1. ábra A réz-ion energiaszint-rendszerének egyszerűsített vázlata
Fizikai Szemle honlap |
Tartalomjegyzék |
Rózsa Károly
KFKI SZFKI
Már tíz éve nincs közöttünk.1963 őszéig a KFKI spektroszkópiai kutatásait irányította. Ezután a jövő tanárait tanította, fizikára, emberségre az Egri Tanárképző Főiskolán. Kapcsolata a kutatással és volt munkatársaival, legalább beszélgetések szintjéig, mindvégig megmaradt. Látogatásai előadásai ünnepnapok voltak. Hiányzik a tudós, hiányzik az ember, akinek szeretete és tisztelete kollégáival szemben (ha meg tudjuk őrizni) lehet az a megtartó erő, ami a mai tudományellenes légkör ellenére még összetarthat kutatócsoportokat. Spektroszkópiai kutatásaiból indult el a gázlézer-kutatás a Központi Fizikai Kutatóintézetben. Ezen munkák legújabb eredményeiről számolunk be.
A folytonos lézerműködés feltétele a látható és az ultraibolya tartományban
A folytonos lézerműködés létrehozásához
elsősorban az szükséges, hogy a kívánt
átmeneten folyamatosan olyan állapotot tudjunk létrehozni,
ahol az átmenet felső nívóján
lévő gerjesztett atomok (molekulák) sűrűsége
nagyobb az alsó nívón elhelyezkedő
részecskék sűrűségénél
(fordított benépesítés, populáció-inverzió).
Ezt annál nehezebb biztosítani, minél nagyobb
fotonenergiákon, azaz minél rövidebb hullámhosszon
kívánunk lézerműködést
megvalósítani. Nem véletlen, hogy a mikrohullámú
tartomány után először az infravörös,
majd a látható fény vörös, később
zöld-kék, legvégül az ultraibolya színképtartományban
hoztak létre lézereket. Folytonos lézerekre
a még rövidebb (vákuum-ultraibolya) hullámhossztartományban
még csak reményeink vannak.
1. ábra A
réz-ion energiaszint-rendszerének egyszerűsített
vázlata
Hőmérsékleti egyensúlyban egy gázban a különböző energiájú állapotok úgy oszlanak el, hogy az egyre magasabb energiájú részecskékből egyre kevesebb van (Boltzman-eloszlás). Ezzel ellentétes eloszlás eléréséhez "trükközni" kell. Ha el is értük az inverziót, a rendszer saját magától igyekszik visszaállni a neki természetes eloszlásba. Minél nagyobb a különbség a lézerátmenet két nívója között, annál nagyobb valószínűséggel jön létre spontán fénykibocsátás, mely a gerjesztett részecskéket a felső nívóról az alsó nívóra viszi át. Ha azután egyszer elindult a lézer, akkor főleg a lézer sugárzása dolgozik a populáció-inverzió ellen.
Szelektív gerjesztés töltéskicserélő ütközésekkel
Folytonos lézerműködéshez gondoskodni kell a felső nívó folyamatos táplálásáról, és az alsó nívón levő atomok számának csökkentéséről. A folytonos lézerműködés létrehozására, rövidebb hullámhosszaknál, az egyik legjobban bevált "trükk" a töltéskicserélő ütközés. Ebben a folyamatban nemesgáz (hélium vagy neon) ionok egy lépésben ionizálnak és gerjesztenek fématomokat. Ennek szép példája a réz-atomok ionizációja és gerjesztése hélium-ionokkal:
Cu+* +He
+ 
E,
ahol Cu+* gerjesztett réz-ionokat jelöl,
E a gerjesztett réz-ion energiája
és hélium ionizációs energiája
közti különbség. A folyamat akkor játszódik
le jó hatásfokkal, ha exoterm és ha kicsi
a E energiakülönbség
(a termikus energia nagyságrendjébe esik). A hélium-atomok
ionizációs energiája nagy (24,58 eV), ebből
a réz-atom ionizációjára 7,72 eV szükséges,
a különbség fedezi a réz-ion gerjesztését.
