DE102021005985B3 - Gas dynamic laser - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen gasdynamischen Laser (10). Der Laser (10) umfasst einen ersten Spiegel (12) und einen zweiten Spiegel (14), die einander gegenüberliegend angeordnet sind und einen optischen Resonator bilden, wobei der erste Spiegel (12) für das Austreten eines Laserstrahls (20) aus dem optischen Resonator vorgesehen ist. Der Laser (10) weist wenigstens einen Behälter (16) auf, der mit Brennstoff gefüllt ist. Der Laser (10) umfasst wenigstens eine Düse (18), die für das Austreten eines durch Verbrennung entstehenden Gases aus dem Behälter (16) und dessen Eintreten in den optischen Resonator vorgesehen ist. Der Behälter (16) ist entweder einzeln oder zusammen mit der Düse (18) auswechselbar. Der Laser (10) kann als tragbares oder fahrbares Werkzeug oder als Waffe vorgesehen sein.The invention relates to a gas-dynamic laser (10). The laser (10) comprises a first mirror (12) and a second mirror (14) arranged opposite one another and forming an optical resonator, the first mirror (12) for exiting a laser beam (20) from the optical resonator is provided. The laser (10) has at least one container (16) that is filled with fuel. The laser (10) comprises at least one nozzle (18) which is provided for the exit of a gas produced by combustion from the container (16) and its entry into the optical resonator. The container (16) can be replaced either individually or together with the nozzle (18). The laser (10) can be provided as a portable or wheeled tool or as a weapon.
Description
Die Erfindung betrifft einen gasdynamischen Laser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a gas-dynamic laser according to the preamble of patent claim 1.
Bei einem gasdynamischen Laser wird komprimiertes Gas durch einen Verbrennungsprozess erhitzt. Beim anschließenden Austritt durch eine oder mehrere Düsen wird das Gas expandiert und abgekühlt. Beispielsweise erfolgt eine Anregung von Kohlendioxidmolekülen durch Stöße mit angeregten Stickstoffmolekülen. Das austretende Gas befindet sich in einem thermischen Ungleichgewicht und weist die für den Lasereffekt erforderliche Besetzungsinversion auf. Das austretende Gas durchströmt den optischen Resonator des Lasers.In a gas-dynamic laser, compressed gas is heated through a combustion process. When it subsequently exits through one or more nozzles, the gas is expanded and cooled. For example, carbon dioxide molecules are excited by collisions with excited nitrogen molecules. The exiting gas is in thermal imbalance and exhibits the population inversion required for the lasing effect. The escaping gas flows through the optical resonator of the laser.
Aus der
In der
Aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen kompakten gasdynamischen Laser bereitzustellen, der für einen kontinuierlichen Betrieb geeignet ist.It is the object of the invention to provide a compact gas-dynamic laser which is suitable for continuous operation.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 gelöst.This object is solved by the subject matter of patent claim 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Laser eine Wechseleinrichtung zum Zuführen des mit dem Brennstoff gefüllten Behälters und zum Abführen eines entleerten Behälters aufweist, wobei entweder der Behälter und die Düse eine kompakte Baueinheit bilden, die an den optischen Resonator des Lasers ankoppelbar und auswechselbar ist, oder die Düse mit dem optischen Resonator des Lasers fest verbunden und der Behälter an die Düse ankoppelbar und auswechselbar ist.According to the invention, it is provided that the laser has a changing device for supplying the container filled with fuel and for removing an emptied container, with either the container and the nozzle forming a compact structural unit that can be coupled to the optical resonator of the laser and can be exchanged, or the nozzle is firmly connected to the optical resonator of the laser and the container can be coupled to the nozzle and is exchangeable.
Bei dem erfindungsgemäßen gasdynamischen Laser kann der Behälter ausgewechselt werden, wobei ein entleerter Behälter durch einen gefüllten ersetzt wird. Dies ermöglicht eine handliche und kompakte Ausbildung des gasdynamischen Lasers. Eine elektrische Stromquelle oder andere externe Energiequelle ist nicht erforderlich. Der erfindungsgemäße gasdynamische Laser kann als tragbares oder fahrbares Werkzeug oder auch als Waffe verwendet werden.In the case of the gas-dynamic laser according to the invention, the container can be exchanged, with an emptied container being replaced by a filled one. This enables a handy and compact design of the gas-dynamic laser. An electrical power source or other external energy source is not required. The gas-dynamic laser according to the invention can be used as a portable or mobile tool or as a weapon.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Behälter und die Düse eine kompakte Baueinheit bilden, die an den optischen Resonator des Lasers ankoppelbar und auswechselbar ist.In one embodiment it is provided that the container and the nozzle form a compact structural unit which can be coupled to the optical resonator of the laser and can be exchanged.
Dabei weist der Laser eine Wechseleinrichtung zum Zuführen des mit dem Brennstoff gefüllten Behälters und der Düse und zum Abführen eines entleerten Behälters und der Düse auf. Beispielsweise funktioniert die Wechseleinrichtung wie eine Zuführvorrichtung für Patronen bei einem Maschinengewehr oder einer Maschinenpistole. Dies ermöglicht ein automatisches und schnelles Nachladen des gasdynamischen Lasers.In this case, the laser has a changing device for feeding in the container filled with the fuel and the nozzle and for removing an emptied container and the nozzle. For example, the changing device works like a feeding device for cartridges in a machine gun or a submachine gun. This enables the gas-dynamic laser to be reloaded automatically and quickly.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Düse mit dem optischen Resonator des Lasers fest verbunden ist, wobei der Behälter an die Düse ankoppelbar und auswechselbar ist.In a further embodiment it is provided that the nozzle is firmly connected to the optical resonator of the laser, the container being able to be coupled to the nozzle and exchanged.
