115mm rubínová tyč: Krystal s prodlouženou délkou pro vylepšené pulzní laserové systémy
Podrobný diagram


Přehled
115mm rubínová tyč je vysoce výkonný laserový krystal s prodlouženou délkou určený pro pulzní laserové systémy s pevnou fází. Rubínová tyč je vyrobena ze syntetického rubínu – matrice oxidu hlinitého (Al₂O₃) s příměsí ionů chromu (Cr³⁺) – a nabízí konzistentní výkon, vynikající tepelnou vodivost a spolehlivou emisi při 694,3 nm. Zvětšená délka 115mm rubínové tyče ve srovnání se standardními modely zvyšuje zisk, umožňuje vyšší akumulaci energie na pulz a zlepšuje celkovou účinnost laseru.
Rubínová tyčinka, proslulá svou čistotou, tvrdostí a spektrálními vlastnostmi, zůstává ceněným laserovým materiálem ve vědeckém, průmyslovém a vzdělávacím sektoru. Délka 115 mm umožňuje vynikající optickou absorpci během čerpání, což se promítá do jasnějšího a silnějšího červeného laserového výstupu. Ať už se jedná o pokročilá laboratorní zařízení nebo OEM systémy, rubínová tyčinka se ukazuje jako spolehlivé laserové médium pro kontrolovaný výstup s vysokou intenzitou.
Výroba a krystalové inženýrství
Vytvoření rubínové tyčinky zahrnuje řízený růst monokrystalů pomocí Czochralského techniky. Při této metodě se zárodečný krystal safíru ponoří do roztavené směsi vysoce čistého oxidu hlinitého a oxidu chromu. Kulička se pomalu táhne a otáčí, čímž se vytvoří bezchybný, opticky jednotný rubínový ingot. Rubínová tyčinka se poté vyjme, vytvaruje na délku 115 mm a nařeže na přesné rozměry na základě požadavků optického systému.
Každá rubínová tyčinka prochází pečlivým leštěním svého válcového povrchu a čelních ploch. Tyto plochy jsou upraveny do laserové rovinnosti a obvykle jsou opatřeny dielektrickými povlaky. Na jeden konec rubínové tyčinky je nanesen vysoce reflexní (HR) povlak, zatímco druhý konec je ošetřen částečným vazebním členem pro přenos a výstup (OC) nebo antireflexním (AR) povlakem v závislosti na konstrukci systému. Tyto povlaky jsou nezbytné pro maximalizaci vnitřního odrazu fotonů a minimalizaci energetických ztrát.
Ionty chromu v rubínové tyči absorbují budicí světlo, zejména v modrozelené části spektra. Po excitaci tyto ionty přecházejí na metastabilní energetické hladiny. Po stimulované emisi rubínová tyč emituje koherentní červené laserové světlo. Delší geometrie 115mm rubínové tyče nabízí delší délku dráhy pro zesílení fotonů, což je kritické v systémech pro vrstvení pulzů a zesilování.
Základní aplikace
Rubínové tyčinky, známé pro svou výjimečnou tvrdost, tepelnou vodivost a optickou průhlednost, se široce používají ve vysoce přesných průmyslových a vědeckých aplikacích. Rubínové tyčinky, složené převážně z monokrystalického oxidu hlinitého (Al₂O₃) dopovaného malým množstvím chromu (Cr³⁺), kombinují vynikající mechanickou pevnost s jedinečnými optickými vlastnostmi, díky čemuž jsou nepostradatelné v řadě pokročilých technologií.
1.Laserová technologie
Jedním z nejvýznamnějších použití rubínových tyčí jsou pevnolátkové lasery. Rubínové lasery, které patřily k prvním vyvinutým laserům, využívají jako zesilovací médium syntetické rubínové krystaly. Při optickém buzení (obvykle pomocí zábleskových lamp) tyto tyče emitují koherentní červené světlo o vlnové délce 694,3 nm. Navzdory novějším laserovým materiálům se rubínové lasery stále používají v aplikacích, kde je kritická dlouhá doba trvání pulzu a stabilní výkon, například v holografii, dermatologii (pro odstraňování tetování) a ve vědeckých experimentech.
2.Optické přístroje
Díky své vynikající propustnosti světla a odolnosti proti poškrábání se rubínové tyčinky často používají v přesných optických přístrojích. Jejich odolnost zajišťuje dlouhodobý výkon v náročných podmínkách. Tyto tyčinky mohou sloužit jako součásti v děličích paprsků, optických izolátorech a vysoce přesných fotonických zařízeních.
3.Vysoce opotřebitelné součásti
V mechanických a metrologických systémech se rubínové tyče používají jako prvky odolné proti opotřebení. Běžně se vyskytují v ložiskách hodinek, přesných měřidlech a průtokoměrech, kde je vyžadován konzistentní výkon a rozměrová stabilita. Vysoká tvrdost rubínu (9 na Mohsově stupnici) mu umožňuje odolávat dlouhodobému tření a tlaku bez degradace.
