質量傳遞

[拼音]：qiti jiguangqi

[英文]：gas laser

利用氣體或蒸氣作為工作物質產生鐳射的器件。它由放電管內的啟用氣體、一對反射鏡構成的諧振腔和激勵源等三個主要部分組成（圖1）。主要激勵方式有電激勵、氣動激勵、光激勵和化學激勵等。其中電激勵方式最常用。在適當放電條件下，利用電子碰撞激發和能量轉移激發等，氣體粒子有選擇性地被激發到某高能級上，從而形成與某低能級間的粒子數反轉，產生受激發射躍遷。

與固體、液體比較，氣體的光學均勻性好，因此，氣體鐳射器的輸出光束具有較好的方向性、單色性和較高的頻率穩定性。而氣體的密度小，不易得到高的激發粒子濃度，因此，氣體鐳射器輸出的能量密度一般比固體鐳射器小。

氣體鐳射器分為原子氣體鐳射器、離子氣體鐳射器、分子氣體鐳射器和準分子鐳射器。它們工作在很寬的波長範圍，從真空紫外到遠紅外，既可以連續方式工作，也可以脈衝方式工作。

原子氣體鐳射器

包括各種惰性氣體鐳射器和各種金屬蒸氣鐳射器，如氦氖鐳射器和銅蒸氣鐳射器。其中氦氖鐳射器是最早研究成功的，並且仍在普遍使用。它的工作物質是混有氦的氖(圖2)。在這種混合氣體中放電，部分氦原子被激發到亞穩激發態21S或23S。這部分氦原子與基態氖原子碰撞時，能導致能量轉移激發，使氖原子處於激發能級上，從而實現氖原子的粒子數反轉分佈。氖原子在諧振腔中通過受激發射過程主要發出三個波長（3.39微米，1.15微米和6328埃）的鐳射。氦氖鐳射器輸出的鐳射功率只有幾毫瓦到100毫瓦，效率約為0.1％。但是，氦氖鐳射器具有單色性好、方向性強、使用簡便、結構緊湊堅固等優點，因而在精密測量、準直和測距中得到廣泛的應用。

銅蒸氣鐳射器具有平均功率高、重複率高等優點，發展很快。

離子氣體鐳射器

在惰性氣體和金屬蒸氣的離子的電子態能級之間建立粒子數反轉，其鐳射波長大多在紫外和可見光區域，輸出鐳射功率較大。典型的離子鐳射器有氬離子鐳射器、氪離子鐳射器和氦鎘鐳射器等。應用最多的是氬離子鐳射器。它可以產生多條波長的鐳射，其中最強的是4480埃和5145埃。連續輸出鐳射功率為幾百毫瓦至幾百瓦，效率很低，約為0.1％。它被應用於光譜學、光泵染料鐳射器、鐳射化學和醫學等。

分子氣體鐳射器

工作物質是中性分子氣體，如氮、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽等。波長範圍很廣，從真空紫外、可見光到遠紅外。其中以二氧化碳鐳射器最為重要，其特點是效率高，大約在10％～25％範圍內，可以獲得很高鐳射功率，連續輸出功率高達萬瓦，脈衝器件輸出可達萬焦耳每脈衝級。這種鐳射器工作在以 9.4微米和10.4微米為中心的多條分子振轉光譜線上。二氧化碳鐳射器分為普通低氣壓封離型鐳射器、橫向和縱向氣體迴圈流動型鐳射器、橫向大氣壓和高氣壓連續調諧鐳射器、氣動鐳射器和波導鐳射器等。這些鐳射器可用於加工和處理（如焊接、切割和熱處理）、光通訊、測距、同位素分離和高溫等離子體研究等方面。其中波導二氧化碳鐳射器是一種結構緊湊、增益高和可調諧的鐳射器，特別適用於鐳射通訊和高分辨光譜學。