イオンレーザー

イオンレーザーは、イオン化したガスをレーザー媒体として使用するガスレーザーです。 ^[1] 他のガスレーザーと同様に、イオンレーザーは、レーザー媒体とファブリ・ペロー共振器を形成するミラーを含む密閉された空洞を備えています。ヘリウム-ネオンレーザーとは異なり、レーザー動作に寄与するエネルギーレベルの遷移はイオンに由来します。イオンレーザーで使用されるイオン遷移を励起するには大量のエネルギーが必要であるため、必要な電流は非常に大きく、結果として、最小のイオンレーザーを除いてほとんどすべてが水冷式です。小型の空冷イオンレーザーは、たとえば、約10アンペアの管電流と105ボルトの電圧で130ミリワットの出力光を生成します。1アンペア×1ボルトが1ワットなので、これは約1キロワットの電力入力です。電力入力から（望ましい）光出力 130 mW を差し引くと、約 1 kW の大量の廃熱が残ります。これは冷却システムによって放散される必要があります。つまり、電力効率は非常に低いのです。

クリプトン レーザーは、利得媒体として希ガス クリプトンのイオンを使用するイオン レーザーです。レーザー ポンピングは電気放電によって行われます。クリプトン レーザーは科学研究で広く使用されており、商業用途では、クリプトンをアルゴンと混合すると「白色光」レーザーが生成され、レーザー ライト ショーに便利です。クリプトン レーザーは、医療 (網膜の凝固など)、セキュリティホログラムの製造、その他さまざまな目的にも使用されています。

クリプトン レーザーは、一般的に 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、および 676.4 nm のさまざまな波長に近い可視光を放射できます。

アルゴンイオンレーザーは、1964年にヒューズ航空機会社のウィリアム・ブリッジスによって発明されました^[2]。これは、活性媒体として 希ガスを使用するイオンレーザーの一種です。

アルゴンイオンレーザーは、網膜 光線療法（糖尿病の治療用）、リソグラフィー、および他のレーザーのポンピングに使用されます。アルゴンイオンレーザーは、可視および紫外線スペクトルを通じて、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、および1092.3 nmを含む13の波長で放射します。^[3]ただし、最も一般的に使用される波長は、可視スペクトルの青緑色領域です。海水はこの波長範囲では非常に透明であるため、これらの波長は水中通信に使用できる可能性があります。

一般的なアルゴンレーザーとクリプトンレーザーは、数ミリワットから数十ワットの連続波 (CW) 出力を放射できます。これらのレーザー管は通常、ニッケルエンドベル、コバール金属セラミックシール、ベリリウム酸化物 セラミック、またはセラミックライナー内の銅ヒートスプレッダに取り付けられたタングステンディスクで作られています。最も初期のレーザー管は単純な石英で、その後グラファイトディスクを備えた石英が続きました。入力電流がわずか数ミリアンペアのヘリウム-ネオンレーザーと比較すると、アルゴンレーザーのポンピングに使用される電流は、ガスをイオン化する必要があるため、数アンペアになります。イオンレーザー管は多くの廃熱を生成するため、このようなレーザーには能動冷却が必要です。

典型的な希ガスイオンレーザープラズマは、磁場の存在下での希ガス中の高電流密度グロー放電から構成されます。典型的な連続波プラズマ条件は、電流密度100～2000 A/cm ²、管径1.0～10 mm、充填圧力0.1～1.0 Torr（0.0019～0.019 psi）、軸方向磁場1000ガウス程度です。^[4]

最初のガスレーザー（ヘリウム-ネオンレーザー）の共同発明者であるウィリアム・R・ベネットは、ガスレーザーにおけるスペクトルホールバーニング効果を初めて観察し、レーザー発振における「ホールバーニング」効果の理論を生み出しました。彼は、各希ガスにおける電子衝撃励​​起、ネオン-酸素レーザー（最初の化学レーザー）における解離励起移動、およびいくつかの金属蒸気レーザーにおける衝突励起を使用するレーザーの共同発見者でした。

• Ar/Kr: アルゴンとクリプトンの混合により、白色光として現れる出力波長を持つレーザーが生成されます。
• ヘリウム-カドミウム: 442 nm で青色レーザー放射、325 nm で紫外線放射。
• 銅蒸気: 578 nm と 510 nm で黄色と緑色の発光。

• キセノン^[5]
• ヨウ素^[6]
• 酸素^[7]

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