氦氖激光器论文

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1、单模非均匀加宽氦氖激光器姓名：邓凡水学号B41014031专业：10电科激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。自1960年第一台红宝石激光器问世以来，激光器和激光放大器的发展非常迅速。激光工作物质已包括晶体、玻璃、光纤、气体、半导体、液体及自由电子等数百种之多。根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：①固体激光器（晶体和玻璃）；②气体激光器；③液体激光器；④半导体激光器；⑤自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器具有很诱人的前景。气体激光器所采用的工作物质是气体，并且根据

2、气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等。我要介绍的氦氖激光器就属于气体激光器中的原子气体激光器。氦氖激光器于1961年A.贾文等人研制成功，是最早研制成功的气体激光器。氦氖激光器的结构与特点工作物质：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

3、的位置不同分为同轴式﹑旁轴式﹑单细管式典型谱线：632.8nm1.15mm3.39mm其他谱线：612nm594nm543nm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.在可见光区氦氖激光器的工作原理最简单的光学共振腔是由放置在氦氖激光器两端的两个相互平行的反射镜组成，当一些氖原子在实现了集聚数反转的两能级间发生跃迁，辐射出平行于激光器方向的光子时，这些光子将在两反射镜之间来回反射，于是就不断地引起受激辐射，很快地产生出相当强的激光，这两个

4、互相平行的反射镜，一个反射率接近100%，即完全反射，另一个反射率约为98%，激光就是从后一个反射镜射出的。一、激励机制氦氖激光器是典型的四能级系统，阴极和阳极间通过充有氦氖混合气的毛细管放电使氖原子的某一对或几对能级间形成集居数反转。虽然混合气体中氦的含量倍于氖，但激光跃迁只发生于氖原子的能级间，辅助气体氦的作用是提高泵浦效率。在一定的放电条件下，阴极发射的电子向阳极运动并被电场加速，快速电子与基态氦原子发生非弹性碰撞时将氦原子激发到激发态21S0而自身减速。21S0是亚稳态，因而可积聚大量氦原子。当激发态氦原子和基态

5、氖原子发生非弹性碰撞时将氖原子激发到3S2能级。这一过程称作共振能量转移。共振能量转移碰撞截面随对应激发态能量差的减小而急剧增加。由于氦原子的21S0和氖原子的3S2能级十分接近，因而具有很大的共振能量转移截面。而激光跃迁的下能级2P4上的氖原子仅仅来源于电子碰撞激发和高能级的串级激发，其寿命又比上能级3S2的寿命低一个量级，所以在氖原子的3S2和2P4能级间很容易建立集居数反转状态并实现连续激光运转。共振能量转移：He原子的21S0和23S1态分别与Ne原子的3S﹑2S态靠得很近He+eHe（21S0）+eHe+eHe

6、（23S1）+eHe（21S0）+NeHe+Ne（3S2)+0.048evHe（23S1）+NeHe+Ne（2S2)+0.039ev电子碰撞激发：（与共振转移相比，此过程的激发速率要小得多）e+Nee+Ne（2S)e+Nee+Ne（3S)串级跃迁：Ne与电子碰撞被激发到更高能态，然后再跃迁到2S和3S态，此过程贡献最小。二、谱线竞争氦氖激光器的三条最强的激光谱线中哪一条谱线起振完全取决于谐振腔介质膜反射镜的波长选择。632.8nm和3.39mm两条激光谱线具有相同的上能级，因此这两条谱线之间存在着强烈的竞争。由于增益系数

7、与波长的三次方成正比，显然3.39mm谱线的增益系数远大于632.8nm谱线。在较长的632.8nm氦氖激光器中，虽然介质膜反射镜对632.8nm波长的光具有较高的反射率，仍然会产生较强的3.39mm波长的放大的自发辐射或激光，这将使上能级集居数减少，从而导致632.8nm激光功率下降。为了获得较强的632.8nm激光输出，可采用下述方法抑制3.39mm辐射的产生：借助腔内棱镜色散使3.39mm激光不能起振：腔内插入对3.39mm波长的光吸收的元件：借助轴向非均匀磁场使3.39mm谱线线宽增加，从而使其增益下降。三、最佳

8、放电条件求粒子反转数△n＝n3-n2稳态时，dn3/dt＝0，由上式有同理，He（21S0）能级上的粒子数密度n4的速率方程为：稳态后，dn4/dt＝0同样，Ne的2P4能级的粒子密度n2的速率方程为稳态后，dn2/dt＝0，得因自发辐射几率A很大，故上式可变为：就可以分析粒子反转数△n与放电条件的关系。在充气压和充