Transcript Láser de Argón

FÍSICA DE LASERES
EL LÁSER DE ARGÓN
Presentado por:
Miguel Angel Bello Jiménez
15/04/04
Láser de Argón
Es uno de la familia del láser de iones que usan un gas
noble como medio activo
Fué inventado en 1964 por William Bridges en los
laboratorios de Hughes Aircraft, California
Contiene un tubo lleno con gas de Argón, el cual se
transforma en plasma en un estado excitado.
Emite en varias longitudes de onda desde el IR hasta
el UV
Emite alrededor 1 a 20 W distribuidos entre todas las
longitudes de onda emitidas
Las dos principales transiciones del láser están en el
visible:
Azul (488 μm)
Verde (514.5 μm)
Características para su construcción
Fuente de Energia
Las corrientes proporcionadas al láser son altas y por lo
tanto son necesarias fuentes de alta potencia de salida
Disipación de energía y material para su construcción
Por su eficiencia que es de 0.02 % tenemos que la
potencia a disipar en el sistema del láser es mediante un
sistema de enfriamiento costoso y complicado que
requiere una instalación especial.
Diferencia de Presión
Debido a las grandes corrientes necesarias, se crea una
diferencia de presión en el interior del tubo de descarga entre
los extremos (ánodo y cátodo), producida por la acción
bombeante del gas ionizado. Este conducto adicional
(bypass) debe ser tal que equilibre la presión pero no
conduzca la descarga.
Láser de Argón continuo
Desgaste del tubo por bombardeo ionico:
Debido a las altas corrientes, el bombardeo iónico y
electrónico es tan fuerte que el ánodo y el cátodo son
corroídos y el tubo es desgarrado, por lo que se llega a
destruir completamente su forma original. Este efecto hace
perder la eficiencia de estos elementos y llega a veces hasta
la destrucción total del láser.
Mecanismos de Excitación Láser
Este es el resultado de colisiones producidas por electrones
acelerados por el campo eléctrico en el cual se encuentran, así
como de choques entre átomos y también con las paredes del
recipiente.
Una teoria que mejor explica este fenómeno es la teoría de los
cuatro niveles del Argón
Teoría de los 4 niveles del Argón
I.
Mediante choque de electrones con átomos de Ar
neutral, este es llevado a uno más de los estados 4p del
Argón ionizado.
II. Una vez el Argón ionizado, decae de los niveles 4p por
emisión estimulada (efecto láser) a un nivel intermedio).
III. Mediante una nueva emisión (emisión no láser) pasa del
nivel intermedio al estado base del Argón ionizado.
IV. Mediante recombinaciones pasa al estado base del Argón
neutral completando así las cuatro etapas.
Transiciones para el láser de Argón
Líneas de Emisión
Longitud de onda en
Å
3577
4579
4658
4765
4880
4889
4965
5017
5145
5287
Niveles entre los que se produce la
transición
Nivel de energía
Nivel de energía
superior
inferior
4 d4 F 7/2
4 p2 S0 1/2
4 p2 P0 1/2
4 p2 P0 3/2
4 p2 D0 5/2
4 p2 P0 1/2
4 p2 D0 3/2
4 p2 F0 5/2
4 p4 D0 5/2
4 p4 D0 3/2
4 p4 D 5/2
4 S2 P 1/2
4 S2 P 3/2
4 S2 P 1/2
4 S2 P 3/2
4 S2 P 1/2
4 S2 P 1/2
3 d2 D 3/2
4 S2 D 3/2
4 S2 P 1/2
Transiciones en el Argón
Emisión del láser de Argón
Longitud de
onda en Å
Niveles entre las
cuales hay transición
Densidades de corriente umbral
4545
4 p2 P0 3/2 4s2 P3/2
Con
prisma
276
4579
4 p2 S0 1/2 4s2 P1/2
137
4658
4 p2 P 1/2 4s2 P3/2
181
4727
4 p2 D0 1/2 4s2 P3/2
176
168
4765
4 p2 P0 3/2 4s2 P1/2
100
123
4880
4 p2 D0 3/2 4s2 P3/2
38
30
4965
4 p2 D 3/2 4s2 P3/2
105
143
5017
4 p2 F0 5/2 3d2 D3/2
158
193
5145
4 p4 D 5/2 4s2 P3/2
95
152
5287
4 p4 D0 3/2 4s2 P1/2
276
Sin prisma
Sin prisma
7395
201
176
329
263
177
Alta
Potencia del Láser
La potencia de salida de un láser se ve afectada por una serie
de condiciones que proceden del funcionamiento del mismo.
