První lasery se objevily před několika desetiletími a dodnes tento segment propagují největší společnosti. Vývojáři získávají stále více nových funkcí zařízení, které uživatelům umožňují efektivnější využití v praxi.
Pevný rubínový laser není považován za jedno z nejslibnějších zařízení tohoto typu, ale přes všechny své nedostatky stále nachází mezery v provozu.
Obecné informace
Rubínové lasery patří do kategorie polovodičových zařízení. Oproti chemickým a plynovým protějškům mají nižší výkon. To je vysvětleno rozdílem ve vlastnostech prvků, díky nimž je poskytováno záření. Například stejné chemické lasery jsou schopny generovat světelné toky s výkonem stovek kilowattů. Mezi vlastnosti, které odlišují rubínový laser, patří vysoký stupeň monochromatičnosti a koherence záření. Některé modely navíc poskytují zvýšenou koncentraci světelné energie ve vesmíru, která stačí pro termonukleární fúzi ohřevem plazmatu paprskem.
Jak název napovídá, vaktivním médiem laseru je rubínový krystal ve formě válce. V tomto případě jsou konce tyče leštěny speciálním způsobem. Aby rubínový laser poskytl maximální možnou energii záření, jsou strany krystalu zpracovávány, dokud není dosaženo rovinné paralelní polohy vůči sobě navzájem. Zároveň musí být konce kolmé k ose prvku. V některých případech jsou konce, které nějakým způsobem fungují jako zrcadla, navíc pokryty dielektrickým filmem nebo vrstvou stříbra.
Ruby laserové zařízení
Zařízení obsahuje komoru s rezonátorem a také zdroj energie, který excituje atomy krystalu. Jako aktivátor blesku lze použít xenonovou zábleskovou lampu. Světelný zdroj je umístěn podél jedné osy rezonátoru, který má válcový tvar. Na druhé ose je rubínový prvek. Zpravidla se používají pruty o délce 2-25 cm.
Rezonátor směřuje téměř veškeré světlo z lampy do krystalu. Je třeba poznamenat, že ne všechny xenonové výbojky jsou schopny pracovat při zvýšených teplotách, které jsou nutné pro optické čerpání krystalu. Z tohoto důvodu je rubínové laserové zařízení, které obsahuje xenonové světelné zdroje, navrženo pro nepřetržitý provoz, který se také nazývá pulzní. Pokud jde o tyč, je obvykle vyrobena z umělého safíru, který lze patřičně upravit tak, aby vyhovoval výkonnostním požadavkům nalaser.
Princip laseru
Při aktivaci zařízení rozsvícením lampy dojde k inverznímu efektu se zvýšením hladiny iontů chrómu v krystalu, v důsledku čehož začne lavinový nárůst počtu emitovaných fotonů. V tomto případě je na rezonátoru pozorována zpětná vazba, kterou zajišťují zrcadlové plochy na koncích pevné tyče. Takto vzniká úzce směrovaný tok.
Doba trvání pulzu zpravidla nepřesahuje 0,0001 s, což je kratší doba ve srovnání s dobou trvání neonu. Pulzní energie rubínového laseru je 1 J. Princip činnosti rubínového laseru je stejně jako v případě plynových zařízení založen na zpětnovazebním efektu. To znamená, že intenzita světelného toku začíná být udržována zrcadly interagujícími s optickým rezonátorem.
Laserové režimy
Nejčastěji se používá laser s rubínovou tyčinkou v režimu tvorby zmíněných pulzů s hodnotou milisekund. Pro dosažení delších aktivních časů technologie zvyšují optickou čerpací energii. To se provádí pomocí výkonných zábleskových lamp. Vzhledem k tomu, že pole růstu pulzu je v důsledku doby tvorby elektrického náboje v zábleskové lampě charakterizováno plochostí, provoz rubínového laseru začíná s určitým zpožděním v okamžicích, kdy počet aktivních prvků překročí prahové hodnoty.
Někdy také existujínarušení generování impulsů. Takové jevy jsou pozorovány v určitých intervalech po poklesu indikátorů výkonu, to znamená, když potenciál výkonu klesne pod prahovou hodnotu. Rubínový laser může teoreticky pracovat v nepřetržitém režimu, ale takový provoz vyžaduje použití výkonnějších lamp v konstrukci. Ve skutečnosti se v tomto případě vývojáři potýkají se stejnými problémy jako při vytváření plynových laserů - neúčelnost použití základny prvků s vylepšenými vlastnostmi a v důsledku toho omezení možností zařízení.
Zobrazení
Výhody efektu zpětné vazby jsou nejvýraznější u laserů s nerezonanční vazbou. V takových konstrukcích je navíc použit rozptylový prvek, který umožňuje vyzařovat spojité frekvenční spektrum. Používá se také Q-spínaný rubínový laser - jeho konstrukce obsahuje dvě tyče, chlazené a nechlazené. Teplotní rozdíl umožňuje vytvoření dvou laserových paprsků, které jsou odděleny vlnovou délkou do angstromů. Tyto paprsky prosvítají pulzním výbojem a úhel vytvořený jejich vektory se liší o malou hodnotu.
Kde se používá rubínový laser?
Takové lasery se vyznačují nízkou účinností, ale vyznačují se tepelnou stabilitou. Tyto vlastnosti určují směry praktického využití laserů. Dnes se používají při tvorbě holografie, stejně jako v odvětvích, kde je vyžadováno provádění operacíděrování otvorů. Taková zařízení se také používají při svařovacích operacích. Například při výrobě elektronických systémů pro technickou podporu satelitní komunikace. Rubínový laser našel své místo i v medicíně. Aplikace technologie v tomto odvětví je opět dána možností vysoce přesného zpracování. Takové lasery se používají jako náhrada za sterilní skalpely umožňující mikrochirurgické operace.
Závěr
Laser s rubínovým aktivním médiem se svého času stal prvním operačním systémem tohoto typu. Ale s vývojem alternativních zařízení s plynovými a chemickými plnidly se ukázalo, že jeho výkon má mnoho nevýhod. A to nemluvíme o tom, že rubínový laser je jedním z nejobtížnějších z hlediska výroby. Se zvyšujícími se jeho pracovními vlastnostmi rostou i požadavky na prvky tvořící konstrukci. V souladu s tím se také zvyšují náklady na zařízení. Vývoj modelů rubínových krystalových laserů má však své důvody, související mimo jiné s jedinečnými vlastnostmi pevného aktivního média.
