Un láser de iones es un láser de gas que utiliza un gas ionizado como medio láser. [1] Al igual que otros láseres de gas, los láseres de iones cuentan con una cavidad sellada que contiene el medio láser y espejos que forman un resonador Fabry-Pérot . A diferencia de los láseres de helio-neón , las transiciones de nivel de energía que contribuyen a la acción del láser provienen de iones . Debido a la gran cantidad de energía requerida para excitar las transiciones iónicas utilizadas en los láseres de iones, la corriente requerida es mucho mayor y, como resultado, casi todos, excepto los láseres de iones más pequeños, están refrigerados por agua . Un pequeño láser de iones refrigerado por aire podría producir, por ejemplo, 130 milivatios de luz de salida con una corriente de tubo de aproximadamente 10 amperios y un voltaje de 105 voltios. Dado que un amperio por un voltio es un vatio, se trata de una entrada de potencia eléctrica de aproximadamente un kilovatio. Si restamos la potencia de salida (deseable) de 130 mW a la potencia de entrada, obtenemos una gran cantidad de calor residual de casi un kW que debe disiparse mediante el sistema de refrigeración. En otras palabras, la eficiencia energética es muy baja.
Un láser de criptón es un láser de iones que utiliza iones del gas noble criptón como medio de amplificación . El bombeo del láser se realiza mediante una descarga eléctrica . Los láseres de criptón se utilizan ampliamente en la investigación científica y, en usos comerciales, cuando el criptón se mezcla con argón, crea láseres de "luz blanca", útiles para espectáculos de luces láser. Los láseres de criptón también se utilizan en medicina (por ejemplo, para la coagulación de la retina ), para la fabricación de hologramas de seguridad y para muchos otros fines.
Los láseres de criptón pueden emitir luz visible cerca de varias longitudes de onda diferentes, comúnmente 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 y 676,4 nm.
El láser de iones de argón fue inventado en 1964 por William Bridges en la Hughes Aircraft Company [2] y es uno de la familia de láseres de iones que utilizan un gas noble como medio activo.
Los láseres de iones de argón se utilizan para la fototerapia de retina (para el tratamiento de la diabetes ), la litografía y el bombeo de otros láseres. Los láseres de iones de argón emiten en 13 longitudes de onda a través de los espectros visible y ultravioleta, incluyendo: 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 y 1092,3 nm. [3] Sin embargo, las longitudes de onda más utilizadas están en la región azul-verde del espectro visible. Estas longitudes de onda tienen el potencial de usarse en comunicaciones submarinas porque el agua de mar es bastante transparente en este rango de longitudes de onda.
Los láseres de argón y criptón comunes son capaces de emitir una salida de onda continua (CW) de varios milivatios a decenas de vatios. Sus tubos suelen estar hechos de campanas terminales de níquel, sellos de metal a cerámica de kovar , cerámica de óxido de berilio o discos de tungsteno montados en un difusor de calor de cobre en un revestimiento de cerámica. Los primeros tubos eran de cuarzo simple, seguidos por cuarzo con discos de grafito. En comparación con los láseres de helio-neón , que requieren solo unos pocos miliamperios de corriente de entrada, la corriente utilizada para bombear el láser de argón es de varios amperios, ya que el gas debe ionizarse. El tubo láser de iones produce mucho calor residual y tales láseres requieren enfriamiento activo.
El plasma láser de iones de gas noble típico consiste en una descarga luminiscente de alta densidad de corriente en un gas noble en presencia de un campo magnético. Las condiciones típicas del plasma de onda continua son densidades de corriente de 100 a 2000 A/cm 2 , diámetros de tubo de 1,0 a 10 mm, presiones de llenado de 0,1 a 1,0 Torr (0,0019 a 0,019 psi) y un campo magnético axial del orden de 1000 gauss. [4]
William R. Bennett , coinventor del primer láser de gas (el láser de helio-neón), fue el primero en observar los efectos espectrales de quema de agujeros en los láseres de gas y creó la teoría de los efectos de "quema de agujeros" en la oscilación láser. Fue codescubridor de los láseres que utilizan la excitación por impacto de electrones en cada uno de los gases nobles, la transferencia de excitación disociativa en el láser de neón-oxígeno (el primer láser químico ) y la excitación por colisión en varios láseres de vapor de metal.