آشنایی با لیزر هلیوم نئون He-Ne چگونگی بوجود آمدن باریکه لیزر در لیزر هلیوم نئون ساختار لیزر هلیوم نئون ایمنی و کلاس بندی و محدوده طول موج و توان و ... لیزر هلیوم نئون ...

1. ‫لیزر‬
‫هلیوم‬
‫نئون‬
He – Ne
Laser

2. ‫نئون‬ ‫هلیوم‬ ‫لیزر‬
‫آورندگان‬ ‫گرد‬:
‫زمانی‬ ‫امین‬
‫ادیبی‬ ‫اشکان‬
‫مربوطه‬ ‫استاد‬:
‫مالکی‬ ‫دکتر‬
‫لیزر‬ ‫آزمایشگاه‬
‫پاییز‬92

3. ‫ها‬ ‫لیزر‬ ‫انواع‬
‫معموال‬‫لیزرها‬‫بر‬‫اساس‬‫ماده‬‫فعال‬‫استفاده‬‫شده‬
‫طراحی‬‫و‬‫تقسیم‬‫بندی‬‫میشوند‬:
‫آ‬-‫لیزرهای‬‫حالت‬‫جامد‬
‫ب‬-‫لیزرهای‬‫گازی‬‫که‬‫محیط‬‫فعال‬‫آنها‬‫به‬‫صورت‬‫گاز‬
‫میباشد‬،‫مثل‬‫لیزر‬‫هلیوم‬‫نئون‬HE-NE‫که‬‫متداولترین‬
‫لیزر‬‫گازی‬‫میباشد‬‫و‬‫یا‬‫لیزر‬CO2‫که‬‫نور‬‫در‬‫فروسرخ‬‫دوربا‬
‫طول‬‫موج‬10.64‫میکرومتر‬‫ساطع‬‫میکند‬.
‫ج‬-‫لیزرهای‬‫اگزایمر‬
‫د‬-‫لیزرهای‬‫رنگینه‬‫ای‬(‫مرکز‬‫رنگی‬)
‫پ‬-‫لیزرهای‬‫نیمه‬‫رسانا‬

4. ‫اجمالی‬ ‫نگاه‬
‫معروفترين‬‫لیزر‬(‫در‬‫حقیقت‬‫يكي‬‫از‬‫معروفترين‬
‫لیزرها‬)‫لیزر‬He - Ne‫است‬.‫ماده‬‫فعال‬‫آن‬‫مخلوطي‬
‫از‬‫هلیوم‬‫و‬‫نئون‬‫است‬‫كه‬‫با‬‫نسبت‬‫حدود‬10
‫قسمت‬‫هلیوم‬‫و‬1‫قسمت‬‫نئون‬‫بدست‬‫آيد‬‫مي‬.

5. ‫نئون‬ ‫هلیوم‬ ‫لیزر‬ ‫ساختار‬
‫اين‬‫مخلوط‬‫در‬‫يك‬‫لوله‬‫نازك‬‫از‬‫جنس‬(B‫بور‬)‫با‬‫قطر‬
‫حدود‬‫چند‬‫میلیمتر‬‫حجم‬‫حدود‬0.1‫تا‬1‫متر‬‫در‬
‫فشار‬‫حدود‬10‫میلیمتر‬‫جیوه‬‫قرار‬‫گیرد‬‫مي‬.‫تخلی‬‫ه‬
‫الكتريكي‬‫در‬‫آن‬‫بوقوع‬‫پیوندد‬‫مي‬‫و‬‫فقط‬‫نكته‬‫ق‬‫ابل‬
‫توجه‬‫اينكه‬‫به‬‫دلیل‬‫كم‬‫شدن‬‫مقاومت‬‫لوله‬‫وقتي‬
‫تخلیه‬‫الكتريكي‬‫شروع‬،‫شود‬‫مي‬‫مقاومت‬‫بايد‬‫ب‬‫طور‬
‫سري‬‫با‬‫منبع‬‫تغذيه‬‫قرار‬‫گیرد‬‫مي‬‫تا‬‫جريان‬‫را‬‫مح‬‫دود‬
‫سازد‬.

