Гелий-Неоновый лазер (He-Ne-лазер) – небольшой инструмент широкого применения в научных исследованиях. Эти лазеры в основном используются на длине волны 632,8 нм в красном диапазоне видимого спектра. Линия красных гелий-неоновых лазеров от Thorlabs имеет стабильные выходные мощности от 0,5 до 35 мВт, в основе используется гауссов луч. В зависимости от выбранной модели выходной луч будет либо линейно поляризован, либо поляризован случайным образом, либо неполяризован.
Активная среда He-Ne-лазера представляет собой смесь двух газов, гелия и неона, в соотношении 5: 1, она поддерживается при низком давлении в герметичной стеклянной трубке. Источником возбуждения для этих лазеров является высоковольтный электрический разряд, поступающий через анод и катод (расположены на каждом конце стеклянной трубки). Оптическая полость лазера состоит из плоского отражающего зеркала на одном конце излучающей трубки и вогнутого выходного соединительного зеркала с однопроцентным пропусканием на другом конце (см. рисунок 1). Длина полости компактного лазера варьируется от 15 см до 0,5 м.
Основные характеристики He-Ne лазера представлены в таблице 1.
Поляризация
Неполяризованный (случайно поляризованный) пучок
Выходное излучение He-Ne-лазера - флуктуирующий линейно поляризованный пучок, направление поляризации которого изменяется за наносекунды. Неполяризованные лазеры идеально подходят для экспериментов, где нет поляризующих элементов. В зависимости от продолжительности опыта возможны большие колебания мощности.
Поляризованный пучок
Форма поляризованного излучения He-Ne-лазера – линейная, благодаря чему эти устройства и становятся идеальными инструментами для проведения экспериментов, где имеет значение форма поляризации.
Ширина линии генерации в He-Ne-лазерах
He-Ne-лазер красного цвета в воздухе излучает длину волны 632,816 нм. Зачастую принимается 632 нм ии 633 нм. Кривая усиления длины волны лазера He-Ne состоит из нескольких продольных мод, колеблющихся в пределах диапазона из-за теплового расширения рабочей области и других внешних факторов.
Ширина линии лазера He-Ne зависит от требований к эксперименту. Структура осевой моды He-Ne-лазера характеризуется числом мод, областью свободной дисперсии (FSR) и доплеровской шириной линии (см. рисунок ниже). Ширина линии отдельных осевых мод обычно мала (~ кГц) и в основном зависит от внешних условий и интервала измерения, а не от параметров лазера. В большинстве задач интерферометрии наиболее важным параметром является длина когерентности, которая определяется наиболее удаленными продольными модами. Для красного He-Ne-лазера длина когерентности составляет приблизительно 30 см.
Энергетические уровни He-Ne-лазера
Генерация излучения в He-Ne-лазере начинается с соударения электронов и электрических разрядов с атомами гелия в газе. Это переводит атомы гелия из основного состояния в метастабильное, в котором он может находиться долгое время. Атомы гелия сталкиваются с атомами неона (в основном состоянии), переводя неон в возбужденное состояние. Число атомов неона, входящих в возбужденные состояния, накапливается до тех пор, пока не будет достигнута инверсия населенности. Спонтанное и стимулированное излучение между состояниями и производит излучение длиной волны 632,82 нм наряду с другими длинами волн излучения (см. рисунок). Из этих состояний электроны быстро возвращаются в основное состояние. Выходная мощность лазера He-Ne ограничена, поскольку на высшем уровне неон насыщается большим током, а нижний уровень линейно изменяется.
Полость может быть спроектирована так, чтобы пропускать другие длины волн лазерного излучения. Есть инфракрасные переходы при длинах волн 3,39 мкм и 1,15 мкм, различные видимые переходы, включая зеленый (543,365 нм), желтый (593,932 нм), желто-оранжевый (604,613 нм) и оранжевый (611,802 нм)(см. рисунок 3). Обычный красный выходной пучок длиной волны 632,8 нм для He-Ne-лазера имеет гораздо более низкий коэффициент усиления по сравнению с другими длинами волн.
Области применения
Окружающая среда
Внешние условия важны при работе лазера: например, запыление оптики приводит к снижению выходной мощности, а из-за вибраций можно пучки могут быть нестабильны. Правильная установка оборудования на оптическом столе поможет уменьшить влияние внешних колебаний. Если среда, в которой используется лазер, зависит от температуры, выходная мощность может сильно изменяться. He-Ne-лазер менее чувствителен к изменениям, вызванным обратными отражениями, большие ретро-отражения в лазере могут вызвать непредсказуемые изменения мощности. Изолятор свободного пространства может использоваться для уменьшения или устранения этих эффектов. Однако такая линия He-Ne-лазеров не подойдет для анализа или эксперимента, где требуется одна частота или большая длина когерентности.
© Thorlabs Inc.
Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Thorlabs на территории РФ
В статье описан метод генерации суперконтинуума, расширенного в видимый диапазон. За счет четырехволнового смешения накачка 1064 нм создает антистоксовы и стоксовы компоненты на 831 нм и 1478 нм. Фазовый синхронизм обеспечивается благодаря микроструктурированному мультимодальному волокну особой конструкции.
В статье описывается усовершенствование метода лазерно-водоструйной обработки: добавление коаксиально-кольцевой аргоновой струи, мгновенно очищающей отверстие от образующегося осадка. Таким образом сохраняется высокий объем абляции при создании глубоких отверстий в сложно обрабатываемых материалах.
г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3
