التطبيقات الصناعية للحجارة الكريمة المزروعة في المختبر - قضبان ليزر اللوبي

التطبيقات الصناعية للحجارة الكريمة المزروعة في المختبر - قضبان ليزر اللوبي

بعد وقت قصير من اقتراح فكرة الليزر ، تم استخدام الياقوت لأول مرة لصنع أول ليزر في العالم. المادة العاملة هي الياقوت الاصطناعي: مصفوفة بلور الياقوت هي Al2O3 ،وحوالي 0.05wt% Cr2O3 مدعوم داخل البلور. Cr3+ يحل محل موقع Al3+ في البلور ، وبصريته ينتمي إلى بلور أحادي المحور السلبي. تتراوح الأحجام الشائعة لعصي الياقوت من 0.5cm إلى 2cm في القطر و 4cm إلى 16cm في الطولقد تبدو مثل عصا زجاجية وردية فاتحة جداً أو لون بني أحمر داكن جداً ، اعتماداً على تركيز الدوبينج Cr في العصا. مصدر الإثارة هو مصباح الزينون.تحت إشعاع مصباح (زينون)، الإلكترونات في الأصل في الحالة الأساسية E1 في بلور الروبين تمتص الفوتونات المنبعثة من مصباح Xe ويتم تحفيزها إلى مستوى الطاقة E3.

متوسط عمر الجسيمات في مستوى الطاقة E3 قصير للغاية (حوالي 10-9 ثانية). تصل معظم الإلكترونات إلى مستوى الطاقة E2 من خلال الانتقالات الخالية من الإشعاع.عمر الإلكترونات عند مستوى طاقة E2 طويل جداً، تصل إلى 3 × 10-3 ثانية. وبالتالي فإن عددًا كبيرًا من الجسيمات تتراكم على مستوى طاقة E2 ، مما يشكل عكسًا لعدد الجسيمات بين E2 و E1. في هذا الوقت ،الكريستال له تأثير تضخيم على الفوتونات مع تردد ν الذي يرضي hν=E2 - E1عندما يكون المكاسب G كبيرًا بما فيه الكفاية لتلبية شرط العتبة ، يكون هناك إنتاج ليزر 694.3nm في بعض أطراف المرآة.

على الرغم من أن كفاءة ليزر الياقوت ليست مرتفعة، فقط 0.1٪، وتولد ضوء أحمر داكن 694.3nm، بسبب بنيتها البسيطة للغاية والممثلة،والذي يتفق مع بنية الليزر YAG الأكثر استخداماً حالياً، ومستوى الطاقة (نظام المستويات 3) هو أبسط، فمن الأسهل لتحليل وفهم. قضيب الروبي، سميكة مثل قلم الرصاص وطول إصبع،يمكن بسهولة اختراق الصفيحة الحديدية والانعكاس مرة أخرى من سطح القمر ليتم الكشف عنهاتم استخدام هذه الليزر على نطاق واسع في آلات قطع الليزر وأجهزة الحفر قبل اختراع قضبان الليزر YAG الأكثر كفاءة (1٪ - 3٪) ،والعديد من الأسلحة العسكرية غير القاتلة اعتمدت أيضاً قضبان ياقوت أصغر.

الكريستال الوحيد من الياقوت لديه قوة عالية، صلابة كبيرة، gالمقاومة الكبيرة للارتداء ممتازةالتوصيل الحراري، ومعامل التوسع الصغير، والاستقرار الحراري المتميز، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل وخصائص كهربائية عالية.لديها معدل عبور مرتفع في نطاق طيفي واسع (250-5500nm)يتم تطبيقه على نطاق واسع في إنتاج نافذة ليزر عالية الطاقة، ونوافذ الأشعة تحت الحمراء ونوافذ متعددة الطيفات من أشكال ومواصفات مختلفة،وكذلك في مجالات التكنولوجيا العالية مثل غطاء الصواريخ، مرآة العصا المنقولة للضوء، العدسات البصرية والشفرات الجراحية الطبية.

