Laser helowo-neonowy

Laser helowo-neonowy (He-Ne) – laser gazowy o działaniu ciągłym. Substancją roboczą wewnątrz rury próżniowej jest mieszanina neonu pod ciśnieniem parcjalnym 0,1 mmHg i helu pod ciśnieniem parcjalnym 1 mmHg.

Laser helowo-neonowy emituje wiązkę światła o długości fali λ = 632,8 nm (czerwień) lub w podczerwieni o długości fali 1,15 μm.

Proces wzbudzania lasera HeNe zaczyna się od zderzenia elektronów z wyładowania elektrycznego z atomami helu. Wzbudzany atom helu przechodzi ze stanu podstawowego do stanu 2³S₁ lub 2¹S₀, przejście promieniste z tych stanów do poziomu podstawowego jest zabronione, przez co są to stany metastabilne, stany takie pozostają długo wzbudzone. Zderzenie wzbudzonego atomu helu z atomem neonu w stanie podstawowym wywołuje transfer energii z atomu helu do atomu neonu. Atom helu powraca do stanu podstawowego, a atom neonu wzbudzany jest odpowiednio do stanu z poziomu 5s (3s) lub 4s (2s)^[a]. Przejście do tego stanu jest spowodowane niewielką różnicą energii wzbudzonych atomów helu i neonu (ΔE)^[1].

Wzbudzenie helu w wyniku zderzeń z elektronami:

He(¹S₀) + ΔE_w → He*(2³S₁)

He(¹S₀) + ΔE_w → He*(2¹S)

Przeniesienie energii na neon:

He*(2³S₁) + Ne¹S₀ → He(¹S₀) + Ne*4s₂ + ΔE,

He*(2¹S₁) + Ne¹S₀ + ΔE → He(¹S₀) + Ne*5s₂,

(*) oznacza stan wzbudzony.

Ze stanów s, przejście promieniste może prowadzić tylko do poziomów p. Po uwzględnieniu energii tych poziomów, z poziomu 5s dozwolone jest przejście promieniste do poziomu 4p i 3p, a z poziomu 3s tylko do do 3p. Poziomy s mają 4 podpoziomy a p 10 podpoziomów, co daje w sumie 120 (3*4*10) możliwych długości fal emitowanego światła. Prawdopodobieństwo tych przejść jest różne. Przejściu z 3s² do 3p⁴ towarzyszy emisja czerwonego światła (długości fali 632,82 nm), i jest ono wykorzystywane w typowym laserze HeNe. Z poziomu 4p i 3p, atom szybko promieniście przechodzi do stanu 1s wytwarzając odpowiednio promieniowanie o długości fali 3,39 μm i 1,152 μm. Z poziomu 1s atom przechodzi do stanu podstawowego głównie przez zderzenia ze ściankami naczynia.

Intensywne wzbudzanie atomów neonu prowadzi do inwersji, w której wzbudzonych atomów neonu jest więcej niż atomów w stanie podstawowym.

Układ rezonujący tworzą dwa zwierciadła płaskie umieszczone w lampie lub na jej zewnątrz. Gdy zwierciadła są na zewnątrz światło musi wychodzić z lampy poprzez okienka Brewstera.

Laser helowo-neonowy był pierwszym działającym laserem gazowym. W 1960 zespół pod kierownictwem Ali Javan, William Bennett i Donald Herriott z Laboratorium Bella uzyskał ciągłą akcję laserową w laserze helowo-neonowym w podczerwieni dla fali o długości 1,15 μm, a w 1962 w świetle widzialnym o fali długości 632,8 nm^[2].

Zobacz multimedia związane z tematem: Laser helowo-neonowy