5. GÁZLÉZEREK

1. 5. GÁZLÉZEREK Lézeranyag: kis nyomású (0,1 - 760 Torr) gáz, vagy gázelegy Lézerátmenet: elektronszintek között (UV és látható lézerek) rezgési szintek között (infravörös lézerek) forgási szintek között (távoli infravörös lézerek) Pumpálás: elektromos energiával, gázkisülést létrehozva (optikai pumpálásnak nincs értelme, mert a gázok abszorpciós vonalai keskenyek) Méret: sokkal nagyobbak a szilárdtestlézereknél, mivel kisebb a lézeraktív anyag koncentrációja. Például: He-Ne lézer ~ 1021 molekula/m3 Nd-YAG lézer ~ 1025 - 10 26 Nd-ion/m3

2. Hélium-neon lézer Lézeranyag: ~10:1 arányú He/Ne elegy, össznyomás ~1 torr A lézerátmenet a Ne atomoktól származik, a He segédanyag

3. A Ne elektronkonfigurációi és állapotai A Ne a 10. elem Alapállapotú konfiguráció: 1s22s22p6 Gerjesztett konfigurációk: 1s22s22p53s1 1s22s22p54s1 1s22s22p55s1 1s22s22p53p1 1s22s22p54p1 4-4 állapot 10-10 állapot

4. A hélium és a neon energiaszintdiagramja

5. Nitrogénlézer Lézeranyag: ~0,2 bar nyomású N2 gáz A N2 alapállapota szingulett (S=0) A gázkisülésben ütközéssel sokféle gerjesztett elektronállapot jöhet létre: - szingulett (S=0) gerjesztett és - triplett (S=1) gerjesztett állapotú molekulák keletkeznek. A lézerátmenet a N2 két triplett állapota között történik.

6. A molekulapályák betöltése az N2,alapállapotában (X) és két triplett gerjesztett állapotában (B,C)

7. Az N2 molekula lézerátmenete

8. A nitrogénlézer felépítése

9. Excimerlézerek Excimer = excited dimer Olyan dimer, amely gerjesztett elektronállapotban stabil, de alapállapotban nem. Pl. Xe2 molekula Exciplex = excited complex Olyan komplex, amely gerjesztett állapotban stabil, de alapállapotban nem. Nemesgázok halogénekkel képeznek ilyen komplexet. Az excimerek és exciplexek stabilitásának oka: a gerjesztett állapot részlegesen ionos jellegű, a halogénatom részben átvesz egy elektront a nemesgáztól.

10. Excimermolekula energiaszint-diagramja

11. Excimerlézerek hullámhossza Xe2 ? ArF 193 nm KrF 248 nm XeF 351 nm KrCl 222 nm XeCl 308 nm XeBr 282 nm

12. Az excimerlézerek alkalmazásai Jellemző tulajdonságok: - Az UV-tartományban működnek - Viszonylag széles tartományban hangolhatók - Impulzusüzeműek - Energiájuk nagyobb a N2-lézernél Alkalmazások: rétegek megmunkálása UV-fénnyel fotokémiai kísérletek

13. Argonlézer A lézersugárzás az Ar+ ionoktól származik! („Argonion”lézer) Lézer közeg: ~0,5 torr nyomású Ar-gáz, kisülési csőbe töltve Kisülésben - gerjesztett molekulák - alapállapotú ionok jönnek létre (plazma) - különböző gerj. áll. ionok A kisülési cső működési jellemzői: áramerősség, feszültség, nyomás, hőmérséklet - ezektől függ az Ar+ ionok populációja különböző energiaszinteken. Inverz populáció érhető el az Ar+ ion egyes gerjesztett állapotaiban, náluk kisebb energiájú gerjesztett állapotokhoz képest. }

14. Az Ar a 18. elem. Ar-atom konfigurációja: 1s22s22p63s23p6 Ar+-ion legkisebb energiájú konfigurációja: 1s22s22p63s23p5

15. Argonlézer energiaszint-diagramja

16. Argon-lézer felépítése

17. CO2-lézer Lézer közeg: ~ 1:1 arányú CO2-N2 elegy zárt változat: - ~10 torr nyomású gáz zárt kisülési csőbennyitott változat - ~ atmoszférikus nyomású gáz nyílt kisülési csőben A lézer átmenet a CO2-molekula gerjesztett rezgési állapotai között történik, ezért infravörös fényt ad. A N2 segédanyag.

18. A CO2-molekula normál rezgései szimmetrikus nyújtás deformáció aszimmetrikus nyújtás v1 v2 v3 A három normálrezgés gerjesztettségét jellemző kvantumszámok.

19. A CO2 és a N2 rezgési-forgási szintjei

20. Előny: • Az elektromos energiát nagy hatásfokkal (10-20 %) infravörös fénnyé alakítja. • - folytonos és impulzus üzemmódú lézer is készíthető • - a folytonos üzemmódú ~100 kW energiájú fényt is adhat • Felhasználás: • fémmegmunkálás • sebészet • spektroszkópiában plazmák előállítása

21. Lézerplazma távolról

22. Lézerplazma közelről

23. Plazmaspektrum 1.

24. Plazmaspektrum 2.