100 mm rubīna stienis: precīzs lāzera materiāls zinātniskiem un rūpnieciskiem lietojumiem
Detalizēta diagramma


Ievads
100 mm rubīna stienis ir plaši izmantota cietvielu lāzera pastiprināšanas vide, ko raksturo spilgti sarkans emisijas viļņa garums 694,3 nm. Izgatavots no sintētiskā korunda (Al₂O₃), kas leģēts ar hroma joniem (Cr³⁺), šis rubīna stienis piedāvā izcilu termisko un optisko stabilitāti, padarot to ideāli piemērotu dažādām zemas un vidējas enerģijas lāzersistēmām. Ar 100 mm garumu rubīna stienis līdzsvaro enerģijas uzkrāšanas jaudu un kompakto dizainu, nodrošinot elastīgu integrāciju izglītības, zinātnes un dažās rūpnieciskās lāzerierīcēs.
Rubīna stienis gadu desmitiem ir kalpojis kā lāzera pamatkomponents optikas laboratorijās, lāzeru demonstrācijās un precīzās izlīdzināšanas sistēmās. 100 mm izmērs ir standarta izvēle, kas atbilst plašam rezonatora dobumu klāstam. Rubīna stieņa lieliskā virsmas pulēšana, optiskā caurspīdība un mehāniskā izturība padara to par ilgstošu un uzticamu izvēli pat tad, kad parādās jaunākas tehnoloģijas.
Ražošanas princips
Rubīna stieņa ražošanā tiek izmantotas progresīvas kristālu audzēšanas metodes, piemēram, Verneila liesmas saplūšanas metode vai Čohraļska vilkšanas metode. Sintēzes laikā alumīnija oksīds tiek leģēts ar precīzu hroma oksīda koncentrāciju, lai izveidotu vienmērīgu rubīna kristālu. Kad kristāls ir izaudzēts, tas tiek orientēts, sagriezts šķēlēs un veidots rubīna stienī ar vēlamajiem izmēriem — šajā gadījumā 100 mm.
Pēc tam katrs rubīna stienis tiek pakļauts stingrām pulēšanas un pārklāšanas procedūrām. Gala virsmas tiek slīpētas un pulētas līdz lāzera līmeņa līdzenumam (λ/10 vai labāk) un var tikt pārklātas ar augstas atstarošanas (HR) vai pretatstarojošiem (AR) dielektriskiem slāņiem, lai tie atbilstu konkrētiem lāzera rezonatora dizainiem. Rubīna stienim jābūt bez ieslēgumiem un svītrām, lai nodrošinātu vienmērīgu optisko pumpēšanu un minimālus izkliedes zudumus.
Rubīna stienī esošie hroma joni absorbē gaismu zaļajā/zilajā spektra diapazonā. Kad tos pumpē zibspuldzes lampa, tie tiek ierosināti līdz augstākam enerģijas stāvoklim. Atgriežoties pamatstāvoklī, tie izstaro koherentus sarkanus fotonus, uzsākot stimulētas emisijas ķēdes reakciju, tādējādi radot lāzera starojumu. 100 mm rubīna stienis ir izstrādāts, lai panāktu efektīvu enerģijas uzkrāšanu un optimālu fluorescences ilgumu.
Parametrs
Īpašums | Vērtība |
Ķīmiskā formula | Cr³⁺:Al₂O₃ |
Kristālu sistēma | Trigonāls |
Vienības šūnas izmēri (sešstūra) | a = 4,785 Åc = 12,99 Å |
Rentgenstaru blīvums | 3,98 g/cm³ |
Kušanas temperatūra | 2040°C |
Termiskā izplešanās pie 323 K | Perpendikulāri c asij: 5 × 10⁻⁶ K⁻¹Paralēli c asij: 6,7 × 10⁻⁶ K⁻¹ |
Siltumvadītspēja pie 300 K | 28 W/m·K |
Cietība | Mosa skala: 9, Knūpa skala: 2000 kg/mm² |
Janga modulis | 345 GPa |
Īpatnējā siltums pie 291 K | 761 J/kg·K |
Termiskās slodzes izturības parametrs (Rₜ) | 34 W/cm² |
Rubīna stieņu pielietojums dažādās nozarēs
Rubīna stieņi, kas izgatavoti no sintētiska monokristāla alumīnija oksīda, kas leģēts ar hroma joniem, ir augstu novērtēti to unikālās fizikālās cietības, ķīmiskās stabilitātes un pārsteidzošo optisko īpašību kombinācijas dēļ. Šīs īpašības padara rubīna stieņus par augstākās kvalitātes materiālu plašam rūpniecisko, zinātnisko un precīzijas pielietojumu klāstam. Tālāk ir norādītas galvenās nozares, kurās rubīna stieņi turpina demonstrēt izcilu vērtību:
1. Lāzertehnoloģija un fotonika
Rubīna stieņi kalpo kā pastiprināšanas vide rubīna lāzeros, optiski sūknējot tos, izstarojot sarkanu gaismu ar 694,3 nm viļņu garumu. Lai gan tirgū dominē modernas alternatīvas, piemēram, Nd:YAG un šķiedru lāzeri, rubīna lāzeri joprojām ir vēlamāki specializētās jomās, piemēram:
-
Medicīniskā dermatoloģija (tetovējumu un bojājumu noņemšana)
-
Izglītojoši demonstrācijas rīki
-
Optiskie pētījumi, kam nepieciešams ilgs impulsa ilgums un augsta staru kūļa kvalitāte
Rubīna lieliskā optiskā dzidrība un enerģijas pārveidošanas efektivitāte padara to ideāli piemērotu precīzai fotonu kontrolei un emisijai.
