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氦－氖气体激光器 基本内容 回顾：激光器的基本结构 激光器的基本知识 氦氖激光器的工作原理介绍 回顾：激光器的基本结构 所有激光器的基本组成都包括三大部分： 一 气体激光器的基本知识 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 1.2 激发与电离 e + A e + A′ （原子激发） 1.4气体放电的方式 图： 2.1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 2.2 He－Ne激光器的特点 典型谱线： 632.8nm 1.15?m 3.39?m 其他谱线： 612nm 594nm 543nm 优点：1. 光束质量好 Θ＜1mrad 2.单色质量好，带宽＜22Hz 3.稳定性高 功率稳定（ ＜2％） 频率稳定（ ＜5×10-15） 4.在可见光区 He－Ne激光器实例 2.3 He－Ne激光器的工作能级 典型的四能级系统 图： 共振转移： He原子的21S0和23S1态分别与Ne原子的3S﹑2S态靠得很近 He + e He（21S0）+ e He + e He（23S1）+ e He（21S0）+ Ne He + Ne（3S2)+0.048ev He（23S1）+ Ne He + Ne（2S2)+0.039ev 2.4 He－Ne激光器的最佳放电条件 2.4.1 求粒子反转数△n＝n3-n2 Ne（3S2）能级上粒子数密度n3 将2.4.4式代入2.4.2式，有 2.4.2 △n与放电电流的关系 在充气压和充气比例一定的情况下，电子密度与放电电流i成正比，ne＝K′i，K′为比例系数；而n0﹑n1﹑A ﹑ 等均与放电电流无关，因此2.4.5和2.4.8式可表示为： 2.4.3 △n与He﹑Ne气压的关系 n2通常比n3小得多，因此反转粒子数主要取决于n3 当He﹑Ne气压比一定时： 总气压较低，n0和n1减少，n3随之减小 总气压很高时，n0n1可增加，但电子与原子碰撞次数增加，电子的动能减小，电子温度降低，S04降低，导致n3下降 可见，存在一最佳总气压，使反转粒子数最高 当总气压一定时： Ne气含量过少，n1减少，使n3减少 Ne含量过多，因Ne比He易电离而导致电子能量和温度降低，使S04和n3减小 可见，He和Ne的气压比也存在最佳值 2.5 He-Ne激光器的输出功率 1.1 He-Ne激光器的增益系数 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。 Ne原子在 到 +d 范围内的小信号反转粒子密度按多普勒非均匀展宽公式为  式中 为原子的总反转粒子密度， 为Ne原子辐射的中心频率， 为非均匀展宽线型函数，表示式为 为多普勒线宽，T为绝对温度，M为原子量， 为中心频率。 这部分粒子发射中心频率为 ，线宽为 的均匀加宽谱线。若有频率为 ，强度为 的强光入射，则这部分粒子对增益的贡献为 B21为受激辐射系数，c为光速，h为普朗克常数。 总增益为全部粒子对频率 的光的增益贡献之和，将上式积分整理后得到 用复变误差函数定义 表示，综合加宽大信号增益系数表示为 1.2 输出功率公式 1.2.1 单模激光器的输出功率