Tijă de rubin de 115 mm: cristal de lungime extinsă pentru sisteme laser pulsate îmbunătățite
Diagramă detaliată


Prezentare generală
Bara de rubin de 115 mm este un cristal laser de înaltă performanță, cu lungime extinsă, conceput pentru sisteme laser în stare solidă pulsată. Construită din rubin sintetic - o matrice de oxid de aluminiu (Al₂O₃) infuzată cu ioni de crom (Cr³⁺) - bara de rubin oferă performanțe constante, conductivitate termică excelentă și emisie fiabilă la 694,3 nm. Lungimea crescută a barei de rubin de 115 mm în comparație cu modelele standard îmbunătățește amplificarea, permițând o stocare mai mare de energie per impuls și o eficiență generală îmbunătățită a laserului.
Renumită pentru claritatea, duritatea și proprietățile sale spectrale, tija de rubin rămâne un material laser apreciat în sectoarele științific, industrial și educațional. Lungimea de 115 mm permite o absorbție optică superioară în timpul pompării, ceea ce se traduce printr-un laser roșu mai luminos și mai puternic. Fie că este vorba de configurații de laborator avansate sau de sisteme OEM, tija de rubin se dovedește a fi un mediu laser fiabil pentru un randament controlat și de mare intensitate.
Fabricație și Inginerie Cristalină
Crearea unei tije de rubin implică creșterea controlată a monocristalului folosind tehnica Czochralski. În această metodă, un cristal de safir este scufundat într-un amestec topit de oxid de aluminiu de înaltă puritate și oxid de crom. Sfera este trasă lent și rotită pentru a forma un lingou de rubin impecabil, uniform din punct de vedere optic. Tija de rubin este apoi extrasă, modelată la o lungime de 115 mm și tăiată la dimensiuni precise, în funcție de cerințele sistemului optic.
Fiecare tijă de rubin este supusă unei lustruiri meticuloase pe suprafața sa cilindrică și pe fețele terminale. Aceste fețe sunt finisate la o planeitate de calitate laser și primesc de obicei acoperiri dielectrice. Un strat de reflexie ridicată (HR) este aplicat pe un capăt al tijei de rubin, în timp ce celălalt este tratat cu un strat de cuplaj de ieșire de transmisie parțială (OC) sau antireflexie (AR), în funcție de designul sistemului. Aceste acoperiri sunt vitale pentru maximizarea reflexiei interne a fotonilor și minimizarea pierderilor de energie.
Ionii de crom din tija de rubin absorb lumina de pompare, în special în partea albastru-verde a spectrului. Odată excitați, acești ioni trec la niveluri de energie metastabile. La emisia stimulată, tija de rubin emite lumină laser roșie coerentă. Geometria mai lungă a tijei de rubin de 115 mm oferă o lungime mai mare a traiectoriei pentru amplificarea fotonilor, ceea ce este esențial în sistemele de amplificare și de suprapunere a impulsurilor.
Aplicații de bază
Tijele de rubin, cunoscute pentru duritatea, conductivitatea termică și transparența optică excepționale, sunt utilizate pe scară largă în aplicații industriale și științifice de înaltă precizie. Compuse în principal din oxid de aluminiu monocristal (Al₂O₃) dopat cu o cantitate mică de crom (Cr³⁺), tijele de rubin combină o rezistență mecanică excelentă cu proprietăți optice unice, ceea ce le face indispensabile într-o varietate de tehnologii avansate.
1.Tehnologie laser
Una dintre cele mai semnificative utilizări ale tijelor de rubin este în laserele în stare solidă. Laserele cu rubin, care au fost printre primele lasere dezvoltate vreodată, utilizează cristale sintetice de rubin ca mediu de amplificare. Atunci când sunt pompate optic (de obicei folosind lămpi cu bliț), aceste tije emit lumină roșie coerentă la o lungime de undă de 694,3 nm. În ciuda materialelor laser mai noi, laserele cu rubin sunt încă utilizate în aplicații în care durata lungă a impulsurilor și ieșirea stabilă sunt critice, cum ar fi în holografie, dermatologie (pentru îndepărtarea tatuajelor) și experimente științifice.
2.Instrumente optice
Datorită transmisiei excelente a luminii și rezistenței la zgârieturi, tijele de rubin sunt adesea utilizate în instrumente optice de precizie. Durabilitatea lor asigură performanțe de lungă durată în condiții dure. Aceste tije pot servi drept componente în divizoare de fascicul, izolatoare optice și dispozitive fotonice de înaltă precizie.
3.Componente rezistente la uzură
În sistemele mecanice și metrologice, tijele de rubin sunt utilizate ca elemente rezistente la uzură. Acestea se găsesc frecvent în rulmenții de ceasuri, manometrele de precizie și debitmetrele, unde sunt necesare performanțe constante și stabilitate dimensională. Duritatea ridicată a rubinului (9 pe scara Mohs) îi permite să reziste la frecare și presiune pe termen lung fără degradare.
