激光器的作用(氦氖激光器的作用)

氦氖激光器的作用

原理：

1、工作物质：激光器的核心，只有能实现能级跃迁的物质才能作为激光器的工作物质。

2、激励能源：它的作用是给工作物质以能量，将原子由低能级激发到高能级的外界能量。通常可以有光能源、热能源、电能源、化学能源等。

3、光学共振腔：作用一是使工作物质的受激辐射连续进行；二是不断给光子加速；三是限制激光输出的方向。最简单的光学共振腔是由放置在氦氖激光器两端的两个相互平行的反射镜组成。当一些氖原子在实现了粒子数反转的两能级间发生跃迁，辐射出平行于激光器方向的光子时，这些光子将在两反射镜之间来回反射，于是就不断地引起受激辐射，很快地就产生出相当强的激光。

氦氖激光器工作原理及应用

原理

激光陀螺仪的原理是利用 光程差来测量旋转角速度（ Sagnac 效应）。在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，环形激光器由三角形或正方形的石英制成的闭合光路组成，内有一个或几个装有混合气体（氦氖气体）的管子，两个不透明的反射镜和一个半透明镜。用高频电源或 直流电源激发混合气体，产生单色激光。为维持回路 谐振，回路的周长应为光波波长的整数倍。用半透明镜将激光导出回路，经反射镜使两束相反传输的激光干涉，通过光电探测器和电路输入与输出角度成比例的数字信号。

氦氖激光器的应用

激光切割机的氦气起产生激光的媒介和增加激光输出功率的作用，氖气起产生激光的作用。

氦氖激光器在可见光区和红外区可产生多种波长的激光谱线，其中主要的有0.6328μm的红光和1.15μm及3.39μm的红外光。氦氖激光器有非常好的方向性和相干性，其结构简单，寿命长，小巧价廉，频率稳定。在印刷工业的电子分色机、激光照排机、激光制版机、全息照片制片和激光印字机以及计算技术、自动控制等方面用得比较多。

氦氖激光器有什么特点

激光器是能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。

1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。

1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。

1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。

按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器，其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。

按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。

大功率激光器通常都是脉冲式输出。各种不同种类的激光器所发射的激光波长已达数千种，最长的波长为微波波段的0.7毫米，最短波长为远紫外区的210埃，X射线波段的激光器也正在研究中。 激光工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光增益媒质，它们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体等媒质。

对激光工作物质的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。

除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，装置的必不可少的组成部分包括激励（或抽运）、具有亚稳态能级的工作介质和谐振腔（ 见光学谐振腔）3部分。

激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。

激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。

工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。

谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的定向性和相干性。

激励(泵浦)系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。

根据工作物质和激光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装置，常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。

是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成。

②气体放电激励。

是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。

③化学激励。

是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。

④核能激励。

是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。

光学共振腔 通常是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反射镜按特定的方式组合而成。作用为：

①提供光学反馈能力，使受激辐射光子在腔内多次往返以形成相干的持续振荡。

②对腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出激光具有一定的定向性和单色性。

共振腔作用①，是由通常组成腔的两个反射镜的几何形状（反射面曲率半径）和相对组合方式所决定；而作用②，则是由给定共振腔型对腔内不同行进方向和不同频率的光，具有不同的选择性损耗特性所决定的。 几种常见激光器及其用途介绍如下：

Nd：YAG激光器，1064nm，固体激光器，连续激光器的最大输出功率1000W，可用于激光切割金属。 Ho：YAG，固体激光器，可产生对人眼安全的2097nm和2091nm激光，适用于雷达和医学应用。 He-Ne激光器，632.8nm，气体激光器，功率为几mW，用于准直，定位，全息照相等。 CO2激光器，气体激光器，输出波长10.6um，广泛用于激光加工，医疗，大气通信及其他军事应用。 N2分子激光器，气体激光器，输出紫外光，峰值功率可达数十兆瓦，脉宽小于10ns，重复频率为数十至数千赫，作可调谐燃料激光器的泵浦源，也可用于荧光分析，检测污染等方面。

