لیزر یاقوت چیست؟

گردآوری و ویرایش: واحد تحقیق و توسعه شرکت بُعد چهارم

نگاه اجمالی:  

اولین لیزری که بکار انداخته شد، لیزر یاقوت بود و هنوز نیز مورد استفاده است. یاقوت که متجاوز از صدها سال به عنوان سنگ طبیعی پر بها شناخته شده است، بلور Al₂O₃ (سنگ سنباده) است که بعضی از یونهای Al³⁺ آن با یونهای Cr³⁺ عوض شده‌اند. به عنوان ماده لیزری ، این بلور را معمولا از رشد مخلوط مذاب Cr₂O₃ )تقریبا 0.05% وزنی) و Al₂O₃ تهیه می‌کنند. لیزر یاقوت یک دستگاه سه ترازی است.

 

مکانیزم لیزر یاقوت:  

ماده فعال این لیزر Al₂O₃ با حدود 0.05% وزنی کروم به عنوان ناخالصی در آن بدست می‌آید. یونهای فعال Cr³⁺ هستند که با یونهای آلومینیوم در شبکه جایگزین می‌شوند. ترازهای مهمی در انجام ، عمل لیزر را نشان می‌دهد. گذار لیزری (در 694 میلیمتر) بین ترازهای اخیر ²E و ⁴A₂ و ترازهای حالت پایه واقع می‌شود و لذا یاقوت یک دستگاه لیزری سه ترازی است. به همین دلیل لازم است بیش از نصف تعداد یونها به حالت ²E دمش شوند، تا جمعیت معکوس شود.

عمل دمش از طریق دو باند پهن ⁴T₁ و ⁴T₂ انجام می‌گیرد. (مانند لیزر Nd:YAG ) با استفاده از لامپ فلاش می‌توانیم لیزر ضربانی بدست آوریم. ایجاد لیزر با پرتو مداوم به دلیل نیاز به پمپاژ بیشتر بسیار مشکل است. برای این منظور لامپ جیوه با فشار بالا که خروجی آن با باندهای جذبی یاقوت مطابقت دارد، کاملا مناسب است.

ساختار لیزر یاقوت: 

یاقوت از نظر ساختار شیمیایی از Al₂O₃ تشکیل شده است که در آن درصد کمی از Al³⁺ با Cr³⁺ جایگزین می‌شود. برای این کار مقداری پودر Cr₂O₃ به Al₂O₃ خیلی خالص ذوب شده ، اضافه می‌کنند. 

 Al₂O₃ + Cr₂O₃ ---> Cr³⁺ : Al₂O₃

بلور یاقوت و اکثر بلورهای لیزری ، به روش رشد بلور چکرالسکی قابل تولید هستند 

.  

ساختار بلوری یاقوت:

تک بلورهای میزبان ، تک محور و دارای ساختاری شش گوش می‌باشند. بلور دارای یک محور تقارن است. در فرایند آلایش به جای یکی از یونهای آلومینیم یون ناخالصی مانند ( Cr³⁺ ) می‌نشیند. به روش چکرالسکی میله‌های لیزری به طول 15 سانتیمتر و قطر 3.5 سانتیمتر قابل رشد می‌باشد. در فرایند رشد ، بلور بر روی نطفه اولیه با خلوص بالا رشد داده شده و به آهستگی از داخل ماده مذاب مایع بیرون کشیده می‌شود. مقدار آلایش ، 0.05 درصد وزنی Al₂O₃.Cr₂O₃ است.

لیزرهای شبیه یاقوت:  

بلور Al₂O₃ با یون Ti³⁺ نیز آلائیده می‌شود و فرایند رشد آن شبیه یاقوت است. لیزر Ti³⁺ : Al₂O₃ یکی از سیستمهای لیزری حالت جامدی است که ناحیه قابل تنظیم طول موجی آن خیلی وسیع و در حدود 300 نانومتر می‌باشد.

جایگزین لیزرهای یاقوت:  

لیزرهای یاقوت که زمانی بسیار مورد توجه بوده‌اند، امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. چه رقبایشان لیزرهای Nd:YAG یا نئودیمیم _ شیشه (Nd:glass) جانشین آنها شده‌اند. در واقع از آنجا که لیزر یاقوت با طرح سه ترازی کار می‌کند، انرژی آستانه دمش مورد نیاز در حدود یک مرتبه بزرگی از انرژی آستانه دمش برای لیزر Nd:YAG به همان ابعاد بزرگتر است. ولی لیزرهای یاقوت هنوز هم برای برخی از کاربردهای علمی نظیر تمام نگاری تپی و آزمایشهای فاصله یابی (مانند: فاصله یابهای نظامی) استفاده می‌شوند.

منبع: ویکی پدیا