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關(guān)于激光原理氣體激光器第1頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五2圖(5-9)He-Ne激光器的基本結(jié)構(gòu)形式貯氣室與毛細(xì)管相連,這里不發(fā)生氣體放電,它的作用是補(bǔ)償因慢漏氣及管內(nèi)元件放氣或吸附氣體造成He、Ne氣體比例及總氣壓發(fā)生的變化,延長器件的壽命。放電管一般是用GG17玻璃制成。輸出功率和波長要求穩(wěn)定性好的器件可用熱脹系數(shù)小的石英玻璃制作。放電管是氦氖激光器的心臟,它是產(chǎn)生激光的地方。放電管通常由毛細(xì)管和貯氣室構(gòu)成。放電管中充入一定比例的氦(He)、氖(Ne)氣體,當(dāng)電極加上高電壓后,毛細(xì)管中的氣體開始放電使氖原子受激,產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。第2頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五3

He-Ne激光管的陽極一般用鎢棒制成,陰極多用電子發(fā)射率高和濺射率小的鋁及其合金制成。為了增加電子發(fā)射面積和減小陰極濺射,一般都把陰極做成圓筒狀,然后用鎢棒引到管外。

He-Ne激光器由于增益低,諧振腔一般用平凹腔,平面鏡為輸出端,透過率約1%~2%,凹面鏡為全反射鏡。

He-Ne激光管的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的,按諧振腔與放電管的放置方式不同可分內(nèi)腔式、外腔式和半內(nèi)腔式。圖(5-9)He-Ne激光器的基本結(jié)構(gòu)形式第3頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五4內(nèi)腔式如圖中(a)所示,將諧振腔的兩反射鏡調(diào)整好后,用膠固定在放電管的兩端,其優(yōu)點(diǎn)是使用時(shí)不必進(jìn)行調(diào)整,非常方便,陰極與毛細(xì)管同軸放置,其結(jié)構(gòu)緊湊、不易碎裂,安裝方便。缺點(diǎn)是在工作過程中放電管受熱變形時(shí),諧振腔反射鏡會(huì)偏離相互平行位置,造成器件損耗增加,輸出下降。激光管越長,其熱穩(wěn)定性越差,所以內(nèi)腔式激光管的長度一般不超過一米。而且當(dāng)諧振腔反射鏡損壞后,不易更換,反射鏡內(nèi)表面污染后也無法清除。并且由于陰極放在放電管內(nèi),陰極濺射物質(zhì)易污染窗片,使用壽命低,同時(shí)由于陰極大量發(fā)射電子,陰極區(qū)易發(fā)熱,使同軸式激光管功率的穩(wěn)定性不如旁軸式。第4頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五5外腔式如圖中(b)所示,優(yōu)點(diǎn):這種激光器的諧振腔反射鏡與放電管是分離,可增加儲(chǔ)氣量。同時(shí)濺射物質(zhì)不易污染窗片,所以壽命比同軸式長,放電管的熱變形對(duì)諧振腔影響較小,加之諧振腔可以調(diào)整,所以長期使用中能保持穩(wěn)定輸出。放電管的兩端貼有布儒斯特窗片,還可使激光得到線偏振的激光輸出。缺點(diǎn):由于反射鏡與放電管相分離,相對(duì)位置易改變,需要經(jīng)常調(diào)整,使用不方便;體積大,安裝使用不方便,易破碎。第5頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五6激光器的工作氣體是He和Ne,其中產(chǎn)生激光躍遷的是Ne氣。He是輔助氣體,用以提高Ne原子的泵浦速率。圖(5-10)為He和Ne的能級(jí)圖。He原子有兩個(gè)電子,沒激發(fā)時(shí)這兩個(gè)原子都分布在1S0殼層上,He原子處于基態(tài)。當(dāng)He原子受激時(shí),使其中一個(gè)電子從1S激發(fā)到2S,He原子成為激發(fā)態(tài)。He原子有兩個(gè)亞穩(wěn)態(tài)能級(jí),分別記為23S1、21S0。圖(5-10)與激光躍遷有關(guān)的Ne原子的部分能級(jí)圖二、氦和氖原子的能級(jí)圖1S21S023S1第6頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五7圖(5-10)與激光躍遷有關(guān)的Ne原子的部分能級(jí)圖Ne原子有10個(gè)電子,基態(tài)1S0(電子分布為1S22S22P6)。激發(fā)態(tài)為1S、2S、3S、2P、3P等,它們對(duì)應(yīng)的外層電子組態(tài)分別為:2P53S、2P54S、2P55S、2P53P、2P54P。二、氦和氖原子的能級(jí)圖2P53S2P54S2P55S2P53P2P54P1S0第7頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五8在He—Ne激光器中,實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的主要激發(fā)過程如下:第一是共振轉(zhuǎn)移。由能級(jí)圖可見,He原子的21S0、23S1態(tài)分別與Ne原子的3S、2S態(tài)靠得很近,二者很容易進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移,并且轉(zhuǎn)移幾率很高,可達(dá)95%,其轉(zhuǎn)移過程如下:s2s1Nes3s12s32Hep2p3電子碰撞激發(fā)管壁效應(yīng)自發(fā)輻射632.8nm共振轉(zhuǎn)移三、He—Ne激光器的激發(fā)過程第8頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五9第二是電子直接碰撞激發(fā)。在氣體放電過程中,基態(tài)Ne原子與具有一定動(dòng)能的電子進(jìn)行非彈性碰撞,直接被激發(fā)到2S和3S態(tài),與共振轉(zhuǎn)移相比,這種過程激發(fā)的速率要小得多。第三是串級(jí)躍遷,Ne與電子碰撞被激發(fā)到更高能態(tài),然后再躍遷到2S和3S態(tài),與前述兩過程相比,此過程貢獻(xiàn)最小。第9頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五10圖(5-10)與激光躍遷有關(guān)的Ne原子的部分能級(jí)圖

