Argonový iontový laser

Argonové iontové lasery (Ar ⁺ lasery) jsou plynové lasery, ve kterých laserové médium sestává z ionizovaného argonu na bázi ušlechtilého plynu , srov. Kyslíkový iontový laser .

Kromě měděných parních laserů mohou argonové iontové lasery v současné době generovat nejvyšší výstup záření přímo ve viditelném spektrálním rozsahu .

Argon má až deset laserových čar v modré, zelené a žlutozelené oblasti optického spektra.

konstrukce

Argonové iontové lasery se skládají z vakuově svařované plazmové trubice naplněné argonem. Tato trubice je obvykle keramická trubice vyrobená z oxidu berylnatého (BeO). Keramika BeO má vysokou tepelnou vodivost a velmi dobrou odolnost proti tepelným šokům, což je nezbytné, aby odolalo enormním teplotám plazmatu v ní hořícího a bylo schopné odvádět uvolněné teplo . V závislosti na modelu a výkonu proudí v plazmě 3–60 A při napětí až 500 V. Zatímco malé argonové lasery generují pouze přibližně 1–2 kW tepla, ty větší generují více než 13 kW. Tento vysoký tepelný výkon se generuje uvnitř plazmové trubice a musí se z ní odvádět, pro což se BeO ukázal jako vhodný materiál. Tyto vynikající vlastnosti jsou však vyváženy extrémní toxicitou BeO. Zatímco menší lasery do 1 W lze obvykle chladit vzduchem, větší zařízení vyžadují vodní chlazení. Tlak plynu uvnitř plazmové trubice je obvykle nízký (mezi 0,1 a 1 mbar), aby se zabránilo Dopplerovu rozšíření spektrálních čar. Kvůli vysokému požadavku na výkon jsou argonové lasery v mnoha oblastech nahrazovány frekvenčně zdvojnásobenými Nd: YAG lasery ( DPSS ), které mohou vyzařovat pouze jednu vlnovou délku, ale mají méně než desetinu požadavku na výkon se stejným optickým výstupním výkonem.

Typicky argonové lasery emitují pouze ve viditelném spektrálním rozsahu. Výkonová specifikace normálně označuje celkový výkon šesti nejsilnějších linií od 514,5 nm do 457,9 nm. Nejsilnější a nejčastěji používané laserové linie argonového laseru jsou zelená 514,5 nm a tyrkysově modrá linie 488,0 nm.

V závislosti na použité optice mohou být argonové lasery konstruovány buď jako jednořádkové lasery, které pak generují pouze jednu frekvenci a tedy monochromatické světlo, nebo jako víceřádkové lasery. Ty jsou schopny pracovat na různých frekvencích, takže - v závislosti na konstrukci laseru - je možný buď volný výběr požadované linie, nebo lze generovat několik spektrálních čar najednou.

Tyto vlnové délky mimo viditelnou oblast, včetně stabilní IR čáry 1092.3 nm, mohou být vytvořeny nahrazením optické komponenty se speciálními IR nebo UV optika.

UV linky jsou generovány dvojitě ionizovanými přechody, které vyžadují výrazně vyšší proudy ve výboji plazmy. Proto lze na UV provoz převést pouze velké vysoce výkonné lasery .

Jednořádková laserová konfigurace

Většina aplikací, jako např B. Interferometrie nebo holografie vyžadují, aby laser generoval pouze jednu frekvenci, a tedy monochromatické světlo. Toho lze dosáhnout nahrazením vysoce reflexního zpětného zrcátka, které normálně odráží všechny frekvence zpět do laserové trubice, takzvaným Littrowovým hranolem (viz také Littrowův spektrometr ). Tento hranol funguje jako selektor vlnové délky a má plně zrcadlenou stranu.

