موضوع مقاله: لیزر هلیوم-نئون | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # لیزر هلیوم-نئون | مقدمه: شناخته شده‌ترین و پرکاربردترین لیزر He-Ne در طول موج ۶۳۲٫۸ نانومتر، در قسمت قرمز طیف مرئی کار می کند. | ## بخش 1: لیزر هلیوم-نئون | تاریخچه توسعه لیزر He-Ne اولین لیزرهای He-Ne توسط فیزیکدان ایرانی علی جوان و همکارانش ساختهرشد که در ۱۱۵۰ نانومتر مادون قرمز ساطع کردند، و اولین لیزرهای گازی و اولین لیزرهایی با خروجی موج پیوسته بودند. با این حال، لیزری که در طول موج‌های مرئی کار می‌کرد، بسیار مورد تقاضا بود، و تعدادی از انتقال‌های نئونی دیگر برای شناسایی مواردی که در آن‌ها می‌توان به وارونگی جمعیت دست یافت، مورد بررسی قرار گرفت. خط ۶۳۳ نانومتر مشخص شد تا دارای بالاترین بهره در طیف مرئی و این طول موج انتخابی برای اکثر لیزرهای He-Ne باشد. با این حال، سایر طول موج‌های انتشار-تحریک شده مرئی و مادون قرمز، و با استفاده از پوشش‌های آینه ای با حداکثر بازتاب آنها در این طول موج‌های دیگر امکان‌پذیر می‌باشند. 407–411 انتشارات تحریک شده از بیش از ۱۰۰ میکرومتر مورد در مادون قرمز دور تا ۵۴۰ نانومتر در مرئی شناخته شده‌اند. از آنجایی که انتقال‌های مرئی تا حدی دارای بهره کمتری هستند، این لیزرها عموماً بازده خروجی کمتری دارند، هزینه بیشتری نیز دارند. ۳٫۳۹ میکرومتر انتقال بهره بسیار بالایی دارد، اما از استفاده در لیزر He-Ne معمولی (با طول موج مورد نظر متفاوت) جلوگیری می‌شود، زیرا حفره و آینه‌ها در آن طول موج دارای تلفات هستند. با این حال، در لیزرهای پرقدرت He-Ne که دارای یک حفره به خصوص طولانی هستند، سوپرلومینسانس در ۳٫۳۹ میکرومتر می‌تواند به یک مزاحم تبدیل شود، انرژی را از محیط انتشار تحریک‌شده سلب کند، که اغلب به سرکوب اضافی نیاز دارد. شناخته شده‌ترین و پرکاربردترین لیزر He-Ne در طول موج ۶۳۲٫۸ نانومتر، در قسمت قرمز طیف مرئی کار می‌کند. 18 ماه پس از نمایش پیشگامانه اولین لیزر گازی He-Ne مادون قرمز پیوسته در همان آزمایشگاه در دسامبر ۱۹۶۰ توسعه یافت. ساخت و بهره‌برداری محیط بهره لیزر، همان‌طور که از نامش پیداست، مخلوطی از گازهای هلیوم و نئون به نسبت تقریباً ۱۰:۱ است که با فشار کم در یک پاکت شیشه ای موجود است. اتم‌های هلیوم برانگیخته با اتم‌های نئون برخورد می‌کنند و برخی از آنها را به حالتی برانگیخته می‌کند که ۶۳۲٫۸ نانومتر تابش می‌کند. | ## بخش 2: لیزر هلیوم-نئون | بدون هلیوم، اتم‌های نئون بیشتر برانگیخته خواهند شد تا به حالت‌های برانگیخته پایین‌تر، مسئول خطوط غیر لیزری، برانگیخته می‌شوند. یک لیزر نئون بدون هلیوم می‌تواند ساخته شود، اما بدون این وسیله اتصال انرژی بسیار دشوارتر است؛ بنابراین، لیزر He-Ne که به اندازه کافی هلیوم خود را از دست داده‌است (مثلاً به دلیل انتشار از طریق مهر و موم یا شیشه) عملکرد لیزر خود را از دست می‌دهد زیرا راندمان پمپاژ بسیار پایین خواهد بود. منبع انرژی یا پمپ لیزر توسط یک تخلیه الکتریکی با ولتاژ بالا که از طریق گاز بین الکترودها (آند و کاتد) درون لوله عبور می‌کند، تأمین می‌شود. حفره نوری لیزر معمولاً از دو آینه مقعر یا یک صفحه و یک آینه مقعر تشکیل شده‌است: یکی دارای بازتاب بسیار بالا (معمولاً ۹۹٫۹٪) و آینه جفت کننده خروجی که امکان انتقال تقریباً ۱٪ را فراهم می‌کند. قاب| نمودار شماتیک لیزر هلیوم نئون لیزرهای تجاری He-Ne دستگاه‌های نسبتاً کوچکی هستند، در بین لیزرهای گازی که دارای طول حفره معمولاً بین ۱۵ تا ۵۰ سانتی‌متر است. (اما گاهی تا حدود ۱ متر برای دستیابی به بالاترین توان) و سطوح توان خروجی نوری از ۰٫۵ تا ۵۰میلی وات. طول موج