Д

Рис. 4

«Устройство гелий-неонового лазера»

1 – кювета; 2 – кварцевые пластины; 3 – зеркала;

4 – кольцевые электроды.

1

лина кюветы в различных генераторах может быть разной ─ от нескольких сантиметров до нескольких метров; диаметр кюветы d ≥ 1см. К торцам кюветы приварены плоскопараллельные стеклянные или кварцевые пластины, расположенные относительно оси кюветы под углом Θ₀─углом Брюстера. С двух сторон кюветы расположены зеркала, образующие оптический резонатор. Одно из зеркал делают полупрозрачным или с центральным отверстием для вывода луча из системы. Т.к. световые лучи в рабочем объеме лазера почти не рассеиваются, то это позволяет располагать зеркала оптического резонатора на достаточно большом расстоянии друг от друга и получать излучение с высокой степенью направленности и монохроматичности.

Зеркала могут быть размещены внутри газовой кюветы, а также снабжены юстировочными механизмами для точной регулировки их взаимного расположения. На кювете размещают кольцевые электроды, с помощью которых в ней возбуждается высокочастотный тлеющий разряд. Электроды питаются от мощного генератора высокой частоты. При использовании тлеющего разряда на постоянном токе анод и катод размещают в специальных отростках, привариваемых к кювете. К этим электродам подводят высокое напряжение: 1 ─ 2 кВ на метр разрядного промежутка.

Параметры и характеристики He-Ne лазеров.

Основные рабочие переходы обеспечивают генерацию излучения в видимой части диапазона (λ = 0,63 мкм, переход 3s → 2p-обладает наименьшим усилением), а также в инфракрасной области (λ = 1,15 мкм, переход 2s → 2p и λ = 3,39 мкм, переход 3s → 3p).

М

Рис. 5 Зависимость выходной мощности от тока разряда.

ощность излучения гелий-неоновых лазеров невелика (порядка десятков милливатт на волнах λ = 0,63 мкм и λ = 1,15 мкм и порядка сотни милливатт на более длинных волнах). Уровень генерируемой мощности зависит от ряда факторов: тока разряда, общего давления в газовой смеси, соотношения парциальных давлений гелия и неона, диаметра разрядной трубки. Зависимость выходной мощности от тока разряда имеет резко выраженный максимум (рис.5). Первоначально мощность генерации возрастает вместе с увеличением тока. Затем начинает проявляться электронное возбуждение уровней 2p и 3p с метастабильного уровня 1s. Вследствие этого возрастает населённость нижних рабочих уровней, а инверсия и мощность излучения падают вплоть до срыва генерации. Максимум мощности достигается при общем давлении в кювете порядка 1мм рт. ст. и токе разряда величиной ≈50 мА.

С ростом общего давления в смеси увеличивается концентрация атомов гелия и неона, и растут населённость возбуждённых уровней и выходная мощность. Но при высоком давлении, когда концентрация частиц в разряде становится большой, уменьшается длина свободного пробега электрона и соответственно уменьшается энергия, приобретаемая электроном на этом пути в электрическом поле, что и приводит к уменьшению энергии, передаваемой атомами гелия, и к снижению мощности излучения. Оптимальное давление примерно 100 Па.

В

Рис. 6 Распределение мощности излучения лазера в поперечном сечении луча

следствие значительных размеров кюветы может быть получена расходимость луча порядка 1'. Распределение мощности излучения лазера по поперечному сечению луча в двух плоскостях показано на (рис.6). Как видно распределение носит нормальный характер. Чем дальше поперечная плоскость, тем шире луч и меньше мощность в центре луча, а удельная мощность (мощность на единицу площади) остаётся постоянной.

Коэффициент полезного действия гелий-неоновых лазеров невелик порядка 1%.

Рассмотрим газодинамический лазер с тепловой накачкой и смещением газов в камере сгорания являющийся разновидностью молекулярных лазеров.