الغرض من العمل هو دراسة الخصائص والمعلمات الرئيسية لليزر الغازي، حيث يتم استخدام خليط من غازات الهيليوم والنيون كمادة فعالة.
3.1. مبدأ تشغيل ليزر الهليوم والنيون
ليزر He-Ne هو ليزر الغاز النموذجي والأكثر شيوعًا. إنه ينتمي إلى ليزر الغاز الذري ووسطه النشط عبارة عن خليط من ذرات محايدة (غير متأينة) من الغازات الخاملة - الهيليوم والنيون. النيون هو غاز عامل، وتحدث التحولات بين مستويات الطاقة الخاصة به مع انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي المتماسك. يلعب الهيليوم دور الغاز المساعد ويساهم في إثارة النيون وإحداث انعكاس سكاني فيه.
لبدء الليزر في أي ليزر يجب توافر شرطين مهمين:
1. يجب أن يكون هناك انعكاس سكاني بين مستويات الليزر العاملة.
2. يجب أن يتجاوز الكسب في الوسط النشط جميع خسائر الليزر، بما في ذلك الخسائر "المفيدة" لإخراج الإشعاع.
إذا كان هناك مستويين في النظام ه 1 و ه 2 مع عدد جزيئات كل منها على التوالي ن 1 و ن 2 ودرجة الانحطاط ز 1 و ز 2، ثم سوف يحدث انعكاس السكان عندما يكون عدد السكان ن 2 /ز 2 مستويات عليا ه 2 سيكون هناك المزيد من السكان ن 1 /ز 1 مستوى أدنى ه 1، أي درجة الانقلاب Δ نسيكون إيجابيا:
إذا كانت المستويات ه 1 و ه 2- غير متحللة، لذا لكي يحدث الانقلاب من الضروري أن يكون عدد الجزيئات ن 2 على المستوى الأعلى ه 2 كان أكثر من عدد الجزيئات ن 1 في المستوى الأدنى ه 1 . تسمى المستويات التي يتم من خلالها تكوين الانعكاس السكاني وحدوث التحولات القسرية مع انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي المتماسك مستويات الليزر العاملة.
يتم إنشاء حالة انعكاس السكان باستخدام ضخ- إثارة ذرات الغاز بطرق مختلفة. بسبب الطاقة من مصدر خارجي يسمى مصدر المضخة، ذرة ني من مستوى الطاقة الأرضية ه 0، الموافق لحالة التوازن الديناميكي الحراري، يذهب إلى الحالة المثارة Ne*. يمكن أن تحدث التحولات إلى مستويات طاقة مختلفة اعتمادًا على شدة الضخ. بعد ذلك، تحدث التحولات التلقائية أو القسرية إلى مستويات طاقة أقل.
في معظم الحالات ليست هناك حاجة للنظر في جميع التحولات المحتملة بين جميع الحالات في النظام. وهذا يجعل من الممكن الحديث عن مخططات تشغيل الليزر ذات المستويات الثنائية والثلاثية والأربعة. يتم تحديد نوع دائرة تشغيل الليزر من خلال خصائص الوسط النشط، وكذلك طريقة الضخ المستخدمة.
يعمل ليزر الهليوم-نيون وفق مخطط ثلاثي المستويات، كما هو موضح في الشكل. 3.1. في هذه الحالة، يتم فصل قنوات الضخ وتوليد الإشعاع جزئيًا. يؤدي ضخ المادة الفعالة إلى حدوث انتقالات من مستوى الأرض ه 0 إلى مستوى متحمس ه 2 مما يؤدي إلى حدوث انعكاس سكاني بين مستويات التشغيل ه 2 و ه 1 . إن الوسيلة النشطة في حالة الانعكاس السكاني لمستويات التشغيل قادرة على تضخيم الإشعاع الكهرومغناطيسي بتردد 
بسبب عمليات الانبعاث المحفزة.
أرز. 3.1. رسم تخطيطي لمستويات الطاقة للغاز العامل والمساعد مع شرح عمل ليزر الهليوم-نيون
وبما أن توسيع مستويات الطاقة في الغازات صغير ولا توجد نطاقات امتصاص واسعة، فإن الحصول على انعكاس سكاني باستخدام الإشعاع البصري أمر صعب. ومع ذلك، هناك طرق ضخ أخرى ممكنة في الغازات: الإثارة الإلكترونية المباشرة ونقل الطاقة الرنانة أثناء تصادم الذرات. يمكن بسهولة أن يتم إثارة الذرات عند اصطدامها بالإلكترونات من خلال التفريغ الكهربائي، حيث يتم تسارع الإلكترونات بواسطة مجال كهربائي 
يمكن أن تكتسب طاقة حركية كبيرة. أثناء التصادمات غير المرنة للإلكترونات مع الذرات، تدخل الأخيرة في حالة مثارة ه 2:
من المهم أن تكون العملية (3.4) ذات رنين بطبيعتها: سيكون احتمال نقل الطاقة هو الحد الأقصى إذا تزامنت حالات الطاقة المثارة للذرات المختلفة، أي أنها في حالة رنين.
تظهر مستويات الطاقة لـ He و Ne والتحولات التشغيلية الرئيسية بالتفصيل في الشكل. 3.2. تظهر التحولات المقابلة للتفاعلات غير المرنة لذرات الغاز مع الإلكترونات السريعة (3.2) و (3.3) بأسهم منقطة للأعلى. نتيجة لتأثير الإلكترون، يتم إثارة ذرات الهيليوم إلى المستويات 21S0 و23S1، وهي مستويات شبه مستقرة. التحولات الإشعاعية في الهيليوم إلى الحالة الأرضية 1 S 0 محظورة بموجب قواعد الاختيار. عندما تصطدم ذرات He المثارة بذرات Ne الموجودة في الحالة الأرضية 1 S 0، يكون نقل الإثارة (3.4) ممكنًا، وينتقل النيون إلى أحد المستويات 2S أو 3S. في هذه الحالة، يتم استيفاء شرط الرنين، لأن فجوات الطاقة بين الأرض والحالات المثارة في الغاز المساعد والغاز العامل قريبة من بعضها البعض.
يمكن أن تحدث التحولات الإشعاعية من مستويات 2S و3S للنيون إلى مستويات 2P و3P. تكون مستويات P أقل كثافة من مستويات S العليا، حيث لا يوجد نقل مباشر للطاقة من ذرات He إلى هذه المستويات. بالإضافة إلى ذلك، فإن مستويات P لها عمر قصير، والانتقال غير الإشعاعي P → 1S يدمر مستويات P. وبالتالي، تنشأ حالة (3.1)، عندما يكون عدد سكان مستويات S العليا أعلى من عدد سكان مستويات P الأساسية ، أي بين المستويين S وP انعكاس سكاني، مما يعني أنه يمكن استخدام التحولات بينهما لتوليد الليزر.
