氦氖激光器 的结构及原理

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1、氦氖激光器的结构及原理氦氖(He-Ne)激光器的结构一般由放电管和光学谐振腔所组成。激光管的中心是一根毛细玻璃管，称作放电管(直径为1mm左右);外套为储气部分(直径约45mm);A是钨棒，作为阳极;K是钼或铝制成的圆筒，作为阴极。壳的两端贴有两块与放电管垂直并相互平行的反射镜，构成平凹谐振腔。两个镜版都镀以多层介质膜，一个是全反射镜，通常镀17层膜。交替地真空蒸氟化镁(MgF2与硫化锌(ZnS)。另一镜作为输出镜，通常镀7层或9层膜(由最佳透过率决定)。毛细管内充入总气压约为2Torr(托)的He、Ne混合气体，其混合气压比为5:1-7:1左右。内

2、腔管结构紧凑，使用方便，所以应用比较广泛。但有时为了特殊的需要也常选用全外腔式或半外腔式。全外腔式的放电管和镜片是完全分离的，半外腔式是上两种形式的结合。外腔式和半外腔式都需要粘贴布儒斯特片，窗片法线与激光光轴有一夹角，应等于布儒斯特角θ:θ=tg-1nK8玻璃对632.8nm激光n=1.5159;θ=56°35';熔融石英n=1.46;θ=55°36'。因此，全外腔式和半外腔式激光器输出的光束是电矢量平行于入射面的线偏振光。氦氖激光器中工作物质是氦气和氖气，其中氦气为辅助气体，氖气为工作气体。产生激光的是氖原子，不同能级的受激辐射跃迁将产生不同波长

3、的激光，主要有632.8nm、1.15um和3.39um三个波长。氦原子有两个亚稳态能级21S0、23S1，它们的寿命分别为5×10-6s和10-4s，在气体放电管中，在电场中加速获得一定动能的电子与氦原子碰撞，并将氦原子激发到21S0、23S1，此两能级寿命长容易积累粒子。因而，在放电管中这两个能级上的氦原子数是比较多的。这些氦原子的能量又分别与处于3S和2S态的氖原子的能量相近。处于21S0、23S1能级的氦原子与基态氖原子碰撞后，很容易将能量传递给氖原子，使它们从基态跃迁到3S和2S态，这一过程称能量共振转移。由于氖原子的2P、3P态能级寿命较

4、短，这样氖原子在能级3S-3P、3S-2P、2S-2P间形成粒子数反转分布，从而发射出3.39um、632.8nm、1.5um三种波长的激光。上述过程可表示为:e*+He(11S0)→e*+He*(21S0)e*+He(11S0)→e*+He*(23S0)He*(21S0)+Ne(2P6)→He(21S0)+Ne*(3S)He*(23S1)+Ne(2P6)→He(21S0)+Ne*(2S)Ne*(3S)→Ne*(2P)产生波长为632.8nm的激光Ne*(3S)→Ne*(3P)产生波长为3.39um的激光Ne*(2S)→Ne*(2P)产生波长为1.1

5、5um的激光从理论上讲，这三种波长的激光都有可能发射，但我们可以采取一些方法去抑制其中的两种，而使我们所需要的一种波长的激光得到输出。632.8nm(红光)因输出为可见波段的激光，实际应用较广泛。3，结构及原理在激光电源外壳上，有一能自由转动的支柱，上面装有可改变斜角的管套，管套内装有氦-氖激光管。(氦-氖激光器的种类很多，外形各异，但都由激光电源和氦-氖激光管两部分组成。)激光电源的电原理如图1-103所示。电源变压器BY次级输出1.2KV高压。此电压不足以使激光管JG起辉。由于JG此时截止，使D1-D4，C1-C4工作在多倍压整流状态。当JG两端

6、电压升至5KV左右，JG起辉，放出红色束状激光。由于JG导通，使D1、D3、D4间正向电位差很小，对上千伏高压来讲近似于零，因此C3、C4不再起作用。D1-D4与C1、C3工作在倍压整流状态。使JG两端电压降至约2KV，维持其工作。R4是限流电阻。氦-氖激光管:这是一种原子型气体激光管。结构如图1-104所示。玻璃管M内封有按一定比例(如5:1)混合的氦、氖气体，气压约为1-10毫米汞柱。(1)电子的激发作用。电极D1、D2放电时，从阴极逸出的电子被电场力加速，获得动能。这样的电子流不断与氦、氖原子碰撞，使其能量增高，处于激发态。(2)基态:原子在每

7、一特定温度下，都有一个稳定的能量状态，称为基态。激发态的原子会自发回到基态，同时将多余的能量转化成光子辐射出去。(3)能级:原子能量的增加(或减少)，不是爬坡式的渐变，而是阶梯式的跃变。即由一个能态跳到另一能态，稍事停留，再进一步跃迁。这些"阶梯"，在一定条件下，能量值是固定的，称为能级。原子在特定的两能级间跃迁，辐射的光子频率是固定的。如氖原子从2S能级跃迁到2P能级时，会辐射波长1.15微米的光波(2S、2P为能级符号，不代表能量值)。纯氖气的这种自发辐射效率极低。因为每个原子所受的碰撞不同，会跃迁到许多不同的能级，2S能级只是其中之一，只有少数

8、原子处于这一状态。其它能级的原子向基态跃迁时，幅射的大都是红外光波。(4)亚稳态:原子在激发态各能级上停留时