氦氖激光器及電源的選購(gòu)

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1、氦氖激光器及電源的選購(gòu) 外腔式氦氖激光器 　內(nèi)腔式氦氖激光器 氦氖激光器生產(chǎn)廠家 倍壓整流電路激光電源 　變壓器電路激光電源 開(kāi)關(guān)電路激光電源 激光器的橫向模式 激光器的縱模間隔 氦氖激光器的型號(hào)命名 氦氖激光器 從原理上講氦氖激光器主要由放電管(既充有工作物質(zhì)氦氣與氖氣的玻璃管及電極)、輸出鏡及全反鏡(既光學(xué)諧振腔)、電源(既激勵(lì)裝置)三部部分組成,但在實(shí)際中把它們做成激光器(放電管、輸出鏡及全反鏡)與電源兩部分。氦氖激光器按放電管與輸出鏡、全反鏡連接方式的不同可分為外腔式氦氖激光器、內(nèi)腔式氦氖激光器及半外腔式氦氖激光器（因使用很少故不作介紹）三種。氦氖激光電源從電路上分通常可分

2、為倍壓整流電路激光電源、變壓器電路激光電源和開(kāi)關(guān)電路激光電源三種。 當(dāng)激光器工作時(shí)，輸出鏡及全反鏡互相平行且與調(diào)直的放電管垂直，并保持不變時(shí)激光器輸出功率最大且穩(wěn)定，當(dāng)輸出鏡及全反鏡互相平行且與調(diào)直的放電管垂直的狀態(tài)發(fā)生變化，激光器輸出功率會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，輸出功率會(huì)下降，嚴(yán)重時(shí)不出光。 1、外腔式氦氖激光器 外腔式氦氖激光器的放電管與輸出鏡及全反鏡非一體。放電管兩端被磨成一特殊角度（布魯斯特角）,用兩塊石英玻璃密封, 兩塊石英玻璃稱為布氏窗。布氏窗(角）使輸出激光成線偏振光。 放電管及輸出鏡、全反鏡被安裝于放電管的直度及輸出鏡與全反鏡的平行度都可以調(diào)節(jié)的機(jī)殼內(nèi)，機(jī)殼的上下蓋有散熱

3、孔內(nèi)。 輸出鏡、全反鏡的平行度調(diào)節(jié)裝是很重要的。輸出鏡、全反鏡的調(diào)節(jié)螺絲可分為有粗細(xì)調(diào)（螺距大與小）與無(wú)粗細(xì)調(diào)兩種結(jié)構(gòu),且有外置與內(nèi)置之分。 無(wú)粗細(xì)調(diào)的輸出鏡、全反鏡調(diào)節(jié)螺絲螺距通常是0.5mm，調(diào)節(jié)時(shí)調(diào)節(jié)螺絲稍動(dòng)一點(diǎn)輸出功率起伏就很大，且不可鎖定。 有粗細(xì)調(diào)的輸出鏡、全反鏡調(diào)節(jié)螺絲粗調(diào)螺距是0.75mm，主要是不出光時(shí)調(diào)光用，且可鎖定不動(dòng)，細(xì)調(diào)螺距是0.05mm，調(diào)節(jié)時(shí)調(diào)節(jié)螺絲轉(zhuǎn)動(dòng)輸出功率起伏不會(huì)很大。 輸出鏡、全反鏡的調(diào)節(jié)螺絲置于激光器外部，優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)方便，但在人多手雜的實(shí)驗(yàn)室，特別是對(duì)學(xué)生開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)及在搬動(dòng)時(shí)不小心碰到調(diào)節(jié)螺絲、在運(yùn)輸中由于振動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲與包裝箱相碰都容易造

4、成輸出鏡、全反鏡平行度偏差而不出光（特別對(duì)螺距是0.5mm 的、不可鎖定的調(diào)節(jié)螺絲）。調(diào)節(jié)螺絲置于激光器內(nèi)部，可避免這些事情產(chǎn)生，要調(diào)節(jié)輸出鏡、全反鏡螺絲可通過(guò)調(diào)節(jié)孔可用螺絲刀調(diào)節(jié)（一般不用調(diào)節(jié)）。 外腔式氦氖激光器布氏窗與輸出鏡、全反鏡之間的密封也是很重的，如密封性不好，會(huì)造成在使用過(guò)程中輸出功率不斷下降。由于靜電作用，放電管極易吸灰，灰塵、潮氣會(huì)污染布氏窗、輸出鏡、全反鏡。布氏窗與輸出鏡、全反鏡之間的密封，有用無(wú)彈性的圓筒狀部件（如滌綸薄膜卷成的圓筒等）套在布氏窗與輸出鏡、全反鏡之間的，有用乳膠指套套在布氏窗與輸出鏡、全反鏡之間的，有用模具成型耐老化的硅膠套緊扣在布氏窗與輸出鏡、全反鏡

