氦氖激光器的结构
11 实验十一 He-Ne激光器实验
择仪器安装场地时应注意以下几点：
1. 环境温度 20±5℃ 2. 净化湿度 < 65% 3. 无强振动源、无强电磁场干扰。 4. 室内保持清洁、无腐蚀性气体。 5. 仪器应放置在坚固的平台上。 6. 仪器放置处不可长时间受阳光照射。 7. 室内应具稳压电源装置对仪器供电，装有地线，保证仪器接地良好。
E2
hν
hν
EE1 2
E2 EE1 2
(a) 自发辐射
hν
hν
hν
高能态原子 (c) 低受能激态发原射子
(b) 受激吸收 E2
EE1 2
双能级原子中的三种跃迁
3.3 粒子数反转
一个诱发光子不仅能引起受激辐射，而且它也能引起受激吸收，所以只有当处 在高能级的原子数目比处在低能级的还多时，受激辐射跃迁才能超过受激吸收，而 占优势。由此可见，为使光源发射激光，而不是发出普通光的关键是发光原子处在 高能级的数目比低能级上的多，这种情况，称为粒子数反转。但在热平衡条件下， 原子几乎都处于最低能级（基态）。因此，如何从技术上实现粒子数反转则是产生激 光的必要条件。
5 氦氖激光器系列实验
5.1 实验一 氦氖激光束光斑大小和发散角 实验目的
1．掌握测量激光束光斑大小和发散角的方法。 2．深入理解基模激光束横向光场高斯分布的特性及激光束发散角的意义。
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天津市港东科技发展有限公司
实验仪器用具
氦氖激光器、光功率指示仪、硅光电池接收器、狭缝、微动位移台。
实验原理
激光束的发散角和横向光斑大小是激光应用中的两个重要参数，激光束虽有方
4.2 激励源
为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处 于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发 介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激 励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输 出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
氦氖激光器模式分析
模式分析1．氦-氖(He-Ne)激光器简介氦氖激光器（或He-Ne激光器）由光学谐振腔(输出镜与全反镜）、工作物质(密封在玻璃管里的氦气、氖气）、激励系统（激光电源）构成。
二电极通过毛细管放电激励激光工作物质，在氖原子的一对能级间造成集居数反转，产生受激辐射。
由于谐振腔的作用，使受激辐射在腔内来回反射，多次通过激活介质而不断加强。
如果单程增益大于单程损耗，即满足激光振荡的阈值条件时，则有稳定的激光输出。
内腔式激光器的腔镜封装在激光管两端。
二．氦-氖(He-Ne)激光器的工作原理氦氖激光器的激光放电管内的气体在涌有一定高的电压及电流（在电场作用下气体放电），放电管中的电子就会由负极以高速向正极运动。
在运动中与工作物质内的氦原子进行碰撞，电子的能量传给原子，促使原子的能量提高，基态原子跃迁到高能级的激发态。
这时如有基态氖原子与两能级上的氦原子相碰，氦原子的能量传递给氖原子，并从基态跃迁到激发的能级状态，而氦原子回到了基态上。
因为放电管上所加的电压，电流连续不断供给，原子不断地发生碰撞。
这就产生了激光必须具备的基本条件。
在发生受激辐射时，分别发出波长3.39μm，632.8nm，1.53μm三种激光，而这三种激光中除632.8nm为可见光中的红外光外，另二种是红外区的辐射光。
因反射镜的反射率不同，只输出一种较长的光波632.8nm的激光。
3．He-Ne激光器结构及谐振腔He－Ne激光器的结构形式很多，但都是由激光管和激光电源组成。
激光管由放电管、电极和光学谐振腔组成。
放电管是氦一氖激光器的心脏，它是产生激光的地方。
放电管通常由毛细管和贮气室构成。
放电管中充入一定比例的氦（He）、氖（Ne）气体，当电极加上高电压后，毛细管中的气体开始放电使氖原子受激，产生粒子数反转。