Az 1. ábrán a réz-ionok egyszerűsített
energiaszint-diagramja mellett az alapállapotú hélium-
és neon-ionok energiáját is feltüntettük.
Az ábrán látható, hogy a hélium
ionok energiája gyakorlatilag egybeesik a réz-ionok
6s nívójával, míg a neon-ionok
jó hatásfokkal gerjesztik a réz-ion 5s
nívóit; ennek megfelelően hélium-ionokkal
a 6s-5p infravörös, míg neon-ionokkal
az 5s-4p ultraibolya átmeneteken működő
lézerek hozhatók létre. A nemesgáz-ionok
kiválóan alkalmasak energiatárolónak.
Nemcsak nagy energiával bírnak, de élettartamuk
is hosszú. Kis nyomású folytonos plazmákban,
ahol létre lehet hozni a nemesgáz-atomok ionizációjához
szükséges elektronenergiákat, gyakorlatilag
csak úgy tudnak rekombinálódni, ha előbb
a kisülési cső falához diffundálnak
és ott elektronokkal ütköznek. Ez lassú
folyamat, így nemesgáz-ionok megfelelő koncentrációban
állnak rendelkezésünkre a töltéskicserélő
ütközés létrehozására.
A lézerátmenetek alsó nívóinak ürítése is megoldott, elsősorban az 5p-5s illetve a 4p-4s intenzív spontán emisszió révén. A töltéskicserélő ütközés szelektív folyamat; csak annak a néhány nívónak a gerjesztése jöhet létre, amelyek energiái "rezonanciában" vannak a héliumionok energiájával. A lézerműködés létrehozásához éppen ez kell, mert így az alsó nívót gyakorlatilag nem gerjesztjük. Ha a plazmában megfelelő sűrűségben tudunk előállítani nemesgáz-ionokat és rézgőzt, létrehoztuk az erősítő közeget. Ezek után már csak két kisveszteségű tükörre, két jóminőségű ablakra, tápegységre és megfelelő mechanikára van szükség, így össze is áll a lézerünk. Az erősítés létrehozásához olyan kisülést kell tervezzünk, ahol a fémgőz megfelelő sűrűségben áll rendelkezésünkre, és nagy a nemesgáz-ionok koncentrációja.
Meg kellett oldani még egy problémát. Azon fémek száma, melyek ionszínképében létezik olyan nívó, melyek energiája egybeesik a hélium illetve a neon ionizációs energiájával, és ahonnan a lézerek céljára alkalmas ultraibolya átmenetek indulnak, elég kevés. Gyakorlatilag három ilyen fémet ismerünk. Neon-réz kisülésben 249 és 270 nm között, hélium-arany kisülésben 282 nm-en, míg hélium-ezüst kisülésben 224 nm-en hozható létre lézerműködés. Ezen fémek gőznyomása alacsony. Hogy számottevő mennyiségben legyenek jelen, ahhoz magas hőmérsékletre (900-1200 ºC fokra) lenne szükség. Ilyen magas hőmérsékleten igen körülményes megfelelően szabályozott gázkisülést létrehozni.
Üreges katódú lézerek
A gerjesztési mechanizmusnál vázolt követelményeknek jól megfelel az elsősorban analitikai kémiai spektroszkópiából ismert üreges katódú kisülés (2. ábra). Az ábrán látható katód hengeres cső, ennek a belsejében jön létre a számunkra fontos kisülés. A kisülés leglényegesebb folyamata az elektronok kiváltása az alacsony hőmérsékletű katód felületéből. Az elektródokra kapcsolt feszültség hatására (elsősorban a kozmikus sugárzás hatására létrejövő) ion-elektron-pár a töltőgázban szétválik,
2. ábra
Üreges katódú kisülési cső
3. ábra Felhasított
üreges katódú lézer vázlata.
