|
معلومات تفصيلية |
|||
| تكوين الخامات: | مخدر al₂o₃ مع 0.05 ٪ cr₂o₃ | هيكل بلوري: | ثلاثية (α-al₂o₃) |
|---|---|---|---|
| الخصائص الحرارية: | الموصلية الحرارية: 40 واط/(م · ك) | الخصائص الميكانيكية: | صلابة موس: 9 |
| إبراز: | عصى ليزر روبي 2 ملم,عصى ليزر روبي مخصصة,عصى ليزر روبي 4 ملم,Customized Ruby Laser Rods,4mm Ruby Laser Rods |
||
منتوج وصف
عصى ليزر روبي مخصصة (Al2O3:Cr3+) قطر 2mm / 4mm الطول 10mm / 20mm
ملخص عصا ليزر الروبي
كان عصا الليزر الروبي أول وسيلة مكاسب ليزرية تحقق بنجاح في تاريخ البشرية ، أظهرها ثيودور مايمان لأول مرة في عام 1960.مكونه الأساسي هو الكريستال الأولي للألومينا (Al2O3).05% من أيونات الكروم الثلاثية القيمة (Cr3+) ، تظهر لونًا أحمر غامقًا مميزًا. هذه الكريستال الروبي الاصطناعي يشتت أيونات الكروم بشكل موحد كوسيط نشط داخل مصفوفة الكوروندوم ،حيث يتم تشكيل بنية مستوى طاقة خاصة من خلال تأثيرات الحقل الكريستالي.
يعمل ليزر الياقوت على أساس مبدأ نظام نموذجي من ثلاثة مستويات:
- مستوى طاقة الحالة الأساسية 4A2: الحالة الأولية لأيونات الكروم
- نطاقات امتصاص واسعة 4F1 و 4F2: تتوافق مع امتصاص الضوء الأخضر (550 نانومتر) والبنفسجي (400 نانومتر)
- مستوى الطاقة المتثبت 2E: يتضمن مستويين E (694.3 nm) و 2Ā (692.9 nm) على مسافة قريبة
عند الضخ البصري القوي ، يتم تحفيز أيونات Cr3 + من الحالة الأساسية إلى نطاقات 4F1 / 4F2 وتتراجع بسرعة بشكل غير إشعاعي إلى الحالة المتثبتة 2E.بسبب عمر طويل نسبيا (~ 3 ms) من مستوى 2E، يمكن تحقيق انعكاس السكان، مما ينتج في نهاية المطاف إنتاج ليزر أحمر 694.3 نانومتر عن طريق الانبعاث المحفز.
جدول صفاتعصى ليزر روبي
| الممتلكات | المواصفات | الوحدة/ الملاحظات |
| تكوين المواد | Al2O3 معززة بنسبة 0.05% Cr2O3 | نسبة الوزن |
| هيكل الكريستال | الـ Trigonal (α-Al2O3) | مجموعة الفضاء R3c |
| طول موجة الليزر | 694.3 نانومتر (خط R1) | خط الانبعاث الأساسي |
| 692.9 نانومتر (خط R2) | خط ثانوي (تحت درجة حرارة منخفضة) | |
| الأبعاد المادية | قطر: 2-10 ملم | قابلة للتخصيص (2 ملم / 4 ملم مبينة) |
| الطول: 10-200 ملم | القياسية (10 ملم / 20 ملم) | |
| الخصائص البصرية | مؤشر الانكسار: 1.763 694nm | الشعاع العادي (لا) |
| معامل الامتصاص: 0.4-1.2 سم-1 | يعتمد على تركيز Cr3+ | |
| الخصائص الحرارية | التوصيل الحراري: 40 واط/ ((m·K) | 300 ألف |
| التوسع الحراري: 5×10−6/K (محور c) | أنيزوتروبيك | |
| الخصائص الميكانيكية | صلابة موهز: 9 | ثانياً بعد الماس |
| الكثافة: 3.98 غرام/سم3 | ||
| أداء الليزر | عمر الزهرة: 3 ميس | 300 ألف |
| مقطع عرض الانبعاثات: 2.5×10−20 سم2 | بالنسبة لخط R1 | |
| معامل العدسة الحرارية: 3 × 10-6 K-1 | مهمة لتشغيل عالية الطاقة | |
