이온 레이저

Ion laser
정렬 리그(왼쪽)의 1mW Uniphase HeNe과 전원 공급 장치가 있는 2 W Lexel 88 아르곤 이온 레이저(가운데)의 전원 공급 장치(오른쪽). 뒤쪽에는 수냉용 호스가 있다.

이온레이저는 이온화 가스를 라싱 매질로 사용하는 가스 레이저다.[1] 다른 가스 레이저와 마찬가지로 이온 레이저도 레이저 매체를 포함하는 밀폐된 캐비티와 파브리-페로트 공명기를 형성하는 거울이 특징이다. 헬륨-네온 레이저와는 달리 레이저 작용에 기여하는 에너지 레벨 전환은 이온에서 발생한다. 이온레이저에 사용되는 이온전환을 자극하는 데 필요한 에너지가 많기 때문에 필요한 전류가 훨씬 크고, 그 결과 가장 작은 이온레이저를 제외한 모든 것이 수냉이 된다. 예를 들어, 소형 공랭식 이온 레이저가 약 10암페어의 튜브 전류와 105볼트의 전압으로 130밀리와트의 출력 조명을 생성할 수 있다. 1암페어 곱하기 1볼트는 1와트니까, 이것은 약 1킬로와트의 전력 입력이다. 전력 입력에서 130mW의 (바람직한) 광 출력을 빼면, 이는 거의 1kW의 대량의 폐열을 남긴다. 이것은 냉각 시스템에 의해 방전되어야 한다. 전력 효율이 매우 낮은 셈이다.

종류들

크립톤 레이저

크립톤 레이저란 고귀한 가스 크립톤의 이온을 얻는 매개체로 사용하는 이온 레이저다. 레이저 펌핑은 전기 방전에 의해 이루어진다. 크립톤 레이저는 과학 연구에 널리 사용되며 상업용에서는 크립톤을 아르곤과 섞으면 레이저 광선 쇼에 유용한 '화이트 라이트' 레이저를 만들어낸다. 크립톤 레이저도 의학(예: 망막 응고용), 보안 홀로그램 제조 및 기타 수많은 용도로 사용된다.

크립톤 레이저는 일반적으로 406.7nm, 413.1nm, 415.4nm, 468.0nm, 476.2nm, 482.5nm, 520.8nm, 530.9nm, 568.2nm, 647.1nm, 676.4nm의 다양한 파장에 가까운 가시광선을 방출할 수 있다.

아르곤 레이저

이 아르곤이온 레이저는 488 nm와 514 nm의 청록색 빛을 방출한다.

아르곤이온 레이저는 휴즈 항공 회사의 윌리엄 브리지스에[2] 의해 1964년에 발명되었으며 고귀한 가스를 활성 매체로 사용하는 이온 레이저 계열 중 하나이다.

아르곤이온레이저는 망막 광선요법(당뇨병 치료용), 석판술, 기타 레이저의 펌프질 등에 사용된다. 아르곤이온 레이저는 가시광선과 자외선 스펙트럼을 통해 13개의 파장을 방출하는데 여기에는 351.1nm, 363.8nm, 454.6nm, 457.9nm, 465.8nm, 476.5nm, 488.0nm, 496.5nm, 501.7nm, 514.5nm, 528.7nm, 1092.3nm가 포함된다.[3] 그러나 가장 일반적으로 사용되는 파장은 가시 스펙트럼의 청녹색 영역에 있다. 이 파장은 바닷물이 이 파장 범위에서 상당히 투명하기 때문에 수중 통신에 사용할 가능성이 있다.

여러 가지 색상(파장)으로 구성된 아르곤-레이저 빔이 실리콘 회절 미러 그릴을 타격하여 각 파장(왼쪽부터 오른쪽까지)에 하나씩 여러 빔으로 분리됨: 458nm, 476nm, 488nm, 497nm, 502nm, 515nm

일반 아르곤과 크립톤 레이저는 수 밀리와트의 연속파(CW) 출력을 수십 와트로 방출할 수 있다. 그들의 튜브는 보통 니켈 엔드 종, 코바르 금속과 세라믹 밀봉, 베릴륨 산화 세라믹 또는 세라믹 라이너에 구리 열 확산기에 장착된 텅스텐 디스크로 만들어진다. 초기의 관은 단순한 석영이었고, 그 다음은 흑연 디스크가 있는 석영이었다. 불과 몇 밀리암페어의 입력 전류를 필요로 하는 헬륨-네온 레이저와 비교해 볼 때, 아르곤 레이저를 펌핑하는 데 사용되는 전류는 기체를 이온화해야 하기 때문에 몇 암페어다. 이온 레이저 튜브는 많은 폐열을 발생시키며, 그러한 레이저에는 능동적인 냉각이 필요하다.

전형적인 고귀한 가스 이온 레이저 플라즈마는 자기장이 존재하는 곳에서 고귀한 기체의 고전류 밀도 예열 방전으로 구성된다. 대표적인 연속파 플라즈마 조건은 전류 밀도 100~2000A/cm2, 튜브 직경 1.0~10mm, 충전압 0.1~1.0 Torr(0.0019~0.019psi) 및 축 자기장 1000가우스 순이다.[4]

윌리엄 R. 최초의 가스 레이저(헬륨-네온 레이저)의 공동 발명자인 베넷은 가스 레이저에서 스펙트럼홀 연소 효과를 가장 먼저 관찰했으며, 레이저 진동에서 '홀 연소' 효과 이론을 만들었다. 그는 각각의 고귀한 기체에서 전자충격의 흥분, 네온-산소 레이저(최초의 화학 레이저)에서의 분열성 흥분 전달, 그리고 몇몇 금속-증기 레이저에서 충돌 흥분 작용을 이용한 레이저의 공동 발견자였다.

기타 상용화된 유형

  • Ar/Kr: 아르곤과 크립톤을 혼합하면 출력 파장을 가진 레이저가 백색 빛으로 나타날 수 있다.
  • 헬륨-카드뮴: 442nm의 파란색 레이저 방출, 325nm의 자외선 방출.
  • 구리 증기: 578nm 및 510nm의 황색 및 녹색 방출

실험적인

적용들

참고 항목

참조

  1. ^ IUPAC, 화학용어 종합편찬, 제2편. ("금책")(1997년). 온라인 수정 버전: (2006–) "이온 레이저". doi:10.1351/골드북.I03219
  2. ^ W. B. 브리지, "가시 스펙트럼의 단일 이온화 아르곤에서의 레이저 진동", Apply. 체육관 4, 128–130 (1964)
  3. ^ http://www.lexellaser.com/techinfo_gas-ion.htm
  4. ^ 브리지, Halsted 등, IEEE의 절차, 59 (5) 페이지 724–739.
  5. ^ 호프만 토슈크 등 퀀텀전자 IEEE 저널 "펄스 제논 이온 레이저: 가시광선 및 근IR을 광학 변화로 덮는다"
  6. ^ Hattori, Kano, Tokutome 및 Collins, "CW Yodogo Ion Laser in a Positive Column Discovery", IEEE Journal of Quantum Electronics, 1974년 6월
  7. ^ R. K. Lomnes와 J. C. W. Taylor의 "Cold Cathode Pulsed Gas Laser" in: Review of Scientific Instruments, vol 42, no. 6, 1971.
  8. ^ F. J. 두아르테와 L. W. 힐만(Eds), 염색 레이저 원리(Academic, New York, 1990) 3장과 5장