gyorsulni kezd, a megfelelő energiájú elektronok tovább ionizálnak, ionizációs lavina alakul ki. Elég nagy feszültség (300-400 V) hatására a folyamat önfenntartóvá válik. A katód felszíne felé mozgó ionok a katód felületének közelében tértöltést hoznak létre, módosítva az elektródok geometriájából adódó térerősség-eloszlást. A térerősség a katód közvetlen közelében elérheti az 1000 V/cm értéket és egy rövid (mm-nél kisebb) szakaszon többszáz volt a feszültségesés (katódesés). Az adott geometriában az anód közel van a katódhoz, a kisülés egyéb részein létrejövő feszültségesések elhanyagolhatóak, az elektródok sarkain mért "égési feszültség" gyakorlatilag megegyezik a katódeséssel. A katódesésnek illetve az égési feszültségnek a későbbiekben fontos szerepe lesz: a katódesés által felgyorsított elektronok hozzák létre a lézer gerjesztési reakciójához szükséges ionizációt. A katód falához érkező ionok és ultraibolya fotonok a katód felületéből elektronokat váltanak ki, ezek az elektronok a nagy térerősség hatására gyorsulnak, ionizálnak és gerjesztenek. Az önfenntartó kisülés akkor alakul ki, amikor a katódból kilépő (elsődleges) elektronok a plazmában már létre tudnak hozni olyan számú iont és ultraibolya fotont, amennyi az elsődleges elektronok kiváltásához szükséges. Az ionok és ultraibolya fotonok a katódüreg belsejéből jutnak nagyobb valószínűséggel a katód felületére, ezért itt alakul ki a nagyobb sűrűségű plazma. Ha nem túl nagy az áramsűrűség, a katód külső részét csak gyengébb kisülés borítja be. Ez a kisülés miért jó a lézer gerjesztésére? A katód felületéből kilépő elektronok igen rövid szakaszon nagy térerősséget látnak, mely a katód felületére merőleges irányban gyorsítja az elektronokat. A gyors elektronok létrehozzák a kisülés legjobban gerjesztett részét, a negatív fényt. Itt a legintenzívebb a kisülés ultraibolya része. A hengeres katódfelület az elektronokat a katódüreg tengelyébe fókuszálja, mintegy "összegyűjti" a negatív fényt, a nagyenergiájú elektronok nagy sűrűsége alakul ki, mely létre tudja hozni a megfelelő ionizációt. Azok az elektronok, amelyek ionizáció vagy gerjesztés nélkül repülik át a katódüregben létrejövő plazmát, a szemben lévő katód taszító teréből visszaverődve addig oszcillálnak, amíg energiájukat ionizáció vagy gerjesztés révén el nem veszítik. Igy a katódüregben létrejön a töltéskicserélő ütközéshez szükséges ionkoncentráció. Ugyanakkor a katód fala jelentós ionbombázásnak van kitéve. Az ionbombázás hatására a katód porlik, az elporló fém bejut a kisülésbe. A töltőgáz színképvonalai mellett a kisülés színképében megjelennek a katód falát képező fém színképvonalai is. Ha a katódot a számunkra érdekes fémből alakítottuk ki (arany esetében gazdaságosabb a katód felületét bevonni arannyal), akkor létrehoztuk a plazmában a töltéskicserélő ütközéshez szükséges feltételeket: a fémgőzt és a nemesgáz-ionokat. Lézerek céljára a hagyományos üreges katódú kisülést jelentősen át kellett alakítanunk. Nagyobb aktív hosszra, sokkal nagyobb áramra (az üreges katódú lámpák 10-20 mA árama helyett 5-50 A) és homogén kisülésre van szükség. Ennek egy egyszerű megoldása a hosszirányban felhasított üreges katódú kisülés (3. ábra). Első ízben egy ilyen kisülési csőben a KFKI-ban sikerült lézerműködést demonstrálni a réz-ion 780,8 nm átmenetén, szobahőmérsékleten, még 1970-ben [1]. Ez volt az első olyan eredmény, ami a Mátrai-csoportot a gázlézer-kutatók között világszerte ismertté tette. Ezután nagyszámú új lézerátmenetet fedeztek fel a réz-, az arany-, az alumínium- és az ezüst-ionok átmenetein, katódporlásos lézerekben. Az ultraibolya lézerkutatások (megfelelő anyagi támogatás mellett) elsősorban az Egyesült Államokban folytak, ahol a folytonos lézerműködés határát a rövid hullámhosszak felé 224 nm-re sikerült lecsökkenteni hélium-ezüst-kisülésben.
