Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
1 мВт Uniphase HeNe на установке для юстировки (слева) и аргон-ионный лазер Lexel 88 мощностью 2 Вт (в центре) с источником питания (справа). Сзади - шланги водяного охлаждения .

Ионный лазер представляет собой газовый лазер , который использует ионизированный газ в качестве активной среды. [1] Как и другие газовые лазеры, ионные лазеры имеют герметичный резонатор, содержащий лазерную среду и зеркала, образующие резонатор Фабри – Перо . В отличие от гелий-неоновых лазеров , переходы уровней энергии, которые вносят вклад в лазерное воздействие, происходят от ионов . 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, охлаждаются водой . Небольшой ионный лазер с воздушным охлаждением может производить, например, 130 милливатт.выходного света с током трубки около 10 ампер и напряжением 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 [ править ]

Криптоновый лазер [ править ]

Криптоновый лазер - это ионный лазер, использующий ионы благородного газа криптона в качестве активной среды . Лазера накачки осуществляется с помощью электрического разряда . 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 сетчатки ), для изготовления защитных голограмм и во многих других целях.

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 [ править ]

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

Ионно-аргоновый лазер был изобретен в 1964 году Уильямом Бриджесом из Hughes Aircraft Company [2] и является одним из семейства ионных лазеров, в которых в качестве активной среды используется благородный газ .

Лазеры на ионах аргона используются для фототерапии сетчатки (для лечения диабета ), литографии и накачки 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 трубки обычно изготавливаются из никелевых концевых колпачков, металлокерамических уплотнений из ковара, керамики из оксида бериллия или вольфрамовых дисков, установленных на медном теплораспределителе в керамической облицовке. Первые трубки были простыми кварцевыми, затем шли кварцевые с графитовыми дисками. По сравнению с гелий-неоновыми лазерами , 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 выделяет много тепла , и 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 2 , диаметр трубки 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 наблюдал спектральные эффекты выгорания дырок в газовых лазерах и создал теорию эффектов «выжигания дыр» в лазерных колебаниях. Он был соавтором лазеров, использующих возбуждение электронным ударом в каждом из благородных газов, диссоциативную передачу возбуждения в неоново-кислородном лазере (первый химический лазер ) и возбуждение столкновениями в нескольких лазерах на парах металлов.

Другие коммерчески доступные типы [ править ]

  • Ar / Kr: смесь аргона и криптона может привести к получению лазера с выходными длинами волн, которые выглядят 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 [ править ]

  • Ксенон [5]
  • Йод [6]
  • Кислород [7]

Приложения [ править ]

  • Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия
  • Хирургический
  • Лазерная медицина
  • Скоростные наборщики
  • Лазерные световые шоу
  • Секвенаторы ДНК
  • Спектроскопические эксперименты
  • Накачка лазеров на красителях [8]
  • Проверка полупроводниковых пластин
  • Литография печатной платы высокой плотности с прямой записью
  • Производство волоконных решеток Брэгга
  • Для голографии можно использовать модели с большой длиной когерентности.

См. Также [ править ]

  • Лазер
  • Список типов лазеров
  • Список статей по плазме (физике)

Ссылки [ править ]

  1. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « ионный лазер ». DOI : 10,1351 / goldbook.I03219
  2. ^ WB Bridges, "ЛАЗЕРНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В ОДНО ИОНИЗИРОВАННОМ АРГОНЕ В ВИДИМ СПЕКТРЕ", Прил. Phys. Lett. 4, 128–130 (1964).
  3. ^ http://www.lexellaser.com/techinfo_gas-ion.htm
  4. ^ Bridges, Halstead et al., Proceedings of the 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. ^ Hattori, Кано, Tokutome и Коллинз, «CW Йод ионный лазер в разряде колонке Positive», IEEE Журнал квантовой электроники, июнь 1974
  7. ^ С холодным катодом Импульсные газовый лазер»Р.К. Lomnes и JCW Тейлором в: Обзор научных инструментов, том 42, № 6, июнь 1971 года..
  8. ↑ FJ Duarte and LW Hillman (Eds.), Dye Laser Principles (Academic, New York, 1990), главы 3 и 5.