İyon lazerleri, iyonik argon lazerleri, iyonik kripton lazerleri. Lazer Vario Racurs. Kısa Dalga Bölgesi için OCG Lazer Seçimi İçin Bazı Öneriler

İyon lazerler söz konusu olduğunda, atomik gazlara sahip lazerlere yakın gaz deşarj sistemlerinden bahsediyoruz. Bir iyon, bir veya daha fazla elektronun genellikle dış yörüngelerinden serbest bırakıldığı bir atomdur. Bu nedenle iyon pozitif yüklüdür ve bu yük bir veya daha fazla temel yüke karşılık gelir. Kalan elektronlar, bir atomda olduğu gibi uyarılabilir ve temel duruma veya diğer uyarılmış durumlara geçişte radyasyon üretebilir. Burada atomlarda olduğu gibi tamamen aynı lazer geçişleri mümkündür. Her atoma birkaç iyon ait olduğu için, onların varlığından dolayı birçok ek lazer çizgisi ortaya çıkar.

Elektronlar, uyarılmış atomlar veya diğer iyonlar atomlarla çarpışarak atomların "iyonize" olmasına neden olarak her gaz deşarjında ​​iyonlar oluşur. Ek olarak, bir gaz deşarjında, elektronlar veya diğer parçacıklarla çeşitli çarpışma süreçleri nedeniyle iyonlar uyarılır, böylece gaz deşarjları atomik geçişlerle birlikte iyonlardaki elektronik geçişler yoluyla radyasyon da üretir.

İyonlar sadece elektriksel boşalmalar sonucu değil, lazer radyasyonu ile başlatılan plazmalarda da oluşabilir. Bu amaçla, darbeli yüksek güçlü bir lazerin ışını, buharlaşmaya başlayan sabit bir hedefe yönlendirilir. Verilen enerjinin yüksek yoğunluğuna bağlı olarak elektronlar ve iyonlar oluşur ve çok yüksek derecede iyonlaşma sağlanır, yani birçok elektron atomlardan ayrılır. Bu iyonlar kısa dalga boylu ışık yayar ve X-ışını lazerleri yapmak için uygundur.

İyonlar, katılarda kristal kafes modülleri veya safsızlık merkezleri olarak adlandırılan formlarda da mevcut olabilir. Gaz deşarjlarındaki ve diğer plazmalardaki iyonlar, yine atom oluşumuna yol açan elektronlarla rekombinasyon ile karakterize edilirken, sabit bir şekle bile sahiptirler. Bu tür kirlilik iyonları, en önemli katı hal lazer türlerinin geliştirilmesinin temelidir.

1.1 Kısa dalga boyları için lazerler

Bir iyonun en uç ("yayan") elektronunun enerji durumları En, yaklaşık olarak hidrojene yakın bir model örneği ile tanımlanabilir, buna göre bir atom çekirdeğinin yükü eksi iç elektronların yükünü verir ( yük) atom numarası Z. Bu basitleştirilmiş modele göre, bir optik elektron bir nokta yük alanında hareket eder, böylece enerji durumları - Bohr'un hidrojen atomu teorisine göre - şu şekilde ifade edilir:

En = - (13.6 eV) Z2 / n2, (1)

nerede n asal kuantum sayısı veya sırasıyla yörünge numarasıdır.

Denklem (1) ve Şekil. 1 iyonların elektron enerjisinin (Z> 2) atomların elektron enerjisini (Z = 1) aştığını göstermektedir. Bunun nedeni, atom çekirdeğinin daha yüksek etkin yükü nedeniyle iyondaki optik elektronun atomdakinden daha güçlü bağlanmasıdır. Denklem (1) yalnızca H (hidrojen atomu, Z = 1), He + (pozitif tek yüklü helyum iyonu, Z = 2), L ++ (çift yüklü lityum iyonu, Z = 3) ve diğer tam olarak doğru kabul edilebilir. iyonize atomlar... Ancak diğer iyonlar söz konusu olduğunda, ortalama olarak elektron enerjisinin iyonlaşma derecesi ile arttığı gözlemlenebilir.

