Laser ion, laser argon ionik, laser kripton ionik. Laser Vario Racur. Beberapa Rekomendasi untuk Memilih Laser OCG untuk Wilayah Gelombang Pendek

Dalam kasus laser ion, kita berbicara tentang sistem pelepasan gas yang dekat dengan laser dengan gas atom. Ion adalah atom di mana satu atau lebih elektron biasanya dibebaskan dari orbit terluarnya. Oleh karena itu, ion bermuatan positif, dan muatan ini sesuai dengan satu atau lebih muatan dasar. Elektron yang tersisa dapat tereksitasi dengan cara yang sama seperti dalam atom dan menghasilkan radiasi pada transisi ke keadaan dasar atau keadaan tereksitasi lainnya. Di sini transisi laser yang persis sama dimungkinkan seperti pada atom. Karena beberapa ion milik setiap atom, banyak garis laser tambahan muncul berdasarkan keberadaannya.

Ion terbentuk di setiap pelepasan gas saat elektron, atom tereksitasi, atau ion lain bertabrakan dengan atom, menyebabkan atom "terionisasi". Selain itu, dalam pelepasan gas, ion tereksitasi karena berbagai proses tumbukan dengan elektron atau partikel lain, sehingga pelepasan gas, bersama dengan transisi atom, juga menghasilkan radiasi melalui transisi elektronik dalam ion.

Ion dapat terbentuk tidak hanya sebagai akibat dari pelepasan listrik, tetapi juga dalam plasma yang diprakarsai oleh radiasi laser. Untuk tujuan ini, sinar laser daya tinggi yang berdenyut diarahkan ke target stasioner, yang mulai menguap. Atas dasar kepadatan tinggi dari energi yang disuplai, elektron dan ion terbentuk, dan tingkat ionisasi yang sangat tinggi tercapai, yaitu, banyak elektron dipisahkan dari atom. Ion-ion ini memancarkan cahaya dengan panjang gelombang pendek dan cocok untuk membuat laser sinar-X.

Ion juga dapat hadir dalam padatan dalam bentuk modul kisi kristal atau yang disebut pusat pengotor. Mereka bahkan memiliki bentuk yang stabil, sementara ion dalam pelepasan gas dan plasma lainnya dicirikan oleh rekombinasi dengan elektron, yang sekali lagi mengarah pada pembentukan atom. Ion pengotor seperti itu adalah dasar untuk pengembangan jenis laser solid-state yang paling penting.

1.1 Laser untuk wilayah gelombang pendek

Keadaan energi En elektron ("memancarkan") paling ekstrim dari suatu ion dapat digambarkan secara kira-kira dengan contoh model yang dekat dengan hidrogen, yang menurutnya muatan inti atom dikurangi muatan elektron internal memberikan efektif ( muatan) nomor atom Z. Menurut model yang disederhanakan ini, elektron optik bergerak dalam medan muatan titik, sehingga keadaan energi - sesuai dengan teori atom hidrogen Bohr - dinyatakan melalui:

En = - (13,6 eV) Z2 / n2, (1)

di mana n adalah bilangan kuantum utama atau, masing-masing, nomor orbit.

Persamaan (1) dan Gambar. 1 menunjukkan bahwa energi elektron ion (Z> 2) melebihi energi elektron atom (Z = 1). Ini karena, karena muatan efektif inti atom yang lebih tinggi, elektron optik dalam ion terikat lebih kuat daripada di atom. Persamaan (1) dapat dianggap akurat hanya untuk H (atom hidrogen, Z = 1), He + (ion helium bermuatan tunggal positif, Z = 2), L ++ (ion lithium bermuatan ganda, Z = 3) dan lainnya. atom terionisasi... Tetapi dalam kasus ion lain, kita dapat mengamati bahwa energi elektron, rata-rata, meningkat dengan derajat ionisasi.

