Ионный лазер — это газовый лазер , который использует ионизированный газ в качестве своей лазерной среды. [1] Как и другие газовые лазеры, ионные лазеры имеют герметичную полость, содержащую 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, необходимого для возбуждения ионных переходов, используемых в ионных лазерах, требуемый ток намного больше, и в результате почти все, за исключением самых маленьких ионных лазеров, охлаждаются водой . 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 электрическая входная мощность около одного киловатта. Вычитая (желаемый) световой выход в 130 мВт из потребляемой мощности, получаем большое количество отработанного тепла около одного кВт. Его необходимо рассеивать с помощью системы охлаждения. Другими словами, энергоэффективность очень низкая.
Криптоновый лазер — это ионный лазер, использующий ионы благородного газа криптона в качестве активной 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, близкий к нескольким различным длинам 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.
Аргоново-ионный лазер был изобретен в 1964 году Уильямом Бриджесом в компании Hughes Aircraft Company [2] и является одним из представителей семейства ионных лазеров, в которых в качестве активной среды используется благородный газ .
Аргон-ионные лазеры используются для ретинальной фототерапии (для лечения диабета ), литографии и накачки других лазеров. Аргон-ионные лазеры излучают на 13 длинах волн в видимом и ультрафиолетовом спектрах, включая: 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.
Обычные аргоновые и криптоновые лазеры способны излучать непрерывную волну (CW) мощностью от нескольких милливатт до десятков ватт. Их трубки обычно изготавливаются из никелевых концевых колоколов, коварных металлокерамических уплотнений, керамики из оксида бериллия или вольфрамовых дисков, установленных на медном теплоотводе в керамической подкладке. Самые ранние трубки были простыми кварцевыми, затем последовали кварцевые с графитовыми дисками. По сравнению с гелий-неоновыми лазерами , которым требуется всего несколько миллиампер входного тока, ток, используемый для накачки аргонового лазера, составляет несколько ампер, поскольку газ должен быть ионизирован. Ионная лазерная трубка производит много отработанного тепла , и такие лазеры требуют активного охлаждения.
Типичная плазма ионных лазеров на благородных газах состоит из тлеющего разряда с высокой плотностью тока в благородном газе в присутствии магнитного поля. Типичные условия непрерывной плазмы: плотность тока от 100 до 2000 А/см 2 , диаметры трубок от 1,0 до 10 мм, давление заполнения от 0,1 до 1,0 Торр (от 0,0019 до 0,019 фунтов на кв. дюйм) и аксиальное магнитное поле порядка 1000 гаусс. [4]
Уильям Р. Беннетт , один из изобретателей первого газового лазера (гелий-неонового лазера), был первым, кто наблюдал спектральные эффекты выжигания провалов в газовых лазерах, и он создал теорию эффектов "выжигания провалов" в лазерной генерации. Он был одним из первооткрывателей лазеров, использующих возбуждение электронным ударом в каждом из благородных газов, диссоциативного переноса возбуждения в неон-кислородном лазере (первом химическом лазере ) и возбуждения столкновением в нескольких лазерах на парах металлов.