Pirinç. 1. Bir hidrojen atomunda (H) ve bir helyum atomunda (He +) bir elektronun enerji durumları

Lazer radyasyonu üretimi, genellikle atomların ve iyonların uyarılmış durumları arasında meydana gelir, çünkü temel duruma göre ters çevirme ancak büyük zorluklarla oluşturulur. Hidrojen atomundaki uyarılmış durumlar arasındaki geçişler, ağırlıklı olarak spektrumun görünür ve kızılötesi bölgelerinde dalga boyları verir. Aynı şey daha karmaşık nötr atomlar için de geçerlidir. Bununla karşılaştırıldığında, Şekil 2'de görülebileceği gibi, uyarılmış iyon durumlarındaki geçişler yoluyla kısa dalga, ultraviyole radyasyon üretimi mümkündür. 1 helyum için. Daha yüksek iyonizasyon derecesine sahip atomlarla, denklem (1)'e göre daha da kısa dalgalar elde etmek mümkündür. Yukarıdakilere ek olarak, helyum atomu ve He ++ iyonunun lazer radyasyonu oluşturmak için hala çok uygun olmadığı ve burada yalnızca atomların radyasyonunun spektral özelliklerini dikkate almanın en basit örnekleri olarak sunuldukları ve iyonlar.

İyon lazerlerle (atomik lazerlere kıyasla) kısa dalga boylu bölgelerin daha başarılı bir şekilde üretilmesi, iyonik argon ve helyum-neon lazerlerinin paralel olarak ele alınmasında da açıkça kendini gösterir. Bu atomik lazer kırmızı ve yeşil çizgiler üretirken argon iyon lazer yeşil, mavi ve ultraviyole çizgiler üretir.

Sonuç olarak, bir iyonun ortalama olarak bir atomdan daha kısa dalga boyları yaydığı söylenebilir. Bir atomdan daha kısa uzunlukta dalgalar üretmenin bir başka yolu da moleküllerin kullanılmasıdır. Gerçek şu ki, moleküller atomlarla aynı elektron enerjisine sahiptir, ancak titreşimlerin bir sonucu olarak, eksimerlerde olduğu gibi temel durum bölünür ve hatta kararsız hale gelir. Ve sonra Lyman serisinin hidrojen atomundaki geçiş enerjisine yaklaşık olarak karşılık gelen yüksek enerjili lazer geçişleri mümkündür.

1.2 İyon soy gaz lazerleri

İyonize asal gazlar Ne, Ar, Kr ve Xe'nin yardımıyla, 175 ila 1100 nm spektral aralığında 250'den fazla hat üzerinde gaz deşarjlarında lazer radyasyonu üretilir. Bu durumda, kural olarak, iyonlaşma durumu ne kadar yüksek olursa, dalga boyları o kadar kısa olur ve foton enerjisi o kadar yüksek olur, çünkü optik elektronların daha güçlü bir şekilde birleşmesi not edilir (bkz. Bölüm 1.1). Bazı lazer çizgileri, bazen iyonize olarak çoğalan inert gazlardaki geçişlerden kaynaklanır. Gerekli iyon yoğunluğuna sahip bu kadar yüksek bir iyonizasyon durumu, yalnızca darbeli modda mümkündür.

Tek ve çift iyonize edilmiş inert gazlardaki cw lazerler (cw) özellikle önemlidir. Bu tipin ana temsilcisi, özel versiyonlarda spektrumun mavi-yeşil bölgesinde 100 W'ın üzerinde ve yakın ultraviyole bölgesinde 60 W'a kadar güç üretebilen argon iyon lazeridir. En popüler ticari lazerlerden biridir. Birkaç watt'lık sürekli (cw) güce sahip bir kripton lazeri, spektrumu neredeyse kızılötesine genişletir. Cw iyon lazerlerinin en yoğun çizgileri Şek. 2