Beras. 1. Keadaan energi elektron dalam atom hidrogen (H) dan atom helium (He +)

Generasi radiasi laser biasanya terjadi antara keadaan tereksitasi atom dan ion, karena inversi sehubungan dengan keadaan dasar dibuat hanya dengan kesulitan besar. Transisi antara keadaan tereksitasi dalam atom hidrogen memberikan panjang gelombang terutama di daerah spektrum yang terlihat dan inframerah. Hal yang sama berlaku untuk atom netral yang lebih kompleks. Dibandingkan dengan ini, pembangkitan gelombang pendek, radiasi ultraviolet dimungkinkan melalui transisi dalam keadaan ion tereksitasi, seperti dapat dilihat dari Gambar. 1 untuk helium. Dengan atom dengan derajat ionisasi yang lebih tinggi, menurut persamaan (1), dimungkinkan untuk memperoleh gelombang yang lebih pendek lagi. Selain hal di atas, perlu dicatat bahwa atom helium dan ion He ++ masih dianggap tidak terlalu cocok untuk menghasilkan radiasi laser dan disajikan di sini secara eksklusif sebagai contoh paling sederhana dalam mempertimbangkan sifat spektral dari radiasi atom dan ion.

Generasi yang lebih sukses dari daerah panjang gelombang pendek oleh laser ion (dibandingkan dengan laser atom) juga jelas dimanifestasikan dalam pertimbangan paralel argon ionik dan laser helium-neon. Laser atom ini menghasilkan garis merah dan hijau, sedangkan laser ion argon menghasilkan garis hijau, biru dan ultraviolet.

Kesimpulannya, dapat dinyatakan bahwa ion rata-rata memancarkan panjang gelombang yang lebih pendek daripada atom. Cara lain untuk menghasilkan gelombang dengan panjang yang lebih pendek dari atom adalah melalui penggunaan molekul. Faktanya adalah bahwa molekul memiliki energi elektron yang sama dengan atom, tetapi sebagai akibat dari getaran, keadaan dasar terpecah atau bahkan menjadi tidak stabil, seperti pada excimers. Dan kemudian transisi laser dengan energi tinggi dimungkinkan, yang kira-kira sesuai dengan energi transisi dalam atom hidrogen deret Lyman.

1.2 Laser gas mulia ion

Dengan bantuan gas inert terionisasi Ne, Ar, Kr dan Xe, radiasi laser dihasilkan dalam pelepasan gas pada lebih dari 250 garis dalam rentang spektral dari 175 hingga 1100 nm. Dalam hal ini, sebagai aturan, semakin tinggi keadaan ionisasi, semakin pendek panjang gelombang dan semakin tinggi energi foton, karena kopling elektron optik yang semakin kuat dicatat (lihat Bagian 1.1). Beberapa garis laser muncul dari transisi dalam gas inert, kadang-kadang terionisasi. Keadaan ionisasi yang begitu tinggi dengan kerapatan ion yang diperlukan hanya mungkin dalam mode berdenyut.

Yang paling penting adalah laser cw (cw) dalam gas inert, terionisasi tunggal dan ganda. Perwakilan utama dari jenis ini adalah laser ion argon, yang dalam versi khusus mampu menghasilkan daya di atas 100 W di wilayah spektrum biru-hijau dan hingga 60 W di wilayah ultraviolet dekat. Ini adalah salah satu laser komersial paling populer. Laser kripton dengan kekuatan kontinu (cw) beberapa watt memperluas spektrum hingga hampir inframerah. Garis laser ion cw yang paling intens ditunjukkan pada Gambar. 2

Laser ion argon

Diagram skematis dari proses pembangkitan level laser atas ditunjukkan pada Gambar. 3 menggunakan argon sebagai contoh. Akibat tumbukan elektron, atom argon terionisasi. Selanjutnya, setelah tumbukan jenis kedua, ion argon tereksitasi ke tingkat laser atas. Mekanisme eksitasi lainnya terdiri dari fakta bahwa populasi tercipta karena peluruhan radiasi tingkat yang lebih tinggi, atau eksitasi tumbukan elektron muncul dari keadaan metastabil yang lebih dalam dari ion argon. Diasumsikan bahwa ketiga proses memberikan kontribusi yang signifikan terhadap populasi tingkat laser atas, dengan, misalnya, transisi kaskade dari tingkat yang lebih tinggi terhitung dari 25 hingga 50%.

