单模非均匀加宽He氖激光器

⑩相比式12多了一个1/2因子，由此可见时输出功率下降。图8为单模输出功率P和单模频率的关系曲线。在处，曲线有一凹陷，成为兰姆凹陷。可利用图8定性解释兰姆凹陷的成因。图8当时，，输出功率p=0.当时，激光振荡器将在增益曲线上的及=2—处造成两个凹陷，也就是说，速度及速度的两部分粒子对频率的激光有贡献。激光功率正比于这两个凹陷面积之和。当频率接近，且时两个烧孔部分重叠，烧孔面积的和小于时两个烧孔面积的和，因此。当时，两个烧孔完全重合，此时只有=0附近的原子对激光有贡献。虽然它对应着最大的小信号增益，但由于对激光做贡献的反转集居数减少了，即烧孔面积减少了，所遇输出功率下降到某一极小值，关系曲线于出出现兰姆凹陷。由于两个烧孔在时开始重叠，所以兰姆凹陷的宽度大致等于烧孔的宽度，即激光管的气压增高时，碰撞线宽增加，兰姆凹陷变宽、便签。当妻压高到一定程度，谱线加宽以均匀加宽为主时，拉姆凹陷消失。图10为不同气压下输出功率P随的变化曲线，图中。运用半经典理论，可以得出兰姆凹陷的定量关系。凹陷的深度和激发参量成正比，当小时兰姆凹陷变浅，当很小时，兰姆凹陷消失。三、He--Ne激光器He--Ne激光器是最早研制成功的气体激光器。在可见及红外波段可产生多条激光谱线，其中最强的是632.8nm、1.15μm和3.39μm三条谱线。放电管长数十厘米的He--Ne激光器输出功率为毫瓦量级，放电管长（1~2）m的激光器输出功率科大数十瓦。由于它能输出幼稚的可连续运转可见光，而且具有结构简单、体积较小、价格低廉等有点，在准直、定位、全系照相、测量、精密计量、光盘刻录等方方面得到了广泛的应用。1、激励机制图11是内腔式He--Ne激光器示意图。阴极和阳极通过充有氦氖混合气的毛细管使Ne原子的某一或几对能级形成集居数反转。虽然混合气体中的He的含量数倍于Ne，但激光月前只发生与Ne原子的能级之间，辅助气体He的作用是提高泵浦效率。图11图12是Ne原子和He原子能级示意图。632.8nm、1.15μm以及3.39μm激光谱线分别对应Ne的、、的跃迁。下面以632.8nm激光威力说明其激励机制。图12在一定的放电条件下，阴极发射的电子向阳极运动并被电场加速，加快电子与基态He原子发生碰撞时将He原子激发到激发态而自身减速。是亚稳态，因而科技局大量的He原子。当激发态He原子和基态Ne原子发生非弹性碰撞时将Ne原子激发到能级。这一过程乘坐共振能量转移，可表示为共振能量转移碰撞界面随时对应激发态能量的减少二级局增加。由于He原子的和Ne原子的能级非常接近，因而具有很大的共振能量转移截面。而激光跃迁的下能级上的Ne原子仅仅来源于电子碰撞激发和高能级的串级激发，其寿命又比上能级的寿命低一个能级，所以在Ne原子的和能级间很容易建立起句句数反转状态并实现连续激光运转。2.谱线竞争He--Ne激光器的三条最强的激光谱线（632.8nm、1.15μm、3.39μm）中哪一条谱线起振完全取决于谐振腔介质模反射镜的波长选择。有图12可知，632.8nm和3.39μm两条激光谱线具有相同的上能级，因此这两条谱线之间存在着强烈的竞争。由于增益系数与波长的三次方成正比，显然3.39μm谱线的增益系数远大于632.8nm谱线。在较长的632.8nmHe--Ne激光器中，虽然介质模发射井对632.8nm波长的光具有较高的反射率，仍然会产生较强的3.39μm波长的放大的自发辐射或激光，浙江使上能级集居数减少，从而导致632.8nm激光功率的下降。为了获得较强的632.8nm激光输出，可采用一下方法抑制3.39μm辐射产生：借助腔内棱镜色散使3.39μm激光不能起振（如图13）；腔内插入对3.39μm波长吸收的原件（如甲烷吸收盒）；借助周详非均匀磁场是3.39μm谱线加宽，从而使其增益下降。3.放电参数对输出功率的影响在He--Ne激光器中，不仅工作物质尺寸，谐振腔耗损和输出耦合会影响输出功率，方大电流及气体压强等放电参数也会影响工作物质的增益系数，从而影响输出功率。He--Ne激光器的输出功率并不随着气体的放电电流的增加而单调的上升，其间存在某个使输出功率最大的最佳放电电流。这是因为在放电管中，不仅存在激发过程，同时还不可避免的存在这消激发过程。Ne的激光跃迁上能级集居数密度正比于He的亚稳态(或)集居数密度。描述变化的速率方程可近似表示为式中，J为放电电流密度；等号邮编第一项对应于电子碰撞激发过程；第二相对应于与管壁碰撞及共振能量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使其回归基态的消激发过程；、、为以上三种过程相应的常数，为基态He原子密度。在稳定情况下，由上式可得 当放电电流较小时，正比于J。随着放电电流的增加，及与其成正比的区域饱和。另一方面，从实验发现激光跃迁下能级的粒子密度正比与J。这是因为下能级粒子的激发（电子碰撞前引起的直接激发和级联激发）速率和放电电流密度成正比，而消激励却主要通过的自发辐射，其速率与放电电流无关。上下能级的集居数随着放电电流密度的变化如图14所示。有图可见，当电流较小时，反转集居数密度随电流的增加而增加，在反转集居数打到最大值后，缺水电流的增加而减少。图13图14He--Ne激光器的输出功率与重启压强p有关。若放电毛细管的直径为d。则存在一个使输出功率最大的pd值。He--Ne激光器的最佳pd值约为（4.8~5.3）×pa·mm。产生这一现象的原因是：一方面压强的下降时电子与原子的碰撞减少，从而导致电子温度（平均动能）上升，激发速率升高，毛细管管径的减少则是电子和粒子的关闭符合家具，为了维持放电电流不变必须增加电场，由此造成的电子温度升高有利于激发。另一方面。Pd值过低又会因He、Ne原子数量过少而是输出功率减少。He、Ne气的比例也会影响输出功率。产生激光的Ne原子比例过小无疑会是输出功率减小。另一方面，由于Ne的电离电位脚底，其比例过大会因电离过多而使电子离子数目增加，输出功率随之下降。在最佳放电条件下，工作物质的增益系数和毛细管直径d成反比。通过受激辐射跃迁下能级的Ne原子借助自