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。 xNX'~B^4d  
jDTUXwx7V  
    氦鎘激光器結構 JZ=5Bpw  
,|pp67  
    激光管用硬料玻璃或石英玻璃制作。陽極為直徑2mm的鎢桿，陰極為鋁質圓筒狀，毛細管長60-100cm，孔徑為1.5-3mm。 lKWr=k~  
a,n93-m(m  
　　陽極端附近有一鎘池，內裝有光譜純金屬鎘。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。 s.:r;%a  
s;1e0n  
　　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。為使cd+在電泳傳輸過程中，不致冷凝在毛細管內壁上，毛細管內壁的溫度須高于鎘蒸氣的冷凝溫度，一般使用外套管結構，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激光器在正常運轉時，鎘蒸氣從陽極向陰極的流動速度約為1-2mg/h。 cPuHLwwYf  
VR4%v9[1  
　　激光器一般為全外腔結構，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。 tpYa?ZCM  
氦鎘激光器的激發(fā)機理，普遍認為是彭寧效應所致。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+）。 tjxvN 4l  
? )_7U  
　　彭寧效應的過程為：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 0d4cE10  
　　e-+he→he*+e-+δe G{o+R]Us  
j=ihbR^]Tl  
氦鎘激光器工作特性 31}W6l88c  
0S.?E.-&0  
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： 4seciz0?  
GN%(9N'W  
　　pd=10-12torr.mm #ElejQ|?  
5pJ*1pfeo  
　　2．鎘源溫度對輸出功率的影響。當鎘源溫度升高時，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，將導致管內的溫度下降，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。 l1<?ONB.#  
V@Wcb$mgk  
　　最佳溫度隨激光管結構的不同而不同，約為200-250℃。當最佳鎘蒸氣壓約為10-3torr，鎘原子密度約為3×1014cm-3。 "HC)/)Mv@  
|ym%| B  
　　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）。 ;|TT(P:d  
8=Q VN_  
　　這種碰撞稱彭寧碰撞，即 }-p,iTm  
0JXqhc9'  
　　he*+cd→（cd+）*+he+e-+δe cNj*E =~;  
&N\[V-GP2G  
　　其中的剩余能量，將由電子帶走。 W-D[z#)/Y  
^,V[nfQR  
　　另外，從能級壽命看，亞穩(wěn)態(tài)he*壽命長，約為10-6s，這對于激發(fā)cd有利。（cd+）*的5s22d5/2能級壽命約為7.8×10-7s，而5p2p03/2（激光下能級）的壽命為2.2×10-9s。因而可形成粒子數(shù)反轉分布。441.6nm和325nm對應的躍遷分別為：  I=[cZ;t  
5AOfp2O  
　　441.6nm cd+5s22d5/2——5p2p03/2 w^o}E)O  
　　325.0nm cd+5s22d3/2——5p2p01/2