Pierwsze lasery pojawiły się kilkadziesiąt lat temu i do dziś ten segment promują największe firmy. Deweloperzy dostają coraz to nowe funkcje sprzętu, pozwalające użytkownikom na efektywniejsze wykorzystanie go w praktyce.
Solidowy rubinowy laser nie jest uważany za jedno z najbardziej obiecujących urządzeń tego typu, ale mimo wszystkich swoich wad wciąż znajduje nisze w działaniu.
Informacje ogólne
Lasery rubinowe należą do kategorii urządzeń półprzewodnikowych. W porównaniu do odpowiedników chemicznych i gazowych mają niższą moc. Wyjaśnia to różnica w charakterystyce elementów, dzięki której dostarczane jest promieniowanie. Na przykład te same lasery chemiczne są w stanie generować strumienie świetlne o mocy setek kilowatów. Wśród cech wyróżniających laser rubinowy jest wysoki stopień monochromatyczności, a także spójność promieniowania. Ponadto niektóre modele zapewniają zwiększoną koncentrację energii świetlnej w przestrzeni, co jest wystarczające do fuzji termojądrowej poprzez ogrzewanie plazmy wiązką.
Jak sama nazwa wskazuje, wośrodkiem aktywnym lasera jest kryształ rubinu, przedstawiony w postaci walca. W tym przypadku końce pręta są polerowane w specjalny sposób. Aby laser rubinowy zapewniał mu maksymalną możliwą energię promieniowania, boki kryształu są przetwarzane, aż do osiągnięcia położenia płasko-równoległego względem siebie. Jednocześnie końce muszą być prostopadłe do osi elementu. W niektórych przypadkach końce, które w pewien sposób działają jak lustra, są dodatkowo pokryte folią dielektryczną lub warstwą srebra.
Urządzenie laserowe Ruby
Urządzenie zawiera komorę z rezonatorem, a także źródło energii, które wzbudza atomy kryształu. Jako aktywator błysku można użyć ksenonowej lampy błyskowej. Źródło światła znajduje się wzdłuż jednej osi rezonatora o cylindrycznym kształcie. Na drugiej osi znajduje się rubinowy element. Z reguły stosuje się pręty o długości 2-25 cm.
Rezonator kieruje prawie całe światło z lampy na kryształ. Należy zauważyć, że nie wszystkie lampy ksenonowe są w stanie pracować w podwyższonych temperaturach, które są wymagane do optycznego pompowania kryształu. Z tego powodu urządzenie lasera rubinowego, w skład którego wchodzą ksenonowe źródła światła, jest przeznaczone do pracy ciągłej, zwanej również pulsacyjną. Jeśli chodzi o wędkę, to zwykle jest ona wykonana ze sztucznego szafiru, który można odpowiednio zmodyfikować, aby spełniał wymagania użytkowe dlalaser.
Zasada lasera
Po uruchomieniu urządzenia przez włączenie lampy następuje efekt inwersji ze wzrostem poziomu jonów chromu w krysztale, w wyniku czego rozpoczyna się lawinowy wzrost liczby emitowanych fotonów. W tym przypadku na rezonatorze obserwuje się sprzężenie zwrotne, które zapewniają lustrzane powierzchnie na końcach pełnego pręta. W ten sposób generowany jest wąsko ukierunkowany przepływ.
Czas trwania impulsu z reguły nie przekracza 0,0001 s, co jest krótsze w porównaniu z czasem trwania błysku neonu. Energia impulsu lasera rubinowego wynosi 1 J. Podobnie jak w przypadku urządzeń gazowych, zasada działania lasera rubinowego również opiera się na efekcie sprzężenia zwrotnego. Oznacza to, że intensywność strumienia świetlnego zaczyna być utrzymywana przez zwierciadła oddziałujące z rezonatorem optycznym.
Tryby lasera
Najczęściej w trybie tworzenia wspomnianych impulsów o wartości milisekundowej stosuje się laser z rubinowym pręcikiem. Aby osiągnąć dłuższe czasy aktywności, technologie zwiększają optyczną energię pompowania. Odbywa się to za pomocą potężnych lamp błyskowych. Ponieważ pole narastania impulsu, ze względu na czas powstawania ładunku elektrycznego w lampie błyskowej, charakteryzuje się płaskością, działanie lasera rubinowego rozpoczyna się z pewnym opóźnieniem w momentach, gdy liczba elementów aktywnych przekroczy wartości progowe.
Czasami są teżzakłócenie generowania impulsów. Zjawiska takie obserwuje się w określonych odstępach czasu po spadku wskaźników mocy, czyli gdy potencjał mocy spada poniżej wartości progowej. Laser rubinowy może teoretycznie działać w trybie ciągłym, ale taka praca wymaga zastosowania w konstrukcji mocniejszych lamp. W rzeczywistości w tym przypadku programiści napotykają te same problemy, co przy tworzeniu laserów gazowych - niecelowość korzystania z bazy elementów o ulepszonych właściwościach, a w rezultacie ograniczenie możliwości urządzenia.
Wyświetlenia
Korzyści z efektu sprzężenia zwrotnego są najbardziej widoczne w laserach ze sprzężeniem nierezonansowym. W takich konstrukcjach dodatkowo stosuje się element rozpraszający, który umożliwia promieniowanie ciągłego widma częstotliwości. Wykorzystywany jest również laser rubinowy Q-switched - jego konstrukcja obejmuje dwa pręty, chłodzony i niechłodzony. Różnica temperatur pozwala na utworzenie dwóch wiązek laserowych, które są rozdzielone długością fali na angstremy. Wiązki te przechodzą przez wyładowanie impulsowe, a kąt utworzony przez ich wektory różni się o niewielką wartość.
Gdzie jest używany laser rubinowy?
Takie lasery charakteryzują się niską wydajnością, ale wyróżnia je stabilność termiczna. Te cechy wyznaczają kierunki praktycznego wykorzystania laserów. Dziś wykorzystywane są przy tworzeniu holografii, a także w branżach, w których wymagane jest wykonywanie operacjidziurkowanie otworów. Takie urządzenia są również wykorzystywane w operacjach spawalniczych. Na przykład w produkcji elektronicznych systemów wsparcia technicznego łączności satelitarnej. Laser rubinowy znalazł również swoje miejsce w medycynie. Zastosowanie technologii w tej branży ponownie wynika z możliwości bardzo precyzyjnego przetwarzania. Takie lasery są używane jako zamiennik dla sterylnych skalpeli, umożliwiając operacje mikrochirurgiczne.
Wniosek
Laser z rubinowym nośnikiem aktywnym swego czasu stał się pierwszym tego typu systemem operacyjnym. Jednak wraz z rozwojem alternatywnych urządzeń z wypełniaczami gazowymi i chemicznymi stało się oczywiste, że ich działanie ma wiele wad. I nie wspominając o tym, że laser rubinowy jest jednym z najtrudniejszych pod względem produkcyjnym. Wraz ze wzrostem właściwości użytkowych wzrastają również wymagania stawiane elementom tworzącym konstrukcję. W związku z tym wzrasta również koszt urządzenia. Jednak rozwój modeli laserów rubinowo-krystalicznych ma swoje powody, związane między innymi z wyjątkowymi właściwościami stałego ośrodka aktywnego.
