【Thorlabs教程】氦氖激光器

1. 概述
2. 氦氖线宽
3. 氦氖能级
4. 应用

概述

氦氖激光器是一种小型气体激光器，广泛用于工业和科研中。Thorlabs的红光氦氖激光器产品线提供从0.8到22.5 mW的稳定功率和基膜高斯光束，可选线偏振或随机偏振。

 氦氖激光器的增益介质是以低压密封在玻璃管中的氦氖混合气体，两者比例在5:1到20:1之间，而激发源是是玻璃管两端电极的高压放电。激光谐振腔的一端是一个高反射率平面反射镜，另一端是透过率约为1%的凹面反射镜。氦氖激光器一般比较小，其腔长范围约为15 cm到0.5 m。

氦氖线宽

红光氦氖激光在空气中的波长是632.816  nm。实际上，波长增益曲线包括在一定范围内振荡的多个纵模。氦氖激光器的线宽与应用有关。氦氖激光器的轴向模式结构使用模式数量、自由光谱范围(FSR)和多普勒宽度等参数表征，如下图所示。单个轴向模式的线宽通常很小，约kHz级别，而且决定因素主要是外部因素和测量时间尺度，而不是基本激光参数。在大多数干涉应用中，最相关的参数是由相距最远的轴向模式决定的相干长度。红光氦氖激光器的相干长度约为30 cm。

氦氖能级

氦氖激光器中的激发过程始于放电时电子与氦原子的碰撞，使氦原子从基态激发到亚稳态。受激的氦原子和基态氖原子碰撞产生受激的氖电子。进入激发态的氖原子数累积直到实现粒子数反转。能态之间的自发辐射和受激辐射产生632.82 nm和其它波长，如下图所示。电子迅速衰减到基态。因为氖的高能级在更高电流时饱和，较低能级随电流线性变化，所以氦氖激光器的输出功率是受限的。

通过使用合适的反射镜和腔长，可以增强其它波长的激光，比如3.39µm和1.15 µm红外波长和其它可见波长，包括543.365 nm绿光、593.932 nm黄光、604.613 nm黄橙光和611.802 nm橙光。

应用

氦氖激光器结构相对简单，广泛用于多种应用中，比如光学干涉(精确测量距离和平整度等)、激光打印、全息以及各种指向和对准应用。