Гелий-неоновый лазер представляет собой газовый лазер с активной средой, которая представляет собой смесь гелия и неона.
Гелий-неоновый лазер широко используется в лабораторных исследованиях и оптике. Излучаемый свет имеет длину волны $632,8$ нм, которая расположена в красной части видимого спектра. Доля гелия и неона в рабочей смеси составляет отношение $10:1$, и смесь закрыта в стеклянной трубке при низком давлении (обычно около $300$ Па). Энергия, необходимая для воспламенения электрического разряда была получена при подаче напряжения около $1000$ вольт на два электрода, расположенных на концах трубы, с получением газового разряда.
Гелий-неоновый лазер компактен, с типичным размером для резонатора от $15$ см до $0,5$ м, выход их мощности в диапазоне от $1$ до $100$ мВт.
История развития
Первые лазеры $He^- Ne$ излучали свет при $1,15$ мкм, в инфракрасном спектре, и были первыми газовыми лазерами. Тем не менее, на лазер, который работает при видимом диапазоне, был намного больший спрос, а также ряд других неоновых переходов были исследованы, чтобы определить те, в которых инверсия электронных населенностей может быть достигнута. Поскольку видимые переходы имеют несколько меньший коэффициент усиления, такие лазеры, как правило, имеют более низкую эффективность вывода и являются более дорогостоящими. Переход $3,39$ мкм имеет очень высокий коэффициент усиления, но не может использоваться в обычном лазере, так как полость и зеркала теряют данные на этой длине волны. Однако в лазерах с высокой мощностью, имеющих особенно длинную полость, суперлюминесценция на $3,39$ мкм может стать помехой, и будет отнимать энергию от вынужденного излучения среды, что часто требует дополнительного подавления.
Наиболее известным и наиболее широко используемый гелий - неоновый лазер работает на длине волны $632,8$ нм, в красной части видимого спектра. Он был разработан в «Лаборатории Белла» в $1962$ году.
Строительство и эксплуатация
Усиливающую среду лазера, как это было определено из его названия, представляет собой смесь газов гелия и неона, примерно в соотношении $10:1$, и содержится при низком давлении в стеклянной оболочке. Газовая смесь, в основном состоит из гелия, потому что атомы гелия могут возбуждаться. Возбужденные атомы гелия сталкиваются с атомами неона, захватывая некоторые из них в состоянии, которое излучает $632,8$ нм. Без гелия, атомы неона будут возбуждаться в основном для снижения возбужденных состояний. Таким образом, гелий - неоновый лазер, который потерял достаточно своего гелия (например, за счет диффузии через уплотнение или стекло) потеряет свою лазерную функциональность, поскольку эффективность накачки будет слишком низкой. Оптический резонатор лазера обычно состоит из двух вогнутых зеркал или одной плоскости и одного вогнутого зеркала, одна из которых содержит очень высокой (как правило, $99,9\%$) коэффициент отражения.
- Длины волн, стимулированных мод излучения лежат в пределах примерно от $0,001$ нм выше или ниже этой величины, а длины волн этих режимов сдвига в пределах этого диапазона из-за теплового расширения и сжатия полости.
- Полоса частот, в которой лазер сохраняет эффект усиления излучения довольно узок - около $1,5$ ГГц, что обусловлено наличием эффекта Доплера. Это свойство определяет гелий-неоновый лазер в качестве соответствующих источников излучения в голографии, спектроскопии, а также в устройствах для считывания штрихкодов – сканер штрихкода.
Применение
Гелий - неоновые лазеры имеют много промышленных и научных целей. Они широко используются в лабораторных демонстрациях в области оптики из-за их относительно низкой стоимости и легкости в эксплуатации по сравнению с другими видами лазеров, производящих лучи аналогичного качества с точки зрения пространственной когерентности и длины когерентности. Также лазер используется в устройстве для чтения оптического диска.
