針對(duì)He-Ne激光器的應(yīng)用，這里主要介紹它的譜線競(jìng)爭(zhēng)與輸出功率特性。

（1）譜線競(jìng)爭(zhēng)

在同一個(gè)激光器中，可能有多條激光譜線，而有些譜線可能對(duì)應(yīng)同一個(gè)激光上能級(jí)，因此在它們之間就存在著對(duì)共有能級(jí)上粒子數(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。其中一條譜線產(chǎn)生振蕩以后，用于其它譜線的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)減少，將使其它譜線的增益和輸出功率降低，甚至完全被抑制。這就是譜線的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)。

圖（1）

He-Ne激光器的三條最強(qiáng)的激光譜線(0.6328mm，1.15mm，3.39mm)中哪一條譜線起振完全取決于諧振腔介質(zhì)膜反射鏡的波長(zhǎng)選擇。由圖（1）可見，0.6328mm和#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#3.39mm兩條激光譜線具有相同的上能級(jí)，因此這兩條譜線之間存在著強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)。由于增益系數(shù)與波長(zhǎng)的三次方成正比，顯然3.39mm譜線的增益系數(shù)遠(yuǎn)大于0.6328mm譜線。在較長(zhǎng)的0.6328mm He-Ne激光器中，雖然介質(zhì)膜反射鏡對(duì)0.6328mm波長(zhǎng)的光具有較高的反射率，仍然會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的3.39mm波長(zhǎng)的放大的自發(fā)輻射或激光，這將使上能級(jí)粒子數(shù)減少，從而導(dǎo)致0.6328#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#mm激光功率下降。為了獲得較強(qiáng)的0.6328mm的激光輸出，需采用色散法、吸收法或外加磁場(chǎng)法等方法抑制3.39mm輻射的產(chǎn)生。

2．輸出功率特性

He-Ne激光器的放電電流對(duì)輸出功率有很大的影響。圖（2）是實(shí)驗(yàn)測(cè)得的輸出功率與放電電流的關(guān)系曲線，可以看出，對(duì)于每種充氣總壓強(qiáng)都有一個(gè)使輸出功率最大的放電電流，它與氣體混合比及總壓強(qiáng)有關(guān)。在最佳充氣條件下，使輸出功率最大的放電電流叫最佳放電電流。由該圖可見，在最佳放電電流附近，因放電電流變化引起的輸出功率的變化不大。因此，在實(shí)際使用時(shí)，對(duì)最佳放電電流的要求并不十分嚴(yán)格，這很有利于工作狀態(tài)的調(diào)整。

圖（2） 輸出功率與放電電流的關(guān)系曲線

He-Ne激光器內(nèi)充有He氣和#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#Ne氣，它們的混合比例和總氣壓都對(duì)輸出功率有很大的影響。產(chǎn)生激光的Ne原子比例過(guò)小，會(huì)使輸出功率減小。He的電離電位較低，比例過(guò)大，會(huì)因電離過(guò)多而使電子離子數(shù)目增加，在較低的電場(chǎng)下就能維持一定的放電電流，低電場(chǎng)導(dǎo)致的電子溫度下降使激發(fā)速率降低，輸出功率隨之下降。實(shí)驗(yàn)證明，He-Ne激光器存在著最佳混合比和最佳充氣總壓強(qiáng)，即存在最佳充氣條件。這種最佳條件在制造He-Ne激光器時(shí)必須考慮。

若放電毛細(xì)管的直徑為d，充氣壓強(qiáng)為p，則存在一個(gè)使輸出功率最大的最佳pd值。He-Ne激光器的最佳pd值約為（4.8~5.3）×10² Pa·mm。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是：一方面壓強(qiáng)的下降使電子與原子的碰撞減少，從而導(dǎo)致電子溫度(平均動(dòng)能)上升，激發(fā)速率升高；毛細(xì)管管徑的減小，則使電子和離子的管壁復(fù)合加劇，為了維持放電電流不變，必須加大電場(chǎng)，由此造成的電子溫度升高有利于激發(fā)。另一方面，#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#pd值過(guò)低又會(huì)因He、Ne原子數(shù)量過(guò)少而使輸出功率減少。

在最佳放電條件下，工作物質(zhì)的增益系數(shù)和毛細(xì)管直徑d成反比。通過(guò)受激輻射躍遷到激光下能級(jí)的Ne原子借助自發(fā)輻射轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)1S能級(jí)，然后通過(guò)與管壁碰撞釋放能量的途徑返回基態(tài)。如果管徑d增大，原子與管壁碰撞的機(jī)會(huì)減少，滯留在1S能級(jí)的Ne原子可能吸收自發(fā)輻射光子重新返回激光下能級(jí)，從而導(dǎo)致反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的減少。毛細(xì)管直徑的選擇應(yīng)綜合考慮對(duì)輸出功率和模式的要求以及增益、衍射損耗對(duì)輸出功率的影響。