Ensimmäiset laserit ilmestyivät useita vuosikymmeniä sitten, ja tähän päivään asti suurimmat yritykset mainostavat tätä segmenttiä. Kehittäjät saavat laitteisiinsa yhä enemmän uusia ominaisuuksia, joiden ansiosta käyttäjät voivat käyttää niitä tehokkaammin käytännössä.
Sold-state rubiinilaseria ei pidetä yhtenä lupaavimmista tämän tyyppisistä laitteista, mutta kaikista puutteistaan huolimatta se löytää edelleen toimivia paikkoja.
Yleistä tietoa
Rubylaserit kuuluvat puolijohdelaitteiden luokkaan. Kemikaali- ja kaasuvastineisiin verrattuna niillä on pienempi teho. Tämä selittyy elementtien ominaisuuksien erolla, jonka vuoksi säteilyä tarjotaan. Esimerkiksi samat kemialliset laserit pystyvät tuottamaan satojen kilowattien valovirtoja. Rubiinilaserin erottavien ominaisuuksien joukossa on korkea monokromaattisuus sekä säteilyn koherenssi. Lisäksi jotkin mallit tarjoavat lisääntyneen valoenergian pitoisuuden avaruudessa, mikä riittää lämpöydinfuusioon lämmittämällä plasmaa säteellä.
Kuten nimestä voi päätellä, sisäänlaserin aktiivinen väliaine on rubiinikide, joka on esitetty sylinterin muodossa. Tässä tapauksessa tangon päät kiillotetaan erityisellä tavalla. Jotta rubiinilaser voisi tarjota sille suurimman mahdollisen säteilyenergian, kiteen sivuja käsitellään, kunnes saavutetaan tasosuuntainen asema suhteessa toisiinsa. Samanaikaisesti päiden tulee olla kohtisuorassa elementin akseliin nähden. Joissakin tapauksissa päät, jotka toimivat jollain tavalla peileinä, on lisäksi peitetty dielektrisellä kalvolla tai hopeakerroksella.
Ruby-laserlaite
Laite sisältää kammion, jossa on resonaattori, sekä energialähteen, joka virittää kiteen atomeja. Ksenon-salamalamppua voidaan käyttää salaman aktivaattorina. Valonlähde sijaitsee sylinterimäisen resonaattorin yhtä akselia pitkin. Toisella akselilla on rubiinielementti. Pääsääntöisesti käytetään tangoja, joiden pituus on 2-25 cm.
Resonaattori ohjaa lähes kaiken valon lampusta kristalliin. On huomattava, että kaikki ksenonlamput eivät pysty toimimaan korotetuissa lämpötiloissa, joita tarvitaan kiteen optiseen pumppaamiseen. Tästä syystä rubiinilaserlaite, joka sisältää ksenonvalolähteitä, on suunniteltu jatkuvaan käyttöön, jota kutsutaan myös pulssiksi. Mitä tulee sauvaan, se on yleensä valmistettu keinosafiirista, jota voidaan muokata vastaavasti vastaamaan suorituskykyvaatimuksia.laser.
Laserperiaate
Kun laite aktivoidaan kytkemällä lamppu päälle, tapahtuu inversiovaikutus, jossa kromi-ionien taso nousee kiteessä, minkä seurauksena emittoituneiden fotonien lukumäärässä alkaa lumivyöry. Tällöin resonaattorissa havaitaan takaisinkytkentä, joka saadaan aikaan peilipinnoilla kiinteän sauvan päissä. Näin kapeasti suunnattu virtaus syntyy.
Pulssin kesto ei pääsääntöisesti ylitä 0,0001 s, mikä on lyhyempi kuin neonsalaman kesto. Rubiinilaserin pulssienergia on 1 J. Kuten kaasulaitteiden tapauksessa, myös rubiinilaserin toimintaperiaate perustuu takaisinkytkentävaikutukseen. Tämä tarkoittaa, että optisen resonaattorin kanssa vuorovaikutuksessa olevat peilit alkavat ylläpitää valovirran intensiteettiä.
