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Detailinformationen |
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| Materielle Zusammensetzung: | Al2O3 mit 0,05% Cr2O3 | Kristallstruktur: | Trigonal (α-Al2O3) |
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| Thermische Eigenschaften: | Wärmeleitfähigkeit: 40 W/m·K | Mechanische Eigenschaften: | Mohs-Härte: 9 |
| Hervorheben: | 2 mm Rubin-Laserstäbe,Benutzerdefinierte Rubin-Laserstangen,4 mm Rubin-Laserstäbe |
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Produkt-Beschreibung
angepasste Rubin-Laserstäbe (Al2O3:Cr3+) Durchmesser 2 mm/4 mm Länge 10 mm/20 mm
Zusammenfassung der Rubin-Laserstange
Der Rubin-Laserstang war das erste erfolgreich realisierte Lasergewinnmedium in der Menschheitsgeschichte, das 1960 erstmals von Theodore Maiman demonstriert wurde.Sein Kernbestandteil ist ein α-Alumina (Al2O3) Einzelkristall, doppiert mit ca.0,05% dreivalente Chrom-Ionen (Cr3+), die eine charakteristische tiefrote Farbe aufweisen. Dieser synthetische Rubinkristall dispergiert Chrom-Ionen gleichmäßig als aktives Medium innerhalb der Korundmatrix,bei denen durch Kristallfeldwirkungen eine spezielle Energieniveau-Struktur gebildet wird.
Der Rubinlaser arbeitet nach einem typischen Systemprinzip von drei Ebenen:
- Grundzustandsenergie 4A2: Anfangszustand von Chrom-Ionen
- Breite Absorptionsbänder 4F1 und 4F2: entsprechen grüner (550 nm) und violetter (400 nm) Lichtabsorption
- Metastabile Energieniveau 2E: umfasst zwei nahe voneinander entfernte Niveaus E (694,3 nm) und 2Ā (692,9 nm)
Bei starkem optischem Pumpen werden Cr3+-Ionen vom Grundzustand in die 4F1/4F2-Bänder erregt und schnell nichtstrahlend zum 2E-metastabilen Zustand entspannen.Aufgrund der relativ langen Lebensdauer (~ 3 ms) der 2E-Ebene, kann eine Populationsumkehr erreicht werden, die letztendlich durch stimulierte Emission 694,3 nm rote Laserleistung erzeugt.
Die Attributtabelle vonRubin-Laserstäbe
| Eigentum | Spezifikation | Einheit/Anmerkungen |
| Materialzusammensetzung | Al2O3 mit 0,05% Cr2O3 | Gewichtsanteil |
| Kristallstruktur | Trigonal (α-Al2O3) | Raumgruppe R3c |
| Laserwellenlänge | 694.3 nm (R1-Linie) | Primäre Emissionsleitung |
| 692.9 nm (R2-Linie) | Sekundärleitung (niedrige Temperatur) | |
| Physische Dimensionen | Durchmesser: 2-10 mm | Anpassbar (2mm/4mm gezeigt) |
| Länge: 10-200 mm | Standard (10 mm/20 mm gezeigt) | |
| Optische Eigenschaften | Brechungsindex: 1,763 694 nm | Gewohnheitsstrahl (nicht) |
| Absorptionskoeffizient: 0,4-1,2 cm−1 | Abhängig von der Cr3+-Konzentration | |
| Thermische Eigenschaften | Wärmeleitfähigkeit: 40 W/m·K | 300K. |
| Wärmeausdehnung: 5×10−6/K (- Ich weiß.c-Achse) | Anisotropisch | |
| Mechanische Eigenschaften | Mohs-Härte: 9 | Nur Diamant kommt an zweiter Stelle |
| Dichte: 3,98 g/cm3 | ||
| Laserleistung | Fluoreszenzzeit: 3 ms | 300K. |
| Emissionsquerschnitt: 2,5 × 10−20 cm2 | Für die Linie R1 | |
| Koeffizient der thermischen Linse: 3×10−6 K−1 | Wichtig für den Hochleistungsbetrieb | |
