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Lexikon der Optik: Gaslaser

Gaslaser, Laser mit Gasen als aktives Medium zur Erzeugung hoher Strahlungsleistungen in einem weiten, vom UV bis in das Sub-mm-Gebiet reichenden Spektralbereich.

Als aktive Medien für G. kommen alle bei Zimmertemperatur gasförmigen Elemente oder chemischen Verbindungen und eine Vielzahl von Elementen im dampfförmigen Zustand, insbesondere Metalldämpfe, in Betracht. Als Laserübergänge treten auf reine Elektronenübergänge in Atomen, Molekülen oder Ionen (Wellenlängenbereich 0,2 bis 2,4 μm), Elektronenbandenübergänge (0,1 bis 8 μm), Rotations-Schwingungsübergänge im Elektronengrundzustand (2,4 bis 150 μm) und reine Rotationsübergänge (>150 μm).

Die Anregung erfolgt in den meisten Fällen in einer elektrischen Gasentladung mit Entladungsströmen von einigen Milliampere bis zu 100 A bei kontinuierlicher Anregung und von 100 bis 1000 A bei Impulsanregung. Die Gase befinden sich innerhalb eines Laserrohres bei Gasdrücken zwischen 10 und einigen 103 Pa (bis zu einigen 106 Pa beim Hochdrucklaser). Die Länge des Laserrohres beträgt üblicherweise 0,3 bis 1,5 m bei einem Durchmesser von 1 bis 20 mm (die maximalen Werte liegen bei 200 m Länge und 1 m Durchmesser für Hochleistungslaseranlagen). Die Erzeugung der Besetzungsinversion in der Gasentladung erfolgt durch Anregung des oberen Laserniveaus entweder durch Elektronenstöße (Stöße 1. Art) oder durch Stöße mit metastabilen Atomen oder Molekülen unter Austausch der Anregungsenergie (Stöße 2. Art), bei un- oder nur schwach besetztem unteren Niveau des betreffenden Überganges. Die auf diese Weise erhaltene Besetzungsinversion führt zur Laseremission in einem weiten Spektralbereich. Genannt seien hier im ultravioletten Spektralbereich der H2-Laser, der Stickstofflaser (Wellenlänge λ=337,1 nm) sowie die Edelgashalogenidlaser (λ=126,1 bis 352 nm). Im sichtbaren Spektralbereich haben die größte Bedeutung erlangt der als erster G. 1961 realisierte Helium-Neon-Laser (λ=0,6328, 1,1523 und 3,3913 μm), die leistungsstarken Edelgasionenlaser (λ=0,4 bis 0,8 μm) sowie eine Reihe von Metalldampflasern (λ=0,385 bis 0,650 μm). Der infrarote Spektralbereich um λ=10,6 μm wird erfaßt durch den auch hinsichtlich seiner Anwendung wichtigsten G., den Kohlendioxidlaser, während eine Reihe von G., die im fernen Infrarot emittieren (FIR-Laser), besonders von wissenschaftlichem Interesse sind.

Die spektralen Strahlungseigenschaften der G. werden wesentlich bestimmt durch eine starke inhomogene (Doppler-)Verbreiterung des Verstärkungsprofils. Die Doppler-Breite variiert dabei von 50 MHz (λ=10,6 μm) bis 3,5 GHz (λ=0,448 μm), was dazu führt, daß Laseremission auf einer Vielzahl von Eigenfrequenzen des Resonators erfolgt. Die Strahlungsleistung variiert je nach Aufbau und Größe des Lasers in einem weiten Bereich mit maximalen Werten bis zu 100 kW im kontinuierlichen Betrieb (Gastransportlaser) und 20 TW im Impulsbetrieb (TEA-Laser). Die üblichen Leistungen im cw-Betrieb liegen im Wattbereich.

Anwendung finden die G. in der Materialbearbeitung und der Meßtechnik, in der Medizin, als Pumplaser sowie in einer Vielzahl weiterer spezieller Einsatzgebiete.

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