Rubinlaser, erster, 1960 realisierter Laser, der auch heute noch zu den wichtigen Festkörperlasern gehört. Das aktive Medium besteht aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) als Wirtsgitter, das mit 0,05% Chromionen (Cr³⁺) dotiert ist, wobei die Cr³⁺-Ionen auf Gitterplätze an Stelle von Al³⁺-Ionen eingebaut sind. Die Rubinkristalle haben Stabform mit einer Länge zwischen 100 und 300 mm und einem Durchmesser von 3 bis 20 mm, hergestellt nach dem Verneuil-Verfahren, d.h. der Schmelzung von Al₂O₃- und Cr₂O₃-Pulver in einer Knallgasflamme. Nach dem Czochralski-Verfahren werden die Kristalle aus der Schmelze gezogen.

Der R. arbeitet nach dem Schema eines 3-Niveausystems. Die Laseremission erfolgt durch Übergänge von 3d-Elektronen der Cr³⁺-Ionen bei einer Wellenlänge von λ=0,6943 μm. Zur Anregung wird ausschließlich optisches Pumpen angewendet, durch welches die Elektronen aus dem Grundzustand ⁴A₂ in das Absorptionsband ⁴F₁ oder ⁴F₂ gebracht werden, von dem sie durch einen schnellen Realxationsprozeß (von ≈10^-7 s Dauer) in das aufgespaltene metastabile Niveau ²E als oberes Laserniveau übergehen (Abb.). Das untere Laserniveau ist das Grundniveau, so daß zur Erzielung einer Besetzungsinversion mehr als die Hälfte aller Cr³⁺-Ionen angeregt sein muß. Hierzu sind hohe Pumpleistungen erforderlich (bis 10 MW bei einer Impulsdauer von 1 ms), die mit stabförmigen Xe-Lampen in einer elliptischen, vielfach auch mehrfach-elliptischen Pumplichtanordnung erzeugt werden. Der R. wird vorwiegend im Impulsbetrieb mit Folgefrequenzen um 100 Hz verwendet, wobei Strahlungsleistungen um 30 kW üblich sind bei Maximalwerten bis zu 500 kW. Bei genügend starkem Pumpen und entsprechender Kühlung ist auch kontinuierlicher Betrieb möglich mit Ausgangsleistungen von einigen 100 W. Der Wirkungsgrad liegt bei nahezu 1%. Die Strahlung des R. besitzt eine geringe Strahlqualität (bedingt durch Inhomogenitäten des Kristalls) und zeigt ausgeprägtes Spike-Verhalten. Angewandt wird der R. insbesondere in der nichtlinearen Optik sowie als Pumplaser zur Erzeugung ultrakurzer Lichtimpulse (Pikosekundenlaser).

Rubinlaser: Vereinfachtes Energieniveauschema für die Cr³⁺-Ionen in einem Rubinlaser.