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⑵ 為什麼放電管
1.氦氖激光器的結構
氦氖(He-Ne)激光器的結構一般由放電管和光學諧振腔所組成。激光管的中心是一根毛細玻璃管,稱作放電管(直徑為1mm左右);外套為儲氣部分(直徑約45mm);A是鎢棒,作為陽極;K是鉬或鋁製成的圓筒,作為陰極。殼的兩端貼有兩塊與放電管垂直並相互平行的反射鏡,構成平凹諧振腔。兩個鏡版都鍍以多層介質膜,一個是全反射鏡,通常鍍17層膜。交替地真空蒸氟化鎂(MgF2與硫化鋅(ZnS)。另一鏡作為輸出鏡,通常鍍7層或9層膜(由最佳透過率決定)。毛細管內充入總氣壓約為2Torr(托)的He、Ne混合氣體,其混合氣壓比為5:1-7:1左右。內腔管結構緊湊,使用方便,所以應用比較廣泛。但有時為了特殊的需要也常選用全外腔式或半外腔式。
全外腔式的放電管和鏡片是完全分離的,半外腔式是上兩種形式的結合。
外腔式和半外腔式都需要粘貼布儒斯特片,窗片法線與激光光軸有一夾角,應等於布儒斯特角θ:
θ=tg-1n
K8玻璃對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輸出的光束是電矢量平行於入射面的線偏振光。
2.氦氖激光器激發機理
氦氖激光器中工作物質是氦氣和氖氣,其中氦氣為輔助氣體,氖氣為工作氣體。產生激光的是氖原子,不同能級的受激輻射躍遷將產生不同波長的激光,主要有632.8nm、1.15um和3.39um三個波長。
氦原子有兩個亞穩態能級21S0、23S1,它們的壽命分別為5×10-6s和10-4s,在氣體放電管中,在電場中加速獲得一定動能的電子與氦原子碰撞,並將氦原子激發到21S0、23S1,此兩能級壽命長容易積累粒子。因而,在放電管中這兩個能級上的氦原子數是比較多的。這些氦原子的能量又分別與處於3S和2S態的氖原子的能量相近。處於21S0、23S1能級的氦原子與基態氖原子碰撞後,很容易將能量傳遞給氖原子,使它們從基態躍遷到3S和2S態,這一過程稱能量共振轉移。由於氖原子的2P、3P態能級壽命較短,這樣氖原子在能級3S-3P、3S-2P、2S-2P間形成粒子數反轉分布,從而發射出3.39um、632.8nm、1.5um三種波長的激光。
上述過程可表示為:
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)產生波長為632.8nm的激光
Ne*(3S)→Ne*(3P)產生波長為3.39um的激光
Ne*(2S)→Ne*(2P)產生波長為1.15um的激光
從理論上講,這三種波長的激光都有可能發射,但我們可以採取一些方法去抑制其中的兩種,而使我們所需要的一種波長的激光得到輸出。632.8nm(紅光)因輸出為可見波段的激光,實際應用較廣泛。
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