6. ‫هلیوم‬ ‫لیزر‬ ‫مشخصات‬-‫نئو‬‫ن‬
He- Ne Laser
1m and ∞Radii of Curvature of Cavity Mirrors
632.8nmCenter Wavelength
Scanning Fabri-Perot Interferometer
20nmCavity length
20nmCurvature of Concave Mirror
99%Reflectivity of Concave Mirror
>100Finesse
4 GHzFree Spectral Range

7. ‫هلیوم‬ ‫لیزرهاي‬ ‫تئوري‬-‫نئ‬‫ون‬
‫گذارهاي‬‫لیزري‬‫بین‬‫ترازهاي‬‫انرژي‬‫نئون‬‫با‬‫چندين‬‫گذ‬‫ار‬
‫مختلف‬‫ممكن‬‫است‬.‫اين‬‫گذارها‬‫بین‬‫گروه‬‫ترازها‬‫كه‬‫با‬
3s‫به‬2s‫نشان‬‫داده‬،‫اند‬‫شده‬‫اتفاق‬‫افتد‬‫مي‬.‫متأسفان‬‫ه‬
‫تحريك‬‫كردن‬‫مستقیم‬‫اتمهاي‬Ne‫به‬‫اين‬‫ترازها‬‫بسیار‬
‫مشكل‬‫ناكارآمد‬‫است‬‫و‬‫لذا‬‫از‬‫يك‬‫روش‬‫كمكي‬‫بايد‬
‫استفاده‬‫نمود‬‫و‬‫خوشبختانه‬‫ترازهاي‬‫هلیوم‬(21S‫و‬
23S)‫كه‬‫كامال‬‫نزديك‬‫به‬‫ترازهاي‬3s‫و‬2s‫نئون‬‫هستند‬‫و‬
‫به‬‫عالوه‬‫به‬‫آساني‬‫در‬‫تخلیه‬‫الكتريكي‬‫دمش‬‫شو‬‫مي‬‫د‬.
‫وقتي‬‫هلیومهاي‬‫تحريك‬‫شده‬‫به‬‫اتمهاي‬‫نئون‬‫در‬‫حالت‬
‫پايه‬‫برخورد‬،‫كنند‬‫مي‬‫ممكن‬‫است‬‫انرژي‬‫خود‬‫را‬‫به‬‫آنها‬
‫بدهند‬‫و‬‫آنها‬‫را‬‫به‬‫تراز‬‫تحريكي‬‫مورد‬‫نظر‬Ne‫بفرستند‬.

9. ‫ترازهاي‬‫هلیوم‬‫و‬‫نئون‬‫دقیقا‬‫بر‬‫روي‬‫هم‬‫منطبق‬،‫نیستند‬‫ول‬‫ي‬
‫اختالف‬‫آنها‬‫كم‬‫است‬‫و‬‫اين‬‫اختالف‬‫با‬‫انرژيهاي‬‫جنبشي‬‫اتمها‬‫در‬
‫تبادل‬‫انرژي‬‫تقريبا‬‫جبران‬‫شود‬‫مي‬.‫فرآيند‬‫تحريك‬‫اتمهاي‬‫ن‬‫ئون‬‫را‬
‫توان‬‫مي‬‫با‬‫معادالت‬‫زير‬‫نشان‬‫داد‬:
e1 + He → He* + e2
He* + Ne → Ne* + He
‫كه‬e1‫و‬e2‫انرژيهاي‬‫الكترون‬‫قبل‬‫و‬‫بعد‬‫از‬‫برخورد‬‫باشد‬‫مي‬.‫و‬
‫عالمت‬‫ستاره‬‫نشان‬‫از‬‫تحريك‬‫اتم‬‫و‬‫حضور‬‫در‬‫حالت‬‫تحريكي‬
‫دارد‬.

10. ‫ترازي‬ ‫چهار‬ ‫لیزرهاي‬ ‫مكانیزم‬
‫هر‬‫يك‬‫از‬‫گذارهاي‬‫چهار‬‫گانه‬‫لیزر‬(3.39‫میكرون‬،
1.150‫میكرون‬،832.8‫نانومتر‬،543.5‫نانومتر‬)‫با‬
‫ديگري‬‫از‬‫شروع‬‫و‬‫يا‬‫پايان‬‫گذار‬‫شريك‬‫است‬.‫و‬‫از‬
‫اين‬‫رو‬‫است‬‫كه‬‫اين‬‫گذارها‬‫همواره‬‫باهم‬‫رقابت‬
‫كنند‬‫مي‬‫و‬‫دقت‬‫خاص‬‫بايد‬‫اعمال‬‫شود‬‫تا‬‫از‬
‫گذارهاي‬‫ناخواسته‬‫جلوگیري‬‫شود‬.‫بهترين‬‫راه‬‫اي‬‫ن‬
‫است‬‫كه‬‫هاي‬‫آينه‬‫لیزر‬‫براي‬‫طول‬‫موج‬‫مورد‬‫نظر‬
‫بازتاب‬‫كننده‬‫بسیار‬‫خوبي‬‫باشند‬.

