Ruby Rod ขนาด 115 มม.: คริสตัลความยาวขยายสำหรับระบบเลเซอร์พัลส์ที่ได้รับการปรับปรุง
แผนภาพรายละเอียด
ภาพรวม
แท่งทับทิมขนาด 115 มม. เป็นคริสตัลเลเซอร์ประสิทธิภาพสูงที่มีความยาวขยาย ออกแบบมาสำหรับระบบเลเซอร์โซลิดสเตตแบบพัลส์ แท่งทับทิมนี้สร้างขึ้นจากทับทิมสังเคราะห์ ซึ่งเป็นเมทริกซ์อะลูมิเนียมออกไซด์ (Al₂O₃) ที่ผสมไอออนโครเมียม (Cr⁺) มอบประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ การนำความร้อนที่ดีเยี่ยม และการปล่อยรังสีที่เชื่อถือได้ที่ 694.3 นาโนเมตร ความยาวที่เพิ่มขึ้นของแท่งทับทิมขนาด 115 มม. เมื่อเทียบกับรุ่นมาตรฐานช่วยเพิ่มอัตราขยาย ทำให้สามารถจัดเก็บพลังงานต่อพัลส์ได้มากขึ้น และเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของเลเซอร์
แท่งทับทิมมีชื่อเสียงในด้านความใส ความแข็ง และคุณสมบัติเชิงสเปกตรัม ยังคงเป็นวัสดุเลเซอร์ที่มีคุณค่าในภาควิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรม และการศึกษา ความยาว 115 มม. ช่วยให้การดูดกลืนแสงมีประสิทธิภาพมากขึ้นในระหว่างการปั๊ม ทำให้ได้ผลลัพธ์เลเซอร์สีแดงที่สว่างและทรงพลังยิ่งขึ้น ไม่ว่าจะใช้ในห้องปฏิบัติการขั้นสูงหรือระบบ OEM แท่งทับทิมก็พิสูจน์แล้วว่าเป็นสื่อเลเซอร์ที่เชื่อถือได้สำหรับผลลัพธ์ความเข้มสูงที่ควบคุมได้
การผลิตและวิศวกรรมคริสตัล
การสร้างแท่งทับทิมเกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตของผลึกเดี่ยวแบบควบคุมโดยใช้เทคนิค Czochralski ในวิธีนี้ ผลึกแซฟไฟร์จะถูกจุ่มลงในส่วนผสมหลอมเหลวของอะลูมิเนียมออกไซด์ความบริสุทธิ์สูงและโครเมียมออกไซด์ แท่งทับทิมจะถูกดึงและหมุนอย่างช้าๆ เพื่อสร้างแท่งทับทิมที่ไร้ตำหนิและมีความสม่ำเสมอทางแสง จากนั้นแท่งทับทิมจะถูกสกัดออกมา ขึ้นรูปให้มีความยาว 115 มม. และตัดให้ได้ขนาดที่แม่นยำตามความต้องการของระบบออปติคัล
แท่งทับทิมแต่ละแท่งผ่านการขัดเงาอย่างพิถีพิถันบนพื้นผิวทรงกระบอกและส่วนปลาย พื้นผิวเหล่านี้ได้รับการขัดเงาให้เรียบด้วยเลเซอร์ และโดยทั่วไปจะเคลือบสารไดอิเล็กทริก ปลายด้านหนึ่งของแท่งทับทิมเคลือบสารสะท้อนแสงสูง (HR) ในขณะที่ปลายอีกด้านหนึ่งเคลือบด้วยสารเชื่อมต่อเอาต์พุตบางส่วน (OC) หรือสารเคลือบป้องกันแสงสะท้อน (AR) ขึ้นอยู่กับการออกแบบระบบ สารเคลือบเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มการสะท้อนของโฟตอนภายในให้สูงสุดและลดการสูญเสียพลังงานให้น้อยที่สุด
ไอออนโครเมียมในแท่งทับทิมจะดูดซับแสงที่เกิดจากการสูบฉีด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงสีน้ำเงินอมเขียวของสเปกตรัม เมื่อถูกกระตุ้น ไอออนเหล่านี้จะเปลี่ยนเป็นระดับพลังงานที่ไม่เสถียร เมื่อถูกกระตุ้น แท่งทับทิมจะปล่อยแสงเลเซอร์สีแดงที่สอดคล้องกัน รูปทรงที่ยาวกว่าของแท่งทับทิมขนาด 115 มม. ทำให้มีระยะทางในการเคลื่อนที่ของโฟตอนได้ไกลขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในระบบการซ้อนและการขยายสัญญาณพัลส์
แอปพลิเคชันหลัก
แท่งทับทิมซึ่งขึ้นชื่อในเรื่องความแข็ง การนำความร้อน และความโปร่งใสทางแสงที่โดดเด่น ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรมและงานวิทยาศาสตร์ที่มีความแม่นยำสูง แท่งทับทิมประกอบด้วยอะลูมิเนียมออกไซด์ผลึกเดี่ยว (Al₂O₃) เป็นหลัก ผสมโครเมียม (Cr⁺) ในปริมาณเล็กน้อย จึงมีความแข็งแรงเชิงกลที่ยอดเยี่ยมและคุณสมบัติทางแสงที่เป็นเอกลักษณ์ จึงเหมาะอย่างยิ่งในเทคโนโลยีขั้นสูงที่หลากหลาย
1.เทคโนโลยีเลเซอร์
