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2008-07-09 10:13 |
氦氖激光器結(jié)構(gòu)及其激發(fā)原理
1、氦氖激光器的結(jié)構(gòu) 3I 0pHP5
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氦氖（he-ne）激光器的結(jié)構(gòu)一般由放電管和光學(xué)諧振腔所組成。激光管的中心是一根毛細(xì)玻璃管，稱作放電管（直徑為1mm左右）；外套為儲(chǔ)氣部分（直徑約45mm）；a是鎢棒，作為陽(yáng)極；k是鉬或鋁制成的圓筒，作為陰極。殼的兩端貼有兩塊與放電管垂直并相互平行的反射鏡，構(gòu)成平凹諧振腔。兩個(gè)鏡版都鍍以多層介質(zhì)膜，一個(gè)是全反射鏡，通常鍍17層膜。交替地真空蒸氟化鎂（mgf2與硫化鋅（zns）。另一鏡作為輸出鏡，通常鍍7層或9層膜（由最佳透過率決定）。毛細(xì)管內(nèi)充入總氣壓約為2torr（托）的he、ne混合氣體，其混合氣壓比為5：1－7：1左右。內(nèi)腔管結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，所以應(yīng)用比較廣泛。但有時(shí)為了特殊的需要也常選用全外腔式或半外腔式。 (Z<@dkO?)
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全外腔式的放電管和鏡片是完全分離的，半外腔式是上兩種形式的結(jié)合。 ZV{C9S &
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外腔式和半外腔式都需要粘貼布儒斯特片，窗片法線與激光光軸有一夾角，應(yīng)等于布儒斯特角θ： > %KEMlKZ
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θ=tg-1n WWSycH
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k8玻璃對(duì)632.8nm激光 n=1.5159；θ=56°35＇；熔融石英 n=1.46；θ=55°36＇。 pj_W ^,*/
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因此，全外腔式和半外腔式激光器輸出的光束是電矢量平行于入射面的線偏振光。 @vq)Y2)r\
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2、氦氖激光器激發(fā)機(jī)理 >r`O@`^U
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氦氖激光器中工作物質(zhì)是氦氣和氖氣，其中氦氣為輔助氣體，氖氣為工作氣體。產(chǎn)生激光的是氖原子，不同能級(jí)的受激輻射躍遷將產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的激光，主要有632.8nm、1.15um和3.39um三個(gè)波長(zhǎng)。 zWo
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氦原子有兩個(gè)亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)21s0、23s1，它們的壽命分別為5×10-6s和10-4s，在氣體放電管中，在電場(chǎng)中加速獲得一定動(dòng)能的電子與氦原子碰撞，并將氦原子激發(fā)到21s0、23s1，此兩能級(jí)壽命長(zhǎng)容易積累粒子。因而，在放電管中這兩個(gè)能級(jí)上的氦原子數(shù)是比較多的。這些氦原子的能量又分別與處于3s和2s態(tài)的氖原子的能量相近。處于21s0、23s1能級(jí)的氦原子與基態(tài)氖原子碰撞后，很容易將能量傳遞給氖原子，使它們從基態(tài)躍遷到3s和2s態(tài)，這一過程稱能量共振轉(zhuǎn)移。由于氖原子的2p、3p態(tài)能級(jí)壽命較短，這樣氖原子在能級(jí)3s－3p、3s－2p、2s－2p間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，從而發(fā)射出3.39um、632.8nm、1.5um三種波長(zhǎng)的激光。 oI#TjF
A@o7
上述過程可表示為： 4 Pr^>m
m h4 VQ9
e**+he(11s0)→e*+he*(21s0) u.q3~~[=
e**+he(11s0)→e*+he*(23s0) {ccc[G?>.Q
he*(21s0)+ne(2p6)→he(21s0)+ne*(3s) i\lvxbp
he*(23s1)+ne(2p6)→he(21s0)+ne*(2s) n
^9?(a4u
ne*(3s)→ne*(2p)產(chǎn)生波長(zhǎng)為632.8nm的激光 MR|A_e^x
ne*(3s)→ne*(3p)產(chǎn)生波長(zhǎng)為3.39um的激光 9
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