Ruby laser funcționează în principal în modul pulsatoriu și generează radiații la o lungime de undă de = 0,943 μm. Datorită posibilităților de obținere a puterilor de mare puls, si disponibilitatea de cristale de rubin optice cu laser de înaltă calitate rubin și este în prezent una dintre cele mai cunoscute lasere în stare solidă.
Ruby - un material prețios, în forma sa pură, rar găsit în natură. Acesta este un cristal diamagnetic al oxidului de aluminiu Al2O3 (-corundum) cu ioni de impurități paramagnetice de Cr 3+ de crom. În funcție de concentrația de crom, cristalul -corundum adoptă diferite culori: 0,5% Cr - roșu strălucitor, mai mult de 8% culoare verde Cr de cristal.
Cristale Strezhneva Ruby au un diametru de 0,3-2 cm și o lungime de 30 cm. cristale Ruby unui optic de bună calitate este relativ ușor de fabricat, ele au o rezistență mecanică ridicată și o conductivitate termică ridicată, facilitează răcirea cristalului.
Ionii de Cr 3+ amestecă izomorph ioni Al 3+ aluminiu în rețeaua cristalină a -corundului. fiecare dintre acestea fiind înconjurată de șase ioni de oxigen O 2-. formând un octaedron obișnuit.
Raza ionică a Al 3+ este de 0,51 A; este mai mică decât raza ionică a Cr3 +
(0,63 A) și, prin urmare, ionul Cr3 + este oarecum deplasat din centrul octaedrului de-a lungul axei trigonale a cristalului. Distorsiunea simetriei cristalului conduce la tensiuni interne și defecte în structura cristalului. Indicele de refracție al unui rubin pentru diferite polarizări și pentru o rază obișnuită este
1,76. Rezistența cristalului este de 3800 kg / cm2.
Figura 3. - Structura unui cristal cubic al unui rubin
Diagrama nivelelor energetice ale ionilor Cr 3+ in rubin este compus din două seturi de nivele (Figura 2): a) caracteristică stării Cr 3+ ion cu rotire S = 3/2, nivelul inferior A2 set 4 - Cr 3+ stare sol - are două Nivelul subteran cu distanțe între ele este de 0,3 cm -1.
Cele două nivele superioare reprezintă nivelurile de absorbție rezonantă. Acestea sunt formate din șase dublete și, datorită eterogenității câmpului, sunt foarte difuze. Al doilea set de nivele din figura 4 (b) corespunde stărilor ionilor Cr 3+ cu spin S = 1/2.
Figura 4. (A) - nivelul de energie și schema de tranziție Probabilitățile pentru Cr 3+ ionilor rubinul la T = 4,2 K și (b) - schema de nivel energetic calculat al unei substanțe active cu laser cu trei niveluri.
Nivelul 2 E este metastabil, de două ori degenerat, împărțit în două subsoluri cu un spațiu de 29 cm -1. nivelele A sunt singletonele orbitale. Regula 3 niveluri F, E 2 puțin afectate de neomogenitati de cristal și nu au practic nici o lărgire. Ca rezultat spin - interacțiunea orbitală a ionilor Cr 3+ stări câmp c cristal de electroni corespunzând nivelurilor de cristal de energie afectează stări mixte. Aceasta conduce la faptul că tranzițiile radiative de la nivelurile 4 F, 4 la F2 și F1 2 2 E interzisa de regulile de selecție pentru rotire. Cu toate acestea, între aceste niveluri, tranziții intense nonradiative S32
(2 ... 5) * 10 7 s -1 cu o eliberare imensă de căldură. Când este excitat prin pomparea optică în cele 4 benzi F1. 4 populații F2 schimbarea nivelurilor asociate cu tranziții spontane la niveluri mai scăzute de absorbție și emisie induse și tranzițiile neradiative. Particulele excitate cuantice (ioni de crom) de trecere A2 4 uvovnya miez a absorbit rezonant de un 4 nivele F1. 4 F2. Durata de viață a particulelor în stare excitată este mică. Nivelurile 4 F1. 4 F2 datorită unei tranziții spontane la particulele de bază 4 cu un nivel de probabilitate A31 A2 = 3 x 10 5 sec -1 și o probabilitate de tranziție neradiativ S32 = (2 ... 5) 10 c -1 pentru luna iulie E 2 stare metastabilă epuizeze rapid. Deoarece probabilitatea unei tranziții spontane de la nivelul E este mică, A21
3 * 10 2 s -1. apoi la
Dacă o inversare de populație nu atinge pragul, emisia spontană se observă numai sub formă de luminescență de rubin pentru una dintre cele două linii înguste R1 (1 = 6943A) sau R2 (2 = 6929A) Nivele c
0.52. Aproape ruginim laserul emite pe linii R1, pentru că Probabilitatea unei tranziții în aceasta este mai mare, iar condițiile de prag sunt mult mai probabil să fie atinse. Se poate observa că nu toate statele energetice participă la generarea de radiații induse. Prin urmare, cu o anumită cantitate de eroare care etapele de absorbție și de excitație, creând inversiunea populației și radiația prezentă sub forma unui model cu trei nivele (figura 1), cu tranziții cuantice respective și populații. Cu toate acestea, acest lucru nu ia în considerare prezența dubletelor în rubin și nivelurile secundare, lărgirea nivelurilor, deoarece se presupune că g1 = g2 = g3 = 1. Nivelul E3 include, de obicei, benzile de absorbție verde (4 F2) și albastru (4 F1), care joacă un rol major în excitarea nivelurilor
Rubile laser sunt utilizate în prezent mai puțin pe scară largă ca atunci când au fost înlocuite cu lasere bazate pe Nd: YAG sau lasere de sticlă neodymi. Deoarece laserul de rubin funcționează efectiv într-o schemă pe trei niveluri, energia necesară a pompei de prag este de aproximativ un ordin de mărime mai mare decât valoarea corespunzătoare pentru un laser Nd: YAG de această dimensiune. Cu toate acestea, laserele rubin sunt încă utilizate pe scară largă în unele studii științifice și tehnice pentru care o lungime de undă mai scurtă de rubinie generează un avantaj semnificativ față de Nd: YAG.
Crearea unui laser a fost posibilă după ce s-au găsit metodele de implementare a unei populații inversate de niveluri. În primul laser construit de Meiman, corpul de lucru era un cilindru fabricat din rubin. Diametrul tijei a fost de ordinul 1 cm, lungimea a fost de aproximativ 5 cm. Capetele barei au fost lustruite și au reprezentat oglinzi strict paralele. Un capăt era acoperit cu un strat dens de opac, de argint, celălalt capăt acoperit cu un strat de argint care permiteau aproximativ 8% din energia care căzuse pe ea. În laser, rubinul este iluminat de o lampă de xenon pulsată, care produce lumină cu o bandă largă de frecvențe.
Articole similare
-
Descrierea principiului funcționării laser cu rubin - proprietăți unice ale radiației laser
-
Circuitul pompei cu piston radial, principiul de funcționare
-
Baterie externă pentru telefon 2019 cum să alegi, cum funcționează, cele mai bune modele
Trimiteți-le prietenilor: