氦氖激光管的配气

实验名称：He-Ne激光器放电条件的研究实验学时：16学时（分两次作）实验目的：1、给He-Ne激光器配气；2、观测放电条件对激光输出功率的影响。

通过对He-Ne激光器的配气和输出功率的测量过程，进一步了解He-Ne激光器的工作原理和放电条件对激光输出功率的影响；3、进一步熟悉真空的获得、测量和充气技术。

实验仪器：内腔式He-Ne激光器、配气装置、U型管压力计、真空系统（机械泵、扩散泵、电离规等）、功率计。

由机械泵、扩散泵、工作物质气体储气瓶、真空管路、以及U型液体压强计等构成的真空系统，复合真空计，光电检流计和实验待测250mmHe-Ne激光管。

实验原理：激光器的基本结构包括三部分：工作物质、光学谐振腔和激励能源。

要形成激光，第一，必须利用激励能源使工作物质激活，即使工作物质内部的电子在某些能级之间实现粒子数的反转分布。

在He-Ne激光器中，粒子数反转是通过气体放电来实现的。

第二，必须满足产生激光的阈值条件，即要使光在谐振腔中来回一次在激活介质中获得的增益，足以补偿由各种因素所导致的光的损耗。

引言气体激光器的种类很多，He-Ne气体激光器是目前应用最广泛的气体激光器。

由于它的发散角小、单色性和方向性极好、稳定性高，故在准直、计量、全息、检测、导向、信息处理、医疗等技术中得到了广泛的应用。

但He-Ne气体激光器的输出功率较小，He-Ne气体激光器的输出功率只有1100mW，最常用的25cm的激光管，放电电流为5mA,高压为1500V，输出功率为1.5mW，效率仅为0.02％。

制作He-Ne气体激光器时，为了在有限的腔长内，尽可能获得较大的功率输出，要选择最佳的放电条件。

所谓最佳放电条件是指一定管径和管长的He-Ne气体激光器在适当的总气压、气体配比和放电电流下运转，以获得最大功率的激光输出。

1 He-Ne气体激光器工作原理1.1 He-Ne气体激光器工作物质能级的特点He-Ne气体激光器是充有He和Ne混合气体的器件，其中产生激光跃迁的是Ne气，He是辅助气体，其作用是提高Ne原子的泵浦速率。

He-Ne激光器最佳放电条件【摘要】本次实验是利用真空系统，通过研究He-Ne激光器的总气压，He、Ne的配气比和激光的放电电流对激光器的输出功率的影响从而寻找激光器的最佳放电条件。

实验中发现随着总气压，He、Ne的配气比和激光的放电电流的改变，激光的输出功率有一个极大值。

在实验数据中得到激光器在总气压为353Pa，P He:P Ne = 5.5：1，放电电流I = 7.5mA时，输出功率达到一个最大值3.95mW。

关键词：He-Ne激光器，总压强，放电电流，配气比一、引言He-Ne激光器是一种用途极为广泛的光学器件，是以He、Ne混和气体为工作物质，采用放电激励的工作方式产生一定工作频率的激光器。

其输出功率与放电条件（如气体的配气比、气体总压强、放电电流等）有密切的关系。

而研究He-Ne激光器的最佳放电条件对于制作和使用激光器来说是十分重要的。

本实验主要研究气体总压强和工作电流对He-Ne激光器的输出功率的影响，从而寻找最佳的放电条件。

二、实验原理：1、内腔式He-Ne激光器的结构图一、内腔式He-Ne激光器的结构其结构如图一所示，激光器由谐振管和放电管组成。

谐振腔由两个反射镜构成，放电管中央是毛细管，是对激光产生放大的区域。

光在其中传播一个单程的增益为G(ν)·l。

而G(ν)反比于毛细管的直径d，但是激光管不能做的太细，否则会增大光衍射的损耗并且限制输出总功率。

毛细管外较粗的管子为储气管，其直径通常为2～5cm 。

储气管与毛细管的气路是相通的，主要用于稳定毛细管内部的工作气压，稳定激光的输出功率和延长其寿命。

由于工作电压很高（一般在4000~8000V ），会引起离子撞击电极材料，尤其是正离子引起的阴极材料的溅射和蒸发会使工作气体压强不断减小，污染谐振腔的反射镜，降低其反射率，所以一般选溅射较弱的Al 作阴极。

