Лазер рубінавы: прынцып працы

Першыя лазеры з'явіліся некалькі дзесяцігоддзяў таму, і дагэтуль гэты сегмент прасоўваецца найбуйнейшымі кампаніямі. Распрацоўшчыкі атрымліваюць усе новыя якасці абсталявання, дазваляючы карыстальнікам больш эфектыўна яго прымяняць на практыцы.

Цвёрдацельны лазер рубінавы ня лічыцца адным з самых перспектыўных прылад гэтага тыпу, але пры ўсіх сваіх недахопах ён усё ж знаходзіць нішы ў эксплуатацыі.

Агульныя звесткі

Рубінаў лазеры ставяцца да катэгорыі цвёрдацельных прылад. У параўнанні з хімічнымі і газавымі аналагамі яны маюць менш высокую магутнасць. Тлумачыцца гэта розніцай у характарыстыках элементаў, за кошт якіх забяспечваецца выпраменьванне. Да прыкладу, тыя ж хімічныя лазеры здольныя фармаваць светлавыя патокі магутнасцю ў сотні кілават. Сярод асаблівасцяў, якімі вылучаецца лазер рубінавы, адзначаюць высокую ступень монохроматичности, а таксама кагерэнтнасць выпраменьвання. Акрамя гэтага, некаторыя мадэлі даюць павышаную канцэнтрацыю светлавой энергіі ў прасторы, якой хапае на ажыццяўленне тэрмаядзернага сінтэзу за кошт награвання плазмы промнем.

Як відаць з назвы, у якасці актыўнай асяроддзя лазера выступае крышталь рубіну, прадстаўлены ў форме цыліндру. Пры гэтым тарцы стрыжня паліруюцца асаблівым чынам. Каб лазер рубінавы змог забяспечыць максімальна магчымую для яго энергію выпраменьвання, бакі крышталя апрацоўваюцца да моманту дасягнення плоскапаралельных становішча адносна адзін аднаго. У той жа час тарцы павінны быць перпендыкулярныя восі элемента. У некаторых выпадках тарцы, якія выступаюць у некаторым родзе люстэркамі, дадаткова пакрываюцца дыэлектрычнай плёнкай або пластом срэбра.

Прылада лалавых лазераў

У склад прыбора ўваходзіць камера з рэзанатарам, а таксама крыніца энергіі, які ўзбуджае атамы крышталя. У якасці актыватара ўспышкі можа выкарыстоўвацца ксеноновая імпульсная лямпа. Светлавой крыніца размяшчаецца ўздоўж адной восі рэзанатара, які мае цыліндрычную форму. На другі восі размяшчаецца рубінавы элемент. Як правіла, выкарыстоўваюцца стрыжні даўжынёй 2-25 см.

Рэзанатар практычна ўвесь свет ад лямпы накіроўвае на крышталь. Варта адзначыць, што ва ўмовах падвышаных тэмператур, якія патрабуюцца для аптычнай накачкі крышталя, здольныя працаваць далёка не ўсе ксенонавыя лямпы. Па гэтай прычыне прылада лалавага лазера, у склад якога ўваходзяць крыніцы святла на аснове ксэнону, разлічваецца на бесперапынны рэжым працы, які таксама называюць імпульсным. Што тычыцца стрыжня, то яго звычайна вырабляюць з штучнага сапфіра, які можа адпаведным чынам мадыфікавацца пад эксплуатацыйныя патрабаванні да лазеру.

Прынцып працы лазера

Пры актывацыі прылады за кошт уключэння лямпы адбываецца эфект інверсіі з павышэннем ўзроўню хромавых іёнаў ў крышталі, у выніку чаго пачынаецца лавіна павелічэнне колькасці колькасці выпусканых фатонаў. Пры гэтым на рэзанатары назіраецца зваротная сувязь, якая забяспечваецца люстранымі паверхнямі на тарцах цвёрдацельнага стрыжня. Так адбываецца выпрацоўка вузканакіраванага патоку.

Працягласць імпульсу, як правіла, не перавышае 0,0001 с, што карацей у параўнанні з працягласцю дзеяння неонавай ўспышкі. Імпульсная энергія лазера на рубін складае 1 Дж. Як і ў выпадку з газавымі прыладамі, прынцып працы лалавага лазера будуецца і на эфекце зваротнай сувязі. Гэта значыць, што інтэнсіўнасць светлавога патоку пачынае падтрымлівацца за кошт люстэркаў, якія ўзаемадзейнічаюць з аптычным рэзанатарам.

