Първите лазери се появиха преди няколко десетилетия и до ден днешен този сегмент се популяризира от най-големите компании. Разработчиците получават все повече и повече нови функции на оборудването, което позволява на потребителите да го използват по-ефективно на практика.
Твърдотелният рубинен лазер не се счита за едно от най-обещаващите устройства от този тип, но въпреки всичките си недостатъци, той все още намира ниши в експлоатация.
Обща информация
Рубинените лазери принадлежат към категорията твърдотелни устройства. В сравнение с химическите и газовите аналози, те имат по-ниска мощност. Това се обяснява с разликата в характеристиките на елементите, поради които се осигурява радиация. Например, същите химически лазери са способни да генерират светлинни потоци с мощност от стотици киловати. Сред характеристиките, които отличават рубиновия лазер, са високата степен на монохроматичност, както и кохерентността на излъчването. Освен това някои модели осигуряват повишена концентрация на светлинна енергия в пространството, което е достатъчно за термоядрен синтез чрез нагряване на плазмата с лъч.
Както подсказва името, вактивната среда на лазера е рубинен кристал, представен под формата на цилиндър. В този случай краищата на пръта се полират по специален начин. За да може рубиновият лазер да осигури максималната възможна радиационна енергия за него, страните на кристала се обработват, докато се достигне равнинно-успоредно положение една спрямо друга. В същото време краищата трябва да са перпендикулярни на оста на елемента. В някои случаи краищата, които действат като огледала по някакъв начин, са допълнително покрити с диелектричен филм или слой от сребро.
Рубиново лазерно устройство
Уредът включва камера с резонатор, както и източник на енергия, който възбужда атомите на кристала. Като активатор на светкавицата може да се използва ксенонова светкавица. Източникът на светлина е разположен по една ос на резонатора с цилиндрична форма. На другата ос е рубиновият елемент. Като правило се използват пръчки с дължина 2-25 см.
Резонаторът насочва почти цялата светлина от лампата към кристала. Трябва да се отбележи, че не всички ксенонови лампи могат да работят при повишени температури, които са необходими за оптично изпомпване на кристала. Поради тази причина рубиновото лазерно устройство, което включва ксенонови източници на светлина, е предназначено за непрекъсната работа, която също се нарича импулсна. Що се отнася до пръчката, тя обикновено е направена от изкуствен сапфир, който може да бъде съответно модифициран, за да отговори на изискванията за производителност залазер.
Лазерен принцип
Когато устройството се активира чрез включване на лампата, възниква ефект на инверсия с повишаване на нивото на хромните йони в кристала, в резултат на което започва лавинообразно увеличаване на броя на излъчените фотони. В този случай се наблюдава обратна връзка върху резонатора, която се осигурява от огледални повърхности в краищата на твърдия прът. Ето как се генерира тясно насочен поток.
Продължителността на импулса като правило не надвишава 0,0001 s, което е по-кратко в сравнение с продължителността на неоновата светкавица. Енергията на импулса на рубинен лазер е 1 J. Както в случая с газовите устройства, принципът на работа на рубиновия лазер също се основава на ефекта на обратната връзка. Това означава, че интензитетът на светлинния поток започва да се поддържа от огледалата, взаимодействащи с оптичния резонатор.
Лазерни режими
Най-често се използва лазер с рубинен прът в режима на формиране на споменатите импулси със стойност на милисекунда. За постигане на по-дълги активни времена, технологиите увеличават оптичната енергия на изпомпване. Това става чрез използването на мощни светкавици. Тъй като полето за нарастване на импулса, поради времето на образуване на електрически заряд в светкавица, се характеризира с плоскост, работата на рубиновия лазер започва с известно закъснение в моментите, когато броят на активните елементи надвишава прагови стойности.
Понякога има и такиванарушаване на генерирането на импулси. Такива явления се наблюдават на определени интервали след намаляване на индикаторите за мощност, тоест когато потенциалът на мощността падне под праговата стойност. Рубинният лазер теоретично може да работи в непрекъснат режим, но такава работа изисква използването на по-мощни лампи в дизайна. Всъщност в този случай разработчиците са изправени пред същите проблеми като при създаването на газови лазери - нецелесъобразността от използване на елементна база с подобрени характеристики и в резултат на това ограничаване на възможностите на устройството.
Прегледи
Предимствата от ефекта на обратната връзка са най-силно изразени при лазери с нерезонансно свързване. В такива конструкции се използва допълнително разсейващ елемент, който прави възможно излъчването на непрекъснат честотен спектър. Използва се и рубинов лазер с превключване на Q - дизайнът му включва две пръчки, охладени и неохладени. Температурната разлика позволява образуването на два лазерни лъча, които са разделени по дължина на вълната в ангстрьоми. Тези лъчи светят през импулсен разряд и ъгълът, образуван от техните вектори, се различава с малка стойност.
Къде се използва рубинен лазер?
Такива лазери се характеризират с ниска ефективност, но се отличават с термична стабилност. Тези качества определят насоките на практическо използване на лазерите. Днес те се използват при създаването на холография, както и в индустрии, където се изисква извършване на операциипробиване на дупки. Такива устройства се използват и при заваръчни операции. Например при производството на електронни системи за техническа поддръжка на сателитни комуникации. Рубинският лазер е намерил своето място и в медицината. Прилагането на технологиите в тази индустрия отново се дължи на възможността за прецизна обработка. Такива лазери се използват като заместител на стерилни скалпели, позволяващи микрохирургични операции.
Заключение
Лазерът с рубинова активна среда по едно време стана първата операционна система от този тип. Но с развитието на алтернативни устройства с газови и химически пълнители стана очевидно, че неговата производителност има много недостатъци. И това да не говорим за факта, че рубиновият лазер е един от най-трудните по отношение на производството. С увеличаването на работните му свойства се увеличават и изискванията към елементите, които изграждат конструкцията. Съответно цената на устройството също се увеличава. Въпреки това, развитието на лазерни модели с рубинени кристали има свои собствени причини, свързани, наред с други неща, с уникалните качества на активната среда в твърдо състояние.
