氦氖激光器工作原理

氦氖激光器工作原理

我们通常把发光的物体叫做光源,如太阳、电灯、燃烧的蜡烛等.光具有能量,它可以

使物体变热,使照相底片感光,这就是能的转换现象.光能含在光束中,光束射入人的眼睛,

才引起人的视觉,所以我们能够看到光源发射的光.那么我们为什么还能看到不发光的 物体

是因为光源发射的光照射到它们,不发光的物体受光后,向四面八方漫反射的光射 入了

我们的眼睛,所以我们也能看到不发光的物体.

产生激光的光源,和普通的光源明显不同.如普通白炽灯光源是通过电流加热钨丝的 原

子到激发态,处于激发态的原子不断地自发辐射而发光.这种普通的光源具有很大的散射 性

和漫射性,不能控制形成集中的光束,也就不能应用于激光打印机.激光打印机所需要的 激

光光束必须具有以下特性：

①高方向性.发出的光束在一定的距离内没有散射和漫射.

②高单色性.纯白光由七色光组成.

③高亮度,有利于光束的集中并带有很高的物理能量.

④高相干性,容易叠加和分离.激光器是激光扫描系统的光源,具有方向性好、单色性

强、相干性高及能量集中、便于 调制和偏转的特点.早期生产的激光打印机多采用氦-氖（

He-Ne）气体激光器,其波长为632．8μm,其特点是 输出功率较高、体积大、是寿命长（一

般大于1万小时） 性能可靠,噪音低,输出功率大.但是因为体积太大,现在基本已淘汰.现

代激光打印机都 采用半导体激光器,常见的是镓砷-镓铝砷（CaAs-CaAlAs）系列,所发射出

的激光束波长一 般为近红外光（λ＝780μm）,可与感光硒鼓的波长灵敏度特性相匹配.半

导体激光器体积 小、成本低,可直接进行内部调制,是轻便型台式激光打印机的光源.

激光打印机

激光扫描是用来产生非常小的高精度光点,用于高质量的文字及图像的印刷,常用的激 光扫

描系统工作原理是：在工作物质两端设置两块相互平行的反射镜（栅极）,这两块反射 镜之

间构成了一个谐振腔.谐振腔的一块反射镜为全反射镜,另一块为半反射镜,当工作物 质受

激,原子自发辐射的光子在谐振腔内不断地来回反射,辐射出的光子不断增加.当谐振 腔内

叠加的光子增加到一定量时,就会穿透半反射的反射镜面发出一束非常强的光,这就是 激光

.这样发出的光束非常集中,几乎没有散射,只要我们利用控制技术将光波波长控制在 700～

900μm（纳米）,这样所产生的激光就可以满足激光打印机感光鼓的曝光需要.

现代所用的半导体激光器,通常采用激光二极管,它的原理与普通的二极管极为相似,

如都有一对PN结,当电压和电流加到激光二极管上时,P型半导体材料中的空穴和N型材料中

的自由电子产生相对运动,PN结处载流子的密度增加非常大,自由电子和空穴重新复合,

因而产生受激辐射,释放出具有激光特性的光子,由激光器谐振腔内的反射镜反射,透过激

光孔和孔内聚焦镜,射出激光束.

从激光的产生可以看出,一条激光束只包括一种主要波长的光线,它是单色的.每一 条

光线都沿一个方向传播,以相互叠加的方式结合,我们称之为相干性.这个特性使激 光以

一条极细的光束射到一个靶上,而几乎没有散射.而每条激光束就像枪膛里射出的子弹 ,每

颗子弹只能在靶上打一个孔.如果要打出一个一字,就要射出很多的子弹,沿一 字方向

打出很多的孔,形成一个一字点的横向排列,这就是我们所说的点阵排列 ,是后面要讲

点阵图像的技术基础.

激光打印机的图文信息,亦是由点阵组成.印刷质量要求越高,组成一个字符的点阵亦

越多.激光扫描的点阵形成有四种方法.单线扫描：将一行字符的每一行的点阵信息,送至

扫描器中进行扫描,称为单线扫描.多线顺序偏转扫描：高频信号发生器依次产生 9个不同的

频率,依据布雷格衍射原理,它们在偏转调制器中会产生9条偏转角不同的扫描线 ,接着转镜

旋转一个微小角度,扫描出从左至右的点阵信息.由于这种方法只需转镜转过一个微小的角度

,它相当于单线扫描方法的1／132,即可形成1个字,故又称小光栅扫描.多线同时偏转扫描

：是指在高频驱动电路中同时产生9个不同的频率,经合成后送至偏转 调制器中.多线同时偏

转多次扫描：这种方法与多线同时偏转扫描属同一类,只是从1个字 符的形成上有所区别.即

在扫描高点阵字符时,一个完整的字符是分成多次扫描完成的.图形信息的点阵形成与字符

的点阵形成基本相似.