Принцип действия He-Ne лазера.

В основе его работы лежит явление излучения энергии при переходе из одного энергетического состояния атомов газа в другое. Энергетические диаграммы гелия и неона представлены на (рис.3). Основное невозбужденное состояние атомов гелия и неона соответствует нижнему энергетическому уровню на диаграмме. При электрическом разряде в кювете происходит ионизация газа: п

Рис. 3 Энергетические диаграммы гелия и неона.

оявляются ионы гелия, неона и свободные электроны. Вследствие неупругих соударений со свободными электронами, имеющих большую кинетическую энергию, происходит возбуждение атомов гелия, которые могут переходить на метастабильные уровни 2³S₁и 2¹S₀. (уровни для которых запрещены переходы в основном состоянии). Энергетические уровни гелия 2³S₁и 2¹S₀очень близки к уровням 2s и 3p неона, поэтому при неупругих соударениях возбуждённых атомов гелия с невозбуждёнными атомами неона происходит эффективная передача избыточной энергии атомов гелия к атомам неона. Атомы неона переходят в возбуждённые состояния 2s или 3s, а атомы гелия ─ в основное состояние І.

В гелий-неоновом лазере рабочими являются переходы между энергетическими уровнями неона (3s → 3p; 3s → 2p; 2s → 2p). Инверсную населённость на указанных уровнях можно получить за счёт прямого электронного возбуждения атомов неона, при переходе их в верхние состояния рабочих переходов (3s или 2s).Но такой процесс в приборах не используется, ввиду того, что за счёт электронного возбуждения происходит также интенсивное заселение уровня 2p частицами с уровня 1s.Увеличение населённости уровня 2p снижает коэффициент инверсии на рабочих переходах, так как их верхние уровни 3s и 2s с малым временем жизни заселяются недостаточно интенсивно.

Атомы гелия являются посредниками при передаче энергии от быстрых электронов к атомам неона. Поэтому гелий можно назвать вспомогательным каналом заселения верхних рабочих уровней 3s и 2s неона, а неон ─ основным, или рабочим, газом. Очевидно, существует обратный процесс передачи энергии от атомов неона к атомам гелия. Чтобы прямой процесс преобладал, необходимо значительное преобладание концентрации гелия над концентрацией неона. Эффективность передачи энергии оказывается высокой также потому, что время жизни гелия на метастабильных уровнях ІІ и ІІІ большое (10^-3 с).

В результате выше изложенного процесса образуются инверсная населенность на рабочих переходах 3s → 3p, 3s → 2p и 2s → 2p. В процессе индуцированного излучения частицы неона переходят на более низкий уровень 2p, с которого через малый промежуток времени попадают на уровень 1s. Опустошение этого уровня происходит за счёт диффузии частиц на стенки кюветы, где они теряют часть энергии и переходят в основное состояние, при этом на стенках выделяется тепловая энергия.

Устройство He-Ne лазера.

Устройство гелий-неонового лазера показано на (рис.4). Стеклянная или кварцевая трубка является газовой кюветой, которая заполнена смесью газов гелия и неона, парциальные давления которых различны (гелий при p ≈ 1 мм рт. ст., а неон при p ≈ 0,1 мм рт. ст.).