激光原理气体激光器.ppt

*1.石墨电极2.石墨片3.石英环4.水冷套5.放电毛细管6.阴极7.保热屏8.加热灯丝9.布氏窗10.磁场11.储气瓶12.电磁真空充气阀13.镇气瓶14.波纹管15.气压检测器氩离子激光器的谐振腔由两个镀有多层介质膜的反射镜组成。全反端17层，反射率达99％以上，输出端镀5层，透射率12％（514.5nm）,14%(488nm)。为了提高氩离子激光器输出功率和寿命，还需加上几百到一千高斯的轴向磁场。通常由套在放电管外面的螺管线圈产生。图(5-14)分段石墨结构Ar+激光器示意图第32页,共39页，星期六，2024年，5月*二、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Ar+激光器的激活粒子是Ar+，Ar+激光器的激发过程分两步进行：①通过气体放电，将氩原子Ar电离,②再通过放电激励将Ar+激发到激光上能级图（5-15）为Ar+离子与激光产生过程有关的能级图。中性Ar原子在放电过程中，与快速电子碰撞后电离,形成处在基态3P5上的Ar+离子。该基态Ar+离子再与高速电子碰撞，被激发到高能态。当激光上下能级间生产粒子数反转时，即可生产激光。第33页,共39页，星期六，2024年，5月*激光跃迁上能级(3P44P)粒子的积聚主要通过三种途径实现:(2)基态Ar+与电子碰撞后跃迁至高于3P44P的其他能级,再通过级联辐射跃迁至3P44P能级;(3)基态Ar+和电子碰撞跃迁至低于3P44P的亚稳态能级后再次与电子碰撞并跃迁至3P44P能级。(1)基态Ar+与电子碰撞后直接跃迁到3P44P能级;3P44P第34页,共39页，星期六，2024年，5月*由于Ar原子的电离能量(≈15eV)和激光跃迁上能级的激发能量(≈20eV)较高,正常运转所要求的平均电子动能(电子温度)很高。为了提高电子温度,氩离子激光器中的充气压强一般在150Pa以下。但低压强意味着Ar原子密度小,为了提高电离和激发速率,必须增加放电管内的电子密度。所以氩离子激光器必须采用大电流弧光放电激发,放电管内电流密度通常超过106A/m2。氩离子激光器的输出功率随放电电流的增长而迅速增长,但电流过高也会因多重电离的出现和高温引起的谱线加宽而导致增益和输出功率的下降。第35页,共39页，星期六，2024年，5月*为了提高放电电流密度,放电应集中在放电毛细管中心1~2mm范围内。为此沿放电毛细管加一轴向磁场,磁场产生的洛仑兹力可约束电子和离子向管壁扩散。但在使电子集中在放电管中心的同时也降低了轴向电场强度,从而导致电子温度和电离度降低,因此存在一个使输出功率最大的最佳磁场强度值。图(5-14)分段石墨结构Ar+激光器示意图第36页,共39页，星期六，2024年，5月*高密度电流放电产生的高温等离子体使放电毛细管承受很大的热负荷。高能离子轰击管壁及电极时溅射剥落的颗粒会污染气体和窗口。因此放电毛细管材料必须满足耐高温、导热性好、抗溅射和气密性好等要求。常用的毛细管材料是石墨和氧化铝陶瓷,最近发展了一种钨盘-陶瓷毛细管结构。图(5-14)分段石墨结构Ar+激光器示意图第37页,共39页，星期六，2024年，5月*三、Ar＋激光器的工作持性(1)多谱线工作激光跃迁发生在Ar+的电子组态3P44P和3P44S之间。前者的寿命约为10-8s,后者通过自发辐射迅速消激发,其寿命约为10-9s。由于3p44P和3P44S电子组态均对应若干子能级,所以连续工作的氩离子激光器可产生9条蓝绿激光谱线,对应每条谱线都有一个阈值电流。10-8s10-9s其中以488nm和514.5nm谱线最强。在谐振腔内插入棱镜等色散元件,可以获得单谱线激光。第38页,共39页，星期六，2024年，5月感谢大家观看第39页,共39页，星期六，2024年，5月高福斌/39关于激光原理气体激光器*图(5-9)He-Ne激光器的基本结构形式贮气室与毛细管相连，这里不发生气体放电，它的作用是补偿因慢漏气及管内元件放气或吸附气体造成He、Ne气体比例及总气压发生的变化，延长器件的寿命。放电管一般是用GG17玻璃制成。输出功率和波长要求稳定性好的器件可用热胀系数小的石英玻璃制作。放电管是氦氖激光器的心脏，它是产生激光的地方。放电管通常由毛细管和贮气室构成。放电管中充入一定比例的氦(He)、氖(Ne)气体，当电极加上高电压后，毛细管中的气体开始放电使氖原子受激，产生粒子数反转。第2页,共39页，星期六，2024年，5月*He－Ne激光管的阳极一般用钨棒制成，阴极多