進口氦氖激光器以氖為工作物質、氦為輔助氣體的激光器。氦氣起產生激光的媒介和增加激光輸出功率的作用,氖氣起產生激光的作用。氦氖激光器在可見光區和紅外區可產生多種波長的激光譜線,其中主要的有0.6328μm的紅光和1.15μm及3.39μm的紅外光。氦氖激光器有非常好的方向性和相干性,其結構簡單,壽命長,小巧價廉,頻率穩定。在印刷工業的電子分色機、激光照排機、激光制版機、全息照片制片和激光印字機以及計算技術、測距(高炮射擊模擬),劃線(鋸木機械),自動控制等方面應用得較多。
進口氦氖激光器的結構及原理
1、電子的激發作用。電極D1、D2放電時,從陰極逸出的電子被電場力加速,獲得動能。這樣的電子流不斷與氦、氖原子碰撞,使其能量增高,處于激發態。
2、基態:原子在每一特定溫度下,都有一個穩定的能量狀態,稱為基態。激發態的原子會自發回到基態,同時將多余的能量轉化成光子輻射出去。
3、能級:原子能量的增加(或減少),不是爬坡式的漸變,而是階梯式的躍變。即由一個能態跳到另一能態,稍事停留,再進一步躍遷。這些“階梯”,在一定條件下,能量值是固定的,稱為能級。
原子在特定的兩能級間躍遷,輻射的光子頻率是固定的。如氖原子從2S能級躍遷到2P能級時,會輻射波長1.15微米的光波(2S、2P為能級符號,不代表能量值)。
純氖氣的這種自發輻射效率極低。因為每個原子所受的碰撞不同,會躍遷到許多不同的能級,2S能級只是其中之一,只有少數原子處于這一狀態。其它能級的原子向基態躍遷時,幅射的大都是紅外光波。
4、亞穩態:原子在激發態各能級上停留時間大都很短,為-秒(停留時間指原子保持某一能量狀態的時間,也叫能級壽命,但也有例外。實驗表明,多數氣體都存在一個能級,原子在這一能級上停留的時間較長,為-秒,稱為亞穩態。這雖是一短暫的時間值,但它卻比一般的能級壽命延長了103-106倍。這就使在同一時刻,亞穩態上的原子數要比鄰近能級多數十萬倍。若使這些原子同時躍遷,釋放的能量就很可觀了。
5、氦原子的作用:氦原子的亞穩態恰好和氖原子的2S能級很接近(僅差0.04-0.15電子伏)。亞穩態氦原子與基態氖原子碰撞,可直接把氖原子激發到2S能級。這樣,就可以在2S能級獲得比純氖時多數十萬倍的原子,它們向2P能級躍遷時,輻射光波的能量較純氖時增加數十萬倍。
不過,這種光還不是我們所需要的。因為各原子的輻射方向、相位十分雜亂,有的互相抵消,實際輸出的能量并不大,射到某個點(如衍射用的小孔)上的光能就更少了,不能滿足實驗需要。因此,要進一步放大激光的能量,并把能量集中成一束發射出去。為達到這一目的,激光管內設置了共振腔。