وبما أن عدد المستويات S وP كبير، فمن الممكن حدوث مجموعة كبيرة من التحولات الكمومية المختلفة بينهما. على وجه الخصوص، من أربعة مستويات 2S إلى عشرة مستويات 2P، تسمح قواعد الاختيار بـ 30 انتقالًا مختلفًا، معظمها يولد الليزر. أقوى خط انبعاث أثناء التحولات 2S → 2P هو الخط عند 1.1523 ميكرومتر (منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف). بالنسبة للتحولات 3S → 2P، الخط الأكثر أهمية هو 0.6328 ميكرومتر (المنطقة الحمراء)، وبالنسبة لـ 3S → 3P - 3.3913 ميكرومتر (منطقة الأشعة تحت الحمراء). يحدث الانبعاث التلقائي عند جميع الأطوال الموجية المذكورة.
أرز. 3.2. مستويات الطاقة لذرات الهيليوم والنيون ومخطط تشغيل ليزر He-Ne
كما ذكرنا سابقًا، بعد التحولات الإشعاعية إلى مستويات P، يحدث الاضمحلال الإشعاعي غير الإشعاعي أثناء التحولات P → 1S. لسوء الحظ، فإن مستويات 1S من النيون غير مستقرة، وإذا كان خليط الغاز لا يحتوي على شوائب أخرى، فإن الطريقة الوحيدة لذرات النيون للانتقال إلى الحالة الأرضية من مستوى 1S هي من خلال الاصطدام بجدران الوعاء. ولهذا السبب، يزداد كسب النظام مع انخفاض قطر أنبوب التفريغ. وبما أن حالات النيون 1S يتم إفراغها ببطء، يتم الاحتفاظ بذرات النيون في هذه الحالات، وهو أمر غير مرغوب فيه للغاية ويحدد عددًا من ميزات هذا الليزر. على وجه الخصوص، عندما يزيد تيار المضخة فوق قيمة العتبة يهناك زيادة سريعة في المسام، ثم التشبع وحتى انخفاض في قوة إشعاع الليزر، وهو ما يتم تفسيره بدقة من خلال تراكم جزيئات العمل عند مستويات 1S ثم نقلها إلى الحالات 2P أو 3P عند اصطدامها بالإلكترونات. وهذا لا يجعل من الممكن الحصول على قوى إشعاعية عالية الخرج.
ويعتمد حدوث الانقلاب السكاني على ضغط He وNe في الخليط ودرجة حرارة الإلكترونات. قيم ضغط الغاز الأمثل هي 133 Pa لـ He و 13 Pa لـ Ne. يتم ضبط درجة حرارة الإلكترون بواسطة الجهد المطبق على خليط الغاز. عادة يتم الحفاظ على هذا الجهد عند مستوى 2...3 كيلو فولت.
للحصول على ليزر ليزر، من الضروري وجود ردود فعل إيجابية في الليزر، وإلا فإن الجهاز سيعمل فقط كمضخم. وللقيام بذلك، يتم وضع وسط الغاز النشط في مرنان بصري. بالإضافة إلى إنشاء ردود فعل، يتم استخدام الرنان لاختيار أنواع التذبذبات واختيار الطول الموجي لليزر، حيث يتم استخدام مرايا انتقائية خاصة.
عند مستويات المضخة القريبة من العتبة، يكون استخدام الليزر باستخدام نوع واحد من التذبذب أمرًا سهلاً نسبيًا. مع زيادة مستوى الإثارة، ما لم يتم اتخاذ تدابير خاصة، ينشأ عدد من الأوضاع الأخرى. في هذه الحالة، يحدث التوليد عند ترددات قريبة من ترددات الرنان الخاصة بالرنان، والتي تكون موجودة ضمن عرض الخط الذري. في حالة أنواع التذبذبات المحورية (وضع TEM 00)، تكون مسافة التردد بين الحدود القصوى المجاورة 
، أين ل- طول الرنان. نتيجة للوجود المتزامن لعدة أوضاع في طيف الإشعاع، تنشأ النبضات وعدم التجانس. إذا كانت هناك أوضاع محورية فقط، فإن الطيف يتكون من خطوط منفصلة، والمسافة بينها ستكون مساوية ج
/
2ل. ولكن في الرنان، من الممكن أيضًا إثارة أنواع غير محورية من التذبذبات، على سبيل المثال أوضاع TEM 10، والتي يعتمد وجودها بشدة على تكوين المرايا. ولذلك، تظهر خطوط فضائية إضافية في طيف الإشعاع، وتقع بشكل متناظر في التردد على جانبي أنواع التذبذبات المحورية. يمكن تحديد ظهور أنواع جديدة من التذبذبات مع زيادة مستوى المضخة بسهولة من خلال الملاحظة البصرية لبنية مجال الإشعاع. يمكنك أيضًا ملاحظة تأثير تعديل التجويف بصريًا على بنية أوضاع الإشعاع المتماسكة.
الغازات أكثر تجانساً من الوسائط المكثفة. ولذلك فإن شعاع الضوء الموجود في الغاز يكون أقل تشوهاً وتشتتاً، كما يتميز إشعاع ليزر الهليوم-نيون بثبات التردد الجيد والاتجاهية العالية التي تصل إلى حدها بسبب ظاهرة الحيود. حد الحيود للتباعد لتجويف متحد البؤر
|
|
,حيث – الطول الموجي؛ د 0 هو قطر شعاع الضوء في أضيق جزء منه.
يتميز إشعاع ليزر الهيليوم النيون بدرجة عالية من أحادية اللون والتماسك. يكون عرض خط الانبعاث لمثل هذا الليزر أضيق بكثير من عرض الخط الطيفي "الطبيعي" وهو أقل بعدة مرات من الدقة القصوى لأجهزة قياس الطيف الحديثة. لذلك، لتحديده، يتم قياس طيف النبض لأنماط مختلفة في الإشعاع. بالإضافة إلى ذلك، فإن إشعاع هذا الليزر مستقطب مستويًا بسبب استخدام النوافذ الموجودة بزاوية بروستر على المحور البصري للمرنان.
