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Lexikon der Optik: Neodymglaslaser

Neodymglaslaser, einer der wichtigsten Festkörperlaser, mit dem sich insbesondere bei einer entsprechenden Nachverstärkung im Impulsbetrieb höchste Strahlungsleistungen im nahen IR-Bereich, bei der Wellenlänge 1,06 μm, erzeugen lassen (Hochleistungslaser). Das aktive Medium enthält als strahlende Zentren Neodym-Ionen (Nd3+) mit einer Konzentration bis 8% in Glas (Silikatglas, Phosphatglas u.a.) als Wirtssubstanz. Nd-dotiertes Glas hat den Vorteil, daß es sich in optisch einwandfreier Qualität in größeren Abmessungen herstellen läßt (Laserstäbe bis zu 1 m Länge und 100 mm Durchmesser bzw. discs der Dimension 90×90×2 cm3).

Das Energieniveauschema von Nd3+ ist gekennzeichnet durch breite Absorptionsbanden im oberen Elektronenniveau. Fluoreszenzübergänge treten bei den Wellenlängen λ=0,92 μm, 1,06 μm und 1,37 μm auf, wobei üblicherweise der intensivste Übergang bei λ=1,06 μm (4F3/2 → 4I11/2) als Laserübergang verwendet wird. Der N. arbeitet nach dem Schema eines 4-Niveausystems (Abb.). Die Anregung erfolgt ausschließlich durch optisches Pumpen mit vielfach stabförmigen Entladungslampen in elliptischer Pumplichtanordnung. Hierdurch wird das obere Elektronenniveau 4 angeregt, von dem die Energie durch einen schnellen Relaxationsprozeß auf das obere Laserniveau 3 übertragen wird. Da das untere Laserniveau 2 (entleert ebenfalls über einen schnellen, zum Niveau 1 führenden Relaxationsprozeß) im wesentlichen unbesetzt ist, wird auf diese Weise leicht eine Besetzungsinversion erreicht. Damit ist Laseremission sowohl im Impuls- als auch im kontinuierlichen Betrieb möglich. Die Strahlungsleistungen betragen bei Impulsanregung bis zu 100 MW bei Impulsdauern im μs-Bereich sowie einige Watt im kontinuierlichen Betrieb. Der Wirkungsgrad beträgt nahezu 1%. Verwendet wird die Strahlung des N. zur Materialbearbeitung, in der nichtlinearen Optik sowie in Anlagen zur lasergesteuerten Kernfusion.



Neodymglaslaser: Vereinfachtes Energieniveauschema für die Nd3+-Ionen in einem Neodymglaslaser.

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