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氩离子激光器概述

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氩离子激光器概述

激光简介
激光,又称镭射,英文叫“LASER”,是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写,意思是“受激发射的辐射光放大”,激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。

激光产生的基本原理
上图展示了原子的三种跃迁:自发吸收、自发辐射、受激辐射。
产生激光的一个关键是要实现粒子数反转。下图是红宝石激光器的粒子数反转示意图。氩离子激光器的粒子数反转机理会在后面详细解释。

激光的分类

气体放电激励激光器
气体激光器以气体或金属蒸汽为发光例子,它是目前种类最多、激励方式最多氧化、激光波长分布区域最宽、应用最广泛的一类激光器。最早也最具代表性的气体激光器是1961年问世的氦氖激光器。

产生激光的粒子种类
在原子气体激光器中,产生激光作用的是没有电离的气体原子,常用的气体主要有氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体,有时也用氯、溴、碘、氮、硫、碳、氧等气体,或铯、镉、铜、锰、锡等金属原子蒸汽。
分子激光器中产生激光作用的是没有电离的气体分子,常用的分子气体主要有CO、N2、O2、CO2、N2O和水蒸气等。典型代表是CO2激光器和氮分子激光器。
离子激光器的发光依靠电离的离子。
右图是一台组合式CO2工业激光器。

氩离子激光器基本特性
上图:一台大功率氩离子激光器,功率1-15W
下图:一台风冷氩离子激光器,功率25-100W

激发机理1

激发机理2
如果激发两种组态的速率相同,即可使4p态粒子数远多于4s态,实现粒子数反转。

激发机理3

激发机理4
1、2两种激发形式在氩离子激光器中都存在,由于一步过程要把Ar原子激发到高达35.5eV的3p44p,需要的电子能量较大,只有在低气压脉冲器件中才能达到,而二步过程只需要16-20eV的能量,所以在连续工作的器件中,二步过程占主导。

对气体放电的要求
激发Ar离子要求高电子能量。如果气压低,电子自由程长,能量损耗小,电子能量就高。

一般结构1

一般结构2
泵浦效应:放电管内的气体会被从一端抽运到另一端,使两端气压不均匀。
回气管使放电管内气体形成闭合回路,依靠气体的扩散作用减小管内气压差。

一般结构3
将氩离子激光器置于轴向磁场中,不仅可以减小离子对管壁的轰击,延长激光器的寿命,而且能提高激光器的输出功率和效率。因为在放电管内,向管壁运动的电子和正离子在轴向磁场作用下作螺旋状运动,并向管轴集中。利用了磁力线可以约束自由带电粒子的特性。
但原子、离子在磁场中能级会劈裂,所以磁场会使谱线变宽,导致增益降低。磁场也使管内带电粒子密度增加,从而碰撞也增多,使电子温度降低。所以磁场大小要根据实验调整到一个最佳值。

应用:母盘制作1
开发过程是指形成母盘的数据源,包括存储的数据,如视频、音频、文本数据,和数据的编码。
首先必须准备一块圆形平板状的厚玻璃基板,使用硝酸或具有溶解力的物质对其清洗,然后在其表面均匀地涂布称为“photoresist”(光刻胶,PR,这是一种光敏感物质)的物质,厚度为130皮米。涂后经过约20分钟烘干。
显影:刻录过程是化学反应,故刻录后的玻璃母盘要清洗一次把多余反应物去除。
PR的质地不够坚硬,必须将玻璃母盘转制成金属母盘。
镀银:使PR表面能导电。
电铸:电镀上一层镍。
抛光:母盘底层,即非信号面,由于电镀的缘故不平整,故要进行抛光。
冲压:母盘中央圆孔和外围多余部分。

应用:母盘制作2
早期和中期大多采用气体激光器,但是气体激光器的缺点比较突出,比如耗电,气体激光器约需要7KW,而大功率半导体激光器只有25W。因此,目前大多母盘生产线都采用大功率半导体激光器。

应用:激光器的泵浦源
染料激光器是一种常用的液体激光器,用有机染料作为工作介质。
右图:用氩离子激光器作泵浦源的染料激光器。

应用:激光眼科学

应用:其它应用
PDT:机体接受光敏剂后一定时间,肿瘤组织摄取和存留的光敏剂较多,经特定波长的光照射,在生物组织中氧的参与下发生光化学反应,产生单态氧和/或自由基,破坏组织和细胞中的多种生物大分子,最终引起肿瘤细胞死亡,达到治疗目的。

(完)

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最后修改:Wen 于 2005-11-06 14:34:54

发表于 2005-11-06 14:14:56
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