Titan:Saphir Laserionenquelle

In den letzten Jahren hat sich die resonante Laserionisation zur Produktion radioaktiver Ionenstrahlen an on-line Massenseparatoren zur häufig genutzten Ionenquelle entwickelt. Durch Beschuss eines Targets mit einem hochenergetischen Protonenstrahl werden atomare Radionuklide erzeugt, die elementselektiv mit Laserlicht resonant angeregt und ionisiert werden. Der erzeugte Ionenstrahl durchläuft anschließend einen Massenseparator, um das zu untersuchende Isotop herauszufiltern. Aufgrund der Ionisationsmethode bietet die Laserionenquelle eine höhere Elementselektivität als andere Ionenquellen, wie beispielsweise die Oberflächenionisation oder die Plamaionisation. Limitiert ist die Anwendbarkeit der Laserionenquelle durch oberflächenionisierte Isobare die aufgrund der hohen Temperaturen in einer On-line Ionenquelle nicht vermieden werden können.

Prinzip einer Laserionenquelle - klicken für größere Version

Am Mainzer RISIKO off-line Massenseparator wird eine neue Laserionenquelle für on-line Anwendungen entwickelt und getestet (siehe LIST). Sie nutzt ein neu entwickeltes gepulstes Titan:Saphir Lasersystem zur mehrstufigen resonanten Ionisation.

Lasersystem am RISIKO off-line Massenseparator
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Die Anforderungen an ein gepulstes Lasersystem zum Einsatz in einer Laserionenquelle sind: geringe Linienbreite für eine hohe Selektivität, hohe Pulsleistung, kurze Pulsdauer, gute Strahlqualität, weiter Durchstimmbereich und einfache Handhabung. Durch eine hohe Peakintensität ist es möglich die optischen Übergänge in einem großen Volumen zu sättigen. Dies resultiert in einer hohen Effizienz der Laseranregung und der Reduzierung des Untergrunds durch das Verhältnis zwischen Pulsdauer und Zwischenzeit zweier Pulse.

Ti:Sa-Laser in Betrieb
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Resonator des Ti:Sa-Lasers
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Der oben gezeigte Laser wurde konstruiert, um diese Anforderungen bestmöglich zu erfüllen. Als aktives Medium wird ein Titan-Saphir-Kristall verwendet, wodurch ein Durchstimmbereich von etwa 600-1000 nm möglich wird. Der durch die derzeit verwendeten Spiegelsätze zugängliche Bereich beträgt 725 bis 920 nm. Zur Wellenlängenselektion werden ein Drei-Platten-Birefringent-Filter und ein Etalon eingesetzt. Für unsere Anwendungen wurden drei identische Laser aufgebaut. Da wir für unsere Anwendungen die Pulse zum gleichen Zeitpunkt benötigen und sie durch einen gemeinsamen Pumplaser gepumpt werden, enthält jeder Laser eine Pockels-Zelle als Q-Switch im Resonator zur zeitlichen Synchronisation der Pulse. Das Etalon ist computergesteuert, die Wellenlängenmessung erfolgt über ein kommerzielles Wavemeter. Um den zugänglichen Wellenlängenbereich zur erweitern, ist die effiziente Frequenzverdopplung und -verdreifachung des Laserlichts möglich. Somit sind die Wellenlängenbereiche von 240 bis 306 nm und 362 bis 460 nm ebenfalls zugänglich, wodurch die Ionisation einer Vielzahl von Elementen mit unserem Ti:Sa-Lasersystem möglich ist.

Typische Leistungen sind 1.5 W bei 10 W Pumpleistung @ 532 nm mit 10 kHz Repetitions-Rate. Die Pulse unter diesen Bedingungen sind 35 ns lang aber auch Pulsdauern unter 20 ns sind möglich. Die Linienbreite ist etwa 3-5 GHz , die Strahlform ist TEM00.

Verdreifachungseinheit für das Ti:Sa Lasersystem
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