실험실에서 재배된 보석의 산업용 - 루비 레이저 막대

실험실에서 재배된 보석의 산업용 - 루비 레이저 막대

레이저의 아이디어가 제안 된 직후, 루비는 세계 최초의 레이저를 만들기 위해 처음으로 사용되었습니다. 작업 물질은 인공 루비입니다. 루비 결정의 행렬은 Al2O3입니다.그리고 대략 0.05wt% Cr2O3는 결정 안에 도핑되어 있다. Cr3+는 결정 내의 Al3+의 위치를 대체하며, 광학적으로 부정적인 일축 결정에 속한다. 루비 막대기의 일반적인 크기는 0에서 0.지름 5cm ~ 2cm, 길이 4cm ~ 16cm그것은 막대기의 Cr 도핑 농도에 따라 매우 밝은 분홍색 유리 막대나 매우 깊은 적갈색으로 보일 수 있습니다. 흥분 원천은 엑센론 램프입니다.엑세 (엑소논) 램프의 방사선 아래, 루비 결정의 기본 상태 E1의 전자들은 Xe 램프에서 방출되는 광자를 흡수하고 E3 에너지 수준으로 흥분됩니다.

E3 에너지 수준에서의 입자의 평균 수명은 매우 짧습니다 (약 10-9 초). 대부분의 전자는 방사능 없는 전환을 통해 에너지 수준 E2에 도달합니다.E2 에너지 수준에서의 전자의 수명은 매우 길다.따라서 많은 수의 입자가 E2 에너지 수준에서 축적되어 E2와 E1 사이의 입자 수 역전을 형성합니다.결정은 hν=E2 - E1을 만족시키는 주파수 ν의 광선에 증폭 효과를 나타냅니다., 즉, 이 주파수의 빛에 대한 이득이 있습니다. 이득 G가 임계 조건을 충족하기에 충분하면 일부 거울 끝에서 694.3nm의 레이저 출력이 있습니다.

루비 레이저의 효율은 높지 않지만 0.1%에 불과하며 매우 간단하고 대표적인 구조로 인해 694.3nm의 어두운 붉은 빛을 생성합니다.현재 가장 널리 사용되는 YAG 레이저의 구조와 일치합니다., 에너지 수준 (3 레벨 시스템) 은 더 간단하고 분석하고 이해하기 쉽습니다.쉽게 철판을 뚫고 달 표면에서 반사되어 검출될 수 있습니다.이 레이저는 훨씬 더 효율적인 YAG 레이저 막대 (1% ~ 3%),그리고 많은 군사용 무기들 또한 더 작은 루비 막대기를 채택했습니다..

루비의 단일 결정은 높은 강도, 큰 경직, g마모 저항성, 우수한열 전도성, 작은 팽창 계수, 뛰어난 열 안정성, 고온 저항성, 부식 저항성 및 높은 다이 일렉트릭 특성넓은 스펙트럼 범위 (250-5500nm) 에서 높은 통과율을 가지고 있습니다.그것은 광범위하게 다양한 모양과 사양의 고전력 레이저 윈도우, 적외선 윈도우 및 멀티 스펙트럼 윈도우의 생산에 적용됩니다.그리고 미사일 후드 같은 첨단 기술 분야에서, 빛 전달 막대 거울, 광 렌즈 및 의학적 수술 블레이드

루비 레이저 의 탄생

루비 레이저는 1960년 미국에서 휴즈 연구소에서 탄생했습니다.물리학자인 시어도어 메이먼이 자극된 방출을 통해 마이크로파 방사선 증폭에 대한 연구를 수행했습니다.그 당시 과학자들은 이미 원자 에너지 수준과 자극된 방출의 원리에 대해 어느 정도 알고 있었습니다.이러한 이론을 광학 주파수 범위에 적용하여 고 강도와 일관성을 가진 광원을 얻는 것은 여전히 중요한 과제였습니다..

메이먼은 루비 결정에 관심을 기울였다. 루비는 크롬 이온 (Cr3+) 이 첨가된 알루미늄 산화물 (Al2O3) 의 한 형태이다.그 독특한 결정 구조와 에너지 수준 특성은 레이저 빛을 생성하는 데 이상적인 후보를 만들었습니다.메이먼은 루비 막대기의 두 끝을 은으로 덮어 광학 부위의 거울로 사용했다. 그 다음 그는 고강도 전등을 사용하여 루비 결정을 "펌프"했다.

손전등 이 강렬한 빛 을 방출 할 때, 루비 안 에 있는 크롬 이온 들 은 에너지 를 흡수 하고 기본 상태 에서 흥분 상태 로 전환 한다. 더 많은 크롬 이온 들 이 흥분 상태 에 도달 할 때,694.3나노미터의 파장을 가진 빨간색 광자를 방출하여추가적인 크롬 이온을 자극하여 동일한 광자를 방출합니다.이 연쇄 반응은 강력하고, 매우 방향적이고, 일관된 레이저 광선을 생성했습니다.

이렇게 해서 세계 최초의 루비 레이저가 만들어졌습니다. 그 빛나는 붉은 빛은 어둠을 뚫고 새로운 기술의 시작처럼 빛나며 레이저의 시대를 열었습니다.

레이저 작동 원리

양자역학에서는 원자핵 밖의 전자에 기반한 원자의 에너지가 불연속적이며 개별 에너지 수준으로 나뉘는 것으로 알려져 있습니다.,만약 적절한 에너지를 가진 광선 (광선 빔) 이 흥분 상태의 원자에 방사되면,원자는 낮은 에너지 수준으로 내려가서 전자와 정확히 같은 두 번째 광자를 방출합니다..
 

레이저에서 희토류 입자 (gain 물질) 는 두 개의 거울 사이에 배치됩니다.자극된 방사선으로 생성된 광자들은 거울 사이로 퍼져나가 새로운 광자를 생성하기 위해 자극된 방사선 원천으로 작용합니다.이렇게 하면 레이저를 지속적으로 생성할 수 있습니다. 그리고 이를 바탕으로 레이저로 생성되는 광자들은 모두 동일하며, 같은 에너지, 방향과 단계를 가지고 있습니다. 이것이 레이저가 작동하는 방법입니다.

루비 레이저 의 깊은 영향

루비 레이저 의 탄생 은 과학 및 기술계 전체 에 충격 물결 을 일으켰다. 물리학, 화학, 생물학 과 같은 분야 에서 연구 하기 위해 전례 없는 도구 를 제공 하였다.레이저가 높은 에너지를 생성하는 능력, 단단하게 집중된 빔은 절단, 용접, 굴착과 같은 산업 프로세스에 혁명을 일으켰고 효율성과 정밀도를 크게 향상시켰다.

의료 분야에서 레이저 수술은 특히 안과 및 화장품 수술에서 일반적인 관행이 되었으며 환자에게 트라우마를 줄이고 더 빠른 회복을 제공합니다.레이저 빛 의 높은 주파수 와 대역폭 이 광섬유 기술 의 기초 를 닦았다, 더 빠르고 더 먼 정보 전송을 가능하게 하고, "글로벌 빌리지"의 개념을 현실에 더 가깝게 만듭니다.

군사 분야에서, 레이저 무기 개발은 많은 국가들의 주요 관심사가 되었습니다.그리고 전자기 간섭에 대한 저항은 그들이 미래의 전쟁에서 중추적인 역할을 할 수 있음을 보여줍니다..

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합성 루비 막대 Cr:Al2O3 2mm/4mm Dia10mm/20mm 길이로 제공됩니다.