Esimesed laserid ilmusid mitu aastakümmet tagasi ja tänapäevani propageerivad seda segmenti suurimad ettevõtted. Arendajad saavad seadmetele üha uusi funktsioone, mis võimaldavad kasutajatel seda praktikas tõhusam alt kasutada.
Tahkefaasilist rubiinlaserit ei peeta seda tüüpi üheks kõige lootustandvamaks seadmeks, kuid hoolimata kõigist oma puudustest leiab see siiski töös nišše.
Üldine teave
Ruby laserid kuuluvad pooljuhtseadmete kategooriasse. Võrreldes kemikaalide ja gaasi analoogidega on neil väiksem võimsus. Seda seletatakse elementide omaduste erinevusega, mille tõttu saadakse kiirgus. Näiteks on samad keemilised laserid võimelised tekitama sadade kilovattide võimsusega valgusvooge. Rubiinlaserit eristavate omaduste hulgas on kõrge monokromaatilisus ja kiirguse koherentsus. Lisaks pakuvad mõned mudelid suuremat valgusenergia kontsentratsiooni ruumis, millest piisab termotuumasünteesiks, kuumutades plasmat kiirega.
Nagu nimigi ütleb, sisselaseri aktiivne keskkond on rubiinkristall, mis on esitatud silindri kujul. Sel juhul poleeritakse varda otsad erilisel viisil. Selleks, et rubiinlaser annaks talle maksimaalse võimaliku kiirgusenergia, töödeldakse kristalli külgi, kuni saavutatakse üksteise suhtes tasapinnaline paralleelasend. Samal ajal peavad otsad olema elemendi teljega risti. Mõnel juhul kaetakse otsad, mis toimivad mingil moel peeglitena, lisaks dielektrilise kilega või hõbedakihiga.
Ruby laserseade
Seade sisaldab resonaatoriga kambrit, samuti energiaallikat, mis ergastab kristalli aatomeid. Välgu aktiveerijana saab kasutada ksenoonvälklampi. Valgusallikas paikneb piki silindrilise kujuga resonaatori ühte telge. Teisel teljel on rubiini element. Reeglina kasutatakse vardaid pikkusega 2-25 cm.
Resonaator suunab peaaegu kogu valguse lambist kristallile. Tuleb märkida, et mitte kõik ksenoonlambid ei ole võimelised töötama kõrgendatud temperatuuridel, mis on vajalikud kristalli optiliseks pumpamiseks. Sel põhjusel on ksenoonvalgusallikaid sisaldav rubiinlaseri seade mõeldud pidevaks tööks, mida nimetatakse ka impulssiks. Varras on tavaliselt valmistatud tehissafiirist, mida saab vastav alt muuta, et see vastakslaser.
Laseri põhimõte
Seadme aktiveerimisel lambi sisselülitamisega tekib inversiooniefekt koos kroomiioonide taseme tõusuga kristallis, mille tulemusena algab kiirgavate footonite arvu laviini suurenemine. Sel juhul jälgitakse resonaatoril tagasisidet, mille tagavad peegelpinnad tahke varda otstes. Nii luuakse kits alt suunatud voog.
Impulsi kestus ei ületa reeglina 0,0001 s, mis on neoonsähvatuse kestusega võrreldes lühem. Rubiinlaseri impulsienergia on 1 J. Nagu gaasiseadmete puhul, põhineb ka rubiinlaseri tööpõhimõte tagasisideefektil. See tähendab, et valgusvoo intensiivsust hakkavad säilitama peeglid, mis suhtlevad optilise resonaatoriga.
Laserrežiimid
Kõige sagedamini kasutatakse nimetatud millisekundi väärtusega impulsside moodustamise režiimis rubiinvardaga laserit. Pikemate aktiivaegade saavutamiseks suurendavad tehnoloogiad optilist pumpamise energiat. Seda tehakse võimsate välklampide kasutamisega. Kuna impulsi kasvuvälja iseloomustab välklambis elektrilaengu moodustumise aja tõttu lamedus, algab rubiinlaseri töö teatud viivitusega hetkedel, mil aktiivsete elementide arv ületab läviväärtused.
Mõnikord on kaimpulsi genereerimise katkemine. Selliseid nähtusi täheldatakse teatud ajavahemike järel pärast võimsusnäitajate vähenemist, st kui võimsuse potentsiaal langeb alla läviväärtuse. Rubiinlaser võib teoreetiliselt töötada pidevas režiimis, kuid selline töö nõuab disainis võimsamate lampide kasutamist. Tegelikult seisavad arendajad sel juhul silmitsi samade probleemidega, mis gaasilaserite loomisel – täiustatud omadustega elemendibaasi kasutamise ebaotstarbekus ja selle tulemusena seadme võimaluste piiramine.
Vaatused
Tagasisideefekti eelised ilmnevad kõige paremini mitteresonantse sidestusega laserite puhul. Sellistes konstruktsioonides kasutatakse lisaks hajutuselementi, mis võimaldab kiirata pidevat sagedusspektrit. Kasutatakse ka Q-lülitatud rubiinlaserit - selle disain sisaldab kahte jahutatud ja jahutamata varda. Temperatuuride erinevus võimaldab moodustada kaks laserkiirt, mis on lainepikkuse järgi eraldatud angströmideks. Need kiired paistavad läbi impulsslahenduse ja nende vektorite moodustatud nurk erineb väikese väärtuse võrra.
Kus rubiinlaserit kasutatakse?
Selliseid lasereid iseloomustab madal efektiivsus, kuid neid eristab termiline stabiilsus. Need omadused määravad laserite praktilise kasutamise suunad. Tänapäeval kasutatakse neid holograafia loomisel, aga ka tööstusharudes, kus see on vajalik toimingute tegemiseksaugud augud. Selliseid seadmeid kasutatakse ka keevitustöödel. Näiteks satelliitside tehnilise toe elektrooniliste süsteemide valmistamisel. Rubiinlaser on leidnud oma koha ka meditsiinis. Tehnoloogia rakendamine selles tööstusharus on taas tingitud ülitäpse töötlemise võimalusest. Selliseid lasereid kasutatakse steriilsete skalpellide asendajana, võimaldades mikrokirurgilisi operatsioone.
Järeldus
Aktiivse rubiinkandjaga laserist sai korraga esimene seda tüüpi operatsioonisüsteem. Kuid gaasi- ja keemiliste täiteainetega alternatiivsete seadmete väljatöötamisega sai selgeks, et selle jõudlusel on palju puudusi. Rääkimata sellest, et rubiinlaser on valmistamisel üks keerulisemaid. Selle tööomaduste kasvades suurenevad ka nõuded konstruktsiooni moodustavatele elementidele. Sellest tulenev alt suureneb ka seadme maksumus. Rubiinkristalllaseri mudelite väljatöötamisel on aga oma põhjused, mis on muu hulgas seotud tahkis-aktiivse kandja ainulaadsete omadustega.
