5-2典型激光器介绍-气体激光器

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1、气体激光器He－Ne激光器CO2激光器Ar＋离子激光器工作物质He＋Ne；Ne决定光谱性能CO2＋He＋N2；CO2决定光谱性能Ar；Ar＋决定光谱性能物理过程四能级系统四能级系统四能级系统激光谱线0.6328μm+1.15μm+3.39μm；3.39μm占优势10.6μm+9.6μm；10.6μm占优势0.4880μm+0.5145μm蓝光和绿光泵浦源气体放电激励气体放电激励气体放电激励输出特性*谱线竞争*输出功率特性：与放电电流关系很大，存在最佳气体混合比和最佳充气总压强，即存在最佳充气条件和毛

2、细管直径*放电特性：电流有最佳值*温度效应：转换效率高，约有60％以上的能量转换为气体的热能，温度升高，粒子数反转减小，谱线加宽增益系数下降*多谱线工作：每条谱线都有一个阈值电流，*输出功率随放电电流的关系与其他激光器不一样；特点*气态物质的光学均匀性一般比较好，使其在单色性和光束稳定性方面有较大优势；*谱线极为丰富；目前已达数千种，从紫外到远红外波段；*大多数能连续运转*都有瞬时功率不高的特点：工作气体的气压较低，单位体积中粒子数较少，只有固体激光器中激活粒子数密度的千分之一或更少，因而储存的能量

3、少结构简单，使用方便，光束质量好，工作可靠，容易制造连续工作脉冲工作均可；输出功率大，效率高；正好处于大气窗口，且对人的眼睛的危害比可见光和红外线小得多谱线丰富，主要分布在蓝绿光区；连续脉冲工作均可，是目前在可见光区连续输出功率最高的气体激光器5.2.1氦-氖(He-Ne)激光器1.He-Ne激光器的结构和激发机理图(5-9)He-Ne激光器的基本结构形式He-Ne激光器可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种，如图(5-9)所示。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

4、级是3S和2S能级，激光下能级是3P和2P能级。图(5-10)与激光跃迁有关的Ne原子的部分能级图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2P0.63282S2P1.153S3P3.395.2.1氦-氖(He-Ne)激光器2.He-Ne激光器的输出特性(1)谱线竞争:He-Ne激光器三条强的激光谱线(0.6328m，1.15m，3.39m)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。见图(5-10)(2)输出功率

5、特性:He-Ne激光器的放电电流对输出功率影响很大。图(5-11)是实验测得的输出功率与放电电流的关系曲线图(5-11)输出功率与放电电流的关系曲线在最佳充气条件下，使输出功率最大的放电电流叫最佳放电电流He-Ne激光器存在着最佳混合比和最佳充气总压强，即存在最佳充气条件。若放电毛细管的直径为d，充气压强为p，则存在一个使输出功率最大的最佳pd值。在最佳放电条件下，工作物质的增益系数和毛细管直径d成反比。5.2.1氦-氖(He-Ne)激光器1.CO2激光器的结构和激发过程图(5-12)封离式CO2激

6、光器结构示意图5.2.2二氧化碳激光器图(5-12)是一种典型的结构示意图。构成CO2激光器谐振腔的两个反射镜放置在可供调节的腔片架上，最简单的方法是将反射镜直接贴在放电管的两端。1.CO2激光器的结构和激发过程5.2.2二氧化碳激光器CO2激光器中与产生激光有关的CO2分子能级图如图(5-13)所示。图(5-13)与产生激光有关的CO2分子能级图1.CO2激光器的输出特性5.2.2二氧化碳激光器相应于CO2激光器的输出功率，其放电电流有一个最佳值。CO2激光器的最佳放电电流与放电管的直径，管内总气

7、压，以及气体混合比有关。(1)放电特性CO2激光器的转换效率是很高的，但最高也不会超过40％，这就是说，将有60％以上的能量转换为气体的热能，使温度升高。而气体温度的升高，将引起激光上能级的消激发和激光下能级的热激发，这都会使粒子的反转数减少。并且，气体温度的升高，将使谱线展宽，导致增益系数下降。特别是，气体温度的升高，还将引起CO2分子的分解，降低放电管内的CO2分子浓度。(2)温度效应5.2.3Ar+离子激光器1.Ar＋激光器的结构2.Ar＋激光器的激发机理Ar＋激光器一般由放电管、谐振腔、轴向

8、磁场和回气管等几部分组成。如图(5-14)所示为石墨放电管的分段结构。图(5-14)分段石墨结构Ar+激光器示意图5.2.3Ar+离子激光器2.Ar＋激光器的激发机理Ar＋激光器与激光辐射有关的能级结构如图(5-15)所示图(5-15)与产生激光有关的Ar+的能级结构5.2.3Ar+离子激光器2.Ar＋激光器的工作持性Ar＋激光器可以产生多条激光谱线，对应每条谱线都有一个阈值电流(1)多谱线工作(2)输出功率与放电电流的关系由于Ar＋激光器特殊的激发机制，其输出功率随