Разработанные на заказ рубиновые лазерные стержни Al2O3:Cr3+ Диаметр 2 мм/4 мм Длина 10 мм/20 мм

Специализированные рубиновые лазерные стержни (Al2O3:Cr3+) Диаметр 2 мм / 4 мм Длина 10 мм / 20 мм

Резюме рубинового лазерного стержня

Рубиновый лазерный стержень был первым успешно реализованным лазерным средством получения в истории человечества, впервые продемонстрированным Теодором Мейманом в 1960 году.Его основным компонентом является α-алюминий (Al2O3) однокристаллический допированный около 00,05% тривалентных ионов хрома (Cr3+), демонстрирующих характерный темно-красный цвет. Этот синтетический кристалл рубина равномерно диспергирует ионы хрома в качестве активной среды в матрице корунда,где специальная структура энергетического уровня формируется благодаря эффектам кристаллического поля.

Рубиновый лазер работает на основе типичного трехуровневого принципа:

- энергетический уровень базового состояния 4A2: начальное состояние ионов хрома

- Широкие полосы поглощения 4F1 и 4F2: соответствуют поглощению зеленого (550 нм) и фиолетового (400 нм) света

- Метастабильный энергетический уровень 2E: включает два близко расположенных друг от друга уровня E (694,3 нм) и 2Ā (692,9 нм)

При сильном оптическом закачке ионы Cr3+ возбуждаются из основного состояния в полосы 4F1/4F2 и быстро расслабляются нерадиативно до метастабильного состояния 2E.Из-за относительно длительного срока службы (~ 3 мс) уровня 2E, можно достичь инверсии популяции, в конечном итоге получая 694,3 нм красного лазерного выхода посредством стимулируемого излучения.

Таблица атрибутовРубиновые лазерные стержни

Структурные характеристики рубинового лазерного стержня

1. Кристаллический рост и обработка высокие- качественные рубиновые лазерные стержни обычно выращиваются с использованием метода пламенного синтеза (процесс Вернейля).можно получить однокристаллы с отличной оптической однородностьюТребования к обработке кристаллов включают: - диаметр стержня обычно от 3 до 10 мм,длина от 50 до 200 мм - параллелизм конца поверхности лучше 10 дуговой секунды - отделка поверхности, достигающая уровня качества λ/10 - обычно разрезается под углом Брюстера или покрыта антиотражательной пленкой

2.Оптические и тепловые свойства

- индекс преломления: 1,76 при 694,3 нм

- Теплопроводность: приблизительно 40 Вт/мк

- Коэффициент теплового расширения: 5 × 10−6 K−1 (параллельно оси c)

- Твердость Моха: 9, уступает только алмазу.

- Порог ущерба: > 500 МВт/см2 (10 нс импульсов)

3Характеристики допинга Концентрация ионов хрома напрямую влияет на производительность лазера:

- Оптимальная концентрация допинга: 0,03% - 0,07% (по весу)

- Более высокие концентрации вызывают тушение флуоресценции и усугубляют тепловые эффекты.

- Ионы хрома замещают Al3+ в кристалле, занимая октаэдрическую координацию

Характеристики работы рубинового лазерного стержня

1Характеристики выпуска

- длина волны: в основном линия R1 (694,3 nm) при комнатной температуре; при низкой температуре (77 K) линия R2 (692,9 nm) также может колебаться

- Ширина линии: 0,53 нм (флуоресценция), сужение до 0,001 нм (один продольный режим)

- Типичная энергия импульса: 0,110 J (Q-переключенный)

- Пиковая мощность: до нескольких сотен мегаватт

- Угол дивергенции: 0,5-5 мрад (в зависимости от конструкции резонатора)

2. Эффекты температуры Лазеры Ruby проявляют значительную зависимость от температуры:

- Коэффициент температуры длины волны: 0,065 Å/K

- Эффективность снижается с повышением температуры (из-за изменений расщепления уровня энергии)

- Тепловое линзирование и бирефренгенция, вызванная напряжением, необходимо учитывать при высоких рабочих температурах

3Характеристики поляризации Рубиновые лазеры естественным образом излучают линейно поляризованный свет из-за:

- Анизотропные характеристики выбросов ионов Cr3+

- Более высокий прирост поляризации по оси E-c по сравнению с осью E-c - соотношение поляризации может превышать 100:1

Области применения рубинового лазерного стержня

1Научные исследования

- Исследования лазерной плазмы: используются в экспериментах с термоядерным синтезом

- Нелинейная оптика: источник насоса для ОПО и лазеров Рамана

- Спектроскопия: абсорбция высокого разрешения и флуоресцентная спектроскопия

- Ощущение атмосферы: лазерные радарные системы (LIDAR)

2Промышленная переработка

- Датчатые бурения: подшипники из драгоценных камней для часов, впрыскиватели топлива

- Маркировка материалов: маркировка специальных материалов, таких как керамика и сапфиры

- Сварка и резка: обработка тонкометаллических материалов

3Медицинское применение

- Дерматология: лечение пигментированных поражений и удаление татуировок

- Офтальмология: ирисектомия (постепенно заменяется другими лазерами)

- Стоматология: лечение твердых тканей

4Военные и аэрокосмические

- Определение дальности и назначение цели: ранние военные лазерные дальномеры

- Лазерное направление: освещение и обозначение цели

- Космическая связь: экспериментальные лазерные связи между спутниками

Преимущества и ограничения рубинового лазерного стержня

Основные преимущества:

- высокая импульсная энергия: мощное хранение энергии, подходящее для высокоэнергетического импульсного выхода

- Отличное оптическое качество: мало кристаллических дефектов, высокое качество луча

- Механическая устойчивость: высокая твердость, высокая устойчивость к воздействию окружающей среды

- Долгий срок службы: без проблем старения, длительный срок службы

- Поляризованный выход: упрощает проектирование оптической системы

Основные ограничения:

- Низкая эффективность из-за трехуровневой системы: высокий порог, типичная эффективность только 0,1%

- значительные тепловые эффекты: не подходят для работы с высокой частотой повторения (обычно < 1 Гц)

- Фиксированная длина волны: трудно настроить

- Требует сильного оптического насоса: обычно насос с помощью флеш-ламп

- Более высокая стоимость: выращивание высококачественных кристаллов является проблемой

Технологические разработки рубинового лазерного стержня

1Улучшение технологии охлаждения - Проводящее охлаждение: использование медных теплоотводов с высокой теплопроводностью - Жидкостное охлаждение:циркуляция деионизированной воды или фторированных жидкостей - работа при низких температурахЭффективность повышается в 3,5 раза при 77 К

2Инновации в насосном методе - Солнечный насос: ранние схемы применения в космосе - Лазерный диодный насос: повышает эффективность и снижает тепловую нагрузку - Боковый насос:улучшает единообразие распределения энергии

3. Новые конструктивные конструкции - Структуры плиты: уменьшение эффектов теплового линзирования - Многостратный тандем с прутками: увеличение общей выходной энергии - Миниатюризация: для специальных сценариев применения

Вопросы и ответы

Вопрос:Какова основная длина волны рубинового лазера и почему он излучает красный свет?

А:Рубиновый лазер излучает на 694,3 нм (линия R1) из-за переходов ионов Cr3+ в кристалле Al2O3.Красный цвет происходит от электронного перехода между возбужденным состоянием 2E и базовым состоянием 4A2 Cr3 +При низких температурах (~ 77K) вторичная линия на 692,9 нм (линия R2) также может пропускать.

Прочие сопутствующие продукты

Технология лазера рубиновой трости Медицинские инструменты из синтетического сапфира Диаметр 1 × 7 см