يمكن ملاحظة دليل تماسك الإشعاع من خلال ملاحظة نمط الحيود عند تراكب الإشعاع الوارد من نقاط مختلفة من المصدر. على سبيل المثال، يمكن تقييم التماسك من خلال مراقبة التداخل من نظام متعدد الشقوق. من المعروف من تجربة يونج أنه لمراقبة تداخل الضوء من مصدر "كلاسيكي" عادي، يتم تمرير الإشعاع أولاً من خلال شق واحد، ثم من خلال شقين، ثم يتم تشكيل هامش التداخل على الشاشة. في حالة استخدام إشعاع الليزر، فإن الشق الأول غير ضروري. هذا الظرف أساسي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون المسافة بين الشقين وعرضهما أكبر بشكل غير متناسب مما كانت عليه في التجارب الكلاسيكية. يوجد في نافذة الخروج لليزر الغازي شقان المسافة بينهما 2 أ. في حالة كون الإشعاع الساقط متماسكًا، على شاشة تقع على مسافة دمن الشقوق، سيتم ملاحظة نمط التداخل. في هذه الحالة، المسافة بين الحد الأقصى (الحد الأدنى) للنطاقات
|
|
.1) المادة الفعالة. 2) مصدر ضخ يجلب المادة الفعالة إلى حالة مثارة؛ 3) مرنان بصري يتكون من مرآتين متوازيتين لبعضهما البعض (الشكل 20)
أرز. 20.
ليزر الهيليوم النيون هو ليزر وسطه النشط عبارة عن خليط من الهيليوم والنيون. غالبًا ما يستخدم ليزر الهيليوم النيون في التجارب المعملية والبصريات. يبلغ طوله الموجي العامل 632.8 نانومتر، ويقع في الجزء الأحمر من الطيف المرئي.
جهاز ليزر هيليوم نيون
السائل العامل لليزر الهليوم والنيون هو خليط من الهيليوم والنيون بنسبة 5:1، يقع في دورق زجاجي تحت ضغط منخفض (عادة حوالي 300 باسكال). يتم توفير طاقة الضخ من مفرغين كهربائيين بجهد يتراوح بين 1000-5000 فولت (حسب طول الأنبوب) يقعان في طرفي القارورة. يتكون مرنان مثل هذا الليزر عادةً من مرآتين - مرآة غير شفافة تمامًا على جانب واحد من المصباح والأخرى تنقل حوالي 1٪ من الإشعاع الساقط على جانب إخراج الجهاز.
ليزرات الهيليوم-نيون مدمجة، وحجم التجويف النموذجي يتراوح من 15 سم إلى 2 متر، وتتراوح قوتها الناتجة من 1 إلى 100 ميجاوات.
مبدأ التشغيل
ليزر هيليوم نيون. الشعاع المتوهج في المركز عبارة عن تفريغ كهربائي.
عند تفريغ الغاز في خليط من الهيليوم والنيون، تتشكل ذرات مثارة من كلا العنصرين. اتضح أن طاقات المستوى شبه المستقر للهيليوم 1 S 0 والمستوى الإشعاعي للنيون 2p 5 5s متساويان تقريبًا - 20.616 و 20.661 فولت على التوالي. يتم نقل الإثارة بين هاتين الحالتين من خلال العملية التالية:
هو* + ني + ДE هو + ني*
وتبين أن كفاءتها كبيرة جدًا (حيث (*) توضح الحالة المثارة، وDE هو الفرق في مستويات الطاقة لذرتين.) يتم أخذ 0.05 فولت المفقود من الطاقة الحركية لحركة الذرات. يزداد عدد سكان مستوى النيون 2p 5 5s I ويصبح في لحظة معينة أكبر من المستوى الأساسي 2p 5 3p I. يحدث انعكاس لمستوى السكان - يصبح الوسط قادرًا على توليد الليزر.
عندما تنتقل ذرة النيون من الحالة 2p 5 5s І إلى الحالة 2p 5 3p І، ينبعث إشعاع بطول موجي قدره 632.816 نانومتر. الحالة 2p 5 3p I لذرة النيون هي أيضًا إشعاعية ذات عمر قصير وبالتالي يتم إلغاء إثارة هذه الحالة بسرعة في نظام المستوى 2p 5 3s ثم إلى الحالة الأرضية 2p 6 - إما بسبب انبعاث الإشعاع الرنان (المشع) مستويات نظام 2p 5 3s) أو بسبب الاصطدام بالجدران (مستويات متبدلة الاستقرار لنظام 2p 5 3s).
بالإضافة إلى ذلك، مع الاختيار الصحيح للمرايا المجوفة، من الممكن الحصول على ليزر ليزر بأطوال موجية أخرى: نفس المستوى 2p 5 5s I يمكن أن ينتقل إلى 2p 5 4p I مع انبعاث فوتون بطول موجة يبلغ 3.39 ميكرومتر، و المستوى 2p 5 4s I الذي ينشأ عند الاصطدام مع مستوى آخر شبه مستقر من الهيليوم، يمكن أن يصل إلى 2p 5 3p I، وينبعث منه فوتون بطول موجة يبلغ 1.15 ميكرومتر. من الممكن أيضًا الحصول على إشعاع ليزر بأطوال موجية تبلغ 543.5 نانومتر (أخضر)، 594 نانومتر (أصفر) أو 612 نانومتر (برتقالي).
عرض النطاق الترددي الذي يتم فيه الحفاظ على تأثير تضخيم الإشعاع بواسطة جسم عمل الليزر ضيق للغاية ويبلغ حوالي 1.5 جيجا هرتز، وهو ما يفسره وجود تحول دوبلر. هذه الخاصية تجعل ليزر الهيليوم-نيون مصادر إشعاع جيدة للاستخدام في التصوير المجسم، والتحليل الطيفي، وأجهزة قراءة الباركود.
ليزر روبي
يتكون الليزر من ثلاثة أجزاء رئيسية: مادة نشطة (عاملة)، ونظام رنين، يتكون من لوحين متوازيين مع طلاءات عاكسة مطبقة عليهما، ونظام إثارة (ضخ)، وهو عادة ما يكون مصباح فلاش زينون مزودًا بالطاقة مصدر.
الياقوت هو أكسيد الألومنيوم الذي يتم فيه استبدال بعض ذرات الألومنيوم بذرات الكروم (Al2O3*Cr2O3) والمادة الفعالة هي أيونات الكروم Cr3+. يعتمد لونه على محتوى الكروم الموجود في البلورة. عادة ما يتم استخدام الياقوت الوردي الشاحب، الذي يحتوي على حوالي 0.05٪ من الكروم. تتم زراعة بلورة الياقوت في أفران خاصة، ثم يتم تلدين قطعة العمل الناتجة ومعالجتها، مما يمنحها شكل قضيب. يتراوح طول القضيب من 2 إلى 30 سم، وقطره من 0.5 إلى 2 سم، وتكون الأطراف المسطحة متوازية بشكل صارم ومطحونة ومصقولة بدقة عالية. في بعض الأحيان يتم تطبيق الأسطح العاكسة ليس على لوحات عاكسة فردية، ولكن مباشرة على نهايات قضيب الياقوت. أسطح الأطراف فضية، وسطح أحد الطرفين عاكس تمامًا، والآخر عاكس جزئيًا. عادة، نفاذية الضوء من الطرف الثاني حوالي 10-25٪، ولكن يمكن أن تكون مختلفة.