贮气室与毛细管相连，这里不发生气体放电，它的作用是补偿因慢漏气及管内元件放气或吸附气体造成He,Ne气体比例及总气压发生的变化，延长器件的寿命。
氦氖激光器的波长
氦氖激光器的波长氦氖激光器的波长氦氖激光器是一种常见的激光器，它使用氦和氖气体混合而成的等离子体作为工作介质，产生波长为632.8纳米的激光光束。
这种激光器具有许多重要的应用，如医学、通信、测量等领域，因此，掌握其波长非常重要。
下面，我们将详细介绍氦氖激光器的波长。
一、氦氖激光器的激发机制氦氖激光器是一种气体放电激光器，其工作介质和基本结构如下：1. 工作介质氦氖激光器的工作介质是氦和氖气体混合物。
其中，氖占总气体的0.1%到1.5%，氦气则是用来提供电流通道的。
当氦气被加热并受激发时，会发射出短波长的紫外线，这些紫外线能够激发氖原子的电子跃迁，从而激发氖气体发出激光光束。
2. 基本结构氦氖激光器的基本结构包括气体放电管、光学腔和高压电源等三部分。
其中，气体放电管是产生激光的核心部分，光学腔是激光波长和输出方向的控制器，高压电源则是提供电流加热气体和产生气体放电的能源。
二、氦氖激光器的波长氦氖激光器的典型波长为632.8纳米，其对应的光子能量为1.96电子伏特。
这种波长被称为“氦氖线”，是可见光的一种。
这种波长的光束不仅颜色美丽，而且光学性质非常优异，具有好的相干性、单色性和方向性等特点。
因此，在通讯和测量领域中被广泛应用。
除了典型的632.8纳米波长外，氦氖激光器还能够产生一系列其他波长的激光光束。
例如：1. 543.5纳米波长的激光光束，对应光子能量为2.28电子伏特，属于绿光。
2. 594.1纳米波长的激光光束，对应光子能量为2.08电子伏特，属于黄光。
3. 612.3纳米波长的激光光束，对应光子能量为2.03电子伏特，属于橙光。
4. 1.15微米波长的激光光束，对应光子能量为1.08电子伏特，属于近红外光。
以上这些波长的激光光束具有自己独特的特性，可以广泛应用于医学、生物科学、材料加工等领域。
三、总结氦氖激光器是非常重要的光学设备之一，具有优异的激光性能和重要的应用前景。
掌握其波长对于设计和应用氦氖激光器具有非常重要的意义。
氦氖激光器中ne -20的632.8nm谱线的跃迁上能级
氦氖激光器中ne -20的632.8nm谱线的跃迁上能级氦氖激光器中的632.8nm谱线是由氖原子的跃迁上能级产生的。
本文将探讨氦氖激光器中的ne - 20能级与632.8nm谱线的关系及其跃迁机制。
1. 氦氖激光器简介氦氖激光器是一种常见的气体激光器，其工作介质为氦气和氖气的混合物。
该激光器通过电弧放电激发氦氖混合物中的氖原子，产生特定波长的激光光束。
2. 氖原子的能级结构氖原子的能级结构包含多个电子壳层和能级。
其中，我们主要关注的是ne - 20能级，它是跃迁至632.8nm谱线的上能级。
3. 632.8nm谱线的跃迁机制在氦氖激光器中，632.8nm谱线的跃迁机制来自氖原子的上能级ne - 20。
该能级可能通过以下的跃迁过程产生632.8nm谱线：a. 激发：初始阶段，氦氖激光器中的电弧放电使氖原子的电子从基态跃迁至ne - 20能级。
b. 自辐射跃迁：ne - 20能级的氖原子通过自发辐射跃迁返回基态。
c. 稳定性：ne - 20能级具有较长的寿命，使得跃迁至基态的自发辐射数较少。
4. 632.8nm谱线的应用632.8nm谱线是氦氖激光器中最常见的谱线之一，由于其特定的波长和亮度，具有广泛的应用价值：a. 激光显示：632.8nm谱线可用于显示器的红色激光光源，其色彩鲜艳且亮度高。
b. 实验研究：632.8nm谱线可用于常见的实验研究，如光学干涉、光学相干和散射实验等。
c. 医学领域：632.8nm谱线在眼科手术中常被用作切割和焊接组织的激光工具。
5. 能级调整与谱线精细结构在氦氖激光器中，通过调整氦氖混合物的比例及激发能量，可以实现能级结构的调整和谱线的精细结构控制。
这对于特定应用场景的要求具有重要意义。
结论：通过研究氦氖激光器中的ne - 20能级与632.8nm谱线的跃迁机制，我们了解了该谱线的应用和意义。
随着技术的进步，氦氖激光器在更广泛的领域中发挥着重要作用，促进了科学研究和应用技术的发展。
氦氖激光器工作原理及应用
