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The Ruby Laser

1960-05-16
  • Theodore H. Maiman
Rubinlaserapparatur mit synthetischem Rubinkristall und Xenon-Blitzröhre in einer Laborumgebung.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

The first functional laser was the ruby laser, demonstrated in 1960. It is a solid-state laser that uses a synthetic ruby crystal (chromium-doped aluminum oxide) as its gain medium. The ruby is optically pumped by a powerful xenon flashtube, creating a population inversion in the chromium ions and producing a deep red beam of light at a wavelength of 694.3 nanometers.

Theodore Maimans erfolgreiche Demonstration des Rubinlasers in den Hughes Research Laboratories markierte den Beginn des Laserzeitalters. Sein Gerät war erstaunlich einfach: ein fingergroßer Rubinstab, dessen Enden planpoliert und silberbeschichtet waren, um einen Fabry-Pérot-Resonator zu bilden. Ein Ende war vollständig, das andere nur teilweise beschichtet und diente als Auskoppler. Der Stab befand sich in einer spiralförmigen Xenon-Blitzlampe, ähnlich den in der Fotografie verwendeten. Beim Blitzen der Lampe wurde der Rubinkristall durch den intensiven Lichtimpuls optisch angeregt.

Der Rubinlaser arbeitet mit einem Drei-Niveau-System. Das Licht der Blitzlampe regt die Chromionen (Cr³⁺) in ein breites Absorptionsband (das Pumpband) an. Von dort zerfallen sie schnell strahlungslos in ein metastabiles Energieniveau. Da dieses metastabile Niveau eine relativ lange Lebensdauer (einige Millisekunden) aufweist, kann sich dort eine große Anzahl von Ionen ansammeln, was zu einer Besetzungsinversion gegenüber dem Grundzustand führt. Beim Einsetzen des Laserbetriebs gehen die Ionen von diesem metastabilen Niveau zurück in den Grundzustand und emittieren dabei Photonen mit einer Wellenlänge von 694,3 nm. Da es sich um ein Drei-Niveau-System handelt, bei dem das unterste Laserniveau dem Grundzustand entspricht, ist eine sehr intensive Anregung erforderlich, um eine Besetzungsinversion zu erreichen, was den Laser relativ ineffizient macht. Die Ausgabe besteht typischerweise aus einer Reihe kurzer Pulse, solange die Blitzlampe aktiv ist.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Festkörperphysik

Typ

Physikalisches Gerät

Störung

Revolutionär

Verwendung

Nische/Spezialisiert

Vorläufer

  • the maser (microwave amplification by stimulated emission of radiation)
  • theoretical proposal for an optical maser (laser) by Schawlow and Townes
  • development of synthetic ruby crystals
  • high-intensity flashlamp technology

Anwendungen

  • holography (early experiments)
  • tattoo and hair removal
  • industrial drilling and welding
  • scientific research (historical significance)
  • range finding

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandt mit: Rubinlaser, Theodore Maiman, erster Laser, Festkörperlaser, Chrom, optisches Pumpen, Drei-Niveau-Laser, 694,3 nm, Hughes Forschungslaboratorien, Blitzlampe.

Historischer Kontext

The Ruby Laser

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1965

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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