激光原理氣體激光器

1、關(guān)于激光原理氣體激光器第一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月圖(5-9) He-Ne激光器的基本結(jié)構(gòu)形式貯氣室與毛細(xì)管相連，這里不發(fā)生氣體放電，它的作用是補(bǔ)償因慢漏氣及管內(nèi)元件放氣或吸附氣體造成He、Ne氣體比例及總氣壓發(fā)生的變化，延長器件的壽命。放電管一般是用GG17玻璃制成。輸出功率和波長要求穩(wěn)定性好的器件可用熱脹系數(shù)小的石英玻璃制作。 放電管是氦氖激光器的心臟，它是產(chǎn)生激光的地方。放電管通常由毛細(xì)管和貯氣室構(gòu)成。放電管中充入一定比例的氦(He)、氖(Ne)氣體，當(dāng)電極加上高電壓后，毛細(xì)管中的氣體開始放電使氖原子受激，產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。第二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2

2、 HeNe激光管的陽極一般用鎢棒制成，陰極多用電子發(fā)射率高和濺射率小的鋁及其合金制成。為了增加電子發(fā)射面積和減小陰極濺射，一般都把陰極做成圓筒狀，然后用鎢棒引到管外。 HeNe激光器由于增益低，諧振腔一般用平凹腔，平面鏡為輸出端，透過率約1%2，凹面鏡為全反射鏡。 HeNe激光管的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，按諧振腔與放電管的放置方式不同可分內(nèi)腔式、外腔式和半內(nèi)腔式。 圖(5-9) He-Ne激光器的基本結(jié)構(gòu)形式第三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3內(nèi)腔式如圖中(a)所示，將諧振腔的兩反射鏡調(diào)整好后，用膠固定在放電管的兩端，其優(yōu)點(diǎn)是使用時不必進(jìn)行調(diào)整，非常方便，陰極與毛細(xì)管同軸放置，其結(jié)構(gòu)

3、緊湊、不易碎裂，安裝方便。 缺點(diǎn)是在工作過程中放電管受熱變形時,諧振腔反射鏡會偏離相互平行位置，造成器件損耗增加，輸出下降。激光管越長，其熱穩(wěn)定性越差，所以內(nèi)腔式激光管的長度一般不超過一米。而且當(dāng)諧振腔反射鏡損壞后，不易更換，反射鏡內(nèi)表面污染后也無法清除。并且由于陰極放在放電管內(nèi)，陰極濺射物質(zhì)易污染窗片，使用壽命低，同時由于陰極大量發(fā)射電子，陰極區(qū)易發(fā)熱，使同軸式激光管功率的穩(wěn)定性不如旁軸式。第四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4外腔式如圖中（b）所示，優(yōu)點(diǎn)：這種激光器的諧振腔反射鏡與放電管是分離，可增加儲氣量。同時濺射物質(zhì)不易污染窗片，所以壽命比同軸式長，放電管的熱變形對諧振腔影響

4、較小，加之諧振腔可以調(diào)整，所以長期使用中能保持穩(wěn)定輸出。放電管的兩端貼有布儒斯特窗片，還可使激光得到線偏振的激光輸出。缺點(diǎn)：由于反射鏡與放電管相分離，相對位置易改變，需要經(jīng)常調(diào)整，使用不方便; 體積大，安裝使用不方便，易破碎。第五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月5激光器的工作氣體是He和Ne，其中產(chǎn)生激光躍遷的是Ne氣。He是輔助氣體，用以提高Ne原子的泵浦速率。圖（5-10）為He和Ne的能級圖。He原子有兩個電子，沒激發(fā)時這兩個原子都分布在1S0殼層上，He原子處于基態(tài)。當(dāng)He原子受激時，使其中一個電子從1S激發(fā)到2S，He原子成為激發(fā)態(tài)。 He原子有兩個亞穩(wěn)態(tài)能級，分別記為23

5、S1、21S0。圖(5-10) 與激光躍遷有關(guān)的Ne原子的部分能級圖二、氦和氖原子的能級圖1S21S023S1第六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月6圖(5-10) 與激光躍遷有關(guān)的Ne原子的部分能級圖Ne原子有10個電子，基態(tài)1S0(電子分布為1S22S22P6)。激發(fā)態(tài)為1S、2S、3S、2P、3P等，它們對應(yīng)的外層電子組態(tài)分別為:2P53S、2P54S、2P55S、2P53P、2P54P。二、氦和氖原子的能級圖2P53S2P54S2P55S2P53P2P54P1S0第七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月7在HeNe激光器中，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的主要激發(fā)過程如下：第一是共振轉(zhuǎn)移

