Ứng dụng công nghiệp của đá quý được trồng trong phòng thí nghiệm - thanh laser Ruby

Ứng dụng công nghiệp của đá quý được trồng trong phòng thí nghiệm - thanh laser Ruby

Không lâu sau khi ý tưởng của laser được đề xuất, ruby lần đầu tiên được sử dụng để tạo ra laser đầu tiên trên thế giới.và khoảng 0.05wt% Cr2O3 được doped trong tinh thể. Cr3 + thay thế vị trí của Al3 + trong tinh thể, và theo quang học nó thuộc về một tinh thể đơn trục âm. Kích thước phổ biến của thanh ruby dao động từ 0.5cm đến 2cm đường kính và 4cm đến 16cm chiều dàiNó có thể trông giống như một thanh kính màu hồng rất sáng hoặc màu nâu đỏ rất sâu, tùy thuộc vào nồng độ Cr doping của thanh.Dưới bức xạ của đèn Xe (xenon), các electron ban đầu ở trạng thái cơ bản E1 trong tinh thể ruby hấp thụ các photon phát ra bởi đèn Xe và được kích thích đến mức năng lượng E3.

Tuổi thọ trung bình của các hạt ở mức năng lượng E3 rất ngắn (khoảng 10-9 giây).Tuổi thọ của các electron ở mức năng lượng E2 rất dàiDo đó, một số lượng lớn các hạt tích tụ ở mức năng lượng E2, tạo thành một đảo ngược số hạt giữa E2 và E1.tinh thể có hiệu ứng khuếch đại đối với photon với tần số ν đáp ứng hν = E2 - E1Khi tăng G đủ lớn để đáp ứng điều kiện ngưỡng, có đầu ra laser 694.3nm ở một số đầu gương.

Mặc dù hiệu quả của laser ruby không cao, chỉ 0,1%, và nó tạo ra ánh sáng màu đỏ đen 694.3nm, do cấu trúc cực kỳ đơn giản và đại diện của nó,phù hợp với cấu trúc của laser YAG được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, và mức năng lượng (hệ thống 3 cấp) đơn giản hơn, nó dễ dàng phân tích và hiểu hơn.có thể dễ dàng xuyên qua tấm sắt và phản chiếu trở lại từ bề mặt mặt trăng để được phát hiệnNhững laser này được sử dụng rộng rãi trong máy cắt laser và máy khoan trước khi phát minh ra các thanh laser YAG hiệu quả hơn nhiều (1% -3%),và nhiều vũ khí không gây chết người quân sự cũng áp dụng các thanh ruby nhỏ hơn.

Các tinh thể duy nhất của ruby có sức mạnh cao, độ cứng lớn, gKháng mòn rất tốt, tuyệt vờidẫn nhiệt, hệ số mở rộng nhỏ, ổn định nhiệt xuất sắc, chống nhiệt độ cao, chống ăn mòn và tính chất điện môi cao.Nó có tốc độ vượt qua cao trong phạm vi quang phổ rộng (250-5500nm)Nó được áp dụng rộng rãi trong sản xuất của cao công suất cửa sổ laser, cửa sổ hồng ngoại và cửa sổ đa quang phổ của các hình dạng và thông số kỹ thuật khác nhau,cũng như trong các lĩnh vực công nghệ cao như tên lửa, gương thanh truyền ánh sáng, ống kính quang học và lưỡi dao phẫu thuật y tế.

Sự ra đời của laser Ruby

Máy laser ruby ra đời vào năm 1960 tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu Hughes ở Hoa Kỳ,nơi nhà vật lý Theodore Maiman đang tiến hành nghiên cứu về khuếch đại bức xạ vi sóng thông qua phát xạ kích thíchVào thời điểm đó, các nhà khoa học đã có một sự hiểu biết nhất định về mức năng lượng nguyên tử và các nguyên tắc phát xạ kích thích.áp dụng các lý thuyết này cho dải tần số quang học để đạt được một nguồn ánh sáng với cường độ cao và sự nhất quán vẫn là một thách thức đáng kể.

Maiman chuyển sự chú ý của mình sang các tinh thể Ruby. Ruby là một dạng oxit nhôm (Al2O3) được doped với ion crôm (Cr3 +).Cấu trúc tinh thể độc đáo của nó và các tính chất năng lượng làm cho nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng để tạo ra ánh sáng laserMaiman phủ cả hai đầu của một thanh ruby bằng bạc để làm gương trong một khoang quang cộng hưởng.

Khi đèn pin phát ra ánh sáng mãnh liệt, các ion crôm trong ruby hấp thụ năng lượng và chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích.,chúng bắt đầu bị kích thích phát xạ, phát ra các photon đỏ với bước sóng 694,3 nanomet.kích thích các ion crôm bổ sung để phát ra các photon giống nhauPhản ứng dây chuyền này tạo ra một chùm tia laser mạnh mẽ, có định hướng cao và liên kết.

Bằng cách này, laser ruby đầu tiên trên thế giới đã được tạo ra. chùm tia đỏ rực rỡ nó phát ra xuyên qua bóng tối như một bình minh của một công nghệ mới hứa hẹn, mở ra thời đại của laser.

Nguyên tắc hoạt động của laser

Từ cơ học lượng tử, chúng ta biết rằng năng lượng của một nguyên tử dựa trên các electron bên ngoài hạt nhân là không liên tục và được chia thành các mức năng lượng riêng lẻ.,Nếu một photon (một chùm ánh sáng) với năng lượng thích hợp được chiếu lên một nguyên tử trong trạng thái kích thích,nguyên tử sẽ giảm xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra một photon thứ hai giống hệt như photon đầu tiên.
 

Trong laser, các hạt đất hiếm (các chất tăng) được đặt giữa hai gương.Các photon được tạo ra bởi bức xạ kích thích lan truyền giữa các gương và hoạt động như các nguồn bức xạ kích thích để tạo ra các photon mớiBằng cách này, laser có thể được sản xuất liên tục và dựa trên điều này, các photon được sản xuất bởi laser đều giống nhau, có cùng năng lượng, hướng và pha.

Ảnh hưởng sâu sắc của tia laser Ruby

Sự ra đời của laser ruby đã gây sốc cho các cộng đồng khoa học và công nghệ. Nó cung cấp các công cụ chưa từng có cho nghiên cứu trong các lĩnh vực như vật lý, hóa học và sinh học.Khả năng tạo ra năng lượng cao của laser, các chùm tập trung chặt chẽ đã cách mạng hóa các quy trình công nghiệp như cắt, hàn và khoan, cải thiện đáng kể hiệu quả và độ chính xác.

Trong lĩnh vực y tế, phẫu thuật laser đã trở thành một thực tiễn phổ biến, đặc biệt là trong nhãn khoa và thủ tục thẩm mỹ, cung cấp cho bệnh nhân giảm chấn thương và phục hồi nhanh hơn.tần số cao và băng thông của ánh sáng laser đặt nền tảng cho công nghệ sợi quang, cho phép truyền thông nhanh hơn và xa hơn, đưa khái niệm về "làng toàn cầu" gần hơn với thực tế.

Trong lĩnh vực quân sự, sự phát triển của vũ khí laser đã trở thành một trọng tâm quan trọng cho nhiều quốc gia.và khả năng chống nhiễu điện từ cho thấy chúng có thể đóng một vai trò quan trọng trong chiến tranh trong tương lai.

Các khuyến nghị sản phẩm liên quan

Thống Ruby tổng hợp Cr:Al2O3 Có sẵn trong chiều dài 2mm / 4mm Dia10mm / 20mm