Szabályozható feszültségű üreges katódú kisülések és lézerek
Nagyáramú, lézercélokra alkalmazott üreges katódú kisülésekkel számos probléma támadt. Ezek közül a leglényegesebb a kisülés nem megfelelő stabilitása, mely elsősorban abból adódott, hogy a kisülés égési feszültsége az áram, illetve az áramsűrűség függvényében alig változik, a gáznyomástól függően 300-500 V. A plazma instabilitásai esetenként nagyobb helyi áramsűrűséget hoznak létre, és ezt visszaszabályozná, ha a feszültség növekedne az áramsűrűség növekedésével.
4. ábra Üreges
anód-katódú kisülési cső
keresztmetszete. A D1 távolság olyan
kicsi, hogy ott gyakorlatilag nem jön létre kisülés.
A D2 távolság változtatásával
az égési feszültség szabályozható.
A gerjesztés hatásfokát úgy lehetne növelni, ha az égési feszültséget (azaz a katódesést) növelhetnénk. Ekkor növekedne a plazma elektronjainak energiája, ami segítené az ionizációt. Ezzel együtt növekedne a katódba
5. ábra
Az üreges anód-katódú kisülés
áram-feszültség karakterisztikája héliumban,
különböző gáznyomásokon, összehasonlítva
a hagyományos kisülésben mért karakterisztikával.
Folytonos vonal: hagyományos üreges katódú
kisülés. Szaggatott vonal: üreges anód-katódú
kisülés, 0,95 mm anódszál távolságokkal.
Pontozott vonal: üreges anód- katódú
kisülés, 0,55 mm anódszál
távolságokkal.
csapódó ionok energiája is, ami a katódporlasztás hatásfokát növelné. Egy adott kisülésben azonban nem tudjuk a feszültséget szabadon megválasztani, csak a kisülési cső áram-feszültség karakterisztikája által megadott görbén mozoghatunk. A feszültség növelése megoldható lenne a gáznyomás csökkentése árán, de ekkor csökkentenénk a lézerműködésben résztvevő atomok számát. Az égési feszültség növelését (a töltőgáz nyomásától függetlenül) 1974-ben sikerült megoldanunk [2]. Az úgynevezett üreges anód-katódú kisülésben (Hollow Anode-Cathode, HAC) az üreges katód belsejébe szimmetrikusan elhelyezett anódszálakat építettünk (4. ábra).
Ebben a kisülésben a katódüreg
belsejében elhelyezett anódszálak növelik
a töltéshordozók veszteségét,
ezért az önfenntartó kisüléshez
nagyobb feszültség szükséges. Első
ránézésre azt várhatnánk, hogy
egy ilyen elektród-elrendezésnél a kisülés
az anódszálak és a hozzá legközelebb
eső katódfelületek között fog folyni.
Ezzel szemben katódkörnyéki kisüléseknél,
ha az elektronok ionbombázás hatására
lépnek ki a katódfelületéből,
a helyzet fordított. Éppen ezeken a helyeken nem
alakul ki kisülés, mert az önfenntartó
kisüléshez megfelelő ionizációnak
kell létrejönnie, és ehhez a szűk hézagokban
kevés az ionizációt eredményező
ütközések száma. A kisülés,
a plazma legfényesebb része az anódszálak
által közrezárt nagyobb térfogatban
jön létre.
Az üreges anód-katódú
kisülésben az égési feszültség
növekvő árammal növekszik, ami a kisülés
stabilitását növeli. Az 5. ábrán
egy hagyományos üreges katódú kisülés
és az üreges anód-katódú kisülés
áram-feszültség karakterisztikáját
láthatjuk különböző anódszál
távolságok mellett. Az ábrából
az is kitűnik, hogy az égési feszültség
még állandó nyomás és áram
mellett is szabályozható az anódszálak
távolságának változtatásával.
