Strontiumånglaser
En strontiumånglaser är en laser som vid sin utgång producerar högintensivt pulsat ljus vid en våglängd på 430,5 nm i det blåvioletta området av det synliga spektrumet via förångad strontiummetallgas som finns i ett glasrör.
Historia
Laserverkan på två av de infraröda övergångarna i Sr + upptäcktes först i Clarendon Laboratory , Oxford av Deech och Sanders så tidigt som 1968. Förstärkningen mättes över en 9 cm lång strontiumånga som fanns i en 3 torr buffertgas av helium eller neon och hålls vid rätt temperatur av en externt uppvärmd ugn. Tre år senare rapporterades ytterligare tolv infraröda laserövergångar i neutralt strontium av Cahuzac. Återigen producerades värmen som behövdes för att ge tillräckligt ångtryck med externa medel. De rör som användes här var 5–10 mm i diameter och 75 cm långa. Ett 1,25 m hålrum användes med speglar med cirka 98 % reflektivitet . 1973 observerade Latush och Sém från Rostov-on-Don State University, Ryssland , synlig laserverkan från strontiumånglasern för första gången, vid våglängder på 430,5 nm och 416,2 nm. Den aktiva volymen innehölls i ett keramiskt rör 8 mm i diameter och 60 cm långt. Små bitar av strontium placerades inuti röret med lika mellanrum och det nödvändiga ångtrycket producerades genom extern uppvärmning av enheten. Helium användes som buffertgas, vid tryck från 2,5–35 torr. Uteffekten visade sig öka med ökande buffertgastryck.
Befolkningsinversionsmekanism
Strontiumlasern exciteras av en högström, pulsad elektrisk urladdning . Förstärkningsmediet består av en liten mängd strontiumånga som hålls i en buffertgas med relativt högt tryck av helium . Den genomsnittliga gastemperaturen ligger i området 800°C.
En kondensator , laddad till flera tiotals kilovolt , urladdas upprepade gånger genom gasblandningen. Under varje urladdningspuls genom lasermediet joniseras den neutrala strontiumångan till Sr 2+ när elektronerna i det yttre skalet avlägsnas, medan endast en liten del av heliumbuffertgasen joniseras på grund av dess större joniseringspotential . Vid avslutning av strömpulsen sker en snabb kylning av elektronerna, vilket tillåter trekroppselektron-elektron-Sr 2+ -kollisioner att inträffa för att bilda de mest exciterade tillstånden av Sr + , som visas:
- Sr 2+ + 2e − → Sr +* + e − + KE
Överskottet av kinetisk energi som utvecklas i denna process förs bort av den tredje kroppen, en elektron. De-excitering av de högt liggande energinivåerna av Sr + sker sedan, på grund av kollisioner med de återstående fria elektronerna i plasman . Denna kaskad av rekombinerade elektroner, nedåt Sr + energinivåerna , fortsätter fritt tills 6 2 S nivån nås. Den nedåtgående övergången över det relativt stora energigapet, 6 2 S-5 2 P, fungerar som en flaskhals för elektronavexciteringsprocessen, som i allmänhet fortskrider snabbare för nära åtskilda nivåer. En populationsinversion byggs därför upp i den övre lasernivån 6 2 S 1/2 . Inversion sker mellan denna och den 5 2 P 3/2 lägre lasernivån, som rensas till de metastabila nivåerna och marknivån även genom kollisioner med elektroner.