He-Ne laser

Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) je generator koherentne svjetlosti velike gustoće zračenja. Funkcionalno sastoji se od tri osnovne komponente:

1. izvora energije koji drži sustav u pobuđenom stanju,
2. aktivnog medija za inverziju naseljenosti nivoa i lasiranje
3. optičkog rezonatora kojim se postiže efekt pojačanja

Za potrebe edukacije i istraživanja u koherentnoj optici najčešće se koristi He-Ne laser, kod kojeg se lasiranje postiže pomoću neutralnih atoma neona, dok helij služi za selektivno popunjavanje energetskih nivoa inverzne naseljenosti.

Princip rada tog plinskog lasera skiciran je na slikama 1 i 2. Staklena cijev (pyrex) sadrži smjesu helija i neona u omjeru (5-10):1 pod pritiskom od 133 Pa (približno 1 mm Hg). Električni izboj pobuđuje atome helija na metastabilna stanja (dugoživuća) sličnih energija kao i neka pobuđena stanja atoma neona.

Kako dobivamo snop crvene svjetlosti ( = 0.6328 µm)?

Uočimo 3S stanja neona s kojih se atomi radijativno prazne na 2p stanja, a zatim opet radijativno na 1S stanje.

Budući da je vrijeme života 3S stanja za red veličine duže od vremena života 2p stanja, a lagani atomi helija se brzo pobuđuju i tako bez prekida pumpaju atome neona na 3S stanja, zadovoljeni su uvjeti za inverziju naseljenosti između višeg 3S i nižeg 2p nivoa.

Crvena koherentna svjetlost He-Ne lasera dobiva se stimuliranim prijelazima 3S 2p atoma neona. Pojačanje snopa postiže se višestrukim refleksijama na zrcalima od kojih jedno reflektira snop u potpunosti, dok drugo (izlazno zrcalo) djelomično propušta snop. Nakoenost krajeva cijevi pod Brewsterovim kutem omogućuje propusnost i pojačanje samo jedne komponente polarizacije, tako da je izlazni snop linearno polariziran.

U Laboratoriju za koherentnu optiku Instituta za fiziku imamo He-Ne laser slijedećih karakteristika:

Spectra-Physics Model 127
izlazne snage 25 mW
valne dužine 632.8 nm
vertikalno linearno polariziranog snopa (500:1)
promjera snopa 1.25±0.10 mm
divergencije snopa 0.66±0.05 mrad