6、。由能級圖可見，He原子的21S0、23S1態(tài)分別與Ne原子的3S、2S態(tài)靠得很近，二者很容易進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，并且轉(zhuǎn)移幾率很高，可達(dá)95%，其轉(zhuǎn)移過程如下：s2s1Nes3s12s32Hep2p3電子碰撞激發(fā)管壁效應(yīng)自發(fā)輻射632.8nm共振轉(zhuǎn)移三、HeNe激光器的激發(fā)過程第八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月8第二是電子直接碰撞激發(fā)。在氣體放電過程中，基態(tài)Ne原子與具有一定動能的電子進(jìn)行非彈性碰撞，直接被激發(fā)到2S和3S態(tài)，與共振轉(zhuǎn)移相比，這種過程激發(fā)的速率要小得多。 第三是串級躍遷，Ne與電子碰撞被激發(fā)到更高能態(tài)，然后再躍遷到2S和3S態(tài)，與前述兩過程相比，此過程貢獻(xiàn)最小。第九張，P

7、PT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月9圖(5-10) 與激光躍遷有關(guān)的Ne原子的部分能級圖 lS態(tài)向基態(tài)的躍遷是被選擇定則禁止的，不能自發(fā)地回到基態(tài)，但它與管壁碰撞時，可把能量交給管壁，自己回到基態(tài)。這就是為什么HeNe激光器中要有一根內(nèi)徑較細(xì)的放電管的原因。 從能級圖可見，He-Ne激光器是典型的四能級系統(tǒng)。根據(jù)能量躍遷選擇定則，Ne原子可以產(chǎn)生很多條譜線，其中最強(qiáng)的譜線有三條，即0.6328m、3.39m和1.15m，對應(yīng)躍遷能級分別為3S22P4 ,3S23P4 和 2S22P4。2P和3P態(tài)，不能直接向基態(tài)躍遷，而向1S態(tài)躍遷很快。第十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月10四、

8、HeNe激光器的輸出特性譜線競爭: He-Ne激光器三條強(qiáng)的激光譜線：3S2P 0.6328m ，2S2P 1.15m ， 3S3P 3.39m 哪一條譜線起振完全取決于諧振腔介質(zhì)膜反射鏡的波長選擇。已知:(2-15)(2-28)(1-39)顯然，增益系數(shù)與波長三次方成正比。第十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月11見圖(5-10)。0.6328m和3.39 m兩條激光譜線有共同的激光上能級3S,而后者增益系數(shù)比較高（增益系數(shù)與波長三次方成正比）,如果不進(jìn)行抑制,則3.39m的輻射在腔內(nèi)振蕩過程中將消耗大量的3S2態(tài)原子。抑制3.39m輻射的辦法主要有:圖(5-10) 與激光躍遷有關(guān)

9、的Ne原子的部分能級圖第十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月12圖(5-10) 與激光躍遷有關(guān)的Ne原子的部分能級圖 選用對3.39m的光具有低反射率的諧振腔反射鏡，使3.39m達(dá)不到閾值條件; 如下圖所示，在腔內(nèi)加色散棱鏡，將兩譜線分開,通過調(diào)整諧振腔反射鏡的位置，只允許0.6328m的輻射起振，而使3.39m的輻射偏離出諧振腔外;第十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月13 腔內(nèi)放置甲烷吸收盒,因?yàn)榧淄閷?.39m的光具有強(qiáng)吸收而對0.6328m的光透明,因此可用甲烷抑制3.39m振蕩; 外加非均勻磁場也能抑制3.39m振蕩。根據(jù)塞曼效應(yīng),磁場可引起譜線分裂,分裂的大小與

