环节是清空 1S 能级

环节是清空 1S 能级

发布时间:2019-09-23

  中南大学光电子手艺根本 氦氖激光器道理 专业班级: 姓 名: 微电子 1301 班 王聪睿 08031301 杨文彬 0803130104 指点教师: 时 间: 周剑英 2016 年 6 月 HeNe 激光器的简介 氦氖激光器是最典型的惰性气体原子激光器。它输出的是持续 光。最主要的谱线um,近来又向短波标的目的 延长,获得橙光(612nm,604nm)、黄光(594nm)和绿光(543nm) 等谱线。该种激光器的输出功率只要毫瓦级(最大到 1W),但它们 的光束质量很好。发散角小(1mrad 以下),接近衍射极限;单色性 好(带宽小于 20Hz);不变性高(频次不变最高达 5x10 ?15 ,频次反复 ?14 性为 3x10 ,功率不变度小于 ? 2% );加之输出光是可见光, 适于 正在细密计量、检测、准曲、导向、水中照明、消息处置、医疗以及光 学研究等方面使用。 HeNe 激光器的工做道理 1. HeNe 激光器工做物质能级的特点 HeNe 激光器是充有 He、Ne 夹杂气体的器件,此中 Ne 为发生激 光的物质,而 He 是提高其泵浦效率的辅帮气体。 He 为原子序 Z=2 的元素。基态时,它的两个核外电子都处于最 低能级(电子组态 1s1s),原子态为 11S 0 。当给 He 原子供给必然 能量后, 一个电子留正在最低态, 而另一个电子则获得跃到较高能态 (电 子组态 1s2s,1s2p,1s3s),是 He 原子激发。此中取 HeNe 激光器 相关的是电子组态 1s2s 的 21S 0 、 23 S1 两能级(图 1.2.1)。这两个能 级离基态比来,是取基态之间禁戒辐射跃迁的亚稳态能级,因为亚稳 态原子的寿命比其它能级的寿命 10-8 S 要长, 这为氖原子激发上能级积 累粒子供给了有益的前提。 Ne 为原子序 Z=10 的元素. 基态时,电子组态是 1S21S2 2P6 ,受激时,最外层 的一个电子获能跃到最高 能态, 其他电子仍然维持原 形态构成激发态。 电子跃到 s 轨道的组态都由四个原子 能级构成, 而跃到 p 轨道的 组态皆由 10 个原子能级组 成。 按照辐射选择道理, 1S, 2S,3S 能级中一些能级取 基态之间答应辐射跃迁, 而 2P,3P 能级是禁戒的,他们只能以辐射形式向较低的 1s 能级跃迁。 尝试发觉,Ne 原子 2S,3S 能级和 2P,3P 能级之间能够发生上 百条谱线,然而想要输出激光,获得光的放大,就要正在原子的两个特 定的能级间构成粒子数反转分布。对于四能级系统氦氖激光机来说, 满脚的阈值前提为 R3 ? ( g 3? 2 g 2? 3 A32 )(1 ? ) R2 g 2? 3 g2 543.3nm 谱线是氦氖激光器中波长最短的谱线,可是这种谱线比力难 实现粒子数的反转分布。若要获得弱谱线的输出,就必需其他谱 线的振荡,特别是增益大的谱线.HeNe 激光器的激发机理: 氦氖激光器曲直流放电激励的器件,其增益区正在辉光放电正柱区。利 用正柱区中浓度为( 10 - 10 ) cm?3 的等离子体,使和 He 原子正在 2S,3S 和 2P,3P 能级间实现粒子数反转分布。下面我们从激光上, 下能级入手阐发他们的激发和弛豫的过程。 激光上能级的激发 (1)电子间接碰撞激发 放电空间的快速电子 e 取氦原子发生非弹性碰撞,使得 He 间接被激 发到响应的激发态。反映如下: 10 12 e +Ne→ e +Ne(2S,3S) 辉光放电正柱区中电子的能量分布合适麦克斯韦分布纪律。 这些电子 对 Ne 的很多能级都有激发,并且对 1S,2P 的激发概率比对 2S,3S 能级的激发概率要大。因而,靠电子间接碰撞是不克不及实现粒子数反转 分布的。我们凡是叫不克不及按人们的志愿节制的激发叫非准绳性激发。 (2)共振能量转移激发 (3)He( 23 S1 )和 He( 21S0 )两能级取 Ne(2S,3S)的能量很是接近, 两者碰撞很容易发生能量转移,加之前两者都是亚稳,电子碰撞截面 较大,为选择激发 Ne 到 2S,3S 能级供给了有益的前提。 共振能量转移激发反映为: He( 23 S1 , 21S0 )+Ne→He+Ne(2S,3S) ? ?E ? 该过程反映截面较大,特别是对 He( 23 S1 )和 He( 21S0 )两能级的激 发。 缘由是反映过程中 ?E ? 较小, 即便正在反映前后自旋改变量 ?S ? 0 的环境下也能察看到谱线,若是利用其同位素,共振转移激发的截面 还要更大。 遍及的说,He 对 Ne 的准绳性激发比电子间接碰撞的概率要大,并以 Ne(3 S2 )对 He 的转移激发依赖性最大。能够认为 Ne(3 S2 )能级上 的粒子是由 He( 21S0 )原子能量转移激发的。 (3)串级激发 电子碰撞基态 Ne 原子使其跃到较高能级,高能级的 Ne 又和基态的 Ne 相碰使得基态的 Ne 跃至 2S,3S 能级,而本人到更低能级的过程。 (4)复合激发 这个过程 Ne 离子起首取 He,Ne 原子三体碰撞构成离子,然后取 电子碰撞构成激发态 Ne 的过程,正在高气压脉冲工做中较为较着。 激光下的能级的激发和弛豫 氦氖激光下的能级是 Ne(2P,3P)能级。他们的激发次要是电子碰 撞激发 e +Ne→ e +Ne(2P,3P)+e 因为准绳辐射定章,2P,3P 能级取基态之间禁戒跃迁,所以这些电子 的能级激发的截面较小。这些能级上的粒子次要通过自觉辐射想 Ne (1S)弛豫,并且弛豫速度较快。 要氦氖激光器的粒子反转分布,环节是清空 1S 能级。按照非弹 性碰撞纪律,质量相当的粒子碰撞能量互换较少,为管内较高的 电子温度,氦氖激光器只能采用低气压,细放电管径的布局。

  HeNe激光器的激发机理_电子/电_工程科技_专业材料。中南大学光电子手艺根本 氦氖激光器道理 专业班级: 姓 名: 微电子 1301 班 王聪睿 08031301 杨文彬 0803130104 指点教师: 时 间: 周剑英 2016 年 6 月


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