lS態(tài)向基態(tài)的躍遷是被選擇定則禁止的,不能自發(fā)地回到基態(tài),但它與管壁碰撞時(shí),可把能量交給管壁,自己回到基態(tài)。這就是為什么He—Ne激光器中要有一根內(nèi)徑較細(xì)的放電管的原因。從能級(jí)圖可見,He-Ne激光器是典型的四能級(jí)系統(tǒng)。根據(jù)能量躍遷選擇定則,Ne原子可以產(chǎn)生很多條譜線,其中最強(qiáng)的譜線有三條,即0.6328m、3.39m和1.15m,對(duì)應(yīng)躍遷能級(jí)分別為3S2→2P4

,3S2→3P4

2S2→2P4。2P和3P態(tài),不能直接向基態(tài)躍遷,而向1S態(tài)躍遷很快。第10頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五11四、He—Ne激光器的輸出特性譜線競爭:He-Ne激光器三條強(qiáng)的激光譜線:3S2P0.6328m

,2S2P1.15m,3S3P3.39m

哪一條譜線起振完全取決于諧振腔介質(zhì)膜反射鏡的波長選擇。已知:(2-15)(2-28)(1-39)顯然,增益系數(shù)與波長三次方成正比。第11頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五12見圖(5-10)。0.6328m和3.39

m兩條激光譜線有共同的激光上能級(jí)3S,而后者增益系數(shù)比較高(增益系數(shù)與波長三次方成正比),如果不進(jìn)行抑制,則3.39m的輻射在腔內(nèi)振蕩過程中將消耗大量的3S2態(tài)原子。抑制3.39m輻射的辦法主要有:圖(5-10)與激光躍遷有關(guān)的Ne原子的部分能級(jí)圖第12頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五13圖(5-10)與激光躍遷有關(guān)的Ne原子的部分能級(jí)圖①

選用對(duì)3.39m的光具有低反射率的諧振腔反射鏡,使3.39m達(dá)不到閾值條件;如下圖所示,在腔內(nèi)加色散棱鏡,將兩譜線分開,通過調(diào)整諧振腔反射鏡的位置,只允許0.6328m的輻射起振,而使3.39m的輻射偏離出諧振腔外;第13頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五14②腔內(nèi)放置甲烷吸收盒,因?yàn)榧淄閷?duì)3.39m的光具有強(qiáng)吸收而對(duì)0.6328m的光透明,因此可用甲烷抑制3.39m振蕩;③外加非均勻磁場也能抑制3.39m振蕩。根據(jù)塞曼效應(yīng),磁場可引起譜線分裂,分裂的大小與磁場強(qiáng)度成正比。如果激光管內(nèi)磁場分布不均勻,則各處譜線分裂程度不同并連成一片,相當(dāng)于譜線變寬。第14頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五15300高斯非均勻磁場中,兩譜線加寬均約900MHz,0.6328