氦氖激光器工作原理及应用
氦氖激光器是一种气体离子激光器，主要由氦氖混合气体、电源和激光管组成。
其工作原理是在激光管内施加电压，使氦氖混合气体电离产生等离子体，等离子体的激发态在退激辐射的作用下释放出激光光子，形成激光束。
氦氖激光器的工作过程如下：
1. 氦氖混合气体被灌入激光管中，并被稳定的直流电源加热。
2. 电源施加高电压，产生强电场，使得气体离子化，形成等离子体。
3. 等离子体在电场的作用下，发生电子碰撞激发，产生高能态的氦氖分子。
4. 高能态的氦氖分子在退激辐射的作用下，释放出激光光子，形成激光束。
氦氖激光器具有以下特点：
1. 波长较长：氦氖激光器的工作波长多为可见光波段中的红光波长，主要为63
2.8纳米。
2. 单色性好：激光输出的光波几乎是单色的，波长分布很窄。
3. 相干性强：激光束相干度高，能够形成明亮的干涉条纹。
4. 输出功率稳定：在适当的工作条件下，氦氖激光器的输出功率相对稳定。
氦氖激光器主要应用于以下领域：
1. 科学研究：氦氖激光器可以为实验研究提供高质量的激光光源，用于干涉、衍射、光谱分析等实验。
2. 工业加工：氦氖激光器可以用于绘图、切割、雕刻等精细加
工领域，特别适用于对非金属材料的加工。
3. 医学美容：氦氖激光器可以用于皮肤除皱、血管病变治疗、红斑痤疮等美容治疗。
4. 教育展示：氦氖激光器具有光线明亮、颜色鲜艳的特点，常被用于教育展示、科普教育等。
总的来说，氦氖激光器通过气体离子化和电子碰撞激发的过程产生激光光子，具有波长较长、单色性好和相干性强等特点，广泛应用于科学研究、工业加工、医学美容和教育展示等领域。
氦氖激光器的调试实验
一、实验目的 1、了解 He-Ne 激光器的工作原理和基本结构； 2、掌握外腔式 He-Ne 激光器的 F-P 腔调节技术； 3、分析放电电流对激光输出功率的影响。
二、实验仪器 外腔式 He-Ne 激光器、准直光源，光学导轨，激光功率计，光阑，腔镜。
三、实验原理
一、激光原理概述 1 普通光源的发光——受激吸收和自发辐射 普通常见光源的发光（如电灯、火焰、太阳等的发光）是由于物质在受到外
9、调节泵浦电流的大小，使输出功率再次最大，此电流即为激光器的最佳 放电电流。
五：注意事项
1、He-Ne 激光器电源电压较高，应注意安全。 2、不要让氦氖激光射入眼睛。 3、加输出镜后，不要看氦氖激光器毛细管中的亮点，防止突然出光，损坏 眼睛。 4、不要碰光学元件的表面，防止损坏镀膜
He-Ne 气体激光器的
输出功率较小，He-Ne 气体激光器的输出功率只有 1 100mW，最常用的 25cm
的激光管，放电电流为 5mA,高压为 1500V，输出功率为 1.5mW，效率仅为 0.02％。
制作 He-Ne 气体激光器时，为了在有限的腔长内，尽可能获得较大的功率输出，
要选择最佳的放电条件。所谓最佳放电条件是指一定管径和管长的 He-Ne 气体
6、将曲率半径为 1m 的反射镜放在半外腔氦氖激光器的布儒斯特窗前，作为 输出镜。调节其上的水平和俯仰旋钮，使反射的准直氦氖激光返回光阑。
7、打开电流源，电流加到 10mA 左右，会发现有激光输出，若没有，稍微 调节一下输出镜，则会出光，还没有，就要按照前面的步骤重新仔细调节了。
8、激光调出来后，打开功率计，将功率计探头放在输出镜前，调节输出镜 使输出功率最大。
14
类很多，He-Ne 气体
第二章 氦氖激光器
He（23S1、21S0）与Ne（2S、3S）能量非常接近， 很容易发生碰撞能量转移，且都是亚稳态，原子辐 射寿命较长，电子碰撞截面大，有利于选择激发Ne 到（2S、3S）能级。 He对Ne的选择性激发比电子直接碰撞激发的概大， Ne（3S2）对He共振能量转移激发依赖最大。可以认
为Ne（3S2）上的粒子是由He（21S0）能量转移激发。
2013-7-5
激光器件原理与设计
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第二章 氦氖激光器
在电流逐渐增大、电子密度增 强的过程中，激光上能级的粒 子最初呈线性增长。随着电子 碰撞消激发加剧，粒子增长速
度减缓，最后达到饱和状态。
而激光下能级的粒子在此过程 中始终保持着线性增长的关系，
