Laser jonowy - Ion laser

1 mW Uniphase HeNe na platformie wyrównującej (po lewej) i laser argonowo-argonowy Lexel 88 o mocy 2 W (w środku) z zasilaczem (po prawej). Z tyłu znajdują się węże do chłodzenia wodą .

Laser argonowy jest laser gazowy , który wykorzystuje się zjonizowane gazy jako rezonatora medium. Podobnie jak inne lasery gazowe, lasery jonowe mają szczelną wnękę zawierającą ośrodek laserowy i lustra tworzące rezonator Fabry'ego-Pérot . W przeciwieństwie do laserów helowo-neonowych przejścia poziomów energii, które przyczyniają się do działania lasera, pochodzą od jonów . Ze względu na dużą ilość energii potrzebnej do wzbudzenia przejść jonowych stosowanych w laserach jonowych, wymagany prąd jest znacznie większy, w wyniku czego wszystkie lasery jonowe oprócz najmniejszych są chłodzone wodą . Mały, chłodzony powietrzem laser jonowy może wytwarzać na przykład 130 miliwatów światła wyjściowego przy prądzie lampy około 10 amperów i napięciu 105 woltów. Ponieważ jeden amper razy jeden wolt to jeden wat, jest to pobór mocy elektrycznej wynoszący około jednego kilowata. Odejmując (pożądaną) moc świetlną wynoszącą 130 mW od poboru mocy, powstaje duża ilość ciepła odpadowego wynosząca prawie 1 kW. Musi to zostać rozproszone przez system chłodzenia. Innymi słowy, sprawność energetyczna jest bardzo niska.

Rodzaje

Laser kryptonowy

Laser kryptonowy to laser jonowy wykorzystujący jony kryptonu z gazu szlachetnego jako nośnika wzmocnienia . Pompowanie lasera odbywa się za pomocą wyładowania elektrycznego . Lasery kryptonowe są szeroko stosowane w badaniach naukowych, a w zastosowaniach komercyjnych, gdy krypton jest zmieszany z argonem, tworzy lasery „światła białego”, przydatne do pokazów świetlnych laserowych. Lasery kryptonowe znajdują również zastosowanie w medycynie (np. do koagulacji siatkówki ), do produkcji hologramów zabezpieczających oraz w wielu innych celach.

Lasery kryptonowe mogą emitować światło widzialne w pobliżu kilku różnych długości fal, zwykle 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 i 676,4 nm.

Laser argonowy

Ten laser argonowo-jonowy emituje niebiesko-zielone światło przy 488 i 514 nm

Laser argonowo-jonowy został wynaleziony w 1964 roku przez Williama Bridgesa w Hughes Aircraft Company i należy do rodziny laserów jonowych wykorzystujących gaz szlachetny jako ośrodek aktywny.

Lasery argonowo-jonowe są wykorzystywane do fototerapii siatkówki (w leczeniu cukrzycy ), litografii i pompowania innych laserów. Lasery argonowo-jonowe emitują na 13 długościach fal w zakresie widzialnym i ultrafioletowym, w tym: 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, i 1092,3 nm. Jednak najczęściej używane długości fal znajdują się w niebiesko-zielonym obszarze widma widzialnego. Te długości fal mają potencjał do zastosowania w komunikacji podwodnej, ponieważ woda morska jest dość przezroczysta w tym zakresie długości fal.

Wiązka lasera argonowego składająca się z wielu kolorów (długości fal) pada na krzemową siatkę dyfrakcyjną i jest rozdzielana na kilka wiązek, po jednej dla każdej długości fali (od lewej do prawej): 458 nm, 476 nm, 488 nm, 497 nm, 502 nm, i 515 nm

Powszechnie stosowane lasery argonowe i kryptonowe są zdolne do emitowania fali ciągłej (CW) o mocy od kilku miliwatów do kilkudziesięciu watów. Ich rury są zwykle wykonane z niklowych dzwonów końcowych, uszczelek kovar metal- ceramika , ceramiki z tlenku berylu lub dysków wolframowych zamontowanych na miedzianym rozpraszaczu ciepła w ceramicznej wkładce. Najwcześniejsze rury były prostym kwarcem, a następnie kwarcem z grafitowymi dyskami. W porównaniu z laserami helowo-neonowymi , które wymagają zaledwie kilku miliamperów prądu wejściowego, prąd używany do pompowania lasera argonowego wynosi kilka amperów, ponieważ gaz musi być zjonizowany. Rura lasera jonowego wytwarza dużo ciepła odpadowego , a takie lasery wymagają aktywnego chłodzenia.

Typowa plazma lasera jonowego na gazie szlachetnym składa się z wyładowania jarzeniowego o dużej gęstości prądu w gazie szlachetnym w obecności pola magnetycznego. Typowe warunki ciągłej fali osoczu są gęstości prądu w zakresie od 100 do 2000 A / cm 2 , średnice rur od 1,0 do 10 mm, wypełnienie ciśnień od 0,1 do 1,0 tora (0,0019 do 0,019 psi) i osiowego pola magnetycznego, rzędu 1000 gaus.

William R. Bennett , współtwórca pierwszego lasera gazowego (lasera helowo-neonowego), jako pierwszy zaobserwował efekty spektralnego wypalania dziur w laserach gazowych i stworzył teorię efektów „wypalania dziur” w oscylacji lasera. Był współodkrywcą laserów wykorzystujących wzbudzenie elektronowe w każdym z gazów szlachetnych, transfer wzbudzenia dysocjacyjnego w laserze neonowo-tlenowym (pierwszy laser chemiczny ) oraz wzbudzenie zderzeniowe w kilku laserach na oparach metali.

Inne dostępne na rynku typy

  • Ar/Kr: Mieszanka argonu i kryptonu może skutkować powstaniem lasera o długości fali wyjściowej, która wygląda jak światło białe.
  • Hel–kadm: emisja niebieskiego lasera przy 442 nm i ultrafiolet przy 325 nm.
  • Pary miedzi: emisja żółta i zielona przy 578 nm i 510 nm.

Eksperymentalny

Aplikacje

Zobacz też

Bibliografia