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Lexikon der Optik: Edelgasionenlaser

Edelgasionenlaser, leistungsstärkste kontinuierlich wie auch im Impulsbetrieb strahlende Laser im sichtbaren Spektralbereich mit cw-Ausgangsleistungen bis 20 W. Als aktive Medien verwendet werden die Ionen von Edelgasen, bevorzugt von Argon (Ar+) und Krypton (Kr+). Die Ionisierung erfolgt in einer stromstarken (Niederdruck-)Bogenentladung (Stromdichte 106 bis 107 A/m2, maximal einige 107 A/m2, begrenzt durch die Belastbarkeit des Entladungsrohres) durch Elektronenstöße, wobei als Gasfüllung reines Argon bzw. Krypton oder auch beide Gase als Gemisch im Verhältnis 1:3 bei einem Gesamtdruck von 1,3 bis 130 Pa verwendet werden. Der Durchmesser des Gasentladungsrohres liegt zwischen 1 und 10 mm. Das obere Laserniveau (ein Elektronenzustand der 4p-Gruppe) wird – ausgehend von dem Grundzustand, in dem die Ar+- und Kr+-Ionen durch einen ersten Elektronenstoß erzeugt wurden – durch einen zweiten Elektronenstoß direkt besetzt, während die Entleerung des unteren Laserniveaus (ein Elektronenzustand der 4s-Gruppe) durch spontane Emission erfolgt. Die auf diese Weise erzeugte Besetzungsinversion ist stark stromabhängig und nimmt bei kontinuierlicher Anregung quadratisch mit der Stromdichte zu. Laserausstrahlung wird bei einer Reihe von (bis zu 13) Linien im Wellenlängenbereich zwischen 454,3 und 528,7 nm für den Argonionenlaser (Ar+-Laser) und im Bereich zwischen 350,7 und 799,3 nm für den Kryptonionenlaser (Kr+-Laser) erhalten. Die Strahlungsleistungen liegen zwischen 0,5 und 20 W bei einem Wirkungsgrad von 0,1%. Der gesamte Wellenlängenbereich zwischen 400 und 800 nm ist mit dem kombinierten Ar+-+Kr+-Laser zu erfassen, emittiert wird allerdings nur bei insgesamt 5 Linien und zudem mit kleinerer Leistung (bis maximal 2 W), wobei die einzelnen Linien durch frequenzselektive Elemente unschwer zu trennen sind. Die Strahlungseigenschaften entsprechen denen der Gaslaser bei einer Doppler-Breite von 3,5 GHz.

Die Bedeutung der E. liegt in der Erzeugung intensiver kontinuierlicher Laserstrahlung im kürzerwelligen und insbesondere sichtbaren Spektralbereich, so daß sie bevorzugt als Pumplichtquelle für den Farbstofflaser, in der Fernsehtechnik zur Darstellung großflächiger Farbbilder sowie in der Materialbearbeitung und Medizin eingesetzt werden.

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