Лазер рубіновий: принцип роботи

Перші лазери з`явилися кілька десятиліть тому, і до цього дня цей сегмент просувається найбільшими компаніями. Розробники отримують все нові якості обладнання, дозволяючи користувачам ефективніше його застосовувати на практиці.

твердотільний лазер рубіновий не рахується одним з найперспективніших пристроїв цього типу, але при всіх своїх недоліках він все ж знаходить ніші в експлуатації.

Загальні відомості

Рубінові лазери відносяться до категорії твердотільних пристроїв. У порівнянні з хімічними і газовими аналогами вони мають менш високу потужність. Пояснюється це різницею в характеристиках елементів, за рахунок яких забезпечується випромінювання. Наприклад, ті ж хімічні лазери здатні формувати світлові потоки потужністю в сотні кіловат. Серед особливостей, якими виділяється лазер рубіновий, відзначають високу ступінь монохроматичности, а також когерентність випромінювання. Крім цього, деякі моделі дають підвищену концентрацію світлової енергії в просторі, якої вистачає на здійснення термоядерного синтезу за рахунок нагрівання плазми променем.

Як видно з назви, в якості активного середовища лазера виступає кристал рубіна, поданий у формі циліндра. При цьому торці стержня поліруються особливим чином. Щоб лазер рубіновий зміг забезпечити максимально можливу для нього енергію випромінювання, сторони кристала обробляються до моменту досягнення плоскопараллельного положення відносно один одного. У той же час торці повинні бути перпендикулярні осі елемента. У деяких випадках торці, що виступають в деякому роді дзеркалами, додатково покриваються діелектричної плівкою або шаром срібла.

Пристрій рубінових лазерів

До складу приладу входить камера з резонатором, а також джерело енергії, який збуджує атоми кристала. В якості активатора спалаху може використовуватися ксеноновая імпульсна лампа. Світловий джерело розташовується уздовж однієї осі резонатора, що має циліндричну форму. На іншій осі розташовується рубіновий елемент. Як правило, використовуються стрижні довжиною 2-25 см.

Відео: Як працює лазер

Резонатор практично весь світ від лампи спрямовує на кристал. Варто зазначити, що в умовах підвищених температур, які потрібні для оптичного накачування кристала, здатні працювати далеко не всі ксенонові лампи. З цієї причини пристрій рубінового лазера, до складу якого входять джерела світла на основі ксенону, розраховується на безперервний режим роботи, який також називають імпульсним. Що стосується стрижня, то його зазвичай виготовляють зі штучного сапфіра, який може відповідним чином модифікуватися під експлуатаційні вимоги до лазеру.

Принцип роботи лазера

При активації пристрою за рахунок включення лампи відбувається ефект інверсії з підвищенням рівня хромових іонів в кристалі, в результаті чого починається лавинної збільшення кількості числа випускаються фотонів. При цьому на резонаторі спостерігається зворотний зв`язок, що забезпечується дзеркальними поверхнями на торцях твердотільного стрижня. Так відбувається вироблення узконаправленного потоку.

Тривалість імпульсу, як правило, не перевищує 0,0001 с, що коротше в порівнянні з тривалістю дії неонової спалаху. Імпульсна енергія лазера на рубіні становить 1 Дж. Як і у випадку з газовими приладами, принцип роботи рубінового лазера будується і на ефекті зворотного зв`язку. Це означає, що інтенсивність світлового потоку починає підтримуватися за рахунок дзеркал, взаємодіючих з оптичним резонатором.

Відео: Принцип роботи газового лазера

Режими роботи лазера

Найчастіше лазер з рубіновим стрижнем застосовується в режимі формування згаданих імпульсів величиною в мілісекунди. Для досягнення більш тривалого часу активності технологи підвищують енергію оптичного накачування. Робиться це за рахунок застосування потужних імпульсних ламп. Так як поле наростання імпульсу, обумовлене часом формування електричного заряду в лампі-спалаху, характеризується положистістю, робота рубінового лазера починається через деякий час в моменти, коли кількість активних елементів перевершує порогові значення.

Іноді виникають і зриви генерації імпульсів. Такі явища спостерігаються через певні проміжки часу після зниження показників потужності, тобто коли силовий потенціал опускається нижче порогової величини. Рубіновий лазер теоретично може працювати і в безперервному режимі, але така експлуатація вимагає застосування в конструкції більш потужних ламп. Власне, в даному випадку розробники стикаються з тими ж проблемами, що і при створенні газових лазерів - недоцільність застосування елементної бази з підвищеними характеристиками і, як результат, обмеження можливостей пристрою.

види

Користь від ефекту зворотного зв`язку найбільш яскраво виражається в лазерах з нерезонансних зв`язком. У таких конструкціях додатково застосовується розсіює елемент, що дозволяє випромінювати суцільний частотний спектр. Також застосовується лазер рубіновий з модульованої добротністю - до складу його конструкції включаються два стержня, що охолоджується і неохолоджуваний. Температурна різниця дозволяє формувати два лазерних пучка, які поділяються за довжиною хвилі на ангстремах. Дані промені просвічують імпульсний розряд, а сформований їх векторами кут відрізняється невеликим значенням.

Відео: Принцип роботи лазерного нівеліра

Де застосовується рубіновий лазер?

Такі лазери характеризуються невисоким коефіцієнтом корисної дії, але зате відрізняються термічною стійкістю. Цими якостями і обумовлюються напрямки практичного використання лазерів. Сьогодні їх застосовують в створенні голографії, а також на виробництвах, де потрібна виконувати операції пробивки надточних отворів. Використовують такі пристрої і в зварювальних операціях. Наприклад, при виготовленні електронних систем для технічного забезпечення супутникового зв`язку. У медицині також знайшов своє місце рубіновийлазер. Застосування технології в даній галузі знову пояснюється можливістю високоточної обробки. Такі лазери використовують як заміну стерильних скальпелів, що дозволяють виконувати мікрохірургічні операції.

висновок

Лазер з рубіновим активним середовищем свого часу став першою працюючою системою такого типу. Але в міру розвитку альтернативних пристроїв з газовими та хімічними наповнювачами стало очевидно, що його експлуатаційні якості мають безліч недоліків. І це не кажучи про те, що рубіновий лазер є одним з найскладніших з точки зору виготовлення. У міру підвищення його робочих властивостей збільшуються і вимоги до елементів, що складають конструкцію. Відповідно, зростає і собівартість пристрою. Втім, розвиток моделей лазерів на рубіновому кристалі має свої підстави, пов`язані, крім іншого, з унікальними якостями твердотільної активного середовища.