红宝石激光棒 Al₂O₃:Cr
一、产品简介
红宝石激光棒是一种以三价铬离子（Cr³⁺）掺杂的合成刚玉晶体（化学式 Al₂O₃）为基础材料制成的固体激光增益介质，在激光技术发展史上具有里程碑式的重要意义。
光学
光学
一、产品简介
红宝石激光棒是一种以三价铬离子（Cr³⁺）掺杂的合成刚玉晶体（化学式 Al₂O₃）为基础材料制成的固体激光增益介质，在激光技术发展史上具有里程碑式的重要意义。
红宝石激光棒是一种以三价铬离子（Cr³⁺）掺杂的合成刚玉晶体（化学式 Al₂O₃）为基础材料制成的固体激光增益介质，在激光技术发展史上具有里程碑式的重要意义。该材料内部掺杂的Cr³⁺离子在适当的激发条件下可实现有效的能级跃迁，是产生受激辐射的关键机制。作为人类历史上第一种实现激光输出的材料，红宝石激光棒最早由西奥多·梅曼博士于1960年使用，并首次成功地产生出可见红色激光，从此开启了现代激光技术的先河。
红宝石激光棒具有优异的热学与光学性能。由于其母体材料为人造刚玉，莫氏硬度高达9，仅次于金刚石，赋予其极高的机械强度与耐热性能。在激光工作状态下，即便承受较高的泵浦功率，红宝石晶体依然能够保持良好的结构稳定性，减少热透镜效应带来的光斑畸变，从而确保输出光束的空间相干性和方向稳定性。
在实际工作中，红宝石激光棒通常采用脉冲激发模式，并通过强光源（如氙气闪光灯）进行光学泵浦。激发后，Cr³⁺离子能级跃迁释放出波长为694.3纳米（nm）的红色激光，该激光处于可见光范围，具有较强的穿透力和可视性。其输出为高能短脉冲，适合用于Q开关操作，满足对能量密度要求较高的应用场景。
凭借其清晰稳定的激光输出特性，红宝石激光棒在多个高精度领域中得到了广泛应用。在科学研究方面，它被用于高相干激光干涉实验、非线性光学现象研究和激光器件原理教学；在医学领域，红宝石激光曾广泛用于激光脱毛、色素沉着去除、眼科治疗等；在军事与测距方面，其清晰可见的红色激光在早期激光测距仪器中被频繁采用；此外，在工业制造中，红宝石激光棒凭借其高峰值功率和短脉冲特性，被应用于高硬度材料（如陶瓷和钻石）的打孔与切割工艺中，展现出良好的加工精度和效率。
随着技术的进步，虽然其他激光介质（如Nd:YAG、Ti:Sapphire等）在某些方面实现了替代或超越，但红宝石激光棒因其经典的波长输出、稳定的结构属性以及成熟的技术体系，仍被广泛用于教学、测试、特殊科研装置和定制激光系统中，是激光材料体系中不可或缺的组成部分。
产品命名遵循材料构成与激光类型的国际惯例，如：
Al₂O₃:Cr（Cr³⁺离子掺杂刚玉晶体）
外形描述：直径 2mm、4mm，长度 10mm、20mm 可选
等效对比：与Nd:YAG等固体激光晶体结构类似，也适用于DPSS系统（高功率脉冲应用）
激光波长：694.3 nm（可见红光）
激光类型：脉冲激光器专用，适合Q开关与自由振荡输出
热稳定性：高热导率，抗热透镜效应优于大多数玻璃介质
掺杂浓度：12%~30% 可定制
机械性能：高硬度（莫氏硬度9）、耐刮伤、抗冲击
光学均匀性：高一致性，适合精密应用
| 项目 | 指标说明 |
| Parallelism（平行度） | 10′（角分） |
| Perpendicularity（垂直度） | 5′（角分） |
| Surface Finish（表面光洁度） | 10–20（纳米级抛光） |
| Flatness（平整度） | λ / 8 @ 632 nm |
| Clear Aperture（有效口径） | > 85% 中央区域 |
| Chamfer（倒角） | 0.2mm–0.5mm @ 45° |
| Dimensional Accuracy（尺寸精度） | ± 0.05 mm |
| Thickness/Diameter Tolerance（厚度/直径公差） | (0, –0.1) mm |
| Damage Threshold（损伤阈值） | > 10 J/cm² @ 1064nm, 10ns, 10Hz |
图中所展示的是红宝石激光晶体（Al₂O₃:Cr³⁺）的透过率随波长变化的光谱曲线，其主要用于分析材料在不同波长下对光的吸收与透射性能。这一曲线对于理解红宝石激光器的工作机制和优化泵浦光源具有重要的参考价值。可以清晰观察到，在紫外到可见光区域（约200–700纳米），透过率曲线呈现出多个明显的低谷，形成数个吸收带。这些吸收峰对应于Cr³⁺离子在晶体中的特征能级跃迁，表明材料在该波段内对泵浦光具有良好的吸收能力，是实现光学泵浦的物理基础。特别是在400 nm至600 nm之间的波段，其吸收特性最为显著，通常选择氙气闪光灯等宽谱光源来激发这一区域，从而为Cr³⁺离子提供能量，使其跃迁至激发态，为后续的受激辐射做好能级准备。
