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Lexikon der Optik: Helium-Neon-Laser

Helium-Neon-Laser, He-Ne-Laser, erster, 1961 realisierter Gaslaser, der auch heute noch zu den am häufigsten verwendeten Gaslasertypen im Bereich des Meßwesens gehört. Laserstrahlung wird im Wellenlängenbereich zwischen 0,633 und 3,39 μm erhalten, üblicherweise im kontinuierlichen Betrieb mit Strahlungsleistungen im mW-Bereich.

Als aktives Medium dient ein Helium-Neon-Gasgemisch mit einem Verhältnis der Partialdrücke von 6:1. Der Totaldruck p ist für eine optimale Laserwirkung abhängig vom Rohrdurchmesser D und wird üblicherweise aus der empirischen Formel p·D≈530 Pa·mm ermittelt. Das Gasgemisch befindet sich in einem Rohr mit einem Durchmesser von im allgemeinen nicht mehr als 5 mm und einer Länge von 0,1 bis (maximal) 2 m. Die Anregung erfolgt in einer Gasentladung mit einer zwischen 500 und 5000 A/m2 liegenden Entladungsstromdichte. Durch Elektronenstoß werden das 23S- und 21S-Niveau des He angeregt. Diese beiden Niveaus stimmen energetisch sehr gut mit den 3s- bzw. 2s-Niveaus von Ne überein, so daß eine Energieübertragung durch Stöße 2. Art erfolgt, was zur Besetzung der letztgenannten Niveaus und damit zur Erzeugung einer Besetzungsinversion führt. Die unteren Laserniveaus (2p und 3p) des Ne sind im allgemeinen nur schwach besetzt, wobei eine Entleerung durch spontane Emission zum 1s-Niveau und von dort über Wandstöße in den Grundzustand des Ne erfolgt (Abb.). Der He-Ne-Laser strahlt so kontinuierlich bei den Wellenlängen λ=0,633 μm (Übergang 3s2→2p4), λ=1,15 μm (2s2→2p4) und λ=3,39 μm (3s2→3p4).

Seine Ausgangsleistungen liegen, je nach Länge des aktiven Mediums, zwischen 0,5 mW und 100 mW, wobei die Strahlungsleistungen bei den Infrarotübergängen als Folge von Sättigungseffekten unter denen im sichtbaren Bereich liegen. Der Wirkungsgrad beträgt 0,1%. Die Strahlungseigenschaften sind gekennzeichnet durch große Kohärenzlänge, gute Strahlqualität (Strahldurchmesser <2 mm, Strahldivergenz 0,5 mrad) und Vorliegen eines Lamb-dips. Mit Hilfe aktiver Stabilisierung wurde mit dem He-Ne-Laser die bisher höchste Frequenzstabilität von ν/Δν=1014 bis 1015 erreicht (Frequenzstabilisierung von Lasern). Bevorzugt verwendet wird die Strahlung des He-Ne-Lasers in der Meßtechnik als Justiermittel sowie zur Längen- und Geschwindigkeitsmessung, in der Interferometrie und Holographie.



Helium-Neon-Laser: Energieniveaus beim He-Ne-Laser.

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