11. ‫لیزر‬‫هلیم‬-‫نئون‬‫مثال‬‫ديگري‬‫از‬‫لیزرهاي‬4‫ترازي‬
‫است‬.‫و‬‫بنابراين‬‫الزم‬‫است‬‫جمعیت‬‫تراز‬‫پايیني‬‫لیزر‬
‫در‬‫حداقل‬‫ممكن‬‫نگه‬‫داشته‬،‫شود‬‫بدين‬‫معني‬‫كه‬
‫الكترونها‬‫در‬‫تراز‬‫پايین‬‫لیزر‬‫بايد‬‫به‬‫سرعت‬‫به‬‫حالت‬
‫پايه‬‫برگردند‬.‫در‬‫نئون‬‫يك‬‫فرآيند‬‫اي‬‫پله‬‫وجود‬‫دا‬،‫رد‬
‫فرآيند‬‫اول‬‫از‬2p‫به‬1s‫كه‬‫گذار‬‫انتقال‬‫سريع‬‫است‬‫و‬
‫دومي‬1s‫به‬‫حالت‬‫پايه‬‫كه‬‫خیلي‬‫سريع‬،‫نیست‬
‫گذار‬‫دوي‬‫با‬‫برخورد‬‫به‬‫جداره‬‫لوله‬‫تقويت‬‫شود‬‫مي‬.
‫در‬‫واقع‬‫نشان‬‫داده‬‫شده‬‫است‬‫كه‬‫بهره‬‫لیزر‬‫با‬
‫قطر‬‫لوله‬‫نسبت‬‫عكس‬‫دارد‬‫و‬‫بنابراين‬‫قطر‬‫ل‬‫وله‬
‫تخلیه‬‫بايد‬‫در‬‫حداقل‬‫ممكن‬‫نگه‬‫داشته‬‫شود‬.

12. ‫مكانیزم‬‫هلیوم‬ ‫لیزر‬ ‫ترازهاي‬-‫نئو‬‫ن‬
‫گذار‬2p‫به‬1s‫مورد‬‫توجه‬،‫است‬‫به‬‫دلیل‬‫اينكه‬‫رنگ‬
‫المپهاي‬‫نئون‬‫را‬‫دارد‬.‫بنابراين‬‫تراز‬2p‫توسط‬‫تخلیه‬
‫الكتريكي‬‫معموال‬‫دمش‬‫شود‬‫مي‬‫و‬‫اين‬‫باعث‬‫افزايش‬
‫جمعیت‬‫تراز‬2p‫و‬‫متعاقبا‬‫كاهش‬‫جمعیت‬‫معكوس‬
‫شود‬‫مي‬(‫الاقل‬‫براي‬‫طول‬‫موجهاي‬5‫میكرون‬‫و‬632.8
‫نانومتر‬‫و‬543.5‫نانومتر‬).‫در‬‫حقیقت‬‫نیز‬‫باعث‬‫كاهش‬
‫توان‬‫لیزر‬‫در‬‫هاي‬‫لوله‬‫با‬‫جريانهاي‬‫زياد‬‫گردد‬‫مي‬.‫بناب‬‫راين‬
‫ما‬‫توانیم‬‫نمي‬‫با‬‫افزايش‬‫جريان‬،‫توان‬‫خروجي‬‫لیزر‬‫را‬
‫افزايش‬‫دهیم‬‫و‬‫از‬‫اينرو‬‫لیزر‬He - Ne‫همچنان‬‫يك‬‫لیزر‬
‫نسبتا‬‫كم‬‫توان‬‫باقي‬‫ماند‬‫مي‬.‫گر‬‫چه‬‫لیزرهاي‬‫هلیوم‬-
‫نئون‬‫توان‬‫كمي‬،‫اساسا‬‫بین‬0.5‫تا‬10‫میلي‬‫وات‬
‫دارند‬.‫داراي‬‫ويژگیهاي‬‫ديگري‬‫از‬‫قبیل‬‫پهناي‬‫باريك‬‫خط‬‫و‬
‫كیفیت‬‫بسیار‬‫خوبي‬‫هستند‬.