10、磁場強(qiáng)度成正比。如果激光管內(nèi)磁場分布不均勻,則各處譜線分裂程度不同并連成一片,相當(dāng)于譜線變寬。第十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月14300高斯非均勻磁場中,兩譜線加寬均約900MHz，0.6328 m 原譜線半寬度約1500MHz，非均勻磁場對它展寬的比例不大。但3.39m原譜線寬只有300MHz左右，非均勻磁場的加寬比它大幾倍。由于增益系數(shù)反比于線寬，所以外加非均勻磁場后，3.39m的增益系數(shù)急劇下降，而0.6328m的增益系數(shù)卻下降很少。結(jié)果提高了0.6328m的競爭能力，3.39m則被抑制。外加非均勻磁場的裝置如上圖所示，沿放電管軸向放置許多小磁鐵，相鄰的極性相同，這樣就可

11、在放電管軸線上形成非均勻磁場。(2-15)(2-28)第十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月15(2) 輸出功率特性: He-Ne激光器的放電電流對輸出功率影響很大。圖(5-11) 輸出功率與放電電流的關(guān)系曲線 圖（5-11）表示輸出功率與放電電流的關(guān)系曲線。曲線表明:在氣壓比為定值時,每個總氣壓都存在一個輸出最大的放電電流,其大小隨著總氣壓的升高而降低,這是因?yàn)闅鈮荷?只需要較小的放電電流就能得到相同的電子密度。 在最佳充氣條件下，使輸出功率最大的放電電流叫最佳放電電流第十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月16圖(5-11) 輸出功率與放電電流的關(guān)系曲線 He-Ne激光

12、器存在著最佳混合比和最佳充氣總壓強(qiáng)，即存在最佳充氣條件。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氦氣與氖氣的分壓比為7：1時，是最佳分壓比。而總壓強(qiáng)在100Pa400Pa。選用He氣作輔助氣體的原因:Ne原子不能直接被電子碰撞激發(fā)到激光上能級；He*與Ne*能級極相近, 易發(fā)生能量共振轉(zhuǎn)移。第十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月17 若放電毛細(xì)管的直徑為d，充氣壓強(qiáng)為P，則存在一個使輸出功率最大的最佳Pd值。圖給出了在不同的毛細(xì)管內(nèi)徑d 和長度l 時,輸出功率與充氣總氣壓和氣壓比的實(shí)驗(yàn)曲線。由圖可見,內(nèi)徑d 不同,最佳充氣壓和氣壓比也不同。氣壓也增加。計(jì)算可得:當(dāng)取最佳充氣條件時,最佳氣壓Popt與毛細(xì)管內(nèi)徑的

13、乘積約為一常數(shù),一般Popt d =480533Pa mm. 在最佳放電條件下，工作物質(zhì)的增益系數(shù)和毛細(xì)管直徑d 成反比。 第十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月18五、He-Ne激光器的壽命 HeNe激光器使用一段時間或存放一段時間后，它的輸出功率會逐漸降低，以致最后沒有激光輸出。現(xiàn)在一般規(guī)定輸出功率下降到最高功率的1/e的工作時間為器件的壽命。影響器件壽命的因素大致有以下幾方面：1慢漏氣 當(dāng)放電管密封不嚴(yán)密時，空氣中的氮、氫等氣體分子會滲透到管內(nèi)，使放電條件改變并加快氦、氖原子激發(fā)態(tài)的消失速率，無疑，這將影響器件輸出功率。出現(xiàn)慢漏氣時，激光器的放電顏色將由正常放電時的橙紅色變?yōu)樽?/p>

14、色（紫色是氮分子輝光放電產(chǎn)生的）。 容易出現(xiàn)慢漏氣的地方有：電極與玻璃封接處；諧振腔反射鏡或布儒斯特窗與放電管粘合處以及吹制管坯時可能留下來的微小漏氣孔。為防止慢漏氣，要提高封接工藝水平并改革現(xiàn)有封接方法。第十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月192放電管內(nèi)元件放氣 放電管內(nèi)的元件及放電管內(nèi)壁都會吸附雜質(zhì)氣體，如果除氣不徹底，以后就會慢慢釋放出來。同時激光管清洗得不干凈時，污物和洗液也會放出大量雜質(zhì)氣體，這些雜質(zhì)氣體會改變原充氣的氣體成分，影響輸出功率。 為克服放氣，要對放電管及其內(nèi)部元件進(jìn)行認(rèn)真清潔處理和除氣。此外，在放電管內(nèi)可放置吸氣劑，例如鋇鈦、鋇鋁鎳等，它們可吸收大量氮?dú)狻⒍?/p>