หนึ่งในการใช้งานที่สำคัญที่สุดของแท่งทับทิมคือในเลเซอร์แบบโซลิดสเตต เลเซอร์ทับทิมซึ่งเป็นหนึ่งในเลเซอร์รุ่นแรกๆ ที่พัฒนาขึ้น ใช้ผลึกทับทิมสังเคราะห์เป็นตัวกลางในการเพิ่มค่า เมื่อถูกปั๊มด้วยแสง (โดยทั่วไปใช้หลอดแฟลช) แท่งเหล่านี้จะปล่อยแสงสีแดงที่สอดคล้อง (conhyrent) ที่ความยาวคลื่น 694.3 นาโนเมตร แม้จะมีวัสดุเลเซอร์แบบใหม่กว่า แต่เลเซอร์ทับทิมก็ยังคงถูกนำไปใช้ในงานที่ต้องใช้ระยะเวลาพัลส์ที่ยาวนานและเอาต์พุตที่เสถียร เช่น ในโฮโลแกรม การแพทย์ผิวหนัง (สำหรับการลบรอยสัก) และการทดลองทางวิทยาศาสตร์
2.เครื่องมือวัดทางแสง
ด้วยคุณสมบัติการส่งผ่านแสงที่ดีเยี่ยมและความทนทานต่อรอยขีดข่วน แท่งทับทิมจึงมักถูกนำมาใช้ในเครื่องมือวัดทางแสงที่มีความแม่นยำสูง ความทนทานของแท่งทับทิมช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่ยาวนานแม้ในสภาวะที่รุนแรง แท่งทับทิมเหล่านี้สามารถใช้เป็นส่วนประกอบในเครื่องแยกลำแสง ตัวแยกแสง และอุปกรณ์โฟโตนิกส์ความแม่นยำสูง
3.ส่วนประกอบที่มีการสึกหรอสูง
ในระบบกลไกและมาตรวิทยา แท่งทับทิมถูกนำมาใช้เป็นส่วนประกอบที่ทนทานต่อการสึกหรอ มักพบในตลับลูกปืนนาฬิกา มาตรวัดความแม่นยำ และเครื่องวัดอัตราการไหล ซึ่งต้องการประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอและเสถียรภาพเชิงมิติ ความแข็งสูงของทับทิม (9 ตามสเกลโมห์ส) ช่วยให้ทนต่อแรงเสียดทานและแรงกดในระยะยาวได้โดยไม่เสื่อมสภาพ
4.อุปกรณ์ทางการแพทย์และการวิเคราะห์
บางครั้งแท่งทับทิมถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์การแพทย์เฉพาะทางและเครื่องมือวิเคราะห์ ด้วยคุณสมบัติที่เข้ากันได้ทางชีวภาพและคุณสมบัติที่เฉื่อย ทำให้แท่งทับทิมเหมาะสำหรับการสัมผัสกับเนื้อเยื่อหรือสารเคมีที่บอบบาง ในห้องปฏิบัติการ แท่งทับทิมสามารถพบได้ในหัววัดและระบบตรวจจับประสิทธิภาพสูง
5.การวิจัยทางวิทยาศาสตร์
ในสาขาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ แท่งทับทิมถูกนำมาใช้เป็นวัสดุอ้างอิงสำหรับเครื่องมือสอบเทียบ ศึกษาสมบัติทางแสง หรือทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ความดันในเซลล์ทั่งเพชร การเรืองแสงของแท่งทับทิมภายใต้สภาวะเฉพาะช่วยให้นักวิจัยวิเคราะห์การกระจายตัวของความเค้นและอุณหภูมิในสภาพแวดล้อมต่างๆ ได้
สรุปได้ว่าแท่งทับทิมยังคงเป็นวัสดุสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ ที่ให้ความสำคัญกับความแม่นยำ ความทนทาน และประสิทธิภาพเชิงแสงเป็นสำคัญ ความก้าวหน้าทางวัสดุศาสตร์กำลังก้าวหน้าไป การนำแท่งทับทิมไปใช้งานในรูปแบบใหม่ๆ ก็ยังคงถูกนำมาศึกษาอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้มั่นใจว่าจะสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในเทคโนโลยีในอนาคตได้
ข้อมูลจำเพาะหลัก
| คุณสมบัติ | ค่า |
|---|---|
| สูตรเคมี | Cr³⁺:Al₂O₃ |
| ระบบคริสตัล | สามเหลี่ยม |
| ขนาดเซลล์ยูนิต (หกเหลี่ยม) | a = 4.785 Åc = 12.99 Å |
| ความหนาแน่นของรังสีเอกซ์ | 3.98 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร |
| จุดหลอมเหลว | 2040 องศาเซลเซียส |
| การขยายตัวทางความร้อนที่ 323 K | ตั้งฉากกับแกน c: 5 × 10⁻⁶ K⁻¹ขนานกับแกน c: 6.7 × 10⁻⁶ K⁻¹ |
| การนำความร้อน @ 300 K | 28 วัตต์/เมตร·เคลวิน |
| ความแข็ง | โมห์ส: 9, นอป: 2000 กก./ตร.มม. |
| โมดูลัสของยัง | เกรดเฉลี่ย 345 |
| ความร้อนจำเพาะที่ 291 K | 761 J/กก.·K |
| พารามิเตอร์ความต้านทานความเครียดจากความร้อน (Rₜ) | 34 วัตต์/ซม. |
คำถามที่พบบ่อย (FAQ)
คำถามที่ 1: เหตุใดจึงควรเลือกคันเบ็ดทับทิมขนาด 115 มม. แทนคันเบ็ดที่สั้นกว่า?