Lasertilat
Useimmiten rubiinisauvalla varustettua laseria käytetään mainittujen millisekuntiarvoisten pulssien muodostustilassa. Pidempien aktiivisuusaikojen saavuttamiseksi tekniikat lisäävät optista pumppausenergiaa. Tämä tehdään käyttämällä tehokkaita salamalamppuja. Koska pulssin kasvukentälle, joka johtuu sähkövarauksen muodostumisajasta salamalampussa, on ominaista tasaisuus, rubiinilaserin toiminta alkaa jonkin verran viiveellä hetkillä, jolloin aktiivisten elementtien lukumäärä ylittää kynnysarvot.
Joskus on myösimpulssien muodostumisen häiriö. Tällaisia ilmiöitä havaitaan tietyin väliajoin tehoindikaattoreiden laskun jälkeen, eli kun tehopotentiaali putoaa kynnysarvon alapuolelle. Rubiinilaser voi teoriassa toimia jatkuvassa tilassa, mutta tällainen toiminta vaatii tehokkaampien lamppujen käyttöä suunnittelussa. Itse asiassa tässä tapauksessa kehittäjät kohtaavat samat ongelmat kuin luotaessa kaasulasereita - paranneltujen ominaisuuksien omaavan elementtipohjan käyttötarkoituksenmukaisuus ja sen seurauksena laitteen ominaisuuksien rajoittaminen.
Näkymät
Takaisinkytkentävaikutuksen edut ovat selkeimpiä lasereissa, joissa on ei-resonanssikytkentä. Tällaisissa malleissa käytetään lisäksi sirontaelementtiä, joka mahdollistaa jatkuvan taajuusspektrin säteilemisen. Käytetään myös Q-kytkettyä rubiinilaseria - sen suunnittelussa on kaksi sauvaa, jäähdytetty ja jäähdyttämätön. Lämpötilaero mahdollistaa kahden lasersäteen muodostumisen, jotka erotetaan aallonpituudella angströmeiksi. Nämä säteet paistavat pulssipurkauksen läpi, ja niiden vektoreiden muodostama kulma eroaa pienellä arvolla.
Missä rubiinilaseria käytetään?
Tällaisille lasereille on ominaista alhainen hyötysuhde, mutta niille on ominaista lämpöstabiilisuus. Nämä ominaisuudet määräävät lasereiden käytännön käytön suunnat. Nykyään niitä käytetään holografian luomisessa sekä teollisuudessa, joilla sitä tarvitaan toimintojen suorittamiseenreikien lävistys. Tällaisia laitteita käytetään myös hitsauksessa. Esimerkiksi satelliittiviestinnän tekniseen tukeen tarkoitettujen elektronisten järjestelmien valmistuksessa. Rubiinilaser on löytänyt paikkansa myös lääketieteessä. Teknologian soveltaminen tällä alalla johtuu jälleen erittäin tarkan käsittelyn mahdollisuudesta. Tällaisia lasereita käytetään korvaamaan steriilejä skalpelleja, mikä mahdollistaa mikrokirurgiset leikkaukset.
Johtopäätös
Rubiiniaktiivisella väliaineella varustetusta laserista tuli kerralla ensimmäinen tämän tyyppinen käyttöjärjestelmä. Mutta kun kehitettiin vaihtoehtoisia kaasu- ja kemiallisia täyteaineita sisältäviä laitteita, kävi selväksi, että sen suorituskyvyllä on monia haittoja. Ja tämä puhumattakaan siitä tosiasiasta, että rubiinilaser on yksi vaikeimmista valmistuksen kann alta. Kun sen käyttöominaisuudet kasvavat, myös vaatimukset rakenteen muodostaville elementeille kasvavat. Vastaavasti myös laitteen hinta nousee. Rubiinikristallilasermallien kehityksellä on kuitenkin omat syynsä, jotka liittyvät muun muassa aktiivisen solid-state-väliaineen ainutlaatuisiin ominaisuuksiin.