يتم وضع قضيب الياقوت في مصباح زينون نابض حلزوني تحيط به ملفاته من جميع الجوانب. يستمر وميض المصباح ميلي ثانية. خلال هذا الوقت، يستهلك المصباح طاقة تصل إلى عدة آلاف من الجول، يتم إنفاق معظمها على تسخين الجهاز. جزء آخر أصغر، على شكل إشعاع أزرق وأخضر، يمتصه الياقوت. توفر هذه الطاقة إثارة أيونات الكروم.
في الحالة الطبيعية غير المثارة، توجد أيونات الكروم في المستوى الأدنى 1. عندما يتم تشعيع الياقوت بضوء من مصباح زينون يحتوي على الجزء الأخضر من الطيف، يتم إثارة ذرات الكروم وتنتقل إلى المستوى العلوي 3، الموافق لامتصاص الضوء بطول موجي 5600 أمبير. ويبلغ عرض نطاق الامتصاص لهذا المستوى حوالي 800 أمبير.
من المستوى 3، تعود بعض ذرات الكروم المثارة إلى المستوى الرئيسي 1، وبعضها يذهب إلى المستوى 2. وهذا ما يسمى بالانتقال غير الإشعاعي، حيث تتخلى أيونات الكروم عن جزء من طاقتها إلى الشبكة البلورية في شكل الحرارة. احتمالية الانتقال من المستوى 3 إلى المستوى 2 أكبر بـ 200 مرة، ومن المستوى 2 إلى المستوى 1 أقل بـ 300 مرة من المستوى 3 إلى المستوى 1. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن المستوى 2 أكثر سكانًا من المستوى 1. وبعبارة أخرى، يصبح السكان معكوسين ويتم تهيئة الظروف اللازمة للتحولات المستحثة المكثفة.
مثل هذا النظام غير مستقر للغاية. احتمال التحولات التلقائية في أي وقت مرتفع للغاية. الفوتون الأول الذي يظهر أثناء التحول التلقائي، وفقًا لقانون الإشعاع المستحث، سوف يطرد فوتونًا ثانيًا من ذرة مجاورة، وينقل الذرة المنبعثة إلى الحالة الأرضية. بعد ذلك، سيقوم هذان الفوتونان بضرب اثنين آخرين، وبعد ذلك سيكون هناك أربعة منهم، وما إلى ذلك. وتزداد العملية على الفور تقريبًا. ستعود الموجة الأولى من الإشعاع، التي وصلت إلى السطح العاكس، إلى الوراء وتتسبب في زيادة أخرى في عدد التحولات المستحثة وكثافة الإشعاع. سوف يتكرر الانعكاس من الأسطح العاكسة للرنان عدة مرات، وإذا كان فقدان الطاقة أثناء الانعكاس ناتجًا عن عيوب الطلاءات العاكسة، وكذلك شفافية أحد أطراف القضيب، التي يتدفق من خلالها الإشعاع سوف تنفجر في بداية التوليد، ولن تتجاوز الطاقة المكتسبة نتيجة بداية توليد الشعاع المتكون في قضيب الليزر، وسيزداد التوليد وستزداد الطاقة حتى غالبية الجزيئات المثارة من المادة الفعالة (أيونات الكروم) تتخلى عن طاقتها المكتسبة في لحظة الإثارة. سيتم إطلاق شعاع ذو كثافة عالية جدًا من خلال الطرف الفضي جزئيًا للقضيب. سيكون اتجاه الشعاع موازيًا تمامًا لمحور الياقوت.
تلك الفوتونات، التي لم يتطابق اتجاه انتشارها في بداية حدوثها مع محور القضيب، سوف تمر عبر الجدران الجانبية للقضيب دون أن تسبب أي توليد ملحوظ.
إن المرور المتكرر لموجة الضوء المتولدة بين الجدران الطرفية للرنان دون أي انحراف كبير عن محور القضيب هو الذي يوفر للشعاع اتجاهًا صارمًا وقدرة خرج هائلة.
27. ليزر الهيليوم النيون.
ليزر وسطه النشط عبارة عن خليط من الهيليوم والنيون. غالبًا ما يستخدم ليزر الهيليوم النيون في التجارب المعملية والبصريات. يبلغ طوله الموجي العامل 632.8 نانومتر، ويقع في الجزء الأحمر من الطيف المرئي.
السائل العامل لليزر الهليوم والنيون هو خليط من الهيليوم والنيون بنسبة 5:1، يقع في دورق زجاجي تحت ضغط منخفض (عادة حوالي 300 باسكال). يتم توفير طاقة الضخ من مفرغين كهربائيين بجهد يبلغ حوالي 1000 فولت موجودان في طرفي المصباح. يتكون مرنان مثل هذا الليزر عادةً من مرآتين - غير شفافتين تمامًا على جانب واحد من المصباح والثاني، ينقلان حوالي 1٪ من الإشعاع الساقط على الجانب الناتج من الجهاز.أشعة ليزر الهيليوم-نيون مدمجة، وهي ذات حجم نموذجي. يتراوح حجم الرنان من 15 سم إلى 0.5 متر، وتتراوح طاقة الخرج من 1 إلى 100 ميجاوات.
