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氮分子激光器

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  氮分子激光器于1963年发明,它是一种以氮气为主要工作材料的激光发射装置,属于脉冲激光(间歇性工作)。

  英文:Nitrogen laserLASER:是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是通过受激发射光扩大。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森的建议,将“光受激发射”,简称:“激光”。

  氮分子激光器的发射带在UV(紫外)波段,主要是337.1nm 、357.7 nm、315.9 nm。

  氮分子激光器的组成主要包括:电源、传输线、储能电容器、激光腔、充电电感、火花间隙开关。布置结构如右图所示。这

  是一个工作在大气环境下的简易氮分子激光器的结构图。工作介质为占空气含量约78%的氮气,通过火花间隙的过压触发氮原子跃迁,其脉冲可短至纳秒(ns=10-12s)量级,氮分子激光器工作需要很陡脉冲,所以作为激光电容就需要有非常快的放电速度,才能使粒子数反转——这是一种气体放电激励方式。而右图的激光器使用了相对的金属板,是可以达到氮分子激光器的瞬间放电的要求。

  氮分子激光器是一种重要的近紫外相干光源。它的输出峰值功率高(Peak power__45 kW ),脉冲持续时间短(3.5 ns),而且结构简单,制造容易,因此受到人

  们的广泛重视。它可以作为有机染料激光器的泵浦光源,可以获得从近红外到近紫外的连续可调激光输出,是激光喇曼光谱仪的一种理想光源。此外,氮激光器在激光分离同位素、荧光诊断、超高速摄影、污染检测以及医疗卫生、农业育种等方面也得到广泛应用。由于其短波长更易聚焦得到小光斑,因此被用于加工亚微米量级的元件了,例如光掩模、复杂的集成电路薄膜电阻的生产。

  构简单,最重要是的,它是用空气中广泛存在氮气作为激光材料,也是一个适合个人DIY的好项目。DIY氮分子激光器,用料简单(各大超市均可以买到),做作容易。左图是两台自制氮分子激光器的工作图。可以看到完美的激光形成通道,和激发的荧光光斑。

  由于紫外光是不可见光,即使强度再大也是看不到的,但是由于紫外线可以诱发荧光,接收屏就是可以用一张涂有荧光颜料的纸,那么紫外光就可以被“看到了”。

  激光电容是存储能量,引发激光的重要元件,但是也有最简单,效果最好的制作方法:电极材料用烧烤用的铝箔,绝缘介质可以在文具店买到投影胶片,A3大小的最合适

  。这样就可以按照原理图制作成为很廉价的激光电容。当然整体布置可以参考抛物线设计,依照抛物线的几何结构,在抛物线焦点位置设置火花开关可以让电流更好的会聚,从而得到最好的效果。

  使用一条不长的漆包线既可以制作,这个元件要求不高。它起到在充电过程向电容2充电,在放电过程,阻止电容2的电流从上面流过,而从通过横向电极通过。

  这是形成激光重要部件,形状见左图,这是由两块相对金属板(铝较好)组成,要保证平行,而且要与电容接触良好,因为在放电瞬间,将会有KA级别甚至更高的电流流过。

  使用氮分子激光器同样激发染料激光。燃料中原子的外层电子跃迁到较高能级,然后又跃迁返回基态或较低能级,同时发射

  出与原激发波长相同或不同的发射即为原子荧光。原子荧光是光致发光,也是二次发光。当激发光源停止照射之后,再发射过程立即停止。

  同样这个染料激光的过程依旧可以DIY实现,染料来源也是非常方便,在文具店买上一根绿色或者桔黄色荧光笔(绿色的最好,荧光物质给得多)把笔芯取出来,将其中的荧光墨水,注入于一个长方体透明小盒子里就得到一个很方便的染料盒了。会聚后的泵浦激光(紫外激光337.1nm)打到染料上,就会激发染料激光横向射出。

  陈五高. 氮分子激光器研究述评[J]. 华中师院学报(自然科学版),1982,(02):61-66.

  李成仁,崔金松,尹海滨,曲业民. 简易氮分子激光器的研制[J]. 内蒙古师大学报(自然科学汉文版),1996,(01):30-33.