115 mm rubinstang: Krystall med forlenget lengde for forbedrede pulserende lasersystemer
Detaljert diagram


Oversikt
Den 115 mm lange rubinstangen er en høytytende laserkrystall med forlenget lengde, designet for pulserte faststofflasersystemer. Rubinstangen er konstruert av syntetisk rubin – en aluminiumoksidmatrise (Al₂O₃) tilsatt kromioner (Cr³⁺) – og tilbyr jevn ytelse, utmerket varmeledningsevne og pålitelig emisjon ved 694,3 nm. Den økte lengden på den 115 mm lange rubinstangen sammenlignet med standardmodeller forbedrer forsterkningen, noe som gir høyere energilagring per puls og forbedret total lasereffektivitet.
Rubinstangen er kjent for sin klarhet, hardhet og spektrale egenskaper, og er fortsatt et verdifullt lasermateriale innen vitenskapelige, industrielle og utdanningssektorer. Lengden på 115 mm muliggjør overlegen optisk absorpsjon under pumping, noe som resulterer i lysere og kraftigere rød laserutgang. Enten i avanserte laboratorieoppsett eller OEM-systemer, viser rubinstangen seg å være et pålitelig lasermedium for kontrollert, høyintensitetsutgang.
Fabrikasjon og krystallteknikk
Lagelsen av en rubinstang innebærer kontrollert vekst av én krystall ved hjelp av Czochralski-teknikken. I denne metoden dyppes en safirkrystall i en smeltet blanding av høyrent aluminiumoksid og kromoksid. Kuglen trekkes sakte og roteres for å danne en feilfri, optisk ensartet rubinbarre. Rubinstangen trekkes deretter ut, formes til 115 mm lengde og kuttes til nøyaktige dimensjoner basert på det optiske systemets krav.
Hver rubinstang gjennomgår grundig polering på sin sylindriske overflate og endeflater. Disse flatene er behandlet til lasergrad og får vanligvis dielektriske belegg. Et høyreflekterende (HR) belegg påføres den ene enden av rubinstangen, mens den andre behandles med en delvis transmisjonsutgangskobler (OC) eller antirefleksjonsbelegg (AR), avhengig av systemdesignet. Disse beleggene er viktige for å maksimere intern fotonrefleksjon og minimere energitap.
Kromioner i rubinstangen absorberer pumpelys, spesielt i den blågrønne delen av spekteret. Når disse ionene er eksitert, går de over til metastabile energinivåer. Ved stimulert emisjon sender rubinstangen ut koherent rødt laserlys. Den lengre geometrien til den 115 mm lange rubinstangen gir en lengre banelengde for fotonforsterkning, noe som er kritisk i pulsstablings- og forsterkningssystemer.
Kjerneapplikasjoner
Rubinstenger, kjent for sin eksepsjonelle hardhet, varmeledningsevne og optiske gjennomsiktighet, er mye brukt i industrielle og vitenskapelige applikasjoner med høy presisjon. Rubinstenger består hovedsakelig av enkrystall aluminiumoksid (Al₂O₃) dopet med en liten mengde krom (Cr³⁺), og kombinerer utmerket mekanisk styrke med unike optiske egenskaper, noe som gjør dem uunnværlige i en rekke avanserte teknologier.
1.Laserteknologi
En av de viktigste bruksområdene for rubinstenger er i faststofflasere. Rubinlasere, som var blant de første laserne som noen gang ble utviklet, bruker syntetiske rubinkrystaller som forsterkningsmedium. Når de pumpes optisk (vanligvis ved bruk av blitzlamper), sender disse stavene ut koherent rødt lys med en bølgelengde på 694,3 nm. Til tross for nyere lasermaterialer brukes rubinlasere fortsatt i applikasjoner der lang pulsvarighet og stabil utgang er kritisk, for eksempel i holografi, dermatologi (for fjerning av tatoveringer) og vitenskapelige eksperimenter.
2.Optiske instrumenter
På grunn av sin utmerkede lysgjennomgang og ripebestandighet brukes rubinstenger ofte i presisjonsoptiske instrumenter. Holdbarheten deres sikrer langvarig ytelse under tøffe forhold. Disse stengene kan tjene som komponenter i stråledelere, optiske isolatorer og høypresisjonsfotoniske enheter.
3.Komponenter med høy slitasje
I mekaniske og metrologiske systemer brukes rubinstenger som slitesterke elementer. De finnes ofte i klokkelagre, presisjonsmålere og strømningsmålere, der det kreves jevn ytelse og dimensjonsstabilitet. Rubins høye hardhet (9 på Mohs-skalaen) gjør at den tåler langvarig friksjon og trykk uten forringelse.
