氦氖激光器

氦氖激光器

1．氦氖激光器的结构

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-1n

K8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。2．氦氖激光器激发机理

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**+H e(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1.15um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 . 氦氖激光器应用

氦氖激光器的结构见图54-1所示。其工作物质(即发光物质)在激励系统(即能源)的作用下，实现某些能级间的粒子数反转分布，以完成原子(或分子、离子)的受激辐射，并通过激光器中的谐振腔，以实现其对光波的放大，从而得到传播方向相同、相位一致、频率单一而能量高度集中的激光。

激光医疗器的电路原理如图54-2所示。电源变压器B的次级110V电压，经C1、C2、C3、VD1、VD2、VD3组成的四倍压(瞬时峰压)电路整流，得到4kV以上的直流高压，激励触发氦氖激光管。

图54-1

图54-2

管子一经触发，电容C2上的电压便因通过灯管放电而消失。这时，维持激光管正常工作的电压由C1、C2、VD1、VD2组成的二倍压供给。(VD1～VD3均为2CL4/0.1)调节电位器RP，使激光管工作在最佳电流(5～6mA)值上，即可进行医疗工作。

注意事项

1．激光电源与激光管工作电压较高，通电时不要触及。

2．不要让激光束直射到眼睛上。

3．连续使用时间不可超过4小时。放置不用时，也要每月通一次电。

4．如射到屏幕上的光点周围出现密集的斑影，说明激光管镜片脏了，应擦拭干净。

5．教学用氦-氖激光器使用1-3毫瓦之间的低功率激光管。