He-Ne激光器图723输出功率与放电电流的关系.PPT

一、He-Ne激光器 分类：根据激光器放电管和谐振腔反射镜放置方式的不同可以分为内腔式、外腔式和半内腔式三种，如图7.2.1所示。 1 结构与激光机理 注意：对于外腔式和半内腔式结构，在放电管的一端或者两端，通过布儒斯特窗片实现真空密封，以减少损失，并且保证激光是线偏振光输出。 图7.2.1 He-Ne激光器的基本结构形式 工作物质：Ne原子，即激光辐射发生在Ne原子的不同能级之间，放电管中充有一定比例的He气，主要是起到提高Ne原子泵浦速率的辅助作用。 图7.2.2是与产生激光有关 的Ne原子的部分能级图。 He-Ne激光器是典型的四能级 系统，其激光谱线主要有三条 ： 一、He-Ne激光器 1 结构与技法机理 图7.2.2 与激光跃迁有关的Ne原子的部分能级图 1 谱线竞争 定义：同一激光器中，可能存在多条激光谱线，而有些谱线可能对应同一激光上能级，因此它们之间就存在着对共有能级上粒子数的竞争，其中一条谱线产生后，用于其它谱线的反转粒子数减小，将使其它谱线的的增益和输出功率降低。甚至被完全抑制。 He-Ne激光器三条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。从上图中可以看出，0.6328um和3.39um两条谱线具有相同的上能级，存在着强烈的竞争，由于增益系数与波长的三次方成正比，显然3.39um激光谱线的增益系数远大于0.6328um谱线的增益系数，为了获得0.6328um激光谱线，需要采用腔镜镀膜法、色散法、吸收法和外加磁场法等抑制3.39um激光谱线的振荡。 一、He-Ne激光器 2 输出功率特性 图7.2.3是实验测得的输出功率与放电电流的关系曲线。 可以看出，每种充气总压强都有一个使输出功率最大的放电电流，它与气体混合比及总压强有关，在最佳充气条件下，放电电流的变化对输出功率影响不大。 一、He-Ne激光器 图7.2.3 输出功率与放电电流的关系 2 输出功率特性 讨 论 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。 如果Ne气比例较小，会使输出功率减小； 比例过大，电离过多使得电子离子数目增多；在较低电场下就能维持放电电流，低电场导致的电子温度下降使激发速率降低，输出功率随之降低。 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。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。 一、He-Ne激光器 二、CO2激光器 1 结构与激光机理 结构：图7.2.4是一种典型的封离式结构示意图。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。 全反射镜为凹面镜，输出镜一般为平面镜，采用红外材料制成，如金属卤化物盐或半导体材料。 图7.2.4 封离式CO2激光器结构示意图 二、CO2激光器 1 结构与激光机理 能级图：CO2激光器中与产生激光有关的CO2分子能级图如图7.2.5所示。 分析： 激光波长为10.6?m和9.6?m，相应于10.6?m波长的能级跃迁是（0001）（1000），相应于9.6?m波长的能级跃迁是（0001）（0200） 图7.2.5 与产生激光有关的CO2分子能级图 二、CO2激光器 1 结构与激光机理 CO2激光器进行气体放电时的工作过程 一部分高速电子直接碰撞CO2分子，使其从基态直接跃迁到激发态（0001）上 另一部分高速电子与N2分子碰撞，使其由基态（V=0）直接跃迁到激发态（V=1）上 注意： N2分子的激发态（V=1）与（0001）能级非常接近，很容易通过共振能量转移过程将基态CO2分子激励到（0001）能级上 图7.2.5 与产生激光有关的CO2分子能级图 二、CO2激光器 1 结构与激光机理 工作气体：除了CO2气体外，还有两种辅助气体N2气和He气 充入He气的作用有两个： （1）可以加速CO2气体在能级（0001）的热弛豫速度，有利 于激光下能级的粒子数抽空； （2）可以利用He气导热系数大的特点实现有效的传热。 充入N2气的作用： 提高CO2分子的泵浦速率，为CO2激光器高效运转提供保障。 二、CO2激光器 1 结构与激光机理 CO2激光器进行气体放电的过程中，有效地实现了CO2分子在（0001）能级上粒子数的积累，一旦实现粒子数反转，即可通过受激辐射产生10.6?m和9.6?m波长的激光。 因此他们之间产生强烈的谱线竞争。由于10.6?m波长的跃迁几率要大一些，所以通常CO2激光器的输出激光波长为10.6?m。 由跃迁图可见，两条谱线有共同的激光上能级（0001） 图7.2.5 与产生激光有关的CO2分子能级图 二、C