Промышленное применение драгоценных камней, выращенных в лаборатории - рубиновые лазерные стержни

Промышленное применение драгоценных камней, выращенных в лаборатории - рубиновые лазерные стержни

Вскоре после того, как была предложена идея лазера, рубины впервые были использованы для создания первого в мире лазера.и приблизительно 0.05wt% Cr2O3 допируется внутри кристалла. Cr3+ заменяет положение Al3+ в кристалле, и оптически он принадлежит отрицательному одноосяному кристаллу. Общие размеры рубиновых стержней варьируются от 0.диаметром от 5 до 2 см и длиной от 4 до 16 смОн может выглядеть как очень светло-розовый стеклянный стержень или очень глубокого красновато-коричневого цвета, в зависимости от концентрации Cr-допинга стержня.При облучении лампой Xe (ксенонная), электроны изначально в базовом состоянии E1 в кристалле рубина поглощают фотоны, излучаемые лампой Xe, и возбуждаются до энергетического уровня E3.

Средняя продолжительность жизни частиц на энергетическом уровне E3 очень коротка (около 10-9 секунд).Жизнь электронов на энергетическом уровне E2 очень длиннаяТаким образом, большое количество частиц накапливается на энергетическом уровне E2, образуя инверсию числа частиц между E2 и E1.кристалл оказывает усиливающее действие на фотоны с частотой ν, удовлетворяющей hν=E2 - E1Когда прибавка G достаточно велика, чтобы удовлетворить пороговое условие, в некоторых концах зеркала наблюдается выпуск лазера 694,3 нм.

Хотя эффективность рубинового лазера невысока, всего 0,1%, и он генерирует темно-красный свет 694,3 нм, из-за его чрезвычайно простой и репрезентативной структуры,который соответствует структуре наиболее широко используемого в настоящее время лазера YAG, а уровень энергии (система 3-х уровней) проще, проще для анализа и понимания.Они могут легко проникнуть через железный лист и отразиться обратно от лунной поверхности, чтобы быть обнаруженными.Эти лазеры широко использовались в лазерных режущих машинах и буровых машинах до изобретения гораздо более эффективных лазерных стержней YAG (1%-3%),и многие военные нелетальные оружия также приняли меньшие рубиновые стержни.

Однокристалл рубина имеет высокую прочность, большую твердость,Отличная износостойкость.теплопроводность, небольшой коэффициент расширения, отличная тепловая стабильность, высокотемпературная стойкость, коррозионная стойкость и высокие диэлектрические свойства.Он имеет высокую скорость прохождения в широком спектральном диапазоне (250-5500nm)Он широко применяется в производстве высокомощных лазерных окон, инфракрасных окон и многоспектральных окон различных форм и спецификаций.а также в высокотехнологичных областях, таких как ракетные капоты, светопередающие зеркала, оптические линзы и хирургические лезвия.

Рождение рубинового лазера

Рубиновый лазер был создан в 1960 году в исследовательских лабораториях Хьюза в США.где физик Теодор Мейман проводил исследования по усилению микроволнового излучения через стимулируемое излучениеВ то время ученые уже имели некоторое понимание уровня атомной энергии и принципов стимулируемого излучения.применение этих теорий к оптическому диапазону частот для достижения источника света с высокой интенсивностью и согласованностью оставалось значительной проблемой.

Майман обратил свое внимание на кристаллы рубина.Его уникальная кристаллическая структура и свойства энергетического уровня сделали его идеальным кандидатом для генерации лазерного светаМайман покрыл оба конца рубинового стержня серебром, чтобы они служили зеркалами в резонансной оптической полости.

Когда фонарик излучал интенсивный свет, ионы хрома в рубине поглощали энергию и переходили из основного состояния в возбужденное состояние.,Они начали испытывать стимулируемое излучение, высвобождая красные фотоны с длиной волны 694,3 нанометра.стимулирование дополнительных ионов хрома для излучения идентичных фотоновЭта цепная реакция создала мощный, высоконаправленный и согласованный луч лазерного света.

Таким образом, был создан первый в мире лазер рубина, ярко-красный луч которого пронизывал тьму, как рассвет новых технологических обещаний, открывая эру лазера.

Принцип работы лазера

Из квантовой механики известно, что энергия атома на основе электронов за пределами ядра является непрерывной и делится на отдельные энергетические уровни.,Если фотон (лучевой луч) с соответствующей энергией облучается на атом в возбужденном состоянии,Атом опустится на более низкий энергетический уровень и выпустит второй фотон точно такой же, как и первый..
 

В лазере между двумя зеркалами помещаются частицы редкоземельных веществ.Фотоны, вырабатываемые стимулируемым излучением, распространяются между зеркалами и действуют как стимулируемые источники излучения для генерации новых фотонов.Таким образом, лазер может производиться непрерывно, и на основе этого фотоны, производимые лазером, одинаковы, имеют одинаковую энергию, направление и фазу.

Глубокое влияние рубинового лазера

Рождение рубинового лазера вызвало потрясения в научном и технологическом сообществах и предоставило беспрецедентные инструменты для исследований в таких областях, как физика, химия и биология.Способность лазера генерировать высокую энергию, плотно сфокусированные балки революционизировали промышленные процессы, такие как резка, сварка и бурение, резко улучшив эффективность и точность.

В области медицины лазерная хирургия стала обычной практикой, особенно в офтальмологии и косметических процедурах, предлагая пациентам уменьшение травм и более быстрое выздоровление.высокая частота и пропускная способность лазерного света заложили основу для технологии волоконно-оптических, что позволяет быстрее и дальше передавать информацию, приближая концепцию "глобальной деревни" к реальности.

В военной сфере, разработка лазерного оружия стала ключевым направлением для многих стран.и устойчивость к электромагнитным помехам предполагают, что они могут сыграть ключевую роль в будущей войне.

Соответствующие рекомендации по продуктам

Синтетические рубиновые трости Cr:Al2O3 Доступны в длинах 2 мм / 4 мм Dia10mm / 20 мм