Un laser cu heliu-neon este un laser al cărui mediu activ este un amestec de heliu și neon. Laserele cu heliu-neon sunt adesea folosite în experimente de laborator și în optică . Are o lungime de undă de operare de 632,8 nm, situată în partea roșie a spectrului vizibil .
Mediul de lucru al unui laser heliu-neon este un amestec de heliu și neon într-un raport de 5:1, situat într-un balon de sticlă sub presiune scăzută (de obicei aproximativ 300 Pa ). Energia pompei este furnizată de la două descărcatoare electrice cu o tensiune de aproximativ 1000-5000 volți (în funcție de lungimea tubului) situate la capetele balonului. Rezonatorul unui astfel de laser constă de obicei din două oglinzi - complet opace pe o parte a becului și a doua, care transmite prin sine aproximativ 1% din radiația incidentă pe partea de ieșire a dispozitivului.
Laserele cu heliu-neon sunt compacte, cu o dimensiune tipică a rezonatorului variind de la 15 cm la 2 m, iar puterea lor de ieșire variază de la 1 la 100 mW.
Într -o descărcare de gaz într-un amestec de heliu și neon , se formează atomi excitați ai ambelor elemente . Se dovedește că energiile nivelului metastabil al heliului 1 S 0 și nivelul radiativ al neonului 2p 5 5s 2 [1/2] se dovedesc a fi aproximativ egale cu 20,616 și, respectiv, 20,661 eV . Transferul de excitație între aceste două stări are loc în următorul proces:
El* + Ne + ∆E → El + Ne*iar eficiența sa se dovedește a fi foarte mare (unde (*) indică starea excitată, iar ΔE este diferența dintre nivelurile de energie ale celor doi atomi.) 0,05 eV lipsă sunt luate din energia cinetică a mișcării atomilor. . Populația nivelului neon 2p 5 5s 2 [1/2] crește și la un moment dat devine mai mare decât cea a nivelului subiacent 2p 5 3p 2 [3/2]. Se instalează o inversare a populației de nivel – mediul devine capabil să genereze laser.
În timpul tranziției atomului de neon de la starea 2p 5 5s 2 [1/2] la starea 2p 5 3p 2 [3/2], este emisă radiație cu o lungime de undă de 632,816 nm . Starea 2p 5 3p 2 [3/2] a atomului de neon este, de asemenea, radiativă cu o durată de viață scurtă și, prin urmare, această stare este rapid dezexcitată în sistemul de nivel 2p 5 3s și apoi în starea fundamentală 2p 6 , fie datorită emisia de radiații rezonante (nivele de radiație ale sistemului 2p 5 3s), sau din cauza coliziunii cu pereții (nivele metastabile ale sistemului 2p 5 3s).
În plus, cu alegerea corectă a oglinzilor rezonatoare , este posibil să se obțină generarea laser la alte lungimi de undă: același nivel 2p 5 5s 2 [1/2] poate ajunge la 2p 5 4p 2 [1/2] cu emisia de un foton cu lungimea de undă de 3,39 μm , iar nivelul 2p 5 4s 2 [3/2], care ia naștere la o coliziune cu un alt nivel de heliu metastabil, poate merge la 2p 5 3p 2 [3/2], emițând un foton cu o lungime de undă de 1,15 μm. De asemenea, este posibil să primiți radiații laser la lungimi de undă de 543,5 nm (verde), 594 nm (galben) sau 612 nm (portocaliu).
Lățimea de bandă spectrală a unui laser cu heliu-neon este destul de mică, aproximativ 1,5 GHz . Valoarea sa este determinată în principal de lărgirea Doppler a radiației atomilor de neon, care apare ca urmare a manifestării efectului Doppler . Îngustimea spectrului de emisie face ca laserele cu heliu-neon să fie bune surse de radiație pentru utilizarea în interferometrie , holografie , spectroscopie , precum și în cititoarele de coduri de bare .
Primul laser cu gaz alimentat cu un amestec de heliu și neon a fost demonstrat de Ali Javan , William Bennett și D.R. Herriott ( ing. DR Herriott ) în 1960 și a emis radiații la o lungime de undă de 1,15 microni (infraroșu) [1] . Doi ani mai târziu, Alan David White și Dane Rigden au arătat că un laser cu heliu-neon poate emite radiații la o lungime de undă de 632,8 nm, adică în domeniul vizibil al spectrului [2] . Acest laser cw în domeniul vizibil a fost cel care a găsit ulterior o largă aplicație.