5、之間的。無(wú)彈性的圓成筒狀部件密封差，而乳膠指套大半年就老化了，模具成型耐老化的硅膠密封最好。 外腔式氦氖激光器優(yōu)點(diǎn)是單模輸出激光功率大（放電管2米長(zhǎng)的氦氖激光器單模輸出功率近百毫瓦）、激光線偏震輸出。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。價(jià)格高。 2、內(nèi)腔式氦氖激光器 內(nèi)腔式氦氖激光器的輸出鏡、全反鏡粘貼在放電管兩端（見(jiàn)下圖），由于激光器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，引起支撐輸出鏡、全反鏡的激光器外套管的熱變形（管子越長(zhǎng)變形越厲害），使輸出鏡、全反鏡間的平行度與放電管的垂直度處于不斷變化狀態(tài)，通常相同腔長(zhǎng)的多模輸出激光管管徑取值是單模輸出激光管管徑取值的兩倍左右，熱變形對(duì)腔長(zhǎng)較長(zhǎng)的單模輸出激光管輸出功率穩(wěn)定

6、性影響很大（因其管徑比相同腔長(zhǎng)的多模輸出激光管小一半）,造成腔長(zhǎng)較長(zhǎng)的單模激光管輸出功率不穩(wěn)。通常單模（TEM00）輸出且激光輸出穩(wěn)定性高的內(nèi)腔氦氖激光器腔長(zhǎng)做到250毫米,輸出功率2mW左右，腔長(zhǎng)勉強(qiáng)可以做到450毫米，輸出功率5mW左右。多模輸出的腔長(zhǎng)做到1000毫米,輸出功率30～40mW。單模輸出腔長(zhǎng)大于450毫米氦氖激光器采用外腔式結(jié)構(gòu)。 內(nèi)腔式氦氖激光器優(yōu)點(diǎn)是諧振腔不用調(diào)節(jié)，價(jià)格低，使用方便。缺點(diǎn)是單模輸出激光功率低,輸出非偏振光。根據(jù)激光管與激光電源是否安裝在一起,同一規(guī)格的內(nèi)腔氦氖激光器可分為二種型號(hào),一種是將激光管與激光電源一起安裝在金屬或塑料或有機(jī)玻璃的外殼內(nèi)。另一

7、種是激光管安裝在圓型（鋁或塑料或不銹鋼）筒內(nèi)，激光電源安裝在金屬或塑料外殼內(nèi)，激光管與激光電源用高壓線連接。 3、氦氖激光電源 　　氦氖激光電源從電路上分通?？煞譃楸秹赫麟娫?、變壓器電源和開(kāi)關(guān)電源三種 　　倍壓整流電路激光電源，通常用于內(nèi)腔氦氖激光器。這種電源用220V交流電直接倍壓整流，高壓輸出端與220V交流電無(wú)隔離，負(fù)極不能接地(為了安全，采用這類電路的氦氖激光電源及氦氖激光器通常使用非金屬外殼）,主要工作部件是整流二極管與電解電容(通常電解電容用作濾波元件而非這里的儲(chǔ)能元件），用電阻限流。電路簡(jiǎn)單(見(jiàn)右圖一) ,成本低，但電流紋波大，易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響。由于工作時(shí)電解電容會(huì)發(fā)

8、熱，使電解液逐漸蒸發(fā)，電容量逐漸下降，電源使用一段日期后就達(dá)不到原來(lái)的工作電壓而不能使用。 　　變壓器電路激光電源(國(guó)內(nèi)延用二、三十年，國(guó)外早已淘汰)電路也較簡(jiǎn)單(見(jiàn)右圖二、三、四),通常用于放電管較長(zhǎng)的內(nèi)腔氦氖激光器和外腔大功率氦氖激光器(做了精致點(diǎn)的帶控制電路)。由于激光電源對(duì)變壓器絕緣要求高,且變壓器電源沖放電工作于工頻段，因此變壓器電源成本高(主要是變壓器、控制電路元件,且易發(fā)熱損壞),效率低,份量重，體積大。 　　開(kāi)關(guān)電路激光電源電路較復(fù)雜(見(jiàn)右圖五),由于其體積小,份量輕,效率高(沖放電頻率幾十KC)，可靠性高 ，故障率低，輸出電流恒定，現(xiàn)在被越來(lái)越多的激光器制造商采用。開(kāi)關(guān)電