4.Lékařské a analytické vybavení
Rubínové tyčinky se někdy používají ve specializovaných zdravotnických prostředcích a analytických přístrojích. Díky své biokompatibilitě a inertní povaze jsou vhodné pro kontakt s citlivými tkáněmi nebo chemikáliemi. V laboratorních zařízeních lze rubínové tyčinky nalézt ve vysoce výkonných měřicích sondách a senzorických systémech.
5.Vědecký výzkum
Ve fyzice a materiálových vědách se rubínové tyčinky používají jako referenční materiály pro kalibraci přístrojů, studium optických vlastností nebo jako indikátory tlaku v diamantových kovadlinových celách. Jejich fluorescence za specifických podmínek pomáhá vědcům analyzovat rozložení napětí a teploty v různých prostředích.
Závěrem lze říci, že rubínové tyčinky jsou i nadále nezbytným materiálem napříč odvětvími, kde jsou přesnost, odolnost a optický výkon prvořadé. S pokrokem v materiálové vědě se neustále zkoumají nová využití rubínových tyčinek, což zajišťuje jejich relevanci v budoucích technologiích.
Základní specifikace
Vlastnictví | Hodnota |
---|---|
Chemický vzorec | Cr³⁺:Al₂O₃ |
Krystalový systém | Trigonální |
Rozměry jednotkové buňky (šestiúhelníkové) | a = 4,785 Åc = 12,99 Å |
Hustota rentgenového záření | 3,98 g/cm³ |
Bod tání | 2040 °C |
Tepelná roztažnost při 323 K | Kolmo k ose c: 5 × 10⁻⁶ K⁻¹Rovnoběžně s osou c: 6,7 × 10⁻⁶ K⁻¹ |
Tepelná vodivost při 300 K | 28 W/m·K |
Tvrdost | Mohs: 9, Knoop: 2000 kg/mm² |
Youngův modul | 345 GPa |
Měrná tepelná kapacita při 291 K | 761 J/kg·K |
Parametr odolnosti proti tepelnému namáhání (Rₜ) | 34 W/cm |
Často kladené otázky (FAQ)
Otázka 1: Proč zvolit rubínový prut o délce 115 mm místo kratšího prutu?
Delší rubínová tyč poskytuje větší objem pro ukládání energie a delší délku interakce, což má za následek vyšší zisk a lepší přenos energie.
Q2: Je rubínová tyč vhodná pro Q-switching?
Ano. Rubínová tyč funguje dobře s pasivními i aktivními systémy Q-switching a při správném zarovnání produkuje silné pulzní výstupy.
Q3: Jaký teplotní rozsah rubínová tyč snese?
Rubínová tyčinka je tepelně stabilní až do několika set stupňů Celsia. Během provozu laseru se však doporučují systémy pro regulaci teploty.
Otázka 4: Jak povlaky ovlivňují výkon rubínové tyče?
Vysoce kvalitní povlaky zlepšují účinnost laseru minimalizací ztráty odrazivosti. Nesprávný povlak může vést k poškození nebo snížení zisku.
Q5: Je rubínový prut o délce 115 mm těžší nebo křehčí než kratší pruty?
I když je rubínová tyč o něco těžší, zachovává si vynikající mechanickou integritu. Co se týče tvrdosti, je hned po diamantu a dobře odolává poškrábání nebo tepelným šokům.
Q6: Které zdroje čerpadel fungují nejlépe s rubínovou tyčí?
Tradičně se používají xenonové výbojky. Modernější systémy mohou využívat vysoce výkonné LED diody nebo diodově řízené zelené lasery se zdvojenou frekvencí.
Otázka 7: Jak by se měla rubínová tyč skladovat nebo udržovat?
Rubínovou tyčinku uchovávejte v bezprašném a antistatickém prostředí. Nedotýkejte se přímo potažených povrchů a k čištění používejte neabrazivní hadříky nebo ubrousky na čočky.
Otázka 8: Lze rubínovou tyč integrovat do moderních konstrukcí rezonátorů?
Rozhodně. Rubínová tyčinka je navzdory svým historickým kořenům stále široce integrována do výzkumných i komerčních optických dutin.
Q9: Jaká je životnost rubínové tyče o délce 115 mm?
Při správném provozu a údržbě může rubínová tyč spolehlivě fungovat tisíce hodin bez snížení výkonu.
Q10: Je rubínová tyč odolná vůči optickému poškození?
Ano, ale je důležité zabránit překročení prahové hodnoty poškození nátěrů. Správné zarovnání a tepelná regulace zachovávají výkon a zabraňují praskání.