لیزر He-Ne قرمز ۶۳۳ نانومتر دارای طول موج خلاء واقعی ۶۳۲٫۹۹۱ است نانومتر یا حدود ۶۳۲٫۸۱۶ نانومتر در هوا طول موج حالت‌های انتشار تحریک شده در حدود ۰٫۰۰۱ قرار دارد نانومتر بالاتر یا کمتر از این مقدار، و طول موج آن حالت‌ها به دلیل انبساط و انقباض حرارتی حفره در این محدوده تغییر می‌کند. تثبیت مطلق فرکانس (یا طول موج) لیزر به اندازه ۲٫۵ قطعات 10 11 را می‌توان با استفاده از سلول جذب ید به دست آورد. همان‌طور که در نمودار سطح انرژی همراه نشان داده شده‌است، این برخوردها اتم‌های هلیوم را از حالت پایه به حالت‌های برانگیخته با انرژی بالاتر، از جمله 2 3 S 1 و 2 1 S 0 (LS، یا جفت راسل-ساندر، شماره جلو ۲، تحریک می‌کنند. نشان می‌دهد که یک الکترون حالت ۲= برانگیخته است) حالت‌های فراپایدار با عمر طولانی هستند. به دلیل تصادفی تقریباً تصادفی بین سطوح انرژی دو حالت ناپایدار He و سطوح نئون 5s 2 و 4s 2 ./ نماد Paschen] ، برخورد بین این اتم‌های بی‌پایدار هلیوم و اتم‌های نئون حالت پایه منجر به انتقال انتخابی و کارآمد انرژی تحریک از هلیوم به نئون. هنگامی که جمعیت این دو سطح بالا از سطح پایین‌تر مربوطه، 3p 4 که به صورت نوری به آن متصل هستند، بیشتر شود، وارونگی جمعیت وجود دارد. | ## بخش 3: لیزر هلیوم-نئون | این محیط قادر است نور را در یک باند باریک در ۱٫۱۵ تقویت کند میکرومتر (مرتبط با انتقال 4s 2 به 3p 4) و در یک نوار باریک در ۶۳۲٫۸ نانومتر (مرتبط با انتقال 5s 2 به 3p 4). سطح 3p 4 به‌طور مؤثر با واپاشی تابشی سریع به حالت 3s تخلیه می‌شود و در نهایت به حالت پایه می‌رسد. مرحله باقیمانده در استفاده از تقویت نوری برای ایجاد یک نوسان ساز نوری، قرار دادن آینه‌های بسیار بازتابنده در هر انتهای محیط تقویت کننده است، به طوری که یک موج در یک حالت فضایی خاص به خود منعکس می‌شود و در هر گذر، قدرت بیشتری نسبت به از دست دادن قدرت به دست می‌آورد. هنگامی که این شرایط برای یک یا چند حالت طولی برآورده می‌شود، تابش در آن حالت‌ها به سرعت افزایش می‌یابد تا زمانی که اشباع بهره رخ دهد، و در نتیجه یک خروجی پرتو لیزر پیوسته از طریق آینه جلویی (معمولاً ۹۹٪ بازتابنده) ایجاد می‌شود. ۰٫۰۰۲ نانومتری پهنای باند محیط انتشار تحریک شده بیش از برابر باریکتر از عرض طیفی یک دیود ساطع کننده نور است (برای مقایسه به طیف آن مراجعه کنید)، با پهنای باند یک حالت طولی منفرد هنوز هم بسیار باریک‌تر است. پهنای باند بهره لیزر He-Ne به جای افزایش فشار به دلیل فشار کم گاز، تحت سلطه گسترش داپلر است و بنابراین کاملاً باریک است: فقط حدود ۱٫۵ گیگاهرتز عرض کامل برای انتقال ۶۳۳ نانومتر با حفره‌هایی با طول معمولی ۱۵ تا ۵۰ سانتی‌متر، حدود ۲ تا 8 حالت‌های طولی برای نوسان به‌طور همزمان این اجازه را می‌دهد. خروجی مرئی لیزر He-Ne قرمز، طول پیوستگی طولانی و کیفیت فضایی عالی آن، این لیزر را به منبع مفیدی برای هولوگرافی و به عنوان مرجع طول موج برای طیف‌سنجی تبدیل می‌کند. ژیروسکوپ‌های لیزری از لیزرهای He-Ne استفاده می‌کنند که در ۶۳۳ نانومتر در پیکربندی لیزر حلقه ای کار می‌کنند. این لیزرها به دلیل هزینه نسبتاً پایین و سهولت کار در مقایسه با سایر لیزرهای مرئی که پرتوهایی با کیفیت مشابه از نظر انسجام فضایی (پرتو گاوسی تک حالته) و طول انسجام طولانی تولید می‌کنند، به‌طور گسترده در آزمایشات آزمایشگاهی در زمینه اپتیک استفاده می‌شوند. این امر تا سال ۱۹۸۴ ادامه یافت که در مدل‌های سال ۱۹۸۴ از دیودهای لیزر مادون قرمز استفاده شد. | ## جمع‌بندی | پایونیر به استفاده از دیودهای لیزر در همه پخش‌کننده‌های بعدی تا زمان توقف این فرمت در سال ۲۰۰۹ ادامه داد.