Lasery plynové

Z plynových laserů se stal nejznámějším laser helium - neonový generující jak červené světlo s vlnovou délkou 632,8 nm, tak infračervené záření. Helium-neonový laser (viz obr. 104) tvoří dlouhá skleněná trubice (T) naplněná směsí neonu a hélia, v níž se budí elektrický výboj pomocí vysokofrekvenčních prstencových budících elektrod (VF). Konce trubice bývají uzavřeny okénky skloněnými pod Brewsterovým úhlem k vyloučení odrazu polarizovaného světla.  Celá trubice je umístěná mezi (kulovými) zrcadly (Z) vnějšího rezonátoru.

Jako aktivní plyn je použit neon. Paprsek má vysokou stabilitu frekvence a malou rozbíhavost.

Proto se hélium-neonový laser používá v přesných hodinách, v přesných dálkoměrech a k účelům telekomunikačním a geodetickým.

Způsob čerpání je znázorněn na obr. 105. Atomy helia se snadno excitují v elektrickém výboji na metastabilní hladiny a při nepružných srážkách předávají svou energii atomům neonu. Metastabilní hladiny helia  a  totiž téměř přesně odpovídají energetickým hladinám neonu  a . Při srážkách tak mohou atomy helia předávat přesně taková kvanta energie, která jsou atomy neonu schopny přijmout. Atomy neonu pak přecházejí stimulovanou emisí na nižší hladinu. Červené světlo He - Ne laseru odpovídá přechodu .

Obr. 104

Obr. 105

Plynové lasery se ukázaly jako velmi perspektivní a mohutné zdroje infračerveného záření i ultrafialového záření a našly významné uplatnění v technice a technologii. Důvodem je, že objem plynu je možno podle potřeby zvětšovat, plynulým přítokem je možné dodávat stále nové aktivní prostředí a je možno je čerpat nejrůznějšími mechanismy (elektricky, chemicky, …). Plynové lasery mají vyšší účinnost, protože přeměna elektrické energie ve výboj je hospodárnější. Proto tyto lasery pracují v nepřetržitém režimu, ale jejich trvalý výkon není moc velký.

Argonový laser vydává modrozelené světlo (zelené s vlnovou délkou 514 nm a modré s vlnovou délkou 488 nm). Je pro něj typická vysoká hustota elektrického proudu protékajícího výbojem a vysoká teplota. Výbojová trubice se většinou zhotovuje z keramického materiálu a proud se izoluje od stěn magnetickým polem. Laser je schopen generovat výkon desítky wattů ve spojitém režimu a je vhodný i pro technologické účely. Podobné vlastnosti má i kryptonový a kadmiový laser a lasery s parami kovů (např. mědi). Hélium-kadmiový laser je zajímavý tím, že je tříbarevný - vyzařuje světlo modré, zelené a červené.

Nejvýkonnějšími z plynových laserů se staly lasery s oxidem uhličitým  a lasery chemické. Laser s oxidem uhličitým generuje infračervené záření s vlnovou délkou . Vzhledem k velikosti trubice může podávat vysoké výkony. U tohoto laseru se postupně uplatňovaly nové způsoby čerpání energie:

1. V roce 1966 využití tepelné energie, která vzniká při prudké expanzi zahřátého plynu. Tak byly realizovány gazodynamické lasery s rychlým, nadzvukovém proudem oxidu uhličitého.

2. V letech 1970 -1971 to pak bylo čerpání pomocí svazku elektronů (elektroionizační lasery EIL). To umožnilo použít plyn pod vysokým tlakem a dále zvýšit laserový výkon.

3. V roce 1969 vznikly v USA lasery s oxidem uhličitým pod atmosférickým tlakem a s příčným buzením (tak zvané TEA lasery, transverse excitation atmospheric - příčné buzení, atmosférický). Takové lasery umožní vytvořit výkonné tepelné stroje s uzavřenou cirkulací plynu, v nichž se tepelná energie mění v obrovskou energii infračerveného záření.  laser nachází uplatnění v technologii, ve vojenské a kosmické technice a ve vědeckém výzkumu.

Chemické lasery využívají k čerpání energie do aktivního prostředí energie exotermických řetězových chemických reakcí. První takový laser s použitím reakce mezi vodíkem a chlorem byl zkonstruován v roce 1965 a první výkonné lasery tohoto druhu založené na reakci vodíku a fluoru vznikly v roce 1969. Zvláštním druhem chemického laseru založeného na disociaci molekul ultrafialovým zářením (takzvaný fotodisociační laser) je laser jódový.

Po dlouhou dobu nebyly k dispozici lasery generující ultrafialové záření. Podařilo se ho nakonec získat pomocí speciálních plynových laserů (dusíkový laser), avšak rozhodující obrat znamenaly až lasery excimerové. Tato skupina laserů využívá jako aktivního prostředí zvláštního druhu molekul, excimerů, vytvářených za účasti atomů vzácných plynů. Tyto molekuly, jinak nestabilní, mohou existovat jen za zvláštních podmínek, například v plynovém výboji, s atomy ve vysoce vybuzených, excitovaných stavech. Při rozpadu těchto exotických molekul vzniká právě ultrafialové záření. První excimerový laser byl realizován v roce 1970. Šlo o laser s kapalným xenonem buzený elektronovým svazkem. V roce 1976 se pak objevily plynové excimerové lasery s excimery XeF, KrF, ArF, tedy molekulami tvořenými atomy vzácných plynů a fluoru.