Argon iyon lazerleri

Üst lazer seviyeleri için üretim sürecinin şematik bir diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 3 örnek olarak argon kullanarak. Elektronların çarpışması sonucunda bir argon atomu iyonize olur. Ayrıca, ikinci türden bir çarpışmadan sonra, bir argon iyonu üst lazer seviyesine uyarılır. Diğer uyarma mekanizmaları, popülasyonun daha yüksek seviyelerin radyasyonunun bozunması nedeniyle yaratılması gerçeğinden oluşur veya elektron çarpışma uyarımı, argon iyonunun daha derin yarı kararlı durumlarından kaynaklanır. Her üç işlemin de üst lazer seviyesinin popülasyonuna önemli bir katkı sağladığı varsayılır ve örneğin, daha yüksek seviyelerden kademeli geçişlerin oranı %25 ila %50 arasındadır.

Pirinç. 3. Bir argon lazeri için enerji seviyeleri ve pompalama süreci. (ArII, Ar + iyonunun spektroskopik tanımıdır)

Şekilden görüldüğü gibi. Şekil 3'te, 35.7 eV'lik üst 4p lazer seviyesi, argon atomunun temel durumunun üzerinde yer alır ve 20> B, argon iyonunun üzerinde bulunur. Bu nedenle, uyarım yalnızca %10 düzeyinde düşük bir kuantum verimliliğine sahip yüksek enerjili elektronlar tarafından kolaylaştırılabilir. Bu veriler, deşarjda yeniden uyarılabileceğinden, argon iyonunun temel durumuna atıfta bulunur. Alt 4y lazer seviyesi, ömrü 1 ns olan bir ışınım geçişinin (72 nm) bir sonucu olarak hızla tükenir. Karşılaştırıldığında, üst 4p durumundaki yaşam süresi 10 ns daha uzundur. Alt lazer seviyesindeki kısa ömür, çok küçük bir popülasyon sağlar, bunun bir sonucu olarak, üst lazer seviyesinin nispeten zayıf uyarılmasına rağmen inversiyon meydana gelebilir.

4p ve 4S durumları bölündüğü için farklı yoğunluklarda çok sayıda lazer geçişi oluşur. İncirde. Şekil 4, en yoğun olanı 488.0 nm (mavi) ve 514.5 nm (yeşil) dalga boyu aralığında olan 10 lazer çizgisini göstermektedir. Ticari lazerlerde bu hatların gücü 10 watt'tan fazladır (bkz. Tablo 1).

Pirinç. 4.4p-> 4s - bir argon lazerinin geçişleri

İki aşamalı elektron çarpışma uyarısı nedeniyle, argon lazerin gücü neredeyse kuadratik olarak akıma göre artar. Yüksek güçlü bir argon lazeri için, gerekli iyonizasyon ve uyarma nedeniyle, küçük kesitlerde büyük akımlar gerekir. Tabii ki, bu çok daha ciddi - helyum-neon lazerlere kıyasla - teknolojik maliyetler gerektirecektir.

Akım yoğunluğunun daha da artmasıyla argon iki kez iyonlaştırılabilir. Bu 43 eV'lik bir enerji gerektirir. Ar2 + temel durumunun yaklaşık 25-30 eV üzerinde, 334, 351 ve 364 nm'de ultraviyole radyasyon üreten başka lazer seviyeleri vardır. Özel tasarımlı lazerler için güç birkaç watt olabilir. Bu tür ultraviyole argon lazerleri, özel optiklerin yanı sıra daha yüksek akım yoğunlukları ve güçlü manyetik alanlar gerektirdiğinden oldukça pahalıdır.

