Por: Jaime Sánchez Paredes LÁSER DE NITRÓGENO Por: Jaime Sánchez Paredes

El láser de nitrógeno (N2) fue inventado en 1963. Es un láser de gas basado en las especies moleculares químicamente estables N2. El láser de nitrógeno emite pulsos cortos con alta repetición en la región del ultravioleta a 337.1 nm. Los pulsos producidos tienen una duración aproximada de 10ns, con un ancho de banda aproximado de 0.1nm y una frecuencia de repetición del pulso de 1-200 Hz

Descripción general El láser de nitrógeno pulsado es un láser de descarga de gas que produce una salida láser ultravioleta de 337.1 nm. Este láser opera en N2 en el sistema vibronico lo que involucra un cambio en los niveles de energía electrónicos y vibracionales. Este láser produce potencias de salida pico mayores a 100 KW en una duración de 10 ns, la energía por pulso es de 100 mJ.

El N2 opera en el intervalo de presión de 20 torr a presión atmosférica en un compartimiento sellado y tiene una repetición de 200Hz. El láser tiene una alta ganancia y produce una alta salida multimodo, que se usa para bombeo de laseres dye. Con el desarrollo de laseres de eximero que producen cientos de milijoules por pulso a una frecuencia mas grande el láser de nitrógeno a sido menos usado en los últimos años.

Una versión de este láser el cual tiene una estructura muy pequeña de 0.2-0.25 m de largo se muestra en la figura.

ESTRUCTURA DEL LÁSER Y MECANISMO DE EXITACIÓN El láser es típicamente excitado con un arreglo de bombeo transversal en una cámara de alta presión similar a la de los laseres Tea de CO2. La duración de la salida esta entre 2-20 ns. Un pulso de alta energía láser puede ser producido usando baja reflectancia en la cavidad de los espejos. Espejo trasero alta reflectancia Espejo frontal 4% reflectancia Espejos planos son adecuados ya que el haz pasa pocas veces dentro del medio, por consiguiente las perdidas por alineación y difracción no son muy importantes.

El nivel superior del láser tiene tiempos de vida cortos de 40 ns; por lo tanto no puede haber inversión de población. El nivel inferior de la transición láser tiene un tiempo de vida largo 10ms y por consiguiente tiende a llenarse con moléculas en ese estado, lo que limita severamente el intervalo de repetición de los pulsos.

APLICACIONES El láser de nitrógeno es una de las fuentes de radiación ultravioleta mas usada por los altos picos de intensidad que produce. Sus usos son en: Estudios fotomecánicos. Espectroscopia. Bombeo de laseres dye. Control de contaminación (sensado remoto). Medidas de tiempo de vida atómico y molecular. Investigación medica y biológica.

Parámetros típicos del láser de nitrógeno Longitud de onda (lul) 337.1 nm Probabilidad de transición laser 2.5 X 107 / s Tiempo de vida del nivel superior del láser (tu) 40 ns Sección de la emisión estimulada (sul) 4 X 10-17 m2 Ancho de línea de emisión espontánea y ancho de banda de ganancia, FWHM (Duul) 2.6 X 1011 / s Densidad de inversión (DNul) 2.5 X 1017 / m3 Coeficiente de ganancia de pequeña señal (g0) 10 / m Longitud del medio de ganancia láser (L) 0.1-1.0 m Ganancia de una sola pasada (es DN L) Arriba de 105 Presión del gas 20-760 torr (en ocasiones con 10% de helio) Índice de refracción del medio de ganancia = 1.0 Método de bombeo Descarga eléctrica rápida Temperatura del electron >8 eV Temperatura del gas 300 K Modo de operación Pulsado Ancho del pulso 1-10 ns Energía del pulso 250 mJ a 10 mJ Potencia pico de salida 250 KW a 1 MW Modo Multimodo orden superior

GL-3300 GL-301 pumped by GL-3300 GL-302 pumped by GL-3300   GL-3300 GL-301 pumped by GL-3300 GL-302 pumped by GL-3300 GL-303 pumped by GL-3300/302 Peak power at 5 Hz 2.4 MW 500 KW 440 KW 4.0 KW Energy per pulse at 5 Hz 1.45 mJ 250 µJ @ 550 nm 220 µJ @ 550 nm 20 µJ Pulse width 600 ps 500 ps Spectral output 337.1 nm 360-990 nm 235-345 nm Spectral bandwidth 0.1 nm 1-3 nm 0.04 nm Repetition rate single shot to 20 Hz Energy stability, peak-to-peak +/-2.5% Beam dimensions at exit 3 X 6 mm 1 mm 1.5 mm Beam divergence (1/2 angle) 3 X 7 mrad 2 mrad Lasant N2 gas fluorescent dye N/A Physical dimensions (inches) 30 X 20.2 X 9.2 10 X 20.2 X 9.2 21 X 20.2 X 9.2 Weight (lbs) 85 25 40

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