Гелий-неоновый лазер
Гелий-неоновый лазер представляет собой газовый лазер , который обычно излучает красный свет. Он был разработан в 1960 году иранским физиком Али Джаваном вместе с Уильямом Р. Беннеттом и Дональдом Р. Херриоттом . Это был первый лазер, который непрерывно генерировал свет . С другой стороны , первый лазер от Маймана , рубиновый лазер , который был реализован семью месяцами ранее , генерировал импульсный лазерный свет .
Структура и функционал
Он состоит ( в том числе , по существу , из тонкой стеклянной трубки, капилляра , диаметр примерно 1 мм, длина некоторых де), в котором гелий - неонового - газовая смесь находится.
Газовая смесь находится под давлением примерно 100 Па с соотношением парциальных давлений гелия / неона примерно 10/1 (для 1152 нм) или 5/1 (для 633 нм). На концах чаще всего находятся так называемые окна Брюстера или часто непосредственно зеркала резонатора. Дополнительные окна Брюстера представляют собой плоскопараллельные пластины, которые позволяют свету с определенным направлением поляризации проходить без потерь из-за отражения . То есть есть только один проходящий, а не отраженный луч с этим направлением поляризации. Частично отражается свет с перпендикулярной поляризацией. Поскольку лазер всегда выбирает рабочее состояние с наименьшими потерями, «неправильная» поляризация подавляется. В принципе, гелий-неоновый лазер с окнами Брюстера излучает линейно поляризованный свет; в случае конструкции с зеркалами резонатора, которые находятся в непосредственном контакте с разрядной трубкой, поляризация является произвольной. В случае конструкции с окнами Брюстера они расположены между двумя зеркалами, расположенными снаружи трубки, которые образуют резонатор (см. Схематическую диаграмму, нижняя стеклянная трубка на втором рисунке).
Подача напряжения для газового разряда должна соответствовать следующим требованиям:
- Обеспечение начального напряжения зажигания (10–15 кВ).
- Ограничение тока разряда, протекающего после зажигания
Напряжение разряда после зажигания обычно составляет 1-2 кВ, сила тока 1-30 мА.
Гелий-неоновые лазерные трубки имеют заданную полярность рабочего напряжения: катод обычно состоит из большого внешнего металлического цилиндра, а маленький анод расположен между капилляром и выходом луча.
В гелий-неоновом лазере гелий необходим для накачки , неон является лазерной средой . В стеклянной трубке также есть два электрода , между которыми происходит газовый разряд . Этот газовый разряд переводит атомы гелия в сравнительно долгоживущее (примерно 10 -3 с) возбужденное состояние . Атомы гелия теперь передают свою энергию атомам неона посредством столкновений второго рода , где они создают инверсию населенностей между энергетически высокими и низкими состояниями. Теперь работа лазера возможна на переходах между энергетическими состояниями неона, как показано на следующей диаграмме.
Состояния и гелий метастабильны . Излучение фотонов в атоме неона происходит за счет вынужденного излучения ; возврат с нижнего лазерного уровня в основное состояние за счет спонтанного излучения и рекомбинаций на стенке капилляра. В связи с этим не имеет смысла выбирать диаметр стеклянной трубки больше 1,5 мм.
Стандартный гелий-неоновый лазер излучает свет с длиной волны 632,816 нм (красный лазерный свет, реализованный в 1963 году), 1152,3 нм (инфракрасный, реализованный в 1960 году) и 3392,2 нм (инфракрасный). Лазерные уровни разделяются спин-орбитальной связью. Выходная мощность красного гелий-неонового лазера составляет несколько милливатт, в редких случаях до 100 мВт.