m

原譜線半寬度約1500MHz,非均勻磁場對(duì)它展寬的比例不大。但3.39m原譜線寬只有300MHz左右,非均勻磁場的加寬比它大幾倍。由于增益系數(shù)反比于線寬,所以外加非均勻磁場后,3.39m的增益系數(shù)急劇下降,而0.6328μm的增益系數(shù)卻下降很少。結(jié)果提高了0.6328m的競爭能力,3.39m則被抑制。外加非均勻磁場的裝置如上圖所示,沿放電管軸向放置許多小磁鐵,相鄰的極性相同,這樣就可在放電管軸線上形成非均勻磁場。(2-15)(2-28)第15頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五16(2)輸出功率特性:

He-Ne激光器的放電電流對(duì)輸出功率影響很大。圖(5-11)輸出功率與放電電流的關(guān)系曲線①

圖(5-11)表示輸出功率與放電電流的關(guān)系曲線。曲線表明:在氣壓比為定值時(shí),每個(gè)總氣壓都存在一個(gè)輸出最大的放電電流,其大小隨著總氣壓的升高而降低,這是因?yàn)闅鈮荷?只需要較小的放電電流就能得到相同的電子密度。在最佳充氣條件下,使輸出功率最大的放電電流叫最佳放電電流第16頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五17圖(5-11)輸出功率與放電電流的關(guān)系曲線②

He-Ne激光器存在著最佳混合比和最佳充氣總壓強(qiáng),即存在最佳充氣條件。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),氦氣與氖氣的分壓比為7:1時(shí),是最佳分壓比。而總壓強(qiáng)在100Pa~400Pa。選用He氣作輔助氣體的原因:Ne原子不能直接被電子碰撞激發(fā)到激光上能級(jí);He*與Ne*能級(jí)極相近,易發(fā)生能量共振轉(zhuǎn)移。第17頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五18③若放電毛細(xì)管的直徑為d,充氣壓強(qiáng)為P,則存在一個(gè)使輸出功率最大的最佳Pd值。圖給出了在不同的毛細(xì)管內(nèi)徑d

和長度l

時(shí),輸出功率與充氣總氣壓和氣壓比的實(shí)驗(yàn)曲線。由圖可見,內(nèi)徑d

不同,最佳充氣壓和氣壓比也不同。氣壓也增加。計(jì)算可得:當(dāng)取最佳充氣條件時(shí),最佳氣壓Popt與毛細(xì)管內(nèi)徑的乘積約為一常數(shù),一般Popt

d

=480~533Pa

mm.④

在最佳放電條件下,工作物質(zhì)的增益系數(shù)和毛細(xì)管直徑d

成反比。

第18頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五19五、He-Ne激光器的壽命He-Ne激光器使用一段時(shí)間或存放一段時(shí)間后,它的輸出功率會(huì)逐漸降低,以致最后沒有激光輸出?,F(xiàn)在一般規(guī)定輸出功率下降到最高功率的1/e的工作時(shí)間為器件的壽命。影響器件壽命的因素大致有以下幾方面:1.慢漏氣

當(dāng)放電管密封不嚴(yán)密時(shí),空氣中的氮、氫等氣體分子會(huì)滲透到管內(nèi),使放電條件改變并加快氦、氖原子激發(fā)態(tài)的消失速率,無疑,這將影響器件輸出功率。出現(xiàn)慢漏氣時(shí),激光器的放電顏色將由正常放電時(shí)的橙紅色變?yōu)樽仙ㄗ仙堑肿虞x光放電產(chǎn)生的)。容易出現(xiàn)慢漏氣的地方有:電極與玻璃封接處;諧振腔反射鏡或布儒斯特窗與放電管粘合處以及吹制管坯時(shí)可能留下來的微小漏氣孔。為防止慢漏氣,要提高封接工藝水平并改革現(xiàn)有封接方法。第19頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五202.放電管內(nèi)元件放氣

