[其他]低损耗氦氖激光器

说明书

本发明属于激光器件与技术领域。

氦氖（He-Ne）激光器是一种常用的小功率激光器件，在全息、计量、准直、声成象技术以及医学和科学实验的研究中得到广泛应用。一般的He-Ne激光器是采用双层玻壳的同轴型结构，内层为毛细管型，毛细管的管径长度对输出功率有决定性的影响。要获得一定功率的激光输出，必须选用一定管径和长度的毛细管。因此激光器的击穿电压比较高，放电管损耗大、效率低。1980年3月天津市激光技术研究所发明出一种新结构同轴型气体激光器〔1〕，可使He-Ne激光器的击穿电压降低。但这种新结构激光器的放电管比较复杂，采用三层玻管结构，玻壳加工困难，而且激光管放电不易稳定，阴极溅射较大，易使激光管受到污染。

本发明的目的在于采用普通的He-Ne激光器结构，除了在放电管内充入He-Ne气体外，还充入少量的低电离电位杂质气体，利用产生的潘宁效应，使He-Ne激光器的损耗降低，击穿电压降低。

本发明的特点在于采用现有的He-Ne激光器结构，在激光管内充有少量的低电离电位杂质气体，如氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等气体，利用气体放电中的潘宁效应来降低击穿电压和降低损耗。我们采用Ar气作为辅助气体来说明气体产生的潘宁过程：

其中H^＊_e、N^＊_e为激发态原子，其激发电位大于Ar原子的电离电位，通过与Ar原子碰撞，将激发能传于Ar原子，使之产生电离。

由此可见，在满足潘宁过程的混合气体中，在一定的电场空间的电离系数应增大为：α＝α₁+α₂;其中α₁为电子碰撞电离系数，α₂为潘宁碰撞电离系数。

潘宁电离系数除与两种气体性质有关，还与它们的分压比有关。例如：Ar气压较高，相对来说He-Ne气压较低，同时，等离子体电子温度也较低;反之，如果Ar太少，潘宁碰撞也随之大大减少，使其效应不显著。由潘宁混合气体的击穿理化得知，混合气体的击穿电压随主气体与辅助气体的气压比而变化。Ar气压与He-Ne气压比为0.1%左右，即0.05%～0.4%之间时，混合气体的击穿电压下降最低。由此可见，极少量的辅助气体对混合气体的击穿电压有明显影响。我们在实际的He-Ne激光器中加入的Ar气体在0.05～0.4%时，激光器的其它参量影响极小，同时达到降低He-Ne激光器击穿电压和降低损耗的目的。

本发明的He-Ne激光器效果在于损耗低、效率高，一次击穿后放电即可稳定，消除了普通He-Ne激光器存在的张弛振荡，使激光输出稳定。同时还具有工作电流小、管压降小等优点，可使放电管的阴极溅射大大减小，管内污染降低，从而提高激光管的工作稳定性。由于本发明的激光管击穿电压低，因此提供激光管的电源也可随之减小，而且重量轻、体积小、节省能源便于推广应用。本发明和普通的He-Ne激光器一样，可广泛用于全息、准直、计量、声成象、医学和科学实验等各个领域。

图1为本发明的激光器结构示意图。

实施例：

由图1所知，本发明的激光器采用普通的He-Ne激光器结构，图中（K）为园筒型阴极，选用纯铝片作材料;（A）为钨杆阳极，（R₁）和（R₂）为多层介质膜反射镜，组成共振腔;两片反射镜之间是放电管（C），内层毛细管为（M）。我们实取腔长为250mm，毛细管内径为1.2mm，充气过程为：在激光管内先充入占总气压之比为0.05%～0.4%之间的Ar气，然后再充入7∶1的He-Ne混合气体。采用这种结构和气体充入量，经实验可一次出光并达到放电稳定，有些参量可得到明显改善，如击穿电压现降到2800伏，比原先激光器降低1/3左右;管压降现降到1100伏，比原先激光器降低约500伏左右，现放电电流降为3mA，该参量也有较大改善。此外，本发明可达到原有He-Ne激光器的输出功率。

参考文献：

〔1〕高全生等“对激光管着火电压降低的实验探讨”，《中国激光》1982年第10卷第1期。