Stickstofflaser TEA

Der Stickstofflaser ist ein Gaslaser, der nur im Impulsbetrieb zu betreiben ist. Das TEA steht für 'Transversely Excited Atmospheric', und bedeutet, dass der Laser unter Atmosphärendruck arbeitet und die Anregung der Stickstoffmoleküle durch eine Hochspannungsentladung quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls erfolgt. Solche Stickstofflaser eignen sich aufgrund ihres einfachen Aufbaus besonders gut für den Selbstbau, da nicht viele, oder gar keine teuren Spezialteile benötigt werden. Die Strahlung des Stickstofflasers liegt im nahen UV (337nm) und ist für das menschliche Auge nicht sichtbar, was das Experimentieren mit einem solchen Laser etwas gefährlich macht.
Stickstofflaser haben hauptsächlich wissenschaftliche Bedeutung. Lange waren sie die einzigen verfügbaren Laser im Ultraviolett. Die kurzen, intensiven Laserpulse werden u.a. zum Pumpen von Farbstofflasern, zur Untersuchung von Fluoreszenzfarbstoffen verwendet.


Funktionsweise

Die Entdeckung der Lasertätigkeit in molekularem Stickstoff erfolgter durch einen Herr Heard im Jahre 1963. Stickstoff (wie auch Wasserstoff und Neon) kann durch eine sehr kurzzeitige (um 1...10 ns) und intensive elektrische Gasentladung zur stimulierten Emission von Photonen gebracht werden. Der Grund für diese sehr kurze Lasertätigkeit des Stickstoffs ist die sehr kurze Lebensdauer des oberen Laseniveaus der Stickstoffionen.



Je geringer der Stickstoffdruck, desto länger ist die Lebensdauer des oberen Laserniveaus und die Anforderungen an die Intensität und Kürze der Pumpentladung sind dann geringer. Stickstofflaser arbeiten als sog. Superstrahler, d.h. Laserbetrieb findet statt, ohne dass ein optischer Resonator erforderlich ist. Das ist durch die sehr hohe Verstärkung im Lasermedium möglich. Lediglich die gestreckte Geometrie des Entladungskanales reicht aus, um gerichtete Laserstrahlung zu erzeugen. Die zur Anregung erforderlichen kurzen und intensiven elektrischen Impulse können durch Funkenstrecken und eine sog. Blumleinschaltung, wie sie folgendes Schaltbild darstellt erzeugt werden. Hierfür geeignete Schaltfunkenstrecken müssen besonders schnell arbeiten und laufen daher teilweise in Edelgas und unter hohem Druck. Die Schaltung besteht im Wesentlichen aus einer parallel zu einem als Streifenleiter ausgebildeteten Kondensator liegenden Schaltfunkenstrecke und der Laserentladungsstrecke, an welcher sich ein weiterer Kondensator befindet. Die Spannung liegt zuerst an Kondensator C1 und über die Induktivität wird auch der Kondensator C2 geladen und dieselbe Ladespannung liegt dann auch an der Funkenstrecke an. Bricht die Funkenstrecke durch, liegt die Spannung in der Folge kurzzeitig am Laserentladungskanal an. Diese bricht sofort durch und es entsteht die gewünschte Laserentladung.


Folgende Abbildungen zeigen den Schaltplan, sowie auch den schematischen Aufbau einer solchen Schaltung:





Beim Selbstbau eines solchen Stickstofflasers sollte man besonders auf die Geometrie des Aufbaus achten. Um die kurzen Entladungen zu erreichen, muss die gesamte Schaltung so induktionsarm wie möglich gebaut sein. Aus diesem Grund werden die Kondensatoren der Blümlein-Schaltung auch als Bandleitungen ausgelegt. Die auf der folgenden Abbildung blau schraffierten Flächen sollten so klein wie möglich gehalten werden. Auch das Dielektrikum der beiden Kondensatoren (hier rot schraffiert), sollte auch so dünn als möglich sein, aber trotzdem die benötigten 10kV Ladespannung aushalten.






Mein Stickstofflaser:












Berechnung der Wellenlänge




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