故而使粒子数反转值在某一放
电电流条件下，出现最大值。 从图中可看到，随放电电流变 化，增益 存在一个最佳值
2013-7-5
激光器件原理与设计
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第二章 氦氖激光器
2.增益分布：增益沿放电管轴向分布均匀，径向分布不均匀
影响因素：放电电流、总气压和气体混合 比。 随电流增大，管轴中心出现增益饱和并下 降；电流继续增大，管壁附近出现增益下 降。 在一定电流下，气压增大，管轴中心出现 增益饱和并下降。这是因中心处Ne(1s)粒 子在气压较大时不易扩散到管壁碰撞弛豫， 导致Δ N减小，增益下降。 Ne增多，增益下降且径向分布加宽。
2013-7-5 激光器件原理与设计 1
第二章 氦氖激光器
(3) 输出稳定：功率稳定性达到30秒内的误差为0.005%, 十分钟内的误差为0.015％。 (4) 可见光输出。 适用于：精密测量、检测、准直、导向、水中照明、信息 处理、医疗等 。 1.2.1 He-Ne激光器工作原理 一、He-Ne激光器工作物质能级特点 He-Ne激光器是混合气体器件，Ne为产生激光的物质， He是辅助气体，用来提高Ne泵浦效率 。
632.8nm氦氖激光器工作物质的多普勒宽度
标题：632.8nm氦氖激光器工作物质的多普勒宽度解析一、引言在现代科技领域中，激光技术一直扮演着重要的角色。
而氦氖激光器作为其中一种重要的激光器，其工作物质的多普勒宽度更是一个重要的研究课题。
本文将从浅入深，逐步探讨632.8nm氦氖激光器工作物质的多普勒宽度，并尝试共享个人对这一主题的理解和观点。
二、多普勒效应的基础知识多普勒效应是指当光源和观察者相对运动时，波的频率随源和接收器之间的相对速度而变化的现象。
对于激光器而言，其工作物质的多普勒宽度即表示了由于分子或原子热运动所引起的频率的展宽。
三、632.8nm氦氖激光器的原理和结构632.8nm氦氖激光器是一种重要的氦氖激光器，其工作原理是利用氦和氖气体在放电激发下产生激光。
这种激光器通常被应用于干涉测量、医疗设备、激光打印等领域。
在其工作过程中，多普勒效应对激光的频率稳定性和谱线宽度都会产生影响。
四、多普勒宽度对632.8nm氦氖激光器的影响由于工作物质分子或原子的热运动，氦氖激光器发出的激光会存在多普勒频率展宽的现象。
而多普勒宽度的大小将决定激光的频率稳定性和激光谱线的宽度。
研究和理解632.8nm氦氖激光器工作物质的多普勒宽度对于提高激光器性能至关重要。
五、632.8nm氦氖激光器工作物质的多普勒宽度的测量与控制为了减小多普勒宽度对激光器的影响，必须对其进行准确的测量和控制。
目前，研究人员常常采用光学共振腔或其他光谱学方法来测量氦氖激光器的多普勒宽度，并尝试通过调节激光器结构或工作条件来控制多普勒宽度的大小。
六、个人观点与总结个人认为，深入研究632.8nm氦氖激光器工作物质的多普勒宽度对于提高激光器的性能和应用具有重要意义。
而在实际应用中，测量和控制多普勒宽度的技术将对激光技术的发展起到积极的推动作用。
在本文中，我们从多普勒效应的基础知识入手，逐步介绍了632.8nm 氦氖激光器的原理和结构，分析了多普勒宽度对激光器性能的影响，并探讨了多普勒宽度的测量与控制。
1.8He-Ne激光器
2.
3.
利用气体放电泵浦方法向CO2气体分子注入能量， 使放电管中CO2分子达到反转分布状态。 将直流电压的两输出端分别接到放电管的两电极 上，当不加电压或电压很低时，两电极间的气体完 全绝缘，内阻为无穷大，没有电流流过；随着电压 的升高，气体中开始有带电粒子移动，气体的内阻 开始减小，当达到某一电压值时，内阻急剧减小， 电流迅速增加、气体被击穿、放电开始，这一电压 值叫做着火电压； 放电管中的气体被击穿放电后，电流增长、气体 中载流子增加、激光放电管的内阻下降、又进一步 引起电流的增加，这一过程反复进行，放电管呈现 负阻效应，为了使放电能够稳定地工作在放电管电 流—电压特性曲线的某一点上，在放电管的供电电 路中采取了限流措施。
气体激光器
光束质量好，线宽窄，相干性好，谱线 丰富。 效率低，能耗高，寿命较短，体积大。 原子（氦－氖）激光器， 离子（氩，氪，金属蒸汽）激光器， 分子（CO2,CO,准分子)激光器。
