Batang Laser Ruby yang disesuaikan Diameter 2mm/4mm Panjang 10mm/20mm

Batang Laser Ruby yang disesuaikan (Al2O3:Cr3+) Diameter 2mm/4mm Panjang 10mm/20mm

Abstrak dari Ruby Laser Rod

Batang laser ruby adalah medium gain laser pertama yang berhasil direalisasikan dalam sejarah manusia, pertama kali ditunjukkan oleh Theodore Maiman pada tahun 1960.Komponen utamanya adalah α-alumina (Al2O3) kristal tunggal doped dengan sekitar 00,05% ion kromium trivalen (Cr3+), menunjukkan warna merah tua yang khas. Kristal ruby sintetis ini secara merata menyebarkan ion kromium sebagai medium aktif dalam matriks korundum,dimana struktur tingkat energi khusus terbentuk melalui efek medan kristal.

Laser ruby bekerja berdasarkan prinsip sistem tiga tingkat yang khas:

- Tingkat energi keadaan dasar 4A2: keadaan awal ion krom

- Band penyerapan luas 4F1 dan 4F2: sesuai dengan penyerapan cahaya hijau (550 nm) dan ungu (400 nm)

- Tingkat energi metastabil 2E: mencakup dua tingkat E (694.3 nm) dan 2Ā (692.9 nm) yang berjarak dekat

Pada pemompaan optik yang kuat, ion Cr3+ tergesa-gesa dari keadaan dasar ke pita 4F1/4F2 dan dengan cepat rileks non-radiatif ke keadaan metastabil 2E.Karena umur yang relatif panjang (~ 3 ms) dari tingkat 2E, inversi populasi dapat dicapai, akhirnya menghasilkan output laser merah 694.3 nm melalui emisi yang dirangsang.

Atribut Tabel dariRuby Laser Rods

Karakteristik Struktural Ruby Laser Rod

1. Pertumbuhan Kristal dan Pengolahan Tinggi-berkualitas ruby laser rod biasanya tumbuh menggunakan metode fusi api (proses Verneuil). dengan tepat mengendalikan rasio Al2O3 untuk Cr2O3 (sekitar 0,05 wt%) dan kondisi pertumbuhan,kristal tunggal dengan seragam optik yang sangat baik dapat diperolehPersyaratan pengolahan kristal meliputi: - diameter batang biasanya antara 3 ‰ 10 mm,Panjang dari 50~200 mm - Paralelisme ujung wajah lebih baik dari 10 detik busur - Lampu permukaan mencapai tingkat kualitas λ/10 - Biasanya dipotong pada sudut Brewster's atau dilapisi dengan film anti-refleksi

2Sifat optik dan termal

- Indeks bias: 1,76 pada 694,3 nm

- Konduktivitas termal: sekitar 40 W/mK

- Koefisien ekspansi termal: 5 × 10−6 K−1 (sejalan dengan sumbu c)

- Kekerasan Mohs: 9, kedua hanya untuk berlian

- Batas kerusakan: > 500 MW/cm2 (10 ns pulsa)

3. Karakteristik doping Konsentrasi ion kromium secara langsung mempengaruhi kinerja laser:

- Konsentrasi doping optimal: 0,03% ~ 0,07% (menurut berat)

- Konsentrasi yang lebih tinggi menyebabkan pemadaman fluoresensi dan memperburuk efek termal.

- Ion kromium pengganti untuk situs Al3+ dalam kristal, menempati koordinasi oktahedral

Karakteristik Operasi Ruby Laser Rod

1. Karakteristik output

- Panjang gelombang: terutama garis R1 (694.3 nm) pada suhu kamar; pada suhu rendah (77 K), garis R2 (692.9 nm) juga dapat berosilasi

- Lebar garis: 0,53 nm (fluoresensi), mempersempit ke 0,001 nm (mode longitudinal tunggal)

- Energi denyut nadi tipikal: 0,110 J (Q-berganti)

- Daya puncak: hingga beberapa ratus megawat (mode-locked)

- Divergensi sudut: 0,5 ̊5 mrad (tergantung pada desain resonansi)

2. Efek Suhu Laser Ruby menunjukkan ketergantungan suhu yang signifikan:

- Koefisien suhu panjang gelombang: 0,065 Å/K

- Efisiensi menurun dengan peningkatan suhu (karena perubahan dalam pembagian tingkat energi)

