Ионный лазер — это газовый лазер , в котором в качестве лазерной среды используется ионизированный газ. [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 энергетических уровней, которые способствуют лазерному действию, происходят от ионов . Из-за большого количества энергии, необходимой для возбуждения ионных переходов, используемых в ионных лазерах, требуемый ток гораздо больше, и в результате почти все, за исключением самых маленьких ионных лазеров, имеют водяное охлаждение . Небольшой ионный лазер с воздушным охлаждением может производить, например, 130 милливатт выходного света при токе трубки около 10 ампер и напряжении 105 вольт. Поскольку один ампер, умноженный на один вольт, равен одному ватту, это потребляемая электрическая мощность около одного киловатта. Если вычесть (желательную) светоотдачу в 130 мВт из потребляемой мощности, получится большое количество отходящего тепла, составляющее почти один кВт. Он должен рассеиваться системой охлаждения. Другими словами, энергоэффективность очень низкая.
Криптоновый лазер — это ионный лазер, использующий ионы благородного газа криптона в качестве усиливающей среды . Накачка лазера осуществляется электрическим разрядом . Криптоновые лазеры широко используются в научных исследованиях, а также в коммерческих целях: когда криптон смешивается 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 различными длинами волн, обычно 406,7, 413,1, 415,4, 468,0, 476,2, 482,5, 520,8, 530,9, 568,2, 647,1 и 676,4 нм.
Аргоно-ионный лазер был изобретен в 1964 году Уильямом Бриджесом из Hughes Aircraft Company [2] и относится к семейству ионных лазеров, в которых в качестве активной среды используется благородный газ .
Аргоно-ионные лазеры используются для фототерапии сетчатки (для лечения диабета ), литографии и накачки других лазеров. Аргон-ионные лазеры излучают 13 длин 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 потенциально можно использовать в подводной связи, поскольку морская вода в этом диапазоне длин волн достаточно прозрачна.
Обычные аргоновые и криптоновые лазеры способны излучать непрерывную волну мощностью от нескольких милливатт до десятков ватт. Их трубки обычно изготавливаются из никелевых раструбов, металлокерамических уплотнений из ковара , керамики из оксида бериллия или вольфрамовых дисков, установленных на медном теплоотводе в керамическом вкладыше. Самые ранние трубки были простыми кварцевыми, затем появились кварцевые с графитовыми дисками. По сравнению с гелий-неоновыми лазерами , которым требуется всего несколько миллиампер входного тока, ток накачки аргонового лазера составляет несколько ампер, поскольку газ необходимо ионизировать. Ионная лазерная трубка производит много лишнего тепла , и такие лазеры требуют активного охлаждения.
Типичная плазма ионного лазера на благородных газах представляет собой тлеющий разряд с высокой плотностью тока в благородном газе в присутствии магнитного поля. Типичными условиями непрерывной плазмы являются плотности тока от 100 до 2000 А/см 2 , диаметр трубки от 1,0 до 10 мм, давление заполнения от 0,1 до 1,0 Торр (от 0,0019 до 0,019 фунтов на квадратный дюйм) и осевое магнитное поле порядка 1000 гаусс. [4]
Уильям Р. Беннетт , соавтор первого газового лазера (гелий-неонового лазера), был первым, кто наблюдал спектральные эффекты выгорания дырок в газовых лазерах, и он создал теорию эффектов «выжигания дырок» 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.