Tablo 1. Farklı emisyon hatlarında 20 W bir iyonik argon lazerin gücü

yapıcı yürütme

Deşarjdaki Ar + hatlarının etkin şekilde uyarılması için 10 14 cm -3 elektron yoğunluğu gerekir. Bu değer, düşük basınçlı ark deşarjlarında 10 3 A · cm 2'ye kadar akım yoğunluğunda elde edilir. Deşarj boyunca alan gücü yaklaşık 4 V cm -1'dir. Nötr gazın sıcaklığı 5 · 10 3 K'ye ulaşabilir. Yüksek güç yoğunlukları, lazer tüplerinin tasarımında önemli teknik maliyetler gerektirir. Çoğu durumda, örneğin, neredeyse alüminyum gibi yüksek ısı iletkenliğine sahip bir madde olan BeO'dan yapılmış su soğutmalı seramik bir tüpten bahsediyoruz. Diğer versiyonlarda deşarj, bakır tutucular aracılığıyla boruya ısı ileten deliklerle donatılmış tungsten diskler aracılığıyla gerçekleştirilir (Şekil 5). Günümüzde çoğu durumda kullanılan BeO tüpleridir. BeO tozu oldukça toksik olduğundan, bu tür tüplerin imhası, uzman kuruluşların katılımıyla azami özeni gerektirir.

Pirinç. 5. Argon iyon lazer için gaz deşarj tüpü

Yüksek yoğunluklarından dolayı elektronlar radyal olarak dışa doğru sıkıştırılır ve bu da akım yoğunluğunun azalmasına neden olur. Bu etki, lazer tüpünün etrafındaki uzun bir bobin tarafından oluşturulan harici manyetik alan tarafından telafi edilir. Elektronlar, eksene dik olarak yönlendirilen Lorentz kuvvetinden ve hareketin radyal bileşeninden etkilenir. Sonuç olarak, radyal yönden hareket dairesel veya spiral bir yörüngeye yönlendirilir ve deşarj sadece eksen üzerinde yoğunlaşır. Bu, plazmanın lazer tüpünün malzemeleri üzerindeki etkisini yumuşatır ve tüpün ömrünü büyük ölçüde uzatır. Ek olarak, pompalama hızı ve lazerin verimliliği artar. Doğrudan ısıtılan yedek katotlardan yüksek akımlar alınır ve kumdan soğutulan yapısal elemanlar anot görevi görebilir.

Deşarjda yüksek akımların varlığında, impulslar elektronlardan gaza aktarılır ve gaz katoda doğru sürüklenir. Tüp boyunca ortaya çıkan basınç gradyanlarını eşitlemek için bakır disklerde özel delikler açılmıştır. İyon lazerindeki gaz tükenir, çünkü deşarj iyonları doğrudan duvara doğru iter. Ticari lazerlerde bu gaz kaybı, bağlı bir rezervuardan otomatik olarak telafi edilir. Gaz basıncı 1 - 100 Pa düzeyindedir ve diğer birçok lazer türünden farklı olarak gaz karışımı değil saf argon kullanır.

Bir helyum-neon lazerin aksine, koruma etkileri popülasyon ters çevirme oluşturmada bir rol oynamaz ve burada geniş çaplı bir lazer tüpü mümkündür. 50 cm uzunluğunda 488 nm hattı için kazanç yaklaşık olarak: G = 1.35. Kirişin kalitesi dikkate alınarak çapı 1,5 ila 2 mm ile sınırlıdır. Buradaki verimlilik genellikle 10 -3'ten azdır

Geniş bir aralıkta yansımaya sahip lazer aynaların kullanılması nedeniyle, farklı hatlarda aynı anda radyasyon elde edilir. Bireysel dalga boylarını seçmek için bir lazer boşluğundaki bir Brewster prizması kullanılır. Böyle bir prizma ile yansıma kaybını önlemek için ışınlar prizmatik yüzeylere Brewster açısında düşer (bu tam polarizasyon açısıdır). Prizmanın diğer tarafı, birinci yüzeyde kırılan lazer ışınına dik olarak yönlendirilir. Dikey arka yüzey, yüksek bir ayna kaplamasına sahiptir. Dalga boyuna bağlı olarak, ilk yüzeyde ışının farklı bir sapması vardır. Prizmayı döndürerek farklı çizgiler ayarlanabilir. Dalga boyu seçimi olan ve olmayan ticari bir 20 W lazer için tipik güçler Tablo 1'de gösterilmiştir. Boşaltma bölgesindeki yüksek sıcaklık nedeniyle, hat genişliği - Doppler genişlemesi nedeniyle - 6 GHz'e kadardır. Frekans seçici elemanlar olmadan, tutarlılık uzunluğu santimetre aralığındadır. Holografi alanındaki uygulamalar için bu değer kavite içi standart dikkate alınarak artırılır. Bu durumda bant genişliği 5 MHz'e düşürülebilir. Hemen hemen tüm ticari soy gaz lazerleri, temel TEM 00 modunda üretilir. Tüp üzerindeki yüksek akımlardan kaynaklanan önemli yüke rağmen, hizmet ömrü binlerce çalışma saatine ulaşır.