Beras. 3. Tingkat energi dan proses pemompaan untuk laser argon. (ArII adalah sebutan spektroskopi untuk ion Ar +)

Seperti yang dapat dilihat dari Gambar. 3, tingkat laser 4p atas 35,7 eV terletak di atas keadaan dasar atom argon, dan 20> B - di atas ion argon. Dengan demikian, eksitasi hanya dapat difasilitasi oleh elektron berenergi tinggi dengan efisiensi kuantum rendah pada orde 10%. Data ini mengacu pada keadaan dasar ion argon, karena dapat dieksitasi kembali dalam pelepasan. Tingkat laser 4y yang lebih rendah dengan cepat habis sebagai akibat dari transisi radiasi (72 nm) dengan masa pakai 1 ns. Sebagai perbandingan, masa pakai dalam keadaan 4p atas adalah 10 ns lebih lama. Masa pakai yang singkat pada tingkat laser yang lebih rendah memberikan populasi yang sangat kecil, sebagai akibatnya inversi dapat terjadi meskipun eksitasi yang relatif lemah dari tingkat laser atas.

Karena status 4p dan 4S terpisah, sejumlah besar transisi laser dengan intensitas berbeda terbentuk. dalam gambar. 4 menunjukkan 10 garis laser, yang paling intens berada di kisaran panjang gelombang 488,0 nm (biru) dan 514,5 nm (hijau). Dalam laser komersial, garis-garis ini memiliki kekuatan lebih dari 10 watt (lihat tabel 1).

Beras. 4.4p-> 4s - transisi laser argon

Karena eksitasi tumbukan elektron dua tahap, kekuatan laser argon meningkat hampir sama dengan arus. Untuk laser argon berdaya tinggi, karena ionisasi dan eksitasi yang diperlukan, arus besar diperlukan pada penampang kecil. Tentu saja, ini akan membutuhkan jauh lebih serius - dibandingkan dengan laser helium-neon - biaya teknologi.

Dengan peningkatan lebih lanjut dalam rapat arus, argon dapat terionisasi dua kali. Ini membutuhkan energi sebesar 43 eV. Sekitar 25-30 eV di atas keadaan dasar Ar2 +, ada tingkat laser lebih lanjut yang menghasilkan radiasi ultraviolet pada 334, 351 dan 364 nm. Untuk laser dalam desain khusus, dayanya bisa beberapa watt. Laser argon ultraviolet semacam itu cukup mahal karena membutuhkan optik khusus, serta kepadatan arus yang lebih tinggi dan medan magnet yang kuat.

Tabel 1. Kekuatan laser argon ionik 20 W pada garis emisi yang berbeda

Eksekusi konstruktif

Eksitasi efektif dari garis Ar + dalam pelepasan membutuhkan kerapatan elektron 10 14 cm -3. Nilai ini dicapai pada rapat arus hingga 10 3 A · cm 2 dalam pelepasan busur tekanan rendah. Kuat medan di sepanjang debit sekitar 4 V cm -1. Suhu gas netral dapat mencapai 5 · 10 3 K. Kepadatan daya yang tinggi memerlukan biaya teknis yang signifikan dalam desain tabung laser. Dalam kebanyakan kasus, kita berbicara tentang tabung keramik dengan pendingin air, misalnya, terbuat dari BeO - zat dengan konduktivitas termal yang tinggi, hampir seperti aluminium. Dalam versi lain, pelepasan dilakukan melalui piringan tungsten yang dilengkapi dengan lubang, yang mengalirkan panas ke tabung melalui pemegang tembaga (Gbr. 5). Saat ini, dalam banyak kasus, tabung BeO yang digunakan. Karena bubuk BeO sangat beracun, pembuangan tabung semacam itu membutuhkan perhatian penuh dengan melibatkan organisasi khusus.

Beras. 5. Tabung pelepasan gas untuk laser ion argon

Karena kerapatannya yang tinggi, elektron terjepit secara radial ke luar, yang menyebabkan penurunan kerapatan arus. Efek ini dikompensasi oleh medan magnet eksternal yang dihasilkan oleh kumparan panjang di sekitar tabung laser. Elektron dipengaruhi oleh gaya Lorentz yang diarahkan tegak lurus terhadap sumbu dan komponen gerak radial. Akibatnya, gerakan dari arah radial dibelokkan ke lintasan melingkar atau spiral, dan debit terkonsentrasi hanya pada sumbu. Ini melembutkan efek plasma pada bahan tabung laser, yang sangat memperpanjang umur tabung. Selain itu, kecepatan pemompaan dan efisiensi laser meningkat. Arus tinggi diambil dari katoda cadangan yang dipanaskan secara langsung, dan elemen struktural yang didinginkan dari pasir dapat berfungsi sebagai anoda.

