Aplicação industrial de pedras preciosas cultivadas em laboratório - barras de laser rubí

Aplicação industrial de pedras preciosas cultivadas em laboratório - barras de laser rubí

Logo após a ideia do laser ter sido proposta, rubis foram usados pela primeira vez para fazer o primeiro laser do mundo.e aproximadamente 0Cr3+ substitui a posição de Al3+ no cristal, e opticamente pertence a um cristal uniaxial negativo.5 cm a 2 cm de diâmetro e 4 cm a 16 cm de comprimentoPode parecer uma haste de vidro rosa muito clara ou uma cor marrom-avermelhada muito profunda, dependendo da concentração de dopagem Cr da haste.Sob a irradiação de uma lâmpada Xe (xenónio), os elétrons originalmente no estado fundamental E1 no cristal de rubi absorvem os fótons emitidos pela lâmpada Xe e são excitados ao nível de energia E3.

O tempo médio de vida das partículas no nível de energia E3 é muito curto (cerca de 10-9 segundos).A vida dos elétrons no nível de energia E2 é muito longaPortanto, um grande número de partículas se acumulam no nível de energia E2, formando uma inversão de número de partículas entre E2 e E1.O cristal tem um efeito de amplificação sobre os fótons com uma frequência ν que satisfaz hν=E2 - E1Quando o ganho G é grande o suficiente para atender à condição de limiar, há uma saída de laser de 694,3 nm em algumas extremidades do espelho.

Embora a eficiência do laser de rubí não seja elevada, apenas 0,1%, e que gera luz vermelho escuro 694,3 nm, devido à sua estrutura extremamente simples e representativa,que é consistente com a estrutura do laser YAG mais utilizado atualmente, e o nível de energia (sistema de 3 níveis) é mais simples, é mais fácil de analisar e entender.Pode facilmente perfurar a camada de ferro e refletir de volta da superfície lunar para ser detectadoEstes lasers foram amplamente utilizados em máquinas de corte a laser e máquinas de perfuração antes da invenção das hastes de laser YAG muito mais eficientes (1%-3%),e muitas armas militares não letais também adotaram barras de rubi menores.

O cristal único de rubi tem alta resistência, grande dureza, gresistência ao desgaste, excelentecondutividade térmica, pequeno coeficiente de expansão, excelente estabilidade térmica, resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão e elevadas propriedades dielétricas.Tem uma alta taxa de passagem numa ampla gama espectral (250-5500nm)É amplamente aplicado na produção de janelas de laser de alta potência, janelas infravermelhas e janelas multisspectral de várias formas e especificações,bem como em campos de alta tecnologia, como capôs de mísseis., espelhos de barra de transmissão de luz, lentes ópticas e lâminas médicas cirúrgicas.

O nascimento do laser rubí

O laser de rubi nasceu em 1960 nos Laboratórios de Pesquisa Hughes, nos Estados Unidos.onde o físico Theodore Maiman estava a fazer pesquisas sobre a amplificação da radiação de microondas através de emissões estimuladasNaquela altura, os cientistas já tinham uma certa compreensão dos níveis de energia atómica e dos princípios da emissão estimulada.Aplicar estas teorias à faixa de frequências ópticas para obter uma fonte de luz de alta intensidade e coerência continuava a ser um desafio significativo.

Maiman voltou sua atenção para os cristais de rubi.A sua estrutura cristalina única e as suas propriedades de nível de energia tornaram-na uma candidata ideal para gerar luz laser.Maiman revestiu as duas extremidades de uma haste de rubi com prata para servir como espelhos em uma cavidade óptica ressonante.

Quando a lanterna emitia luz intensa, os íons de cromo no rubí absorviam a energia e passavam do estado básico para um estado excitado.,começaram a passar por uma emissão estimulada, liberando fótons vermelhos com um comprimento de onda de 694,3 nanómetros.estimulação de iões de cromo adicionais para emitir fotões idênticosEsta reação em cadeia produziu um feixe de luz laser poderoso, altamente direcional e coerente.

Assim, foi criado o primeiro laser de rubi do mundo, o feixe vermelho brilhante que ele emite atravessava a escuridão como um alvorecer de novas promessas tecnológicas, inaugurando a era do laser.

O princípio de funcionamento do laser

Da mecânica quântica, sabe-se que a energia de um átomo baseado em elétrons fora do núcleo é discontinua e é dividida em níveis de energia individuais.,Se um fóton (um feixe de luz) com energia adequada for irradiado sobre um átomo em estado excitado,O átomo descerá ao seu nível de energia mais baixo e emitirá um segundo fóton exatamente igual ao primeiro.
 

No laser, partículas de terras raras (substâncias ganhosas) são colocadas entre dois espelhos.Os fótons produzidos pela radiação estimulada se propagam entre os espelhos e atuam como fontes de radiação estimulada para gerar novos fótonsDessa forma, o laser pode ser produzido continuamente e com base nisso, os fótons produzidos pelo laser são todos iguais, com a mesma energia, direção e fase.

Impacto profundo do laser rubí

O nascimento do laser de rubi provocou ondas de choque em todas as comunidades científicas e tecnológicas, proporcionando ferramentas sem precedentes para pesquisas em campos como física, química e biologia.A capacidade do laser de gerar alta energia, vigas bem focadas revolucionaram processos industriais como corte, soldagem e perfuração, melhorando drasticamente a eficiência e precisão.

No campo da medicina, a cirurgia a laser tornou-se uma prática comum, particularmente na oftalmologia e nos procedimentos cosméticos, oferecendo aos doentes um menor trauma e uma recuperação mais rápida.A alta frequência e largura de banda da luz laser lançou as bases para a tecnologia de fibra óptica, permitindo uma transmissão mais rápida e mais distante da informação, aproximando o conceito de "aldeia global" da realidade.

Na esfera militar, o desenvolvimento de armas a laser tornou-se um foco chave para muitas nações.e resistência à interferência eletromagnética sugerem que podem desempenhar um papel fundamental na guerra futura.

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