氦-氖(He-Ne)激光器 He-Ne)激光器
图(5-9) He-Ne激光器的基本结构形式
氦—氖激光器(He-Ne 激光器)是原子气体激光 器，工作物质是氦原子和氖原子气体，氖原子能级 间的跃迁产生激光谱线，氦原子起能量转移作用， 这是最早研究成功的气体激光器。医学中常将此种 激光器用做“光针”和照射治疗的工具，对溃疡的 治疗有较好的疗效。
图(5-10 )是与产生激光有关的Ne原子的部分能级图，Ne原子的激光上能级 是3S和2S能级，激光下能级是3P和2P能级。 1. He-Ne激光器的结构和激发机理
He-Ne激光器是典 型的四能级系统， 其激光谱线主要有 三条 : 3S→2P 0.6328µ 2S→2P 1.15µ 3S→3P 3.39µ
图(5-12) 封离式CO2激光器结构示意图
氦氖激光原理
氦氖激光原理
氦氖激光是一种常见的气体激光，广泛应用于医疗、科研、工
业等领域。
它的原理是通过氦氖混合气体在放电激发下产生的激光。
下面将详细介绍氦氖激光的原理。
首先，氦氖激光器由氦氖混合气体充填的放电管和两个镜子组成。
其中一个镜子是半透镜，用于输出激光；另一个镜子是全反射镜，用于反射激光。
当外部电压施加在放电管上时，氦氖混合气体
被激发，氦原子和氖原子的能级发生跃迁，产生的激光在两个镜子
之间来回反射，形成激光共振腔。
其次，氦氖激光的产生是基于激光共振腔的光放大原理。
在激
光共振腔内，激光在镜子之间来回反射，其中一部分能量通过半透
镜输出，形成激光束。
这种激光的特点是单色、相干性好，波长集
中在可见光或红外光区域。
另外，氦氖激光的波长通常为632.8纳米，属于可见光范围。
这种波长的激光在医疗领域有广泛的应用，如眼科手术、皮肤治疗等。
同时，氦氖激光也用于科研领域的光谱分析、激光显微成像等
方面。
最后，氦氖激光器的工作原理是基于电子跃迁和光放大的物理
过程。
当外部电压施加在放电管上时，氦氖混合气体中的氦原子和
氖原子被激发至激发态，随后跃迁至基态时释放出光子，形成激光。
这些光子在激光共振腔内得到放大，最终形成输出激光。
综上所述，氦氖激光的原理是基于氦氖混合气体在放电激发下
产生的激光，通过激光共振腔的光放大过程形成输出激光。
氦氖激
光具有单色、相干性好的特点，被广泛应用于医疗、科研、工业等
领域。
对于理解氦氖激光的原理和应用具有重要意义。
He-Ne激光器
He-Ne激光器谐振腔调整走进He-Ne激光器气体激光器的优点：1. 工作物质均匀性好，输出激光光束质量好2. 谱线宽，从远红外到紫外3. 输出功率大，转换效率高（电光转换）4. 结构简单，成本低氦氖激光器的结构：工作物质：He-Ne气体（He为辅助气体），气压比为5：1－7：1谐振腔：一般用平凹腔，平面镜为输出镜，透过率约1％－2％，凹面镜为全反射镜泵浦系统：一般采用放电激励激光管结构：按谐振腔与放电管的放置方式分为内腔式﹑外腔式﹑半内腔式按阴极及贮气室的位置不同分为同轴式﹑旁轴式﹑单细管式He－Ne激光器的特点：典型谱线： 632.8nm 1.15μm 3.39μm其他谱线： 612nm 594nm 543nm优点：1. 光束质量好Θ＜1mrad2.单色质量好，带宽＜22Hz3.稳定性高功率稳定（＜2％）频率稳定（＜5×10-15）4.在可见光区He-Ne激光器的输出功率：He-Ne激光器属于以非均匀加宽为主但又不能忽略均匀加宽影响的综合加宽线型，按照综合加宽的情况计算其输出功率。
输出功率的稳定性：He-He激光器在工作过程中，输出功率会随时间做周期性的或随即的波动。
造成漂移的原因有：1 放电电流波动造成输出功率的波动；2谐振腔光轴与毛细管轴线相对位置发生变化引起功率波动；3纵模的变化引起输出功率的波动。
在只有少数几个纵模振荡的短腔激光器中，温度的变化或其他原因导致腔长发生了变化，谐振腔的纵模也要发生改变，将造成增益曲线的烧孔面积变化，从而引起输出功率的波动。
解决方法：1.外部控制的办法减小功率漂移；2.根据产生漂移的原因，在器件结构和工艺上采取改进措施；He-He激光器的频率特性：在适当的放电条件下，He-He激光器已经获得了100多条谱线。