放電管內(nèi)的元件及放電管內(nèi)壁都會(huì)吸附雜質(zhì)氣體,如果除氣不徹底,以后就會(huì)慢慢釋放出來。同時(shí)激光管清洗得不干凈時(shí),污物和洗液也會(huì)放出大量雜質(zhì)氣體,這些雜質(zhì)氣體會(huì)改變?cè)錃獾臍怏w成分,影響輸出功率。為克服放氣,要對(duì)放電管及其內(nèi)部元件進(jìn)行認(rèn)真清潔處理和除氣。此外,在放電管內(nèi)可放置吸氣劑,例如鋇鈦、鋇鋁鎳等,它們可吸收大量氮?dú)?、二氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、氧、氫等,但不吸收氦、氖?.陰極濺射陰極在正離子轟擊下會(huì)產(chǎn)生陰極濺射,濺射出來的金屬材料會(huì)吸收工作氣體,導(dǎo)致管內(nèi)工作氣壓降低。同時(shí)濺射物質(zhì)還會(huì)污染諧振腔反射鏡或布儒斯特窗片。為了減少濺射,要選用不易濺射的金屬做電極,并避免表面放電電流密度超過濺射閾值。為防止濺射物吸收造成的工作氣壓降低,在充氣時(shí)可略高于最佳總氣壓。第20頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五214.工作氣體的吸附、吸收和滲透

放電管內(nèi)的工作氣體可被電極和管壁吸附在表面,或吸收到金屬和玻璃內(nèi)部,甚至還會(huì)透過管壁滲透到大氣中去。氖的電離電位比氦低,它比氦更容易被吸附或吸收。氦原子直徑比氖小,它滲出管外的能力比氖強(qiáng)。由于這些原因,管內(nèi)的總氣壓和氦、氖氣壓比會(huì)慢慢變化,使之偏離最佳工作狀態(tài),造成輸出功率下降。為防止氦氣滲出,要選用滲氦低的材料做放電管。為防止氦氣滲出造成氣壓比降低,充氣時(shí)充入的氣壓可高于最佳氣壓比。還可以采用三層套管,即在放電管外再加一層氦氣補(bǔ)償套管,管內(nèi)充入的氦氣,氣壓應(yīng)高于放電管內(nèi)的氣壓。5.諧振腔反射鏡的污染濺射沉積在反射鏡上或放電管內(nèi)未加清除掉的污物揮發(fā)后會(huì)沉積到反射鏡上,促使其反射率下降。為防止反射鏡污染,除認(rèn)真清潔內(nèi)部和減少濺射外,設(shè)計(jì)He-Ne激光器時(shí),應(yīng)注意反射鏡到陰極的距離要大于3cm。目前He-Ne激光器最長的壽命可達(dá)10萬小時(shí)。第21頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五22CO2激光器的主要特點(diǎn)是輸出功率大,能量轉(zhuǎn)換效率高,輸出波長(10.6m),廣泛用于激光加工、醫(yī)療、大氣通信及其他軍事應(yīng)用。CO2激光器以CO2、N2和He的混合氣體為工作物質(zhì)。激光躍遷發(fā)生在CO2分子的電子基態(tài)的兩個(gè)振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間。N2的作用是提高激光上能級(jí)的激勵(lì)效率,則有助于激光下能級(jí)的抽空。5.2.2二氧化碳激光器一、CO2激光器的結(jié)構(gòu)圖(5-12)封離式CO2激光器結(jié)構(gòu)示意圖圖(5-12)是一種典型的結(jié)構(gòu)示意圖。構(gòu)成CO2激光器諧振腔的兩個(gè)反射鏡放置在可供調(diào)節(jié)的腔片架上,最簡單的方法是將反射鏡直接貼在放電管的兩端。第22頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五23二、CO2激光器的激發(fā)過程CO2激光器中與產(chǎn)生激光有關(guān)的CO2分子能級(jí)圖如圖(5-13)所示。圖(5-13)與產(chǎn)生激光有關(guān)的CO2分子能級(jí)圖CO2激光器中,通過以下三個(gè)過程將CO2分子激發(fā)到0001能級(jí)1.直接電子碰撞

電子與基態(tài)(0000)CO2分子碰撞使其激發(fā)到激光上能級(jí)。這一過程可表示為

CO2(0000)+e→

CO2(0001)+e2.級(jí)聯(lián)躍遷

電子與基態(tài)CO2分子碰撞使其躍遷到000n能級(jí),基態(tài)CO2分子與高能級(jí)CO2分子碰撞后躍遷到激光上能級(jí),此過程可表示為CO2(0000)+CO2(000n)→CO2(0001)+

CO2(000n-1)第23頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五24圖(5-13)與產(chǎn)生激光有關(guān)的CO2分子能級(jí)圖3.共振轉(zhuǎn)移