| Oberflächenqualität | Flachheit: λ/10 633 nm | Laserpoliermittel |
| Oberflächenrauheit: < 5 Å RMS | Überpolierte Veredelung | |
| Beschichtungsmöglichkeiten | AR-Beschichtung 694 nm: R<0,2% | Typische Spezifikation |
| HR-Beschichtung 694nm: R> 99,8% | mit einer Breite von mehr als 50 mm | |
| Schadensschwelle | > 500 MW/cm2 | Für 10ns-Impulse |
Strukturelle Merkmale der Rubinlaserstange
1. Kristallwachstum und Verarbeitung hoch- qualitativ hochwertige Rubinlaserstäbe werden typischerweise mit der Flammenfusionsmethode (Verneuil-Prozess) angebaut.Einzelkristalle mit ausgezeichneter optischer Einheitlichkeit können gewonnen werdenDie Anforderungen an die Kristallverarbeitung umfassen: - den Stangendurchmesser in der Regel zwischen 3 mm und 10 mm,Länge von 50 ‰ 200 mm - Parallelismus der Endfläche besser als 10 Bogensekunden - Oberflächenveredelung, die λ/10 Qualitätsniveau erreicht - Normalerweise im Brewsterwinkel geschnitten oder mit Anti-Reflexionsfolien beschichtet
2.Optische und thermische Eigenschaften
- Brechungsindex: 1,76 bei 694,3 nm
- Wärmeleitfähigkeit: ca. 40 W/mK
- Koeffizient der thermischen Ausdehnung: 5 × 10−6 K−1 (parallel zur c-Achse)
- Mohs-Härte: 9, nur hinter Diamanten.
- Schadensschwelle: > 500 MW/cm2 (10 ns Impulse)
3. Dopingmerkmale Die Chrom-Ionenkonzentration beeinflusst die Laserleistung direkt:
- Optimale Dopingkonzentration: 0,03%0,07% (gewichtlich)
- Höhere Konzentrationen verursachen eine Fluoreszenzlöschung und verschärfen thermische Effekte
- Chrom-Ionen ersetzen die Al3+-Stellen im Kristall und nehmen die oktaedrische Koordination ein
Betriebsmerkmale der Rubin-Laserstange
1. Ausgangsmerkmale
- Wellenlänge: hauptsächlich R1-Linie (694,3 nm) bei Raumtemperatur; bei niedriger Temperatur (77 K) kann auch R2-Linie (692,9 nm) oszillieren
- Linienbreite: 0,53 nm (Fluoreszenz), Verengung auf 0,001 nm (einmaliger Längsmodus)
- Typische Impulsenergie: 0,110 J (Q-Switched)
- Spitzenleistung: bis zu mehreren hundert Megawatt (Modus-locked)
- Abweichwinkel: 0,5-5 mrad (je nach Resonatorkonstruktion)
2. Temperatur-Effekte Ruby-Laser weisen eine erhebliche Temperaturabhängigkeit auf:
- Wellenlänge Temperaturkoeffizient: 0,065 Å/K
- Der Wirkungsgrad sinkt mit Temperaturanstieg (aufgrund von Veränderungen der Spaltung des Energieniveaus)
- Bei hohen Betriebstemperaturen müssen thermische Linsen und spannungsbedingte Zweibrüche berücksichtigt werden
3. Polarisierungsmerkmale Ruby-Laser erzeugen natürlich linear polarisiertes Licht durch:
- Anisotrope Emissionsmerkmale von Cr3+-Ionen
- Höhere Polarisierungserhöhung der EcAchse im Vergleich zur EcAchse - Polarisierungsquote kann 100 übersteigen:1
Anwendungsbereiche der Rubin-Laserstange
1. Wissenschaftliche Forschung
- Laser-Plasma-Studien: bei Fusionsversuchen im Trägheitsraum
- Nichtlineare Optik: Pumpenquelle für OPOs und Ramanlaser
- Spektroskopie: hochauflösende Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie
- Atmosphärische Erfassung: Laserradar (LIDAR)
2Industrieverarbeitung
- Präzisionsbohrungen: Edelsteinlager für Uhren, Spritzgaspumpen für Kraftstoffeinspritzer
- Materialmarkierung: Markierung spezieller Materialien wie Keramik und Saphir
- Schweißen und Schneiden: Verarbeitung von Dünnmetallstoffen
3. Medizinische Anwendungen
- Dermatologie: Behandlung von pigmentierten Läsionen und Entfernung von Tätowierungen
- Ophthalmologie: Irisektomie (allmählich durch andere Laser ersetzt)
- Zahnmedizin: Behandlung von harten Geweben
4Militär und Luftfahrt
- Reichweitenfindung und Zieldesignation: Frühe militärische Laserdistanzmessgeräte
- Laserführung: Zielbeleuchtung und -bestimmung
- Weltraumkommunikation: Versuchslaserverbindungen zwischen Satelliten
Vorteile und Einschränkungen des Rubinlaserstabs
Hauptvorteile:
- hohe Impulsenenergie: starke Energiespeicherung, geeignet für hochenergetische Impulsausgänge
- Ausgezeichnete optische Qualität: wenige Kristallfehler, hohe Lichtstrahlqualität
- Mechanische Stabilität: hohe Härte, hohe Umweltauswirkungenbeständigkeit
- Lange Lebensdauer: keine Alterungsprobleme, lange Lebensdauer
- Polarisierte Ausgabe: Vereinfacht die Optik-Systemkonstruktion
Hauptbeschränkungen:
- Niedriger Wirkungsgrad aufgrund eines dreistufigen Systems: hoher Schwellenwert, typischer Wirkungsgrad nur 0,1%
- signifikante thermische Effekte: ungeeignet für den Betrieb mit hoher Wiederholungsrate (in der Regel < 1 Hz)
- feste Wellenlänge: schwer zu stimmen
- erfordert eine starke optische Pumpe: in der Regel mit Blitzlampen
- Höhere Kosten: der Anbau von hochwertigen Kristallen ist eine Herausforderung
Technologische Entwicklungen der Rubin-Laserstange
1- Verbesserung der Kühltechnik - Leitungskühlung: Verwendung von Kupferwärmeabnehmern mit hoher Wärmeleitfähigkeit - Flüssigkeitskühlung:Umlauf von deionisiertem Wasser oder fluorierten Flüssigkeiten - Niedertemperaturbetrieb: Effizienz verbessert sich bei 77 K um das 3-Fünffache
2- Innovationen bei der Pumpmethode - Solarpumpen: frühe Anwendungsmöglichkeiten im Weltraum - Laserdiodenpumpen: Verbesserung der Effizienz und Verringerung der Wärmebelastung - Seitenpumpen:Verbessert die Energieverteilungsgleichheit
3Neue Strukturentwürfe - Schieferstrukturen: Verringerung der thermischen Linseneffekte - Mehrfachstab-Tandem: Erhöhung der Gesamtleistungsenergie - Miniaturisierung: für spezielle Anwendungsfälle
Fragen und Antworten
- Was ist das?Wie groß ist die primäre Wellenlänge eines Rubinlaserstabs, und warum strahlt er rotes Licht aus?
A:Der Rubinlaser strahlt bei 694,3 nm (R1-Linie) aufgrund von Cr3+-Ionenübergängen im Al2O3-Kristall aus.Die rote Farbe entsteht durch den elektronischen Übergang zwischen dem 2E-erregten Zustand und dem 4A2-Grundzustand von Cr3+Bei niedrigen Temperaturen (~77 K) kann auch eine Sekundärlinie bei 692,9 nm (R2-Linie) leisen.
Sonstige verwandte Erzeugnisse
Ruby-Rod-Laser-Technologie Medizinische Instrumente aus synthetischem Saphir Dia 1 × 7 cm