Az üreges anód-katódú kisüléssel gerjesztett lézerek beváltották a hozzájuk fűzött reményeinket. Elsősorban a nemesgáz-elegyet tartalmazó lézerek mutattak nagymértékű hatásfok-növekedést. Ilyen például a hélium-kripton ion-lézer, ahol a kripton-ionokat metastabil héliumatomok gerjesztik
6. ábra. A He-Kr
ion lézer 469,4 nm átmenetének áramfüggése
hagyományos és üreges anód-katódú
kisülésben.
Az üreges katódú kisülés gyors elektronjai mind a kripton-ionok, mind a metastabil héliumatomok létrehozásához szükségesek. A lézer a látható hullámhossztartományban 469,4 és 431,8 nm-en működik. A 6. ábrán a He-Kr lézer teljesítményének áramfüggését láthatjuk hagyományos és üreges anód-katódú (HAC) kisülésben [3]. Az ábrán láthatjuk, hogy a lézer üreges anód-katódú kisülésben már sokkal alacsonyabb áramoknál elindul, teljesítménye is sokkal nagyobb a hagyományos kisülésben elérhető értéknél. A hatékony gerjesztés eredményeképpen az üreges anód-katódú kisülésben nagyszámú új lézerátmenetet fedeztünk fel. Az üreges anód-katódú kisülésben a katódporlasztásos lézerek is jobban működtek, annak ellenére, hogy az elporló fémgőz nehezen tudott a katódüreg belsejébe diffundálni. Ha figyelembe vesszük a kisülés geometriáját, és hogy az anódszálakra a diffundáló fémgőz lerakódik, akkor érezni lehet, hogy ez a kisülési cső még nem ideális a katódporlasztásos lézerek gerjesztésére
7. ábra
Szegmentált üreges katódú kisülési
cső keresztmetszete. + anódok, - katódok,
bevonalkázott rész: negatív fény.
A szegmensek 0,3 mm vékony Al2O3
szigetelővel vannak elválasztva.
Miután a kutatók elhitték, hogy állandó gáznyomáson is van mód az üreges katódú kisülés égési feszültségének növelésére, számos nagyfeszültségű üreges katódú konstrukciót építettek különböző kutatóhelyeken. Valamennyi konstrukció hatékonyabb volt a hagyományos üreges katódú kisülésben gerjesztett lézereknél. Ausztrál együttműködésben dolgoztuk ki a szegmentált üreges katódú kisülést, mely katódporlásos lézerek gerjesztésére
8. ábra
Az ionizáció térbeli eloszlása a szegmentált
üreges katódú kisülés keresztmetszetében
és a katód-katód tengely mentén. Az
ábrán jól látható a katódok
fókuszáló hatása.
eddig a leghatékonyabb kisülésnek bizonyult. Ebben a kisülésben a katód és az anód hosszirányú szegmensekből úgy van elrendezve hogy az aktív elektród-felületek hengerpaláston helyezkednek el (7. ábra). A kisülési cső úgy van megépítve, hogy a kisülési plazma csak a hengeres katódüreg belsejében jöjjön létre. Ez az a térfogat, ahol létrehozzuk a lézerműködést. (A szűk hézagokban az anód és katód között nem jön létre kisülés, mert nem tud kialakulni megfelelő ionizáció.) Minden egyéb térfogatban létrehozott plazma a lézerek hatásfokát csökkentené. Az azonos hengerfelületen elhelyezkedő anódok növelik a kisülésben a töltéshordozó veszteségeket, ezért az önfenntartó kisülés létrehozásához nagyobb feszültségre van szükség. Az égési feszültség a hagyományos kisülésben elérhető feszültség három-négyszerese. Ez a megnövelt feszültség növeli az elektronok energiáját, így az ionizáció hatásfokát. A gyors