεστής θερμοκρασίας μήκους κύματος: 0,065 Å/K

- Η απόδοση μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας (λόγω των αλλαγών στη διάσπαση του επιπέδου ενέργειας)

- Η θερμική φακοποίηση και η διπλή αμβλύση που προκαλείται από άγχος πρέπει να λαμβάνονται υπόψη σε υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας

3. Χαρακτηριστικά πόλωσης Τα λέιζερ Ruby εκπέμπουν φυσικά γραμμικά πόλικο φως λόγω:

- Χαρακτηριστικά ανιζοτροπικών εκπομπών ιόντων Cr3+

- Μεγαλύτερο κέρδος για την πόλωση στον άξονα E ̇ c σε σύγκριση με τον άξονα E ̇ c - Η αναλογία πόλωσης μπορεί να υπερβαίνει το 100:1

Πεδία εφαρμογής της ράβδου λέιζερ Ruby

1Επιστημονική έρευνα

- Μελέτες με λέιζερ πλάσματος: χρησιμοποιούνται σε πειράματα σύντηξης σε αδράνεια

- Μη γραμμική οπτική: πηγή αντλίας για τα OPO και τα λέιζερ Raman

- Φασματοσκοπία: απορρόφηση υψηλής ανάλυσης και φθοριστική φασματοσκοπία

- Ατμοσφαιρική ανίχνευση: συστήματα λέιζερ ραντάρ (LIDAR)

2Βιομηχανική μεταποίηση

- Στρώσεις ακρίβειας: ρουλεμάν για ρολόγια, ακροφύσια για έγχυση καυσίμου

- Σημαντική σήμανση υλικών: σήμανση ειδικών υλικών όπως κεραμική και ζαφείρια

- Ζυθοποιία και κοπή: επεξεργασία υλικών λεπτών μετάλλων

3Ιατρικές εφαρμογές

- Δερματολογία: θεραπεία των χρωστικών βλαβών και αφαίρεση τατουάζ

- Οφθαλμολογία: ιρισεκτομή (σταδιακά αντικαθίσταται από άλλα λέιζερ)

- Οδοντιατρική: θεραπεία σκληρών ιστών

4Στρατιωτική και Αεροδιαστημική

- Ανίχνευση εμβέλειας και προσδιορισμός στόχων: πρώιμοι στρατιωτικοί εμβέλειες λέιζερ

- Οδηγία με λέιζερ: φωτισμός και προσδιορισμός στόχων

- Διαστημική επικοινωνία: πειραματικές συνδέσεις λέιζερ μεταξύ δορυφόρων

Πλεονεκτήματα και Περιορισμοί της Ρούμπι Λαζερικής Ράβδου

Κύρια πλεονεκτήματα:

- Υψηλή ενέργεια παλμού: ισχυρή αποθήκευση ενέργειας, κατάλληλη για υψηλής ενέργειας εκπομπή παλμού

- Εξαιρετική οπτική ποιότητα: λίγα κρυστάλλινα ελαττώματα, υψηλή ποιότητα δέσμης

- Μηχανική σταθερότητα: υψηλή σκληρότητα, ισχυρή αντοχή σε περιβαλλοντικές επιπτώσεις

- Μεγάλη διάρκεια ζωής: χωρίς προβλήματα γήρανσης, μακρά διάρκεια ζωής

- Πολωμένη έξοδος: απλοποιεί το σχεδιασμό του οπτικού συστήματος

Βασικοί περιορισμοί:

- Χαμηλή απόδοση λόγω συστήματος τριών επιπέδων: υψηλό κατώτατο όριο, τυπική απόδοση μόνο 0,1%

- Σημαντικές θερμικές επιδράσεις: ακατάλληλες για λειτουργία με υψηλή συχνότητα επαναλήψεων (συνήθως < 1 Hz)

- Σταθερό μήκος κύματος: δύσκολο να ρυθμιστεί

- Απαιτεί ισχυρή οπτική άντληση: συνήθως αντλείται με φλας

- υψηλότερο κόστος: η καλλιέργεια υψηλής ποιότητας κρυστάλλων είναι μια πρόκληση

Τεχνολογικές εξελίξεις της ράβδου λέιζερ Ruby

1Βελτίωση της τεχνολογίας ψύξης - Ηλεκτρική ψύξη: χρήση χάλκινων θερμοκηλίδων με υψηλή θερμική αγωγιμότητα - Ψύξη με υγρό:κυκλοφορία αποιονισμένου νερού ή φθοριούχων υγρών - λειτουργία χαμηλής θερμοκρασίας: η απόδοση βελτιώνεται κατά 3,5 φορές στα 77 K

2- Επενδύσεις στη μέθοδο άντλησης - Ηλιακή άντληση: πρώιμα προγράμματα εφαρμογής στο διάστημα - Αντλία με διόδους λέιζερ: βελτιώνει την αποδοτικότητα και μειώνει το θερμικό φορτίο - Παρενδύσεις:βελτιώνει την ομοιόμορφη κατανομή της ενέργειας

3Νέα δομικά σχέδια - δομές πλακών: μείωση των επιπτώσεων θερμικού φακούς - πολλαπλές ράβδοι σε συνδυασμό: αύξηση της συνολικής ενέργειας εξόδου - μικροποίηση: για ειδικά σενάρια εφαρμογής

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ε:Ποιο είναι το κύμα κύματος του ρουμπίνι και γιατί εκπέμπει κόκκινο φως;

Α:Το ρουμπίνιο λέιζερ εκπέμπει σε 694,3 nm (γραμμή R1) λόγω μεταβολών ιόντων Cr3+ στον κρύσταλλο Al2O3.Το κόκκινο χρώμα προέρχεται από την ηλεκτρονική μετάβαση μεταξύ της διεγερμένης κατάστασης 2E και της βασικής κατάστασης 4A2 του Cr3 +Σε χαμηλές θερμοκρασίες (~ 77K), μια δευτερεύουσα γραμμή σε 692,9 nm (γραμμή R2) μπορεί επίσης να εκπέμπει.

Άλλα συναφή προϊόντα

Τεχνολογία λέιζερ Ruby Rod Ιατρικά όργανα από συνθετικό ζαφείρι διάμετρο 1 × 7cm