2、放电条件对激光输出功率的影响（1）总气压由于自由程与总气压成反比，所以总气压降低时电子的自由程λ增大，电子动能增加，利于粒子数反转，但是如果总气压太小，会使原子数密度降低，总的反转的粒子数减少，这样激光器输出的总功率就降低了。

JGQ-250型氦氖激光器一、科学技术原理氦-氖激光管：这是一种原子型气体激光管。

结构如图2所示。

玻璃管M内封有按一定比例（如5:1）混合的氦、氖气体，气压约为1-10毫米汞柱。

氦－氖激光器通过将加速后的电子与氦原子碰撞，使氦原子获得能量。

氦原子通过碰撞又将能量传给氖原子，氖原子获得能量后从基态激发到高能级去。

被激发到高能级后的粒子，力图回到基态上去，与此同时放出激发时所吸收的能量。

原子在特定的两能级间跃迁，辐射的光子频率是固定的。

再通过光学共振腔加强激光的强度，形成激光束。

二、关键技术内涵1.能实现粒子数反转的工作物质：2.光泵：把处于低能级的原子激发到亚稳态的高能级，从而实现粒子数反转。

3. 氦--氖激光管：⑴电极D1、D2放电时，从阴极逸出的电子在电场中加速获得一定动能。

电子与氦原子碰撞并将氦原子激发到21S0、23S1，此两能级寿命长容易积累粒子。

在放电管中这两个能级上的氦原子数是比较多的。

⑵这些氦原子的能量又分别与处于3S和2S态的氖原子的能量相近。

处于21S0、23S1能级的氦原子与基态氖原子碰撞后，很容易将能量传递给氖原子，使它们从基态跃迁到3S和2S态，这一过程称能量共振转移。

激发态的氖原子会自发回到基态，同时将多余的能量转化成光子辐射出去。

⑶实际输出的能量并不大，射到某个点（如衍射用的小孔）上的光能就更少了，不能满足实验需要。

因此运用共振腔来增强其能量。

共振腔的两端各有一个反射镜J1、J2。

两镜平行度很高，反射率也很高。

受激辐射的红光与共振腔同轴的部分就在其中反射。

共振腔的长度做成使某种波长增益而使其它波长衰减。

J1、J2两镜反射率略有不同，如J1为98％，J2为100％。

有一部分光会透过J1输出。

同时，由不断进行的光辐射给共振腔补充能量。

当这种补充与损耗（包括输出和反射损耗等）平衡时，管子的J1端就会稳定、连续地输出束状单色光。

由于共振腔内径很小，所以射出的光束很细。

三、主要构成部分及其作用1. 氦氖激光器包括：升压电路，氦--氖激光管，调档器2.各部分的功能：●氦--氖激光管:加速电子与氦气碰撞并将其能量传给氦气，氦气再将其能量传给氖气，高能级的氖气回到基态放射出能量。

