烏克蘭和俄羅斯是重要的氖、氪和氙等稀有氣體產(chǎn)地。這些稀有氣體是鋼鐵制造過(guò)程中的附屬產(chǎn)品，俄羅斯主要進(jìn)行粗氣分離，烏克蘭負責精制并向全球輸出。據統計，烏克蘭供應了全球70%的氖、40%的氪和30%的氙。這三種氣體是制造芯片的關(guān)鍵材料。氖氣是光刻氣中主要成分,90%以上的半導體級氖氣供應來(lái)自烏克蘭。氦氖(HeNe)激光器主要原料就是氦氣氖氣。這場(chǎng)俄烏戰爭讓本來(lái)競爭脆弱的氦氖(HeNe)激光器可能要退出歷史舞臺。
HENE Laser通常是精密儀器、測量裝置和某些光譜應用的優(yōu)選。它是在1960年發(fā)明的，從技術(shù)上講，它是第一批具有非凡良好參數的激光器之一。機械和光學(xué)設計非常簡(jiǎn)單（除了用于制造管本身的復雜玻璃制品），但氣體激光介質(zhì)和整體結構提供了一些內在優(yōu)勢。但也有很多缺點(diǎn)……
HeNe激光器優(yōu)點(diǎn)
■ 高相干長(cháng)度
這對于大多數氣體激光器來(lái)說(shuō)是非常典型的。在HeNe的情況下，相干長(cháng)度從20 cm（對于多個(gè)縱向模式）到超過(guò)100 m不等。這一切都取決于設計中使用的腔體參數和反射鏡和標準具。
■ 穩定的中心波長(cháng)HeNe激光器在空氣中的典型發(fā)射波長(cháng)約為632.816 nm。非常穩定的振蕩頻率<1 MHz(<0.001 pm @ 633 nm)漂移是最復雜的氦氖激光器的特征，具有額外的穩定措施。非穩定激光器的中心波長(cháng)可以在1 pm范圍內漂移，與其他激光器類(lèi)型相比，這仍然是相當不錯的。
■ 高光譜純度
HeNe激光介質(zhì)具有多個(gè)發(fā)射峰，但相對容易迫使激光僅在一個(gè)發(fā)射波段中振蕩。一旦完成，就無(wú)法檢測到自發(fā)發(fā)射或其他波段的發(fā)射。
良好的光束質(zhì)量和對準。氣體管越長(cháng)，就越容易獲得良好的高斯光束輪廓、良好的光束質(zhì)量以及相對于激光器外殼非常好的角度和空間對準。
■ 低成本
氦氖激光器制造的深厚傳統及其在一個(gè)條形碼掃描儀和CD播放器等應用中的廣泛傳播一直在推動(dòng)成本下降，現在2-3 mW輸出功率的激光器成本通常低于幾千元?？紤]到上述良好且有用的特性，這很便宜。
HeNe激光器缺點(diǎn)
■ 壽命短
氦原子對于降低完整激光器的激光閾值非常重要。但這些原子很小，往往會(huì )通過(guò)玻璃管的壁擴散。He原子的擴散是HeNe激光器壽命短的主要原因，通常在1000到10000小時(shí)的范圍內，即24/7運行不到1年。這被認為是HeNe激光器在工業(yè)應用中的主要缺點(diǎn)。
■ 預熱時(shí)間長(cháng)
制造商可選典型的預熱時(shí)間為10分鐘。在某些需要連續操作的應用中，這可能不是一個(gè)大問(wèn)題，但是在必須頻繁打開(kāi)和關(guān)閉激光器的情況下，這是一個(gè)很大的缺點(diǎn)，這通常意味著(zhù)必須安裝機械快門(mén)，打開(kāi)激光曝光，即激光必須連續運行，這會(huì )進(jìn)一步縮短使用壽命。
■ 輸出功率低
大多數強大的氦氖激光器發(fā)出35到50 mW的輸出功率。與某些半導體激光器的100 mW至200 mW TEM00輸出相比，這是較低的。甚至頻率穩定的633 nm激光器也會(huì )發(fā)出70 mW至100 mW的窄線(xiàn)寬功率。
非常笨重。輸出功率為35 mW的HeNe激光器長(cháng)約1米。購買(mǎi)、儲存或運輸它不再具有成本效益。如此大但不是很強大的激光器通常用于科學(xué)實(shí)驗室或一些復雜的全息應用。
■ 高壓
HeNe激光器通常使用1500 V以上的電壓。如此高的電壓會(huì )對周?chē)娜藛T和設備造成一定的風(fēng)險。
■ HeNe的替代品有哪些？
半導體二極管激光器的輸出功率在633 nm（約 30-40 mW）且波長(cháng)可以選擇在620-670nm之間接收客戶(hù)自定義。但在替代氦氖激光器的情況下，30-40 mW是市場(chǎng)上強大的氣體激光器的兩倍。線(xiàn)寬目前可以做到1MHZ以?xún)冗_到上百米的相干長(cháng)度。
HENE激光器與半導體激光器尺寸對比
中心波長(cháng)（＜1MHZ線(xiàn)寬）可選
半導體633nm窄線(xiàn)寬出色的波長(cháng)穩定性
出色光束質(zhì)量
說(shuō)到長(cháng)壽命，標稱(chēng)功率為200 mW的638 nm激光器可以以1%的功率水平驅動(dòng)，以匹配輸出功率為2 mW的HeNe激光器。638 nm激光二極管在整個(gè)功率差中具有大約4 nm的偏移，因此在2 mW輸出功率下，激光器將輻射大約633-634 nm的中心波長(cháng)，這非常接近。最令人驚奇的是，這種激光二極管的使用壽命將呈指數級增長(cháng)——從規定的5000小時(shí)到理論上的>100000小時(shí)。這就是讓工業(yè)激光集成商立即感興趣的原因。
結論:HeNe激光器優(yōu)點(diǎn)很多,但是工業(yè)應用難
盡管氦氖激光器具有許多良好的固有特性，但通常不能滿(mǎn)足當今工業(yè)環(huán)境的要求。24/7全天候運行的工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)都是關(guān)于堅固性和長(cháng)壽命的，因此工業(yè)儀器制造商往往會(huì )為使用壽命更長(cháng)、更易于更換和維護的激光器支付2到4倍的費用。
與氦氖激光器的價(jià)格差異主要取決于半導體激光器有多少參數必須接近氦氖的性能。如果需要優(yōu)秀的光束質(zhì)量，則必須使用單?；虮Ｆ饫w來(lái)實(shí)現M2<1.05、漂亮的圓形光束形狀和衍射限制發(fā)散度。相當好的中心波長(cháng)穩定性可以通過(guò)半導體發(fā)射器的良好溫度和功率穩定性來(lái)實(shí)現。實(shí)現起來(lái)最困難和昂貴的是長(cháng)相干長(cháng)度要求。確保高相干長(cháng)度和非常穩定(<5 pm)中心波長(cháng)的流行方法是通過(guò)使用體積布拉格光柵或光纖布拉格光柵來(lái)應用外腔設計（ECDL-外腔二極管激光器）。
現實(shí)表明，要超越優(yōu)秀的舊氦氖的性能很難或非常昂貴，但激光集成商愿意做出一些妥協(xié)，而且這種情況正在大規模發(fā)生——我們可以看到傳統的氦氖激光器制造商停產(chǎn)。越來(lái)越多的半導體激光器出現在市場(chǎng)上，并在許多工業(yè)應用中成功取代了氦氖激光器。
未來(lái)HeNe激光器似乎在某些校準應用中仍將作為參考，但我們不會(huì )在工業(yè)4.0中遇到它們。
