HeNe激光器

激光器

激光，英文名字Laser，其是全稱是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，即光的受激輻射放大，自1961年首臺激光器誕生以來，激光就因為其單色性、高亮度、高方向等優點備受關注，經過半個世紀的發展，激光技術不斷進步，種類不斷增多，其在各行各業中的應用也越來越廣泛。一般來講，一臺激光器主要自泵浦源、工作物質和諧振腔三部分組成：

泵浦源給工作物質提供能量，使工作物質形成粒子數布局反轉，產生受激輻射光，受激致輻射光在諧振腔中不停的振蕩放大，當達到一定能量時，受激輻射光從諧振腔的一端輸出從而形成激光。激光的分類有很多種，根據工作物質的不同，激光可以分為氣體激光器、固體激光器、離子激光器等；根據其工作方式的不同，激光可以分為連續激光器和脈沖激光器兩大類，而脈沖激光器根據其脈沖寬度的長短又可分為納秒激光器、皮秒激光器等。大恒生產銷售的激光產品分為氣體激光器、半導體激光器、固體激光器和飛秒激光器四大類，基本涵蓋了目前所常用的所有激光產品。

氣體激光器

氣體激光器即利用氣體或蒸氣作為工作物質產生激光的器件。它由放電管內的激活氣體、一對反射鏡構成的諧撮腔和激勵源等三個主要部分組成。主要激勵方式有電激勵、氣動激勵、光激勵和化學激勵等。其中電激勵方式很常用。在適當放電條件下，利用電子碰撞激發和能量轉移激發等，氣體粒子有選擇性地被激發到某高能級上，從而形成與某低能級間的粒子數反轉，產生受激發射躍遷。

氦氖激光器是*早出現也是常見的氣體激光器之一，工作物質為氦、氖兩種氣體按一定比例的混合物。根據工作條件的不同可以輸出5種不同波長的激光，而常用的則是波長為632.8納米的紅光。輸出功率在0.5-100毫瓦之間，具有非常好的光束質量。氦氖激光器是當前應用很是廣泛的激光器之一，可用于外科醫療、激光美容、建筑測量、準直指示、照排印刷、激光陀螺等。許多學校的實驗室也在用它做演示實驗。

根據氦氖激光器腔型的不同，可分為內腔氦氖激光器和外腔氦氖激光器兩種。所謂內腔氦氖激光器，即諧振腔的腔鏡和放電管為一體結構，便于整個激光器的安裝和調試，穩定性好，但整個激光器受放電管長度的限制，輸出功率較小，主要用于各種指示、測量和教學等應用。例如SPL-HN250等；外腔氦氖激光器，即諧際腔的腔鏡和放電管各自獨立，整個放電管可以做的很長很長，所以激光器輸出功率較大，但整個激光器體積較大，且較長的放電管會給安裝和調試造成很大的困難，主要用于一些需要高強度、高亮度的應用，如激光美容、外科醫療等。例如SPL-HN1200等。

SPL-HN 內腔激光器系列

此系列激光器采用**技術的封裝技術，壽命長；TEM₀₀模輸出，功率穩定性高。此系列激光器廣泛用于指示激光、全息、激光測量、教學、醫療等領域。

·波長：632.8nm

·模式：TEM₀₀

術語介紹：

氦氖偏振

非偏振（隨機偏振）光束

非偏振氦氖激光器的輸出是一個快速波動的線偏振光，偏振光的偏振方向在納秒時間尺度上改變。非偏振激光器是光路中沒有偏振元件時的理想選擇。根據應用的時間長短，可能會有大的功率波動。

偏振光束

偏振氦氖激光束的偏振態是線偏振的，使這些激光器成為偏振敏感應用的理想選擇。

光學諧振腔

(1) 激光孔，(2) 腔內光束，(3) 準直透鏡，(4) 輸出光束

氦氖增益曲線

氦氖能級

氦氖激光器中的激光過程開始于氣體中氦原子電子放電的電子碰撞。放電把氦原子從基態激發到一個長壽命的亞穩態。激發態氦原子和基態氖原子碰撞產生激發態氖電子。

進入激發態的氖原子數累積直到實現粒子數反轉。在能態之間的受激輻射和自發輻射實現了632.82 納米的發射，以及其他發射波長（見右圖）。電子從這些激發態迅速衰減到基態。氦氖激光器的功率輸出是有限的，因為氖的上能級在更高電流時飽和，而較低的能級隨電流線性變化。

可以用合適的反射鏡和長度來設計激光器，從而得到其他波長的激光發射。如3.39微米和1.15微米波長的紅外躍遷，和多種可見躍遷，包括綠光（543.365納米），黃光（593.932 納米），黃橙光（604.613 納米）和橙光（611.802 納米）躍遷（見下圖）。與氦氖激光器的其他波長如1.15微米和3.39微米相比，紅光632.8納米波長輸出具有低得多的增益。

氦氖能級

應用

• 計量學

• 潔凈室監控設備

• 食品分類

• 流式細胞儀

• 共聚焦顯微鏡

• 成像和醫療設備

• 不透明度監測

• 校準

• 海事視覺引導系統

氦氖線寬

一個紅光氦氖激光器在空氣中的輸出在632.816 納米，雖然它經常被報道為632納米或633納米。氦氖激光器的波長的增益曲線實際上是由隨腔體的熱膨脹和其他外部因素造成的在一定范圍內波動的幾個縱模組成的。

氦氖激光器的線寬與應用有關。氦氖激光器的軸向模式結構是由模式數量、自由光譜范圍（FSR）和多普勒寬度（見下圖）來表征的。單個軸向模式的線寬通常很小（～kHz），主要是由外部因素和測量的時間尺度，而不是由基本激光參數所決定的。在大多數干涉應用中，*相關的參數是相干長度，它是由相距*遠的軸向模式決定的。對于一個紅光氦氖激光器，相干長度約為30厘米。