İyonik kripton lazerler

Kripton lazerler için bir deşarj tüpü, tasarım olarak bir argon lazer tüpüne çok benzer. Ancak burada çalışma sırasında gaz bir argon lazerinden daha hızlı tükendiğinden, daha büyük bir gaz deposuyla ilgilenmeniz gerekecektir. En güçlü kripton lazer hattı, birkaç watt gücünde 647 nm'de (kırmızı) bulunur. Diğer hatların yoğunluğu büyük ölçüde basınca bağlıdır. Bu nedenle tek hat seçimi yapabilen lazerler aktif basınç kontrolüne sahiptir. Kr + lazer çizgileri 337 ile 799 nm arasındadır (Şekil 2). Bir kripton iyon lazerinin orta düzeyde verimliliği, aynı güce sahip bir argon lazerinden daha yüksek bir akım yoğunluğu gerektirir. Ek olarak, Kr iyonları daha ağır ve daha enerjik olduğundan saçılmanın arttığından bahsetmek gerekir. Bu nedenle, bu tipteki lazerlerin çoğu su soğutmalı iken, daha düşük güçlü argon iyon lazerleri hava soğutmalıdır.

Kullanım alanları

İyon soy gaz lazerleri, birkaç miliwatt ila 50 watt aralığında görünür sürekli radyasyon için standart cihazlardır. Argon ve kripton lazerleri, spektrumun kırmızı ve mavi-yeşil bölgelerinde özellikle önemlidir. Bu lazerler, He-Ne ve He-Cd lazerlerin yeterince güçlü olmadığı her yerde kullanılır. Kullanımları özellikle gözlerin tedavisinde retina tedavisi ve diğer tıbbi amaçlar için önemlidir. Diğer uygulamalar arasında baskı endüstrisi (ekran, video ve ses diski üretimi için), yüksek hızlı lazer yazıcılar ve holografi yer alır. Argon ve kriptonun karıştırılmasının bir sonucu olarak, beyaz elde etmek için karıştırılabilen kırmızı ve mavi arasında çizgiler elde edilir: bu tür lazerler, çeşitli lazer gösterileri oluşturmada çok popülerdir. Ayrıca, argon iyon lazeri, boya lazerlerini ve titanyum-safir lazer sistemlerini pompalamak için kullanılır. Bu durumda, uygun mod kilitleme ile piko ve femtosaniye aralıklarında darbeler oluşturulabilir. Sürekli ayarlanabilen (cw) lazerler de argon lazerleri kullanılarak pompalamaya tabidir.

Gaz lazerlerinin geliştirilmesinde ileriye doğru atılan doğal bir adım, nötr atomlardan, ayrıca iyonize ve moleküler gazlardan oluşan gazların yanı sıra aktif ortamların sayısına dahil edilmesiydi. Moleküler lazerler bir sonraki bölümde tartışılacaktır.

Bell, 1964'te bir dalga boyunda cıva II buharında darbeli lazerin başarısını bildiren ilk kişiydi. Spektroskopide, Romen rakamı ile gösterilen sayı, bire indirgenirse, iyonlaşmanın çokluğu anlamına gelir. Bu nedenle, sembol atomik iyonize olmayan durumda cıva buharını, II - tek iyonlaşma durumunda gösterir. Aynı yılın Nisan ayında, Köprüler, tüm yayma modlarında toplu güç yoğunluğudur, J- deşarj akımının yoğunluğu.