4.Medisinsk og analytisk utstyr
Rubinstenger brukes noen ganger i spesialisert medisinsk utstyr og analyseinstrumenter. Deres biokompatibilitet og inerte natur gjør dem egnet for kontakt med sensitivt vev eller kjemikalier. I laboratorieoppsett kan rubinstenger finnes i høytytende måleprober og sensorsystemer.
5.Vitenskapelig forskning
Innen fysikk og materialvitenskap brukes rubinstenger som referansematerialer for å kalibrere instrumenter, studere optiske egenskaper eller fungere som trykkindikatorer i diamantamboltceller. Deres fluorescens under spesifikke forhold hjelper forskere med å analysere spennings- og temperaturfordelinger i ulike miljøer.
Avslutningsvis er rubinstenger fortsatt et viktig materiale på tvers av bransjer der presisjon, holdbarhet og optisk ytelse er avgjørende. Etter hvert som materialvitenskapen gjør fremskritt, utforskes stadig nye bruksområder for rubinstenger, noe som sikrer deres relevans i fremtidige teknologier.
Kjernespesifikasjon
Eiendom | Verdi |
---|---|
Kjemisk formel | Cr³⁺:Al₂O₃ |
Krystallsystem | Trigonal |
Enhetscelledimensjoner (sekskantet) | a = 4,785 Åc = 12,99 Å |
Røntgentetthet | 3,98 g/cm³ |
Smeltepunkt | 2040°C |
Termisk ekspansjon @ 323 K | Vinkelrett på c-aksen: 5 × 10⁻⁶ K⁻¹Parallell med c-aksen: 6,7 × 10⁻⁶ K⁻¹ |
Varmeledningsevne ved 300 K | 28 W/m·K |
Hardhet | Mohs: 9, Knoop: 2000 kg/mm² |
Youngs modul | 345 GPa |
Spesifikk varme @ 291 K | 761 J/kg·K |
Parameter for termisk spenningsmotstand (Rₜ) | 34 W/cm² |
Ofte stilte spørsmål (FAQ)
Q1: Hvorfor velge en 115 mm rubinstang fremfor en kortere stang?
En lengre rubinstang gir mer volum for energilagring og lengre interaksjonslengde, noe som resulterer i høyere forsterkning og bedre energioverføring.
Q2: Er rubinstangen egnet for Q-switching?
Ja. Rubinstangen fungerer bra med passive eller aktive Q-svitsjsystemer og produserer sterke pulserende utganger når den er riktig justert.
Q3: Hvilket temperaturområde tåler rubinstangen?
Rubinstangen er termisk stabil opptil flere hundre grader Celsius. Imidlertid anbefales termiske styringssystemer under laserdrift.
Q4: Hvordan påvirker belegg rubinstengernes ytelse?
Høykvalitetsbelegg forbedrer laserens effektivitet ved å minimere tap av refleksjonsevne. Feil belegg kan føre til skade eller redusert forsterkning.
Q5: Er 115 mm rubinstangen tyngre eller mer skjør enn kortere stenger?
Selv om den er litt tyngre, beholder rubinstangen utmerket mekanisk integritet. Den er nest hard etter diamant og motstår riper og termisk sjokk godt.
Q6: Hvilke pumpekilder fungerer best med rubinstangen?
Tradisjonelt brukes xenon-blitslamper. Mer moderne systemer kan bruke kraftige LED-er eller diodepumpede grønne lasere med doblet frekvens.
Q7: Hvordan bør rubinstangen oppbevares eller vedlikeholdes?
Oppbevar rubinstaven i et støvfritt, antistatisk miljø. Unngå å håndtere de belagte overflatene direkte, og bruk ikke-slipende kluter eller linsepapir til rengjøring.
Q8: Kan rubinstangen integreres i moderne resonatordesign?
Absolutt. Rubinstangen, til tross for sine historiske røtter, er fortsatt bredt integrert i optiske hulrom av forskningskvalitet og kommersielle formål.
Q9: Hva er levetiden til en 115 mm rubinstang?
Med riktig drift og vedlikehold kan en rubinstang fungere pålitelig i tusenvis av timer uten at ytelsen forringes.
Q10: Er rubinstangen motstandsdyktig mot optisk skade?
Ja, men det er viktig å unngå å overskride skadegrensen for belegget. Riktig justering og termisk regulering bevarer ytelsen og forhindrer sprekkdannelse.