A hélium-neon lézer olyan lézer , amelynek aktív közege hélium és neon keveréke. A hélium-neon lézereket gyakran használják laboratóriumi kísérletekben és optikában . Működési hullámhossza 632,8 nm, a látható spektrum vörös részén található .
A hélium-neon lézer munkaközege hélium és neon 5:1 arányú keveréke, amely üveglombikban helyezkedik el alacsony nyomáson (általában körülbelül 300 Pa ). A szivattyú energiáját a lombik végein elhelyezett két, körülbelül 1000-5000 V feszültségű (a cső hosszától függően) elektromos kisütő szolgáltatja. Az ilyen lézerek rezonátora általában két tükörből áll - az izzó egyik oldalán teljesen átlátszatlan, a másikon pedig a készülék kimeneti oldalán a beeső sugárzás körülbelül 1%-át továbbítja magán.
A hélium-neon lézerek kompaktak, tipikus rezonátorméretük 15 cm és 2 m között van, kimenő teljesítményük 1 és 100 mW között változik.
Gázkisülésben hélium és neon keverékében mindkét elem gerjesztett atomja keletkezik . Kiderült, hogy a hélium 1 S 0 metastabil szintjének és a neon 2p 5 5s 2 [1/2] sugárzási szintjének energiája megközelítőleg 20,616, illetve 20,661 eV . A gerjesztés átvitele e két állapot között a következő folyamatban történik:
Ő* + Ne + ∆E → Ő + Ne*hatásfoka pedig igen nagynak bizonyul (ahol (*) a gerjesztett állapotot jelöli, ΔE pedig a két atom energiaszintjének különbségét.) A hiányzó 0,05 eV-ot az atomok mozgásának kinetikai energiájából vesszük . A 2p 5 5s 2 [1/2] neonszint populációja növekszik, és egy bizonyos pillanatban nagyobb lesz, mint a mögöttes 2p 5 3p 2 [3/2] szint populációja. Beindul a szintpopuláció inverziója – a közeg képessé válik lézergenerálásra.
A neonatom 2p 5 5s 2 [1/2] állapotból 2p 5 3p 2 [3/2] állapotba való átmenete során 632,816 nm hullámhosszú sugárzás bocsát ki . A neonatom 2p 5 3p 2 [3/2] állapota is sugárzó, rövid élettartamú, ezért ez az állapot gyorsan degerjesztődik a 2p 5 3s szintű rendszerbe, majd a 2p 6 alapállapotba , akár rezonáns sugárzás kibocsátása (a 2p 5 3s rendszer sugárzási szintjei ), vagy a falakkal való ütközés következtében (a 2p 5 3s rendszer metastabil szintjei ).
Ezen túlmenően a rezonátortükrök megfelelő megválasztásával más hullámhosszokon is lézergenerálás érhető el: ugyanaz a 2p 5 5s 2 [1/2] szint 2p 5 4p 2 [1/2] emisszióval mehet át . egy 3,39 μm hullámhosszú foton, és a 2p 5 4s 2 [3/2] szint, amely egy másik metastabil héliumszinttel való ütközés során keletkezik, a 2p 5 3p 2 [3/2] értékre tud menni, fotont bocsát ki 1,15 μm hullámhossz. Lehetőség van lézersugárzás vételére 543,5 nm (zöld), 594 nm (sárga) vagy 612 nm (narancs) hullámhosszon is.
A hélium-neon lézer spektrális sávszélessége meglehetősen kicsi, körülbelül 1,5 GHz . Értékét elsősorban a neonatomok sugárzásának Doppler-tágulása határozza meg, amely a Doppler-effektus megnyilvánulása miatt következik be . Az emissziós spektrum szűkössége miatt a hélium-neon lézerek jó sugárforrások lehetnek interferometriában , holográfiában , spektroszkópiában , valamint vonalkód-leolvasókban .
Az első hélium és neon keverékével működő gázlézert Ali Javan , William Bennett és D.R. Herriott ( eng. DR Herriott ) 1960-ban, és 1,15 mikron (infravörös) hullámhosszú sugárzást bocsátott ki [1] . Két évvel később Alan David White és Dane Rigden kimutatta , hogy egy hélium-neon lézer 632,8 nm hullámhosszú sugárzást tud kibocsátani, vagyis a spektrum látható tartományában [2] . Ezt a látható tartományban lévő cw lézert később széles körben alkalmazták.