9、源技術(shù)含量高，激光器整機(jī)制造商自己不能生產(chǎn),通常向?qū)ｉT從事生產(chǎn)開(kāi)關(guān)電路激光電源的公司訂購(gòu)(定制)，因此相對(duì)于激光器整機(jī)制造商自己制造倍壓整流電路與變壓器電源來(lái)講，使用開(kāi)關(guān)電路電源成本高 。 氦氖激光器生產(chǎn)廠家 國(guó)內(nèi)氦氖激光器生產(chǎn)廠家(生產(chǎn)氦氖激光器核心部件激光管的)近十家,大半在上海,現(xiàn)還有減少的趨勢(shì)。氦氖激光器的生產(chǎn)涉及光學(xué)(輸出鏡、全反鏡、布氏窗片)、機(jī)械(外腔氦氖激光器的調(diào)節(jié)裝置)，電子(激光電源)、玻璃儀器燒制(激光管)等多方面技術(shù) 。各廠根據(jù)自己的技術(shù)力量，有的(約有一半的廠家)只生產(chǎn)內(nèi)腔氦氖激光管。有的外腔氦氖激光器、內(nèi)腔氦氖激光器(管)都生產(chǎn)。 　　氦氖激光器的鼎盛時(shí)期

10、是在上世紀(jì)九十年代，由于醫(yī)療激光的興起， 從互聯(lián)網(wǎng)上、各種展覽會(huì)上都能找到、看到很多氦氖激光器生產(chǎn)廠家,這些廠家(非激光管生產(chǎn)廠)都是從氦氖激光器核心部件生產(chǎn)廠家購(gòu)買內(nèi)腔氦氖激光管,配以電源、外殼,組裝成內(nèi)腔氦氖激光器。而這些廠家大多配的都是廉價(jià)的倍壓整流電路激光電源，就一套250氦氖激光器而言，采用倍壓整流電路激光電源與采用開(kāi)關(guān)電路激光電源成本相差兩三百元。而激光器的購(gòu)買者大都關(guān)心激光器的參數(shù)、性能，而忽略激光電源的材質(zhì)、性能、使用壽命。 激光器的橫向模式 　　橫向模式是描述激光光場(chǎng)分布的一參數(shù)，用TEMm n表示，TEM表示橫向電磁波，下標(biāo)m、n分別表示在直角坐標(biāo)系中光場(chǎng)分布沿X、Y

11、軸方向或極坐標(biāo)系中徑向r、方位角θ光強(qiáng)為零的節(jié)點(diǎn)數(shù)。通常把m、n數(shù)值小的稱為低價(jià)模，把TEM00模稱為單（橫）?；蚧＃逊荰EM00模稱為多模，TEM00模是所有橫向模式中光斑尺寸最小，光束發(fā)散角最小，能量最集中，方向性最好的模式。通常光學(xué)實(shí)驗(yàn)中都要求TEM00模，一般橫向模式用眼睛不易看清，可用掃描干涉儀檢測(cè)，或用透鏡將激光擴(kuò)束放大，下圖是幾種擴(kuò)束放大了的激光束橫向模式光斑。氦氖激光器在制造時(shí)玻璃管管徑過(guò)大或放電管不直會(huì)產(chǎn)生多模的橫向模式。 激光器的縱模間隔 　　縱模既激光器振蕩的譜線，激光器諧振腔越長(zhǎng)（輸出鏡、全反鏡之間的距離越長(zhǎng)），振蕩的譜線就越多，縱模間隔是兩相鄰振蕩譜線的頻

12、率差。氦氖激光器譜線展寬約為1500兆赫，譜線展寬除以縱模間隔就得到振蕩的譜線條數(shù)。腔長(zhǎng)小于200mm氦氖激光器其輸出是單縱模，縱模間隔越大，相干長(zhǎng)度越長(zhǎng)。放電管1.5米長(zhǎng)的氦氖激光器相干長(zhǎng)度約為30厘米 。 氦氖激光器的型號(hào)命名　　 內(nèi)腔式氦氖激光器的型號(hào)是根據(jù)其激光管長(zhǎng)度（腔長(zhǎng)）來(lái)命名的，如內(nèi)腔氦氖激光管長(zhǎng)度為250mm，側(cè)其型號(hào)為250型。 外腔式氦氖激光器有兩種命名方式。一種是根據(jù)氦氖激光器的放電管長(zhǎng)度來(lái)命名，如外腔式氦氖激光器放電管長(zhǎng)度為1000mm，其型號(hào)為1000型。一種是根據(jù)氦氖激光外殼長(zhǎng)度來(lái)命名，如外腔式氦氖激光外殼長(zhǎng)度1200mm左右，其型號(hào)為1200型。 兩種命名方式對(duì)照： 根據(jù)放電管長(zhǎng)度命名型號(hào) 500型 1000型 1500型 根據(jù)外殼長(zhǎng)度命名型號(hào) 600型 1200型 1700型 氦氖激光器輸出功率 12mW左右 40mW左右 60mW左右