A hélium-neon lézer egy kis gázlézer . Számos tudományos és ipari alkalmazása van, a laboratóriumban optikai bemutatókra is használják . Pirosan bocsát ki 632,8 nm-en ( nanométer ).
A erősítőközeg keveréke neon és hélium gázt olyan mennyiségben változó 1 / 5 , hogy 1 / 20- , alacsony nyomású zárt (átlagosan 50 Pa centiméterenkénti hossza az üreg) egy üvegampullában. A lézer energiaforrás (vagy "szivattyúforrás") egy kilovolt nagyságrendű elektromos kisülés az üvegcső két oldalán elhelyezkedő anódra és katódra . Abban az esetben, folyamatos emissziós, a jelenlegi a 5-100 mA leggyakrabban használt . A lézer optikai ürege általában egy, a cső egyik oldalán nagy fényvisszaverő képességű tükörből áll, és a másik oldalon egy konkáv tükörből ( kimeneti csatlakozó ), amelynek átviteli indexe körülbelül 1%.
A hélium-neon lézerek általában kis méretűek, 15–50 cm hosszú optikai üreggel , 1–100 mW kimenőteljesítménnyel .
A vörös hullámhossza a hélium-neon lézerekben általában 632 nm . A levegő pontos értéke azonban 632,816 nm , 633 nm lenne közelebb az igazsághoz. A foton energiájának kiszámításához meg kell tartanunk a hullámhossz értékét vákuumban, amely 632,991 nm . A hullámhossz-specifikus működési tartomány az üreg hőtágulása miatt körülbelül 0,002 nm között mozog . Vannak stabilizált változatok, amelyek pontossága 10 -12 nm nagyságrendű .
A hélium-neon lézerben minden azzal kezdődik, hogy az elektromos kisülésből származó elektron ütközik a gázkeverék hélium atomjával . Ez ütközés gerjeszti a héliumatom annak alapállapotú a hosszú életű 2 3 S 1 és 2 1 S 0 kvantum állapotok , amelyek metastabil gerjesztett állapotokra . Egy gerjesztett héliumatom ütközése egy alapállapotú neonatommal energiaátvitelt hoz létre a neonatomhoz, amelyet ezután a 3s 2 állapotban gerjesztenek . Ennek oka a hélium és a neon atomok energiaszintjének összehangolása .
A folyamatot az egyenlet írja le:
He (2 1 S) * + Ne + ΔE → He (1 1 S) + Ne3s 2 *amelyben (*) gerjesztett állapotot képvisel, ΔE pedig a két atom energiaállapota közötti kicsi energia-különbséget, amely 0,05 eV ( elektron-volt ) vagy 387 cm -1 nagyságrendű, amelyet l ' mozgási energia biztosít. . A gerjesztett állapotú neon atomok száma növekszik, amikor a hélium és a neon atomjai ütköznek egymással, ami végső soron a populáció inverzióját eredményezi . A spontán emisszió és a 3s 2 és 2p 4 állapot közötti stimulált emisszió 632,82 nm-en felüli fénykibocsátást eredményez, amely a hélium-neon lézer jellegzetes hullámhossza. Ekkor megjelenik a sugárzás gyors lebomlása a 2p szintről az 1s alapvető szintre. Mivel a neon felső energiaszintje erős árammal telített, míg alsó szintje az intenzitástól függően lineárisan változik, a hélium-neon lézert alacsony energiaigényű felhasználásra csökkentik az energia fenntartása érdekében.
Az optikai üreg adaptálásával a hélium-neon lézer más hullámhosszakon is képes kibocsátani.
Például :
A hélium-neon lézer hagyományos, 633 nm-es vörös vonalának valójában kisebb az erősítése, mint más vonalaknak, például 3,39 μm és 1,15 μm . Ez utóbbi azonban kiküszöbölhető az optikai üreg tükreinek megfelelő felületkezelésével, amelyek így csak a kívánt hullámhosszat vagy hullámhosszakat tükrözik.
A hélium-neon lézer látható fénye és magas términősége jó holografikus forrás , a spektroszkópia referenciája, és a mérő meghatározásának standard rendszereinek is része .
Valójában a He-Ne lézer erősítési sávja nagyon szűk, az alacsony gáznyomás miatt a Doppler szélesedése dominál, nem pedig a nyomás hatása. Az átmenet középmagasságában a szélesség 633 nm-nél csupán 1,5 GHz, ami hullámhosszban 2 μm szélességnek és körülbelül 20 cm koherenciahossznak felel meg. 15-50 cm üreghosszúság esetén ez 2-8 hosszirányú üzemmód egyidejű rezgését teszi lehetővé (egymódú lézerek léteznek azokhoz az alkalmazásokhoz, amelyek ezt igénylik).
A hélium-neon lézer az első feltalált gázlézer. Tartozunk Ali Javannak, William Bennett Jr.-nek és Donald Herriott-nak, akik 1960-ban a Bell Laboratories- ben sikeresek voltak , ezzel a lézerrel 1,15 μm-es folyamatos emisszióval .
A dióda lézerek megjelenése előtt , amelyek ma olyan sokak és olcsók, hélium-neon lézereket használtak vonalkódok olvasására .