Dengan adanya arus tinggi dalam pelepasan, impuls ditransfer dari elektron ke gas, dan gas melayang menuju katoda. Untuk menyamakan gradien tekanan yang dihasilkan di sepanjang tabung, lubang khusus dibuat di cakram tembaga. Gas dalam laser ion habis, karena pelepasannya mendorong ion langsung ke dinding. Dengan laser komersial, kehilangan gas ini dikompensasikan secara otomatis dari reservoir yang terhubung. Tekanan gas berada pada level 1 - 100 Pa, dan, tidak seperti banyak jenis laser lainnya, ia tidak menggunakan campuran gas, tetapi argon murni.

Tidak seperti laser helium-neon, efek pelindung tidak berperan dalam menghasilkan inversi populasi, dan tabung laser berdiameter besar dimungkinkan di sini. Gain untuk garis 488 nm pada panjang 50 cm kira-kira: G = 1,35. Dengan mempertimbangkan kualitas balok, diameternya dibatasi hingga 1,5 hingga 2 mm. Efisiensi di sini biasanya kurang dari 10 -3

Karena penggunaan cermin laser dengan refleksi dalam jangkauan yang luas, radiasi secara bersamaan dicapai pada garis yang berbeda. Prisma Brewster dalam rongga laser digunakan untuk memilih panjang gelombang individu. Untuk menghindari hilangnya refleksi dengan prisma seperti itu, sinar jatuh pada permukaan prismatik pada sudut Brewster (ini adalah sudut polarisasi penuh). Sisi lain prisma berorientasi tegak lurus terhadap sinar laser yang dibiaskan pada permukaan pertama. Permukaan belakang vertikal memiliki lapisan cermin yang tinggi. Tergantung pada panjang gelombang, ada defleksi yang berbeda dari balok di permukaan pertama. Garis yang berbeda dapat diatur dengan memutar prisma. Kekuatan khas untuk laser 20 W komersial dengan dan tanpa pemilihan panjang gelombang ditunjukkan pada Tabel 1. Karena suhu tinggi di wilayah pelepasan, lebar garis - karena pelebaran Doppler - hingga 6 GHz. Tanpa elemen selektif frekuensi, panjang koherensi berada dalam kisaran sentimeter. Untuk aplikasi holografik, nilai ini ditingkatkan dengan mempertimbangkan standar intracavity. Dalam hal ini, bandwidth dapat dikurangi menjadi 5 MHz. Hampir semua laser gas mulia komersial menghasilkan dalam mode dasar TEM 00. Meskipun beban signifikan pada tabung dari sisi arus tinggi, masa pakainya mencapai ribuan jam operasi.

Laser kripton ionik

Tabung pelepasan untuk laser kripton memiliki desain yang sangat mirip dengan tabung laser argon. Tetapi karena di sini, selama operasi, gas habis lebih cepat daripada dengan laser argon, Anda harus merawat reservoir gas yang lebih besar. Garis laser kripton terkuat adalah pada 647 nm (merah) dengan kekuatan beberapa watt. Intensitas jalur lainnya sangat bergantung pada tekanan. Oleh karena itu, laser yang mampu memilih jalur tunggal memiliki kontrol tekanan aktif. Garis laser Kr + terletak antara 337 dan 799 nm (Gbr. 2). Efisiensi moderat dari laser ion kripton membutuhkan kerapatan arus yang lebih tinggi daripada laser argon dengan daya yang sama. Selain itu, hamburan yang ditingkatkan harus disebutkan, karena ion Kr lebih berat dan lebih energik. Oleh karena itu, kebanyakan laser jenis ini berpendingin air, sedangkan laser ion argon berdaya rendah berpendingin udara.

