氦氣和氖氣都是稀有氣體中的成員,今天紐瑞德特種氣體的小編就為大家介紹一下稀有氣體“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手”的產(chǎn)物—氦-氖雷射!
說(shuō)道氦-氖雷射就先得為大家介紹一下什么是鐳射。鐳射其實(shí)就是英文單詞LASER的音譯,換個(gè)大家熟悉的名字也就是激光,鐳射是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞頭一個(gè)字母組成的縮寫詞。激光自被人類發(fā)明以后,就運(yùn)用于多個(gè)領(lǐng)域,例如激光加工系統(tǒng)(激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)等)、激光加工工藝(切割、焊接、表面處理等)、激光治療(激光手術(shù)等)。
那么氦-氖雷射又是怎么一回事呢?實(shí)際上He-Ne雷射中受激發(fā)射機(jī)制主要為Ne原子,而He原子則是利用碰撞的方式來(lái)激發(fā)Ne原子。
Ne為一惰性氣體,其基態(tài)電子組態(tài)為1s22s22p6,如果忽略最接近的1s與2s副軌域,則可將Ne基態(tài)電子組態(tài)簡(jiǎn)化成2p6。如果將2p軌域中的電子激發(fā)到5s軌域中,則激發(fā)態(tài)2p55s1的氖原子就成為具有較高的能量的原子;而氦原子也為一惰性氣體,因此同樣的,其基態(tài)的電子組態(tài)為1s2,當(dāng)電子由1s軌域激發(fā)到2s軌域的時(shí)候,就形成有較高能量的1s12s1的氦原子。 氦氖雷射結(jié)構(gòu)主要是將氦氖原子的混合氣體放在一個(gè)放電管中,此放電管的兩端為鏡面,作為受激發(fā)射的反射鏡以用來(lái)增強(qiáng)共振腔內(nèi)的強(qiáng)度。
換言之,由兩端鏡面所構(gòu)成之光腔能夠?qū)⒐庾臃瓷淙肜咨浣橘|(zhì)藉以增強(qiáng)共振腔內(nèi)之光子濃度。利用直流或射頻高電壓作用可在管內(nèi)產(chǎn)生放電現(xiàn)象,而這個(gè)放電現(xiàn)象可說(shuō)是He原子因漂移電子碰撞而形成激發(fā)狀態(tài),也就是He + e-à He* + e- ,其中He*為激發(fā)態(tài)的He原子。
激發(fā)的He原子與Ne原子碰撞時(shí),則Ne原子藉由共振能量轉(zhuǎn)移,并改變其電子組態(tài)來(lái)配合He*的電子組態(tài),因此在整個(gè)碰撞過(guò)程中,激發(fā)Ne原子而He*原子則因反激發(fā)而回到基態(tài),即He* + Neà He + Ne*,大量的He-Ne碰撞在氣體放電的條件下進(jìn)行,最后形成大量的激發(fā)態(tài)Ne*原子,并在能階中產(chǎn)生居量反轉(zhuǎn)。當(dāng)激發(fā)態(tài)的Ne*原子由5s回到3p軌域型態(tài)便會(huì)自發(fā)性的發(fā)射出光子,進(jìn)而引起受激發(fā)射累崩效應(yīng)并發(fā)射出632.8 nm紅光波段的雷射光。 傳統(tǒng)的He-Ne雷射包括一個(gè)窄小且含有He與Ne混合氣體的玻璃管,一般而言,He與Ne的比例為5:1而壓力約為幾托耳。雷射強(qiáng)度隨管壁的伸長(zhǎng)而增加,這是因?yàn)楣鼙谏扉L(zhǎng)后有較多的Ne原子參與激發(fā)性發(fā)射,而管壁的直徑越大碰撞機(jī)率越低則降低雷射強(qiáng)度。由于He-Ne雷射容易架構(gòu),因此廣泛的運(yùn)用在如干涉學(xué)的研究,像是精確的量測(cè)距離或某個(gè)物體的平坦度,雷射影印,全像術(shù)及不同的區(qū)分及對(duì)準(zhǔn)上的應(yīng)用。
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