氦氖激光的作用与功效

氦氖（he-ne）激光器是使用时间最早，技术最成熟，应用的激光器之一。气体原子具有确定的能级结构，在外界的电子激发后发生能级跃迁产生粒子数反转，产生受激辐射，发出激光。

因此氦氖激光波长是纯净的单色光，线宽极窄，波长误差只有几纳米，因此具有极大的相干长度。有些靠能带跃迁发光的激光器如LD的单色性与相干性无法与之相比。

氦氖激光器的作用是什么

（一）定向发光

普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。1962年，人类第一次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照灯光柱射向月球，按照其光斑直径将覆盖整个月球。

（二）亮度极高

在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯（光照度的单位），颜色鲜红，激光光斑明显可见。若用功率最强的探照灯照射月球，产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法察觉。激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。

（三）颜色极纯

光的颜色由光的波长（或频率）决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种颜色，所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源，它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源，只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一，但仍有一定的分布范围。如氪灯只发射红光，单色性很好，被誉为单色性之冠，波长分布的范围仍有0.00001纳米，因此氪灯发出的红光，若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见，光辐射的波长分布区间越窄，单色性越好。

激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到2×10-9纳米，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见，激光器的单色性远远超过任何一种单色光源。

（四）相干性好。激光的频率、振动方向、相位高度一致，使激光光波在空间重叠时，重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象。这种现象叫做光的干涉，所以激光是相干光。而普通光源发出的光，其频率、振动方向、相位不一致，称为非相干光。

闪光时间可以极短。由于技术上的原因，普通光源的闪光时间不可能很短，照相用的闪光灯，闪光时间是千分之一秒左右。脉冲激光的闪光时间很短，可达到6飞秒（1飞秒=10-15秒）。闪光时间极短的光源在生产、科研和军事方面都有重要的用途。

氦气和氖气在激光器中的作用

激光焊用氦气好

1.氮气N2

N2的电离能适中，比Ar的高，比He的低，在激光作用下电离程度一般，可以较好的减小等离子体云的形成，从而增大激光的有效利用率。氮在一定温度下可以与铝合金、碳钢发生化学反应，产生氮化物，会提高焊缝脆性，韧性降低，对焊缝接头的力学性能会产生较大的不利影响，所以不建议使用氮气对铝合金和碳钢焊缝进行保护。

而氮与不锈钢发生化学反应产生的氮化物可以提高焊缝接头的强度，会有利于焊缝的力学性能提高，所以在焊接不锈钢时可以使用氮气作为保护气体。

2.氩气Ar

Ar的电离能相对低，在激光作用下电离程度较高，不利于控制等离子体云的形成，会对激光的有效利用率产生一定的影响，但是Ar活性非常低，很难与常见金属发生化学反应，而且Ar成本不高，除此之外，Ar的密度较大，有利于下沉至焊缝熔池上方，可以更好的保护焊缝熔池，因此可以作为常规保护气体使用。

3.氦气He

He的电离能高，在激光作用下电离程度很低，可以很好的控制等离子体云的形成，激光可以很好的作用于金属，而且He活性非常低，基本不与金属发生化学反应，是很好的焊缝保护气体，但是He的成本太高，一般大批量生产型产品不会使用该气体，He一般用于科学研究或者附加值非常高的产品。

保护气体的吹入方式

保护气体的吹入方式目前主要有两种：一种是旁轴侧吹保护气体，另一种是同轴保护气体。

氦氖激光有用吗

温度几乎感觉不到。

氦氖激光是以四能级方式工作的，产生激光的是氖原子，氦原子只是把它吸收的能量共振转移给氖原子，起很好的媒介作用。当氦氖原子气体在放电管中时，通过电子碰撞的激发，氦原子由基态跃迁到亚稳态能级，处于这一能级的原子与氖原子碰撞时，将能量传递给氖原子，使其向不同的能态跃迁，从而产生632.8nm、1152nm、3391nm等不同波长的激光。氦氖激光器由激光放电管、谐震腔和激励电源三部份组成，在医疗上氦氖激光主要用于照射，有刺激、消炎、镇痛和扩张血管作用。

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