مبدأ التشغيل: عند تفريغ الغاز في خليط الهيليوم والنيون تتكون ذرات مثارة من كلا العنصرين. وتبين أن طاقات المستوى شبه المستقر للهيليوم 1S0 والمستوى الإشعاعي للنيون 2p55s² متساويان تقريبًا - 20.616 و20.661 فولت على التوالي. يحدث نقل الإثارة بين هاتين الحالتين في العملية التالية: He* + Ne + ΔE → He + Ne* وتبين أن كفاءتها عالية جدًا (حيث (*) توضح الحالة المثارة، وΔE هو الفرق في مستويات الطاقة للذرتين.) يتم أخذ 0.05 فولت المفقود من الطاقة الحركية للحركة الذرية. يزداد عدد سكان مستوى النيون 2p55s² وفي لحظة معينة يصبح أكبر من المستوى الأساسي 2p53p². يحدث انعكاس لمستوى السكان - يصبح الوسط قادرًا على توليد الليزر.عندما تنتقل ذرة النيون من الحالة 2p55s² إلى الحالة 2p53p²، ينبعث إشعاع بطول موجي قدره 632.816 نانومتر. حالة 2p53p لذرة النيون هي أيضًا إشعاعية ذات عمر قصير وبالتالي يتم إلغاء إثارة هذه الحالة بسرعة في نظام المستوى 2p53s ثم إلى الحالة الأرضية 2p6 - إما بسبب انبعاث الإشعاع الرنان (مستويات انبعاث نظام 2p53s) ، أو بسبب الاصطدام بالجدران (المستويات شبه المستقرة لنظام 2p53s). بالإضافة إلى ذلك، مع الاختيار الصحيح للمرايا المجوفة، من الممكن الحصول على ليزر بأطوال موجية أخرى: يمكن أن يصل نفس مستوى 2p55s² إلى 2p54p² مع انبعاث يمكن للفوتون الذي يبلغ طوله الموجي 3.39 ميكرومتر، ومستوى 2p54s² الذي ينشأ أثناء الاصطدام بمستوى مختلف من الهيليوم شبه المستقر، أن يتحول إلى 2p53p²، وينبعث منه فوتون بطول موجة يبلغ 1.15 ميكرومتر. من الممكن أيضًا الحصول على إشعاع ليزر بأطوال موجية تبلغ 543.5 نانومتر (أخضر)، 594 نانومتر (أصفر) أو 612 نانومتر (برتقالي).إن عرض النطاق الترددي الذي يظل فيه تأثير تضخيم الإشعاع بواسطة الجسم العامل بالليزر ضيق جدًا، و يبلغ حوالي 1.5 جيجا هرتز، وهو ما يفسر بوجود إزاحة دوبلر. هذه الخاصية تجعل ليزر الهيليوم-نيون مصادر إشعاع جيدة للاستخدام في التصوير المجسم، والتحليل الطيفي، وأجهزة قراءة الباركود.
ليزر الغاز الأكثر شيوعا هو الهليوم النيون ( هو ني) الليزر (ليزر ذري محايد) يعمل على خليط الهيليوم والنيون بنسبة 10:1. هذا الليزر هو أيضًا أول ليزر مستمر.
دعونا نفكر في مخطط الطاقة لمستويات الهيليوم والنيون (الشكل 3.4). ويحدث التوليد بين مستويات النيون، ويضاف الهيليوم للقيام بعملية الضخ. وكما يتبين من الشكل فإن المستويات 2 3 س 1و 2 1 س 0وتقع الهيليوم، على التوالي، على مقربة من المستويات 2 ثانيةو 3ثليست هي. لأن مستويات الهيليوم 2 3 س 1و 2 1 س 0تكون شبه مستقرة، فعندما تصطدم ذرات الهيليوم المثارة شبه القابلة للاستقرار مع ذرات النيون، سيحدث انتقال للطاقة الرنانة إلى ذرات النيون (تصادمات من النوع الثاني).
لذلك المستويات 2 ثانيةو 3ثيمكن أن يسكن النيون، وبالتالي يمكن أن يحدث التوليد من هذه المستويات. حياة س-تنص على ( نهاية الخبر»100 ns) عمر أطول بكثير ر-تنص على ( ر ص»10 ns)، وبالتالي يتم استيفاء شرط تشغيل الليزر وفقًا لمخطط من أربعة مستويات:
1 1 س Þ (3ث، 2ث) Þ(3ف،2ب) Þ 1ث .
توليد الليزر ممكن في أحد التحولات أ, ب, جوفقا للأطوال الموجية ل أ=3.39 ميكرومتر، رطل=0.633 ميكرومتر، ل مع= 1.15 ميكرومتر، والتي يمكن الحصول عليها عن طريق اختيار انعكاس مرايا الرنان أو عن طريق إدخال عناصر مشتتة في الرنان.
أرز. 3.4. رسم تخطيطي لمستويات الطاقة للهيليوم والنيون.
دعونا ننظر في خصائص الليزر لمثل هذا الليزر.
الشكل 3.5. خصائص الليزر لليزر الهليوم النيون.
يتم تفسير الزيادة الأولية في طاقة الخرج مع زيادة تيار المضخة من خلال الانعكاس السكاني. بعد الوصول إلى الطاقة القصوى، مع زيادة أخرى في تيار المضخة، يبدأ المنحنى في الانخفاض. يتم تفسير ذلك بحقيقة أن المستويات 2P و 1 ليس لديها وقت للاسترخاء، أي. ليس لدى الإلكترونات الوقت الكافي للانتقال إلى مستوى طاقة منخفض ويصبح عدد الإلكترونات في المستويين 2p و 1s المجاورين هو نفسه. في هذه الحالة لا يوجد انقلاب.
تبلغ كفاءة ليزر الهيليوم والنيون 0.1%، وهو ما يفسره انخفاض كثافة حجم الجسيمات المثارة. انتاج الطاقة نموذجية هو ني– الليزر ص~5-50 ميجاوات، التباعد س~1 مراد.
الأرجون ليزر
هذه هي أقوى أجهزة الليزر المستمرة في المنطقة المرئية والقريبة من الأشعة فوق البنفسجية من الطيف المرتبطة بليزر الغاز الأيوني. يتم ملء مستوى الليزر العلوي في الغاز العامل عن طريق تصادمين متتاليين للإلكترونات أثناء التفريغ الكهربائي. أثناء الاصطدام الأول تتشكل أيونات من ذرات متعادلة، وأثناء الاصطدام الثاني تثار هذه الأيونات. ولذلك، فإن الضخ عبارة عن عملية مكونة من خطوتين، حيث تتناسب كفاءة كل خطوة مع كثافة التيار. مطلوب كثافات تيار عالية بما فيه الكفاية لضخ فعال.
مخطط مستوى طاقة الليزر ع+يظهر في الشكل. 3.3. يحدث انبعاث الليزر في الخطوط الواقعة بين 454.5 نانومتر و528.7 نانومتر عند ملء مجموعة من المستويات 4 صعن طريق إثارة تأثير الإلكترون للحالات الأرضية أو شبه المستقرة ع+.
3.5 ليزر ثاني أكسيد الكربون
جزيئي ثاني أكسيد الكربون 2– يعتبر الليزر أقوى أنواع الليزر المستمر بين أنواع الليزر الغازي وذلك لكفاءته الأعلى في تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة إشعاعية (15-20%). يحدث توليد الليزر عند التحولات الاهتزازية الدورانية وتقع خطوط انبعاث هذه الليزرات في منطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة، والتي تقع عند أطوال موجية تبلغ 9.4 ميكرومتر و10.4 ميكرومتر.