Возможные длины волн гелий-неонового лазера
В следующей (неполной) таблице показаны типичные линии излучения гелий-неонового лазера, основанные на показаниях передачи энергии. Длина волны - это длина волны в воздухе (а не в вакууме). Описание переноса энергии в атоме Ne проводилось в так называемых обозначениях Пашена . Это альтернатива нотации Рака , которая также используется в литературе.
| Длина волны (нм) |
Перенос энергии в атоме Ne | Цветовое впечатление |
|||
|---|---|---|---|---|---|
| 3392,2 | 3с 2 - 3п 4 | (инфракрасный) | |||
| 1523,1 | 2с 2 - 2п 1 | ||||
| 1198,8 | 2с 3 - 2п 2 | ||||
| 1177,0 | 2с 2 - 2п 2 | ||||
| 1161,7 | 2с 3 - 2п 5 | ||||
| 1160,5 | 2с 2 - 2п 3 | ||||
| 1152,3 | 2с 2 - 2п 4 | ||||
| 1141,2 | 2с 2 - 2п 5 | ||||
| 1084,7 | 2с 2 - 2п 6 | ||||
| 1080,1 | 2с 3 - 2п 7 | ||||
| 1062,3 | 2с 2 - 2п 7 | ||||
| 1029,8 | 2с 2 - 2п 8 | ||||
| 886,5 | 2с 2 - 2п 10 | ||||
| 730,5 | 3с 2 - 2п 1 | красный | |||
| 640,1 | 3с 2 - 2п 2 | ||||
| 635,2 | 3с 2 - 2п 3 | ||||
| 632 816 | 3с 2 - 2п 4 | ||||
| 629,4 | 3с 2 - 2п 5 | ||||
| 611 802 | 3с 2 - 2п 6 | ||||
| 604 613 | 3с 2 - 2п 7 | ||||
| 593 932 | 3с 2 - 2п 8 | апельсин | |||
| 543 365 | 3с 2 - 2п 10 | зеленый | |||
согласованность
Еще одна отличительная особенность гелий-неоновых лазеров - большая длина когерентности . Даже в простых моделях ( многомодовый лазер ) он находится в диапазоне длины резонатора, т.е. обычно от 20 до 30 см. Причина в чрезвычайно узкой полосе усиления неонового лазерного перехода около 1,5 ГГц, так что только несколько продольных мод могут колебаться. Термостабилизированные частотно-селективные резонаторы имеющихся в продаже гелий-неоновых лазеров обеспечивают стабильность в несколько мегагерц и соответствующую длину когерентности более 100 м. Кроме того, существуют стабилизированные по частоте гелий-неоновые лазеры с длиной когерентности в несколько километров. .
Приложения
Сравнительно невысокая цена и длительный срок службы делают гелий-неоновый лазер интересным для многих областей применения. Раньше его можно было найти, например, в сканерах штрих-кода кассовых аппаратов или лазерных принтерах , но теперь его почти полностью заменили диодные лазеры . Другая область применения - использование в лазерных фотонаборных устройствах .
Он по-прежнему играет важную роль, когда есть особые требования к качеству и когерентности луча , например, в интерферометрах или при калибровке спектрометров . Гелий-неоновые лазеры также хорошо подходят для голографии , даже если массовое производство также переключилось на более мощные и более коротковолновые лазеры ( аргон-ионный лазер , гелий-кадмиевый лазер ).
зыбь
- ↑ Биография Али Джавана (англ.)
- ^ А. Джаван, У. Р. Беннет, Д. Р. Херриотт: Инверсия населенности и непрерывное оптическое мазерное колебание в газовом разряде, содержащем смесь гелий-неон . В: Physical Review Letters . Лента 6 , вып. 3 , февраль 1961 г., стр. 106-110 , DOI : 10.1103 / PhysRevLett.6.106 .
- ↑ архивной копии ( сувенир в оригинальной датированный 6 декабря 2008 в Internet Archive ) Info: архив ссылка была вставлена автоматически и еще не была проверена. Проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. Поперечное сечение лазерной трубки
- ↑ Основы источников света и лазеров - Примечания к главе 3 ( памятная записка от 18 июня 2012 г. в Интернет-архиве ) Представление нотации Пашена (английский)
- ↑ архивной копии ( сувенир в оригинальной датированный 6 декабря 2008 в Internet Archive ) Info: архив ссылка была вставлена автоматически и еще не была проверена. Проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. Режимы резонатора
веб ссылки
- Стефани Видиген: LP - Гелий-неоновый лазер (включая эскизы, фотографии и ссылки) и другие. также измерение расхождения
- Майкл Хартвиг: Как работает лазер? He-Ne лазер , т.е. с описанием схемы уровней энергии (файл PDF; 202 кБ)