Pierwsze lasery pojawiły się kilka dekadz powrotem i do dziś ten segment jest promowany przez największe firmy. Deweloperzy zyskują coraz więcej nowych właściwości sprzętu, co pozwala użytkownikom na bardziej skuteczne stosowanie go w praktyce.
Rubinowy laser na ciele stałym nie jest uważany za jedno z najbardziej obiecujących urządzeń tego typu, ale mimo wszystkich swoich wad nadal znajduje nisze w działaniu.
Lasery rubinowe należą do tej kategoriiurządzenia półprzewodnikowe. W porównaniu do odpowiedników chemicznych i gazowych mają mniejszą moc. Wyjaśnia to różnica w charakterystyce elementów, dzięki którym dostarczane jest promieniowanie. Na przykład te same lasery chemiczne są w stanie tworzyć wiązki światła o mocy setek kilowatów. Wśród cech wyróżniających laser rubinowy jest wysoki stopień monochromatyczności, a także spójność promieniowania. Ponadto niektóre modele zapewniają zwiększoną koncentrację energii świetlnej w przestrzeni, która jest wystarczająca do przeprowadzenia syntezy termojądrowej poprzez ogrzewanie plazmy wiązką.
Jak sama nazwa wskazuje, jako aktywne mediumlaser to kryształ rubinowy, przedstawiony w formie walca. W tym przypadku końce paska są w specjalny sposób wypolerowane. Aby laser rubinowy był w stanie zapewnić maksymalną możliwą energię promieniowania, boki kryształu są poddawane obróbce, aż osiągną równoległe położenie względem siebie. Jednocześnie końce muszą być prostopadłe do osi elementu. W niektórych przypadkach końce, które są w pewnym sensie zwierciadłami, pokryte są dodatkowo folią dielektryczną lub warstwą srebra.
Urządzenie zawiera komorę z rezonatorem itakże źródło energii, które pobudza atomy kryształu. Jako aktywatora błysku można użyć ksenonowej lampy błyskowej. Źródło światła jest umieszczone wzdłuż jednej osi cylindrycznego rezonatora. Na drugiej osi znajduje się element rubinowy. Z reguły stosuje się pręty o długości 2-25 cm.
Rezonator prawie całe światło z lampykieruje do kryształu. Należy zauważyć, że nie wszystkie lampy ksenonowe są zdolne do pracy w warunkach podwyższonych temperatur wymaganych do optycznego pompowania kryształu. Z tego powodu rubinowe urządzenie laserowe, które zawiera ksenonowe źródła światła, jest przeznaczone do pracy ciągłej, zwanej również impulsową. Jeśli chodzi o pręt, jest on zwykle wykonany ze sztucznego szafiru, który można modyfikować w celu dostosowania do wymagań operacyjnych lasera.
Gdy urządzenie jest aktywowane przez włączenie lampywraz ze wzrostem poziomu jonów chromu w krysztale następuje efekt inwersji, w wyniku czego rozpoczyna się lawinowy wzrost liczby emitowanych fotonów. W tym przypadku na rezonatorze obserwuje się sprzężenie zwrotne, zapewniane przez lustrzane powierzchnie na końcach pręta półprzewodnikowego. W ten sposób generowany jest wąsko ukierunkowany przepływ.
Czas trwania impulsu zwykle nie jestprzekracza 0,0001 s, czyli krócej niż czas trwania błysku neonu. Energia impulsu lasera rubinowego wynosi 1 J. Podobnie jak w przypadku urządzeń gazowych, zasada działania lasera rubinowego również opiera się na efekcie sprzężenia zwrotnego. Oznacza to, że intensywność strumienia świetlnego zaczyna być utrzymywana przez lustra oddziałujące z rezonatorem optycznym.
Wykorzystywany jest najczęściej używany laser rubinowyw trybie formowania wspomnianych impulsów o wielkości milisekundy. Aby uzyskać dłuższy czas działania, technolodzy zwiększają optyczną energię pompowania. Odbywa się to dzięki zastosowaniu mocnych lamp błyskowych. Ponieważ narastające pole impulsu, ze względu na czas powstawania ładunku elektrycznego w lampie błyskowej, charakteryzuje się płaskością, działanie lasera rubinowego rozpoczyna się z pewnym opóźnieniem w momentach, gdy liczba elementów aktywnych przekracza wartości progowe.
Czasami zdarzają się również awarie w generowaniu impulsów.Takie zjawiska obserwuje się w określonych odstępach czasu po spadku wskaźników mocy, czyli gdy potencjał mocy spadnie poniżej wartości progowej. Laser rubinowy teoretycznie może pracować w trybie ciągłym, ale taka operacja wymaga zastosowania w konstrukcji mocniejszych lamp. Właściwie w tym przypadku programiści borykają się z tymi samymi problemami, co przy tworzeniu laserów gazowych - niecelowością stosowania bazy elementów o podwyższonych właściwościach, a co za tym idzie ograniczeniem możliwości urządzenia.
Korzyść z efektu sprzężenia zwrotnego jest najbardziej uderzającawyrażone w nierezonansowych laserach sprzężonych. W takich konstrukcjach dodatkowo stosowany jest element rozpraszający, który umożliwia emisję ciągłego widma częstotliwości. Wykorzystywany jest również laser rubinowy Q-Switch - jego konstrukcja zawiera dwa pręty, chłodzone i niechłodzone. Różnica temperatur pozwala na utworzenie dwóch wiązek laserowych, które są oddzielone długością fali przez angstremów. Promienie te świecą przez wyładowanie pulsacyjne, a kąt utworzony przez ich wektory różni się o niewielką wartość.
Takie lasery charakteryzują się niskąwydajność, ale różnią się oporem cieplnym. Cechy te wyznaczają kierunki praktycznego wykorzystania laserów. Dziś znajdują zastosowanie przy tworzeniu holografii, a także w branżach, w których wymagane jest wykonywanie operacji wybijania ultra precyzyjnych otworów. Takie urządzenia są również wykorzystywane w operacjach spawalniczych. Na przykład przy produkcji systemów elektronicznych do technicznego wsparcia łączności satelitarnej. Laser rubinowy znalazł również swoje miejsce w medycynie. Zastosowanie technologii w tej branży ponownie tłumaczy się możliwością precyzyjnej obróbki. Takie lasery są stosowane jako zamiennik sterylnych skalpeli, które umożliwiają wykonywanie operacji mikrochirurgicznych.
Jednorazowo laser z rubinowym ośrodkiem aktywnymstał się pierwszym działającym systemem tego typu. Ale wraz z rozwojem alternatywnych urządzeń z wypełniaczami gazowymi i chemicznymi stało się jasne, że ich działanie ma wiele wad. Nie wspominając o tym, że laser rubinowy jest jednym z najtrudniejszych z punktu widzenia produkcji. Wraz ze wzrostem jego właściwości roboczych rosną również wymagania stawiane elementom tworzącym konstrukcję. W związku z tym rośnie również koszt urządzenia. Jednak rozwój modeli laserów opartych na krysztale rubinowym ma swoje przyczyny związane między innymi z unikalnymi właściwościami ośrodka aktywnego w stanie stałym.