氦氖激光原理氦氖激光是一种常见的气体激光，具有单色性好、光束质量高等优点，因此在科研、医疗、工业等领域有着广泛的应用。

那么，氦氖激光是如何产生的呢？接下来我们就来了解一下氦氖激光的原理。

氦氖激光的原理主要是利用氦氖混合气体中的氦原子和氖原子在光激发下发生跃迁，从而产生激光。

具体来说，氦氖激光的原理包括以下几个步骤：首先，通过放电激发氦氖混合气体。

氦氖激光器中通常充入氦氖混合气体，当高压电场作用下，氦原子和氖原子会被激发到激发态，形成带正电的离子和自由电子。

这些带正电的离子和自由电子会与氦原子和氖原子碰撞，使得氦原子和氖原子的能级发生变化。

其次，发生跃迁。

在氦氖混合气体中，氦原子和氖原子在受激发后会发生跃迁，从高能级跃迁到低能级。

在这个过程中，氦原子和氖原子释放出光子，即产生激光。

由于氦氖混合气体中氦原子和氖原子的能级结构不同，因此产生的激光波长也不同，氦氖激光器可以产生多种波长的激光。

最后，通过光共振放大产生激光。

在氦氖激光器中，会通过光共振放大的过程增强激光的强度和单色性。

光共振放大是指激光在光腔中来回反射，与氦氖混合气体中的原子发生相互作用，从而增强激光的能量和强度。

总的来说，氦氖激光的原理是利用氦氖混合气体中的氦原子和氖原子在放电激发下发生跃迁，产生激光，再通过光共振放大增强激光的强度和单色性。

这种原理使得氦氖激光器成为一种重要的激光器件，在科研、医疗、工业等领域有着广泛的应用前景。

在实际应用中，氦氖激光器可以通过调节放电电流、改变光腔结构等方式来控制激光的输出功率、波长和光束质量，从而满足不同应用的需求。

同时，随着激光技术的不断发展，氦氖激光器的性能也在不断提升，使得其应用领域不断扩大，为人类的生产生活带来了诸多便利。

综上所述，氦氖激光的原理是基于氦氖混合气体中的原子在光激发下发生跃迁产生激光，再通过光共振放大增强激光的强度和单色性。

氦氖激光器具有单色性好、光束质量高等优点，因此在各个领域有着广泛的应用前景。

氦氖激光器工作原理氦氖激光器是一种常见的气体激光器，其工作原理基于氦氖气体在激发态和基态之间的能级跃迁而产生的激光。

在氦氖激光器中，氦气和氖气混合充填在一个管道中，通过电子激发和碰撞跃迁来产生激光。

下面我们将详细介绍氦氖激光器的工作原理。

首先，氦氖激光器中的氦气和氖气混合物被放置在一个长而窄的管道中。

当电流通过管道时，气体被激发到高能级，这些激发态的气体分子会发生碰撞跃迁，从而产生激光。

其次，激发态的氦原子会与氖原子发生碰撞跃迁，使得氖原子从高能级跃迁到低能级，释放出光子。

这些光子的频率和波长取决于氦氖激光器的设计和工作条件。

而后，这些光子在激光腔中来回反射，逐渐增强形成激光束。

激光束的特性取决于激光腔的设计和镜面的反射特性。

最后，当激光束达到一定的强度和稳定性时，就可以从输出镜中输出激光。

氦氖激光器产生的激光通常呈现出单色性和相对较高的方向性，适用于许多应用领域，如医学、通信、测量等。

总的来说，氦氖激光器的工作原理是基于氦氖气体的激发态和基态之间的能级跃迁，通过电子激发和碰撞跃迁产生激光。

通过精心设计激光腔和控制工作条件，可以获得稳定、高质量的激光输出，满足各种应用需求。

在实际应用中，氦氖激光器具有许多优点，如波长稳定、光束质量好、寿命长等，因此在医疗、科研、工业等领域得到了广泛应用。

同时，也需要注意氦氖激光器的工作环境和安全问题，以确保其稳定可靠地工作。

综上所述，氦氖激光器是一种常见的气体激光器，其工作原理基于氦氖气体的能级跃迁产生激光。

通过精心设计和控制，可以获得稳定、高质量的激光输出，满足各种应用需求。

在实际应用中，氦氖激光器具有广泛的应用前景和发展空间。

