7
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
原子气体激光器：
产生激光作用的是没有电离的气体原子，所采用的气 体主要是几种惰性气体（如氦、氖、氩、氪、氙等）， 有时也可采用某些金属原子（如铜、锌、镉、铯、汞 等）蒸汽，或其他元素原子气体等。原子气体激光器 的典型代表是氦一氖气体激光器。
8
物理与电子工程学院
10
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
气体激光器的激励方式
气体放电：在高电压作用下，气体分子（或原子）发生 电离而导电。
直流连续放电（辉光放电：高电压小电流，如HeNe,CO2； 弧光放电：小电压大电流，如Ar+）
高频放电(射频气体放电) 脉冲放电（如准分子激光器，脉冲辉光放电和脉冲
弧光放电；直流脉冲放电和脉冲交流放电；短脉冲 放电和长脉冲放电）
15
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
He－Ne激光器由于增益低，谐振腔一般用平凹腔，平面镜 为输出端，透过率约1%～2％，凹面镜为全反射镜。
按谐振腔与放电管的放置方式不同可分内腔式、外腔 式和半内腔式。
16
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
内腔式:优点是使用时不必进行调整，非常方便，阴极与毛细管同 轴放置，其结构紧凑、不易碎裂，安装方便。 缺点是在工作过程
第二是电子直接碰撞激发。在气体放电过程中，基态Ne 原子与具有一定动能的电子进行非弹性碰撞，直接被激发 到2S和3S态，与共振转移相比，这种过程激发的速率要 小得多。
第三是串级跃迁，Ne与电子碰撞被激发到更高能态，然 后再跃迁到2S和3S态，与前述两过程相比，此过程贡献 最小。
11
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
工作物质被激发的过程和类型
第一类非弹性碰撞：快速电子于气体粒子碰撞：
A＋e(快速)
A﹡＋e(慢)
A＋e(快速)
A＋＋e(慢)
第二类非弹性碰撞：共振能量转移、电荷转移和潘宁效应
共振能量转移： A﹡ ＋B
A ＋B﹡＋△E
电荷转移： A＋ ＋B
A ＋B＋﹡ ＋△E
《激光原理与技术》
18
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
三、He—Ne激光器的激发过程
在He—Ne激光器中，实现粒子数反转的主要激发过程如 下：
第一是共振转移。由能级图可见，He原子的21S0、23S1 态分别与Ne原子的3S、2S态靠得很近，二者很容易进行 能量转移，并且转移几率很高，可达95%
物理与电子工程学院
按化学组成分 原子激光器 分子激光器 离子激光器 自由电子激光器 准分子激光器 (p102)
《激光原理与技术》
3
物理与电子工程学院
按激光运转方式分 连续 脉冲 单脉冲 重复频率 准连续
《激光原理与技术》
4
物理与电子工程学院
按激光调制方式分 自由运转 调Q 锁模 稳频 可调谐
13
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
He-Ne激光器－－三个部分组成
能实现粒子数反转的工作物质(He-Ne气体)： 激励能源：高压放电后，电子撞击工作物质而实现粒子数
反转 光学谐振腔：（凹）反射率接近100％，即完全反射，另
一个（平）反射率约为98％
14
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
《激光原理与技术》
5
物理与电子工程学院
按谐振腔类型分 平面腔 球面腔
《激光原理与技术》
6
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
§ 3.2 气体激光器 3.2.1 气体放电激励基础
工作物质：气体； 特点：工作物质数目最多、激励方式最多样化、激光发射
波长分布区域最广
分类：原子气体、分子气体和电离化离子气体，分别称为 原子气体激光器、分子气体激光器和离子气体激光器。
潘宁效应： A﹡ ＋B
A ＋ B＋﹡ ＋△E
12
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
3.2.2 He-Ne激光器
气体原子激光器 输出谱线：632.8nm，1.15um，3.39um等，以632.8nm
为最常见。 功率在mW级，最大1W 光束质量好，发散角可小于1mrad 单色性好，带宽<20Hz 稳定性高 应用很广泛：测量，激光照排，激光治疗
中放电管受热变形时,谐振腔反射镜会偏离相互平行位置，造成器 件损耗增加，输出下降。稳定性,阴极溅射物质污染窗片,寿命低
外腔式:优点:谐振腔反射镜与放电管是分离，可增加储气量。线
偏振的激光.缺点：反射镜与放电管相分离，相对位置易改变，需
要调整，使用不方便. 体积大，安装不方便，易破碎。
17
物理与电子工程学院Leabharlann 一、He－Ne激光器的结构
由激光管和激光电源组成。激光管由放电管、电极和光学 谐振腔组成。
放电管是心脏，是产生激光的地方。放电管通常由毛细管 和贮气室构成。
放电管中充入He:Ne=5:1—10:1，当电极加上高电压后，
粒子数反转。贮气室
气体放电使氖原子受激，产生
He－Ne激光管的阳极一般用钨棒制成，阴极多用电子发 射率高和溅射率小的铝及其合金制成。
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
第三章 典型激光器 §3.1 概述
3.1.2 激光器基本结构
（第三章）
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
3.1.2 激光器分类
按激光工作物质分 气体激光器 固体激光器 液体激光器（代表染料激光器） 半导体激光器（LD） 光纤激光器 化学激光器 自由电子激光器 X射线激光器
《激光原理与技术》
分子气体激光器：
产生激光作用的是没有电离的气体分子，所采用的 主要分子气体工作物质有CO2、CO、N2、H2、HF 和水蒸气等。分子气体激光器的典型代表是二氧化 碳（CO2）激光器的氮分子（N2）激光器。
9
物理与电子工程学院
《激光原理与技术》
离子气体激光器：
是利用电离化的气体离子产生激光作用，主要的 有惰性气体离子和金属蒸汽离子，这方面的代表 型器件是氩离子（Ar+）激光器、氪离子（Kr+） 激光器以及氦一镉离子激光器等。
二、氦和氖原子的能级图
He原子有两个电子，基 态:1S0,He受激时，一个 电子从1S激发到2S，成 为激发态。 He原子有 两个亚稳态能级，分别 记为23S1、21S0。
Ne原子有10个电子，基 态1S:212SS02；2P电6,子激分发布态:1S、 2S、3S、2P、3P等， 它们对应的外层电子组 态分别为2P53s、2P54s、 2P5S5、2P53P、2P54P。