氦氖激光器及电源的选购

氦氖激光器及电源的选购外腔式氦氖激光器 内腔式氦氖激光器 氦氖激光器生产厂家倍压整流电路激光电源 变压器电路激光电源 开关电路激光电源激光器的横向模式 激光器的纵模间隔 氦氖激光器的型号命名氦氖激光器 从原理上讲氦氖激光器主要由放电管(既充有工作物质氦气与氖气的玻璃管及电极)、输出镜及全反镜(既光学谐振腔)、电源(既激励装置)三部部分组成,但在实际中把它们做成激光器(放电管、输出镜及全反镜)与电源两部分。氦氖激光器按放电管与输出镜、全反镜连接方式的不同可分为外腔式氦氖激光器、内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绍）三种。氦氖激光电源从电路上分通常可分为倍压整流电路激光电源、变压器电路激光电源和开关电路激光电源三种。 当激光器工作时，输出镜及全反镜互相平行且与调直的放电管垂直，并保持不变时激光器输出功率最大且稳定，当输出镜及全反镜互相平行且与调直的放电管垂直的状态发生变化，激光器输出功率会产生波动，输出功率会下降，严重时不出光。1、外腔式氦氖激光器 外腔式氦氖激光器的放电管与输出镜及全反镜非一体。放电管两端被磨成一特殊角度（布鲁斯特角）,用两块石英玻璃密封, 两块石英玻璃称为布氏窗。布氏窗(角）使输出激光成线偏振光。 放电管及输出镜、全反镜被安装于放电管的直度及输出镜与全反镜的平行度都可以调节的机壳内，机壳的上下盖有散热孔内。 输出镜、全反镜的平行度调节装是很重要的。输出镜、全反镜的调节螺丝可分为有粗细调（螺距大与小）与无粗细调两种结构,且有外置与内置之分。 无粗细调的输出镜、全反镜调节螺丝螺距通常是0.5mm，调节时调节螺丝稍动一点输出功率起伏就很大，且不可锁定。 有粗细调的输出镜、全反镜调节螺丝粗调螺距是0.75mm，主要是不出光时调光用，且可锁定不动，细调螺距是0.05mm，调节时调节螺丝转动输出功率起伏不会很大。 输出镜、全反镜的调节螺丝置于激光器外部，优点是调节方便，但在人多手杂的实验室，特别是对学生开放的实验及在搬动时不小心碰到调节螺丝、在运输中由于振动调节螺丝与包装箱相碰都容易造成输出镜、全反镜平行度偏差而不出光（特别对螺距是0.5mm 的、不可锁定的调节螺丝）。调节螺丝置于激光器内部，可避免这些事情产生，要调节输出镜、全反镜螺丝可通过调节孔可用螺丝刀调节（一般不用调节）。 外腔式氦氖激光器布氏窗与输出镜、全反镜之间的密封也是很重的，如密封性不好，会造成在使用过程中输出功率不断下降。由于静电作用，放电管极易吸灰，灰尘、潮气会污染布氏窗、输出镜、全反镜。布氏窗与输出镜、全反镜之间的密封，有用无弹性的圆筒状部件（如涤纶薄膜卷成的圆筒等）套在布氏窗与输出镜、全反镜之间的，有用乳胶指套套在布氏窗与输出镜、全反镜之间的，有用模具成型耐老化的硅胶套紧扣在布氏窗与输出镜、全反镜之间的。无弹性的圆成筒状部件密封差，而乳胶指套大半年就老化了，模具成型耐老化的硅胶密封最好。 外腔式氦氖激光器优点是单模输出激光功率大（放电管2米长的氦氖激光器单模输出功率近百毫瓦）、激光线偏震输出。缺点是结构复杂，成本高。价格高。2、内腔式氦氖激光器 内腔式氦氖激光器的输出镜、全反镜粘贴在放电管两端（见下图），由于激光器工作时会产生热量，引起支撑输出镜、全反镜的激光器外套管的热变形（管子越长变形越厉害），使输出镜、全反镜间的平行度与放电管的垂直度处于不断变化状态，通常相同腔长的多模输出激光管管径取值是单模输出激光管管径取值的两倍左右，热变形对腔长较长的单模输出激光管输出功率稳定性影响很大（因其管径比相同腔长的多模输出激光管小一半）,造成腔长较长的单模激光管输出功率不稳。通常单模（TEM00）输出且激光输出稳定性高的内腔氦氖激光器腔长做到250毫米,输出功率2mW左右，腔长勉强可以做到450毫米，输出功率5mW左右。多模输出的腔长做到1000毫米,输出功率3040mW。单模输出腔长大于450毫米氦氖激光器采用外腔式结构。 内腔式氦氖激光器优点是谐振腔不用调节，价格低，使用方便。缺点是单模输出激光功率低,输出非偏振光。根据激光管与激光电源是否安装在一起,同一规格的内腔氦氖激光器可分为二种型号,一种是将激光管与激光电源一起安装在金属或塑料或有机玻璃的外壳内。