15、氧化碳、一氧化碳、水蒸氣、氧、氫等，但不吸收氦、氖。3陰極濺射 陰極在正離子轟擊下會產(chǎn)生陰極濺射，濺射出來的金屬材料會吸收工作氣體，導(dǎo)致管內(nèi)工作氣壓降低。同時濺射物質(zhì)還會污染諧振腔反射鏡或布儒斯特窗片。 為了減少濺射，要選用不易濺射的金屬做電極，并避免表面放電電流密度超過濺射閾值。為防止濺射物吸收造成的工作氣壓降低，在充氣時可略高于最佳總氣壓。第二十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月204工作氣體的吸附、吸收和滲透 放電管內(nèi)的工作氣體可被電極和管壁吸附在表面，或吸收到金屬和玻璃內(nèi)部，甚至還會透過管壁滲透到大氣中去。氖的電離電位比氦低，它比氦更容易被吸附或吸收。氦原子直徑比氖小，它滲出管

16、外的能力比氖強(qiáng)。 由于這些原因，管內(nèi)的總氣壓和氦、氖氣壓比會慢慢變化，使之偏離最佳工作狀態(tài)，造成輸出功率下降。 為防止氦氣滲出，要選用滲氦低的材料做放電管。為防止氦氣滲出造成氣壓比降低，充氣時充入的氣壓可高于最佳氣壓比。還可以采用三層套管，即在放電管外再加一層氦氣補(bǔ)償套管，管內(nèi)充入的氦氣，氣壓應(yīng)高于放電管內(nèi)的氣壓。5諧振腔反射鏡的污染 濺射沉積在反射鏡上或放電管內(nèi)未加清除掉的污物揮發(fā)后會沉積到反射鏡上，促使其反射率下降。為防止反射鏡污染，除認(rèn)真清潔內(nèi)部和減少濺射外，設(shè)計(jì)HeNe激光器時，應(yīng)注意反射鏡到陰極的距離要大于3cm。 目前HeNe激光器最長的壽命可達(dá)10萬小時。第二十一張，PPT共三十

17、九頁，創(chuàng)作于2022年6月21 CO2激光器的主要特點(diǎn)是輸出功率大,能量轉(zhuǎn)換效率高,輸出波長(10.6m) ，廣泛用于激光加工、醫(yī)療、大氣通信及其他軍事應(yīng)用。 CO2激光器以CO2、N2和He的混合氣體為工作物質(zhì)。激光躍遷發(fā)生在CO2分子的電子基態(tài)的兩個振動-轉(zhuǎn)動能級之間。N2的作用是提高激光上能級的激勵效率,則有助于激光下能級的抽空。5.2.2 二氧化碳激光器一、 CO2激光器的結(jié)構(gòu)圖(5-12) 封離式CO2激光器結(jié)構(gòu)示意圖 圖(5-12)是一種典型的結(jié)構(gòu)示意圖。構(gòu)成CO2激光器諧振腔的兩個反射鏡放置在可供調(diào)節(jié)的腔片架上，最簡單的方法是將反射鏡直接貼在放電管的兩端。 第二十二張，PPT共三

18、十九頁，創(chuàng)作于2022年6月22二、 CO2激光器的激發(fā)過程 CO2激光器中與產(chǎn)生激光有關(guān)的CO2分子能級圖如圖(5-13)所示。 圖(5-13) 與產(chǎn)生激光有關(guān)的CO2分子能級圖CO2激光器中,通過以下三個過程將CO2分子激發(fā)到0001能級1.直接電子碰撞 電子與基態(tài)(0000)CO2分子碰撞使其激發(fā)到激光上能級。這一過程可表示為 CO2(0000)+e CO2(0001)+e2.級聯(lián)躍遷 電子與基態(tài)CO2分子碰撞使其躍遷到000n能級,基態(tài)CO2分子與高能級CO2分子碰撞后躍遷到激光上能級,此過程可表示為 CO2(0000)+CO2(000n)CO2(0001)+CO2(000n-1)第二