13. ‫از‬ ‫دیگر‬ ‫برگی‬‫هلیوم‬ ‫لیزر‬ ‫ساختار‬-‫نئ‬‫ون‬
‫گر‬‫چه‬‫گاهی‬‫لیزرهای‬‫هلیوم‬-‫نئون‬‫با‬‫های‬‫آینه‬‫خارجی‬
،‫برای‬‫وقتی‬‫که‬‫الزم‬‫است‬‫قطعات‬‫اپتیکی‬‫ما‬‫در‬‫داخل‬
‫کاواک‬‫قرار‬‫دهیم‬‫ساخته‬‫شود‬‫می‬.‫ولی‬‫بهتر‬‫است‬
‫های‬‫آینه‬‫بر‬‫روی‬‫لوله‬‫نصب‬،‫شوند‬‫طرح‬‫این‬‫لیزر‬‫در‬‫ش‬‫کل‬
‫زیر‬‫نشان‬‫داده‬‫شده‬‫است‬.‫در‬‫این‬‫مورد‬‫لوله‬‫ای‬‫شیشه‬
‫ای‬‫استوانه‬‫ها‬‫آینه‬‫را‬‫که‬‫به‬‫محفظه‬‫متصل‬‫اند‬‫شده‬
‫محکم‬‫نگه‬‫دارد‬‫می‬.‫ماده‬‫فعال‬‫در‬‫لوله‬‫موئینه‬‫شیشه‬‫ای‬
‫سخت‬‫که‬‫از‬‫آند‬‫به‬‫سمت‬‫کاتد‬‫کشیده‬‫شده‬،‫است‬‫قر‬‫ار‬
‫دارد‬.‫لوله‬‫کاتد‬‫از‬‫جنس‬‫آلیاژی‬‫از‬‫آلومینیم‬‫است‬‫که‬
‫گسیلهای‬‫الکترونی‬‫از‬‫داخل‬‫آن‬‫بوجود‬‫آید‬‫می‬.

15. ‫چندین‬‫فرآیند‬‫از‬‫جمله‬‫گسیل‬‫فوتوالکتریک‬‫و‬
‫الکترونهای‬‫تونلی‬‫از‬‫الیه‬‫اکسید‬‫روی‬‫سطح‬‫کات‬‫د‬
‫گسیل‬‫این‬‫الکترونها‬‫را‬‫توضیح‬‫دهد‬‫می‬.‫خیلی‬‫م‬‫هم‬
‫است‬‫که‬‫های‬‫آینه‬‫با‬‫کیفیت‬‫عالی‬‫و‬‫مقاوم‬‫در‬‫برا‬‫بر‬
‫تخلیه‬‫الکتریکی‬‫بکار‬‫گرفته‬‫شود‬‫می‬.‫اینگو‬‫نه‬‫ها‬‫آینه‬
‫معموال‬‫از‬‫چندین‬‫الیه‬‫با‬‫ضخامتهای‬‫ربع‬‫طول‬‫موج‬‫و‬
‫از‬‫جنس‬‫دی‬‫اکسید‬‫تیتانیوم‬‫و‬‫دی‬‫اکسید‬
‫سیلیکان‬‫ساخته‬‫شود‬‫می‬.‫اگر‬‫نوری‬‫پالریزه‬‫مور‬‫د‬
‫نیاز‬‫است‬‫باید‬‫های‬‫پنجره‬‫بروستر‬‫بکار‬‫گرفته‬‫ش‬‫ود‬.

16. ‫هلیوم‬ ‫لیزر‬ ‫کاربردهای‬-‫نئون‬
‫در‬‫شیمی‬ ،‫فیزیک‬ ‫های‬ ‫زمینه‬ ‫در‬ ‫تحقیقات‬
‫های‬ ‫ژیرسکوپ‬ ‫در‬‫لیزری‬
‫در‬‫کننده‬ ‫دریافت‬ ،‫مخابراتی‬ ‫های‬ ‫سیستم‬
‫و‬ ‫نوری‬ ‫های‬
‫قاره‬ ‫حرکت‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫در‬‫ها‬
‫رادارها‬.
‫در‬‫ردیابی‬ ‫و‬ ‫کشف‬
‫در‬‫اینترنتی‬ ‫صنایع‬

17. ‫هلیوم‬ ‫لیزر‬ ‫کاربردهای‬-‫نئون‬
‫مسافت‬ ‫گیری‬ ‫اندازه‬ ‫در‬
‫نوری‬ ‫پیمایشگرهای‬ ‫در‬
‫نوری‬ ‫ویدیویی‬ ‫دیسکهای‬ ‫درسیستمهای‬