典型激光器发光原理

2018/11/4
5
（3）跃迁过程 1 ）高速电子碰撞He原子，激发到 上能级2 S0和2 S1 He+e He (2 S0 )+e ' e：碰撞前电子，e ：碰撞后电子 * 3 ' He+e He (2 S1 )+e “”表示处于激发态
* 1 '
2018/11/4 6
6 5
Ar（3P ns） e(n 4,5) 5 4 Ar（3P ） e Ar（3P nd） e(n 3, 4) Ar（ 4 3P 4p） e
4
2018/11/4 15
b、“一步过程”
低气压放电过程
Ar （3P 6） e Ar（ 3P 4 4P）+2e'
CO2分子的振动状态用（1、 、3）表示。
l 2
（l用来区分形变振动的两种振动形式） CO2分子除了振动还有 转动，转动量子数用 J表示。 转动跃迁的选择定则： J =J 上 J 下 0， 1 J =-1，P支跃迁，J =+1R支跃迁； J =0，Q支跃迁
2018/11/4 11
2018/11/4 1
1 1 2p 电子 l1 1, s1 3s电子 l2 0, s2 2 2 L S 耦合 L l1 l2 , l1 l2 1,..., l1 l2 L 1, S 0,1 单态（s=0）p1 三重态（s=1) p0,1,2
3 1
J =1 J =0,1,2
满壳层结构的基态1s2 2s2 2 p 6恰好形成一个 封闭的壳层，称为原子实。 原子实的轨道角动量、自旋角动量以及总角 动量均等于0
1 基态： S0
考虑：（1）1s2 2s2 2 p 5 3s情况 2 p 一个p电子
5
2 p 5是满壳层缺失一个p电子， 2 p 5的轨道角动量、 自旋角动量以及总角动量与一个p电子的相同。 这就相当于一个2p电子和一个3s电子耦合。
2018/11/4
12
三、其他几种气体激光器 1.氩离子激光器 输出波长488nm和514.5nm 能量转换效率很低，10-4
2 2 6 2 6 电离
105 范围
5 基态： 1S 2 S 2 P 3S 3P 1S 2 2 S 2 2 P 6 3S 2 3P（ Ar ）
Ar 的激发态： 3P 4 3d ,3P 4 4 s,3P 4 4 P,3P 4 4d , 3P 4 5s
1
3
2）处于上能级的He原子与Ne原子发生非弹 性碰撞将能量传递给Ne原子，从而使Ne原子激 发到上能级（2S、3S），He原子则回到基态。 He (2 S1 ) Ne Ne (2S)+He+(0.039ev) 1 He (2 S0 ) Ne Ne (3S)+He+(0.048ev) （上能级2s、 3s粒子跃迁到下能级2 p、 3 p产生激光）
8
二、CO2激光器 CO2激光器属于分子气体激光器，广泛应用于金属切割。 优点： （1）有比较大的功率和较高的能量转换效率（一般的CO2 激光器可以做到几十瓦的连续输出，最高的气动CO2激光 器可以达到几十万瓦的连续输出，它的能量转换效率可达 30 40%。） （2）输出谱线很丰富，在10 m附近有几十条。 （3）输出波段正好是大气窗口（大气的吸收率比较低）
2018/11/4
4
He-Ne激光器的主要谱线 3s 2p 1 0.6328 m(应用广泛，在可见光 -3 1 波段， 10 cm ) （最强） 2s 2 p 2 1.152 m 1 3s 3 p 3.39 m （谱线较强，增益 0.1 cm ） 3
3
2018/11/4
7
3）形成粒子数反转产生激光 a.1s, 2s,3s以及He的2 1 S0，2 3 S1是亚稳态， 能级寿命长，可以积累大量粒子。 b.2p,3p能级寿命很短 4） 2 p、 3 p上粒子再通过自发辐射跃迁到1s 5) 1s上粒子通过与管壁碰撞回到基态
2018/11/4
5 其中： 4 s 3P 4 4 s 3P（基态）辐射 70nm真空紫外光
4 P 3P 4 4 P 3P 4 4 s
可见光
2018/11/4
13
2018/1பைடு நூலகம்/4
14
激发过程： a、二步过程 高气压放电过程

Ar原子与电子碰撞形成Ar ，Ar 再与电子 碰撞被激发到高能级。 Ar （3P ） e Ar（3P ） 2e
将这四个态记为1s态。
2018/11/4 2
同理1s 2s 2 p 4s及1s 2s 2 p 5s...均有四个能级 记为2s和3s态 （2） 1s 2s 2 p 3p情况 相当于一个2p 电子和一个3p 电子耦合 1 2p 电子 l1 1, s1 2 1 3p 电子 l2 1, s2 2 L 0,1, 2 S =0，1
2018/11/4
9
1、工作原理 激光输出的能级为电子基态的振动-转动能级间的跃迁。 振动方式： a.对称振动（1） 图（6-1-7b） b.反对称振动（3） 图（6-1-7d） c.形变振动（ ） 2 （弯曲振动） 图（6-1-7c）
2018/11/4 10
一般情况下，低气压放电过程中，一步激发 占主导地位，高气压放电过程中，二步过程 为主。为什么？？
低气压环境中，气体分子的密度小，平均自由程 较大，电子可以被加速到较大速度，能量高，所 以可以“一步到位”。而高气压环境中，气体分 子的密度大，平均自由程较小，电子还没有加速 到较大速度就与气体分子发生碰撞，所以能量小， 需两次碰撞才能完成激发过程。
2018/11/4 3
2
2
5
2
2
5
2
2
5
1 单态（s=0） J =0，1，2 1S0， P1 ,1 D2
1( L 0) 3 S1 3 三重态（s=1) J = 2,1, 0( L 1) P0,1,2 3, 2,1( L 2) 3 D1,2,3 共十个原子态，记为2p态。 同理1s2 2s2 2 p 5 4p也有10个原子态，记为3p态。