في ثاني أكسيد الكربون 2- يستخدم الليزر خليطاً من الغازات ثاني أكسيد الكربون 2, ن 2و هو. يتم الضخ مباشرة أثناء اصطدام الجزيئات ثاني أكسيد الكربون 2مع الإلكترونات والجزيئات المثارة اهتزازيا ن 2. الموصلية الحرارية العالية لـ He في الخليط تعزز التبريد ثاني أكسيد الكربون 2مما يؤدي إلى استنفاد مستوى الليزر السفلي المأهول نتيجة للإثارة الحرارية. لذلك الحضور ن 2في الخليط يساهم في ارتفاع مستوى الليزر العلوي، ووجوده هو- استنفاد المستوى الأدنى، ويؤديان معًا في النهاية إلى زيادة الانعكاس السكاني. مخطط مستوى الطاقة ثاني أكسيد الكربون 2- الليزر موضح في الشكل . 3.4. يحدث توليد الليزر أثناء الانتقال بين الحالات الاهتزازية للجزيء ثاني أكسيد الكربون 2 ن 3 ن 1أو ن 3 ن 2مع تغير في حالة الدوران.
أرز. 3.4. مخطط مستوى الطاقة ن 2و ثاني أكسيد الكربون 2الخامس ثاني أكسيد الكربون 2– الليزر.
ثاني أكسيد الكربون 2– يمكن أن يعمل الليزر في الوضعين المستمر والنبضي. في الوضع المستمر، يمكن أن تصل طاقة الخرج إلى عدة كيلووات.
يعد ليزر الهليوم النيون، إلى جانب ليزر الصمام الثنائي أو ليزر أشباه الموصلات، أحد أكثر أنواع الليزر استخدامًا وبأسعار معقولة للمنطقة المرئية من الطيف. تتراوح قوة أنظمة الليزر من هذا النوع، المخصصة أساسًا للأغراض التجارية، من 1 ميجاوات إلى عدة عشرات من ميجاوات. لا تحظى أجهزة ليزر He-Ne القوية التي تبلغ 1 ميجاوات بشعبية خاصة، والتي تستخدم بشكل أساسي كأجهزة اقتباس، وكذلك لحل المشكلات الأخرى في مجال تكنولوجيا القياس. في نطاقات الأشعة تحت الحمراء والأحمر، يتم استبدال ليزر الهيليوم النيون بشكل متزايد بليزر الصمام الثنائي. ليزر He-Ne قادر، إلى جانب الخطوط الحمراء، على إصدار خطوط برتقالية وصفراء وخضراء، ويتم تحقيق ذلك بفضل المرايا الانتقائية المناسبة.
مخطط مستوى الطاقة
يظهر الشكل 1 مستويات طاقة الهيليوم والنيون الأكثر أهمية لوظيفة ليزر He-Ne. 1. تحدث التحولات الليزرية في ذرة النيون، حيث تنتج الخطوط الأكثر كثافة من التحولات ذات الأطوال الموجية 633 و1153 و3391 (انظر الجدول 1).
يبدو التكوين الإلكتروني للنيون في الحالة الأرضية كما يلي: 1s22s22p6، حيث يكون الغلاف الأول (n = 1) والغلاف الثاني (n = 2) مملوءين بإلكترونين وثمانية إلكترونات، على التوالي. الدول العليا في الشكل. 1 تنشأ نتيجة لوجود غلاف 1s22s22p5، ويتم إثارة الإلكترون المضيء (البصري) وفقًا للمخطط: 3s، 4s، 5s،...، Зр، 4r،... إلخ. لذلك نحن نتحدث عن حالة إلكترون واحد تتواصل مع القشرة. في مخطط LS (راسل - سوندرز)، تُعطى مستويات طاقة النيون حالة إلكترون واحد (على سبيل المثال، 5s)، بالإضافة إلى الزخم المداري الإجمالي الناتج L (= S، P، D...). في التدوين S، P، D،...، يوضح المؤشر السفلي إجمالي الزخم المداري J، ويشير المؤشر العلوي إلى التعددية 2S + 1، على سبيل المثال، 5s1P1. في كثير من الأحيان، يتم استخدام تسمية ظاهرية بحتة وفقا لباشين (الشكل 1). في هذه الحالة، يتم حساب المستويات الفرعية للحالات الإلكترونية المثارة من 2 إلى 5 (للحالات s) ومن 1 إلى 10 (للحالات p).
أرز. 1. رسم تخطيطي لمستويات الطاقة لليزر He-Ne. بالنسبة للنيون، يتم تحديد المستويات وفقًا لباسشن، أي: 3s2، 3s3، 3s4، 3s5، إلخ.
الجدول 1. تسميات التحولات للخطوط المكثفة لليزر He-Ne
الإثارة
الوسيط النشط لليزر الهليوم والنيون عبارة عن خليط غاز يتم توفير الطاقة اللازمة له من خلال التفريغ الكهربائي. يتم ملء مستويات الليزر العليا (2s و2p وفقًا لباشين) بشكل انتقائي بناءً على الاصطدامات مع ذرات الهيليوم شبه المستقرة (23S1، 21S0). خلال هذه الاصطدامات، لا يتم تبادل الطاقة الحركية فحسب، بل يتم أيضًا نقل طاقة ذرات الهيليوم المثارة إلى ذرات النيون. وتسمى هذه العملية بالاصطدام من النوع الثاني:
هو* + ني -> هو + ني* + ΔE, (1)
حيث ترمز العلامة النجمية (*) إلى الحالة المثارة. فرق الطاقة في حالة الإثارة لمستوى 2s هو: &DeltaE=0.05 eV. أثناء الاصطدام، يتم تحويل الفرق الموجود إلى طاقة حركية، والتي يتم بعد ذلك توزيعها على شكل حرارة. بالنسبة للمستوى 3S، توجد علاقات متطابقة. إن نقل الطاقة الرنانة من الهيليوم إلى النيون هو عملية الضخ الرئيسية عند إنشاء انعكاس سكاني. في هذه الحالة، ليس للعمر الطويل للحالة شبه المستقرة تأثير إيجابي على انتقائية مجموعة مستوى الليزر العلوي.
يحدث إثارة ذرات He بناءً على اصطدام الإلكترونات - إما بشكل مباشر أو من خلال التحولات المتتالية الإضافية من المستويات الأعلى. بسبب الحالات شبه المستقرة الطويلة الأمد، تكون كثافة ذرات الهيليوم في هذه الحالات عالية جدًا. يمكن لمستويات الليزر العليا 2s و3s - مع الأخذ في الاعتبار قواعد الاختيار لانتقالات دوبلر الكهربائية - أن تنتقل فقط إلى المستويات p الأساسية. لتوليد إشعاع الليزر بنجاح، من المهم للغاية أن يتجاوز عمر حالات s (مستوى الليزر العلوي) = 100 ns تقريبًا عمر حالات p (مستوى الليزر السفلي) = 10 ns.