Area penggunaan

Laser gas mulia ion adalah perangkat standar untuk radiasi kontinu yang terlihat dalam kisaran beberapa miliwatt hingga 50 watt. Laser argon dan kripton sangat penting di daerah spektrum merah dan biru-hijau. Laser ini digunakan di mana pun laser He-Ne dan He-Cd tidak cukup kuat. Penggunaannya sangat penting dalam perawatan mata untuk perawatan retina dan untuk tujuan medis lainnya. Aplikasi lain termasuk industri percetakan (untuk produksi display, video dan audio disc), printer laser berkecepatan tinggi, dan holografi. Sebagai hasil dari pencampuran argon dan kripton, diperoleh garis antara merah dan biru, yang dapat dicampur untuk mendapatkan warna putih: laser semacam itu sangat populer dalam menciptakan berbagai pertunjukan laser. Selain itu, laser ion argon digunakan untuk memompa laser pewarna dan sistem laser titanium-safir. Dalam hal ini, dengan penguncian mode yang sesuai, pulsa dalam rentang pico- dan femtosecond dapat dihasilkan. Laser yang dapat disetel secara kontinu (cw) juga dapat dipompa menggunakan laser argon.

Langkah maju alami dalam pengembangan laser gas adalah dimasukkannya jumlah media aktif, bersama dengan gas yang terdiri dari atom netral, juga gas terionisasi dan molekuler. Laser molekuler dibahas dalam bab berikutnya.

Bell adalah orang pertama yang melaporkan pencapaian penguat berdenyut dalam uap merkuri II pada panjang gelombang pada tahun 1964. Dalam spektroskopi, angka yang ditunjukkan oleh angka Romawi, jika dikurangi satu, berarti banyaknya ionisasi. Dengan demikian, simbol menunjukkan uap merkuri dalam keadaan atom yang tidak terionisasi, II - dalam keadaan ionisasi tunggal. Pada bulan April tahun yang sama, Bridges adalah kepadatan daya massal di semua mode pemancar, J- kerapatan arus debit.

Seiring dengan memompa tingkat atas, perawatan harus dilakukan untuk mengosongkan yang lebih rendah. Untuk ion argon, rasio masa pakai level kerja adalah 3p 4 4p dan 3p 4 4s tidak menguntungkan (tanpa faktor eksternal, tingkat yang lebih rendah lebih berumur panjang). Kehadiran radiasi UV dari tingkat yang lebih rendah dengan panjang gelombang sekitar 72 nm membantu. Peluruhan radiasi dari tingkat yang lebih rendah ini menyediakan kondisi yang diperlukan untuk inversi.

Radiasi dalam argon diperoleh pada 10 garis transisi antar keadaan 4p dan 4s, yang paling intens adalah garis 514,5 nm (hijau) dan 488,0 nm (biru). Efisiensi laser argon, dibatasi dari atas oleh batas kuantum ~ 7% (yang mengikuti dari diagram level), memiliki urutan besarnya yang sama dengan laser He-Ne (0,1 - 0,05)%. Dapat diperkirakan bahwa untuk setiap W daya keluaran tidak kurang dari 1 kW daya yang dikonsumsi (untuk laser domestik - tidak kurang dari 5 kW).

Untuk mendapatkan kerapatan arus yang tinggi, digunakan tabung berdiameter kecil. Debit dalam hal ini tidak murni bercahaya, di mana tingkat ionisasi sangat kecil, lebih dekat ke busur. Konsentrasi partikel aktif yang tinggi memungkinkan untuk memperoleh tingkat daya keluaran sekitar 1000 kali lebih tinggi daripada campuran He-Ne pada tekanan dan panjang media aktif yang sama.

Laser gas ionik dibuat hampir secara bersamaan di banyak laboratorium, baik di Uni Soviet maupun di AS, pada tahun 1963-64, sehingga sulit untuk menunjukkan pengembangan prioritas. Penting untuk dicatat bahwa penampilan mereka telah ditentukan sebelumnya oleh persyaratan objektif untuk mendapatkan radiasi koheren daya tinggi dalam rentang yang terlihat, apalagi, dalam mode kontinu.

Karena kepadatan arus yang tinggi dan efisiensi yang rendah, beban termal pada elemen aktif laser Ar + ternyata sangat tinggi. Oleh karena itu, para pengembang laser Ar+ harus menghadapi masalah teknis yang sangat serius. Suhu ion dalam pelepasan adalah ~ 3000 K (dapat diperkirakan dengan tingkat akurasi yang cukup dari lebar garis Doppler laser, yaitu ~ 3500 MHz). Ini berarti bahwa elektroda dan dinding dibombardir secara intens dengan ion berat dan mengalami erosi yang mengesankan selama operasi.

