Suure võimsusega he-ne laseri põhimõte ja rakendamine

He-ne laseron üks varasemaid gaasi lasereid, mis saavutavad pideva väljundi. See annab stabiilse punase laseri väljundi lainepikkusel 632,8 nanomeetrit heeliumi (HE) ja neoongaasi segu erites ergastusega.

Heeliumi varajase laserite võimsus oli ainult MilliWatts, kuid selliste eelistega nagu kõrge tala kvaliteet, hea sidusus ja pikk eluiga, said nad kiiresti teadusuuringute ja tööstuslike mõõtmiste tavapäraseks valgusallikaks. Tehnoloogiliste arengutega on järk-järgult realiseeritud suure võimsusega heelium-neoni laserid (näiteks sadu millilaine), optimeerides tühjenduskonstruktsiooni, resonantse õõnsuse disaini ja gaasi suhte, ning neid on laiendatud rakendustele täpse töötlemise, interferomeetria ja muude põldude jaoks. See on endiselt üks klassikalisi gaaslaserite esindajaid.

Suure võimsusega heelium-neoni laseritel (He-Ne laserid) on teaduslike uuringute, tööstuse ja meditsiiniliste valdkondade suhtes asendamatu väärtus tänu nende kõrgele stabiilsusele, suurepärasele tala kvaliteedile ja pikale elueale. Võrreldes teiste laseritega, nagu näiteks co₂ laserid (suur võimsus, kuid kehv tala kvaliteet) ja pooljuhtide laserid (väike, kuid madal sidusus), on heelium-neoni laserid silma paista ühevärvilisuse, suundumuse ja sageduse stabiilsuse osas, muutes need ideaalsed valgusallikateks, holograafilisteks kujutisteks ja optilisteks eksperimentideks. Lisaks on neil lihtne struktuur, madalad hoolduskulud ja nad ei vaja keerulist jahutussüsteemi, muutes need sobivaks pikaajaliseks stabiilseks tööks. Ehkki tahkete või kiudainetega laseritega on keeruline konkureerida võimsuse osas, on heelium-neoni laseritel siiski ainulaadseid eeliseid madala ja keskmise energiatarbega rakendustes, mis nõuavad kõrge tala kvaliteeti.

Võrdlus teiste laseritega

Suure võimsusega He-Ne laseri põhimõte
1. töötav meedium:
Klaasist või kvartsivangist torusse kasutatakse ja suletakse heeliumi (He) ja heeliumi (NE) (tüüpiline suhe 5: 1 ~ 10: 1) segagaasi. Heeliumi aatomid erutavad elektronide kokkupõrke abil metastabiilset olekut (2¹, 2³s₁ energiatase) ja seejärel erutavad neooniaatomid kõrge energiatasemega (3S₂, 2S₂) resonantse energiaülekande abil, moodustades populatsiooni inversiooni.
2. Stimuleeritud kiirgus ja laseri väljund:
Kui neooniaatomid lähevad 3S₂ energiatasemelt 2p₄ energiatasemele, vabastatakse 632,8 nm (punase tulega) footonit, mida amplifitseeritakse tagasiside abil läbi optilise resonantsõõne (Brewsteri aken + kõrge peegeldav peegl), et moodustada stabiilne laser väljund.
3. Võimsuse suurendamise mehhanism:
Increasing the discharge current, optimizing the gas pressure (1~10 Torr) and extending the resonant cavity length (>1 m) võib suurendada väljundvõimsust, kuid termiline efekt ja režiimi stabiilsus tuleb tasakaalustada.

Suure võimsusega He-Ne laserite võtmetehnoloogiad
1. Võimsuse suurendamise meetodid
(1) tühjendusturu struktuuri optimeerimine

Suurendage tühjendusturu pikkust (üle 1 meetri) ja läbimõõduga (8-10 mm), et tõhusalt laiendada võimenduse keskkonna efektiivset kaugust

Mitmeastmelise võimenduse saavutamiseks võtke kasutusele segmenteeritud tühjendustoru kujundus

Optimeerige elektroodi kuju (näiteks õõnes katood), et parandada tühjenemise ühtlust

(2) Gaasi parameetrite optimeerimine

Täpselt kontrollige He: NE segamissuhet (5: 1 kuni 10: 1)

Optimeerige töötava gaasi rõhk (1-10 Torr), et tasakaalustada kasu ja kustutada efekte

Lisage argooni (AR) jäljekogus, et parandada tühjenemise tõhusust

(3) Ergastusmeetodi parandamine

Kasutage traditsioonilise alalisvoolu tühjenemise asemel RF ergutust (13,56mHz)

Elektroodide pritsimise saastumise vältimiseks saavutage elektrilise tühjenemise

Parandage energiasidestamise tõhusust ja suurendage võimsustihedust enam kui 30%

2. Soojuse hajumine ja stabiilsuskontroll
(1) Soojusjuhtimissüsteem

Astmeline temperatuurikontrolli kujundus: tühjenemisoru konstant temperatuur (± {0}}. 1 kraad) + resonantsõõnsus termiline kompensatsioon

Tõhus soojuse hajumise lahendus:

Water cooling (>100W/cm² soojuse hajumise võimsus)

Mikrokanaliõhu jahutus (kompaktne disain)

Madala soojuspaisumismaterjalide (näiteks mikrokristalliline klaas) pealekandmine

(2) Sageduse stabiliseerimise tehnoloogia

Aktiivse sageduse stabiliseerimise lahendus:

Zeemani sageduse stabiliseerimine (stabiilsus kuni 10⁻⁹)

Küllastuse neeldumise sageduse stabiliseerumine (joodi molekuli viide)

Passiivse sageduse stabiliseerimine:

Ülimadala laienemisõõne kujundus

Temperatuurirõhu kahekordne parameetri kompenseerimine

(3) Vibratsiooni mahasurumine

Aktiivne vibratsiooni eraldamise platvorm (6 aste vabaduse kontrolli all)

Resonantõõnsuse jäik tugistruktuur

Reaalajas vibratsiooni kompensatsioonisüsteem

Suure võimsusega He-Ne laserite rakendusväljad
1. rakendus tööstusvaldkondades
Tootmine ja töötlemine
Pooljuhtide vahvli lõikamine ja mikromaterjal (kasutades 632,8 nm lainepikkuse kõrget positsioneerimis täpsust)
Täppismärgistussüsteem (soojustundlike materjalide hävitav märgistamine)
Õhuke kile mõõtmine ja paksuse kontroll (häirete mõõtmise täpsus saavutab nanomeetri taseme)
② Engineering Mõõtmine ja tuvastamine
Suuremahuline hoone joondamise mõõtmine (silla ja tunneli konstruktsiooni sirge jälgimine)
Täpsemalt nihkeandur (eraldusvõime parem kui 0. 1μm)
Kolmemõõtmeline morfoloogia mõõtmine (koos holograafilise tehnoloogiaga mikroni taseme tuvastamiseks)
③ Kvaliteedikontroll ja automatiseerimine
Ansambelliini toote mõõtmete veebipõhine tuvastamine
Täpne mehaaniline monteerimissüsteem
Optiline komponentide pinna tuvastamine (näiteks läätse kumerusraadiuse mõõtmine)
2. teaduslikud uuringud ja meditsiinilised rakendused
①teaduslikud uuringud
Laserinterferomeeter (gravitatsioonilaine tuvastamine, optiline platvormi vibratsioonianalüüs)
Holograafiline kuvamissüsteem (dünaamiline holograafiline salvestus ja paljundamine)
Spektroskoopia standardvalgusallikas (aatom- ja molekulaarse energia taseme uurimine)
②biomeditsiin
Rakkude manipuleerimine ja kuvamine (vähese energiatarbega lasertipetside tehnoloogia)
Fotodünaamiline teraapia (sihitud kasvajaravi uurimine)
Oftalmoloogiline kirurgiaabi (võrkkesta keevitamine ja diagnoosimine)
③Medikaalsed seadmed
Voolutsütomeetri valgusallikas
Konfokaalne mikroskoobi valgustussüsteem
Laserhüvise ja füsioteraapiaseadmed
3. riigikaitse- ja kommunikatsioonirakendused
① Detection ja juhendamine
LiDAR core light source (atmospheric detection distance>10 km)
Raketijuhiste simulatsiooni koolitussüsteem
Veealune laseriga suhtlus (sinirohelise valguse muundamise uuringud)
②Space'i tehnoloogia
Satelliitidevaheline kommunikatsioon majaka valgusallikas
Kosmose sihtmärk ulatub ja jälgib
Gravitatsiooniline punanihke eksperimentaalne valguse allikas
③ spetsiaalsed rakendused
Kvantside eksperimentaalne valgusallikas
Tuuma sulandumine eksperimentaalne plasma diagnoos
Suure energiatarbega füüsika eksperimentaalne täpsuse ajastus
4. arenevad rakenduspiirkonnad
①quantum tehnoloogia
Külm aatom eksperimentaalne laserjahutusvalgusallikas
Kvant takerdunud oleku genereerimissüsteem
②NEW ENERGIA
Fotogalvaaniliste materjalide omaduste uurimine
Kütuseelementide elektroodide protsessi vaatlus
③ keskkonnaseire
Atmosfääri saasteainete laserspektri tuvastamine
Ookeanitemperatuuri välja kaugseire mõõtmine

Kokkuvõtlikult võib öelda, et heelium-neoni laserid näitavad suure võimsusega stsenaariumides asendamatut ainulaadset väärtust. Võrreldes teiste laseritega võivad heelium-neoni laserid pakkuda enneolematut sidusust ja stabiilsust sellistes rakendustes nagu interferomeetria ja holograafiline pildistamine, mis on pooljuhtide ja tahkislaserite saavutamiseks keeruline.

Pideva läbimurde korral sellistes võtmetehnoloogiates nagu RF ergastamine ja termiline juhtimine, mängivad suure võimsusega heelium-laserid suuremat rolli tipptasemel väljadel nagu EUV litograafia tuvastamine ja kosmose kvantside. Selle integreerimine kiudoptilise tehnoloogiaga võib sünnitada uue põlvkonna väga stabiilsete ülekandesüsteemide ja biomeditsiini valdkonnas tasub ka kirurgilisi rakendusi pärast jõu suurendamist. Vaatamata uute laserite konkurentsile säilitab heelium-Neoni laserid eri stsenaariumides asendamatu positsiooni, mis "vajavad" äärmist optilist jõudlust "ja edendavad jätkuvalt täppisteaduse ja tipptasemel tootmise uuenduslikku arengut.

Kontaktteave:

Kui teil on ideid, rääkige meiega julgelt. Pole tähtis, kus meie kliendid asuvad ja millised on meie nõuded, järgime oma eesmärki pakkuda klientidele kvaliteetseid, madalaid hindu ja parimat teenust.