氣體激光器

此處所說的氣體可以是純氣體，也可以是混合氣體；可以是原子氣體，也可以是分子氣體；還可以是離子氣體、金屬蒸氣等。多數(shù)采用高壓放電方式泵浦。最常見的有氦-氖激光器、氬離子激光器、二氧化碳激光器、氦-鎘激光器和銅蒸氣激光器等。

氦-氖激光器是最早出現(xiàn)也是最為常見的氣體激光器之一。它于1961年由在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室從事研究工作的伊朗籍學(xué)者佳萬(Javan)博士及其同事們發(fā)明，工作物質(zhì)為氦、氖兩種氣體按一定比例的混合物。根據(jù)工作條件的不同，可以輸出5種不同波長的激光，而最常用的則是波長為632.8納米的紅光。輸出功率在0.5～100毫瓦之間，具有非常好的光束質(zhì)量。氦-氖激光器是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的激光器之一，可用于外科醫(yī)療、激光美容、建筑測量、準(zhǔn)直指示、照排印刷、激光陀螺等。不少中學(xué)的實(shí)驗(yàn)室也在用它做演示實(shí)驗(yàn)。

比氦-氖激光器晚3年由帕特爾(Patel)發(fā)明的二氧化碳激光器是一種能量轉(zhuǎn)換效率較高和輸出最強(qiáng)的氣體激光器。目前準(zhǔn)連續(xù)輸出已有400千瓦的報(bào)導(dǎo)，微秒級脈沖的能量則達(dá)到10千焦，經(jīng)適當(dāng)聚焦，可以產(chǎn)生1013瓦／米2的功率密度。這些特性使二氧化碳激光器在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)上用于多種材料的加工，包括打孔、切割、焊接、退火、熔合、改性、涂覆等；醫(yī)學(xué)上用于各種外科手術(shù)；軍事上用于激光測距、激光雷達(dá)，乃至定向能武器。

與發(fā)明二氧化碳激光器同年，發(fā)明了幾種惰性氣體離子激光器，其中最常見的是氬離子激光器。它以離子態(tài)的氬為工作物質(zhì)，大多數(shù)器件以連續(xù)方式工作，但也有少量脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)。氬離子激光器可以有35條以上譜線，其中25條是波長在408.9～686.1納米范圍的可見光，10條以上是 275～363.8納米范圍的紫外輻射，并以488.0納米和514.5納米的兩條譜線為最強(qiáng)，連續(xù)輸出功率可達(dá)100瓦。氬離子激光器的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括眼疾治療、血細(xì)胞計(jì)數(shù)、平版印刷及作為染料激光器的泵浦源。

1968年發(fā)明的氦-鎘激光器以鎘金屬蒸氣為發(fā)光物質(zhì)，主要有兩條連續(xù)譜線，即波長為325.0納米的紫外輻射和441.6納米的藍(lán)光，典型輸出功率分別為1～25毫瓦和1～100毫瓦。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括活字印刷、血細(xì)胞計(jì)數(shù)、集成電路芯片檢驗(yàn)及激光誘導(dǎo)熒光實(shí)驗(yàn)等。

另一種常見的金屬蒸氣激光器是1966年發(fā)明的銅蒸氣激光器。一般通過電子碰撞激勵(lì)，兩條主要的工作譜線是波長510.5納米的綠光和 578.2納米的黃光，典型脈沖寬度10～50納秒，重復(fù)頻率可達(dá)100千赫。當(dāng)前水平一個(gè)脈沖的能量為1毫焦左右。這就是說，平均功率可達(dá)100瓦，而峰值功率則高達(dá)100千瓦。

銅蒸氣激光器發(fā)明后過了15年才進(jìn)入商品化階段，其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槿玖霞す馄鞯谋闷衷?。此外，還可用于高速閃光照相、大屏幕投影電視及材料加工等。