值得注意的是，在波长694纳米处（图中由垂直虚线标示），透过率曲线突然上升，并迅速达到80%以上的高水平，这正是红宝石激光器的特征发射波长。高透过率意味着该波段的激光不会在晶体内被重新吸收，而是能够稳定、高效地传播出激光腔，实现有效的输出。这一性能对于激光器工作状态的稳定性与能量利用效率至关重要。相较于其他波段，694 nm处的高透过率确保了激光在光腔内的反射和放大过程中损耗最小，有助于实现高相干性和高单色性的激光输出。
这种独特的光谱响应特性，使得红宝石激光棒在多个高精度应用场合中发挥着关键作用。在医学领域，它广泛应用于皮肤美容、脱毛和眼科治疗；在工业与军用领域，曾是激光测距系统的核心光源；在科研方面，更是激光原理教学与非线性光学实验的重要材料。因此，理解其透过率光谱特性不仅是掌握激光物理的基础，也是选型与设计高性能激光系统不可或缺的一环。
红宝石激光器在医学治疗中拥有广泛的应用历史，尤其是在皮肤科和美容医学中表现尤为突出。其输出波长为694.3纳米的红色激光能够被人体皮肤中黑色素高度吸收，因此特别适用于治疗黑色素相关疾病，如雀斑、老年斑、胎记、黄褐斑等。此外，红宝石激光也曾是早期激光脱毛设备的核心，因其对毛囊黑色素的强吸收作用，可有效破坏毛囊组织，实现永久脱毛效果。同时，该波段对周围组织的热扩散小，治疗过程安全可控。在眼科领域，红宝石激光还曾用于治疗眼底出血和某些视网膜病变。尽管随着技术进步，Nd:YAG与半导体激光逐渐取代其部分应用，但红宝石激光在某些高端定点治疗中依然发挥着不可替代的作用。
在激光测距技术刚刚兴起的20世纪中期，红宝石激光器凭借其清晰的可见红光、高单色性与相干性，成为军用和工业激光测距系统的主要光源。其输出激光波长稳定、发散角小，适合在远距离目标定位中实现高精度测量。尤其在军事领域中，红宝石激光测距仪广泛装备于坦克、舰船和远程火炮系统中，用于目标捕捉、弹道修正和打击辅助。其脉冲激光模式可以测定目标的往返时间，从而高效计算出距离数据。此外，红宝石激光的短脉冲特性还使其具有极低的误差传播，有利于环境复杂或目标反光性差的场合进行稳定测量。虽然近年来被Nd:YAG等固体激光所取代，但红宝石激光器在测距技术发展史上占据着不可忽视的重要地位。
红宝石激光棒在科学研究领域具有深远影响，是激光技术教育与基础研究中不可或缺的实验材料。其工作机制简单直观，非常适合用作激光器件结构分析、能级跃迁研究以及Q开关原理教学的演示工具。在激光脉冲实验中，红宝石激光器能够提供能量集中的红光脉冲，有助于研究受激辐射过程、非线性光学效应和光与物质相互作用等基本问题。同时，其较长的荧光寿命和稳定的输出特性为科研人员提供了良好的实验平台。在许多高校与物理研究机构中，红宝石激光器仍常被用于开展激光物理课程和工程光学实验，是培养激光人才的经典装备之一，也是激光发展早期各种创新现象的重要载体。
红宝石激光器以其高能短脉冲输出特性，在高硬度、高反射材料的精密加工中表现出色。694nm的激光波长与某些材料（如钻石、蓝宝石、陶瓷等）的吸收带良好匹配，能够实现高效率的光能吸收与材料蒸发，从而达到精准切割、钻孔和微加工的效果。特别是在微电子、精密仪器、光学镜片制造等行业，红宝石激光用于开孔、划线和边缘处理等工艺，能有效避免机械应力和热影响区的问题，提升加工质量和成品率。此外，由于其光束聚焦性强，常用于制造高精度小孔与窄缝，适合航天、军工等对材料一致性和表面完整性要求极高的领域。尽管现代工业多转向更高效率的光纤和CO₂激光，但红宝石激光在特种材料加工中的稳定表现仍具有独特价值。
红宝石激光器具有卓越的空间相干性和频谱纯度，是全息摄影和干涉测量等高精度光学成像领域的重要光源之一。其波长稳定、激光束指向性强，使其成为记录干涉条纹和激光全息图的理想选择。在全息摄影中，红宝石激光能够提供一致性高、强度集中的照明源，有效记录物体反射光与参考光的相位差，生成高分辨率三维图像。由于其输出光为可见红光，观察和调节系统相对更为便捷。在干涉成像领域，该激光器常用于表面缺陷检测、应力分析及光学元件检测等技术中。尽管现代全息系统越来越多采用可调谐激光和多波长方案，但红宝石激光器依然是高对比度成像和教学实验中的首选工具之一。
Q1：红宝石激光棒和Nd:YAG激光棒有何区别？
A1：红宝石激光棒输出694nm红光，适合表浅组织和视觉应用；Nd:YAG为1064nm红外波段，穿透更深，适合内科和工业打标。
Q2：掺铬浓度可以调整吗？
A2：可以，通常范围在12%~30%，视用途而定，可定制。
Q3：红宝石激光棒是否适合连续工作？
A3：不推荐连续工作，适合脉冲工作模式（Q-switch），因其荧光寿命长、效率较低。
