Laser gazowy
Jest to laser, w którym ośrodkiem czynnym jest gaz, mieszanina gazów lub mieszanina gazów i par metalu. Szczególną cechą takiego ośrodka aktywnego jest mała gęstość, a w rezultacie widmo energetyczne cząsteczek aktywnych (atomów, jonów, molekuł) nie ulega zniekształceniu na skutek oddziaływania z sąsiednimi cząsteczkami. Gazy jako ośrodek czynny mają tę zaletę, że poziomy energetyczne są wąskie, co pozwala skoncentrować energię promieniowania lasera w kilku lub nawet w jednym modzie wzdłużnym. Dobierając w odpowiedni sposób gazowy ośrodek aktywny, można otrzymać generację w dowolnym zakresie widma, od ultrafioletu do dalekiej podczerwieni. Dla przykładu, generację impulsową realizuje się na kilkuset różnych liniach, od próżniowego nadfioletu (0,16 µm) do obszaru submilimetrowego (0,8 mm). Niezwykle krótką długość fali (0,15 µm) otrzymano w parach antymonu oraz w wodorze (0,116 µm). Ze względu na różnorodność i specyfikę gazów w laserach gazowych stosuje się różne sposoby realizacji inwersji obsadzeń (pompowanie) m. in. poprzez wyładowanie elektryczne (metoda stosowana najczęściej), wzbudzanie chemiczne, wzbudzenie wiązką elektronów i inne.
Rozróżnia się lasery gazowe: atomowe (np. laser helowo-neonowy), jonowe (np. laser argonowy) i molekularne (np. laser na dwutlenku węgla). Dwa pierwsze mają małą sprawność (0,01-0,1%), a laser gazowy molekularny znacznie większą (15-20%). Wadą laserów gazowych jest stosunkowo małe wzmocnienie (rzadki ośrodek) na jednostkę długości, co wymaga stosowania dłurzszych rur dla zapewnienia wiekszej mocy wyjściowej. Lasery gazowe mogą być przystosowane do pracy ciągłej lub impulsowej. Średnica wiązki na zwierciadle rezonatora w laserach gazowych atomowych i jonowych zazwyczaj wynosi 1-5 mm, a jej rozbieżnmość 0,2-2 mrad, w laserach gazowych molekularnych 5-50 mm, a jej rozbierzność 1-5 mrad. Moce wyjściowe przy pracy ciągłej laserów gazowych atomowych He-Ne są rzędu 10 mW, laserach gazowych jonowych (Ar+) od kilkudziesięciu mW do kilkudziesięciu W, a dla laserów gazowych molekularnych 1-1000 W. Zakres częstotliwości pracy lasera gazowego zawiera zakres widma widzialnego do dalekiej podczerwieni. Trwałość lasera gazowego jest rzędu 1000-2000 h pracy.
Lasery gazowe charakteryzują się wysoką stabilnością częstotliwości generowanego promieniowania, dlatego wykorzystuje się je we współczesnych wzorcach częstotliwości. Umożliwia ona dokonanie pomiarów odcinków czasu z dokładnością do dwunastego miejsca po przecinku, co odpowiada pomiarowi czasu w okresie 100 tys. lat z dokładnością do ułamka sekundy. Pierwszy laser gazowy (He-Ne) został zbudowany w 1961 r. przez A. Javana, R. W. Bennetta i D. R. Herriota.
Jest to laser gazowy ciągłego działania wykorzystujący jako ośrodek aktywny mieszaninę helu i neonu, zwykle w stosunku ok. 10:1 przy ciśnieniu całkowitym kilku torów. Generacja fali odbywa się na przejściach promienistych neutralnych atomów neonu. Wzbudzenie atomów neonu odbywa się w procesie quasirezonansowego przekazywania energii wzbudzenia od helu do neonu na drodze zderzeń niesprężystych. Wzbudzony stan metastabilny helu uzyskiwany jest za pośrednictwem elektronów w plazmie wyładowania elektrycznego w gazie. Lasery helowo-neonowe generują głównie fale o długości 1,53; 3,39; 0,63 µm. W takiej też kolejności historycznie otrzymano generację promieniowania z tego lasera. Pierwszy taki laser został zbudowany w 1961 r. w USA przez A. Javana, R. W. Bennetta i D. R. Herriota, generował fale o długości 1,15228 µm i mocy rzędu mW. Mieszanina helu i neonu miała ciśnienie ok. 133 Pa i była zawarta w rurze wyładowawczej o długości ok. 100 cm. Pobudzanie odbywało się prądem o częstotliwości ok. 27 MHz przy mocy 50 W.
W 1962 r. A. D. White po raz pierwszy uzyskał generację na długości 0,63 µm (barwa czerwona). Największe wzmocnienie w laserze He-Ne uzyskuje się na długości fali 3,39 µm. Do 1986 r. w mieszaninie He-Ne otrzymano generację na ponad 160 liniach w zakresie długości fali od 0,27 µm do 132,8 µm. Inwersję obsadzeń otrzymano również w czystym neonie (rodzaj lasera najczęściej wykorzystywanego w praktyce). Maksymalne otrzymane moce generacji laserów He-Ne osiąga wartość kilku watów przy sprawności 0,1%. Rury laserów He-Ne mogą pracować ponad 20000 godzin. Dzieki dużej monochromatyczności, ukierunkowaniu wiązki i prostocie konstrukcji lasery te stosowane są w wielu dzedzinach nauki i techniki, m. in. w holografii, geodezji, do justowania, w żyroskopach laserowych.