Рэжымы працы лазера

Часцей за ўсё лазер з Рубінавым стрыжнем ўжываецца ў рэжыме фарміравання згаданых імпульсаў велічынёй у мілісекунду. Для дасягнення больш працяглага часу актыўнасці тэхнолагі павышаюць энергію аптычнай накачкі. Робіцца гэта за кошт прымянення магутных імпульсных лямпаў. Так як поле нарастання імпульсу, абумоўленае часам фарміравання электрычнага зараду ў лямпе-выбліску, характарызуецца пакатасцю, праца лалавага лазера пачынаецца з некаторай затрымкай у моманты, калі колькасць актыўных элементаў пераўзыходзіць парогавыя значэння.

Часам узнікаюць і зрывы генерацыі імпульсаў. Такія з'явы назіраюцца праз пэўныя прамежкі часу пасля паніжэння паказчыкаў магутнасці, гэта значыць калі сілавы патэнцыял апускаецца ніжэй парогавай велічыні. Рубінавы лазер тэарэтычна можа працаваць і ў бесперапынным рэжыме, але такая эксплуатацыя патрабуе прымянення ў канструкцыі больш магутных лямпаў. Уласна, у дадзеным выпадку распрацоўшчыкі сутыкаюцца з тымі ж праблемамі, што і пры стварэнні газавых лазераў - немэтазгоднасць прымянення элементнай базы з падвышанымі характарыстыкамі і, як вынік, абмежаванне магчымасцяў прылады.

віды

Карысць ад эфекту зваротнай сувязі найбольш ярка выяўляецца ў лазерах з нерезонансной сувяззю. У такіх канструкцыях дадаткова прымяняецца рассейваць элемент, што дазваляе выпраменьваць суцэльны частотны спектр. Таксама ўжываецца лазер рубінавы з мадуляванай дыхтоўнасцю - у склад яго канструкцыі ўключаюцца два стрыжня, охлаждаемый і неохлаждаемого. Тэмпературная рознасць дазваляе фармаваць два лазерных пучка, якія падзяляюцца па даўжыні хвалі на Ангстрэма. Дадзеныя прамяні прасвечваюць імпульсны разрад, а сфармаваны іх вектарамі кут адрозніваецца невялікім значэннем.

Дзе ўжываецца рубінавы лазер?

Такія лазеры характарызуюцца невысокім каэфіцыентам карыснага дзеяння, але затое адрозніваюцца тэрмічнай устойлівасцю. Гэтымі якасцямі і абумаўляюцца напрамкі практычнага выкарыстання лазераў. Сёння іх ужываюць у стварэнні галаграфіі, а таксама на вытворчасцях, дзе патрабуецца выконваць аперацыі прабіўкі звышдакладных адтулін. Выкарыстоўваюць такія прылады і ў зварачных аперацыях. Напрыклад, пры вырабе электронных сістэм для тэхнічнага забеспячэння спадарожнікавай сувязі. У медыцыне таксама знайшоў сваё месца рубінавы лазер. Прымяненне тэхналогіі ў дадзенай галіне ізноў тлумачыцца магчымасцю высокадакладнай апрацоўкі. Такія лазеры выкарыстоўваюць як замену стэрыльных скальпель, якія дазваляюць выконваць мікрохірургіческіе аперацыі.

заключэнне

Лазер з рубінавай актыўнай асяроддзем у свой час стаў першай якая працуе сістэмай такога тыпу. Але па меры развіцця альтэрнатыўных прылад з газавымі і хімічнымі напаўняльнікамі стала відавочна, што яго эксплуатацыйныя якасці маюць мноства недахопаў. І гэта не кажучы пра тое, што рубінавы лазер з'яўляецца адным з самых складаных з пункту гледжання вырабу. Па меры павышэння яго працоўных уласцівасцяў павялічваюцца і патрабаванні да элементаў, складнікам канструкцыю. Адпаведна, расце і сабекошт прылады. Зрэшты, развіццё мадэляў лазераў на Рубінавым крышталі мае свае падставы, звязаныя, між іншым, з унікальнымі якасцямі цвёрдацельнай актыўнай асяроддзя.