[发明专利]一种利用Kr-Xe混合气体产生激光的激光器和方法

说明书

本发明包括一种产生激光的Kr‑Xe混合气体以及以Kr‑Xe混合气体作为激光增益介质产生激光的方法和激光器，其工作介质为Kr和Xe混合气体。Kr‑Xe激光器的工作方式为：放电产生大量的Kr的亚稳态5s[3/2]₂原子，通过Kr的5s[3/2]₂原子和基态的Xe原子碰撞传能，产生大量的Xe的6p[1/2]₀，5d[1/2]₁，6p[3/2]₂和6p[3/2]₁原子。而此时Xe的一些低激发能级的布居数接近0，所以很容易产生以6p[1/2]₀，5d[1/2]₁，6p[3/2]₂和6p[3/2]₁原子为上能级，低激发能级为下能级的粒子数反转，通过使用不同的谐振腔能够实现的不同波长的激光输出。

技术领域

本发明涉及一种产生激光的Kr-Xe混合气体，以及采用Kr-Xe混合气体作为介质产生激光的新方法和激光器，属于气体激光技术领域。

背景技术

自从1960年，梅曼等人做出世界上第一台红宝石激光器之后，激光的研究受到了广泛的关注。到目前为止，已经发展出了多种体系的激光器，诸如：He-Ne激光器，准分子激光器，CO₂激光器，Nd:YAG激光器等等。激光器的波长从紫外到红外都有覆盖。激光器的应用遍布于通讯、医疗、工业、计算机、材料、科研等众多领域。

激光技术发展至今，发展激光新体系仍然是一个热门的课题，这是因为不同波长的激光器在各个领域都有非常重要的应用，所以人们致力于寻找各种波长的新型激光体系。紫外激光在激光刻蚀领域有着不可或缺的作用，因为光的衍射极限的限制，为了实现在较小的芯片上刻蚀尽量多的晶体管，刻蚀所采用的激光必须采用尽量短的波长；近红外激光在医疗领域是一种非常重要的手术刀和止血手段，因为近红外激光具有一定的热效应，因此采用这种波长的激光作为手术刀可以准确快速地切除肿瘤和坏死的组织；中红外激光在工业和国防领域有着重要的应用，因为中红外的热效应非常强，所以在工业切割和焊接领域发挥着重要的应用，同时3-5μm中红外是一种重要的大气窗口，做出该波段高功率的中红外激光器在国防领域意义重大。

如果能发展一种可以输出多种波长的激光新体系，那么这种激光体系必定非常实用。我们常见的商业Nd:YAG激光器能够输出三种波长(355nm；532nm；1064nm)，它采用的手段是倍频和合频，这种方式必然会导致一定的能量损失。

发明内容

本发明提供了产生激光的Kr-Xe混合气体，以及以Kr-Xe混合气体作为增益介质产生激光的激光器和方法，通过选择不同的谐振腔输出不同波长的激光，在实际的操作中仅仅只需要更换谐振腔的输出耦合镜就可以实现不同波长的激光输出，而且输出波长从近红外到中红外都有覆盖。

本发明一方面提供了一种产生激光的混合气体，所述的混合气体为Kr和Xe的混合气体。

根据以上的技术方案，作为优选，混合气体采用较多的Kr和较少的Xe，混合气体的总压强为0.5–500Torr，p_Kr:p_Xe的范围为4:1–15:1。

另一方面，本发明提供了一种以Kr-Xe混合气体作为增益介质的气体激光器，所述激光器包括盛装混合气体的池子、放电装置和光学谐振腔。

根据上述技术方案，作为优选，所述的光学谐振腔包括：输出耦合镜、激光增益介质和反射镜，激光增益介质置于输出耦合镜和反射镜之间。

根据上述技术方案，作为优选，放电装置包括阳极和阴极，所述的阳极和阴极放置于盛装混合气体的池子里，在阳极和阴极之间加电压，对池子里面的混合气体放电产生有效的激光增益介质，放电电压为500–5000V，电流为1–100mA，输出耦合镜、增益介质和反射镜构成激光谐振腔，光能够在这个谐振腔里面不断放大，最后输出激光。