Tapi pemanasan dan erosi tidak semua masalah laser ion. Karena rapat arus yang tinggi, ion Ar + berdifusi secara intensif dari anoda ke katoda, yang menyebabkan munculnya gradien tekanan longitudinal, stratifikasi gas di kolom pelepasan, dan gangguan pelepasan secara umum. Jadi para pengembang laser argon pada awalnya tepat untuk mengambil alih kepala mereka dari banyaknya masalah teknologi.

Namun demikian, untuk penghargaan para insinyur dan desainer, solusi teknis yang sangat cerdik dan elegan ditemukan yang memungkinkan, jika tidak untuk dipecahkan, maka secara signifikan mengurangi masalah ini.

Oleh karena itu, kebutuhan akan pembuangan panas yang paling efisien membuatnya perlu sangat teliti dalam pemilihan bahan untuk tabung pelepasan gas. Bahan tahan panas tradisional - kuarsa leburan - tahan tidak lebih dari 500 jam operasi. Bahan keramik seperti keramik berilium (BeO) memberikan hasil yang jauh lebih baik. Elemen aktif dengan saluran pelepasan yang terbuat dari BeO memiliki masa pakai hingga 5 ribu jam, yang sebanding dengan laser neon-helium.

Tetapi masa pakai diperpanjang tidak hanya dengan pemilihan bahan. Untuk mengurangi jumlah tumbukan ion dengan dinding tabung, ia ditempatkan dalam medan magnet longitudinal - dalam koaksial solenoida dengan sumbu optik. Medan magnet yang kuat tidak hanya melindungi dinding tabung, tetapi juga meningkatkan efisiensi pemompaan, memaksa ion untuk bertumbukan lebih sering dan menjadi lebih bersemangat.

Catophoresis (difusi ion ke katoda) dikompensasikan dengan cara yang sama cerdiknya: tabung pelepasan gas dilengkapi dengan saluran bypass yang mengedarkan gas dan dengan demikian "menipu" difusi: ion-ion tersebut, seolah-olah, "diseret" keluar” dari bawah katoda dan mengalir ke daerah anoda. Benar, di sini kami segera mengalami masalah: selama penyalaan, lebih mudah untuk menyalakan pelepasan melalui saluran bypass, dan tidak di sepanjang celah kerja (diameter saluran bypass jauh lebih besar), yang, tentu saja, adalah tidak dapat diterima. Oleh karena itu, perlu dibuat saluran bypass dengan panjang yang jauh melebihi panjang saluran utama. Ini biasanya diimplementasikan dalam bentuk tabung kuarsa spiral yang mengelilingi celah pelepasan. Jadi, emitor laser argon, yang secara skematis ditunjukkan pada Gambar 8.8, memiliki desain yang agak rumit.

Laser Ar + gelombang kontinu yang paling banyak digunakan dengan daya keluaran dari 1 hingga 20 W (pada semua jalur dari 451,5 hingga 514,5 nm). "Pagar piket" garis (10) seperti itu tidak selalu nyaman, oleh karena itu, laser Ar + sering dilengkapi dengan elemen dispersif (prisma, kisi difraksi). Jika kita berbicara tentang rekor tingkat daya laser Ar +, maka dalam mode kontinu mereka dapat mencapai ratusan watt, tetapi monster seperti itu tidak digunakan dalam pengobatan.

Beban termal pada elemen aktif dapat dikurangi secara signifikan dalam mode berdenyut, hingga penolakan pendinginan air. Laser semacam itu tidak diragukan lagi menarik untuk pengobatan (lebih lanjut tentang ini di Bagian 4). Namun, dalam mode berdenyut untuk laser argon, laser solid-state yang beroperasi pada harmonik kedua, serta laser serat, secara signifikan mengungguli keduanya dalam hal sebagian besar karakteristik operasional, berada dalam persaingan yang kuat.

SASTRA untuk kuliah 8.

1. N.V. Karlov. "Kuliah tentang Elektronika Quantum".

2. W. Bennett. Laser gas (ulasan).

3. O.Zvelto. "Prinsip Laser".

4. V.S. Letokhov, V.P. Chebotaev. Spektroskopi laser nonlinier resolusi ultratinggi.― Moskow, 1990, 512 hal.

5. V.E. Privalov // Lazer-Inform, 2006, No. 19-20, hal.5.

6.P.S. Krylov, V.E. Privalov // Surat untuk ZhTF, 2005, 31 , tidak. 5, halaman 7.