En el láser de Argón pulsado donde los pulsos de corriente
son relativamente altos; se ha encontrado experimentalmente
que la potencia de salida esta descrita por la siguiente
ecuación:
Ps  K (     Jt )
2
ρ es la densidad de corriente.
K es un coeficiente determinado por la presión del gas, diámetro
del tubo de plasma y constantes de la cavidad óptica.
Jt es un coeficiente dependiente del valor umbral de la densidad
de corriente.
γ es un valor proporcional al coeficiente de los coeficientes de
excitación de los estados superior e inferior del ión.
Tubo de láser 1m x 5mm
Duración del pulso de corriente 3 μs
Presión del Argón 10 μHg
Potencia de salida en función de la densidad de corriente y
duración del pulso
Tubo de láser de 1m x 5mm
Longitud de onda 488 nm
Presión del Argón 10 μHg
Tr duración del pulso de corriente en μs
Te tiempo en que sale la luz después de aplicar el pulso
de corriente en μs
Potencia de salida en función de la densidad de corriente del pulso
Tubo de láser de 2m x 6mm de diámetro interno
Longitud de onda 488.9 nm
Duración del pulso de corriente 2 μs
Potencia de salida en función de la presión
Tubo de láser de 2m x 9mm de diámetro
interno
Presión del Argón 12 μHg
Densidad de corriente pico 320 Amperes
/cm2
Duración del pulso de corriente 2 μs
Potencia de salida en función de la longitud del plasma para
diferentes longitudes de onda
Cavidad Láser
Una cavidad láser esta determinada por el medio activo (gas,
cristal), en donde la radiación al viajar entre los dos espejos o
resonadores , es amplificada por emisión estimulada en el
medio, y a su vez sufre pérdidas causadas por difracción,
esparcimiento, inhomogeneidades del medio etc. La condición
para que la cavidad sea resonante es que las pérdidas por las
causas antes mencionadas sean menores que la ganancia a través
el medio activo.
Resonador para el laser de Argón
El resonador láser es hecho de dos espejos, uno es altamente
reflectivo (HR) y el otro es parcialmente reflectivo (OC) por
donde el haz emerge como luz láser. La ventana de Brewster
montada en ambos extremos del tubo, minimiza las pérdidas
por reflección mientras creamos un haz polarizado.
Resumen
El medio activo es un plasma de iones excitados.
El Argón es primero ionizado y después excitado.
Varias transiciones del láser ocurren simultáneamente, las más fuertes ocurren
en 514nm y 488nm.
Debido a la alta energía requerida para ionizar, necesitamos densidades de
corrientes muy altas.
El tubo de la descarga se hace normalmente de un material con una baja
conductividad térmica.
Emite alrededor 1 a 20 W de flujo distribuidos entre todas las longitudes de
onda emitidas, tanto como 5 o 6 W se pueden obtener en la longitud de onda de
más potencia, la línea de 514 nm.
Aplicaciones
Cirugía General
Holografia
Cirugía del ojo
Entretenimiento con luz
láser
Bombeo para otros laseres
Bibliografía
Láser de Argón Pulsado
Tesis profesional
Arquímedes A. Morales Romero
Universidad Nacional Autónoma de México
México, D.F.
http://itl.chem.ufl.edu/4411L_f00/i2_lif/ar_laser.html#laser
http://vcs.abdn.ac.uk/ENGINEERING/lasers/gas.html
http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/optmod/lasgas.html#c3
http://repairfaq.cis.upenn.edu/sam/laserarg.htm#argiak
http://www.rli.com/resources/argon.asp