Üst seviyeyi pompalarken alt seviyeyi boşaltmaya özen gösterilmelidir. Argon iyonları için, çalışma seviyelerinin ömürlerinin oranı 3p 4 4p ve 3p 4 4s olumsuz (dış faktörler olmadan, alt seviye daha uzun ömürlüdür). Yaklaşık 72 nm dalga boyuna sahip alt seviyeden UV radyasyonunun varlığı yardımcı olur. Alt seviyenin bu ışınımsal bozunması, tersine çevirme için gerekli koşulları sağlar.

Argonda radyasyon, durumlar arasındaki 10 geçiş hattında elde edildi 4p ve 4s, en yoğunları 514.5 nm (yeşil) ve 488.0 nm (mavi) çizgilerdir. Yukarıdan ~ %7'lik bir kuantum sınırıyla (seviye diyagramından izlenir) sınırlanan bir argon lazerin verimliliği, bir He-Ne lazeri (0.1 - 0.05) ile aynı büyüklük mertebesindedir. Her bir W çıkış gücü için 1 kW'dan az tüketilen güç olmadığı tahmin edilebilir (yerli lazerler için - 5 kW'dan az değil).

Yüksek akım yoğunluğu elde etmek için küçük çaplı tüpler kullanılır. Bu durumda deşarj, iyonlaşma derecesinin çok küçük olduğu yerlerde tamamen parlamaz, yaya daha yakındır. Aktif partiküllerin yüksek konsantrasyonu, aktif ortamın aynı basınç ve uzunluklarında bir He-Ne karışımından yaklaşık 1000 kat daha yüksek çıkış gücü seviyeleri elde etmeyi mümkün kılar.

İyonik gaz lazerleri, 1963-64 yıllarında hem SSCB'de hem de ABD'de birçok laboratuvarda neredeyse aynı anda oluşturuldu, bu nedenle öncelikli bir gelişme belirtmek zor. Görünümlerinin, görünür aralıkta ve sürekli bir modda yüksek güçlü tutarlı radyasyon elde etmek için nesnel gereksinimler tarafından önceden belirlendiğini belirtmek önemlidir.

Yüksek akım yoğunlukları ve düşük verim nedeniyle, Ar + lazerin aktif elemanı üzerindeki termal yükün çok yüksek olduğu ortaya çıkıyor. Bu nedenle Ar+ lazer geliştiricileri çok ciddi teknik sorunlarla karşı karşıya kalmaktadır. Deşarjdaki iyon sıcaklığı ~ 3000 K'dir (~ 3500 MHz olan Doppler lazer çizgi genişliğinden yeterli bir doğruluk derecesi ile tahmin edilebilir). Bu, elektrotların ve duvarların ağır iyonlarla yoğun bir şekilde bombardımana uğradığı ve çalışma sırasında etkileyici erozyona uğradığı anlamına gelir.

Ancak iyon lazerlerinin tüm sorunları ısınma ve erozyon değildir. Yüksek akım yoğunluğu nedeniyle, Ar + iyonları anottan katoda yoğun bir şekilde yayılır, bu da boyuna basınç gradyanlarının ortaya çıkmasına, deşarj kolonunda gaz tabakalaşmasına ve genel olarak deşarjın bozulmasına neden olur. Bu nedenle, argon lazerlerinin geliştiricileri, teknolojik problemlerin bolluğundan başlarını almakta ilk başta haklıydılar.

Yine de, mühendislerin ve tasarımcıların takdirine bağlı olarak, bu sorunları çözmeyi olmasa da önemli ölçüde azaltmayı mümkün kılan çok ustaca ve zarif teknik çözümler bulundu.

Bu nedenle, en verimli ısı giderme ihtiyacı, gaz tahliye boruları için malzeme seçiminde çok titiz olmayı gerekli kılmıştır. Geleneksel ısıya dayanıklı malzeme - kaynaşmış kuvars - 500 saatten fazla çalışmaya dayanamaz. Berilyum seramikler (BeO) gibi seramik malzemeler önemli ölçüde daha iyi sonuçlar sağlar. BeO'dan yapılmış deşarj kanallarına sahip aktif elemanlar, neon helyum lazerleriyle karşılaştırılabilir olan 5 bin saate kadar hizmet ömrüne sahiptir.