elektronok sűrűségét növeli, hogy a hengeres katódgeometria az elektronokat a katódüreg tengelyébe fókuszálja (az elektronok a katód felületére merőleges irányban gyorsulnak). A teljes feszültség gyakorlatilag a katód falánál esik a tértöltés módosító hatásának eredményeképpen. A jelenség ahhoz hasonlít, mintha térmentes gázba nagy energiával lőnénk be az elektronokat. A gyors elektronok sűrűségeloszlását szépen mutatja az ionizáció forrásfüggvényének térbeli eloszlása, mely a kisülési cső tengelye felé növekszik (8. ábra). Az eloszlást az elektronok mozgásának Monte-Carlo-szimulációjával kaptuk [5]. A megnövelt feszültség növeli az ellenkező irányba mozgó és a katód falába csapódó ionok energiáját is, ami a katódporlasztást segíti elő. Így már nincs akadálya, hogy az elporló fém könnyen a plazmába diffundáljon. Ezek a hatások egyszerre biztosítják a plazmában a nagy ion- és a nagy fémgőz-sűrűséget, ami a töltéskicserélő ütközésekhez szükséges. Ilyen a kisülésben gerjesztett lézerek hatásfoka a fentiekből adódóan nagyobb az eddig elért hatásfokoknál. A lézerek hatékony gerjesztésének egyik mérőszáma a lézer küszöbárama. Ez az a legkisebb áram, ahol a lézerátmenet felső nívója már annyira gerjesztve van, hogy kompenzálni tudja a lézerekben szükségszerűen meglévő veszteségeket, és elindul a lézer. Példaképpen az arany-ion ultraibolya 282 nm átmenetén mért küszöbáramokat láthatjuk az aktív hossz függvényében [6],
9. ábra
Az arany-ion lézer 282 nm átmenetének küszöbárama
a lézer aktív hosszának függvényében.
Folytonos vonal: szegmentált üreges katódú
kisülés, szaggatott vonal: Jain és Newton mérése,
hagyományos üreges katódú
kisülésben.
összehasonlítva a korábbi irodalomban ismert legalacsonyabb küszöbáram-adatokkal (9. ábra). Az ábrán láthatjuk, hogy a hatékonyabb gerjesztés eredményeképpen szegmentált üreges katódban, a lézer a korábbi több amper helyett már 300 mA alatt működik, annak ellenére, hogy a mi kísérletünkben a kisülési cső két vége ablakokkal volt lezárva, ami szükségszerűen többlet-veszteséget okoz. (Jain és Newton eredeti kísérletben a veszteségek csökkentése céljából elhagyták az ablakokat. A lézertükrök közvetlenül a kisülési cső végeire voltak ragasztva.) Az arany-lézerhez hasonlóan viselkednek egyéb katódporlasztásos lézerek is szegmentált üreges katódú kisülésben, például a réz-ion ultraibolya átmenetei, és a 780,8 nm infravörös átmenet is [7, 8].
Folytonos lézerműködés a vákuum-ultraibolya tartományban?
Nézzük meg mégegyszer az 1. ábrát! Láthatjuk, hogy a hélium-ionokkal szelektíven gerjesztett réz-ionok a 6s nívóról nemcsak az 5p, hanem a 4p nívóra is leesnek. A kibocsátott sugárzás az infravörös (780,8 nm) fény helyett főleg a vákuum-ultraibolya 154,2 nm hullámhosszára jut. (Természetesen a 6s-4p átmenetek egyéb, hasonló energiájú hullámhosszakon is sugároznak, de ezek közül a legintenzívebb a 154,2 nm átmenet.) Ennek alapján várható, hogy erősítés jöhet létre a réz-ion 6s-4p vákuum-ultraibolya átmenetein is. Az alsó nívó ürítését is megoldja a 4p-4s átmenet intenzív, ultraibolya fénykibocsátása.
