MAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT - A MTA III. OSZTÁLYÁNAK FIZIKAI KÖZLEMÉNYEI 34. KÖTET (1986)
34. kötet / 1. sz. - RÓZSA KÁROLY: Gáz- és fémgőzlézerek céljára alkalmazott üreges katódú kisülések
GÁZLÉZEREK ÜREGES KATÓDÚ KISÜLÉSBEN 3 nyomás csökkentésével kívánjuk emelni, a lézerműködésben résztvevő atomok számának csökkenése miatt csökken a lézerteljesítmény. Ha a kisülési cső átmérőjét csökkentjük, a lecsökkent térfogat csökkenti a lézer teljesítményét. Hasonló problémák jelentkeznek — gerjesztési mechanizmustól függetlenül — a többi folytonos gázlézernél is. Igen nagy áramnál, több lépéses gerjesztésnél, valamivel kisebb elektronenergiák is elegendőek lézerműködés létrehozására (pl. Arion lézer). A nagy áram azonban különleges technológiát igényel (BeO vagy wolfram kapilláris, különleges katód), ami az ilyen lézerek árában (15—25 000 $) is kifejezésre jut. Ha ultraibolya átmeneteket kívánunk gerjeszteni, a fenti problémák fokozottabban jelentkeznek. A gerjesztéshez ekkor még nagyobb energiájú elektronok szükségesek, a pozitív oszlopú kisülésben azonban, lézercélokra még megfelelő gáznyomáson, az elektronok energiája tovább nem növelhető. A pozitív oszlopú lézerekben elért legrövidebb hullámhosszú lézerátmenet a Cdion 325 nm színképvonala. A folytonos lézerek hullámhossztartományának további kiterjesztése a növekvő frekvenciák irányába az ún. üreges katódú lézerek segítségével vált lehetővé. Itt a katód közelében kialakuló ún. „negatív fényt" hasznosítjuk a lézerátmenetek gerjesztésére. Az üreges katódú kisülésben az elektronok energiaeloszlását összehasonlítva a pozitív oszlopú kisülésben mért eloszlással (2. ábra), láthatjuk, hogy a nagyenergiájú elektronok részaránya a katódüregben nagyobb [2]. A kisülés nagyenergiájú elektronjait a katód közelében levő nagy térerősség hozza létre. A katód felületénél 1 mm nagyságú szakaszon 300—600 V feszültség esik, az ún. katódesés. Ez a feszültség közel egyenlő a kisülés teljes feszültségével. Ennek a feszültségnek növelése javítaná az üreges katódú lézerek teljesítőképességét, a nagyobb égési feszültség növelné a nagyenergiájú elektronok részarányát és energiáját. Mivel a kisülésben a gyors elektronok sűrűsége igen kicsi, az elektronok energia eloszlásának még kismértékű, kedvező irányú megváltoztatásától is jelentős eredményeket várhatnánk. Az égési feszültség azonban adott nyomáson alig függ a kisülési áramtól, a nyomás csökkentésével az égési feszültség növelhető, de ekkor csökken a lézerműködést létrehozó atomok száma. 2. ábra: Az elektronok energiaeloszlása pozitív oszlopú He kisülésben [1] és hasonló átmérőjű katódüregben [2] p = 0,9 torr, átmérő = 2 cm