氦氖激光器及電源的選購

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1、氦氖激光器及電源的選購 外腔式氦氖激光器 　內腔式氦氖激光器 氦氖激光器生產廠家 倍壓整流電路激光電源 　變壓器電路激光電源 開關電路激光電源 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(既充有工作物質氦氣與氖氣的玻璃管及電極)、輸出鏡及全反鏡(既光學諧振腔)、電源(既激勵裝置)三部部分組成,但在實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?？煞?/p>

2、為倍壓整流電路激光電源、變壓器電路激光電源和開關電路激光電源三種。 當激光器工作時，輸出鏡及全反鏡互相平行且與調直的放電管垂直，并保持不變時激光器輸出功率最大且穩(wěn)定，當輸出鏡及全反鏡互相平行且與調直的放電管垂直的狀態(tài)發(fā)生變化，激光器輸出功率會產生波動，輸出功率會下降，嚴重時不出光。 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節(jié)的機殼內，機殼的上下蓋有散熱

3、孔內。 輸出鏡、全反鏡的平行度調節(jié)裝是很重要的。輸出鏡、全反鏡的調節(jié)螺絲可分為有粗細調（螺距大與?。┡c無粗細調兩種結構,且有外置與內置之分。 無粗細調的輸出鏡、全反鏡調節(jié)螺絲螺距通常是0.5mm，調節(jié)時調節(jié)螺絲稍動一點輸出功率起伏就很大，且不可鎖定。 有粗細調的輸出鏡、全反鏡調節(jié)螺絲粗調螺距是0.75mm，主要是不出光時調光用，且可鎖定不動，細調螺距是0.05mm，調節(jié)時調節(jié)螺絲轉動輸出功率起伏不會很大。 輸出鏡、全反鏡的調節(jié)螺絲置于激光器外部，優(yōu)點是調節(jié)方便，但在人多手雜的實驗室，特別是對學生開放的實驗及在搬動時不小心碰到調節(jié)螺絲、在運輸中由于振動調節(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（特別對螺距是0.5mm 的、不可鎖定的調節(jié)螺絲）。調節(jié)螺絲置于激光器內部，可避免這些事情產生，要調節(jié)輸出鏡、全反鏡螺絲可通過調節(jié)孔可用螺絲刀調節(jié)（一般不用調節(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，會造成在使用過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)點是單模輸出激光功率大（放電管2米長的氦氖激光器單模輸出功率近百毫瓦）、激光線偏震輸出。缺點是結構復雜，成本高。價格高。 2、內腔式氦氖激光器 內腔式氦氖激光器的輸出鏡、全反鏡粘貼在放電管兩端（見下圖），由于激光器工作時會產生熱量，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，熱變形對腔長較長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的多模輸出激光管小一半）,造成腔長較長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)定性高的內腔氦氖激光器腔長做到250毫米,輸出功率2mW左右，腔長勉強可以做到450毫米，輸出功率5mW左右。多模輸出的腔長做到1000毫米,輸出功率30～40mW。單模輸出腔長大于450毫米氦氖激光器采用外腔式結構。 內腔式氦氖激光器優(yōu)點是諧振腔不用調節(jié)，價格低，使用方便。缺點是單模輸出激光功率低,輸出非偏振光。根據激光管與激光電源是否安裝在一起,同一規(guī)格的內腔氦氖激光器可分為二種型號,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玻璃的外殼內。另一

7、種是激光管安裝在圓型（鋁或塑料或不銹鋼）筒內，激光電源安裝在金屬或塑料外殼內，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?、變壓器電源和開關電源三種 　　倍壓整流電路激光電源，通常用于內腔氦氖激光器。這種電源用220V交流電直接倍壓整流，高壓輸出端與220V交流電無隔離，負極不能接地(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能元件），用電阻限流。電路簡單(見右圖一) ,成本低，但電流紋波大，易受電網電壓波動影響。由于工作時電解電容會發(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不到原來的工作電壓而不能使用。 　　變壓器電路激光電源(國內延用二、三十年，國外早已淘汰)電路也較簡單(見右圖二、三、四),通常用于放電管較長的內腔氦氖激光器和外腔大功率氦氖激光器(做了精致點的帶控制電路)。由于激光電源對變壓器絕緣要求高,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。 　　開關電路激光電源電路較復雜(見右圖五),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)在被越來越多的激光器制造商采用。開關電

9、源技術含量高，激光器整機制造商自己不能生產,通常向專門從事生產開關電路激光電源的公司訂購(定制)，因此相對于激光器整機制造商自己制造倍壓整流電路與變壓器電源來講，使用開關電路電源成本高 。 氦氖激光器生產廠家 國內氦氖激光器生產廠家(生產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。氦氖激光器的生產涉及光學(輸出鏡、全反鏡、布氏窗片)、機械(外腔氦氖激光器的調節(jié)裝置)，電子(激光電源)、玻璃儀器燒制(激光管)等多方面技術 。各廠根據自己的技術力量，有的(約有一半的廠家)只生產內腔氦氖激光管。有的外腔氦氖激光器、內腔氦氖激光器(管)都生產。 　　氦氖激光器的鼎盛時期

10、是在上世紀九十年代，由于醫(yī)療激光的興起， 從互聯(lián)網上、各種展覽會上都能找到、看到很多氦氖激光器生產廠家,這些廠家(非激光管生產廠)都是從氦氖激光器核心部件生產廠家購買內腔氦氖激光管,配以電源、外殼,組裝成內腔氦氖激光器。而這些廠家大多配的都是廉價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關電路激光電源成本相差兩三百元。而激光器的購買者大都關心激光器的參數(shù)、性能，而忽略激光電源的材質、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分布的一參數(shù)，用TEMm n表示，TEM表示橫向電磁波，下標m、n分別表示在直角坐標系中光場分布沿X、Y

11、軸方向或極坐標系中徑向r、方位角θ光強為零的節(jié)點數(shù)。通常把m、n數(shù)值小的稱為低價模，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。通常光學實驗中都要求TEM00模，一般橫向模式用眼睛不易看清，可用掃描干涉儀檢測，或用透鏡將激光擴束放大，下圖是幾種擴束放大了的激光束橫向模式光斑。氦氖激光器在制造時玻璃管管徑過大或放電管不直會產生多模的橫向模式。 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（輸出鏡、全反鏡之間的距離越長），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)。腔長小于200mm氦氖激光器其輸出是單縱模，縱模間隔越大，相干長度越長。放電管1.5米長的氦氖激光器相干長度約為30厘米 。 氦氖激光器的型號命名　　 內腔式氦氖激光器的型號是根據其激光管長度（腔長）來命名的，如內腔氦氖激光管長度為250mm，側其型號為250型。 外腔式氦氖激光器有兩種命名方式。一種是根據氦氖激光器的放電管長度來命名，如外腔式氦氖激光器放電管長度為1000mm，其型號為1000型。一種是根據氦氖激光外殼長度來命名，如外腔式氦氖激光外殼長度1200mm左右，其型號為1200型。 兩種命名方式對照： 根據放電管長度命名型號 500型 1000型 1500型 根據外殼長度命名型號 600型 1200型 1700型 氦氖激光器輸出功率 12mW左右 40mW左右 60mW左右