แท่งทับทิมที่ยาวขึ้นจะทำให้มีปริมาตรในการเก็บพลังงานมากขึ้นและมีระยะการโต้ตอบที่ยาวขึ้น ส่งผลให้ได้ค่าเกนที่สูงขึ้นและถ่ายโอนพลังงานได้ดีขึ้น
Q2: แท่งทับทิมเหมาะกับการทำ Q-switching หรือไม่?
ใช่ครับ แท่งทับทิมทำงานได้ดีกับระบบ Q-switching แบบพาสซีฟหรือแอคทีฟ และให้เอาต์พุตแบบพัลส์ที่แรงเมื่อจัดตำแหน่งอย่างถูกต้อง
คำถามที่ 3: แท่งทับทิมสามารถทนอุณหภูมิได้ในช่วงใด?
แท่งทับทิมมีความเสถียรทางความร้อนสูงถึงหลายร้อยองศาเซลเซียส อย่างไรก็ตาม แนะนำให้ใช้ระบบการจัดการความร้อนระหว่างการใช้งานเลเซอร์
ไตรมาสที่ 4: สารเคลือบส่งผลต่อประสิทธิภาพของแท่งทับทิมอย่างไร
การเคลือบคุณภาพสูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเลเซอร์โดยลดการสูญเสียการสะท้อนแสงให้น้อยที่สุด การเคลือบที่ไม่เหมาะสมอาจส่งผลให้เกิดความเสียหายหรือค่าเกนลดลง
Q5: แท่งทับทิมขนาด 115 มม. หนักกว่าหรือเปราะบางกว่าแท่งที่สั้นกว่าหรือไม่?
แม้จะมีน้ำหนักมากกว่าเล็กน้อย แต่แท่งทับทิมยังคงรักษาความสมบูรณ์เชิงกลได้อย่างยอดเยี่ยม มีความแข็งเป็นรองเพียงเพชรเท่านั้น และสามารถต้านทานรอยขีดข่วนหรือแรงกระแทกจากความร้อนได้ดี
คำถามที่ 6: แหล่งปั๊มใดทำงานได้ดีที่สุดกับแท่งทับทิม?
โดยทั่วไปแล้วจะใช้หลอดแฟลชซีนอน ระบบที่ทันสมัยกว่าอาจใช้หลอด LED กำลังสูง หรือเลเซอร์สีเขียวแบบไดโอดปั๊มความถี่สองเท่า
คำถามที่ 7: ควรเก็บหรือบำรุงรักษาแท่งทับทิมอย่างไร?
เก็บแท่งทับทิมไว้ในที่ที่ปราศจากฝุ่นและป้องกันไฟฟ้าสถิต หลีกเลี่ยงการสัมผัสพื้นผิวที่เคลือบโดยตรง และใช้ผ้าหรือกระดาษเช็ดเลนส์ที่ไม่กัดกร่อนในการทำความสะอาด
คำถามที่ 8: สามารถผสานแท่งทับทิมเข้ากับการออกแบบเรโซเนเตอร์สมัยใหม่ได้หรือไม่
แน่นอนครับ แท่งทับทิมแม้จะมีรากฐานทางประวัติศาสตร์ แต่ก็ยังคงถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในโพรงออปติกระดับการวิจัยและเชิงพาณิชย์
Q9: อายุการใช้งานของแท่งทับทิมขนาด 115 มม. คือเท่าไร?
หากใช้งานและบำรุงรักษาอย่างเหมาะสม แท่งทับทิมจะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเป็นเวลาหลายพันชั่วโมงโดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง
Q10: แท่งทับทิมมีความทนทานต่อความเสียหายทางแสงหรือไม่?
ใช่ แต่สิ่งสำคัญคือต้องหลีกเลี่ยงการเกิดความเสียหายเกินขีดจำกัดของการเคลือบ การจัดวางตำแหน่งและการควบคุมความร้อนที่เหมาะสมจะช่วยรักษาประสิทธิภาพและป้องกันการแตกร้าว
