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Gepulste Lasertätigkeit im ultravioletten Spektralbereich wird bei Übergängen zwischen Elektronenenergieniveaus in Molekülen erzielt. Dabei werden vorwiegend zweiatomige stabile Moleküle wie H2, N2 und Excimere als aktive Medien eingesetzt. Excimere sind Moleküle, die nur kurzzeitig im angeregten Zustand existieren und nach Übergang in den Grundzustand schnell zerfallen.
Wellenlängen der wichtigsten UV-Moleküllaser:
Molekül Wellenlänge in nm
XeF 351.353
N2 337
XeCl 308
Br2 291
XeBr 282
KrF 248
KrCl 222
ArF 193
CO 181.197
ArCl 175
Xe2 172
H2, D2, HD 150.162
F2 158
Kr2 146
Ar2 126
Excimerlaser (Excimer = Abkürzung für excited dimer, zu deutsch \"angeregtes zweiatomiges Molekül\"):
Edelgase gehen keine stabilen chemischen Verbindungen ein, daher tragen sie das Attribut edel. Bringt man jedoch ein Edelgas (Neon, Argon, Krypton, Xenon) mit aggressiven Molekülen wie Chlor, Fluor oder Brom in einem Behälter zusammen und zündet durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine Gasentladung, so entstehen für kurze Zeiträume Moleküle wie Argonfluorid (ArF). Diese Moleküle existieren nur im angeregten Zustand und auch so nur für circa 10-8s (0,00000001 s). Sie zerfallen unter Aussendung von intensivem Laserlicht in den Grundzustand, den es eigentlich nicht gibt (d.h. ArF zerfällt in Ar und F).
Das ausgesandte Laserlicht liegt im UV-Bereich, und wird für viele Anwendungen in Wissenschaft, Materialbearbeitung und Medizin verwendet. Die Laser können verständlicherweise nur gepulst (10 bis 100 Pulse) arbeiten, da die Excimersubstanzen durch ihren schnellen Zerfall keinen Dauerstrichbetrieb zulassen. Ihre Leistung liegt circa bei 10 Watt, bei Sonderausführungen für Materialbearbeitung wurden schon mehrere 100 Watt erreicht.
Der Aufbau von Excimerlasern erweist sich als äußerst kompliziert, da es durch die Aggressivität der Halogene (F, Cl, Br) zu Materialproblemen kommt. Nach einer Betriebszeit von nur wenigen Stunden muß das Gemisch aus dem Laser abgepumpt werden und es erfolgt eine neue Füllung. Die allerneuesten, vor allem in Deutschland entwickelten, Modelle besitzen abgeschlossene Rohre, bei denen kein Gasaustausch notwendig ist.
N2-Laser
Die Stickstofflaser funktionieren ähnlich wie Excimerlaser, doch entfallen bei ihnen, da keine aggressiven Substanzen vorhanden sind, die Materialprobleme. Der Aufbau ist deswegen relativ einfach, deshalb werden N2-Laser gerne in Laboren selbstgebaut. Der Laser liefert kurze Pulse mit einer Wiederholfrequenz von etwa 100Hz, wobei die Pulsdauer im Nanosekundenbereich liegt. Die stärkste Laserlinie im Spektrum besitzt die Wellenlänge 337nm (UV-Bereich), und sie eignet sich besonders gut zum Pumpen von Farbstofflasern. Der Nachteil der N2-Laser liegt darin, daß der Stickstoff zugeführte Energie nur sehr schlecht speichert, so daß die Pulsenergie des Lasers auf maximal 10mJ beschränkt ist. Daher und weil der Wirkungsgrad der N2-Laser nur 1 Promille beträgt werden meist die komplizierteren Excimerlaser bevorzugt.
Die Entladung des Gases beim N2-Laser erfolgt meist quer zur Strahlrichtung des Lasers. Die meisten Stickstofflaser benötigen einen kontinuierlichen Gasfluß, wofür eine Vakuumpumpe eingesetzt wird. Das Gas sollte absolut reiner Stickstoff sein (Ansonsten kann es zu Verschiebungen in der Wellenlänge kommen). Die Pulsdauer des Lasers ist stark von den Druckverhältnissen im Inneren abhängig. Bei Erdathmosphärendruck beträgt sie 0,3ns bei 103Pa bereits 20ns. Die Kohärenzlänge des N2-Lasers beträgt ungefähr 1mm.
Wegen dem notwendig hohen Verstärkungsfaktor besitzt der Strahl keine gute Qualität. Er ist unpolarisiert und bildet sich bei N2-Lasern höherer Leistungen aufgrund von transversalen Entladungen rechteckig ab.
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