氣體激光器的工作物質(zhì)是氣體狀態(tài)的原子、分子或離子。利用不同的氣體可以產(chǎn)生許多種波長的激光。氣體激光器的優(yōu)點是相干性好，在連續(xù)工作狀態(tài)下能獲得很大的功率，也可...[查看全部]

氣體激光器是利用氣體或蒸汽作為工作物質(zhì)產(chǎn)生激光的器件。氣體激光器廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，如計量、材料加工、激光醫(yī)療、激光通信、能源等方面。

氣體激光器由放電管內(nèi)的激活氣體、一對反射鏡構(gòu)成的諧振腔和激勵源等三個主要部分組成。主要激勵方式有電激勵、氣動激勵、光激勵和化學(xué)激勵等。其中電激勵方式最常用。在適當(dāng)放電條件下，利用電子碰撞激發(fā)和能量轉(zhuǎn)移激發(fā)等，氣體粒子有選擇性地被激發(fā)到某高能級上，從而形成與某低能級間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生受激發(fā)射躍遷。氣體激光器一般采用氣體放電激勵，還可以采用電子束激勵、熱激勵、化學(xué)反應(yīng)激勵等方式。

氣體激光器波長覆蓋范圍主要位于真空紫外至遠(yuǎn)紅外波段，激光譜線上萬條，具有輸出光束質(zhì)量高(方向性及單色性好)、連續(xù)輸出功率大(如CO2激光器)等輸出特性，其器件結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉。

氣體激光器是利用氣體作為增益介質(zhì)的激光器，一般是對氣體放電進(jìn)行泵浦。氣體種類有原子氣體(氦氖激光器、惰性氣體離子激光器、金屬蒸汽激光器)、分子氣體(氮氣激光器、二氧化碳激光器)、準(zhǔn)分子氣體，還有通過化學(xué)反應(yīng)提供泵浦能量的特殊氣體激光器。

氦氖氣體激光器(HeNe)是以75%以上的He和15%以下的Ne的混合氣體作為增益介質(zhì)，根據(jù)工作環(huán)境不同，可發(fā)出綠(543.5nm)、黃(594.1nm)、橙(612.0nm)、紅(632.8nm)及三種近紅外光(1152nm、1523nm和3391nm)，其中紅光(632.8nm)最為常用。HeNe氣體激光器輸出的光束呈高斯分布，光束質(zhì)量非常穩(wěn)定，雖然功率不高，但在精密測量領(lǐng)域有著不俗的表現(xiàn)。

惰性氣體激光器常見的是氬離子(Ar+)和氪離子(Kr+)。其能量轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)0.6%，可長期連續(xù)穩(wěn)定輸出30-50w的功率，壽命超過1000h。主要用于激光顯示、拉曼光譜、全息、非線性光學(xué)等

氣體激光器的工作物質(zhì)是氣體狀態(tài)的原子、分子或離子。利用不同的氣體可以產(chǎn)生許多種波長的激光。氣體激光器的優(yōu)點是相干性好，在連續(xù)工作狀態(tài)下能獲得很大的功率，也可以工作在脈沖狀態(tài)，使瞬時輸出功率顯著增加。

氣體激光器分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器和準(zhǔn)分子激光器。它們工作在很寬的波長范圍，從真空紫外到遠(yuǎn)紅外，既可以連續(xù)方式工作，也可以脈沖方式工作。

原子氣體激光器：

原子氣體激光器包括各種惰性氣體激光器和各種金屬蒸氣激光器，如氦氖激光器和銅蒸氣激光器。

氦氖激光器是氣體激光器最早研究成功的，并且仍在普遍使用。它的工作物質(zhì)是混有氦的氖。在這種混合氣體中放電，部分氦原子被激發(fā)到亞穩(wěn)激發(fā)態(tài)21S或23S。這部分氦原子與基態(tài)氖原子碰撞時，能導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)移激發(fā)，使氖原子處于激發(fā)能級上，從而實現(xiàn)氖原子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。氖原子在諧振腔中通過受激發(fā)射過程主要發(fā)出三個波長(3.39微米，1.15微米和6328埃)的激光。

氦氖激光器輸出的激光功率只有幾毫瓦到100毫瓦，效率約為0.1%。但是，氦氖激光器具有單色性好、方向性強(qiáng)、使用簡便、結(jié)構(gòu)緊湊堅固等優(yōu)點，因而在精密測量、準(zhǔn)直和測距中得到廣泛的應(yīng)用。氣體激光器銅蒸氣激光器具有平均功率高、重復(fù)率高等優(yōu)點，發(fā)展很快。

離子氣體激光器：

在惰性氣體和金屬蒸氣的離子的電子態(tài)能級之間建立粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，其激光波長大多在紫外和可見光區(qū)域，輸出激光功率較大。典型的離子激光器有氬離子激光器、氪離子激光器和氦鎘激光器等。應(yīng)用最多的是氬離子激光器。它可以產(chǎn)生多條波長的激光，其中最強(qiáng)的是4480埃和5145埃。連續(xù)輸出激光功率為幾百毫瓦至幾百瓦，效率很低，約為0.1%。它被應(yīng)用于光譜學(xué)、光泵染料激光器、激光化學(xué)和醫(yī)學(xué)等。

分子氣體激光器：

分子氣體激光器的工作物質(zhì)是中性分子氣體，如氮、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽等。波長范