Iontový laser - Ion laser

1 mW Uniphase He-Ne na zarovnávací plošinu (vlevo) a 2 W Lexel 88 argon-iontovým laserem (uprostřed) s napájecího zdroje (vpravo). Vzadu jsou hadice pro vodní chlazení .

Iontovým laserem je plynový laser , který používá ionizovaný plyn jako jeho vyzařovat laserový paprsek média. Stejně jako ostatní plynové lasery mají iontové lasery uzavřenou dutinu obsahující laserové médium a zrcadla tvořící rezonátor Fabry -Pérot . Na rozdíl od helium -neonových laserů přechody energetické hladiny, které přispívají k laserovému působení, pocházejí z iontů . Vzhledem k velkému množství energie potřebné k excitaci iontových přechodů používaných v iontových laserech je požadovaný proud mnohem větší, a v důsledku toho jsou všechny kromě nejmenších iontových laserů chlazeny vodou . Malý vzduchem chlazený iontový laser může produkovat například 130 miliwattů výstupního světla s trubicovým proudem asi 10 ampérů a napětím 105 voltů. Protože jeden ampér krát jeden volt je jeden watt, jedná se o elektrický příkon přibližně jeden kilowatt. Odečtením (žádoucího) světelného výkonu 130 mW od příkonu zůstane velké množství odpadního tepla téměř jeden kW. To musí být rozptýleno chladicím systémem. Jinými slovy, energetická účinnost je velmi nízká.

Typy

Kryptonový laser

Kryptonový laser je iontový laser využívající jako své ziskové médium ionty kryptonu vzácného plynu . Laser čerpání se provádí pomocí elektrického výboje . Kryptonové lasery jsou široce používány ve vědeckém výzkumu a v komerčním použití, když je krypton smíchán s argonem, vytváří lasery „bílého světla“, užitečné pro laserové světelné show. Kryptonové lasery se také používají v medicíně (např. Ke srážení sítnice ), k výrobě bezpečnostních hologramů a mnoha dalším účelům.

Kryptonové lasery mohou emitovat viditelné světlo blízké několika různým vlnovým délkám, běžně 406,7 nm, 413,1 nm, 415,4 nm, 468,0 nm, 476,2 nm, 482,5 nm, 520,8 nm, 530,9 nm, 568,2 nm, 647,1 nm a 676,4 nm.

Argonový laser

Tento argon-iontový laser vyzařuje modrozelené světlo při 488 a 514 nm

Argon-iontový laser vynalezl v roce 1964 William Bridges ve společnosti Hughes Aircraft Company a je jedním z rodiny iontových laserů, které jako aktivní médium používají vzácný plyn .

Argon-iontové lasery se používají k retinální fototerapii (k léčbě diabetu ), litografii a čerpání jiných laserů. Lasery s argonovým iontem vyzařují na 13 vlnových délkách viditelným a ultrafialovým spektrem, včetně: 351,1 nm, 363,8 nm, 454,6 nm, 457,9 nm, 465,8 nm, 476,5 nm, 488,0 nm, 496,5 nm, 501,7 nm, 514,5 nm, 528,7 nm, a 1092,3 nm. Nejčastěji používané vlnové délky jsou však v modrozelené oblasti viditelného spektra. Tyto vlnové délky mají potenciál pro použití v podvodních komunikacích, protože mořská voda je v tomto rozsahu vlnových délek zcela transparentní.

Paprsek argonového laseru sestávající z více barev (vlnových délek) dopadá na křemíkovou difrakční zrcadlovou mřížku a je rozdělen na několik paprsků, jeden pro každou vlnovou délku (zleva doprava): 458 nm, 476 nm, 488 nm, 497 nm, 502 nm, a 515 nm

Běžné argonové a kryptonové lasery jsou schopné emitovat kontinuální vlnění (CW) o výkonu několika miliwattů až desítek wattů. Jejich trubice jsou obvykle vyrobeny z niklových koncových zvonů, kovarových kovově-keramických těsnění, keramiky z oxidu berylia nebo wolframových kotoučů namontovaných na měděném rozdělovači tepla v keramické vložce. Nejčasnějšími trubkami byl jednoduchý křemen, poté následoval křemen s grafitovými kotouči. Ve srovnání s helium -neonovými lasery , které vyžadují jen několik miliampér vstupního proudu, je proud použitý pro čerpání argonového laseru několik ampér, protože plyn musí být ionizován. Iontová laserová trubice produkuje mnoho odpadního tepla a takové lasery vyžadují aktivní chlazení.

Typická plazma iontového laseru na vzácný plyn se skládá ze žhavého výboje s vysokou proudovou hustotou v vzácném plynu za přítomnosti magnetického pole. Typickými podmínkami plazmatu s kontinuální vlnou jsou proudové hustoty 100 až 2000 A/cm 2 , průměry trubek 1,0 až 10 mm, plnící tlaky 0,1 až 1,0 Torr (0,0019 až 0,019 psi) a axiální magnetické pole řádově 1000 gauss.

William R. Bennett , spoluvynálezce prvního plynového laseru (helium-neonový laser), byl první, kdo pozoroval efekty spalování spektrálních děr v plynových laserech, a vytvořil teorii efektů „hoření děr“ při laserové oscilaci. Byl spoluobjevitelem laserů využívajících buzení elektronem v každém z vzácných plynů, disociační excitační přenos v neonově-kyslíkovém laseru (první chemický laser ) a kolizní buzení v několika laserech kov-pára.

Jiné komerčně dostupné typy

  • Ar/Kr: Kombinace argonu a kryptonu může vést k laseru s výstupními vlnovými délkami, které se jeví jako bílé světlo.
  • Helium -kadmium: emise modrého laseru při 442 nm a ultrafialové záření při 325 nm.
  • Pára mědi: žluté a zelené emise při 578 nm a 510 nm.

Experimentální

Aplikace

Viz také

Reference