另一种是激光管安装在圆型（铝或塑料或不锈钢）筒内，激光电源安装在金属或塑料外壳内，激光管与激光电源用高压线连接。3、氦氖激光电源氦氖激光电源从电路上分通常可分为倍压整流电源、变压器电源和开关电源三种倍压整流电路激光电源，通常用于内腔氦氖激光器。这种电源用220V交流电直接倍压整流，高压输出端与220V交流电无隔离，负极不能接地(为了安全，采用这类电路的氦氖激光电源及氦氖激光器通常使用非金属外壳）,主要工作部件是整流二极管与电解电容(通常电解电容用作滤波元件而非这里的储能元件），用电阻限流。电路简单(见右图一) ,成本低，但电流纹波大，易受电网电压波动影响。由于工作时电解电容会发热，使电解液逐渐蒸发，电容量逐渐下降，电源使用一段日期后就达不到原来的工作电压而不能使用。变压器电路激光电源(国内延用二、三十年，国外早已淘汰)电路也较简单(见右图二、三、四),通常用于放电管较长的内腔氦氖激光器和外腔大功率氦氖激光器(做了精致点的带控制电路)。由于激光电源对变压器绝缘要求高,且变压器电源冲放电工作于工频段，因此变压器电源成本高(主要是变压器、控制电路元件,且易发热损坏),效率低,份量重，体积大。开关电路激光电源电路较复杂(见右图五),由于其体积小,份量轻,效率高(冲放电频率几十KC)，可靠性高 ，故障率低，输出电流恒定，现在被越来越多的激光器制造商采用。开关电源技术含量高，激光器整机制造商自己不能生产,通常向专门从事生产开关电路激光电源的公司订购(定制)，因此相对于激光器整机制造商自己制造倍压整流电路与变压器电源来讲，使用开关电路电源成本高 。 氦氖激光器生产厂家 国内氦氖激光器生产厂家(生产氦氖激光器核心部件激光管的)近十家,大半在上海,现还有减少的趋势。氦氖激光器的生产涉及光学(输出镜、全反镜、布氏窗片)、机械(外腔氦氖激光器的调节装置)，电子(激光电源)、玻璃仪器烧制(激光管)等多方面技术 。各厂根据自己的技术力量，有的(约有一半的厂家)只生产内腔氦氖激光管。有的外腔氦氖激光器、内腔氦氖激光器(管)都生产。氦氖激光器的鼎盛时期是在上世纪九十年代，由于医疗激光的兴起，从互联网上、各种展览会上都能找到、看到很多氦氖激光器生产厂家,这些厂家(非激光管生产厂)都是从氦氖激光器核心部件生产厂家购买内腔氦氖激光管,配以电源、外壳,组装成内腔氦氖激光器。而这些厂家大多配的都是廉价的倍压整流电路激光电源，就一套250氦氖激光器而言，采用倍压整流电路激光电源与采用开关电路激光电源成本相差两三百元。而激光器的购买者大都关心激光器的参数、性能，而忽略激光电源的材质、性能、使用寿命。激光器的横向模式横向模式是描述激光光场分布的一参数，用TEMm n表示，TEM表示横向电磁波，下标m、n分别表示在直角坐标系中光场分布沿X、Y轴方向或极坐标系中径向r、方位角光强为零的节点数。通常把m、n数值小的称为低价模，把TEM00模称为单（横）模或基模，把非TEM00模称为多模，TEM00模是所有横向模式中光斑尺寸最小，光束发散角最小，能量最集中，方向性最好的模式。通常光学实验中都要求TEM00模，一般横向模式用眼睛不易看清，可用扫描干涉仪检测，或用透镜将激光扩束放大，下图是几种扩束放大了的激光束横向模式光斑。氦氖激光器在制造时玻璃管管径过大或放电管不直会产生多模的横向模式。激光器的纵模间隔纵模既激光器振荡的谱线，激光器谐振腔越长（输出镜、全反镜之间的距离越长），振荡的谱线就越多，纵模间隔是两相邻振荡谱线的频率差。氦氖激光器谱线展宽约为1500兆赫，谱线展宽除以纵模间隔就得到振荡的谱线条数。腔长小于200mm氦氖激光器其输出是单纵模，纵模间隔越大，相干长度越长。放电管1.5米长的氦氖激光器相干长度约为30厘米 。氦氖激光器的型号命名 内腔式氦氖激光器的型号是根据其激光管长度（腔长）来命名的，如内腔氦氖激光管长度为250mm，侧其型号为250型。 外腔式氦氖激光器有两种命名方式。一种是根据氦氖激光器的放电管长度来命名，如外腔式氦氖激光器放电管长度为1000mm，其型号为1000型。一种是根据氦氖激光外壳长度来命名，如外腔式氦氖激光外壳长度1200mm左右，其型号为1200型。 两种命名方式对照： 根据放电管长度命名型号500型1000型1500型根据外壳长度命名型号600型1200型1700型氦氖激光器输出功率12mW左右40mW左右60mW左右