其中最主要的是0.6328μm 和3.39μm两条。
He-Ne的实验调整相对一般光源，激光具有单色性好的特点，也就是说，它具有非常窄的谱线宽度。
氦氖总结范文
氦氖总结简介氦氖（He-Ne）是常用的气体激光器之一，以其稳定性和高效性而受到广泛应用。
本文将对氦氖激光器的原理、性能特点以及应用领域进行总结。
原理氦氖激光器的工作原理基于气体放电，利用氦气和氖气在高频电场的激发下发生放电，产生激光光束。
氦氖激光器通常采用平行板式结构，两个平行金属电极之间充填着混合气体。
当加上高电压时，电场作用下氦气和氖气分别被激发，产生激光，形成氦氖激光器的输出。
性能特点1.单色性：氦氖激光器产生的光束为单色激光，其波长通常为632.8纳米，属于可见光的红色区域。
2.高相干性：氦氖激光器具有高相干性，光束的相位关系保持得很好，适用于干涉和衍射实验。
3.窄线宽：氦氖激光器相比其他激光器具有较窄的线宽，一般在几百千赫茨，适合用于高精度测量和精确光谱学研究。
4.长寿命：氦氖激光器具有较长的使用寿命，可达上万小时，使用寿命较其他激光器更长。
应用领域氦氖激光器在多个领域中得到了广泛应用，以下是其中几个典型的应用领域：科研氦氖激光器由于其高相干性和窄线宽的特点，在科学研究领域中得到广泛应用。
例如，在光学干涉实验中，氦氖激光器可以成为光源，产生干涉光束，用于计量和测量；在光谱学领域，氦氖激光器可以用于精确的光谱分析。
医学氦氖激光器在医学领域也有重要应用。
例如，对于眼科手术中的激光角膜磨削术（LASIK），常用的激光器就是氦氖激光器。
利用氦氖激光器产生的红光束进行角膜磨削，能够快速安全地改善近视、远视和散光等视力问题。
激光显示氦氖激光器也应用于激光显示领域。
由于氦氖激光器产生的光束为单色激光，其色彩饱和度高，透明度好，可以用于投影仪等显示设备中，提供高质量的图像和视频投影效果。
雷达测距氦氖激光器还可以用于雷达测距。
利用氦氖激光器产生的激光束，射向目标物体，再接收被反射回的光束，通过探测光束与返回光束之间的时间差来计算目标物体的距离。
结论氦氖激光器作为一种常用的气体激光器，在科研、医学、激光显示和雷达测距等领域都有广泛应用。
氦氖激光器的结构及原理
氦氖激光器的结构及原理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9：9 =tg-1n , K8玻璃对632.8nm激光n=1.5159；0=56°35,；熔融石英n=1.46；0=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5X10-6s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。
氦氖激光器
氦氖激光器
世界上第一台激光器是由美国物理学家西奥多﹒梅曼制成的红宝石激光器，其工作物质是红宝石棒。
氦氖激光器是继红宝石激光器出现的第二台激光器，也是第一台气体激光器。
氦氖激光器通常是由工作物质（He、Ne气体）、谐振腔及激发电源构成。
氦氖气体被充在放电管中，放电管由电极、毛细管和储气管组成，其正电极通常是钨棒，负电极是铝皮圆筒，中间是毛细管，毛细管是约束辉光放电的主要区域，也是氦氖激光器的主要区域。
谐振腔的作用主要是维持光振荡，增大光强，选择激光束的方向，选择光频及提供激光输出通道。
氦氖激光器的主要结构形式：（1）内腔式：两块反射镜和放电管、谐振腔固定在一起；（2）外腔式：反射镜与谐振腔分开；（3）半内腔式：一块反射镜和放电管、谐振腔固定在一起，另一块分开。
氦氖激光器是用气体放电方式激励的，当在放电管中通以适当适当电流时，被加速的电子把氦原子通过碰撞激发到亚稳态，然后处于亚稳态的氦原子与基态氖原子碰撞将能量转移给氖原子，并使其激发到4S和5S能级。
当适当频率的光子入射时，就会产生相应能级间受激辐射放大，发出相应波长的激光。
氦氖激光器的特性：（1）一般特性：方向性好，单色性好，相干性强;(2)频率特性；（3）偏振特性；（4）放电特性。
氦-氖激光器简介
氦-氖(He-Ne)激光器摘要：本文介绍了He-Ne激光器的工作原理，结构及谐振腔，He和Ne原子的能级图，He-Ne激光器的速率方程，激发过程和输出特性，影响其寿命的因素，并简单介绍了其应用和优点。
