PDF《扁平大功率氦氖激光器》

中国科学基金11年成果介绍 扁平大功率氦氖激光器―一项获中 、 美专利权 的发明 凌一 鸣(东南大学电子工程 系)l摘要 l 扁平大 功率氦氖激光器是一项获得 中国 、 美国专利权的发 明,本文简要 阐述 了它的设计原理 和 实验结果 .

对这种氦氖激光器 , 可 利用增加其横 向尺 寸来提 高输 出功率 . 实验证明 ,

1 .

5 米放电长 度 的这 种氦氖激 光器可 得到 波长为 .

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3 微米 约200毫瓦 的激光功率 . 最后还讨论 了 它的应用 领域.气体激 光器 是 应用 最广的一种 激 光器 , 其 中氦氖 激 光器 是 问世 最早的一种 气 体激 光器 . 由于其成本低 、 寿命长 、 结 构简单 、 使用方 便,并在可见 与近 红外 波段 可输 出十余条 激光 谱线 , 因此 , 已广泛应用 于精密 计量 、 检测 、 准直 、 医疗 、 显示、印刷 、 全息 、 条选 码、光学实验 等方 面.其结构设计和 理论 研 究也趋 于成 熟,只是输 出功率较低 , 而且 与放 电长度 明显 有关 . 显然,过长的激光 器既 不便生 产,也不便使用 . 因此 , 作为商品的氦 氖激光 器,波长 为0.63微米 的激光 功率一 般在数 十毫瓦 以下 .

7 0 年代末 , 光 动力学 治癌 的 问世 , 为 征服 癌症 提出了新 的研究 课题 , 不久 , 即在 全 国范 围 内协作攻 关,并取得 明显成 效.它是利用 吸收某 种光敏 剂 的癌细胞 , 在特 定波 长的激 光作用下 被 选择性 杀 伤的原理进 行治疗 的.所指 的特定波 长正是 氦氖激光 器 的工 作波 长.063微米,但要求 激光功 率达数 百毫 瓦.因此 , 一般采用 氨离 子激 光泵 浦染 料激 光器 作激 光光 源进行理 论和临床研究 . 但 由于 这 种激光 系 统成本 高、寿命短 、 效率低 、 使用不 便、结构 复杂 , 给光动力 学 治癌 的推 广带来极大 困难 . 虽然 , 后来也提 出了其他各种激光 系统 , 如准 分子激光泵 浦染料激 光器 、 Y A G 激光 倍频 泵浦 染料 激光 器、氮灯泵 浦染 料激 光器 、 铜激 光泵浦 染 料激 光器 、 金蒸 汽 激光 器等 , 但不 同程度 上都存在着上 述的弊病 . 此外,即使对于 已广 为流 传的激 光理疗用 氦氖 激光 器,为提 高疗 效和 开拓 新 的适应 症也 要求 进一 步提 高激 光功 率,因此 , 能否 把 实用 氦氖 激 光器 输出功 率提 高到百 毫瓦量 级 以上 , 就成 为改变 这种激 光器 的传统设 计理 论 的新课题 .

一、扁平大功率氦氖激光器 的设计理论基础 氦氖激光 器 中建立粒 子数反 转的主 要机 制是 : 在作为 激光器 激活介质 的放 电等离 子体中 , 通过电子 碰撞 氦原 子,使其激 发 到亚稳 能级 , 通 过共 振转 移过 程,将其激 发 能转 移到 氖原 子的激光上能级 , 再通 过 受激辐射到激 光下 能级 , 然后 通过自发辐 射很快 跃迁 到ls能级 . 它 向基 态 的跃迁是 被能 量跃 迁 的选择 定 则禁 止的 , 只有 扩散 到管 壁,把能 量交 给 管壁 才 回到 基态 , 因此,是典型 的四能级 系统 . DOI: 10.

16262 /j . cnki .

1000 - 8217. 1991. 04.

009 第4期成果介绍为提 高激 活介 质 的激 活增 益,必须 增加 激光 上能级 粒 子数 的激励 和加 速激 光下 能级 的驰 豫,而激光 上能级 的激 励实 际上 是等离 子体中高能 电子所作的贡献 . 对于 低温等离子体 , 其电 子能量 分 布基 本上 处于麦克斯威 尔能量 分布 , 其中能量 E 大于 氦原子 亚稳 能级激 发能 e V e 的 高能 电子数 为厂沈4了E、32//E、dEn.=!.丁l万二不一 , e x p 气下不一 , 不了 J e F 尹了L\凡I尸/\凡Ie/乙(l)式中,.为电子 电荷 , k 为玻 尔兹 曼 常数 , e T 为 电子 温度 . 因此 , 为增 加高 能 电子 数,必须提 高 等离子 体电子温度 . 对于圆截面放 电管而言 , 这 就意 味着降低气体压力 和减 小放 电管直径 , 而这就减少 了激 光模体积及 其反 转粒 子数 , 与试图获得 高功率输 出相矛盾 . 因此 , 对 于一般 氦氖 激 光管而言 , 难 以通 过增 加放 电管直 径来提 高输出功率 , 总是一 根又长 又细 的毛细 管! 若设放 电管具有 尺寸 为axb的矩形 截面 , 通过理 论分析 , 在气压 为p时,放电等离 子体电 子温度 e T 由下 式确 定川 掣华共黔 一..6: 、