DA032 - Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe ...

6. Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung - 65 -
ergeben sich im Vergleich zum Rubinlaser geringere Pumpenergien und höhere
Wirkungsgrade. Durch das optische Pumpen werden eine Reihe von Bändern angeregt, die
in das obere Laserniveau ( 4 F3/2) übergehen. Durch die Verwendung der vorher genannten
Laserdioden lässt sich der Übergang 4 I9/2 und 4 F5/2 direkt anregen. Aufgrund des schnellen
strahlungslosen Übergangs in das Grundniveau 4 I9/2 wird das Laserniveau 4 I11/2 entvölkert.
Somit ist die Besetzungsinversion für die Lasertätigkeit hergestellt.
Festzuhalten ist, dass sich im Resonator ein so genannter Güteschalter(Q-Switch) befindet,
mit dessen Hilfe die Resonatoreigenschaften so lange abgeschaltet werden, bis die
maximale Besetzungsinversion erreicht ist. Wird dann auf hohe Güte(hohe Verstärkung)
umgeschaltet, beginnt der Laserprozess und die gesamte optische Energie kann mit einem
kurzen Puls abgegeben werden. Dieser Schalter wird mit Hilfe eines doppelt brechenden
Kristalls realisiert. Somit ist eine Erhöhung der Spitzenleistung bei einer gegebenen
Pumpenergie möglich. Jedoch liefert die Güteschaltung nur eine starke Erhöhung der
Pulsleistung, wenn die Lebensdauer des oberen Laserniveaus größer als die Pumpdauer ist.
6.6.1.2 Excimerlaser
Die Funktionsweise eines Excimlasers besteht darin, dass mittels elektrischer
Hochspannungsentladungen aus einem Edelgas und einem Halogen
Edelgashalogenidmoleküle erzeugt werden. Diese erzeugten Moleküle, die keinen stabilen
Grundzustand besitzen, werden Excimere genannt. Das Wort ist eine Abkürzung für excited
dimer, was ein zweiatomiges Molekül(dimer) beschreibt, das nur im angeregten(excited)
Zustand kurzfristig stabil ist. Die gebräuchlichsten Systeme stellen Edelgas-Halogen-
Verbindungen wie ArF* (193 nm), KrF* (248 nm), XeCl* (308 nm) und XeF* (351 nm) dar.
Die Moleküle können im Grundzustand keine Bindung eingehen. Der Index * gibt hierbei an,
dass es sich um elektronisch angeregte Moleküle hantelt, die im Grundzustand nicht oder
nur sehr kurz existieren. Im elektronisch angeregten Zustand des Edelgasatoms befindet
sich ein ungepaartes Elektron, was eine ionische Verbindung mit einem Halogenatom
eingeht. Die Lebensdauer dieser Verbindung ist nur gering, da ein bindender Zustand nur im
angeregten Niveau möglich ist. Durch die Entladung beim Übergang in den Grundzustand
kommt es darauf an, eine hinreichende Menge an Excimermolekülen zu erzeugen, um eine
hohe Verstärkung des Laserlichts sowie eine hohe Pulsenergie zu erreichen. Die Pulsdauer
ist abhängig von der Dauer der Gasentladung und beträgt 20ns[10]. Die erzeugte Strahlung
eines Excimerlasers weist nur eine geringe zeitliche und räumliche Kohärenz auf. Der Grund
liegt in der geringen Lebensdauer der Excimere, wodurch die Besetzungsinversion nicht
lange genug andauert, um mehrere Umläufe im Resonator zu erfahren. Es lassen sich somit
Pulsenergien bis zu 250 mJ erreichen.