I ??D
o ?0 ? ? ? k
·由上式，若减小L ? 可增大 ??k
? 可使??D范围内
驻波频率个数减少 例如，若使管长Ｌ缩短到 10 cm， 即 Ｌ?L/10 则 ??k?10 ??k
在??D区间中，可能存在的驻波频率个数 为 N ? 1
于是就能获得宽度非常窄的输出，极大地 提高了0.6328?m 谱线的单色性。
§4 激光器
一、氦—氖气体激光器 1.结构
反射镜 毛细管 布氏窗
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阳极 阴极
内腔式 外腔式
· 玻璃管内有密封毛细管(直径约1mm)；
·毛细管内充稀薄气体(压强 3mmHg)； He:Ne=7:1
·毛细管两端有正负电极，加电压产生气 体放电，使原子激发；
· 两端有反射镜---谐振腔(内腔式、外腔式)。
2.He—Ne能级图
· He的有关能级是两个亚稳态能级：
能量分别是 20.55eV和 19.77eV
· Ne：Z =10
基态组态： (1s)2(2s)2(2p)6 激发态组态： (1s)2(2s)2(2p)5(nl) 即只有1个 2p电子被激发
·有关的激发态：2p电子跃迁到如下状态所形成的能态 3s4s ，5s，3p ，4p
(下图中以这些符号表示Ne原子的相关能级)
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， He
亚稳态2 20.55eV Ne
5S 4S 1.15?m 自 发 辐 射 3.39?m 4P 3P 亚稳态1 19.77eV
碰撞转移 电子碰撞激发6328A? 3S 管壁效应 基态 (1s)2(2s)2(2p)6
He基态 Ne基态
3.粒子数反转
·气体放电，电子将He激发到两个亚稳态能级。
· He的两个亚稳态和Ne的4s , 5s两能态
能量很接近。 He、Ne原子通过碰撞使 Ne激发到此二能级。
由于He原子密度 > Ne原子密度(7:1)， He和Ne碰后，使Ne处于此二能级的原
子数大于能级 3p 和4p的原子数，从而实现了粒子数反转。 4.受激辐射
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· 5s ? 3p 发 6328?
·5s ?4p 发3.39 ?m ·4s ?3p 发 1.15 ?m 毛细管的作用：
3p和4p能级必须及时腾空，否则会破坏反转分布。由此二能级Ne原子通过自发辐射到3s ，再通过管壁效应(和毛细管碰撞)而回到Ne的基态(1s)2(2s)2(2p)6 。 二、红宝石激光器
1960年由美国人Maiman首先做成。 1.结构 (1)工作元件： ·红宝石 (Al2O3晶体)
淡红色棒(长10cm、直径1cm) ·掺有0.05%的Cr+++离子作为激活离子， 红宝石激光器有关的能级和光谱性质 均来源于 Cr+++。
(2)谐振腔：棒的两端面精磨抛光(平行面)，
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镀 Ag ， R1=1、R2=0.9
(3) 激励能源：螺旋形脉冲氙灯(现用直管形)
所发光在蓝、绿波段。 2.能级：典型的三能级系统
E 1 3.粒子数反转 、光抽运(pumping) ·在氙灯激励下，粒子由E1?E3。
E3(寿命短)
无辐射跃迁 E2(亚稳态)
5500A? 光抽运 受激辐射 6943A? 激光输出
· E3寿命短，粒子很快通过碰撞以无辐射跃迁方式 ?E2(亚
稳态)，从而实现了E1、E2的粒子数反转，有N2>N1。 ·为实现粒子数反转，起码要将一半的粒子 从基态泵浦到激光上能级E2，这要求脉冲 氙灯的功率很高。这是三能级系统效率不 高的原因。 4.受激辐射
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