Laser ionique - Ion laser

1 mW Uniphase HeNe sur la plate-forme d'alignement (à gauche) et laser à argon-ion Lexel 88 2 W (au centre) avec alimentation électrique (à droite). À l'arrière se trouvent des tuyaux pour le refroidissement par eau .

Un laser ionique est un laser à gaz qui utilise un gaz ionisé comme milieu laser. Comme les autres lasers à gaz, les lasers à ions comportent une cavité scellée contenant le milieu laser et des miroirs formant un résonateur Fabry-Pérot . Contrairement aux lasers à hélium-néon , les transitions de niveau d'énergie qui contribuent à l'action du laser proviennent des ions . En raison de la grande quantité d'énergie requise pour exciter les transitions ioniques utilisées dans les lasers ioniques, le courant requis est beaucoup plus important et, par conséquent, tous les lasers ioniques, sauf les plus petits, sont refroidis à l'eau . Un petit laser ionique refroidi par air pourrait produire, par exemple, 130 milliwatts de lumière de sortie avec un courant de tube d'environ 10 ampères et une tension de 105 volts. Étant donné qu'un ampère multiplié par un volt équivaut à un watt, il s'agit d'une puissance électrique absorbée d'environ un kilowatt. En soustrayant la puissance lumineuse (souhaitable) de 130 mW de la puissance absorbée, cela laisse la grande quantité de chaleur perdue de près d'un kW. Celui-ci doit être dissipé par le système de refroidissement. En d'autres termes, le rendement énergétique est très faible.

Les types

Laser Krypton

Un laser krypton est un laser ionique utilisant des ions du gaz noble krypton comme milieu de gain . Le pompage laser se fait par une décharge électrique . Les lasers Krypton sont largement utilisés dans la recherche scientifique, et dans des utilisations commerciales, lorsque le krypton est mélangé à de l'argon, il crée un laser "à lumière blanche", utile pour les spectacles de lumière laser. Les lasers Krypton sont également utilisés en médecine (par exemple pour la coagulation de la rétine ), pour la fabrication d' hologrammes de sécurité , et à de nombreuses autres fins.

Les lasers Krypton peuvent émettre une lumière visible proche de plusieurs longueurs d'onde différentes, généralement 406,7 nm, 413,1 nm, 415,4 nm, 468,0 nm, 476,2 nm, 482,5 nm, 520,8 nm, 530,9 nm, 568,2 nm, 647,1 nm et 676,4 nm.

Laser argon

Ce laser argon-ion émet une lumière bleu-vert à 488 et 514 nm

Le laser argon-ion a été inventé en 1964 par William Bridges de la Hughes Aircraft Company et fait partie de la famille des lasers à ions qui utilisent un gaz noble comme milieu actif.

Les lasers argon-ion sont utilisés pour la photothérapie rétinienne (pour le traitement du diabète ), la lithographie et le pompage d'autres lasers. Les lasers argon-ion émettent à 13 longueurs d'onde à travers les spectres visible et ultraviolet, dont : 351,1 nm, 363,8 nm, 454,6 nm, 457,9 nm, 465,8 nm, 476,5 nm, 488,0 nm, 496,5 nm, 501,7 nm, 514,5 nm, 528,7 nm, et 1092,3 nm. Cependant, les longueurs d'onde les plus couramment utilisées se situent dans la région bleu-vert du spectre visible. Ces longueurs d'onde peuvent être utilisées dans les communications sous-marines car l'eau de mer est assez transparente dans cette gamme de longueurs d'onde.

Un faisceau laser argon composé de plusieurs couleurs (longueurs d'onde) frappe un réseau de miroirs de diffraction en silicium et est séparé en plusieurs faisceaux, un pour chaque longueur d'onde (de gauche à droite) : 458 nm, 476 nm, 488 nm, 497 nm, 502 nm, et 515 nm

Les lasers à argon et à krypton courants sont capables d'émettre une sortie en onde continue (CW) de plusieurs milliwatts à des dizaines de watts. Les tubes sont généralement fabriqués à partir des cloches d'extrémité de nickel, Kovar joints métal-céramique, l' oxyde de béryllium céramique ou tungstène disques montés sur un dissipateur thermique en cuivre dans une chemise en céramique. Les premiers tubes étaient du quartz simple, suivis par le quartz avec des disques de graphite. En comparaison avec les lasers hélium-néon , qui ne nécessitent que quelques milliampères de courant d'entrée, le courant utilisé pour pomper le laser à argon est de plusieurs ampères, car le gaz doit être ionisé. Le tube laser ionique produit beaucoup de chaleur perdue et ces lasers nécessitent un refroidissement actif.

Le plasma laser à ions à gaz noble typique consiste en une décharge luminescente à haute densité de courant dans un gaz noble en présence d'un champ magnétique. Les conditions typiques de plasma à onde continue sont des densités de courant de 100 à 2000 A/cm 2 , des diamètres de tube de 1,0 à 10 mm, des pressions de remplissage de 0,1 à 1,0 Torr (0,0019 à 0,019 psi) et un champ magnétique axial de l'ordre de 1000 gauss.

William R. Bennett , co-inventeur du premier laser à gaz (le laser hélium-néon), a été le premier à observer les effets de combustion des trous spectraux dans les lasers à gaz, et il a créé la théorie des effets de « combustion des trous » dans l'oscillation laser. Il a été co-découvreur de lasers utilisant l'excitation par impact électronique dans chacun des gaz rares, le transfert d'excitation dissociative dans le laser néon-oxygène (le premier laser chimique ) et l'excitation par collision dans plusieurs lasers métal-vapeur.

Autres types disponibles dans le commerce

  • Ar/Kr : Un mélange d'argon et de krypton peut produire un laser avec des longueurs d'onde de sortie qui apparaissent sous forme de lumière blanche.
  • Hélium-cadmium : émission laser bleue à 442 nm et ultraviolette à 325 nm.
  • Vapeur de cuivre : émission jaune et verte à 578 nm et 510 nm.

Expérimental

Applications

Voir également

Les références