4.Echipamente medicale și analitice
Tijele de rubin sunt uneori utilizate în dispozitive medicale specializate și instrumente analitice. Biocompatibilitatea și natura lor inertă le fac potrivite pentru contactul cu țesuturi sensibile sau substanțe chimice. În configurațiile de laborator, tijele de rubin pot fi găsite în sonde de măsurare de înaltă performanță și sisteme de detectare.
5.Cercetare științifică
În fizică și știința materialelor, tijele de rubin sunt utilizate ca materiale de referință pentru calibrarea instrumentelor, studierea proprietăților optice sau acționând ca indicatori de presiune în celulele nicovalei de diamant. Fluorescența lor în condiții specifice ajută cercetătorii să analizeze distribuțiile de stres și temperatură în diverse medii.
În concluzie, barele de rubin continuă să fie un material esențial în industriile în care precizia, durabilitatea și performanța optică sunt primordiale. Pe măsură ce progresele în știința materialelor progresează, noi utilizări pentru barele de rubin sunt explorate constant, asigurându-le relevanța în tehnologiile viitoare.
Specificații de bază
Proprietate | Valoare |
---|---|
Formula chimică | Cr³⁺:Al₂O₃ |
Sistemul cristalin | Trigonal |
Dimensiunile celulei unitare (hexagonale) | a = 4,785 Åc = 12,99 Å |
Densitatea razelor X | 3,98 g/cm³ |
Punct de topire | 2040°C |
Expansiune termică la 323 K | Perpendiculară pe axa c: 5 × 10⁻⁶ K⁻¹Paralelă pe axa c: 6,7 × 10⁻⁶ K⁻¹ |
Conductivitate termică la 300 K | 28 W/m·K |
Duritate | Mohs: 9, Knoop: 2000 kg/mm² |
Modulul lui Young | 345 GPa |
Căldură specifică la 291 K | 761 J/kg·K |
Parametrul de rezistență la stres termic (Rₜ) | 34 W/cm |
Întrebări frecvente (FAQ)
Î1: De ce să alegeți o lansetă rubin de 115 mm în locul uneia mai scurte?
O tijă de rubin mai lungă oferă un volum mai mare pentru stocarea energiei și o lungime de interacțiune mai mare, rezultând un câștig mai mare și un transfer de energie mai bun.
Î2: Este tija de rubin potrivită pentru comutarea Q?
Da. Tija de rubin funcționează bine cu sistemele de comutare Q pasive sau active și produce ieșiri pulsate puternice atunci când este aliniată corect.
Î3: Ce interval de temperatură poate tolera tija de rubin?
Bara de rubin este stabilă termic până la câteva sute de grade Celsius. Cu toate acestea, în timpul funcționării laserului, se recomandă utilizarea sistemelor de gestionare termică.
Î4: Cum afectează acoperirile performanța tijelor de rubin?
Acoperirile de înaltă calitate îmbunătățesc eficiența laserului prin minimizarea pierderilor de reflectivitate. Acoperirea necorespunzătoare poate duce la deteriorarea sau la reducerea câștigului.
Î5: Este lanseta de rubin de 115 mm mai grea sau mai fragilă decât lansetele mai scurte?
Deși puțin mai grea, tija de rubin își păstrează o integritate mecanică excelentă. Este a doua după diamant ca duritate și rezistă bine la zgârieturi sau șocuri termice.
Î6: Ce surse de pompare funcționează cel mai bine cu tija de rubin?
În mod tradițional, se folosesc lămpi cu xenon. Sistemele mai moderne pot folosi LED-uri de mare putere sau lasere verzi cu frecvență dublă, pompate cu diode.
Î7: Cum ar trebui depozitată sau întreținută tija de rubin?
Păstrați tija de rubin într-un mediu antistatic și fără praf. Evitați manipularea directă a suprafețelor acoperite și folosiți cârpe neabrazive sau șervețele pentru lentile pentru curățare.
Î8: Poate fi integrată tija de rubin în proiectele moderne de rezonatoare?
Absolut. Rubinul, în ciuda rădăcinilor sale istorice, este încă integrat pe scară largă în cavitățile optice de nivel de cercetare și comerciale.
Î9: Care este durata de viață a tijei de rubin de 115 mm?
Cu o funcționare și o întreținere adecvate, o tijă de rubin poate funcționa în mod fiabil timp de mii de ore fără a-și degrada performanța.
Î10: Este tija de rubin rezistentă la deteriorări optice?
Da, dar este important să se evite depășirea pragului de deteriorare al acoperirilor. Alinierea corectă și reglarea termică mențin performanța și previn fisurarea.