Voraussetzungen zum Pumpen von Gaslasern

Betrieb, Bau und Modifikation von Gaslasern.

Moderator: mikesupi

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kilovolt
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Voraussetzungen zum Pumpen von Gaslasern

Beitrag von kilovolt » Sa 15 Aug, 2015 8:29 am

Liebe Freunde

Habe letzthin gedanklich die beiden Gaslasertypen HeNe und Argon miteinander verglichen. Während der HeNe eine hohe Spannung benötigt und entsprechend wenig Strom, ist es beim Argon ja eher umgekehrt, zudem benötigt der Ar+ eine Heizung, vermutlich als Hilfe um die Entladung bei der niedrigen Brennspannung überhaupt erhalten zu können (stimmt das überhaupt?). Nun habe ich mich gefragt, ob es generell vorgegeben ist, bei welchen Parametern von Strom und Spannung ein bestimmter Typ von Laser überhaupt funktionieren kann oder ob es nicht beispielsweise auch denkbar wäre, einen Argonlaser zu bauen, der sagen wir mal mit der gleichen elektrischen Pumpleistung aber höherer Spannung arbeitet und dann auch keine Heizung braucht, ähnlich wie beim HeNe. Konkret, wäre es beispielsweise möglich, einen Argonlaser mit sagen wir mal 10kV / 50mA zu betreiben statt mit 100V / 5A, dann aber ohne Heizung? Falls ja, wie müsste die Röhre dann beschaffen sein? Oder ganz anders gefragt, was bestimmt an einem Gaslaser, welche elektrischen Parameter er grundsätzlich fordert?

Danke schonmal für jeden Input.

Beste Grüsse
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Re: Voraussetzungen zum Pumpen von Gaslasern

Beitrag von Dr. Burne » Sa 15 Aug, 2015 11:11 am

Hallo,

im Gegensatz zu einem HeNe Laser wo Neon nur leicht im Energieniveau angehoben wird,
ist jeder Argonlaser ein Ionenlaser, also man erzeugt ein Plasma was sehr heiß brennt.

Beim Argon Laser wird die Kathode nicht zum heizen verwendet, sondern damit genug Elektronen freigesetzt werden,
damit der hohe Strom überhaupt stabil fließen kann.

Wenn du mit einer anderen Energiequelle, egal ob Hochspannung, Mikrowellen ect. das Argongas ausreichend ionisierst wird der Laser theoretisch auch funktionieren.

Du musst aber bedenken dass Argon Laser erst ab einer Stromsdichte von ca. 3-5A pro mm² im Bore anfangen zu lasern.
Wenn man nun in etwa schätzt, dass pro 10cm Bore ca. 30-40V abfallen, brauchst du mindestens eine Leistungsdichte von 0,9-2W/mm³ im Betrieb dann wohl 4-20W/mm³.

Wenn du mit Hochspannung arbeitest würdest du wohl eher eine Röngtenröhre bauern statt einen Laser.

Bei großen wassergekühlten wird ja ein starker Elektromagnet eingesetzt, um den Strom auf eine kleinere Fläche zu bringen, damit der Laser effizienter arbeitet.
Bild So sind Chinakisten halt!

Wellenlängensammlung 405 445 457,9 465,8 472,7 476,5 488 496,5 501,7 514,5 520 528,7 532 543,4 632,8 640 658 780

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Re: Voraussetzungen zum Pumpen von Gaslasern

Beitrag von kilovolt » Sa 15 Aug, 2015 11:23 am

Danke vielmals, Dr. Burne, das war genau die Antwort, nach der ich gesucht hatte. Es kommt also in erster Linie auf die Stromdichte an und die Brennspannung ergibt sich dann ja daraus. Damit ist klar, dass man nicht mit höherer Spannung arbeiten kann, selbst wenn die Leistung der Quelle eigentlich gleich hoch ist.

Beste Grüsse
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Re: Voraussetzungen zum Pumpen von Gaslasern

Beitrag von medusa » Di 18 Aug, 2015 1:29 pm

Hi,

mit Hochspannung geht das auch, auch ohne Röntgenstrahlung, und auch mit ungeheizter Kathode, dann aber halt nur gepulst. Die Grundvoraussetzung ist aber die gleiche wie bei CW: es kommt auf die Stromdichte an.
Theoretisch kann man auch in CW garstige Dinge machen, denkbar ist eine kalte Kathode nach der Art eines HeNe, die dann aber ungefähr so groß wie ein Wassereimer sein müßte. Physikalisch handelt man sich damit aber eine Menge Ärger ein, denn der Spannungsabfall in der Nähe der Kathode wird dann ziemlich groß, d.h., man bekommt einen Haufen Wärme im Kathodeneimer, die man schlecht abführen kann.
Zusätzlich würde eine solche Kathode ganz derbe sputtern, also von einschlagenden Ionen des Plasmas langsam zerstäubt werden. Staub in einer Laserröhre ist aber nix, was man haben möchte - adsorbiert Gas und lagert sich überall ab, wo man ihn nicht brauchen kann, z.B. auf Fenstern oder Spiegeln.

Das zeigt ganz schön, daß eine physikalische Grundvoraussetzung (die Stromdichte) nicht das einzige ist, was man am Bau eines Lasers berücksichtigen muß. Es kommt auch darauf an, wie man diese Voraussetzung technisch möglichst praktikabel und stabil erzeugt.
Für eine Vermarktung sollte diese Lösung auch bezahlbar sein, d.h., aus nicht allzu exotischen Materialien bestehen, die sich auch zu vertretbaren Kosten verarbeiten lassen.

Letzten Endes steckt nicht nur viel Physik, sondern auch jede Menge ingenieurtechnisches Know-How in einer Laserröhre. Ein großer Teil davon basiert schlicht auf Erfahrung, denn nicht alles läßt sich theoretisch einfach berechnen, schon gar nicht in der Plasmaphysik.

Gruß, ~Diane.
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Re: Voraussetzungen zum Pumpen von Gaslasern

Beitrag von kilovolt » Mi 19 Aug, 2015 9:34 am

Danke auch Dir vielmals für die umfangreiche Erklärung, Diane.

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Re: Voraussetzungen zum Pumpen von Gaslasern

Beitrag von medusa » Di 25 Aug, 2015 12:18 pm

Lieber Daniel,

ein paar sehr lebendig beschriebene Ereignisse und Irrwege sind in dem Artikel "Ion Lasers - the Early Years" von William Bridges zu finden. Lese ich immer wieder gerne, und man erahnt daran auch, wieviele Schritte von der Entdeckung des ersten Laserüberganges in Argon bis zum schlußendlich für den Endkunden (vulgo: uns) verwendbaren Ionenlaser der modernen Bauart notwendig waren.

Tante G. weiß, wo der Artikel im Web zu finden ist. ;)

Gruß, ~Diane.
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