A működési elve a rubinlézer
A rubinlézer általában előnyösen pulzáló módban, és előállítja a sugárzás hullámhosszon = 0,6943 mikron. Mivel a beszerzésének lehetőségét magas pulzus hatáskörét, és a rendelkezésre álló Ruby kristályok magas optikai minőségű rubinlézer, és jelenleg az egyik legismertebb szilárdtest lézerek.
Rubin - értékes anyag, a tiszta formában ritkán található meg a természetben. Ez a diamágneses kristály alumínium-oxid AI 2O 3 (-korund) c paramágneses szennyező ionok króm Cr 3+. Attól függően, hogy a koncentráció a krómkorund kristály -fogad a különböző színek: 0,5% Cr - fényes vörös, 8% Cr- zöld kristály.
Strezhneva Ruby kristályok átmérője 0,3-2 cm, hossza 30 cm. Ruby kristályok optikailag jó minőségű viszonylag könnyen gyártható, hogy van egy nagy mechanikai szilárdságú és nagy hővezető képességű, megkönnyíti a hűtés a kristály.
Cr3 + ionok izomorf érintettek a kristályrácsban -korund alumínium-ion Al 3+. amelyek mindegyike körül hat oxigén ionok O 2-. alkotó szabályos oktaéder.
Al 3+ az ionos sugara 0,51 A; ez kisebb, mint az ionos sugara Cr 3+
(0,63 A), és ezért, Cr3 + ion kissé el van tolva a központtól a oktaéder mentén trigonális tengelye a kristály. A torzítás a kristályszimmetriában vezet belső feszültségek és hibák a kristályszerkezetben. Ruby törésmutatója különböző polyaryazatsy és a rendes sugár
1.76. Tartóssági kristály 3800 kg / cm 2.
3. ábra - Struktuktura rubin kristály cella
A diagram az energiaszintek az ionok Cr 3+ Ruby áll két szinten (2. ábra): a) jellemző az állam a Cr 3+ ion spin S = 3/2, az alsó szint A2 készlet 4 - Cr 3+ alapállapotú - két alréteg a távolságok közöttük 0,3 cm -1.
Két felső szinten rezonáns felszívódásának mértéke. Ezek közé tartozik a hat dublettje, és ezért erősen diffúz mező inhomogenitás. A második szint A 4. ábra (b) megfelel a Államokban a Cr 3+ ionok centrifugálás S = 1/2.
Ris4. (A) - az energia szintű rendszert és átmeneti valószínűségek a Cr 3+ ionok a Ruby T = 4,2 K és (b) - az a számított energia szintű rendszert egy három-szintű lézer hatóanyag.
2. szint E - metastabil, kétszeresen degenerált, van osztva két alrétegből távközzel 29cm -1. Egy orbitális szintek szinglett. Rendelet szintek 3 F, E 2 kevéssé befolyásolja a kristály inhomogenitása és gyakorlatilag nincs szélesítése. Ennek eredményeként a spin - orbitális kölcsönhatása az ionok Cr 3+ c kristálytér elektron állapotok megfelelő energiaszintet kristály befolyásolja összekeverjük Államok. Ez vezet az a tény, hogy a sugárzási átmenetek a szinten 4 F 4 F2 és F1 2 2 E megtiltotta kiválasztási szabályok spin. Között azonban ezek a szintek intenzíven nonradiative átmenetek S32
(2 ... 5) július 10 * C -1 c hatalmas hő felszabadulását. Gerjesztve pumpáló a 4 sáv F1. 4 F2 populációk változó szintje társított spontán átmenetek alacsonyabb indukált abszorpciós és emissziós és nonradiative átmenetek. Excited kvantum részecskék (króm ionok) a magból 4 uvovnya A2 pass rezonáns által abszorbeált 4 szintek F1. 4 F2. Az élettartam a részecske gerjesztett állapotban kicsi. 4 F1 szintek. 4 F2 miatt spontán átmenet alapján 4 részecskék egy valószínűségi szint A2 A31 = 3 x 10 5 sec -1, és egy nonradiative átmeneti valószínűség S32 = (2 ... 5) július 10. c -1 az E 2 metastabil állapot gyorsan kimerült. Mivel a valószínűsége a spontán átmenetek az alacsony E A21
3 ~ 10 2 s -1. szintjén
Ha egy populáció inverzió nem éri el a küszöbértéket, a spontán emisszió figyelhető csak formájában lumineszcencia Ruby az egyik a két keskeny vonalak R1 (1 = 6943A) vagy R2 (2 = 6929A) c szintek
0,52. Gyakorlatilag rubinlézer bocsát R1 - vonal, mint átmeneti valószínűség nagyobb és megvalósítható küszöb feltételekkel. Mint látható, nem minden energia érintett államok generációs stimulált sugárzás. Ezért, egy bizonyos számú hiba, amely az abszorpciós és gerjesztési lépéseket, ami populáció inverzió és a sugárzás formájában jelen lévő egy háromszintű modell (1. ábra) a megfelelő kvantum átmenetek és populációk. Azonban anélkül, hogy figyelembe véve a jelenlét rubin kettős államok és a középfokú iskolákban, szélesítése a szintet, mert Elfogadott g1 = G2 = g3 = 1. Az E3 tipikusan zöld (4 F2) és kék (4 F1) az abszorpciós sáv, amely alapvető szerepet játszanak a gerjesztési szintek
Ruby lézer, jelenleg használatban legalább olyan széles, mint amikor valami olyan kiűzettek lézerek alapján Nd: YAG lézerrel vagy neodímium üveg. Mivel rubinlézer ténylegesen fut a háromszintű rendszer, a küszöb szivattyú szükséges energia körülbelül egy nagyságrenddel nagyobb, mint a megfelelő ár-érték Nd: YAG lézer ilyen méretben. Azonban, rubin lézer még mindig széles körben használják az egyes tudományos és műszaki kutatás, melyek rövidebb hullámok rubin generáció jelentős előnyt az Nd: YAG.
Létrehozása lézer tette lehetővé, miután a módja a fordított lakosságának szintet találtak. A Maiman építette az első lézer egy rubin henger a munkafolyadék. A rúd átmérője az 1 cm nagyságrendű, hossza -. Körülbelül 5 cm a rúd végei voltak polírozott és képviselt szigorúan egymással párhuzamosan tükör. Az egyik vége borította sűrű átlátszatlan réteg ezüst, a másik végén borítja egy ilyen réteg ezüst, amely hiányzott mintegy 8% -os energia esett rajta. A rubinlézer megvilágított egy pulzáló xenon lámpa, amely fényt széles sávszélesség.
