115-мм рубиновый стержень: удлиненный кристалл для усовершенствованных импульсных лазерных систем
Подробная схема


Обзор
Рубиновый стержень 115 мм — это высокопроизводительный лазерный кристалл увеличенной длины, разработанный для импульсных твердотельных лазерных систем. Изготовленный из синтетического рубина — матрицы оксида алюминия (Al₂O₃), пропитанной ионами хрома (Cr³⁺), — рубиновый стержень обеспечивает стабильную производительность, превосходную теплопроводность и надежное излучение на 694,3 нм. Увеличенная длина рубинового стержня 115 мм по сравнению со стандартными моделями повышает коэффициент усиления, позволяя накапливать больше энергии за импульс и повышая общую эффективность лазера.
Известный своей прозрачностью, твердостью и спектральными свойствами, рубиновый стержень остается ценным лазерным материалом в научных, промышленных и образовательных секторах. Длина 115 мм обеспечивает превосходное оптическое поглощение во время накачки, что приводит к более яркому и мощному выходу красного лазера. Будь то в передовых лабораторных установках или OEM-системах, рубиновый стержень оказывается надежной лазерной средой для контролируемого, высокоинтенсивного выхода.
Изготовление и кристаллическая инженерия
Создание рубинового стержня включает контролируемый рост монокристалла с использованием метода Чохральского. В этом методе затравочный кристалл сапфира погружается в расплавленную смесь высокочистого оксида алюминия и оксида хрома. Буля медленно вытягивается и вращается, образуя безупречный, оптически однородный рубиновый слиток. Затем рубиновый стержень извлекается, формируется до длины 115 мм и разрезается до точных размеров в соответствии с требованиями оптической системы.
Каждый рубиновый стержень проходит тщательную полировку цилиндрической поверхности и торцов. Эти поверхности доводятся до лазерной плоскостности и обычно имеют диэлектрические покрытия. Высокоотражающее (HR) покрытие наносится на один конец рубинового стержня, в то время как другой обрабатывается частично передающим выходным соединителем (OC) или антиотражающим (AR) покрытием в зависимости от конструкции системы. Эти покрытия имеют решающее значение для максимизации внутреннего отражения фотонов и минимизации потерь энергии.
Ионы хрома в рубиновом стержне поглощают свет накачки, особенно в сине-зеленой части спектра. После возбуждения эти ионы переходят на метастабильные энергетические уровни. При стимулированном излучении рубиновый стержень испускает когерентный красный лазерный свет. Более длинная геометрия 115-миллиметрового рубинового стержня обеспечивает большую длину пути для усиления фотонов, что имеет решающее значение в системах накопления и усиления импульсов.
Основные приложения
Рубиновые стержни, известные своей исключительной твердостью, теплопроводностью и оптической прозрачностью, широко используются в высокоточных промышленных и научных приложениях. Состоящие в основном из монокристаллического оксида алюминия (Al₂O₃), легированного небольшим количеством хрома (Cr³⁺), рубиновые стержни сочетают в себе превосходную механическую прочность с уникальными оптическими свойствами, что делает их незаменимыми в различных передовых технологиях.
1.Лазерная технология
Одно из самых важных применений рубиновых стержней — твердотельные лазеры. Рубиновые лазеры, которые были одними из первых когда-либо разработанных лазеров, используют синтетические рубиновые кристаллы в качестве среды усиления. При оптической накачке (обычно с использованием импульсных ламп) эти стержни излучают когерентный красный свет с длиной волны 694,3 нм. Несмотря на более новые лазерные материалы, рубиновые лазеры по-прежнему используются в приложениях, где критичны большая длительность импульса и стабильный выход, например, в голографии, дерматологии (для удаления татуировок) и научных экспериментах.
2.Оптические приборы
Благодаря отличной светопропускаемости и устойчивости к царапинам рубиновые стержни часто используются в точных оптических приборах. Их прочность обеспечивает длительную работу в суровых условиях. Эти стержни могут служить компонентами в светоделителях, оптических изоляторах и высокоточных фотонных устройствах.
3.Компоненты с высоким уровнем износа
В механических и метрологических системах рубиновые стержни используются как износостойкие элементы. Они обычно встречаются в подшипниках часов, прецизионных датчиках и расходомерах, где требуется постоянная производительность и размерная стабильность. Высокая твердость рубина (9 по шкале Мооса) позволяет ему выдерживать длительное трение и давление без ухудшения свойств.
