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Stickstofflaser

Der Stickstofflaser ist ein Gaslaser, der nur im Pulsbetrieb arbeiten kann. Die Anregung des Stickstoffgases erfolgt durch eine Hochspannungsentladung quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls. Bemerkenswert am Stickstofflaser ist sein einfacher Aufbau ohne Laserresonator und der mögliche Betrieb mit atmosphärischer Luft, sodass er mit einfachsten Mitteln auch von Hobbybastlern gebaut werden kann.

Aufbau eines N2-Lasers. Links ist die Funkenstrecke aus zwei Hutmuttern

Typische Daten:

Gasdruck: einige Millibar bis mehrere Bar.

Energie: Mikrojoule bis Millijoule.

Leistung: Spitzenleistung einige Kilowatt bis 1 Megawatt, mittlere Leistung einige Milliwatt.

Wellenlänge: stärkste Linie bei 337,1 nm (Ultraviolett).

Pulsdauer: einige hundert Picosekunden bis einige zehn Nanosekunden.

Wirkungsweise

Stickstoff (wie auch Wasserstoff und Neon) kann durch eine sehr kurzzeitige (um 1...10 ns) und intensive elektrische Gasentladung zum Lasern gebracht werden. Der Resonator ist bei diesem Laser wertlos, weil die Verweildauer des Elektrons im oberen Laserniveau des Stickstoffs nach dem

„Pumpen“ kürzer ist als die Laufzeit des Lichtes von einem Spiegel zum anderen. Das reflektierte Licht würde erst dann zurückkommen, wenn die Besetzungs-inversion nach der Anregung bereits beendet ist. Dann sind aber keine energiereichen Atome mehr da, die energetisch "gemolken" werden können. In diesem Fall ist die Intensitätszunahme des Lichtes pro Millimeter (die Verstärkung) aber ausreichend groß, dass es zur spontanen Laserentstehung kommt. Wenn Laserbetrieb stattfindet, ohne dass ein Resonator erforderlich ist, spricht man von einem Superstrahler.

Laserbetrieb von Stickstoff ist auch bei normalem Druck von 1 bar möglich. Solche Laser heißen TEA-Laser (transversal elektrisch angeregte Atmosphärendruck-Laser), es gibt sie auch für CO

2 als Lasermedium für die Wellenlänge 10,6 µm.

Je geringer der Stickstoffdruck, desto seltener stoßen Atome zusammen und desto länger ist die Lebensdauer des oberen Laserniveaus - die Anforderungen an die Intensität und Kürze der Pump -Entladung sind dann geringer.

Die zur Anregung erforderlichen kurzen und intensiven elektrischen Pulse können, wie u.a. Satyendra Nath Bose herausfand, durch Funkenstrecken und einen Blümleingenerator 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 ausgebildeten Kondensator 1 liegenden Schalt - Funkenstrecke und der Laser-Entladungsstrecke, an welcher sich ein weiterer Kondensator 2 befindet. Die Spannung liegt zuerst an Kondensator 1 und Funkenstrecke an, die Funkenstrecke bricht durch und die Spannung liegt in der Folge kurzzeitig an der Laser - Entladungsstrecke an. Diese bricht sofort durch, es fließt ein Strom durch den Stromkreis und beide Kondensatoren entladen sich.