Ruby лазер е първият, в който се извършва и поколението, което все още е в употреба. кристал рубин е кристал на Al2O3 двуалуминиев триокис с малка добавка (0.05%) на хром. При добавяне на хром атома рубин кристали стават прозрачен цвят и абсорбират светлина в двете ленти до ултравиолетова спектрална област. Общо рубин кристали абсорбира около 15% от светлината от флаш лампата. В спектъра на абсорбция на хромови йони на преходен йон във възбудено състояние. В резултат на това вътрешните процеси хромови йони развълнувани да основното състояние не е веднага, но след две развълнувани нива. При тези нива, натрупването на йони на достатъчно мощна флаш неон инверсия население лампа настъпва между междинните слоеве и на база нивото на хром йон.
Краищата на рубин прът се полират, покрита с отразяващ смущения филми, като се поддържа строго успоредност на края изправена един към друг.
Когато инверсия населението настъпва нива на хром йони в лавина на рубин възниква принудително увеличаване на броя на излъчените фотони и оптично обратна връзка резонатор, образувана от огледала в краищата на пръта рубин, предвижда образуването на фокусиран лъч на червена светлина. Продължителността на лазерен импулс, се равнява на 0,0001. малко по-кратък от срока на действие на светкавицата на неонова лампа. рубин лазерен импулс енергия от около 1 J.
Лазерът се състои от три основни части: активен (работно) вещество резонансната система, състояща се от две успоредни плочи са покрити с отразяващи покрития, и системата за възбуждане (помпа), както обикновено се използва неон флаш лампа.
кристал рубин се отглежда в специални пещи, след това получената заготовка се темперира и се обработва чрез даване под формата на прът. дължина прът варира от 2 до 30 см. диаметър от 0.5 до 2 cm. плоска повърхност завършва направи строго успоредно. Понякога отразяваща повърхност не се прилага към индивид отразяваща плоча, и директно върху краищата на рубин прът. Повърхността на краищата на среброто и повърхността на единия край направи напълно отразяващ, а другият - отразява частично. Обикновено втория край на светлинна пропускливост, е около 10 - 25%.
лазер рубин предпочитане работи в импулсен режим и генерира лъчение при дължина на вълната = 0.6943 микрона. Благодарение на възможностите за получаване на високо импулсни сили, и наличието на рубин кристали с висока оптична качество рубин лазер и в момента е един от най-добре известните твърдотелен лазер.
Ruby прът се поставя в спирала, импулсирани ксенонова лампа, която обхваща Оказва от всички страни. Лампата на флаш трае милисекунди. През това време, лампата консумира мощност от няколко хиляди джаула, повечето от които отиват за отоплителен уред. Друг, по-малка част, под формата на синьо и зелено светлината се абсорбира от рубина. Тази енергия позволява възбуждане и хромови йони.
Фигура енергийните нива Cr3 + йони в рубина се разделят на две групи нива: А) е характеристика на Cr3 йон състояние + въртене S = 3/2, долната набор ниво 4а2 - смляно състояние Cr3 + - има два подслоя с разстояния между (фигура 2.1). два 0.3 cm-1.
Две по-горно ниво са резонансни нива на усвояване. Те се състоят от шест дублети и следователно силно дифузно поле нехомогенност. Вторият набор от нива Фиг. 1б съответства на състояния на Cr3 + йон с въртене S = 1/2. 2Е Level - метастабилна, двойно дегенеративен, се разделя на два подслоя разположени 29см-1, нивата на А са орбитални синглета. позиции Ниво 3F, 2E малко засегнати от хомогенностите на кристала, и те имат малко или никакво разширяване. В резултат на въртене - взаимодействието орбита йони CR3 + в кристал поле електронни състояния отговарящи на енергия нива кристал засяга смесени състояния. Това води до факта, че радиационните нива прехода от 4F, 4F2 и 2F1 до 2Е е забранено от правилата за подбор на спин. Въпреки това, между тези нива
Фиг. 2.1. а) диаграма на енергийните нива и преходни вероятностите за йони Cr3 + в рубина при Т = 4.2 К; б) изчислено схема на три нива лазер активно вещество енергийно ниво
Интензитетът на nonradiative преминава S32
(2 ... 5) * 107в-1 в огромно отделяне на топлина. При възбуждане с оптично изпомпване в лентите 4F1,4F2 промяна популации ниво, свързани с спонтанни преходи до по-ниски нива на индуцирана поглъщане и излъчване и nonradiative преходи. Възбудени квантови частици (хромови йони) от основен слой 4а2 прохода към резонантно абсорбиране нива 4F1, 4F2. Продължителността на живот на частицата във възбудено състояние е малък. Нива 4F1, 4F2 резултат на спонтанна преход към нивото на твърди частици с вероятност 4а2 А31 = 3 * 105с-1 и вероятност nonradiative преход S32 = (2 ... 5) 107в-1 до 2Е метастабилни състояние бързо изчерпани. Тъй като вероятността за спонтанни преходи от ниско E A21
3 * 102с-1, след това при нивата и образуването на частици на инверсия на населението. Когато прагова стойност N = 0,5N0 инверсия настъпва спонтанно и стимулирани емисиите.
