《气体激光器》PPT课件.ppt
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1、气气 体体 激激 光光 器器19.2 9.2 气体激光器气体激光器工作物质:气体或蒸汽工作物质:气体或蒸汽优点:优点:1.1.光束方向性好。光束方向性好。由于工作物质的光学均匀性远由于工作物质的光学均匀性远比固体好,易于获得衍射极限的高斯光束,比固体好,易于获得衍射极限的高斯光束,2.2.单色性好。单色性好。气体工作物质的谱线宽度远比固体气体工作物质的谱线宽度远比固体小,激光的单色性好。小,激光的单色性好。缺点:体积比较大。缺点:体积比较大。由于气体的激活粒子密度较固体小,需要较大体积的由于气体的激活粒子密度较固体小,需要较大体积的工作物质才能获得足够的功率输出。工作物质才能获得足够的功率输出
2、。2 泵浦方式:泵浦方式:以气体放电形式为主,还可采用以气体放电形式为主,还可采用化学泵浦、热泵浦及核泵浦等方式。化学泵浦、热泵浦及核泵浦等方式。注意注意 气体工作物质吸收谱线宽度小,不宜采用光源泵浦,气体工作物质吸收谱线宽度小,不宜采用光源泵浦,通常采用通常采用气体放电泵浦气体放电泵浦方式;在放电过程中,受电方式;在放电过程中,受电场加速而获得了足够动能的电子与粒子碰撞时,将场加速而获得了足够动能的电子与粒子碰撞时,将粒子激发到高能态,因而在其一对能级间形成了集粒子激发到高能态,因而在其一对能级间形成了集居数反转分布。居数反转分布。39.2.1 He-Ne9.2.1 He-Ne气体激光器气体
3、激光器 HeNe激激光光器器是是最最早早研研制制成成功功的的气气体体激激光光器器。在在可可见见及及红红外外波波段段产产生生多多条条激激光光谱谱线线,其其中中最最强强的的是是6328nm、1150nm 和和3390nm。在在准准直直、定定位位、全全息息照照相相、测测量量、精精密密计计量量等等方方面面广广泛泛应应用用。451.工作物质的能级结构工作物质的能级结构1)电子直接碰撞激发)电子直接碰撞激发;2)共振能量转移)共振能量转移;3)串联激发)串联激发;4)复合激发)复合激发;3.谱线竞争与选择谱线竞争与选择.62.激励机制激励机制1)电子直接碰撞激发)电子直接碰撞激发:快速电子与:快速电子与N
4、e 原子发原子发生非弹性碰撞,使得生非弹性碰撞,使得Ne 原子直接被激发到原子直接被激发到2S、3S能级。能级。2)共振能量转移:)共振能量转移:由于由于He(23s1和和 21s0)两能)两能级与级与Ne(2s、3s)两能级的能量非常接近,两者两能级的能量非常接近,两者碰撞很容易发生能量转移,加之前两者都是碰撞很容易发生能量转移,加之前两者都是亚稳态,电子碰撞截面大,为选择激发亚稳态,电子碰撞截面大,为选择激发Ne至至2s、3s能级提供了有利条件。能级提供了有利条件。73)串联激发:)串联激发:高能级的高能级的Ne与低能级的与低能级的Ne相碰相碰撞而实现互换。撞而实现互换。4)复合激发:)复
5、合激发:这过程是这过程是Ne离子首先与离子首先与He、Ne原子三体碰撞形成分子离子,然后再与电子原子三体碰撞形成分子离子,然后再与电子碰撞获得激发态碰撞获得激发态Ne的过程。在高气压脉冲工的过程。在高气压脉冲工作的作的HeNe激光器中这一过程较明显,而激光器中这一过程较明显,而在普通直流激励器件中它不重要。在普通直流激励器件中它不重要。83.谱线竞争与选择:谱线竞争与选择:三条最强的谱线之间存在竞争三条最强的谱线之间存在竞争 3S2 3P4 3S2 2P4:632.8 nm 2S2 2P4 为获得较强的激光输出,可采用下述为获得较强的激光输出,可采用下述方法抑制辐射的产生:方法抑制辐射的产生:
6、1)借助腔内)借助腔内棱镜色散棱镜色散使激光不能起振使激光不能起振;2)腔内插入对波长的光)腔内插入对波长的光吸收的元件吸收的元件;3)借助)借助轴向非均匀磁场轴向非均匀磁场,使,使谱线加宽,谱线加宽,从从 而使其增益下降而使其增益下降。9104.放电参数对输出功率的影响放电参数对输出功率的影响1)P0不随放电电流单调上升,存在一个最佳值。不随放电电流单调上升,存在一个最佳值。这是因为在放电管中同时存在激发和消激发过这是因为在放电管中同时存在激发和消激发过程程。第一项为电子碰撞激发过程;第二项为与管壁第一项为电子碰撞激发过程;第二项为与管壁碰撞及共振能量转移引起的消激发过程;第三碰撞及共振能量
7、转移引起的消激发过程;第三项对应于电子与亚稳态原子碰撞回归到基态的项对应于电子与亚稳态原子碰撞回归到基态的消激发过程。消激发过程。11谱线净增益谱线净增益G随放电电流随放电电流I的变化的变化123.39um 谱线增益谱线增益G随放电电流变化随放电电流变化1314 2)P0不随气压单调上升,而是存在一个最佳气压值。不随气压单调上升,而是存在一个最佳气压值。如果气压比大,最佳总气压也大。在总气压不如果气压比大,最佳总气压也大。在总气压不变的情况下,最佳气压比随放电管直径的增大面直变的情况下,最佳气压比随放电管直径的增大面直线下降,气压比对输出功率主要从电子温度和激光线下降,气压比对输出功率主要从电
8、子温度和激光物质的密度两方面来产生影响。物质的密度两方面来产生影响。选择合理的气压比,使管内既有足够多的激光选择合理的气压比,使管内既有足够多的激光物质又使电子处于最佳激发状态。倘若总气压不变,物质又使电子处于最佳激发状态。倘若总气压不变,增大放电管管径增大放电管管径D,管内会因带电粒子复合减少。轴,管内会因带电粒子复合减少。轴向电场向电场E减小,电子温度减低。此时,管内只有降低减小,电子温度减低。此时,管内只有降低气压比,才能使这样的电子具有最佳激发。通常气气压比,才能使这样的电子具有最佳激发。通常气压比为压比为PHePNe510。15输出功率输出功率W与总气压与总气压P 的关系的关系169
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