- Lensa termal dan birefringensi yang disebabkan oleh stres harus dipertimbangkan pada suhu operasi yang tinggi

3Karakteristik Polarisasi Laser Ruby secara alami mengeluarkan cahaya yang terpolarisasi secara linier karena:

- Karakteristik emisi anisotropik ion Cr3+

- Keuntungan yang lebih tinggi untuk polarisasi sumbu E-c dibandingkan dengan sumbu E-c - rasio polarisasi dapat melebihi 100:1

Bidang Aplikasi Ruby Laser Rod

1Penelitian Ilmiah

- Studi plasma laser: digunakan dalam percobaan fusi inersia

- Optik nonlinear: sumber pompa untuk OPO dan laser Raman

- Spektroskopi: penyerapan resolusi tinggi dan spektroskopi fluoresensi

- Sensor atmosfer: sistem radar laser (LIDAR)

2. Pengolahan Industri

- Pengeboran presisi: bantalan batu permata untuk jam tangan, nozzle injektor bahan bakar

- Penandaan bahan: penandaan bahan khusus seperti keramik dan safir

- Pengelasan dan pemotongan: pengolahan bahan logam tipis

3. Aplikasi medis

- Dermatologi: pengobatan lesi pigmentasi dan penghapusan tato

- Oftalmologi: irisektomi (berangsur-angsur digantikan oleh laser lainnya)

- Kedokteran gigi: perawatan jaringan keras

4Militer dan Aerospace

- Penentuan jarak dan penunjukan target: rangefinder laser militer awal

- Panduan laser: pencahayaan target dan penunjukan

- Komunikasi luar angkasa: Hubungan laser eksperimental antara satelit

Keuntungan dan Keterbatasan Ruby Laser Rod

Keuntungan Utama:

- Energi pulsa tinggi: penyimpanan energi yang kuat, cocok untuk output pulsa energi tinggi

- Kualitas optik yang sangat baik: sedikit cacat kristal, kualitas sinar yang tinggi

- Stabilitas mekanik: kekerasan tinggi, ketahanan yang kuat terhadap dampak lingkungan

- Umur panjang: tidak ada masalah penuaan, umur panjang

- Output terpolarisasi: menyederhanakan desain sistem optik

Keterbatasan Utama:

- Efisiensi rendah karena sistem tiga tingkat: ambang tinggi, efisiensi khas hanya 0,1%

- Efek termal yang signifikan: tidak cocok untuk operasi dengan tingkat pengulangan yang tinggi (biasanya < 1 Hz)

- Panjang gelombang tetap: sulit disetel

- Membutuhkan pemompaan optik yang kuat: umumnya dipompa oleh lampu flash

- Biaya yang lebih tinggi: menumbuhkan kristal berkualitas tinggi adalah tantangan

Perkembangan Teknologi Ruby Laser Rod

1Peningkatan teknologi pendinginan - pendinginan konduktif: penggunaan sumur panas tembaga dengan konduktivitas termal tinggi - pendinginan cair:sirkulasi air yang terdeionisasi atau cairan fluorinasi - Operasi suhu rendahEfisiensi meningkat sebesar 3×5 kali pada 77 K

2Inovasi metode pemompaan - Pemompaan surya: skema aplikasi ruang angkasa awal - Pemompaan laser dioda: meningkatkan efisiensi dan mengurangi beban termal - Pemompaan samping:meningkatkan keseragaman distribusi energi

3. Desain Struktural Baru - Struktur Slab: mengurangi efek lensa termal - Multiple rod tandem: meningkatkan total energi output - Miniaturisasi: untuk skenario aplikasi khusus

Pertanyaan dan Jawaban

P:Berapa panjang gelombang laser utama dari batang laser ruby, dan mengapa ia memancarkan cahaya merah?

A:Laser ruby memancarkan pada 694,3 nm (garis R1) karena transisi ion Cr3+ dalam kristal Al2O3.Warna merah berasal dari transisi elektronik antara keadaan 2E tergiur dan keadaan dasar 4A2 dari Cr3 +Pada suhu rendah (~ 77K), garis sekunder pada 692,9 nm (garis R2) juga dapat menghisap.

Produk terkait lainnya

Ruby Rod Laser Technology Instrumen medis yang terbuat dari sintetis Sapphire Dia 1×7cm