氦鎘
激光器是一種
金屬蒸氣離子
激光器。其中產(chǎn)生激光躍遷的是鎘離子（cd+)，氦氣（he）作為輔助氣體。它與氦氖激光器類似，可以在直流放電的條件下連續(xù)工作。它比氦氖激光有更高的輸出功率（一般為幾十毫瓦），發(fā)射波長較短，為441.6nm（藍紫色）和325nm（紫外），因此，是一種更適用于光敏材料曝光和全息印刷制版的較理想的
光源。
CurU6x1 Svs&?B\}{6 氦鎘激光器結(jié)構(gòu)
O.aAa5^uh 8-smL^~%# 激光管用硬料玻璃或石英玻璃制作。陽極為直徑2mm的鎢桿，陰極為鋁質(zhì)圓筒狀，毛細管長60-100cm，孔徑為1.5-3mm。
5cl^:Ua */vid (P77 陽極端附近有一鎘池，內(nèi)裝有
光譜純金屬鎘。鎘在室溫下為固體，熔點321℃，在真空中升華溫度為164℃。通過熱源可使金屬鎘升華成蒸氣。陽極與鎘池之間有一電泳限制段，用以阻止鎘蒸氣擴散到陽極端，避免污染窗片。
h,]lN'JG{ +.$:ZzH# 固態(tài)鎘在真空中加熱到164℃時，即升華為蒸氣。鎘蒸氣源源不斷地從鎘池向放電管擴散。隨著鎘池溫度的升高，鎘蒸氣密度越來越大。在放電區(qū)域，鎘原子被氦亞穩(wěn)態(tài)原子電離并激發(fā)。在電場作用下，（cd+）從陽極向陰極流動，這個過程稱為電泳效應(yīng)。為使cd+在電泳傳輸過程中，不致冷凝在毛細管內(nèi)壁上，毛細管內(nèi)壁的溫度須高于鎘蒸氣的冷凝溫度，一般使用外套管結(jié)構(gòu)，依靠放電加熱作用（因放電流大于60ma），即可使放電管溫度保持在鎘的冷凝溫度以上。通過放電區(qū)以后，鎘蒸氣便凝結(jié)在溫度較低的管殼上，以防止金屬蒸氣污染窗片。一般he-cd激光器在正常運轉(zhuǎn)時，鎘蒸氣從陽極向陰極的流動速度約為1-2mg/h。
v~p?YYOm< +RK/u 激光器一般為全外腔結(jié)構(gòu)，便于更換反射鏡，既能產(chǎn)生441.6nm的激光，又能產(chǎn)生325nm的激光。
9yLPh/!Ob 氦鎘激光器的激發(fā)機理，普遍認(rèn)為是彭寧效應(yīng)所致。he亞穩(wěn)態(tài)原子的能量約為20ev，而cd的電離電位為8.99ev，鎘原子很容易通過與亞穩(wěn)態(tài)氦原子的碰撞而被電離，同時被激發(fā)成激發(fā)態(tài)鎘離子（cd+）。
"k),;1 3;!a'[W&p 彭寧效應(yīng)的過程為：放電管中高速電子與氦原子碰撞，將氦原子從基態(tài)激發(fā)到21s0和23s1亞穩(wěn)態(tài)，即
x26 sH5 e-+he→he*+e-+δe
64 :p 4N MJK PpQ(, 氦鎘激光器工作特性
3[~LmA ; ]rj Kc= 1．氦氣壓強對輸出功率的影響。氦氣最佳氣壓值由下式近似估計：
<FN +
6O@Lx ]t pd=10-12torr.mm
8 "u.GL. 4dh> B>Q 2．鎘源溫度對輸出功率的影響。當(dāng)鎘源溫度升高時，鎘原子密度增加，使參與激光過程的cd+粒子數(shù)增多，有利于提高輸出功率。但是另一方面由于鎘的電離電位和激發(fā)電位都較低，自由電子容易與其發(fā)生碰撞而失去能量。因此鎘蒸氣密度過大時，將導(dǎo)致管內(nèi)的溫度下降，使亞穩(wěn)態(tài)氦原子數(shù)減少，從而使輸出功率下降。所以存在一個最佳鎘蒸氣壓強的最佳鎘源溫度。
q@4Cw&AI+ J.0&gP V 最佳溫度隨激光管結(jié)構(gòu)的不同而不同，約為200-250℃。當(dāng)最佳鎘蒸氣壓約為10-3torr，鎘原子密度約為3×1014cm-3。
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@FT$GQ 然后，亞穩(wěn)態(tài)氦原子he*與中性cd原子碰撞，使之電離，并激發(fā)到cd+的激發(fā)態(tài)5s22d5/2和5s22d3/2（即激光上能級）。
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