氦-氖激光管中阴极溅射造成气体清除规律的实验研究

氦-氖激光器是一种常见的气体激光器，主要利用氦-氖气体混合物在受激辐射下产生激光。激光器的性能在很大程度上取决于气体的纯净度和稳定性。然而，阴极溅射是一种在气体放电装置中常见的现象，尤其是在气体激光器中，当阴极在辉光放电中受到正离子的轰击时，阴极材料会被溅射进入气体中，从而影响激光器的正常工作。溅射产生的气体清除规律对于延长氦-氖激光器的寿命、提高其稳定性和可靠性至关重要。 本文对氦-氖激光管中由阴极溅射引起的气体清除速率进行了实验研究。研究发现，工作气体的清除速率与气压成反比关系，即气压越高，气体清除速率越慢。这与之前的理论预测相符。在实验中，通过改变阴极电流密度和气体体积，观察到溅射气体清除速率的变化情况。实验结果表明，通过提高阴极电流密度和减小激光管体积，可以缩短实验周期，并进一步分析气体清除速率与初始气压值的关系。 实验中使用了不同材料和设计的阴极，对阴极溅射效应进行了深入研究，并通过实验对比的方法探究了阴极材料、尺寸设计和清洁处理等因素对气体清除规律的影响。结果显示，合理的阴极设计和处理能够显著提高阴极的寿命，从而使得氦-氖激光器的总体性能得到提升。 文章中还提到了两个主要的公式，它们分别描述了正常辉光放电和反常辉光放电下的气体清除现象。正常辉光放电下，气体清除速率与气压一次方成反比，而反常辉光放电下的清除规律则有所不同。在实验中，通过观察不同条件下的气压变化曲线，分析了不同辉光放电模式下的气体清除规律，并提出了相应的数学模型。 实验中，研究人员通过测量气压随时间的变化来评估气体清除速率。通过归一化处理，可以直观地比较不同条件下气体清除速率的变化。实验结果进一步验证了气体清除速率与初始气压值的密切关系。此外，实验中还引入了一个时间常数τ，用于描述气体清除速率保持初始数值时总气压下降到初始值一半所需的时间，这对于理解和预测气体清除过程非常重要。 文章还讨论了正常辉光和反常辉光放电下气体清除规律的差异。由于阴极位降随电流和气压的变化规律不同，导致两种放电模式下的气体清除规律存在显著差异。通过实验，研究人员发现正常辉光放电下的气体清除速率与反常辉光放电下的速率不一致，进一步证实了理论模型的适用性，并为实际应用提供了参考。 本文对于理解氦-氖激光器中气体清除规律提供了科学的实验数据和理论模型，有助于提高氦-氖激光器的性能和使用寿命，对气体激光器的研究和应用具有重要意义。