Ионный лазер - Ion laser

1 мВт Uniphase HeNe на юстировочной установке (слева) и аргон-ионном лазере Lexel 88 мощностью 2 Вт (в центре) с блоком питания (справа). Сзади - шланги для Водяное охлаждение.

An ионный лазер это газовый лазер который использует ионизированный газ в качестве его лазерной среды.[1] Как и другие газовые лазеры, ионные лазеры имеют герметичный резонатор, содержащий лазерную среду и зеркала, образующие Фабри-Перо резонатор. В отличие от гелий-неоновые лазеры, переходы уровней энергии, которые вносят вклад в лазерное воздействие, происходят от ионы. Из-за большого количества энергии, необходимого для возбуждения ионных переходов, используемых в ионных лазерах, требуемый ток намного больше, и в результате все ионные лазеры, кроме самых маленьких, являются с водяным охлаждением. Небольшой ионный лазер с воздушным охлаждением может производить, например, 130 милливатты выходного света при токе трубки около 10 амперы и напряжение 105 вольт. Поскольку один ампер, умноженный на один вольт, составляет один ватт, это потребляемая электрическая мощность около одного киловатта. Если вычесть (желаемую) светоотдачу 130 мВт из потребляемой мощности, остается большое количество отходящего тепла, составляющее почти один кВт. Он должен отводиться системой охлаждения. Другими словами, энергоэффективность очень низкая.

Типы

Криптоновый лазер

Криптоновый лазер - это ионный лазер, использующий ионы благородный газ криптон как его получить средний. В лазерная накачка делается электрический разряд. Криптонные лазеры широко используются в научных исследованиях, а в коммерческих целях, когда криптон смешивают с аргоном, он создает лазеры «белого света», полезные для лазерных световых шоу. Криптоновые лазеры также используются в медицине (например, для коагуляции сетчатка ), для изготовления ценной бумаги голограммы, и многие другие цели.

Криптоновые лазеры могут излучать видимый свет с несколькими длинами волн, обычно 406,7 нм, 413,1 нм, 415,4 нм, 468,0 нм, 476,2 нм, 482,5 нм, 520,8 нм, 530,9 нм, 568,2 нм, 647,1 нм и 676,4 нм.

Аргоновый лазер

Этот аргон-ионный лазер излучает сине-зеленый свет на 488 и 514 нм.

Ионно-аргоновый лазер был изобретен в 1964 году Уильямом Бриджесом в Hughes Aircraft Company[2] и это один из семейства ионных лазеров, в которых используется благородный газ как активная среда.

Лазеры на ионах аргона используются для сетчатка фототерапия (для лечения сахарный диабет ), литография, а накачивание других лазеров. Лазеры на ионах аргона излучают на 13 длинах волн в видимом и ультрафиолетовом спектрах, в том числе: 351,1 нм, 363,8 нм, 454,6 нм, 457,9 нм, 465,8 нм, 476,5 нм, 488,0 нм, 496,5 нм, 501,7 нм, 514,5 нм, 528,7 нм, и 1092,3 нм.[3] Однако наиболее часто используемые длины волн находятся в сине-зеленой области видимого спектра. Эти длины волн имеют потенциал для использования в подводной связи, поскольку морская вода довольно прозрачна в этом диапазоне длин волн.

Луч аргонового лазера, состоящий из нескольких цветов (длин волн), попадает на кремниевую дифракционную зеркальную решетку и разделяется на несколько лучей, по одному для каждой длины волны (слева направо): 458 нм, 476 нм, 488 нм, 497 нм, 502 нм, и 515 нм

Обычные аргоновые и криптоновые лазеры способны излучать непрерывную волну (CW) мощностью от нескольких милливатт до десятков ватт. Их трубы обычно делаются из никелевых раструбов, ковар металлокерамические уплотнения, оксид бериллия керамика, или же вольфрам диски установлены на медном теплораспределителе в керамическом футляре. Первые трубки были простыми кварцевыми, затем следовали кварцевые с графитовыми дисками. По сравнению с гелий-неоновые лазеры, для которых требуется всего несколько миллиампер входного тока, ток, используемый для накачки криптонового лазера, составляет несколько ампер, поскольку газ должен быть ионизирован. Ионная лазерная трубка производит много отходящее тепло, а такие лазеры требуют активного охлаждения.

Типичная плазма лазера на ионах благородных газов представляет собой тлеющий разряд с высокой плотностью тока в благородном газе в присутствии магнитного поля. Типичные условия непрерывной плазмы - плотность тока от 100 до 2000 А / см.2диаметры трубок от 1,0 до 10 мм, давление наполнения от 0,1 до 1,0 торр (от 0,0019 до 0,019 фунтов на кв. дюйм) и осевое магнитное поле порядка 1000 гаусс.[4]

Уильям Р. Беннетт, соавтор первого газового лазера (гелий-неоновый лазер), первым обнаружил горение спектральной дыры эффекты в газовых лазерах, и он создал теорию эффектов «выжигания дыр» в лазерных колебаниях. Он был одним из первооткрывателей лазеров, использующих возбуждение электронным ударом в каждом из благородных газов, диссоциативную передачу возбуждения в неоново-кислородном лазере (первый химический лазер ) и столкновительное возбуждение в нескольких лазерах на парах металлов.

Другие коммерчески доступные типы

  • Ar / Kr: смесь аргона и криптона может привести к созданию лазера с выходной длиной волны, которая выглядит как белый свет.
  • Гелий-кадмий: синее лазерное излучение при 442 нм и ультрафиолетовое излучение при 325 нм.
  • Пары меди: желто-зеленое излучение при 578 нм и 510 нм.

Экспериментальный

Приложения

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "ионный лазер ". Дои:10.1351 / goldbook.I03219
  2. ^ В. Б. Бриджес, "ЛАЗЕРНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В ОДНО ИОНИЗИРОВАННОМ АРГОНЕ В ВИДИМОЙ СПЕКТРЕ", Appl. Phys. Lett. 4, 128–130 (1964).
  3. ^ http://www.lexellaser.com/techinfo_gas-ion.htm
  4. ^ Бриджес, Холстед и др., Труды IEEE, 59 (5). С. 724–739.
  5. ^ Хоффман Тошек и др., «Импульсный ксеноновый ионный лазер: покрывает УФ, видимый и ближний ИК диапазоны с изменениями оптики», IEEE Journal of Quantum Electronics
  6. ^ Хаттори, Кано, Токутоме и Коллинз, "Иодно-ионный лазер непрерывного действия в разряде положительной колонны", журнал IEEE по квантовой электронике, июнь 1974 г.
  7. ^ Импульсный газовый лазер с холодным катодом »Р. К. Ломнеса и Дж. К. У. Тейлора в: Review of Scientific Instruments, том 42, № 6, июнь 1971 г.
  8. ^ Ф. Ж. Дуарте и Л. В. Хиллман (ред.), Принципы лазера на красителях (Academic, New York, 1990), главы 3 и 5.