关键词：He-Ne激光器；激发原理；结构及谐振腔；速率方程；激发过程；输出特性；寿命一．氦-氖(He-Ne)激光器简介气体激光器是以气体或蒸气为工作物质的激光器。
由于气态工作物质的光学均匀性远比固体好，所以气体激光器易于获得衍射极限的高斯光束，方向性好。
气体工作物质的谱线宽度远比固体小，因而激光的单色性好。
但由于气体的激活粒子密度远较固体为小，需要较大体积的工作物质才能获得足够的功率输出，因此气体激光器的体积一般比较庞大。
由于气体工作物质吸收谱线宽度小，不宜采用光源泵浦，通常采用气体放电泵浦方式。
在放电过程中，受电场加速而获得了足够动能的电子与粒子碰撞时，将粒子激发到高能态，因而在某一对能级间形成了集居数反转分布。
除了气体放电泵浦外，气体激光器还可采用化学泵浦，热泵浦及核泵浦等方式。
He-Ne激光器是最早研制成功的气体激光器。
在可见及红外波段可产生多条激光谱线，其中最强的是632.8nm,1.15μm和3.39μm三条谱线。
放电管长数十厘米的He-Ne激光器输出功率为毫瓦量级，放电管长（1~2）m的激光器输出功率可达数十毫瓦。
由于它能输出优质的连续运转可见光，而且具有结构简单、体积较小、价格低廉等优点，在准直、定位、全息照相、测量、精密计量等方面得到广泛应用。
二．氦-氖(He-Ne)激光器的工作原理氦氖激光器的激光放电管内的气体在涌有一定高的电压及电流（在电场作用下气体放电），放电管中的电子就会由负极以高速向正极运动。
在运动中与工作物质内的氦原子进行碰撞，电子的能量传给原子，促使原子的能量提高，基态原子跃迁到高能级的激发态。
这时如有基态氖原子与两能级上的氦原子相碰，氦原子的能量传递给氖原子，并从基态跃迁到激发的能级状态，而氦原子回到了基态上。
专业实验 实验一 氦氖激光原理与技术综合实验
氦氖激光原理与技术综合实验仪实验讲义大恒新纪元科技股份有限公司版权所有不得翻印氦氖激光原理与技术综合实验仪一．引言虽然在1917年爱因斯坦就预言了受激辐射的存在，但在一般热平衡情况下，物质的受激辐射总是被受激吸收所掩盖，未能在实验中观察到。
直到1960年，第一台红宝石激光器才面世，它标志了激光技术的诞生。
激光器由光学谐振腔、工作物质、激励系统构成，相对一般光源，激光有良好的方向性，也就是说，光能量在空间的分布高度集中在光的传播方向上，但它也有一定的发散度。
在激光的横截面上，光强是以高斯函数型分布的，故称作高斯光束。
同时激光还具有单色性好的特点，也就是说，它可以具有非常窄的谱线宽度。
受激辐射后经过谐振腔等多种机制的作用和相互干涉，最后形成一个或者多个离散的、稳定的谱线，这些谱线就是激光的模。
在激光生产与应用中，如定向、制导、精密测量、焊接、光通讯等，我们常常需要先知道激光器的构造，同时还要了解激光器的各种参数指标。
因此，激光原理与技术综合实验是光电专业学生的必修课程。
二．实验目的1.理解激光谐振原理，掌握激光谐振腔的调节方法。
2.掌握激光传播特性的主要参数的测量方法。
3.了解F-P扫描干涉仪的结构和性能，掌握其使用方法。
4.加深激光器物理概念的理解，掌握模式分析的基本方法。
5.理解激光光束特性,学会对高斯光束进行测量与变换。
6.了解激光器的偏振特性，掌握激光偏振测量方法。
7.了解激光纵模正交偏振理论与模式竞争理论。
三．实验原理1．氦氖激光器原理与结构氦氖激光器（简称He-Ne激光器）由光学谐振腔（输出镜与全反镜）、工作物质（密封在玻璃管里的氦气、氖气）、激励系统（激光电源）构成。
对He-Ne激光器而言增益介质就是在毛细管内按一定的气压充以适当比例的氦、氖气体，当氦、氖混合气体被电流激励时，与某些谱线对应的上下能级的粒子数发生反转，使介质具有增益。
介质增益与毛细管长度、内径粗细、两种气体的比例、总气压以及放电电流等因素有关。
氦氖激光
表一激光输出功率与压强和放电电流数据
68nm
50nm
25nm
电流mA
功率mw
电流mA
功率mw
电流mA
功率mw
4.1
0.28
4
0.31
5.2
0.125
5
0.3
5
0.36
6
0.145
5.5
0.33
5.5
0.38
6.7
0.168
6
0.31
