Рубин — это так называемый драгоценный камень красного или розового цвета, очень твердый, тугоплавкий, химически инертный, с высокими оптическими свойствами (показателем преломления). Природные рубины, как правило, невелики и могут быть различной формы и размеров.
В радиоэлектронике в качестве активного тела в оптических квантовых генераторах стимулированного излучения (лазерах) применяют искусственные рубины, представляющие собой достаточно большие монокристаллы А12О3, в которых часть ионов алюминия Аl3+ замещена ионами хрома Сг3+. Количеством хрома определяется цвет рубина. Розовый рубин содержит около 0,05 мас.%, красный—0,5 мас.% хрома. Для активных элементов оптических квантовых генераторов применяют розовый рубин. Кристалл рубина обладает оптической анизотропией и имеет почти кубическую симметрию, несколько искаженную вдоль одной из пространственных диагоналей, в результате чего истинная симметрия кристалла — ромбоэдрическая.
Искусственные кристаллы рубина обычно выращивают в печах по методу Вернейля. По этому методу тщательно размельченный порошок окиси алюминия с добавкой Сг2О3 медленно падает в пламя водородно-кислородной горелки. Отдельные частички порошка, проходя через пламя, расплавляются и затем кристаллизуются на затравочном кристалле, помещенном вне пламени. Полученную заготовку отжигают, а потом обрабатывают, придавая ей необходимую форму и размеры. Высококачественные кристаллы рубина могут быть получены и методом вытягивания из расплава.
Рубин является наиболее освоенным в лазерной технике монокристаллом, пригодным для возбуждения стимулированного когерентного излучения. Вообще для этих целей могут быть использованы многие кристаллы, отображающие законы строгой повторяемости и порядка в пространственном расположении частиц вещества с включением в их решетку активных атомов или ионов. Такие ионы могут быть получены у элементов с недостроенными внутренними электронными оболочками, например элементы группы железа имеют недостроенную 3d-оболочку, лантаноиды — 4f-оболочку, актиноиды — 5f-оболочку.
Эти ионы и являются собственно активными, в то время как кристаллическая решетка основного материала выполняет роль матрицы. Вследствие экранирующего действия внешних электронов поле кристаллической решетки оказывает незначительное воздействие на уровни энергии активных ионов, в результате чего такие кристаллы обладают узкими и сильными линиями люминесценции в спектре излучения.
Кроме рубина в качестве материалов рабочих элементов лазера используют некоторые кристаллы, приведенные в таблице 2.4, а также различные стекла с присадками соответствующих активаторов. Из приведенных материалов наиболее перспективным является иттрийалюминиевый гранат (ИАГ), легированный неодимом. У него низкая пороговая энергия возбуждения при комнатной температуре, высокая механическая прочность и хорошая теплопроводность, что обеспечивает его надежность в лазерах, работающих в непрерывном и высокочастотном режимах.
Следует отметить, что создание оптически совершенных кристаллов с однородным распределением примесей как по сечению, так и по длине кристалла представляет значительную технологическую трудность и стоимость их довольно высока.