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Sauerstoff-Ionen-Laser

Sauerstoff-Ionen-Laser sind eine Unterart der Gaslaser, d.h. das aktive Lasermedium ist gasförmig und besteht aus Ionen oder Molekülen eines oder mehrerer Stoffe. Im Fall von Sauerstoff-Ionen-Lasern handelt es sich dabei um dreifach ionisierte Sauerstoffatome, O3+. Sie emittieren neben einigen UV-Frequenzen auch eine sehr starke Linie im gelbgrünen Bereich bei 559 nm.
Gaslaser können ein weites Spektrum von Frequenzen, vom Ultravioletten bis ins Infrarote, erzeugen, haben im sichtbaren Bereich derzeit mit die höchsten Strahlungsleistungen und eine kompaktere Bauweise als andere Laser mit vergleichbarer Leistung.

Ionenlaser sind, bis auf die kleinsten Modelle, üblicherweise wassergekühlt, da sie hohe Energiemengen zum Anregen der Ionen benötigen, aber nur ein kleiner Teil dieser Energie in Licht umgesetzt wird. Dabei emittieren sie meist mehrere Frequenzen gleichzeitig.

Aufbau

Das Gas befindet sich in einer Röhre, an deren einen Ende ein Spiegel und am anderen Ende ein halbdurchlässiger Spiegel angebracht sind, wobei der halbdurchlässige Spiegel nur Licht einer bestimmten Polarisationsrichtung durchlässt, so dass der Laser kohärentes Licht emittiert.
Die Anregung der Ionen im Inneren der Röhre erfolgt durch eine elektrische Gasentladung, durch die das Gas in einen Plasmazustand versetzt wird. Die angeregten Ionen fallen dann auf ihren Grundzustand zurück und senden dabei Licht unterschiedlicher Wellenlänge aus, aus dem sich der Laserstrahl zusammensetzt.

Die Röhre muss mit einem Material bestehen, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit aufweist, da das Plasma im Inneren enorme Temperaturen erreicht und die Wärme abgeleitet werden muss. Ein geeignetes Material dafür ist Berylliumoxid-Keramik, welches jedoch den Nachteil hat, dass es giftig ist. Zusätzlich kommt häufig eine Wasserkühlung zum Einsatz.

Single-Line- und Multiline-Betrieb

In der einfachsten Konfiguration, dem Multiline-Betrieb, sendet ein Ionen-Laser Licht verschiedener Wellenlängen aus. Dies kann gewünscht sein, wenn das Licht in einer bestimmte Farbe erscheinen soll, die eben dieser Mischung entspricht, oder wenn die gesamte Leistung des Lasers benötigt wird, die sonst geringer wäre.

Möchte man stattdessen nur Licht einer Wellenlänge erhalten, so verwendet man die Single-Line-Konfiguration. Dabei wird der hintere Spiegel in der Röhre, der normalerweise das gesamte Licht reflektiert, durch ein Prisma ersetzt, das auf einer Seite verspiegelt ist. Das Licht wird durch das Prisma spektral zerlegt und dann an der verspiegelten Seite reflektiert. Nur das Licht der gewünschten Wellenlänge gelangt dabei wieder zurück in die Röhre, der Rest wird gestreut.

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Verwendung

Ionenlaser sind üblicherweise Argon- oder Krypton-Ionen-Laser, und diese werden häufig von billigeren und energieeffizienteren Festkörperlasern ersetzt. Sie werden jedoch eingesetzt, wenn eine bestimmte Wellenlänge benötigt wird, die kein anderer Laser produzieren kann, sowie wenn hohe Laserleistungen benötigt werden.
Sauerstoff-Ionen-Laser werden selten verwendet, sind aber experimentell eingesetzt worden und eignen sich sogar zum Selbstbau, da für geringe Leistungen sogar normale Luft als aktives Medium verwendet werden kann und die benötigten Spannungen für die Gasentladung durch handelsübliche starke Kondensatoren erzeugt werden können.