由于N2分子(V=0)能級(jí)和電子碰撞后躍遷到V=1的振動(dòng)能級(jí),這是一個(gè)壽命較長的亞穩(wěn)態(tài)能級(jí),因而可積累較多的N2分子,基態(tài)CO2分子與亞穩(wěn)態(tài)N2分子發(fā)生非彈性碰撞并躍遷到激光上能級(jí)。這一過程可表示為

CO2(0000)+N2(V=1)→

CO2(0001)+N2(V=0)由于CO2分子0001能級(jí)與N2分子V=1能級(jí)十分接近,能量轉(zhuǎn)移十分迅速。此外,N2分子的V=2~4能級(jí)與CO2分子0002~0004也十分接近,相互間也能發(fā)生共振轉(zhuǎn)移,處于0002~0004的CO2分子與基態(tài)CO2分子碰撞可將它激勵(lì)至0001能級(jí)。第24頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五25圖(5-13)與產(chǎn)生激光有關(guān)的CO2分子能級(jí)圖在以上三種激發(fā)途徑中,共振轉(zhuǎn)移的幾率最大,作用也最為顯著。CO2分子激光躍遷下能級(jí)的抽空主要依靠氣體分子間的碰撞。一旦實(shí)現(xiàn)了(0001)與(1000)、(0200)

之間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn),即可通過受激輻射,產(chǎn)生:0001→1000躍遷產(chǎn)生10.6m波長的激光,0001→0200躍遷產(chǎn)生9.6m波長的激光。由于以上躍遷具有同一上能級(jí),而且0001→1000躍遷的幾率大得多,所以CO2激光器通常只輸出10.6m激光。若要得到9.6m的激光振蕩,則必須在諧振腔中放置波長選擇元件抑制10.6m激光振蕩。第25頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五26三、CO2激光器的輸出特性

相應(yīng)于CO2激光器的輸出功率,其放電電流有一個(gè)最佳值。CO2激光器的最佳放電電流與放電管的直徑,管內(nèi)總氣壓,以及氣體混合比有關(guān)。實(shí)驗(yàn)指出:隨著管徑增大,最佳放電電流也增大。例如:管徑為20~30mm時(shí),最佳放電電流為30~50mA

管徑為50~90mm時(shí),最佳放電電流為120~150mA(1)放電特性CO2激光器的轉(zhuǎn)換效率是很高的,但最高也不會(huì)超過40%,這就是說,將有60%以上的能量轉(zhuǎn)換為氣體的熱能,使溫度升高。而氣體溫度的升高,將引起激光上能級(jí)的消激發(fā)和激光下能級(jí)的熱激發(fā),這都會(huì)使粒子的反轉(zhuǎn)數(shù)減少。并且,氣體溫度的升高,將使譜線展寬,導(dǎo)致增益系數(shù)下降。特別是,氣體溫度的升高,還將引起CO2分子的分解,降低放電管內(nèi)的CO2分子濃度。

(2)溫度效應(yīng)第26頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五275.2.3Ar+離子激光器一、Ar+激光器的結(jié)構(gòu)圖(5-14)分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖氬離子(Ar+)激光器是一種惰性氣體離子激光器,是目前在可見光區(qū)域輸出功率最高的一種連續(xù)工作的激光器。一般輸出功率為幾瓦或幾十瓦,在可見光區(qū)域可發(fā)射多條振蕩譜線,其中以波長514.5nm(綠色)和488nm(藍(lán)色)的最強(qiáng)。第27頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五28Ar+激光器激光器由放電管、磁場和諧振腔組成。其中最關(guān)鍵的部分是放電管。氬離子激光器放電管的核心是放電毛細(xì)管,由于氬離子激光器的工作電流密度高達(dá)數(shù)百安/平方厘米,放電毛細(xì)管的管壁溫度往往在1000℃以上。因此需采用耐高溫、導(dǎo)熱性能好、氣體清除速率低的材料制成,如采用石英管、氧化鈹陶瓷管、分段石墨管等。圖(5-14)分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖1.石墨電極2.石墨片3.石英環(huán)4.水冷套5.放電毛細(xì)管6.陰極7.保熱屏8.加熱燈絲9.布氏窗10.磁場11.儲(chǔ)氣瓶12.電磁真空充氣閥13.鎮(zhèn)氣瓶14.波紋管15.氣壓檢測器

