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Farbzentrenlaser

Laserphysik und -technik, Laser, dessen aktives Medium ein Farbzentrum ist. Ein erster Farbzentrenlaser wurde bereits 1964 realisiert (Fritz, Menke), doch erst zehn Jahre später gelang es, die Durchstimmbarkeit eines solchen Lasers zu nutzen (Mollenauer, Olson, 1974). Bei Farbzentren findet man äusserst breite Abstimmbereiche von 800 nm bis zu 3,3 mm im cw- und bis zu 4 mm im gepulsten Betrieb. Zur Erzeugung eines Farbzentrums bildet man zunächst ein F-Zentrum, das aus einer Anionenlücke und einem an diese Lücke gebundenen Elektron besteht. Die Niveaus dieses Elektrons sind im Kristallgitterfeld stark durch Wechselwirkung mit Phononen verbreitert. Die Abb. zeigt ein typisches Vier-Niveau-Schema, wie es bei einem sog. FA(II)-Farbzentrum entsteht. Die Absorption des Pumplichtes erfolgt aus einem s-ähnlichen Grundzustand in einen p-ähnlichen Zustand, der in zwei meist deutlich voneinander getrennte Niveaus aufgespalten ist. Dieser angeregte Zustand relaxiert mit einer Lebensdauer von 1 ps in das obere Laserniveau, dessen Lebensdauer zwischen 10 und 200 ns betragen kann. Nach dem Laserübergang relaxiert das Farbzentrum wieder innerhalb einer Lebensdauer kleiner als 1 ps in den Grundzustand. Durch gezielte Auswahl des Kristalls und der Störstelle, durch die das Farbzentrum gebildet wird, können Farbzentrenlaser den gesamten Bereich von 800 nm bis zu 3,8 mm lückenlos überdecken, einige Beispiele zeigt die Tabelle. Die Lebensdauer von in der Praxis eingesetzten Farbzentren beträgt zwischen einer Woche und über einem Jahr.

Farbzentrenlaser finden wegen ihres grossen Abstimmbereiches vor allem in der hochauflösenden Atomspektroskopie, Molekülspektroskopie und Festkörperspektroskopie ihren Einsatz. Eine neue Entwicklung im Bereich der modengekoppelten Farbzentrenlaser ist der Solitonenlaser.

Farbzentrenlaser: Pumpwellenlängen und Abstimmbereiche verschiedener Farbzentrenlaser.

Kristall/Farbzentrum

Pumpwellenlänge [nm]

Abstimmbereich [m]

LiF/F2+

647

0,82-1,05

NaF/F2+

647

0,89-1,00

KF/ F2+

1064

1,26-1,48

NaCl/ F2+

1064

1,40-1,75

KCl:Tl/Tl0(1)

1064

1,40-1,60

KCl:Na/F2+

1340

1,62-1,91

KCl:Li/(F2+)A

1340

2,00-2,50

KCl:Na/FB (II)

514, 568, 647

2,25-2,65

KCl:Li/FA (II)

514, 647

2,50-2,90

RbCl:Li/FA (II)

647, 676, 752

2,60-3,30

KI:Li/(F2+)A

1730

2,38-3,99

 

 

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