Spektrální rozklad a směr výstupu závislý na vlnové délce v hranolu

Světlo vstupuje do hranolu a je spektrálně rozděleno, než dosáhne reflexní vrstvy a je odrazeno zpět. Do trubice lze tedy odrážet pouze jednu vlnovou délku, a to tu, pro kterou je výchylka vzhledem k úhlové poloze hranolu přesně 0 °.

Další možnost monochromatického světla se nabízí, pokud je částečně průhledné spojovací zrcadlo potaženo pouze reflexním potahem pro požadovanou vlnovou délku ( dichroické interferenční zrcadlo ). Všechny ostatní frekvence pak nemohou být v laseru buzeny, protože pro ně není dostatečná pozitivní zpětná vazba .

Záření , který je generován takových jednopotrubní laserů má velmi úzké linky a extrémně vysokou soudržnost ve srovnání s jinými zdroji světla nebo frekvenčně zdvojnásobil DPSS . Ve skutečnosti nejde o jednu frekvenci, ale o několik frekvencí (režimů), které jsou si navzájem velmi blízké v laserové linii argonu. Šířka tohoto frekvenčního pásma je přibližně 5 GHz. Vzdálenost mezi jednotlivými frekvencemi je určena rychlostí světla v plazmové trubici a vzdáleností mezi dvěma zrcadly tvořícími rezonátor . U 1 m dlouhého rezonátoru je frekvenční vzdálenost přibližně 150 MHz. Tomu se říká rozteč režimů v podélných režimech .

Řízení a stabilizace výkonu

Výstupní výkon plynového iontového laseru lze nastavit na libovolnou hodnotu mezi prahem laseru a maximálním výkonem laseru změnou výbojového proudu v plazmě.

Plazma mají negativní diferenciální odpor, tj. Jinými slovy, s rostoucím výbojovým proudem klesá vnitřní odpor plazmy, což by mělo za následek lavinální zvýšení intenzity proudu. Bez omezení proudu by se laser zničil.

Elektronika používaná k regulaci proudu proto vyžaduje negativní zpětnou vazbu: jako řídicí proměnnou lze použít buď proud protékající plazmou, nebo optický výkon generovaného laserového paprsku. Elektronika pak buď udržuje proud v plazmě, nebo radiační výkon laseru konstantní. Starší napájecí zdroje jsou založeny na principu lineárního regulátoru . Jsou proto velmi velké a těžké. Rovněž vytvářejí velmi vysoké tepelné ztráty a často musí být chlazeny vodou. Novější zařízení jsou navržena jako spínací regulátory , což znamená, že jsou mnohem menší a lehčí se srovnatelným výkonem. Stále je lze chladit vzduchem i při vyšších výkonech.

Typické parametry

• optický výstupní výkon: 10 mW až 100 W (obvykle 50 mW až několik wattů)
• Kvalita paprsku: velmi vysoká, provoz v jednom režimu
• Průměr paprsku: přibližně 1 mm
• Délka koherence : až 100 m
• Účinnost: 0,05–2,5% (v závislosti na verzi)
• Životnost plynové náplně do regenerace: cca 500–2000 hv závislosti na typu trubice (opotřebení difúzí, únikem, znečištěním)
• Rozměry pro optický výkon 50 mW: Laserová hlava: 150 mm × 150 mm × 300 mm, napájecí část: 350 mm × 350 mm × 150 mm (příkon 1,5 kW)

Aplikace

Argon-iontové lasery se obecně používají v elektrooptickém výzkumu, kde slouží mimo jiné jako zdroj optické pumpy pro další lasery.

Kromě použití ve výzkumu a vývoji se argon-iontové lasery používají také v zábavě (např. Na laserových představeních ), ke strukturované výrobě předmětů, většinou ve vysokorychlostních tiskových strojích , fotografických plotrech nebo holografii , stejně jako v medicíně ( dermatologie , oftalmologie a zubní technologie ) použitý.

webové odkazy

• Argonový iontový laser v encyklopedii laserové fyziky a technologie (angl.)
• Argonový iontový laser Pulslaser.de