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1.7.2015 1
Gaslaser
CO2{6}
HeNe{1}
Michael Bergmann
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1.7.2015 2
Inhalt
● Gaslaser allgemein● HeliumNeon● Argon-Ionen ● Excimer● Molekülgas
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1.7.2015 3
Gaslaser● Fast jedes Gas kann benutzt werden● Häufig durch Elektronen gepumpt
– Stoß 1. Art e + X → X* + e
– Stoß 2. Art A* + B → A + B* + deltaE
● Allgemeine Vorteile: kostengünstig, gute Kohärenz, Lebensdauer
{12}
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1.7.2015 4
HeNe-Laserlinien
● 1960 von Javan entwickelt● Erster kontinuierlicher und Gaslaser ● Anregung Stöße zweiter Art● Niedrige Kosten (708€ für 0,8mW) mit 40,000h● Hohe räumliche Kohärenz
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1.7.2015 5
Niveauschema HeNe
{2}
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1.7.2015 6
Aufbau
{3}
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1.7.2015 7
Modenselektion● 633nm, 1152nm und 3392nm dominieren
alles ● z.B. Littrow Prisma● 3392nm durch Infrarotfilter
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1.7.2015 8
Anwendungen● Justieren, Messtechnik, Holographie,
Interferometrie● HeNe-Laser werden von Diodenlaser verdrängt
(wegen 0,1% Wirkungsgrad, geringe Anregungseffienz)
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1.7.2015 9
Argon+ Laser
● 1964 Bridges
Koagulation{5}
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1.7.2015 11
Wellenlängen
{10}
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1.7.2015 13
Anwendungen
● Pumplicht, Laserchirugie● hohe Leistungen bis 50W● 10W elektrisch für 10mW optisch● durch Frequenzverdoppelten Nd:YAG verdrängt
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1.7.2015 14
Excimer
● Dimer: Molekül aus zwei identischen Atomen ● Exciplex (Excited state complex) angeregte
Moleüle von verschiedenen Atome● Excimer (excited Dimer) für beide● Existieren nur im angeregten Zustand● Pulslaser
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1.7.2015 15
Reaktionen/Anregung
● (R+) + (X-) + M → RX* + M
– (mit X=Halogen, R=Edelgas)– Elektronenbeschuss
● R + X2 → RX* + X
– Hochspannung
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1.7.2015 16
Funktionsweise/Pumpen
● Angeregte Zustände bestehen ungefähr 10ns im Vergleich zu 1ps Grundzustand
● Alle Excimerlaser im UV Bereich ● Elektronenbeschuss (relativistische Energien)
– J bis 500A/cm²
● Hochspannungsentladung (200MW/Liter)
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1.7.2015 17
Energien/WellenlängenMedium E/eV λ/nm
XeI* 4.85 253
XeBr* 4.25 282
XeCl* 3.83 308
XeF* 3.12 351
KrI* 6.69 185
KrBr* 6.12 206
KrCl* 5.65 222
KrF* 4.86 249
ArBr* 7.71 161
ArCl* 7.20 175
ArF* 6.41 193
NeF* 11.56 108
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1.7.2015 18
Konstruktion
● 5-10% Edelgas● 0,1-0,5% Halogen● Rest Puffergas (He oder Ne)● Gas altert schnell ● 1% totaler Wirkungsgrad
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1.7.2015 19
Anwendungen
● Effizienteste / leistungsstärkste UV Laser● Pulsspitzen 10MW und Intensitäten 1015W/cm²● Anregung gepulsten Farbstofflasern,
photochemische Prozesse (z.B. Isotropentrennung)
● Medizin Astigmatismuskorrektur des Auges
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1.7.2015 20
{9}
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1.7.2015 21
Molekülgaslaser
● CO2 leistungstärksten cw Laser
● Vibrations-/Rotationsniveaus
{8}
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1.7.2015 22
Molekülgaslaser
● 1. vibronischer Laser: Vibrationsniveaus verschiedener elektronischer Zustände (sichtbarem bis UV) N
2
● 2. Vibrations-Rotationslaser: Vibrationsniveaus desselben elektronischen Zustandes (Grundzustand) (mittleren fernen Infrarot) (CO
2)
und (CO) Laser● 3. Rotationsniveaus desselben
Vibrationszustandes (Methylfluorid (CH3F
-)
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1.7.2015 24
Anwendungen
● Spurengasanalytik● Materialbearbeitungen (schneiden, beschriften)● Pumpquelle für Laser
● Gravierungsmaschine 508€ {9}
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1.7.2015 25
Stickstofflaser● 1963 Heard● 440 Laserlinien (wichtigsten vibronisch)
{11}
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1.7.2015 26
Konstruktion
● Braucht keinen Resonator (angeregter Zustand sehr kurzlebig ist)
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1.7.2015 27
Anwendungen
● Kurze Pulse– Optisches Pumpen von Farbstofflasern
– Werden von Excimer Lasern abgelöst
– Sind aber billig
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1.7.2015 28
Frage
● Ist es möglich ein Laser mit Luft zu betreiben?
● JA! (Luft besteht 78% aus N2)
● Kann man selber bauen (10€)● Achtung: Hohe Spannungen!!!
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1.7.2015 29
Quellen● Kneubühl, Laser 7. Auflage
● Meschede, Optik, Licht und Laser 3. Auflage
● Eichhorn, Laserphysik (2013)
● http://www.repairfaq.org/sam/laserhen.htm#hentoo
● http://technology.niagarac.on.ca/people/mcsele/lasers/LasersHeNe.htm
● https://www.thorlabs.de/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=1516
● Www.wikipedia.org
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1.7.2015 30
Bildquellen● {1}http://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/he_ne_laser_atomeneraustausch_ver.jpg
● {2} https://lp.uni-goettingen.de/get/text/1804
● {3} http://de.academic.ru/pictures/dewiki/72/Henelaserschema.jpg
● {4} http://www.um.es/LEQ/laser/Ch-8/F8s2t1p2.htm
● {5} http://www.optegra-deutschland.de/wp-content/uploads/Netzhautlaser.jpg
● {6}http://www.twi-global.com/EasysiteWeb/getresource.axd?AssetID=14571&type=full&servicetype=Inline
● {7}http://www.rendermatology.com/pharos_excimer.htm
● {8} https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlendioxidlaser
● {9} http://www.ebay.de/itm/USB-CO2-40W-Laser-Schnitzerei-Graviermaschine-laser-Engraving-3-Jahre-Garantie-/400893105417
● {10}http://www.hrvg.org/projects/kapitan-man/laser.htm
● {11} Kneubühl S.238
● {12} Kneubühl S. 254
● {16} Kneubühl S.240
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1.7.2015 31
Fragen