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.

 

© Thorlabs Inc.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Thorlabs на территории РФ

 

Последние статьи
Определение характеристик материалов

Частицы размерами от 1 до 100 нм, считаются наночастицами. Охарактеризовать такие частицы трудно, однако задач, связанных с локализацией излучения на поверхностях наночастиц, становится все больше...

Коротковолновая инфракрасная область спектра

К коротковолновой области инфракрасного излучения относятся длины волн из диапазона 0.9 - 1.7 мкм, но иногда коротковолновая ИК область определяется и диапазоном 0.7 - 2.5 мкм. Поскольку керамические фотосенсоры распознают излучение длиной до 0.1 мкм, визуализация коротковолнового ИК спектра требует специальной оптики и электроники...

Преимущества линз Френеля

Линзы Френеля состоят из набора концентрических канавок, выгравированных на поверхности пластины из прозрачного материала. Благодаря компактным размерам, небольшому весу и свойству собирать излучение линзы широко применяются в качестве увеличителей, устанавливаются в эмиттерах и обнаружительных системах...

Преобразование выходного сигнала в последовательность прямоугольных импульсов

Искажение импульса проявляется в виде отклонений профиля сигнала от «идеального» профиля. Конечно, искажения напрямую влияют не только на форму, но и на добротность. Например, очень часто системе не хватает скорости отклика, чтобы передать вид точной амплитуды сигнала, которая, в свою очередь, меняется слишком быстро...

Селекция импульсов в ультрабыстрых усилителях с положительной обратной связью с использованием ротаторов Фарадея EOT

При проектировании лазерных фемтосекундных и пикосекундных систем используются усилители с распределенной обратной связью, осуществляющие селекцию импульсов...

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, Коломяжский проспект, 33 корпус 2