Applicazioni industriali di pietre preziose coltivate in laboratorio

Applicazioni industriali di pietre preziose coltivate in laboratorio

Poco dopo che l'idea del laser fu proposta, i rubini furono usati per la prima volta per produrre il primo laser del mondo.e circa 0Cr3+ sostituisce la posizione di Al3+ nel cristallo, e otticamente appartiene a un cristallo uniaxiale negativo.5 cm a 2 cm di diametro e 4 cm a 16 cm di lunghezzaLa fonte di eccitazione è una lampada al xenon.sotto irradiazione di una lampada Xe (xenon), gli elettroni originariamente nello stato di base E1 nel cristallo di rubino assorbono i fotoni emessi dalla lampada Xe e sono eccitati al livello di energia E3.

La durata media di vita delle particelle al livello di energia E3 è molto breve (circa 10-9 secondi).La vita degli elettroni al livello di energia E2 è molto lungaPertanto, un gran numero di particelle si accumula al livello di energia E2, formando un'inversione di numero di particelle tra E2 ed E1.il cristallo ha un effetto di amplificazione sui fotoni con una frequenza ν che soddisfa hν=E2 - E1Quando il guadagno G è abbastanza grande da soddisfare la condizione di soglia, c'è un'uscita laser di 694,3 nm in alcune estremità dello specchio.

Anche se l'efficienza del laser rubino non è elevata, solo lo 0,1%, e genera una luce rosso scuro di 694,3 nm, a causa della sua struttura estremamente semplice e rappresentativa,che è coerente con la struttura del laser YAG più utilizzato al momento, e il livello di energia (sistema a 3 livelli) è più semplice, è più facile da analizzare e comprendere.Può facilmente penetrare attraverso la lamina di ferro e riflettere indietro dalla superficie lunare per essere rilevatoQuesti laser erano ampiamente utilizzati nelle macchine di taglio laser e nelle macchine di perforazione prima dell'invenzione delle barre laser YAG molto più efficienti (1%-3%),e molte armi militari non letali hanno anche adottato piccole barre di rubino.

Il singolo cristallo di rubino ha alta resistenza, grande durezza, gresistenza all'usura, eccellenteconduttività termica, basso coefficiente di espansione, eccezionale stabilità termica, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione e elevate proprietà dielettriche.Ha un elevato tasso di passaggio in un ampio intervallo spettrale (250-5500nm)È ampiamente applicato nella produzione di finestre laser ad alta potenza, finestre a infrarossi e finestre multispectral di varie forme e specifiche,come pure nei settori ad alta tecnologia come le cappe dei missili, specchi a vernice, lenti ottiche e lame mediche chirurgiche.

La nascita del laser rubino

Il laser al rubino nacque nel 1960 al Hughes Research Laboratories negli Stati Uniti.dove il fisico Theodore Maiman stava conducendo ricerche sull'amplificazione della radiazione a microonde attraverso l'emissione stimolataA quel tempo, gli scienziati avevano già una certa comprensione dei livelli di energia atomica e dei principi dell'emissione stimolata.L'applicazione di queste teorie alla gamma di frequenze ottiche per ottenere una fonte luminosa ad alta intensità e coerenza è rimasta una sfida significativa.

Maiman ha rivolto la sua attenzione ai cristalli di rubino.La sua struttura cristallina unica e le sue proprietà energetiche lo hanno reso un candidato ideale per la generazione di luce laserMaiman ricoperto entrambe le estremità di una barra di rubino con argento per servire da specchi in una cavità ottica risonante.

Quando la torcia emetteva una luce intensa, gli ioni di cromo nel rubino assorbivano l'energia e passavano dallo stato di base a uno stato eccitato.,iniziarono a subire una emissione stimolata, rilasciando fotoni rossi con una lunghezza d'onda di 694,3 nanometri.stimolante ioni di cromo aggiuntivi per emettere fotoni identiciQuesta reazione a catena ha prodotto un potente, altamente direzionale e coerente fascio di luce laser.

In questo modo fu creato il primo laser al mondo, il raggio rosso brillante che emetteva, che attraversava l'oscurità come un'alba di nuove promesse tecnologiche, inaugurando l'era del laser.

Il principio di funzionamento del laser

Dalla meccanica quantistica, si sa che l'energia di un atomo basata sugli elettroni al di fuori del nucleo è discontinua ed è divisa in singoli livelli di energia.,Se un fotone (un fascio di luce) con energia adeguata viene irradiato su un atomo in uno stato eccitato,l' atomo scenderà al suo livello di energia più basso ed emetterà un secondo fotone esattamente uguale al primo.
 

Nel laser, le particelle di terre rare (sostanze di guadagno) sono collocate tra due specchi.I fotoni prodotti dalla radiazione stimolata si propagano tra gli specchi e agiscono come sorgenti di radiazione stimolata per generare nuovi fotoniIn questo modo, il laser può essere prodotto continuamente e basandosi su questo, i fotoni prodotti dal laser sono tutti uguali, avendo la stessa energia, direzione e fase.

Il profondo impatto del laser rubino

La nascita del laser rubino ha scosso le comunità scientifiche e tecnologiche, fornendo strumenti senza precedenti per la ricerca in campi come la fisica, la chimica e la biologia.La capacità del laser di generare energia elevata, le travi strettamente focalizzate rivoluzionarono i processi industriali come il taglio, la saldatura e la perforazione, migliorando notevolmente l'efficienza e la precisione.

Nel campo medico, la chirurgia laser è diventata una pratica comune, in particolare in oftalmologia e procedure estetiche, offrendo ai pazienti un trauma ridotto e un recupero più rapido.l'alta frequenza e larghezza di banda della luce laser ha gettato le basi per la tecnologia della fibra ottica, consentendo una trasmissione più rapida e più estesa delle informazioni, avvicinando la nozione di "villaggio globale" alla realtà.

In ambito militare, lo sviluppo di armi laser è diventato un obiettivo chiave per molte nazioni.e resistenza alle interferenze elettromagnetiche suggeriscono che potrebbero svolgere un ruolo fondamentale nelle future guerre.

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