Láser de iones - Ion laser

HeNe Uniphase de 1 mW en el equipo de alineación (izquierda) y láser de iones de argón Lexel 88 de 2 W (centro) con fuente de alimentación (derecha). En la parte trasera hay mangueras para refrigeración por agua .

Un láser de iones es un láser de gas que utiliza un gas ionizado como medio láser. Al igual que otros láseres de gas, los láseres de iones tienen una cavidad sellada que contiene el medio láser y espejos que forman un resonador Fabry-Pérot . A diferencia de los láseres de helio-neón , las transiciones de nivel de energía que contribuyen a la acción del láser provienen de los iones . Debido a la gran cantidad de energía requerida para excitar las transiciones iónicas utilizadas en los láseres de iones, la corriente requerida es mucho mayor y, como resultado, todos los láseres de iones, excepto los más pequeños, se enfrían con agua . Un pequeño láser de iones enfriado por aire podría producir, por ejemplo, 130 milivatios de luz de salida con una corriente de tubo de aproximadamente 10 amperios y un voltaje de 105 voltios. Dado que un amperio por un voltio es un vatio, esta es una entrada de energía eléctrica de aproximadamente un kilovatio. Restando la salida de luz (deseable) de 130 mW de la entrada de energía, esto deja una gran cantidad de calor residual de casi un kW. Esto tiene que ser disipado por el sistema de refrigeración. En otras palabras, la eficiencia energética es muy baja.

Tipos

Láser de criptón

Un láser de criptón es un láser de iones que utiliza iones del gas noble kriptón como medio de ganancia . El bombeo del láser se realiza mediante una descarga eléctrica . Los láseres de criptón se utilizan ampliamente en la investigación científica y, en usos comerciales, cuando el criptón se mezcla con argón, crea un láser de "luz blanca", útil para espectáculos de luz láser. Los láseres de criptón también se utilizan en medicina (por ejemplo, para la coagulación de la retina ), para la fabricación de hologramas de seguridad y muchos otros fines.

Los láseres de criptón pueden emitir luz visible cerca de varias longitudes de onda diferentes, comúnmente 406,7 nm, 413,1 nm, 415,4 nm, 468,0 nm, 476,2 nm, 482,5 nm, 520,8 nm, 530,9 nm, 568,2 nm, 647,1 nm y 676,4 nm.

Láser de argón

Este láser de iones de argón emite luz azul verdosa a 488 y 514 nm

El láser de iones de argón fue inventado en 1964 por William Bridges en la Hughes Aircraft Company y pertenece a la familia de láseres de iones que utilizan un gas noble como medio activo.

Los láseres de iones de argón se utilizan para la fototerapia retiniana (para el tratamiento de la diabetes ), la litografía y el bombeo de otros láseres. Los láseres de iones de argón emiten a 13 longitudes de onda a través de los espectros visible y ultravioleta, que incluyen: 351,1 nm, 363,8 nm, 454,6 nm, 457,9 nm, 465,8 nm, 476,5 nm, 488,0 nm, 496,5 nm, 501,7 nm, 514,5 nm, 528,7 nm, y 1092,3 nm. Sin embargo, las longitudes de onda más utilizadas se encuentran en la región azul-verde del espectro visible. Estas longitudes de onda tienen el potencial de usarse en comunicaciones submarinas porque el agua de mar es bastante transparente en este rango de longitudes de onda.

Un rayo láser de argón que consta de varios colores (longitudes de onda) incide en una rejilla de espejo de difracción de silicio y se separa en varios rayos, uno para cada longitud de onda (de izquierda a derecha): 458 nm, 476 nm, 488 nm, 497 nm, 502 nm, y 515 nm

Los láseres de argón y criptón comunes son capaces de emitir una salida de onda continua (CW) de varios milivatios a decenas de vatios. Sus tubos generalmente están hechos de campanas terminales de níquel, sellos de metal con cerámica de Kovar , cerámica de óxido de berilio o discos de tungsteno montados en un esparcidor de calor de cobre en un revestimiento de cerámica. Los primeros tubos eran de cuarzo simple, luego seguidos por cuarzo con discos de grafito. En comparación con los láseres de helio-neón , que requieren solo unos pocos miliamperios de corriente de entrada, la corriente utilizada para bombear el láser de argón es de varios amperios, ya que el gas debe ionizarse. El tubo de láser de iones produce mucho calor residual y tales láseres requieren enfriamiento activo.

El plasma típico de láser de iones de gas noble consiste en una descarga luminiscente de alta densidad de corriente en un gas noble en presencia de un campo magnético. Las condiciones típicas del plasma de onda continua son densidades de corriente de 100 a 2000 A / cm 2 , diámetros de tubo de 1,0 a 10 mm, presiones de llenado de 0,1 a 1,0 Torr (0,0019 a 0,019 psi) y un campo magnético axial del orden de 1000 gauss.

William R. Bennett , co-inventor del primer láser de gas (el láser de helio-neón), fue el primero en observar los efectos espectrales de quema de agujeros en los láseres de gas, y creó la teoría de los efectos de "quema de agujeros" en la oscilación del láser. Fue co-descubridor de láseres que utilizan excitación por impacto de electrones en cada uno de los gases nobles, transferencia de excitación disociativa en el láser de neón-oxígeno (el primer láser químico ) y excitación por colisión en varios láseres de vapor de metal.

Otros tipos disponibles comercialmente

  • Ar / Kr: una mezcla de argón y criptón puede dar como resultado un láser con longitudes de onda de salida que aparecen como luz blanca.
  • Helio-cadmio: emisión de láser azul a 442 nm y ultravioleta a 325 nm.
  • Vapor de cobre: ​​emisión amarilla y verde a 578 nm y 510 nm.

Experimental

Aplicaciones

Ver también

Referencias