氦氖激光器ppt课件.ppt

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1、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：工作物质：激光器的核心氦氖激光器的He－Ne气Nd+3：YAG激光器中的Nd+3谐振腔：形成激光振荡的必要条件，还对光束质量起着约束作用平平腔平凹腔稳定腔非稳腔泵浦系统：为实现粒子数反转提供外界能量电激励光激励热激励化学能激励核能激励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1.1气体放电基本原理气体放电粒子种类：1）中性粒

2、子CO2,He－Ne2）带电粒子Ar+3）激发粒子A′碰撞规律：弹性碰撞非弹性碰撞1.2激发与电离e+Ae+A′（原子激发）高速电子基态原子低速电子激发态原子e+Ae+A++△e（原子电离）电子能量＞激发能（电离能）1.3共振能量转移A*+BA+B*+/-△e亚稳态原子基态原子1.4气体放电的方式图：图中：D点以前，非自持放电（D点为气体放电的着火点）DE段：辉光放电过渡区EF段：正常辉光放电区FG段：反常辉光放电区GH段：弧光放电过渡区（G点为弧光着火电压点）H点以后：稳定弧光放电区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

3、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﹑单细管式二氦氖激光器2.2He－Ne激光器的特点典型谱线：632.8nm1.15m3.39m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He－Ne激光器实例电源和激光管封装在一起普通氦氖激光器2.3He－Ne激光器的工作能级典型的四能级系统图：共振转移：He原

4、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（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，此过程贡献最小复合激发：先形成分子离子，再与电子碰撞获得激发态Ne分子2.4He－Ne激光器的最佳放电条件2.4.1求粒子反转数△n＝n3-n2Ne（3S2）能级上粒子数密度n32.4.

5、1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，由2.4.3可得2.4.22.4.32.4.4n0：He基态（11S0）上的粒子数密度n1：Ne基态（11S0）上的粒子数密度n2：Ne（2P4）能级上的粒子数密度n3：Ne（3S2）能级上的粒子数密度n4：He（21S0）能级上的粒子数密度K:转移速率常数Ne（3S2）的粒子数驰豫到其他能级的驰豫时间ne：电子密度S04：He基态（11S0）到He（21S0）的电子激发速率常数A′：衰减几率S4:消激发速率常数S02：电子激发速率常数A：自发辐射几率将2.4.4式代

6、入2.4.2式，有同样，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：2.4.52.4.62.4.72.4.8根据2.4.5和2.4.8两式，就可以分析粒子反转数△n与放电条件的关系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：其中粒子数密度与放电电流的关系图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

7、，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2.5He-Ne激光器的输出功率1.1He-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