氦氖激光器工作原理及应用
氦氖激光器是一种气体离子激光器，主要由氦氖混合气体、电源和激光管组成。

其工作原理是在激光管内施加电压，使氦氖混合气体电离产生等离子体，等离子体的激发态在退激辐射的作用下释放出激光光子，形成激光束。

氦氖激光器的工作过程如下：
1. 氦氖混合气体被灌入激光管中，并被稳定的直流电源加热。

2. 电源施加高电压，产生强电场，使得气体离子化，形成等离子体。

3. 等离子体在电场的作用下，发生电子碰撞激发，产生高能态的氦氖分子。

4. 高能态的氦氖分子在退激辐射的作用下，释放出激光光子，形成激光束。

氦氖激光器具有以下特点：
1. 波长较长：氦氖激光器的工作波长多为可见光波段中的红光波长，主要为63
2.8纳米。

2. 单色性好：激光输出的光波几乎是单色的，波长分布很窄。

3. 相干性强：激光束相干度高，能够形成明亮的干涉条纹。

4. 输出功率稳定：在适当的工作条件下，氦氖激光器的输出功率相对稳定。

氦氖激光器主要应用于以下领域：
1. 科学研究：氦氖激光器可以为实验研究提供高质量的激光光源，用于干涉、衍射、光谱分析等实验。

2. 工业加工：氦氖激光器可以用于绘图、切割、雕刻等精细加
工领域，特别适用于对非金属材料的加工。

3. 医学美容：氦氖激光器可以用于皮肤除皱、血管病变治疗、红斑痤疮等美容治疗。

4. 教育展示：氦氖激光器具有光线明亮、颜色鲜艳的特点，常被用于教育展示、科普教育等。

总的来说，氦氖激光器通过气体离子化和电子碰撞激发的过程产生激光光子，具有波长较长、单色性好和相干性强等特点，广泛应用于科学研究、工业加工、医学美容和教育展示等领域。

氦氖激光器的使用方法及注意事项1. 氦氖激光器的基本原理氦氖激光器是一种常见的气体激光器，其工作原理是通过电子在氦氖混合气体中的碰撞激发，使氖原子处于激发态，然后通过受激辐射产生激光。

具体来说，氦氖激光器由一个装有氦氖混合气体的放电管和两个镜子组成。

当高压电场施加在放电管上时，氦氖混合气体中的电子被激发，从而使得氖原子从基态跃迁到激发态，然后通过受激辐射产生激光。

其中，一个镜子是半反射镜，用于产生激光输出，另一个镜子是全反射镜，用于反射光线，使其在放电管中来回多次传播，以增加激光的放大效果。

2. 氦氖激光器的使用方法2.1 准备工作在使用氦氖激光器之前，首先需要确保设备的工作环境干燥、清洁，并保证电源供应稳定。

同时，还需要检查激光器的冷却系统是否正常运行，以防止激光器过热。

2.2 开启激光器为了开启氦氖激光器，需要按照以下步骤进行操作：- 首先，将激光器连接到稳定的电源，并确保电源开关处于关闭状态。

- 其次，检查激光器的冷却系统，确保冷却水的供应充足，并打开冷却系统的阀门。

- 然后，将激光器的电源开关调至打开状态，待激光器预热一段时间后，即可进行下一步操作。

2.3 调整激光器参数在使用氦氖激光器时，需要根据具体需求调整激光器的参数，如功率、频率等。

这些参数的调整可以通过激光器控制面板上的按钮或旋钮进行操作。

在调整参数时，需要根据实际需求进行适当的试验和调整，以达到最佳的激光输出效果。

2.4 使用激光器当激光器的参数调整完毕后，即可开始使用激光器进行实验或应用。

在使用激光器时，需要遵循以下注意事项：- 避免直接暴露于激光束下，以免对眼睛造成伤害，应佩戴适当的激光防护眼镜。

- 在操作激光器时，应保持设备和周围环境的干燥、清洁，避免激光器受到灰尘或水分的影响。

- 在激光器工作期间，应定期检查激光器的运行状态，如激光输出功率、激光束质量等，如有异常情况应及时处理。

3. 注意事项3.1 安全使用氦氖激光器属于激光器中的一种，因此在使用时应严格遵守相关的安全规定。