6. Phƣơng pháp nghiên cứu
4.1.2. Laser Heli – Neon
Laser khí đầu tiên được phát minh vào cuối năm 1960 là laser nguyên tử của hỗn hợp khí He và Ne với tỷ lệ từ 5/1 tới 20/1.
Không giống như với laser rắn hoạt động nhờ sự chuyển mức điện tử của các tạp chất hay pha tạp mà chúng hoạt động thông qua sự chuyển mức giữa các trạng thái điện tử của nguyên tử chất khí trong laser.
Cơ chế thành lập mật độ đảo lộn trong Laser Heli – Neon
Hình 4.2. Các mức He và Ne
a. Mức 3s2 và 2s2 của Ne nằm rất gần mức siêu bền 21s và 23s của He tương ứng. Vì mức 21
s và 23s là siêu bền, nên He có khả năng truyền kích thích cộng hưởng cho 3s2 và 2s2 của Ne. Từ đó suy ra rằng, mức 3s2 và 2s2 dễ dàng tích tụ và phát laser từ hai mức đó.
Tiểu luận lý thuyết LASER b. Thời gian sống của trạng thái s (τs ≈ 100 ns) gấp 10 lần so với thời gian sống của trạng thái p (τp ≈ 10 ns). Vì vậy có thể xem laser He – Ne làm việc theo sơ đồ 4 mức. Từ đó suy ra rằng, bức xạ laser có thể xảy ra một trong ba dịch chuyển a, b, c trên hình 4.2. Thực nghiệm quan sát được vạch phát 3s2 – 3p4 (= 3,36 µm), 3s2 – 2p4 (= 0,6328 µm) và 2s2 – 2p4 (= 1,15 µm).
c. Trạng thái 1s có thời gian sống lớn, trong đó 1s5 và 1s3 là siêu bền. Vì vậy, trạng thái 1s trong phóng điện dễ dàng tích tụ và khi dòng phóng điện lớn, quá trình kích thích từng bậc từ trạng thái 1s lên 2p và 3p có thể đóng vai trò quan trọng. Quá trình này sẽ làm giàu mật độ trạng thái 2p và 3p, do đó sẽ làm giảm mật độ đảo lộn.
Các thông số ảnh hưởng tới quá trình phóng điện khí của cả 3 dạng phát laser - Dòng phóng điện;
- Áp suất khí;
- Tỷ số áp suất của khí hỗn hợp; - Hình dáng, tiết diện ống phóng điện.