A 200 nm alatt folytonos sugárzó lézert számos helyen lehetne használni. Elsősorban a fotokémia, spektroszkópia és a mikroelektronika igényel ilyen fényforrásokat. Talán érdekes lehet a biológiai kutatásokban is, ha meggondoljuk, hogy az élet a Földön úgy alakult ki, hogy sem a molekulák sem az élő szervezetek a Föld felszínén nem találkozhattak ilyen "színű" fénnyel. (A vákuum-ultraibolya elnevezés arra utal, hogy az ilyen nagyenergiájú fotonokat a levegő elnyeli.) De ilyen lézer megépítésének ma még számos akadálya van. A legnagyobb nehézség az, hogy ilyen rövid hullámhosszon az erősítés kicsi, ugyanakkor a tükrök veszteségei már számottevőek. (Rövid impulzusokban, ahol nagyobb erősítés érhető el, már rutinszerűen működnek vákuum-ultraibolya lézerek.) A vákuum-ultraibolya színképvonal (főleg a Doppler-kiszélesedés eredményeképpen) sokkal szélesebb, ennek megfelelően az erősítés kisebb. (Az erősítés a színképvonal közepén egy nagyon szűk sávszélességben sugárzó atomoknak köszönhető.) Amíg a látható, illetve a közeli ultraibolya tartományban gyakorlatilag veszteségmentes tükrök vannak, 200 nm alatt már sem az abszorpciós, sem a szórási veszteségeket nem lehet figyelmen kívül hagyni. Ma ebben a hullámhossz-tartományban körülbelül 5-6% veszteségű tükrök kaphatóak. A tükrök veszteségeit is az erősen lecsökkent vákuum-ultraibolya erősítéssel kell pótolni.
A lézer erősítését számolni lehet. Azonos nívóról induló infravörös erősítés ismeretében, figyelembe véve a színképvonal kiszélesedését és az átmeneti valószínűségeket, amennyiben az alsó nívó benépesítettségét megmérjük, megkaphatjuk az erősítés értékét 154 nm-en. Korábban, hagyományos üreges katód(t kisülésben az infravörös tartományban a legnagyobb erősítés körülbelül 60%/m volt, amihez valamivel több mint 1%/m vákuum-ultraibolya erősítés tartozott. Ez az erősítés 5-6%-os veszteségű tükrök mellett reménytelenné tett volna minden próbálkozást. Az általunk épített szegmentált kisülésben 140%/m erősítést értünk el az infravörös tartományban, melyhez, becsléseink szerint,154 nm-en 3,5%/m erősítés tartozik. Ez az erősítés reális (2 méteres) aktív hosszat véve már 7% körüli erősítést ad. Először látunk reális reményt folytonos lézer építésére a vákuum-ultraibolya tartományban.
A hazai gázlézer-kutatások (Mátrai Tibor spektroszkópiai kutatásainak folytatásaképpen) 1965 óta folynak. Kezdetben az infravörös, majd a vörös fényt sugárzó lézereket tanulmányoztuk, fejlesztettük. Megbízható, stabil lézereket hoztunk létre, ezekből (az akkori dollárszegény időben) jelentős hiánypótló gyártást is létrehoztunk. Megbízható, kék és ibolya színt sugárzó lézereket is építettünk. A látható fényt sugárzó lézerek szerepét ma már egyre inkább átveszik a félvezető lézerek, de a rövidebb hullámhosszakon még jelentős szerep vár a plazmákban gerjesztett lézerekre. Jelenlegi kutatási területünk a folytonos ultraibolya lézerek vizsgálata, melyek laboratóriumi példányai már működnek a Szilárdtestfizikai Kutatóintézetben. Jelenlegi kutatásaink egy része a gyakorlatban is használható, egyszerű, folytonos ultraibolya lézerek kifejlesztését célozza meg. Reális reményeink vannak arra is, hogy elsőként Magyarországon demonstráljunk folytonos vákuum-ultraibolya lézerműködést.
Köszönetnyilvánítás
A méréseket az MTA KFKI Szilárdtestfizikai Kutatóintézetében, a Monash Egyetem Fizikai Intézetében (Ausztrália) és a Colorado-i Állami Egyetem Villamosmérnöki Intézetében (USA) végeztük Rod Tobin, Ken Peard, Jorge Rocca, Donkó Zoltán és Szalay László közreműködésével. A hazai lézerek és kísérleti berendezések elkészítéséért köszönet illeti Tóth Józsefet, T Forgács Juditot, Sárközi Eleket és Császár Györgyöt. Magyarországi kutatásaink az Országos Tudományos Kutatási Alap (OTKA T-14909) támogatásával folynak.
Irodalom