الأطوال الموجية
بعد ذلك، سننظر في أهم تحولات الليزر بمزيد من التفصيل باستخدام الشكل. 1 والبيانات من الجدول 1. ينشأ الخط الأكثر شهرة في المنطقة الحمراء من الطيف (0.63 ميكرومتر) بسبب الانتقال 3s2 → 2r4. يتم تقسيم المستوى الأدنى نتيجة للانبعاث التلقائي خلال 10 ns إلى المستوى 1s (الشكل 1). هذا الأخير مقاوم للانقسام بسبب الإشعاع الكهربائي ثنائي القطب، لذلك يتميز بعمر طبيعي طويل. لذلك، تتركز الذرات في حالة معينة، والتي تبين أنها مكتظة بالسكان. وفي تفريغ الغاز، تصطدم الذرات في هذه الحالة بالإلكترونات، ثم يتم إثارة المستويين 2p و3s مرة أخرى. وفي الوقت نفسه، يتناقص الانعكاس السكاني، مما يحد من قوة الليزر. يحدث استنفاد الحالة ls في ليزر الهيليوم النيون ويرجع ذلك أساسًا إلى الاصطدامات بجدار أنبوب تفريغ الغاز، وبالتالي، مع زيادة قطر الأنبوب، يلاحظ انخفاض في الكسب وانخفاض في الكفاءة. لذلك، من الناحية العملية، يقتصر القطر على حوالي 1 مم، والذي بدوره يحد من طاقة خرج ليزر He-Ne إلى عدة عشرات من ميغاواط.
يتم تقسيم التكوينات الإلكترونية 2s و3s و2p و3p المشاركة في انتقال الليزر إلى مستويات فرعية عديدة. يؤدي هذا، على سبيل المثال، إلى مزيد من التحولات في المنطقة المرئية من الطيف، كما يتبين من الجدول 2. بالنسبة لجميع الخطوط المرئية لليزر He-Ne، تبلغ الكفاءة الكمية حوالي 10%، وهو ليس كثيرًا. يوضح مخطط المستوى (الشكل 1) أن مستويات الليزر العليا تقع بحوالي 20 فولت فوق حالة الأرض. طاقة إشعاع الليزر الأحمر هي 2 فولت فقط.
الجدول 2. الأطوال الموجية، وقدرات الخرج وعروض الخطوط Δ ƒ ليزر He-Ne (تعيينات انتقال باشين)
| لون | λ نانومتر |
انتقال (بحسب باشن) |
قوة ميغاواط |
Δ ƒ ميغاهيرتز |
يكسب %/م |
| الأشعة تحت الحمراء | 3 391 | 3s2 → 3p4 | > 10 | 280 | 10 000 |
| الأشعة تحت الحمراء | 1 523 | 2s2 → 2p1 | 1 | 625 | |
| الأشعة تحت الحمراء | 1 153 | 2s2 → 2p4 | 1 | 825 | |
| أحمر | 640 | 3s2 → 2p2 | |||
| أحمر | 635 | 3s2 → 2p3 | |||
| أحمر | 633 | 3s2 → 2p4 | > 10 | 1500 | 10 |
| أحمر | 629 | 3s2 → 2p5 | |||
| البرتقالي | 612 | 3س2 → 2ص6 | 1 | 1 550 | 1.7 |
| البرتقالي | 604 | 3س2 → 2ص7 | |||
| أصفر | 594 | 3s2 → 2p8 | 1 | 1 600 | 0.5 |
| أصفر | 543 | 3س2 → 2ص10 | 1 | 1 750 | 0.5 |
يحدث الانبعاث في نطاق الأشعة تحت الحمراء حوالي 1.157 ميكرومتر من خلال التحولات 2s → 2p. وينطبق الشيء نفسه على الخط الأضعف قليلاً عند حوالي 1.512 ميكرومتر. يتم استخدام كلا خطي الأشعة تحت الحمراء في أجهزة الليزر التجارية.
السمة المميزة للخط في نطاق الأشعة تحت الحمراء عند 3.391 ميكرومتر هي مكاسبه العالية. وفي منطقة الإشارات الضعيفة، أي مع مرور واحد من الإشارات الضوئية الضعيفة، تبلغ حوالي 20 ديسيبل / م. وهذا يتوافق مع عامل 100 لليزر بطول متر واحد. مستوى الليزر العلوي هو نفسه بالنسبة للانتقال الأحمر المعروف (0.63 ميكرومتر). من ناحية، فإن الكسب المرتفع ناتج عن العمر القصير للغاية عند المستوى الأدنى 3p. من ناحية أخرى، يتم تفسير ذلك من خلال الطول الموجي الطويل نسبيًا، وبالتالي انخفاض تردد الإشعاع. عادةً، تزداد نسبة الانبعاثات المحفزة إلى الانبعاثات التلقائية بالنسبة للترددات المنخفضة ƒ. عادةً ما يتناسب تضخيم الإشارات الضعيفة g مع g ~ƒ2.
بدون عناصر انتقائية، ينبعث ليزر الهليوم النيون عند خط 3.39 ميكرومتر بدلاً من المنطقة الحمراء عند 0.63 ميكرومتر. يتم منع إثارة خط الأشعة تحت الحمراء إما عن طريق المرآة الانتقائية للرنان أو عن طريق الامتصاص في نوافذ بروستر لأنبوب تفريغ الغاز. بفضل هذا، يمكن رفع عتبة الليزر إلى مستوى كافٍ لإصدار 3.39 ميكرومتر، بحيث يظهر هنا خط أحمر أضعف فقط.
تصميم
يتم توليد الإلكترونات اللازمة للإثارة من خلال تفريغ الغاز (الشكل 2)، والذي يمكن استخدامه بجهد يبلغ حوالي 12 كيلو فولت عند تيارات تتراوح من 5 إلى 10 مللي أمبير. يبلغ طول التفريغ النموذجي 10 سم أو أكثر، ويبلغ قطر شعيرات التفريغ حوالي 1 مم ويتوافق مع قطر شعاع الليزر المنبعث. مع زيادة قطر أنبوب تفريغ الغاز، تنخفض الكفاءة، حيث يلزم الاصطدام بجدار الأنبوب لتفريغ المستوى ls. للحصول على أفضل خرج للطاقة، يتم استخدام ضغط التعبئة الإجمالي (p): p·D = 500 Pa·mm، حيث D هو قطر الأنبوب. تعتمد نسبة الخليط He/Ne على خط الليزر المطلوب. بالنسبة للخط الأحمر المعروف لدينا He: Ne = 5:l، وبالنسبة لخط الأشعة تحت الحمراء حوالي 1.15 ميكرومتر - He:Ne = 10:l. يبدو أيضًا أن تحسين الكثافة الحالية يمثل جانبًا مهمًا. تبلغ كفاءة الخط 633 نانومتر حوالي 0.1%، نظرًا لأن عملية الإثارة في هذه الحالة ليست فعالة جدًا. يبلغ عمر خدمة ليزر الهيليوم النيون حوالي 20000 ساعة تشغيل.