第28頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五29高純質(zhì)密石墨是目前廣泛使用的一種放電毛細(xì)管材料。由于石墨是良導(dǎo)體,為維持放電,石墨放電毛細(xì)管必須采用分段結(jié)構(gòu),段與段間彼此絕緣。其中,放電毛細(xì)管由分段石墨片組成,石墨片由兩根直徑約3.5mm的氧化鋁陶瓷桿串起來,并用小石英環(huán)使其每片隔開,彼此絕緣。1.石墨電極2.石墨片3.石英環(huán)4.水冷套5.放電毛細(xì)管6.陰極7.保熱屏8.加熱燈絲9.布氏窗10.磁場11.儲(chǔ)氣瓶12.電磁真空充氣閥13.鎮(zhèn)氣瓶14.波紋管15.氣壓檢測器

圖(5-14)分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖第29頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五30整個(gè)組合體置于水冷套的石英管內(nèi),兩端分別為提供電子發(fā)射的陰極和收集電子的石墨陽極,陰極選用鋇鎢材料。此外,氬離子激光管內(nèi)設(shè)有回氣管,使放電管氣壓平衡,有助于激光輸出。1.石墨電極2.石墨片3.石英環(huán)4.水冷套5.放電毛細(xì)管6.陰極7.保熱屏8.加熱燈絲9.布氏窗10.磁場11.儲(chǔ)氣瓶12.電磁真空充氣閥13.鎮(zhèn)氣瓶14.波紋管15.氣壓檢測器

圖(5-14)分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖第30頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五31在石墨管氬離子激光器中,管內(nèi)的氣體清除效應(yīng)引起管內(nèi)氣壓降低,使輸出降低。為了延長激光管的使用壽命,在激光管上常常配備有貯氣和充氣裝置。1.石墨電極2.石墨片3.石英環(huán)4.水冷套5.放電毛細(xì)管6.陰極7.保熱屏8.加熱燈絲9.布氏窗10.磁場11.儲(chǔ)氣瓶12.電磁真空充氣閥13.鎮(zhèn)氣瓶14.波紋管15.氣壓檢測器

圖(5-14)分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖第31頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五321.石墨電極2.石墨片3.石英環(huán)4.水冷套5.放電毛細(xì)管6.陰極7.保熱屏8.加熱燈絲9.布氏窗10.磁場11.儲(chǔ)氣瓶12.電磁真空充氣閥13.鎮(zhèn)氣瓶14.波紋管15.氣壓檢測器

氬離子激光器的諧振腔由兩個(gè)鍍有多層介質(zhì)膜的反射鏡組成。全反端17層,反射率達(dá)99%以上,輸出端鍍5層,透射率12%(514.5nm),14%(488nm)。為了提高氬離子激光器輸出功率和壽命,還需加上幾百到一千高斯的軸向磁場。通常由套在放電管外面的螺管線圈產(chǎn)生。圖(5-14)分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖第32頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五33二、Ar+激光器的激發(fā)機(jī)理Ar+激光器與激光輻射有關(guān)的能級(jí)結(jié)構(gòu)如圖(5-15)所示

Ar+激光器的激活粒子是Ar+,

Ar+激光器的激發(fā)過程分兩步進(jìn)行:①通過氣體放電,將氬原子Ar電離,②再通過放電激勵(lì)將Ar+激發(fā)到激光上能級(jí)

圖(5-15)為Ar+離子與激光產(chǎn)生過程有關(guān)的能級(jí)圖。中性Ar原子在放電過程中,與快速電子碰撞后電離,形成處在基態(tài)3P5上的Ar+離子。該基態(tài)Ar+離子再與高速電子碰撞,被激發(fā)到高能態(tài)。當(dāng)激光上下能級(jí)間生產(chǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時(shí),即可生產(chǎn)激光。第33頁,共39頁,2022年,5月20日,7點(diǎn)7分,星期五34激光躍遷上能級(jí)(3P44P)粒子的積聚主要通過三種途徑實(shí)現(xiàn):(2)基態(tài)Ar+與電子碰撞后躍遷至高于3P44P的其他能級(jí),再通過級(jí)聯(lián)輻射躍遷至3P44P能級(jí);(3)基態(tài)Ar+和電子碰撞躍遷至低于3P44P

的亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)后再次與電子碰撞并躍遷至3P44P

能級(jí)。(1)基態(tài)Ar

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