19、十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月23圖(5-13) 與產(chǎn)生激光有關(guān)的CO2分子能級圖3.共振轉(zhuǎn)移 由于N2分子(V=0)能級和電子碰撞后躍遷到V=1的振動能級,這是一個壽命較長的亞穩(wěn)態(tài)能級，因而可積累較多的N2分子，基態(tài)CO2分子與亞穩(wěn)態(tài)N2分子發(fā)生非彈性碰撞并躍遷到激光上能級。這一過程可表示為 CO2(0000)+N2(V=1) CO2(0001)+N2(V=0)由于CO2分子0001能級與N2分子V=1能級十分接近,能量轉(zhuǎn)移十分迅速。此外,N2分子的V=24能級與CO2分子00020004也十分接近,相互間也能發(fā)生共振轉(zhuǎn)移,處于00020004的CO2分子與基態(tài)CO2分子碰撞

20、可將它激勵至0001能級。第二十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月24圖(5-13) 與產(chǎn)生激光有關(guān)的CO2分子能級圖在以上三種激發(fā)途徑中,共振轉(zhuǎn)移的幾率最大,作用也最為顯著。CO2分子激光躍遷下能級的抽空主要依靠氣體分子間的碰撞。一旦實(shí)現(xiàn)了(0001)與(1000)、 (0200) 之間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即可通過受激輻射，產(chǎn)生: 00011000躍遷產(chǎn)生10.6m波長的激光，00010200躍遷產(chǎn)生9.6m波長的激光。由于以上躍遷具有同一上能級,而且00011000躍遷的幾率大得多,所以CO2激光器通常只輸出10.6m激光。若要得到9.6m的激光振蕩,則必須在諧振腔中放置波長選擇元件抑

21、制10.6m激光振蕩。第二十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月25三、 CO2激光器的輸出特性 相應(yīng)于CO2激光器的輸出功率，其放電電流有一個最佳值。CO2激光器的最佳放電電流與放電管的直徑，管內(nèi)總氣壓，以及氣體混合比有關(guān)。 實(shí)驗(yàn)指出：隨著管徑增大，最佳放電電流也增大。 例如：管徑為2030mm時，最佳放電電流為3050mA 管徑為5090mm時，最佳放電電流為120150mA(1) 放電特性 CO2激光器的轉(zhuǎn)換效率是很高的，但最高也不會超過40，這就是說，將有60以上的能量轉(zhuǎn)換為氣體的熱能，使溫度升高。而氣體溫度的升高，將引起激光上能級的消激發(fā)和激光下能級的熱激發(fā)，這都會使粒子的反

22、轉(zhuǎn)數(shù)減少。并且，氣體溫度的升高，將使譜線展寬，導(dǎo)致增益系數(shù)下降。特別是，氣體溫度的升高，還將引起CO2分子的分解，降低放電管內(nèi)的CO2分子濃度。 (2) 溫度效應(yīng) 第二十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月265.2.3 Ar+離子激光器一、 Ar激光器的結(jié)構(gòu) 圖(5-14) 分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖氬離子（Ar+）激光器是一種惰性氣體離子激光器，是目前在可見光區(qū)域輸出功率最高的一種連續(xù)工作的激光器。一般輸出功率為幾瓦或幾十瓦，在可見光區(qū)域可發(fā)射多條振蕩譜線，其中以波長514.5nm（綠色）和488nm（藍(lán)色）的最強(qiáng)。第二十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2728Ar

23、激光器激光器由放電管、磁場和諧振腔組成。其中最關(guān)鍵的部分是放電管。氬離子激光器放電管的核心是放電毛細(xì)管，由于氬離子激光器的工作電流密度高達(dá)數(shù)百安平方厘米，放電毛細(xì)管的管壁溫度往往在1000以上。因此需采用耐高溫、導(dǎo)熱性能好、氣體清除速率低的材料制成，如采用石英管、氧化鈹陶瓷管、分段石墨管等。 圖(5-14) 分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖1.石墨電極 2.石墨片 3.石英環(huán) 4.水冷套 5.放電毛細(xì)管 6.陰極 7.保熱屏 8.加熱燈絲 9.布氏窗 10.磁場 11.儲氣瓶 12.電磁真空充氣閥 13.鎮(zhèn)氣瓶 14.波紋管 15.氣壓檢測器 第二十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2

