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Lexikon der Optik: Rekombinationslaser

Rekombinationslaser, übliche Bezeichnung für einen Laser, bei dem die Besetzungsinversion durch Rekombinationsprozesse erzeugt wird, was vor allem die Erschließung des kurzwelligen Spektralbereiches, insbesondere des Röntgenbereiches (Röntgenlaser) für den Laser ermöglichen sollte. Als aktives Medium dient ein durch elektrische Entladung oder durch Einstrahlung intensiver Laserstrahlung (Leistungsdichte

1016 W/m2) erzeugtes hoch- bzw. vollionisiertes Plasma, wobei als Ausgangsmaterial sowohl Gase als auch Festkörper (Kohlenstoff, Aluminium, Gold, Kupfer) in Betracht kommen. Als Folge der vollständigen Ionisierung sind die Elektronenniveaus anfangs unbesetzt. Da durch die Elektronen-Ionen-Stoßrekombination wie auch (in geringerem Maße) die Strahlungsrekombination bevorzugt die oberen Elektronenniveaus besetzt werden und die unteren Elektronenniveaus noch unbesetzt sind, ergibt sich hieraus für eine kurze Zeit direkt nach der Ionisierung eine Besetzungsinversion, die zu kurzwelliger Laseremission führen kann. Eine Besetzungsinversion wird auch für einen späteren Zeitraum (10-10 bis 10-8 s) dann erhalten, wenn unter geeigneten Plasmabedingungen hinsichtlich Dichte und Temperatur die Entleerung des unteren (Laser-)Niveaus schneller erfolgt als die des vorwiegend durch Strahlungsprozesse und weniger durch Stoßprozesse zerfallenden oberen (Laser-)Niveaus. Die spontane Strahlung kann dann durch stimulierte Emission verstärkt werden, und das sollte schließlich zum Laserbetrieb führen.

R. sind prinzipiell Impulsstrahler, und da eine optische Rückkopplung im kurzwelligen Bereich noch auf Schwierigkeiten stößt, liefern sie in diesem Spektralbereich eine kohärente Strahlung als ASE-Strahler (Superstrahler). Bei den bisher realisierten R. wurde das Plasma vorzugsweise durch eine elektrische Entladung erzeugt. Bei den SPER-Lasern (SPER Abk. für engl. segmented plasma-excitation recombination, "Rekombination durch unterteilte Plasmaanregung") erfolgt die Entladung zwischen einzelnen Metallstreifen. Diese R. emittieren im Wellenlängenbereich zwischen 0,5 und 4 μm bei einer maximalen spezifischen Strahlungsenergie im IR von 0,1 Ws/m3 (bezogen auf das Gasvolumen). Im kurzwelligen XUV- und Röntgenbereich, bei Wellenlängen zwischen 10 und 40 nm, liegen eine Reihe von Gewinnmessungen an durch Einstrahlung mit Hochleistungslasern erzeugten Plasmen vor. Röntgenlaser.

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