Ancak hizmet ömrü sadece malzeme seçimi ile uzatılmaz. İyonların tüpün duvarlarıyla çarpışma sayısını azaltmak için, uzunlamasına bir manyetik alana - optik eksenle eş eksenli bir solenoid içine yerleştirilir. Güçlü manyetik alan sadece boru duvarlarını korumakla kalmaz, aynı zamanda pompalama verimliliğini de artırarak iyonları daha sık çarpışmaya ve daha iyi uyarılmaya zorlar.

Katoforez (iyonların katoda difüzyonu) eşit derecede ustaca bir şekilde telafi edilir: gaz boşaltma tüpü, gazı dolaştıran ve böylece difüzyonu "aldatan" bir baypas kanalı ile donatılmıştır: iyonlar alttan "sürüklenmiş" gibi görünmektedir. katot ve anot bölgesine akar. Doğru, burada hemen belaya girmek zorunda kaldım: ateşleme sırasında, elbette, çalışma boşluğu boyunca (baypas kanalının çapı çok daha büyük) değil, baypas kanalından deşarjı ateşlemek daha kolaydır. kabul edilemez. Bu nedenle, ana kanalın uzunluğunu önemli ölçüde aşan bir uzunluğa sahip bir baypas kanalı yapmak gerekir. Bu genellikle boşaltma boşluğunu çevreleyen bir spiral kuvars tüp şeklinde uygulanır. Bu nedenle, Şekil 8.8'de şematik olarak gösterilen bir argon lazer yayıcısı oldukça karmaşık bir tasarıma sahiptir.

1 ila 20 W çıkış gücüne sahip en yaygın kullanılan sürekli dalga Ar + lazerler (451.5 ila 514.5 nm arasındaki tüm hatlarda). Çizgilerin (10) böyle bir "dar çiti" her zaman uygun değildir, bu nedenle Ar + lazerleri genellikle dağıtıcı elemanlarla (prizmalar, kırınım ızgaraları) donatılmıştır. Ar + lazerlerin rekor güç seviyeleri hakkında konuşursak, sürekli modda yüzlerce watt'a ulaşabilirler, ancak bu tür canavarlar tıpta kullanılmaz.

Aktif eleman üzerindeki termal yük, su soğutmanın reddedilmesine kadar darbeli modda önemli ölçüde azaltılabilir. Bu tür lazerler tıp için kuşkusuz ilgi çekicidir (bununla ilgili daha fazla bilgi Bölüm 4'te verilmiştir). Bununla birlikte, argon lazerleri için darbeli modda, ikinci harmonikte çalışan katı hal lazerleri ve ayrıca fiber lazerler, her iki operasyonel özellik açısından da önemli ölçüde daha iyi performans gösterir, güçlü rekabet içindedir.

8. ders için EDEBİYAT.

1. N.V. Karlov. "Kuantum Elektroniği Dersleri".

2. W. Bennett. Gaz lazerleri (inceleme).

3. O. Zvelto. "Lazerlerin ilkeleri".

4. V.S. Letokhov, V.P. Chebotaev. Süper yüksek çözünürlüklü doğrusal olmayan lazer spektroskopisi.M., 1990, 512 s.

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

6.P.S. Krylov, V.E. Privalov // ZhTF'ye Mektuplar, 2005, 31 , numara. 5, sayfa 7.

