【Thorlabs教程】氦氖激光器

1. 概述
2. 氦氖線寬
3. 氦氖能級
4. 應用

概述

氦氖激光器是一種小型氣體激光器，廣泛用于工業和科研中。Thorlabs的紅光氦氖激光器產品線提供從0.8到22.5 mW的穩定功率和基膜高斯光束，可選線偏振或隨機偏振。

?氦氖激光器的增益介質是以低壓密封在玻璃管中的氦氖混合氣體，兩者比例在5:1到20:1之間，而激發源是是玻璃管兩端電極的高壓放電。激光諧振腔的一端是一個高反射率平面反射鏡，另一端是透過率約為1%的凹面反射鏡。氦氖激光器一般比較小，其腔長范圍約為15 cm到0.5 m。

氦氖線寬

紅光氦氖激光在空氣中的波長是632.816 ?nm。實際上，波長增益曲線包括在一定范圍內振蕩的多個縱模。氦氖激光器的線寬與應用有關。氦氖激光器的軸向模式結構使用模式數量、自由光譜范圍(FSR)和多普勒寬度等參數表征，如下圖所示。單個軸向模式的線寬通常很小，約kHz級別，而且決定因素主要是外部因素和測量時間尺度，而不是基本激光參數。在大多數干涉應用中，最相關的參數是由相距最遠的軸向模式決定的相干長度。紅光氦氖激光器的相干長度約為30 cm。

氦氖能級

氦氖激光器中的激發過程始于放電時電子與氦原子的碰撞，使氦原子從基態激發到亞穩態。受激的氦原子和基態氖原子碰撞產生受激的氖電子。進入激發態的氖原子數累積直到實現粒子數反轉。能態之間的自發輻射和受激輻射產生632.82 nm和其它波長，如下圖所示。電子迅速衰減到基態。因為氖的高能級在更高電流時飽和，較低能級隨電流線性變化，所以氦氖激光器的輸出功率是受限的。

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通過使用合適的反射鏡和腔長，可以增強其它波長的激光，比如3.39μm和1.15 μm紅外波長和其它可見波長，包括543.365 nm綠光、593.932 nm黃光、604.613 nm黃橙光和611.802 nm橙光。?

應用

氦氖激光器結構相對簡單，廣泛用于多種應用中，比如光學干涉(精確測量距離和平整度等)、激光打印、全息以及各種指向和對準應用。