6
0.39
7.1
0.17
6.5
（2）储气罐
储气罐与毛细管相通，主要作用是稳定毛细管内的工作气压，从而稳定激光器的输出功率和延长其寿命。
（3）电极
电极的质量直接关系到激光器的寿命。He—Ne激光器工作时，毛细管要进行辉光放电，电压很高，受电场加速的正离子撞击阴极会引起阴极材料的溅射与蒸发。这些气化的阴极材料的金属原子，可能沉积在附近玻璃表面上及腔镜上，它会吸收与吸附一些工作气体，结果导致放电管内工作气体压强不断减小，以及污染谐振腔的反射镜，使腔镜的反射率降低很多。因此，通常选溅射较弱的AI作阴极，A1表面的氧化层能较好地防止离子轰击造成的侵蚀。阴极通常制成圆筒形以降低溅射效应。小功率He—Ne激光器通常用钨杆制作阳极，和正离子相比，电子质量要小很多，所以电子轰击阳极造成的损害比阴极要小得多。
(1)
考虑到
式中 为折射率，则有
（2）
上粒子数必须反转分布。
2）增益系数 与粒子数差值 成正比。
（3）放电条件对激光器输出功率的影响．
激光器必须选择最佳放电条件才能获得最大的激光输出功率。对于He—Ne激光器来说，应当根据以下几条实验规律选择其最佳放电条件．
氦氖激光器工作原理
氦氖激光器工作原理
摘要：氦氖激光器是一种激光器，它通过激发氦氖气体上的电子，将电子能量转换成光能输出。
在激发氦氖气体的过程中，电子会通过不同的跃迁进入不同的能级，并且在不同的能级之间不断地释放能量，增大温度，再通过自发辐射的程序，同步发出具有定量和定调的可见光，达到一定的光功率。
1、氦氖激光器的工作原理
氦氖激光器的工作原理是在一定的真空气体中，激发氦氖气体内部的电子，使其迅速地穿越不同能级，在不同能级之间不断地释放能量，增大温度，然后再通过自发辐射的程序，最后发出具有定量和定调的可见光，达到一定的光功率。
2、氦氖激光器的主要结构
氦氖激光器的主要结构包括激光头、真空室、调谐器以及其它支持元件。
激光头由氦氖气体和加入的护层元素组成；真空室则主要是对激光头提供真空环境以及放大激光输出功率的容器；调谐器用于控制激光输出强度和波长；其它支持元件则可能包括激光头冷却装置、激光头加热装置、激光头分贝装置等，它们统称为激光头支持系统。
3、氦氖激光器的应用
氦氖激光器被广泛应用于精密加工、光学测量、走样测量、空间监测、图像测量、医疗技术、激光雕刻、机器视觉检测、光谱分析等多个领域。
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氦氖激光器的结构
康冠光电氦氖激光器由放电管、共振腔、激光电源三部分组成。
放电管包括放电毛细管、储气管和电极三部分。
放电毛细管是发生气体和产生激光的区域管内径为1.2-1.3mm。
氖气管与放电毛细管同轴并相通。
氖气管相当于扩大了放电毛细管储气的体积，可缓冲因氖气逃逸快而造成氦、氖气压比失调，并且对漏入的杂质气体起稀释作用。
此外，因毛细管很细，容易发生变形。
从而造成共振腔变形，因此配置储气管起着加固共振腔的作用。
电极有阳极和冷阴极。
因为特种材料具有良好的发射电子的能力和抗溅射能力，容易加工，因而冷阴极常用镍、铅、钼制成。
阳极用一根钨杆，以减少对地的电容量，降低出现驰豫振荡的几率使其输出稳定。
共振腔由一块凹面反射镜和一块平面镜组成。
其中反射镜的反射率接近100%、而平面镜的反射率激光器的增益大小而定，一般取98.5%~99.5%。
激光电源一般可采用稳定的直流电源、工频或射频交流电源。
在精密测量中，常采用直流稳压电源，以获得稳定的激光。
按照共振腔与放电是否接触，共振腔可分为半内腔式、内腔式、和外腔式三种结构
He-Ne激光器的三种结构
在外腔式氦氖激光器中，放电管两端贴有两块镜片，镜片法线与放电管轴成一夹角θ。
θ满足条件：tanθ=n，θ称为全偏振角或布儒斯角。
该镜片称为布儒斯特窗，对石英玻璃窗，n=1.45，当波长λ=0.6328um 时，θ。
当平行与放电管轴的光速入射布儒斯特窗口时，其中平行于图面的偏振光可通过窗口，因此，这种激光器将产生线偏振光。
外腔式结构的优点是制造简单，但调整困难，也不太稳定，为此常采用内腔式结构。
内腔式结构虽然制造困难些，但不需要调整，反射镜也不易被弄脏。
另外还有一种半腔式结构，较易调整。