ولادة الليزر الروبي

ليزر الياقوت ولد في عام 1960 في مختبرات هيوز للبحوث في الولايات المتحدةحيث كان الفيزيائي (ثيودور مايمان) يقوم بأبحاث حول تضخيم إشعاع الميكروويف من خلال انبعاثات محفزةفي ذلك الوقت، كان لدى العلماء بالفعل فهم معين لمستويات الطاقة الذرية ومبادئ الانبعاث المحفز.لا تزال تطبيق هذه النظريات على نطاق الترددات البصرية لتحقيق مصدر ضوئي عالي الكثافة والتماسك تحديًا كبيرًا.

توجه مايمان انتباهه إلى بلورات الروبين. الروبين هو شكل من أشكال أكسيد الألومنيوم (Al2O3) المزودة بأيونات الكروم (Cr3 +).بنيتها البلورية الفريدة وخصائص مستوى الطاقة جعلتها مرشحة مثالية لتوليد ضوء الليزرطلي مايمان كلا الطرفين من قضيب الروبي بالفضة ليكونوا بمثابة مرايا في تجويف بصري مشجع. ثم استخدم مصباح فلاش عالي الكثافة لـ "ضخ" بلورة الروبي.

عندما أصدرت المصباح الكهربائي ضوءًا مكثفًا ، استوعبت أيونات الكروم في الياقوت الطاقة وانتقلت من الحالة الأساسية إلى حالة متحمسة. مع وصول المزيد من أيونات الكروم إلى الحالة المتحمسة,بدأت تخضع لإشعاع محفز، تطلق فوتونات حمراء بطول موجة 694.3 نانومتر.تحفيز أيونات الكروم الإضافية لإطلاق فوتونات متطابقةهذا التفاعل السلسلة أنتجت قوية، موجهة للغاية، ومتماسكة شعاع من ضوء الليزر.

بهذه الطريقة، تم إنشاء أول ليزر ياقوت في العالم، الشعاع الأحمر الساطع الذي أطلقه

مبدأ عمل الليزر

من ميكانيكا الكم، من المعروف أن طاقة الذرة القائمة على الإلكترونات خارج النواة متقطعة وتقسم إلى مستويات طاقة فردية. عندما تتلقى الذرات طاقة محددة,إذا تم إشعاع فوتون (حزمة ضوئية) مع الطاقة المناسبة على ذرة في حالة متحمسة،الذرة ستنزلق إلى مستوى طاقتها الأدنى وتصدر فوتونًا ثانًا مشابهًا تمامًا للواحد.
 

في الليزر، يتم وضع جزيئات الأرض النادرة (مواد المكاسب) بين مرآتين.الفوتونات التي تنتجها الإشعاع المحفز تنتشر بين المرايا وتعمل كمصادر إشعاع محفزة لتوليد فوتونات جديدةبهذه الطريقة، يمكن إنتاج الليزر بشكل مستمر، وبناء على ذلك، الفوتونات التي ينتجها الليزر هي نفسها، مع نفس الطاقة والاتجاه والمرحلة.

تأثير عميق لليزر الروبي

ولد الليزر الروبي الذي أثار صدمة في جميع المجتمعات العلمية والتكنولوجية. وقدمت أدوات غير مسبوقة للبحث في مجالات مثل الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا.قدرة الليزر على توليد طاقة عالية، أحدثت العوارض المركزة بشكل ضيق ثورة في العمليات الصناعية مثل القطع واللحام والحفر، مما يحسن بشكل كبير من الكفاءة والدقة.

في المجال الطبي، أصبحت جراحة الليزر ممارسة شائعة، وخاصة في طب العيون والإجراءات التجميلية، مما يوفر للمرضى تخفيض الصدمات وتسريع التعافي.ارتفاع تردد و عرض النطاق الترددي للضوء الليزر وضع أساس تكنولوجيا الألياف البصرية، مما يتيح نقل المعلومات بشكل أسرع وأبعد مما يقرب مفهوم "قرية عالمية" من الواقع.

في المجال العسكري، أصبح تطوير أسلحة الليزر محور التركيز بالنسبة للعديد من الدول.ومقاومة التداخلات الكهرومغناطيسية تشير إلى أنها يمكن أن تلعب دورا محوريا في الحرب المستقبلية.

توصيات منتجات ذات صلة

قضبان اللون الروبي الاصطناعي Cr:Al2O3 متوفرة في طول 2mm / 4mm Dia10mm / 20mm