En helium-neon- laser , eller HeNe-laser , er en type gasslaser som bruker en gassformig blanding av helium og neon som det aktive mediet . Helium-neon lasere sender vanligvis ut ved en bølgelengde på 633nm og derfor i synlig rødt lys. De er en vanlig type laser i industrielle og vitenskapelige applikasjoner og brukes ofte i pedagogiske laboratorier.
Helium-neon-laseren var den første gasslaseren som ble oppfunnet. Det er på grunn av Ali Javan, William Bennett Jr. og Donald Herriott at de i 1960 oppnådde kontinuerlig emisjon med denne laseren ved 1,15 μm ved Bell Laboratories . [ 1 ]
Før utseendet til laserdioder , nå så mange og så billige, ble helium-neon-lasere brukt til å lese strekkoder .
Det aktive mediet til laseren er en blanding av helium og neon inneholdt i et lukket glassrør, i et forhold på omtrent 5:1 og ved et relativt lavt trykk (vanligvis rundt 300 Pa ). Energien til pumping oppnås med en elektrisk utladning på ca. 1000 V gjennom to elektroder plassert i hver ende av røret. Resonanshulrommet består vanligvis av et flatt speil med høy reflektans i den ene enden og et konkavt speil på 1 % i den andre enden. Alt dette er lite i størrelse, med et hulrom som ikke overstiger 50 cm og er normalt ca 15-20 cm.
Helium-neon-lasere har en effekt på mellom 1 mW og 100 mW. Bølgelengden er 632.816 nm i luft, som tilsvarer en bølgelengde på 632.991 nm i vakuum . I hvert enkelt tilfelle er den oppnådde bølgelengden i et intervall på 0,002 nm rundt denne verdien, på grunn av de termiske svingningene som forårsaker små svingninger i dimensjonene til hulrommet. Likevel kan versjoner av laseren med frekvensstabilisering opprettholde bølgelengden på en konstant verdi på 2 deler i 10 12 i årevis.
Prosessen med laserutslipp i en helium-neon-laser starter med kollisjonene mellom elektronene som kommer fra den elektriske utladningen med heliumatomene i gassen. Dette faktum eksiterer heliumatomene som går fra grunntilstanden til de metastabile eksiterte tilstandene 2 3 S 1 og 2 1 S 0 . På den annen side eksiterer kollisjoner av eksiterte heliumatomer med neonatomer i grunntilstanden sistnevnte og skyver dem opp til 5s-nivået. Dette skyldes et sammentreff av energinivåene til helium- og neonatomene. Prosessen kan representeres ved følgende reaksjonsligning:
He* + Ne → He + Ne* + ΔEhvor * representerer en eksitert tilstand og ΔE den lille forskjellen i energi mellom de eksiterte tilstandene til begge atomene, som er omtrent 0,05 eV .
Antallet eksiterte neonatomer øker etter hvert som flere kollisjoner mellom heliumatomer og neonatomer oppstår, inntil en populasjonsinversjon oppnås mellom de elektroniske nivåene til neon 5s, 3p og andre. Den stimulerte emisjonen og den spontane emisjonen som tilsvarer deeksitasjonen av tilstanden 5s ( 2 P 1/2 ) til 3p ( 2 P 1/2 ) forårsaker emisjon av lys med en bølgelengde på 632.991 nm, den vanlige for heliumneon . Etter denne laserovergangen er det et raskt fall fra 3p-nivået til 2p-grunntilstanden takket være kollisjonene mellom neonatomene og beholderens vegger. På grunn av denne nødvendige prosessen kan ikke laserrøret være veldig stort, og derfor er helium-neon-lasere begrenset i størrelse og kraft.
Med et presist utvalg av hulromsspeil kan en helium-neon-laser sende ut ved andre bølgelengder. Det er infrarøde overganger ved 3,39 μm og 1,15 μm, samt flere overganger i det synlige: en emisjon i det grønne (543,5 nm), kalt « GreeNe- laseren », som spiller på det engelske uttrykket grønn , «grønn»), en gul emisjon (594 nm) og en oransje emisjon (612 nm). Den vanlige bølgelengden på 633nm har faktisk mye lavere forsterkning enn noen av disse andre, som infrarød, men disse kan effektivt undertrykkes ved å bruke visse belegg på speilene.
Laserbåndbredden domineres av Doppler-utvidelse og er ganske smal for 633nm (1,5GHz) overgangen . Dette faktum, sammen med emisjonen i den synlige og utmerkede strålekvaliteten, gjør helium-neon-laseren til en svært nyttig lyskilde i holografi og spektroskopi . Før oppfinnelsen av laserdioder var de laserne som ble brukt i strekkodelesere .