أرز. 2. تصميم ليزر He-Ne للإشعاع المستقطب في مدى mW
يكون الكسب في مثل هذه الظروف عند g=0.1 m-1، لذلك من الضروري استخدام مرايا ذات انعكاسية عالية. للخروج من شعاع الليزر على جانب واحد فقط، يتم تثبيت مرآة نقل جزئي (شفافة) هناك (على سبيل المثال، مع R = 98٪)، وعلى الجانب الآخر - مرآة ذات انعكاس أعلى (~ 100٪). إن مكاسب التحولات المرئية الأخرى أصغر بكثير (انظر الجدول 2). ولأغراض تجارية، لم يتم تحقيق هذه الخطوط إلا في السنوات الأخيرة باستخدام مرايا تتميز بخسائر منخفضة للغاية.
في السابق، باستخدام ليزر الهيليوم والنيون، تم تثبيت نوافذ الإخراج لأنبوب تفريغ الغاز براتنج الإيبوكسي، وتم تركيب المرايا خارجيًا. أدى هذا إلى انتشار الهيليوم عبر الغراء ودخول بخار الماء إلى الليزر. اليوم، يتم تثبيت هذه النوافذ عن طريق اللحام المباشر للمعدن بالزجاج، مما يقلل من تسرب الهيليوم إلى ما يقرب من 1 باسكال سنويًا. في حالة أجهزة الليزر الصغيرة ذات الإنتاج الضخم، يتم تطبيق طلاء المرآة مباشرة على نوافذ الإخراج، مما يبسط التصميم بأكمله إلى حد كبير.
خصائص الشعاع
لتحديد اتجاه الاستقطاب، يتم تجهيز مصباح تفريغ الغاز بنافذتين مائلتين أو، كما هو موضح في الشكل. 2، يتم إدخال لوحة بروستر في الرنان. تصبح الانعكاسية على السطح البصري صفرًا إذا سقط الضوء بما يسمى بزاوية بروستر وكان مستقطبًا موازيًا لمستوى الورود. وهكذا فإن الإشعاع بهذا الاتجاه من الاستقطاب يمر عبر نافذة بروستر دون خسارة. وفي الوقت نفسه، تكون انعكاسية المكون المستقطب المتعامد على مستوى الإصابة عالية جدًا ويتم قمعها في الليزر.
نسبة الاستقطاب (نسبة القدرة في اتجاه الاستقطاب إلى القدرة المتعامدة مع هذا الاتجاه) هي 1000:1 للأنظمة التجارية التقليدية. عندما يعمل الليزر بدون ألواح بروستر ذات المرايا الداخلية، يتولد إشعاع غير مستقطب.
يولد الليزر عادة في وضع TEM00 المستعرض (وضع الترتيب المنخفض)، ويتم تشكيل عدة أوضاع طولية (محورية) في وقت واحد. عندما تكون المسافة بين المرايا (طول تجويف الليزر) L = 30 سم، يكون الفاصل الزمني لتردد الوضع البيني Δ ƒ` = c/2L = 500 ميجاهرتز. التردد المركزي عند مستوى 4.7·1014 هرتز. نظرًا لأن تضخيم الضوء يمكن أن يحدث ضمن النطاق Δƒ = 1500 ميجاهرتز (عرض دوبلر)، عند L = 30CM تنبعث ثلاثة ترددات مختلفة: Δƒ/Δƒ`= 3. عند استخدام مسافة أصغر للمرآة (<= 10см) может быть получена одночастотная генерация. При короткой длине мощность будет весьма незначительной. Если требуется одночастотная генерация и более высокая мощность, можно использовать лазер большей длины и с оснащением частотно-селективными элементами.
غالبًا ما يتم استخدام ليزر الهيليوم-نيون بقدرة حوالي 10 ميجاوات في قياس التداخل أو التصوير المجسم. يتراوح طول التماسك لهذه الليزرات ذات الإنتاج الضخم من 20 إلى 30 سم، وهو ما يكفي تمامًا لتصوير الأجسام الصغيرة بشكل ثلاثي الأبعاد. يتم الحصول على أطوال تماسك أطول باستخدام عناصر انتقائية للتردد التسلسلي.
عندما تتغير المسافة البصرية بين المرايا نتيجة للمؤثرات الحرارية أو غيرها، فإن الترددات الطبيعية المحورية لتجويف الليزر تتغير. مع توليد تردد واحد، لا يتم الحصول على تردد إشعاع مستقر هنا - فهو يتحرك بشكل لا يمكن السيطرة عليه في نطاق عرض الخط البالغ 1500 ميجاهرتز. ومن خلال التنظيم الإلكتروني الإضافي، يمكن تحقيق تثبيت التردد على وجه التحديد في وسط الخط (بالنسبة للأنظمة التجارية، من الممكن تثبيت التردد بعدة ميغاهيرتز). في مختبرات الأبحاث، من الممكن أحيانًا تثبيت ليزر الهليوم-نيون على نطاق أقل من 1 هرتز.
باستخدام المرايا المناسبة، يمكن تحفيز خطوط مختلفة من الجدول 4.2 لتوليد إشعاع الليزر. الخط المرئي الأكثر استخدامًا هو حوالي 633 نانومتر بقدرات نموذجية تبلغ عدة ملي واط. بعد قمع خط ليزر مكثف حوالي 633 نانومتر، قد تظهر خطوط أخرى في النطاق المرئي في التجويف من خلال استخدام المرايا أو المنشورات الانتقائية (انظر الجدول 2). ومع ذلك فإن الطاقة الناتجة لهذه الخطوط لا تتجاوز 10% من الطاقة الناتجة للخط المكثف أو حتى أقل.
يتوفر ليزر الهليوم-نيون التجاري في مجموعة متنوعة من الأطوال الموجية. بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا أشعة ليزر تولد على العديد من الخطوط وتكون قادرة على إصدار موجات ذات أطوال عديدة في مجموعة متنوعة من المجموعات. في حالة ليزر He-Ne القابل للضبط، يُقترح تحديد الطول الموجي المطلوب عن طريق تدوير المنشور.
