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Partialdrücke von Helium/Neon von ca. 10/1. An den Enden befinden sich sog. Brewster-Fenster. Dabei handelt es sich um planparallele Platten, die Licht mit einer bestimmten Polarisationsrichtung - ohne Verluste durch Reflexion - hindurchlassen (d.h. es gibt nur einen durchgelassenen, keinen reflektierten Strahl dieser Polarisationsrichtung). Licht mit dazu senkrechter Polarisation wird teilweise reflektiert, teilweise hindurchgelassen. Bei dem Brewster-Winkel erreicht man eine minimale Reflexion der Laserstrahlung ohne Antireflexbeschichtung der Fenster. Zusätzlich sorgt diese Anordnung für eine fast vollständige Polarisation des Laserlichtes. Dieser Aufbau befindet sich zwischen zwei Spiegeln, die den Resonator bilden (siehe schematische Darstellung, im zweiten Bild die untere Glasröhre).

Man kann die beiden Spiegel auch direkt als Abschluss des Entladungsgefäßes anstelle der Brewsterfenster montieren - sie sind dann jedoch nicht austausch- oder nachjustierbar.

Die Spannungsversorgung der Gasentladung muss folgende Anforderungen erfüllen:

Bereitstellung der Zündspannung zu Beginn (10-15 kV)

Strombegrenzung des nach der Zündung fließenden Entladungsstromes

Die Entladungsspannung nach der Zündung beträgt typisch 1-2 kV, der Strom 1-30 mA.

Energieschema des Helium-Neon-Lasers

He-Neon Laser in Betrieb, Strom 6.5 mA

He-Ne-Laserrohre besitzen eine vorgeschriebene Polarität der Betriebsspannung: die Kathode besteht meist aus einem großflächigen, außenliegenden Metallzylinder, während sich die kleine Anode zwischen Kapillare und Strahlaustritt befindet.

Bei einem Helium-Neon-Laser ist das Helium das Pumpgas, und das Neon das Lasergas. In dem Glasröhrchen befinden sich außerdem noch zwei Elektroden, zwischen denen eine Gasentladung stattfindet. Diese Gasentladung bringt nun die Heliumatome in einen vergleichsweise langlebigen (ca. 10 − 3 s) angeregten Zustand. Die Heliumatome übertragen nun durch Stöße zweiter Art ihre Energie auf die Neonatome und erzeugen dort eine Besetzungsinversion zwischen energetisch hohen Zuständen und niedrigen Zuständen. Auf Übergängen zwischen den energetischen Zuständen des Neons wird nun der Laserbetrieb, wie in folgendem Schema dargestellt, möglich.

Die Zustände 2 1 s und 2 3 s des Heliums sind metastabil, d.h. es existieren keine optischen Übergänge in energieärmere Zustände. Die Emission von Photonen im Neon-Atom erfolgt durch stimulierte Emission; die Rückkehr in den Grundzustand durch spontane Emission und Rekombinationen an der Kapillarwand.

Der Helium-Neon-Laser emittiert standardmäßig Licht der Wellenlängen 632,816 nm (das bekannte rote Laserlicht, realisiert 1963)), 1152,3 nm (realisiert 1960)