7. Raiser Yu.P. // Jurnal pendidikan Soros, 1997, N o 8, hal. 99-104.

Laser Ionik (W. Bridges, AS, 1964). Dalam laser ion, inversi populasi dibuat antara tingkat energi elektronik atom gas langka terionisasi dan uap logam. Pembalikan populasi dicapai dengan memilih sepasang level di mana level laser yang lebih rendah memiliki lebih pendek, dan yang atas memiliki waktu hidup yang lebih lama. Kebutuhan untuk membuat sejumlah besar ion mengarah pada fakta bahwa kerapatan arus pelepasan gas dalam laser ion mencapai puluhan ribu A / cm2. Pelepasan listrik dilakukan dalam kapiler tipis dengan diameter hingga 5 mm. Pada rapat arus tinggi, gas terbawa arus dari anoda ke katoda. Untuk mengimbangi efek ini, daerah anoda dan katoda dari tabung pelepasan dihubungkan oleh tabung panjang tambahan berdiameter kecil, yang menyediakan gerakan gas terbalik.

Karena kepadatan arus yang tinggi, struktur logam-keramik atau tabung keramik berilium dengan konduktivitas termal yang tinggi digunakan untuk pembuatan tabung pelepasan gas dari laser ion. Efisiensi laser ion tidak melebihi 0,01%. Di wilayah cahaya tampak, laser argon memiliki daya yang relatif tinggi dalam mode kontinu. Laser ion argon menghasilkan radiasi dengan l = 0,5145 m (sinar hijau) dengan daya hingga beberapa puluh watt. Ini digunakan dalam teknologi pemrosesan bahan padat, dalam penelitian fisik, dalam jalur komunikasi optik, di lokasi optik satelit bumi buatan.

Laser ion berdasarkan campuran ion argon dan kripton memiliki kemampuan untuk menyesuaikan panjang gelombang (dengan mengubah cermin) di seluruh rentang yang terlihat. Ini memancarkan daya hingga 0,1 W pada 0,4880 mikron (biru), 0,5145 mikron (hijau), 0,5682 mikron (kuning) dan 0,6471 mikron (merah).

Laser uap kadmium yang sangat menjanjikan yang beroperasi dalam mode kontinu di daerah spektral biru (0,4416 m) dan ultraviolet (0,3250 m) dan menunjukkan monokromatisitas tinggi. Uap Cd terbentuk di evaporator yang terletak di dekat anoda (gbr. 6)... Mereka sangat encer dengan Dia. Distribusi Cd yang seragam dalam tabung pelepasan gas dan pemilihan konsentrasinya dicapai dengan masuknya uap Cd oleh ion He dari anoda ke katoda. Massa jenis uap Cd ditentukan oleh suhu pemanas. Dalam pendingin, Cd mengembun di dekat katoda. Sebuah tabung dengan diameter 2,5 mm dan panjang 140 cm pada tekanan He 4,5 mm Hg. Seni., suhu pemanas 250 ° C, arus pelepasan 0,12 A dan tegangan 4 kV memungkinkan Anda memperoleh daya 0,1 W dalam warna biru dan 0,004 W di daerah spektrum ultraviolet. Laser kadmium digunakan dalam penelitian optik (lihat. Optik nonlinier), oseanografi, serta fotobiologi dan fotokimia.

Laser dinamis gas (V.K.Konyukhov dan A.M. Prokhorov, USSR, 1966). Ciri khas gas adalah kemampuan untuk menciptakan aliran massa gas yang cepat. Jika gas yang sangat dipanaskan sebelumnya tiba-tiba mengembang, misalnya ketika mengalir dengan kecepatan supersonik melalui nosel, maka suhunya turun tajam. Dengan penurunan suhu gas molekuler secara tiba-tiba, tingkat energi vibrasi molekul dapat menjadi tereksitasi (eksitasi dinamis gas). Ada laser CO2 dengan eksitasi gas-dinamis. Dengan eksitasi gas-dinamis, energi panas langsung diubah menjadi energi radiasi elektromagnetik. Kekuatan radiasi laser dinamis gas terus menerus mencapai 100 kW.