Les premiers lasers sont apparus il y a plusieurs décennies, et à ce jour, ce segment est promu par les plus grandes entreprises. Les développeurs obtiennent de plus en plus de nouvelles fonctionnalités de l'équipement, permettant aux utilisateurs de l'utiliser plus efficacement dans la pratique.
Le laser à rubis à l'état solide n'est pas considéré comme l'un des dispositifs les plus prometteurs de ce type, mais malgré toutes ses lacunes, il trouve encore des niches en fonctionnement.
Informations générales
Les lasers à rubis appartiennent à la catégorie des dispositifs à semi-conducteurs. Comparés à leurs homologues chimiques et gaziers, ils ont une puissance inférieure. Cela s'explique par la différence de caractéristiques des éléments, grâce à laquelle le rayonnement est fourni. Par exemple, les mêmes lasers chimiques sont capables de générer des flux lumineux d'une puissance de plusieurs centaines de kilowatts. Parmi les caractéristiques qui distinguent le laser à rubis figurent un degré élevé de monochromaticité, ainsi que la cohérence du rayonnement. De plus, certains modèles fournissent une concentration accrue d'énergie lumineuse dans l'espace, ce qui est suffisant pour la fusion thermonucléaire en chauffant le plasma avec un faisceau.
Comme son nom l'indique, dansle milieu actif du laser est un cristal de rubis, présenté sous la forme d'un cylindre. Dans ce cas, les extrémités de la tige sont polies de manière spéciale. Pour que le laser à rubis lui fournisse l'énergie de rayonnement maximale possible, les côtés du cristal sont traités jusqu'à ce qu'une position plane parallèle soit atteinte l'un par rapport à l'autre. Dans le même temps, les extrémités doivent être perpendiculaires à l'axe de l'élément. Dans certains cas, les extrémités, qui agissent en quelque sorte comme des miroirs, sont en outre recouvertes d'un film diélectrique ou d'une couche d'argent.
Dispositif laser Ruby
L'appareil comprend une chambre avec un résonateur, ainsi qu'une source d'énergie qui excite les atomes du cristal. Une lampe flash au xénon peut être utilisée comme activateur de flash. La source lumineuse est située le long d'un axe du résonateur ayant une forme cylindrique. Sur l'autre axe se trouve l'élément rubis. En règle générale, des tiges d'une longueur de 2 à 25 cm sont utilisées.
Le résonateur dirige presque toute la lumière de la lampe vers le cristal. Il convient de noter que toutes les lampes au xénon ne sont pas capables de fonctionner à des températures élevées, qui sont nécessaires pour le pompage optique du cristal. Pour cette raison, le dispositif laser rubis, qui comprend des sources lumineuses au xénon, est conçu pour un fonctionnement continu, également appelé pulsé. Quant à la tige, elle est généralement en saphir artificiel, qui peut être modifié en conséquence pour répondre aux exigences de performance pourlaser.
Principe du laser
Lorsque l'appareil est activé en allumant la lampe, un effet d'inversion se produit avec une augmentation du niveau d'ions chrome dans le cristal, à la suite de quoi une augmentation en avalanche du nombre de photons émis commence. Dans ce cas, une rétroaction est observée sur le résonateur, qui est fourni par des surfaces de miroir aux extrémités de la tige pleine. C'est ainsi qu'un flux étroitement dirigé est généré.
La durée d'impulsion, en règle générale, ne dépasse pas 0,0001 s, ce qui est plus court par rapport à la durée d'un flash au néon. L'énergie d'impulsion d'un laser à rubis est de 1 J. Comme dans le cas des appareils à gaz, le principe de fonctionnement d'un laser à rubis est également basé sur l'effet de rétroaction. Cela signifie que l'intensité du flux lumineux commence à être maintenue par les miroirs interagissant avec le résonateur optique.
Modes Laser
Le plus souvent, un laser avec une tige de rubis est utilisé dans le mode de formation des impulsions mentionnées avec une valeur en millisecondes. Pour obtenir des temps actifs plus longs, les technologies augmentent l'énergie de pompage optique. Cela se fait grâce à l'utilisation de lampes flash puissantes. Étant donné que le champ de croissance des impulsions, dû au temps de formation d'une charge électrique dans une lampe flash, est caractérisé par une planéité, le fonctionnement du laser à rubis démarre avec un certain retard aux moments où le nombre d'éléments actifs dépasse le valeurs seuils.
Parfois, il y a aussiperturbation de la génération des impulsions. De tels phénomènes sont observés à certains intervalles après une diminution des indicateurs de puissance, c'est-à-dire lorsque le potentiel de puissance tombe en dessous de la valeur de seuil. Le laser à rubis peut théoriquement fonctionner en mode continu, mais un tel fonctionnement nécessite l'utilisation de lampes plus puissantes dans la conception. En fait, dans ce cas, les développeurs sont confrontés aux mêmes problèmes que lors de la création de lasers à gaz - l'inopportunité d'utiliser une base d'éléments aux caractéristiques améliorées et, par conséquent, de limiter les capacités de l'appareil.
Vues
Les avantages de l'effet de rétroaction sont plus prononcés dans les lasers à couplage non résonant. Dans de telles conceptions, un élément de diffusion est en outre utilisé, ce qui permet de rayonner un spectre de fréquences continu. Un laser à rubis à commutation Q est également utilisé - sa conception comprend deux tiges, refroidies et non refroidies. La différence de température permet la formation de deux faisceaux laser, qui sont séparés par longueur d'onde en angströms. Ces faisceaux brillent à travers une décharge pulsée, et l'angle formé par leurs vecteurs diffère d'une petite valeur.
Où est utilisé le laser rubis ?
Ces lasers se caractérisent par une faible efficacité, mais ils se distinguent par leur stabilité thermique. Ces qualités déterminent les directions d'utilisation pratique des lasers. Aujourd'hui, ils sont utilisés dans la création d'holographie, ainsi que dans les industries où il est nécessaire d'effectuer des opérationspercer des trous. De tels dispositifs sont également utilisés dans les opérations de soudage. Par exemple, dans la fabrication de systèmes électroniques pour le support technique des communications par satellite. Le laser à rubis a également trouvé sa place en médecine. L'application de la technologie dans cette industrie est à nouveau due à la possibilité d'un traitement de haute précision. Ces lasers sont utilisés en remplacement des scalpels stériles, permettant des opérations microchirurgicales.
Conclusion
Un laser avec un milieu actif rubis est devenu à un moment donné le premier système d'exploitation de ce type. Mais avec le développement de dispositifs alternatifs à charges gazeuses et chimiques, il est devenu évident que ses performances présentent de nombreux inconvénients. Et c'est sans parler du fait que le laser à rubis est l'un des plus difficiles en termes de fabrication. À mesure que ses propriétés de travail augmentent, les exigences pour les éléments qui composent la structure augmentent également. En conséquence, le coût du dispositif augmente également. Cependant, le développement de modèles laser à cristal de rubis a ses propres raisons, liées, entre autres, aux qualités uniques d'un milieu actif à l'état solide.