2. Precīzā inženierija un metroloģija
Pateicoties augstajai cietībai (Mohsa skala 9), rubīna stieņi tiek plaši izmantoti kontakta mērīšanas sistēmās, tostarp:
-
Irbuļu uzgaļi koordinātu mērīšanas iekārtās (CMM)
-
Zondes precīzās pārbaudes instrumentos
-
Augstas precizitātes atskaites punkti optiskajos un mehāniskajos mērinstrumentos
Šie instrumenti paļaujas uz rubīna izturību pret deformāciju, nodrošinot nemainīgu, ilgtermiņa mērījumu precizitāti bez nodiluma.
3. Pulksteņu izgatavošanas un mikrogultņu pielietojumi
Augstas klases pulksteņu ražošanā rubīna stieņi tiek pārstrādāti dārgakmeņu gultņos — sīkās detaļās, kas samazina berzi un nodilumu mehāniskajos pulksteņu mehānismos. To zemais berzes koeficients un izcilā cietība veicina:
-
Reduktorvilcienu vienmērīga darbība
-
Pagarināts pulksteņa iekšējo detaļu kalpošanas laiks
-
Uzlabota laika uzskaites stabilitāte
Papildus pulksteņiem rubīna stieņi tiek izmantoti arī mikromotoros, plūsmas sensoros un žiroskopos, kur nepieciešama īpaši zema berze un uzticamība.
4. Aviācijas un vakuuma sistēmas
Kosmosa, satelītu un augsta vakuuma vidē rubīna stieņi tiek izmantoti kā starplikas, atbalsta tapas un optiskās vadotnes. To galvenās priekšrocības ir šādas:
-
Nereaģējoša uzvedība ķīmiski agresīvos apstākļos
-
Lieliska termiskā izturība un izmēru stabilitāte
-
Nulle magnētisko traucējumu elektromagnētiski jutīgām ierīcēm
Šīs īpašības ļauj rubīna stieņiem nevainojami darboties ekstremālos apstākļos, tostarp starojuma iedarbībā, straujās temperatūras maiņās un vakuuma spriegumā.
5. Analītiskās un medicīnas ierīces
Rubīna stieņiem ir būtiska loma sarežģītos instrumentos, īpaši tur, kur kritiska ir bioloģiskā saderība un ķīmiskā inertitāte. Pielietojumi ietver:
-
Safīra uzgaļu zondes spektroskopijā un diagnostikā
-
Precīzijas sprauslas vai plūsmas kontroles komponenti analizatoros
-
Augstas izturības stieņi laboratorijas automatizācijas iekārtās
To tīrā, stabilā virsma un izturība pret koroziju padara tos ideāli piemērotus saskarei ar bioloģiskiem paraugiem vai reaktīviem šķidrumiem.
6. Luksusa produkti un funkcionāls dizains
Papildus tīrai funkcionalitātei rubīna stieņi dažkārt tiek integrēti luksusa pildspalvās, kompasos, rotaslietās un optiskajos teleskopos, kalpojot gan kā strukturāli, gan dekoratīvi elementi. To tumši sarkanā krāsa un pulētās virsmas veicina:
-
Estētiskā izsmalcinātība
-
Precizitātes un izturības simbolisks attēlojums
-
Paaugstināta uztveramā produkta vērtība augstas klases tirgos