Главная / Библиотека / Использование Гелий-неоновых (He-Ne) лазеров в научных исследованиях

Использование Гелий-неоновых (He-Ne) лазеров в научных исследованиях

Использование Гелий-неоновых (He-Ne)  лазеров в научных исследованиях

Гелий-Неоновый лазер (He-Ne-лазер) – небольшой инструмент широкого применения в научных исследованиях. Эти лазеры в основном используются на длине волны 632,8 нм в красном диапазоне видимого спектра. Линия красных гелий-неоновых лазеров от Thorlabs имеет стабильные выходные мощности от 0,5 до 35 мВт, в основе используется гауссов луч. В зависимости от выбранной модели выходной луч будет либо линейно поляризован, либо поляризован случайным образом, либо неполяризован.

Активная среда He-Ne-лазера представляет собой смесь двух газов, гелия и неона, в соотношении 5: 1, она поддерживается при низком давлении в герметичной стеклянной трубке. Источником возбуждения для этих лазеров является высоковольтный электрический разряд, поступающий через анод и катод (расположены на каждом конце стеклянной трубки). Оптическая полость лазера состоит из плоского отражающего зеркала на одном конце излучающей трубки и вогнутого выходного соединительного зеркала с однопроцентным пропусканием на другом конце (см. рисунок 1). Длина полости компактного лазера варьируется от 15 см до 0,5 м.

Рисунок 1. Оптическая полость He-Ne лазера — копия  

Основные характеристики He-Ne лазера представлены в таблице 1.

Таблица1. Основные характеристики

Поляризация

Неполяризованный (случайно поляризованный) пучок

Выходное излучение He-Ne-лазера - флуктуирующий линейно поляризованный пучок, направление поляризации которого изменяется за наносекунды. Неполяризованные лазеры идеально подходят для экспериментов, где нет поляризующих элементов. В зависимости от продолжительности опыта возможны большие колебания мощности.

Поляризованный пучок

Форма поляризованного излучения He-Ne-лазера – линейная, благодаря чему эти устройства и становятся идеальными инструментами для проведения экспериментов, где имеет значение форма поляризации.

Ширина линии генерации в He-Ne-лазерах

He-Ne-лазер красного цвета в воздухе излучает длину волны 632,816 нм. Зачастую принимается 632 нм ии 633 нм. Кривая усиления длины волны лазера He-Ne состоит из нескольких продольных мод, колеблющихся в пределах диапазона из-за теплового расширения рабочей области и других внешних факторов.

Рисунок2. Крисвая усиления Ширина линии лазера He-Ne зависит от требований к эксперименту. Структура осевой моды He-Ne-лазера характеризуется числом мод, областью свободной дисперсии (FSR) и доплеровской шириной линии (см. рисунок ниже). Ширина линии отдельных осевых мод обычно мала (~ кГц) и в основном зависит от внешних условий и интервала измерения, а не от параметров лазера. В большинстве задач интерферометрии наиболее важным параметром является длина когерентности, которая определяется наиболее удаленными продольными модами. Для красного He-Ne-лазера длина когерентности составляет приблизительно 30 см.

Энергетические уровни He-Ne-лазера

Генерация излучения в He-Ne-лазере начинается с соударения электронов и электрических разрядов с атомами гелия в газе. Это переводит атомы гелия из основного состояния в метастабильное, в котором он может находиться долгое время. Атомы гелия сталкиваются с атомами неона (в основном состоянии), переводя неон в возбужденное состояние. Число атомов неона, входящих в возбужденные состояния, накапливается до тех пор, пока не будет достигнута инверсия населенности. Спонтанное и стимулированное излучение между состояниями и производит излучение длиной волны 632,82 нм наряду с другими длинами волн излучения (см. рисунок). Из этих состояний электроны быстро возвращаются в основное состояние. Выходная мощность лазера He-Ne ограничена, поскольку на высшем уровне неон насыщается большим током, а нижний уровень линейно изменяется.

Рисунок 3. Энергетические усровни

Полость может быть спроектирована так, чтобы пропускать другие длины волн лазерного излучения. Есть инфракрасные переходы при длинах волн 3,39 мкм и 1,15 мкм, различные видимые переходы, включая зеленый (543,365 нм), желтый (593,932 нм), желто-оранжевый (604,613 нм) и оранжевый (611,802 нм)(см. рисунок 3). Обычный красный выходной пучок длиной волны 632,8 нм для He-Ne-лазера имеет гораздо более низкий коэффициент усиления по сравнению с другими длинами волн.

Области применения

  • Метрология
  • Мониторинг очистки
  • Сортировка продуктов
  • Проточная цитометрия
  • Конфокальная микроскопия
  • Анализ изображений в медицине
  • Мониторинг непрозрачности
  • Выравнивание и юстировка
  • Морские навигационные системы

Окружающая среда

Внешние условия важны при работе лазера: например, запыление оптики приводит к снижению выходной мощности, а из-за вибраций можно пучки могут быть нестабильны. Правильная установка оборудования на оптическом столе поможет уменьшить влияние внешних колебаний. Если среда, в которой используется лазер, зависит от температуры, выходная мощность может сильно изменяться. He-Ne-лазер менее чувствителен к изменениям, вызванным обратными отражениями, большие ретро-отражения в лазере могут вызвать непредсказуемые изменения мощности. Изолятор свободного пространства может использоваться для уменьшения или устранения этих эффектов. Однако такая линия He-Ne-лазеров не подойдет для анализа или эксперимента, где требуется одна частота или большая длина когерентности.

 

Компания INSCIENCE является прямым поставщиком продукции Thorlabs на территории РФ. Вы можете получить подробную информацию и коммерческие условия обратившись к специалистам нашей компании.

 

Последние статьи
Агрофотоника

Повышение уровня потребления продуктов питания является прямым следствием неуклонного роста населения нашей планеты. Уже не одно столетие остается актуальной задача создания условий для выращивания растений вне зависимости от сезона; возрастают масштабы тепличного хозяйства, ведется разработка новых решений и методов, стимулирующих онтогенез растений...

Использование компактных спектрометров в исследованиях процессов сгорания

Будем честны, интереснее всего в химии наблюдать яркие вспышки и реакции горения. Популярный опыт в общей химии – реакция между алюминием и оксидом железа (III) – одна из таких впечатляющих иллюстраций.

Терагерцовые наборы

Если вы знакомы с принципами работы терагерцовых спектрометров реального времени и являетесь обладателем фемтосекундного лазера, терагерцовый набор может оказать большую пользу в ваших исследованиях.

Брэгговские зеркала
Тонкие брэгговские зеркала представляют собой структуру, состоящую из чередующейся последовательности оптических материалов с разным показателем преломления
Фотодиоды и фотопроводники

Фотодиод работает подобно обыкновенному сигнальному диоду. Отличие заключается в том, что фотодиод генерирует фототок, когда свет поглощается в области переходного слоя полупроводника. Это устройство обладает высокой квантовой эффективностью, а потому находит применение в решении многих задач.

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку, и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, пр. Большой Сампсониевский, д. 60У, офис 31