Prvé lasery sa objavili pred niekoľkými desaťročiami a dodnes tento segment propagujú najväčšie spoločnosti. Vývojári získavajú stále viac nových funkcií zariadenia, ktoré používateľom umožňujú efektívnejšie ho využívať v praxi.
Pevný rubínový laser sa nepovažuje za jedno z najsľubnejších zariadení tohto typu, no napriek všetkým svojim nedostatkom si stále nachádza medzery v prevádzke.
Všeobecné informácie
Rubínové lasery patria do kategórie polovodičových zariadení. V porovnaní s chemickými a plynovými náprotivkami majú nižší výkon. Vysvetľuje to rozdiel v charakteristikách prvkov, vďaka ktorým je zabezpečené žiarenie. Napríklad tie isté chemické lasery sú schopné generovať svetelné toky s výkonom stoviek kilowattov. Medzi vlastnosti, ktoré odlišujú rubínový laser, patrí vysoký stupeň monochromatičnosti, ako aj koherencia žiarenia. Niektoré modely navyše poskytujú zvýšenú koncentráciu svetelnej energie vo vesmíre, čo stačí na termonukleárnu fúziu zahrievaním plazmy lúčom.
Ako už názov napovedá, vaktívnym médiom lasera je rubínový kryštál vo forme valca. V tomto prípade sú konce tyče leštené špeciálnym spôsobom. Aby rubínový laser poskytol maximálnu možnú energiu žiarenia, strany kryštálu sa spracovávajú, až kým sa nedosiahne rovinná paralelná poloha voči sebe. Zároveň musia byť konce kolmé na os prvku. V niektorých prípadoch sú konce, ktoré určitým spôsobom pôsobia ako zrkadlá, navyše pokryté dielektrickým filmom alebo vrstvou striebra.
Rubínové laserové zariadenie
Zariadenie obsahuje komoru s rezonátorom, ako aj zdroj energie, ktorý excituje atómy kryštálu. Ako aktivátor blesku možno použiť xenónovú výbojku. Svetelný zdroj je umiestnený pozdĺž jednej osi rezonátora, ktorý má valcový tvar. Na druhej osi je rubínový prvok. Spravidla sa používajú prúty s dĺžkou 2-25 cm.
Rezonátor smeruje takmer všetko svetlo z lampy do kryštálu. Je potrebné poznamenať, že nie všetky xenónové výbojky sú schopné pracovať pri zvýšených teplotách, ktoré sú potrebné na optické čerpanie kryštálu. Z tohto dôvodu je rubínové laserové zariadenie, ktoré obsahuje xenónové svetelné zdroje, navrhnuté na nepretržitú prevádzku, ktorá sa nazýva aj pulzná. Čo sa týka prútu, ten je zvyčajne vyrobený z umelého zafíru, ktorý je možné patrične upraviť tak, aby spĺňal výkonnostné požiadavky nalaser.
Princíp lasera
Pri aktivácii zariadenia zapnutím lampy dochádza k inverznému efektu so zvýšením hladiny iónov chrómu v kryštáli, v dôsledku čoho začne lavínový nárast počtu emitovaných fotónov. V tomto prípade sa na rezonátore pozoruje spätná väzba, ktorá je zabezpečená zrkadlovými plochami na koncoch pevnej tyče. Takto vzniká úzko nasmerovaný tok.
Trvanie impulzu spravidla nepresahuje 0,0001 s, čo je kratšie v porovnaní s trvaním neónového záblesku. Energia pulzu rubínového lasera je 1 J. Rovnako ako v prípade plynových zariadení je princíp činnosti rubínového lasera založený aj na spätnoväzbovom efekte. To znamená, že intenzitu svetelného toku začínajú udržiavať zrkadlá interagujúce s optickým rezonátorom.
Laserové režimy
Najčastejšie sa používa laser s rubínovou tyčinkou v režime tvorby spomínaných impulzov s milisekundovou hodnotou. Na dosiahnutie dlhších aktívnych časov technológie zvyšujú optickú čerpaciu energiu. To sa deje pomocou výkonných zábleskových lámp. Keďže rastové pole impulzov je v dôsledku času tvorby elektrického náboja v zábleskovej lampe charakterizované plochosťou, prevádzka rubínového lasera začína s určitým oneskorením v momentoch, keď počet aktívnych prvkov prekročí prahové hodnoty.
Niekedy také existujúnarušenie generovania impulzov. Takéto javy sa pozorujú v určitých intervaloch po poklese indikátorov výkonu, to znamená, keď potenciál výkonu klesne pod prahovú hodnotu. Rubínový laser môže teoreticky pracovať v nepretržitom režime, ale takáto prevádzka vyžaduje použitie výkonnejších lámp v dizajne. V skutočnosti sa v tomto prípade vývojári stretávajú s rovnakými problémami ako pri vytváraní plynových laserov - nevhodnosť použitia elementovej základne s vylepšenými charakteristikami a v dôsledku toho obmedzenie možností zariadenia.
Zobrazenia
Výhody efektu spätnej väzby sú najvýraznejšie pri laseroch s nerezonančnou väzbou. V takýchto prevedeniach sa dodatočne používa rozptylový prvok, ktorý umožňuje vyžarovať spojité frekvenčné spektrum. Používa sa aj Q-spínaný rubínový laser - jeho konštrukcia obsahuje dve tyče, chladené a nechladené. Teplotný rozdiel umožňuje vytvorenie dvoch laserových lúčov, ktoré sú oddelené vlnovou dĺžkou na angstromy. Tieto lúče svietia cez pulzný výboj a uhol vytvorený ich vektormi sa líši o malú hodnotu.
Kde sa používa rubínový laser?
Takéto lasery sa vyznačujú nízkou účinnosťou, no vyznačujú sa tepelnou stabilitou. Tieto vlastnosti určujú smery praktického využitia laserov. Dnes sa používajú pri tvorbe holografie, ako aj v odvetviach, kde je potrebné vykonávať operáciedierovanie otvorov. Takéto zariadenia sa používajú aj pri zváracích operáciách. Napríklad pri výrobe elektronických systémov pre technickú podporu satelitnej komunikácie. Rubínový laser si našiel svoje miesto aj v medicíne. Uplatnenie technológie v tomto odvetví je opäť spôsobené možnosťou vysoko presného spracovania. Takéto lasery sa používajú ako náhrada za sterilné skalpely, ktoré umožňujú mikrochirurgické operácie.
Záver
Lasér s rubínovým aktívnym médiom sa svojho času stal prvým operačným systémom tohto typu. Ale s vývojom alternatívnych zariadení s plynovými a chemickými plnivami sa ukázalo, že jeho výkon má mnoho nevýhod. A to nehovoríme o tom, že rubínový laser je jedným z najnáročnejších z hľadiska výroby. So zvyšujúcimi sa jeho pracovnými vlastnosťami sa zvyšujú aj požiadavky na prvky tvoriace konštrukciu. V súlade s tým sa tiež zvyšujú náklady na zariadenie. Vývoj modelov rubínovo-kryštálových laserov má však svoje dôvody, ktoré súvisia okrem iného s jedinečnými vlastnosťami aktívneho média v tuhom stave.