24、9高純質(zhì)密石墨是目前廣泛使用的一種放電毛細(xì)管材料。由于石墨是良導(dǎo)體，為維持放電，石墨放電毛細(xì)管必須采用分段結(jié)構(gòu)，段與段間彼此絕緣。其中，放電毛細(xì)管由分段石墨片組成，石墨片由兩根直徑約3.5mm的氧化鋁陶瓷桿串起來，并用小石英環(huán)使其每片隔開，彼此絕緣。1.石墨電極 2.石墨片 3.石英環(huán) 4.水冷套 5.放電毛細(xì)管 6.陰極 7.保熱屏 8.加熱燈絲 9.布氏窗 10.磁場 11.儲氣瓶 12.電磁真空充氣閥 13.鎮(zhèn)氣瓶 14.波紋管 15.氣壓檢測器 圖(5-14) 分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖第二十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月30整個組合體置于水冷套的石英管內(nèi)，兩端分別為

25、提供電子發(fā)射的陰極和收集電子的石墨陽極，陰極選用鋇鎢材料。此外，氬離子激光管內(nèi)設(shè)有回氣管，使放電管氣壓平衡，有助于激光輸出。 1.石墨電極 2.石墨片 3.石英環(huán) 4.水冷套 5.放電毛細(xì)管 6.陰極 7.保熱屏 8.加熱燈絲 9.布氏窗 10.磁場 11.儲氣瓶 12.電磁真空充氣閥 13.鎮(zhèn)氣瓶 14.波紋管 15.氣壓檢測器 圖(5-14) 分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖第三十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月31在石墨管氬離子激光器中，管內(nèi)的氣體清除效應(yīng)引起管內(nèi)氣壓降低，使輸出降低。為了延長激光管的使用壽命，在激光管上常常配備有貯氣和充氣裝置。1.石墨電極 2.石墨片 3.石英

26、環(huán) 4.水冷套 5.放電毛細(xì)管 6.陰極 7.保熱屏 8.加熱燈絲 9.布氏窗 10.磁場 11.儲氣瓶 12.電磁真空充氣閥 13.鎮(zhèn)氣瓶 14.波紋管 15.氣壓檢測器 圖(5-14) 分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖第三十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月321.石墨電極 2.石墨片 3.石英環(huán) 4.水冷套 5.放電毛細(xì)管 6.陰極 7.保熱屏 8.加熱燈絲 9.布氏窗 10.磁場 11.儲氣瓶 12.電磁真空充氣閥 13.鎮(zhèn)氣瓶 14.波紋管 15.氣壓檢測器 氬離子激光器的諧振腔由兩個鍍有多層介質(zhì)膜的反射鏡組成。全反端17層，反射率達(dá)99以上，輸出端鍍5層，透射率12（514

27、.5nm）,14%(488nm)。為了提高氬離子激光器輸出功率和壽命，還需加上幾百到一千高斯的軸向磁場。通常由套在放電管外面的螺管線圈產(chǎn)生。圖(5-14) 分段石墨結(jié)構(gòu)Ar+激光器示意圖第三十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二、 Ar激光器的激發(fā)機(jī)理 Ar激光器與激光輻射有關(guān)的能級結(jié)構(gòu)如圖(5-15)所示 Ar+激光器的激活粒子是Ar+， Ar+激光器的激發(fā)過程分兩步進(jìn)行：通過氣體放電，將氬原子Ar電離,再通過放電激勵將Ar+激發(fā)到激光上能級 圖（5-15）為Ar+離子與激光產(chǎn)生過程有關(guān)的能級圖。中性Ar原子在放電過程中，與快速電子碰撞后電離,形成處在基態(tài)3P5上的Ar+離子。該基態(tài)Ar+離子再與高速電子碰撞，被激發(fā)到高能態(tài)。當(dāng)激光上下能級間生產(chǎn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時，即可生產(chǎn)激光。第三十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月33激光躍遷上能級(3P44P)粒子的積聚主要通過三種途徑實(shí)現(xiàn):(2)基態(tài)Ar+與電子碰撞后躍遷至高于3P44P的其他能級,再通過級聯(lián)輻射躍遷至3P44P能級;(3)基態(tài)Ar+和電子碰撞躍遷至低于3P44P 的亞穩(wěn)態(tài)能級后再次與電子碰撞并躍遷至3P44P 能級。(1)基態(tài)Ar+與電子碰撞后直接躍遷到3P44P能級;3P44P第三十四張