Ако инверсия популация не достигне праг, спонтанната емисия се наблюдава само под формата на луминисценция на рубин за една от двете тесни линии R1 (1 = 6943A) или R2 (2 = 6929A) нива в и съответно. В квантовата ефективност в R-линии е
0.52. Практически рубин лазер излъчва R1-линия, като преход вероятност тя по-високи и по-постижими праговите условия. Както се вижда, не всички енергийни държави, участващи в образуването на стимулирано излъчване. Следователно, с определено количество от грешка, която е етапите на абсорбция и възбуждане, създавайки инверсия на населението и радиация, присъстваща под формата на модел тристепенна (фигура 2.1) със съответните квантовата преходи и популации. Въпреки това, без да се отчита наличието на рубин дублетни държави и вторични нива, разширяването на нивата, защото Прието g1 = G2 = G3 = 1. Нивото E3 обикновено включват зелен (4F2) и синьо (4F1) от групата на абсорбция, която играе основна роля в възбуждане и нива. Тези слоеве се характеризират с висока степен на релаксация на решетъчни вибрации. Основното състояние Е1 при температура Т = 300 К може да се разглежда като G1 ниво изроденост = 4. Масата на рубин кристал с концентрация на хром от 0.05%, при температура Т = 300 К, вероятността за nonradiative преход е около 2 * 107в-1, и живота на квантовата частици в метастабилната състояние е приблизително 3 х 10-3s. Ако Обръщаме изпомпване паралелно светлина поток на Z ос на рубин, коефициент на поглъщане за генериране линия е R1-0,4 см-1 и секцията абсорбция кръстосано е равно на 2,5 х 10-20 см-2 в практически Обикновено рубинени лазерни изчисления приложимо приблизително модел на три нива състояния.
Ruby лазер, използван в момента като по-слабо използван, за да бъде, защото те са заменени с лазери, основани на Nd: YAG лазери или неодимов стъкло. Тъй като рубин лазер е действително работи на схемата за три нива, енергия праг помпа необходимо е приблизително един ред по-висока от съответната стойност за Nd: YAG лазер такива размери. Въпреки това, рубинени лазери са все още широко използвани в някои научни и технически изследвания, за които по-къси вълни с дължина Ruby поколение осигурява значително предимство пред Nd: YAG.
Създаване на лазер е станало възможно, след като са били открити пътищата на обърнатия населението на нива. В Maiman построен първият лазер е рубин цилиндър на работния флуид. Диаметърът на буталния прът от порядъка на 1 см, дължина -. Около 5 см от края на прът са полирани и представени строго паралелни една на друга огледало.
Фиг. 2.2 Устройство оптичен генератор рубин:
1 - хладник 2 - газоразрядна лампа, 3 - отразяващ корпус 4 - рубин прът 5 - източник на захранване служи за зареждане на кондензатор 1
Единият край е бил покрит с плътен непрозрачен слой от сребро, на другия край е обхванат от такъв слой от сребро, което е липсвало около 8% от енергията, падаща върху него. лазер рубин осветен с импулсна ксенонова лампа, която осигурява светлина с широка честотна лента.
Ruby кристали имат голяма механична здравина и висока топлопроводимост, която улеснява охлаждането на кристала.
Таблица 1. Физически и технически параметри на рубинени лазери
Свързани статии