Application industrielle des pierres précieuses cultivées en laboratoire - Barres laser rubis

Application industrielle des pierres précieuses cultivées en laboratoire - Barres laser rubis

Peu de temps après l'idée du laser a été proposée, les rubis ont été utilisés pour la première fois pour fabriquer le premier laser du monde.et environ 0Cr3+ remplace la position d'Al3+ dans le cristal, et optiquement il appartient à un cristal uniaxial négatif.5 à 2 cm de diamètre et 4 à 16 cm de longueurIl peut ressembler à une tige de verre rose très clair ou à une couleur brun-rougeâtre très foncé, selon la concentration de Cr dopant de la tige.Sous l'irradiation d'une lampe Xe (xenon), les électrons à l'origine à l'état de base E1 dans le cristal de rubis absorbent les photons émis par la lampe Xe et sont excités au niveau d'énergie E3.

La durée de vie moyenne des particules au niveau d'énergie E3 est très courte (environ 10-9 secondes).La durée de vie des électrons au niveau d'énergie E2 est très longuePar conséquent, un grand nombre de particules s'accumulent au niveau d'énergie E2, formant une inversion du nombre de particules entre E2 et E1.le cristal a un effet d'amplification sur les photons avec une fréquence ν qui satisfait hν=E2 - E1Lorsque le gain G est suffisamment grand pour répondre à la condition de seuil, il y a une sortie laser de 694,3 nm à certaines extrémités du miroir.

Bien que l'efficacité du laser rubis ne soit pas élevée, seulement 0,1%, et qu'il génère une lumière rouge foncé de 694,3 nm, en raison de sa structure extrêmement simple et représentative,qui est compatible avec la structure du laser YAG le plus largement utilisé actuellement, et le niveau d'énergie (système à trois niveaux) est plus simple, il est plus facile à analyser et à comprendre.peut facilement percer à travers la feuille de fer et refléter de la surface lunaire pour être détectéCes lasers étaient largement utilisés dans les machines de découpe laser et les machines de forage avant l'invention des tiges laser YAG beaucoup plus efficaces (1% à 3%),et de nombreuses armes militaires non létales ont également adopté de plus petites tiges de rubis.

Le cristal unique de rubis a une haute résistance, une grande dureté, gRésistance à l'usure, excellenteconductivité thermique, faible coefficient de dilatation, excellente stabilité thermique, résistance à haute température, résistance à la corrosion et propriétés diélectriques élevées.Il a un taux de passage élevé dans une large plage spectrale (250-5500nm)Il est largement appliqué dans la production de fenêtres laser haute puissance, fenêtres infrarouges et fenêtres multispectrales de différentes formes et spécifications,ainsi que dans les domaines de haute technologie tels que les capots de missiles, miroirs à barres lumineuses, lentilles optiques et lames chirurgicales médicales.

La naissance du laser rubis

Le laser rubis est né en 1960 aux laboratoires de recherche Hughes aux États-Unis,où le physicien Theodore Maiman faisait des recherches sur l'amplification du rayonnement micro-ondes par émission stimuléeÀ cette époque, les scientifiques avaient déjà une certaine compréhension des niveaux d'énergie atomique et des principes de l'émission stimulée.L'application de ces théories à la gamme de fréquences optiques pour obtenir une source lumineuse à haute intensité et cohérence est restée un défi important.

Maiman a tourné son attention vers les cristaux de rubis.Sa structure cristalline unique et ses propriétés de niveau d'énergie en ont fait un candidat idéal pour générer de la lumière laserMaiman recouvrit les deux extrémités d'une tige de rubis d'argent pour servir de miroirs dans une cavité optique résonnante.

Lorsque la lampe de poche émettait une lumière intense, les ions chrome dans le rubis absorbaient l'énergie et passaient de l'état de base à un état excité.,Ils ont commencé à subir une émission stimulée, libérant des photons rouges d'une longueur d'onde de 694,3 nanomètres.stimuler des ions de chrome supplémentaires pour émettre des photons identiquesCette réaction en chaîne a produit un faisceau laser puissant, très directionnel et cohérent.

C'est ainsi que fut créé le premier laser au monde, dont le faisceau rouge éclatant perça l'obscurité comme l'aube d'une nouvelle technologie prometteuse, inaugurant l'ère du laser.

Le principe de fonctionnement du laser

De la mécanique quantique, on sait que l'énergie d'un atome basé sur des électrons à l'extérieur du noyau est discontinue et est divisée en niveaux d'énergie individuels.,Si un photon (un faisceau de lumière) avec une énergie appropriée est irradié sur un atome dans un état excité,l'atome descend à son niveau d'énergie inférieur et émet un deuxième photon exactement le même que le premier.
 

Dans le laser, des particules de terres rares (substances de gain) sont placées entre deux miroirs.Les photons produits par le rayonnement stimulé se propagent entre les miroirs et agissent comme sources de rayonnement stimulé pour générer de nouveaux photons.De cette façon, le laser peut être produit en continu. et basé sur cela, les photons produits par le laser sont tous les mêmes, ayant la même énergie, direction et phase. c'est ainsi que les lasers fonctionnent.

L'influence profonde du laser rubis

La naissance du laser rubis a provoqué un choc dans les milieux scientifiques et technologiques, fournissant des outils sans précédent pour la recherche dans des domaines tels que la physique, la chimie et la biologie.La capacité du laser à générer une énergie élevéeLes faisceaux à mise au point étroite ont révolutionné les processus industriels tels que la découpe, le soudage et le forage, améliorant considérablement l'efficacité et la précision.

Dans le domaine médical, la chirurgie au laser est devenue une pratique courante, en particulier en ophtalmologie et en chirurgie esthétique, offrant aux patients une réduction des traumatismes et une récupération plus rapide.la haute fréquence et la bande passante de la lumière laser ont jeté les bases de la technologie des fibres optiques, permettant une transmission plus rapide et plus longue de l'information, rapprochant le concept de "village mondial" de la réalité.

Dans le domaine militaire, le développement d'armes laser est devenu un objectif clé pour de nombreuses nations.et la résistance aux interférences électromagnétiques suggèrent qu'ils pourraient jouer un rôle central dans les guerres futures.

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