| جودة السطح | مسطحة: λ/10 633nm | البولندي من نوع الليزر |
| الخامة السطحية: <5 Å RMS | التشطيب المزدوج | |
| خيارات الطلاء | طلاء AR 694nm: R<0.2% | المواصفات النموذجية |
| طلاء HR 694nm: R> 99.8% | لمرآات الكهوف بالليزر | |
| عتبة الضرر | > 500 MW/cm2 | للنبضات 10ns |
الخصائص الهيكلية لعصا ليزر الروبي
1نمو الكريستال ومعالجة عاليةيتم نمو قضبان ليزر ياقوتية عالية الجودة عادة باستخدام طريقة اندماج اللهب (عملية فيرنيول). عن طريق التحكم بدقة في نسبة Al2O3 إلى Cr2O3 (حوالي 0.05٪ في الوزن) وظروف النمو ،يمكن الحصول على بلورات واحدة ذات توحيد بصري ممتازتتضمن متطلبات معالجة الكريستال: - قطر العصا عادة ما يكون بين 3 و 10 ملم ،الطول من 50~200 ملم - التوازي في نهاية الوجه أفضل من 10 ثوان قوس - النهاية السطحية التي تصل إلى مستوى الجودة λ/10 - عادة ما يتم قطعها بزاوية Brewster أو تغطيتها بأفلام مضادة للإنعكاس
2الخصائص البصرية والحرارية
- مؤشر انكسار: 1.76 عند 694.3 نانومتر
- التوصيل الحراري: حوالي 40 واط/م.ك.
- معامل التوسع الحراري: 5 × 10−6 K−1 (موازي المحور c)
-صلابة موه: 9، ثاني فقط للماس
- عتبة الضرر: > 500 ميغاواط/سم2 (10 إنس نبضات)
3خصائص المنشطات تركيز أيون الكروم يؤثر مباشرة على أداء الليزر:
- تركيز المنشطات المثالي: 0.03 ٪ ٪ ٪ ٪ ٪ (بالوزن)
- التركيزات العالية تسبب إطفاء الفلوريسنس وتفاقم الآثار الحرارية
- أيونات الكروم بديل لمواقع Al3+ في البلور، وتحتل التنسيق الثمانية
خصائص تشغيل عصا ليزر روبي
1خصائص الناتج
- طول الموجة: في المقام الأول خط R1 (694.3 nm) في درجة حرارة الغرفة؛ في درجة حرارة منخفضة (77 K) ، يمكن أن يتذبذب خط R2 (692.9 nm) أيضا
- عرض الخط: 0.53 نانومتر (الفلوروسانس) ، وتضييقه إلى 0.001 نانومتر (الوضع الطولي الوحيد)
- الطاقة النابضة النموذجية: 0.1 ≈ 10 ج (Q-متحول)
- الطاقة القصوى: تصل إلى عدة مئات من الميغاواط (الوضع مغلق)
- زاوية الاختلاف: 0.5-5 mrad (اعتمادًا على تصميم الرنين)
2تأثيرات درجة الحرارة ليزر روبي يظهر اعتمادا كبيرا على درجة الحرارة:
- معامل درجة حرارة طول الموجة: 0.065 Å/K
- انخفاض الكفاءة مع زيادة درجة الحرارة (بسبب التغيرات في تقسيم مستوى الطاقة)
- يجب النظر في العدسة الحرارية والانكسار الثنائي الناجم عن الإجهاد عند درجات حرارة عمل عالية
3خصائص الاستقطاب ليزر روبي بطبيعة الحال إصدار الضوء المستقطب خطيا بسبب:
- خصائص انبعاثات انزوتروبية لأيونات Cr3+
- مكاسب أعلى لقطبية المحور E-c مقارنة مع المحور E-c - نسبة القطبية يمكن أن تتجاوز 100:1
مجالات تطبيق عصا ليزر الروبي
1البحوث العلمية
- دراسات البلازما بالليزر: تستخدم في تجارب الاندماج في الحبس الباطن
