[其他]低損耗氦氖激光器

無效

• 申請號: 86100312
• 申請日: 1986-01-18
• 公開（公告）號: CN86100312A
• 公開（公告）日: 1987-07-29
• 發明（設計）人: 高樹香
• 申請（專利權）人: 南京工學院
• 主分類號: H01S3/223
• 分類號: H01S3/223
• 代理公司: 南京工學院專利事務所
• 代理人: 姚建楠,樓高潮

本發明屬于激光器件與技術領域。

氦氖（He-Ne）激光器是一種常用的小功率激光器件，在全息、計量、準直、聲成象技術以及醫學和科學實驗的研究中得到廣泛應用。一般的He-Ne激光器是采用雙層玻殼的同軸型結構，內層為毛細管型，毛細管的管徑長度對輸出功率有決定性的影響。要獲得一定功率的激光輸出，必須選用一定管徑和長度的毛細管。因此激光器的擊穿電壓比較高，放電管損耗大、效率低。1980年3月天津市激光技術研究所發明出一種新結構同軸型氣體激光器〔1〕，可使He-Ne激光器的擊穿電壓降低。但這種新結構激光器的放電管比較復雜，采用三層玻管結構，玻殼加工困難，而且激光管放電不易穩定，陰極濺射較大，易使激光管受到污染。

本發明的目的在于采用普通的He-Ne激光器結構，除了在放電管內充入He-Ne氣體外，還充入少量的低電離電位雜質氣體，利用產生的潘寧效應，使He-Ne激光器的損耗降低，擊穿電壓降低。

本發明的特點在于采用現有的He-Ne激光器結構，在激光管內充有少量的低電離電位雜質氣體，如氬（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等氣體，利用氣體放電中的潘寧效應來降低擊穿電壓和降低損耗。我們采用Ar氣作為輔助氣體來說明氣體產生的潘寧過程：

其中H^＊_e、N^＊_e為激發態原子，其激發電位大于Ar原子的電離電位，通過與Ar原子碰撞，將激發能傳于Ar原子，使之產生電離。

由此可見，在滿足潘寧過程的混合氣體中，在一定的電場空間的電離系數應增大為：α＝α₁+α₂;其中α₁為電子碰撞電離系數，α₂為潘寧碰撞電離系數。

潘寧電離系數除與兩種氣體性質有關，還與它們的分壓比有關。例如：Ar氣壓較高，相對來說He-Ne氣壓較低，同時，等離子體電子溫度也較低;反之，如果Ar太少，潘寧碰撞也隨之大大減少，使其效應不顯著。由潘寧混合氣體的擊穿理化得知，混合氣體的擊穿電壓隨主氣體與輔助氣體的氣壓比而變化。Ar氣壓與He-Ne氣壓比為0.1%左右，即0.05%～0.4%之間時，混合氣體的擊穿電壓下降最低。由此可見，極少量的輔助氣體對混合氣體的擊穿電壓有明顯影響。我們在實際的He-Ne激光器中加入的Ar氣體在0.05～0.4%時，激光器的其它參量影響極小，同時達到降低He-Ne激光器擊穿電壓和降低損耗的目的。

本發明的He-Ne激光器效果在于損耗低、效率高，一次擊穿后放電即可穩定，消除了普通He-Ne激光器存在的張弛振蕩，使激光輸出穩定。同時還具有工作電流小、管壓降小等優點，可使放電管的陰極濺射大大減小，管內污染降低，從而提高激光管的工作穩定性。由于本發明的激光管擊穿電壓低，因此提供激光管的電源也可隨之減小，而且重量輕、體積小、節省能源便于推廣應用。本發明和普通的He-Ne激光器一樣，可廣泛用于全息、準直、計量、聲成象、醫學和科學實驗等各個領域。

圖1為本發明的激光器結構示意圖。

實施例：

由圖1所知，本發明的激光器采用普通的He-Ne激光器結構，圖中（K）為園筒型陰極，選用純鋁片作材料;（A）為鎢桿陽極，（R₁）和（R₂）為多層介質膜反射鏡，組成共振腔;兩片反射鏡之間是放電管（C），內層毛細管為（M）。我們實取腔長為250mm，毛細管內徑為1.2mm，充氣過程為：在激光管內先充入占總氣壓之比為0.05%～0.4%之間的Ar氣，然后再充入7∶1的He-Ne混合氣體。采用這種結構和氣體充入量，經實驗可一次出光并達到放電穩定，有些參量可得到明顯改善，如擊穿電壓現降到2800伏，比原先激光器降低1/3左右;管壓降現降到1100伏，比原先激光器降低約500伏左右，現放電電流降為3mA，該參量也有較大改善。此外，本發明可達到原有He-Ne激光器的輸出功率。

參考文獻：

〔1〕高全生等“對激光管著火電壓降低的實驗探討”，《中國激光》1982年第10卷第1期。