气体激光器的原理、分类及应用

气体激光器的工作物质是气体状态的原子、分子或离子。利用不同的气体可以产生许多种波长的激光。气体激光器的优点是相干性好，在连续工作状态下能获得很大的功率，也可...[查看全部]

气体激光器是利用气体或蒸汽作为工作物质产生激光的器件。气体激光器广泛应用于工农业生产、国防、科研、医学等领域，如计量、材料加工、激光医疗、激光通信、能源等方面。

气体激光器由放电管内的激活气体、一对反射镜构成的谐振腔和激励源等三个主要部分组成。主要激励方式有电激励、气动激励、光激励和化学激励等。其中电激励方式最常用。在适当放电条件下，利用电子碰撞激发和能量转移激发等，气体粒子有选择性地被激发到某高能级上，从而形成与某低能级间的粒子数反转，产生受激发射跃迁。气体激光器一般采用气体放电激励，还可以采用电子束激励、热激励、化学反应激励等方式。

气体激光器波长覆盖范围主要位于真空紫外至远红外波段，激光谱线上万条，具有输出光束质量高(方向性及单色性好)、连续输出功率大(如CO2激光器)等输出特性，其器件结构简单、造价低廉。

气体激光器是利用气体作为增益介质的激光器，一般是对气体放电进行泵浦。气体种类有原子气体(氦氖激光器、惰性气体离子激光器、金属蒸汽激光器)、分子气体(氮气激光器、二氧化碳激光器)、准分子气体，还有通过化学反应提供泵浦能量的特殊气体激光器。

氦氖气体激光器(HeNe)是以75%以上的He和15%以下的Ne的混合气体作为增益介质，根据工作环境不同，可发出绿(543.5nm)、黄(594.1nm)、橙(612.0nm)、红(632.8nm)及三种近红外光(1152nm、1523nm和3391nm)，其中红光(632.8nm)最为常用。HeNe气体激光器输出的光束呈高斯分布，光束质量非常稳定，虽然功率不高，但在精密测量领域有着不俗的表现。

惰性气体激光器常见的是氩离子(Ar+)和氪离子(Kr+)。其能量转化率最高可达0.6%，可长期连续稳定输出30-50w的功率，寿命超过1000h。主要用于激光显示、拉曼光谱、全息、非线性光学等

气体激光器的工作物质是气体状态的原子、分子或离子。利用不同的气体可以产生许多种波长的激光。气体激光器的优点是相干性好，在连续工作状态下能获得很大的功率，也可以工作在脉冲状态，使瞬时输出功率显著增加。

气体激光器分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器和准分子激光器。它们工作在很宽的波长范围，从真空紫外到远红外，既可以连续方式工作，也可以脉冲方式工作。

原子气体激光器：

原子气体激光器包括各种惰性气体激光器和各种金属蒸气激光器，如氦氖激光器和铜蒸气激光器。

氦氖激光器是气体激光器最早研究成功的，并且仍在普遍使用。它的工作物质是混有氦的氖。在这种混合气体中放电，部分氦原子被激发到亚稳激发态21S或23S。这部分氦原子与基态氖原子碰撞时，能导致能量转移激发，使氖原子处于激发能级上，从而实现氖原子的粒子数反转分布。氖原子在谐振腔中通过受激发射过程主要发出三个波长(3.39微米，1.15微米和6328埃)的激光。

氦氖激光器输出的激光功率只有几毫瓦到100毫瓦，效率约为0.1%。但是，氦氖激光器具有单色性好、方向性强、使用简便、结构紧凑坚固等优点，因而在精密测量、准直和测距中得到广泛的应用。气体激光器铜蒸气激光器具有平均功率高、重复率高等优点，发展很快。

离子气体激光器：

在惰性气体和金属蒸气的离子的电子态能级之间建立粒子数反转，其激光波长大多在紫外和可见光区域，输出激光功率较大。典型的离子激光器有氩离子激光器、氪离子激光器和氦镉激光器等。应用最多的是氩离子激光器。它可以产生多条波长的激光，其中最强的是4480埃和5145埃。连续输出激光功率为几百毫瓦至几百瓦，效率很低，约为0.1%。它被应用于光谱学、光泵染料激光器、激光化学和医学等。

分子气体激光器：

分子气体激光器的工作物质是中性分子气体，如氮、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽等。波长范