- البصريات غير الخطيّة: مصدر مضخة لأجهزة أوبو وليزر رامان
- الطيفية: امتصاص عالية الدقة و الطيفية الفلوريسنتية
- الاستشعار الجوي: أنظمة رادار الليزر (LIDAR)
2المعالجة الصناعية
- الحفر الدقيق: محامل الحجر الكريم للساعات، فوهات حقن الوقود
- علامة المواد: علامة المواد الخاصة مثل السيراميك والزفير
- الحامة والقطع: معالجة مواد المعادن الرقيقة
3التطبيقات الطبية
- طب الأمراض الجلدية: علاج الآفات الصبغية وإزالة الوشم
- طب العيون: استئصال الشعر (تم استبدالها تدريجياً بالليزر)
طب الأسنان: علاج الأنسجة الصلبة
4العسكرية والفضاء
- تحديد المدى وتعيين الهدف: أجهزة القياس الليزر العسكرية المبكرة
- توجيه بالليزر: إضاءة الهدف وتعيينه
- الاتصالات الفضائية: روابط الليزر التجريبية بين الأقمار الصناعية
مزايا وقيود عصا ليزر روبي
المزايا الرئيسية:
- طاقة نبض عالية: تخزين طاقة قوي ، مناسبة لإخراج نبضات عالية الطاقة
- جودة بصرية ممتازة: عدد قليل من العيوب الكريستالية، جودة ضوء عالية
- الاستقرار الميكانيكي: صلابة عالية، مقاومة قوية للتأثيرات البيئية
- عمر طويل: لا توجد مشاكل في الشيخوخة ، حياة طويلة
- مخرجات مستقطبة: تبسط تصميم النظام البصري
القيود الرئيسية:
- كفاءة منخفضة بسبب النظام الثلاثي المستوى: عتبة عالية، الكفاءة النموذجية فقط 0.1%
- تأثيرات حرارية كبيرة: غير مناسبة للعمل مع ارتفاع معدل التكرار (عادة < 1 هرتز)
- الطول الموجي الثابت: من الصعب ضبطه
- يتطلب ضخ بصري قوي: عادة ما يتم ضخه بواسطة مصابيح فلاش
- ارتفاع التكلفة: إنتاج بلورات عالية الجودة هو تحدي
التطورات التكنولوجية لعصا ليزر روبي
1تحسينات تكنولوجيا التبريد - التبريد الموصل: استخدام مخزونات حرارة نحاسية ذات موصلات حرارية عالية - التبريد السائل:تداول المياه غير المؤينة أو السوائل الفلورية - التشغيل في درجات الحرارة المنخفضة: الكفاءة تتحسن بـ 3 × 5 أضعاف عند 77 K
2ابتكارات طرق الضخ - الضخ الشمسي: خطط تطبيق الفضاء المبكرة - ضخ ثنائيات الليزر: يحسن الكفاءة ويقلل من الحمل الحراري - الضخ الجانبي:يحسن من توزيع الطاقة
3تصاميم هيكلية جديدة - هيكليات الصفائح: تقليل تأثيرات العدسة الحرارية - التزامن متعدد القضبان: زيادة الطاقة الإجمالية الخارجة - المصغر: لسيناريوهات التطبيق الخاصة
أسئلة وأجوبة
س:ما هو طول الموجة الليزر الرئيسي لقطة الليزر الروبي، ولماذا يصدرها الضوء الأحمر؟
أ:يصدر الليزر الروبي عند 694.3 نانومتر (خط R1) بسبب تحولات أيونات Cr3 + في بلور Al2O3.يأتي اللون الأحمر من الانتقال الإلكتروني بين الحالة المثيرة 2E والحالة الأساسية 4A2 من Cr3 +عند درجات الحرارة المنخفضة (~ 77K) ، يمكن أن يكون هناك خط ثانوي عند 692.9 نانومتر (خط R2).
منتجات أخرى ذات صلة
تقنية ليزر قضيب روبي الأدوات الطبية المصنوعة من الزعفرة الاصطناعية 1 × 7 سم