7. Raizer Yu.P. // Soros eğitim dergisi, 1997, Sayı 8, s. 99-104.

İyonik Lazerler (W. Bridges, ABD, 1964). İyon lazerlerde, iyonize nadir gaz atomlarının ve metal buharlarının elektronik enerji seviyeleri arasında popülasyon inversiyonu oluşturulur. Popülasyon ters çevirme, alt lazer seviyesinin daha kısa olduğu ve üst lazer seviyesinin daha uzun ömürlü olduğu bir seviye çifti seçilerek elde edilir. Çok sayıda iyon oluşturma ihtiyacı, iyon lazerlerde gaz deşarjının akım yoğunluğunun onbinlerce A/cm2'ye ulaşmasına neden olur.Elektrik deşarjı 5 mm çapa kadar ince kılcal damarlarda gerçekleştirilir. Yüksek akım yoğunluklarında gaz, akım tarafından anottan katoda taşınır. Bu etkiyi telafi etmek için, deşarj tüpünün anot ve katot bölgeleri, ters gaz hareketi sağlayan küçük çaplı ek bir uzun tüp ile bağlanır.

Yüksek akım yoğunluğu nedeniyle, iyon lazerlerinin gaz deşarj tüplerinin imalatı için metal-seramik yapılar veya yüksek termal iletkenliğe sahip berilyum seramik tüpler kullanılır. İyon lazerlerin verimi %0.01'i geçmez. Görünür ışık bölgesinde, argon lazerleri sürekli modda nispeten yüksek bir güce sahiptir. Bir argon iyon lazeri, onlarca watt'a kadar güçte l = 0,5145 mikron (yeşil ışın) ile radyasyon üretir. Katı malzemelerin işlenmesi teknolojisinde, fiziksel araştırmalarda, optik iletişim hatlarında, yapay dünya uydularının optik konumlarında kullanılır.

Argon ve kripton iyonlarının bir karışımına dayanan bir iyon lazeri, tüm görünür aralıkta dalga boyunu (aynaları değiştirerek) ayarlama yeteneğine sahiptir. 0,4880 mikronda (mavi), 0,5145 mikronda (yeşil), 0,5682 mikronda (sarı) ve 0,6471 mikronda (kırmızı) 0,1 W'a kadar güç yayar.

Mavi (0.4416 µm) ve ultraviyole (0.3250 µm) spektral bölgelerde sürekli modda çalışan ve yüksek tek renklilik sergileyen çok umut verici bir kadmiyum buhar lazeri. Anot yakınında bulunan bir buharlaştırıcıda Cd buharları oluşur. (şek. 6)... He ile çok sulandırılmışlardır. Gaz deşarj tüpünde Cd'nin düzgün dağılımı ve konsantrasyonunun seçimi, anottan katoda He iyonları tarafından Cd buharlarının sürüklenmesiyle sağlanır. Cd buharının yoğunluğu ısıtıcının sıcaklığı ile belirlenir. Katot yakınındaki soğutucuda Cd yoğunlaşır. 4.5 mm Hg He basıncında 2,5 mm çapında ve 140 cm uzunluğunda bir tüp. Art., 250 ° C'lik bir ısıtıcı sıcaklığı, 0.12 A'lik bir deşarj akımı ve 4 kV'luk bir voltaj, spektrumun mavi bölgesinde 0.1 W ve ultraviyole bölgelerinde 0.004 W güç elde edilmesini sağlar. Kadmiyum lazer optik araştırmalarda (bkz. Doğrusal olmayan optik), oşinografide ve ayrıca fotobiyoloji ve fotokimyada kullanılır.

Gaz dinamik lazerler (V.K.Konyukhov ve A.M. Prokhorov, SSCB, 1966). Gazların karakteristik bir özelliği, gaz kütlelerinin hızlı akışlarını yaratma yeteneğidir. Önceden yüksek derecede ısıtılmış bir gaz, örneğin bir memeden süpersonik hızda akarken aniden genişlerse, sıcaklığı keskin bir şekilde düşer. Moleküler bir gazın sıcaklığındaki ani bir düşüşle, moleküllerin titreşim enerji seviyeleri uyarılabilir (gaz-dinamik uyarım). Gaz dinamik uyarılı bir CO2 lazeri vardır. Gaz dinamik uyarma ile termal enerji doğrudan elektromanyetik radyasyon enerjisine dönüştürülür. Sürekli gaz dinamik lazerlerin radyasyon gücü 100 kW'a ulaşır.