4.Медицинское и аналитическое оборудование
Рубиновые стержни иногда используются в специализированных медицинских приборах и аналитических приборах. Их биосовместимость и инертность делают их пригодными для контакта с чувствительными тканями или химикатами. В лабораторных установках рубиновые стержни можно найти в высокопроизводительных измерительных зондах и сенсорных системах.
5.Научные исследования
В физике и материаловедении рубиновые стержни используются в качестве эталонных материалов для калибровки приборов, изучения оптических свойств или в качестве индикаторов давления в ячейках с алмазными наковальнями. Их флуоресценция при определенных условиях помогает исследователям анализировать распределение напряжений и температур в различных средах.
В заключение, рубиновые стержни продолжают оставаться важным материалом в отраслях, где точность, долговечность и оптические характеристики имеют первостепенное значение. По мере развития материаловедения постоянно изучаются новые области применения рубиновых стержней, что обеспечивает их актуальность в будущих технологиях.
Основная спецификация
Свойство | Ценить |
---|---|
Химическая формула | Cr³⁺:Al₂O₃ |
Кристаллическая система | Треугольный |
Размеры элементарной ячейки (шестиугольная) | а = 4,785 Åc = 12,99 Å |
Плотность рентгеновского излучения | 3,98 г/см³ |
Температура плавления | 2040°С |
Тепловое расширение при 323 К | Перпендикулярно оси c: 5 × 10⁻⁶ K⁻¹Параллельно оси c: 6,7 × 10⁻⁶ K⁻¹ |
Теплопроводность при 300 К | 28 Вт/м·К |
Твёрдость | Моос: 9, Кнуп: 2000 кг/мм² |
Модуль Юнга | 345 ГПа |
Удельная теплоемкость при 291 К | 761 Дж/кг·К |
Параметр стойкости к термическому напряжению (Rₜ) | 34 Вт/см |
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
В1: Почему стоит выбрать рубиновый стержень длиной 115 мм, а не более короткий стержень?
Более длинный рубиновый стержень обеспечивает больший объем для хранения энергии и большую длину взаимодействия, что приводит к большему усилению и лучшей передаче энергии.
В2: Подходит ли рубиновый стержень для модуляции добротности?
Да. Рубиновый стержень хорошо работает с пассивными или активными системами модуляции добротности и выдает сильные импульсные выходы при правильной настройке.
В3: Какой диапазон температур выдерживает рубиновый стержень?
Рубиновый стержень термически стабилен до нескольких сотен градусов Цельсия. Однако во время работы лазера рекомендуется использовать системы терморегулирования.
В4: Как покрытия влияют на характеристики рубинового стержня?
Высококачественные покрытия повышают эффективность лазера, сводя к минимуму потери на отражение. Неправильное покрытие может привести к повреждению или снижению усиления.
В5: Является ли рубиновый стержень длиной 115 мм более тяжелым или хрупким, чем более короткие стержни?
Рубиновый стержень, хотя и немного тяжелее, сохраняет отличную механическую целостность. Он уступает по твердости только алмазу и хорошо противостоит царапинам или тепловому удару.
В6: Какие источники насоса лучше всего работают с рубиновым стержнем?
Традиционно используются ксеноновые лампы-вспышки. Более современные системы могут использовать мощные светодиоды или зеленые лазеры с диодной накачкой и удвоением частоты.
В7: Как следует хранить и обслуживать рубиновый стержень?
Храните рубиновый стержень в непыльной, антистатической среде. Избегайте непосредственного контакта с покрытыми поверхностями и используйте для очистки неабразивные ткани или салфетки для линз.
В8: Можно ли интегрировать рубиновый стержень в современные конструкции резонаторов?
Безусловно. Рубиновый стержень, несмотря на свои исторические корни, по-прежнему широко используется в исследовательских и коммерческих оптических резонаторах.
В9: Каков срок службы рубинового стержня диаметром 115 мм?
При правильной эксплуатации и обслуживании рубиновый стержень может надежно работать тысячи часов без ухудшения характеристик.
В10: Устойчив ли рубиновый стержень к оптическим повреждениям?
Да, но важно избегать превышения порога повреждения покрытий. Правильное выравнивание и терморегулирование сохраняют производительность и предотвращают растрескивание.