In diesem Fall weist der Laser eine Wechseleinrichtung zum Zuführen des mit dem Brennstoff gefüllten Behälters sowie zum Abführen eines entleerten Behälters auf. Auch diese Wechseleinrichtung kann so funktionieren wie die Zuführvorrichtung für Patronen bei einem Maschinengewehr oder einer Maschinenpistole, sodass ein automatisches und schnelles Nachladen des gasdynamischen Lasers ermöglicht wird.In this case, the laser has a changing device for feeding in the container filled with the fuel and for removing an emptied container. This changing device can also function in the same way as the feeding device for cartridges in a machine gun or submachine gun, so that automatic and rapid reloading of the gas-dynamic laser is made possible.
Weiterhin kann der Laser wenigstens eine Zündvorrichtung zum Zünden des Brennstoffs aufweisen. Vorzugsweise ist die Zündvorrichtung innerhalb des Behälters angeordnet.Furthermore, the laser can have at least one ignition device for igniting the fuel. Preferably, the ignition device is located within the container.
Beispielsweise kann der erste Spiegel eine Öffnung zum Auskoppeln des Laserstrahls aus dem optischen Resonator aufweisen. Dabei befindet sich vorzugsweise die Öffnung im Zentrum des ersten Spiegels.For example, the first mirror can have an opening for coupling out the laser beam from the optical resonator. In this case, the opening is preferably located in the center of the first mirror.
Alternativ kann der erste Spiegel als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sein, um den Laserstrahl aus dem optischen Resonator auszukoppeln.Alternatively, the first mirror can be designed as a partially transparent mirror in order to decouple the laser beam from the optical resonator.
Außerdem kann der Laserstrahl mittels Beugung am Rand des ersten Spiegels aus dem optischen Resonator auskoppelbar sein.In addition, the laser beam can be decoupled from the optical resonator by means of diffraction at the edge of the first mirror.
Beispielsweise ist der Laser als tragbares oder fahrbares Werkzeug vorgesehen.For example, the laser is intended as a portable or wheeled tool.
Schließlich kann der Laser als Waffe oder Teil eines Waffensystems vorgesehen sein.Finally, the laser can be provided as a weapon or part of a weapon system.
Weitere Merkmale, Vorteile und besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further features, advantages and special embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines gasdynamischen Lasers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und -
2 eine schematische Schnittansicht des gasdynamischen Lasers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a schematic sectional view of a gas-dynamic laser according to a first embodiment of the invention, and -
2 a schematic sectional view of the gas-dynamic laser according to a second embodiment of the invention.
In
Der Laser 10 umfasst einen ersten Spiegel 12 und einen zweiten Spiegel 14, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Der erste Spiegel 12 und der zweiten Spiegel 14 bilden einen optischen Resonator. Der Austritt eines Laserstrahls 20 aus dem optischen Resonator wird durch den ersten Spiegel 12 ermöglicht. Dazu kann der erste Spiegel 12 eine Öffnung aufweisen, durch die der Laserstrahl 20 aus dem optischen Resonator ausgekoppelt wird. Vorzugsweise befindet sich die Öffnung im Zentrum des ersten Spiegels 12. Alternativ dazu kann der erste Spiegel 12 als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sein, um den Laserstrahl 20 aus dem optischen Resonator auszukoppeln. Schließlich kann der Laserstrahl 20 mittels Beugung am Rand des ersten Spiegels 12 aus dem optischen Resonator ausgekoppelt werden.The
Weiterhin umfasst der Laser 10 einen Behälter 16, an dessen Öffnung eine Düse 18 gekoppelt ist. Der Behälter 16 und die Düse 18 können auch einteilig oder einstückig ausgebildet sein. In dem Behälter 16 befindet sich Brennstoff. Der Ausgang der Düse 18 ist an den optischen Resonator des Lasers 10 koppelbar. Der Behälter 16 und die Düse 18 sind auswechselbar.Furthermore, the
Der in dem Behälter 16 befindliche Brennstoff kann fest oder flüssig sein oder auch als komprimiertes Gas vorliegen. Beispielsweise kann Raketentreibstoff als Brennstoff verwendet werden. Die Zündung des Brennstoffs kann mit einer Zündvorrichtung erfolgen, wie sie beispielsweise in einer Patrone für eine Handfeuerwaffe verwendet wird. Alternativ kann die Zündung des Brennstoffs kann mit einer elektrischen Zündvorrichtung erfolgen.The fuel contained in the
Der Brennstoff befindet sich im Behälter 16. Durch die Zündung des Brennstoffs wird dieser erhitzt. Beim anschließenden Austritt durch die Düse 18 wird das Gas expandiert und abgekühlt und durchströmt den optischen Resonator des Lasers 10. Das Gas befindet sich in einem thermischen Ungleichgewicht, so dass die für den Lasereffekt erforderliche Besetzungsinversion auftritt. Beispielsweise erfolgt eine Anregung von Kohlendioxidmolekülen durch Stöße mit angeregten Stickstoffmolekülen.The fuel is in the
Außerdem ist eine Wechseleinrichtung 22 zum Zuführen des mit dem Brennstoff gefüllten Behälters 16 mit der Düse 18 und zum Abführen eines entleerten Behälters 16 mit der Düse 18 vorgesehen. Vorzugsweise funktioniert die Wechseleinrichtung 22 wie eine Zuführvorrichtung für Patronen bei einem Maschinengewehr oder einer Maschinenpistole. Der mit dem Brennstoff gefüllte Behälter 16 und die Düse 18 werden dem Laser 10 zugeführt und der entleerte Behälter 16 und die Düse 18 werden abgeführt oder abgestoßen. Dabei können der mit dem Brennstoff gefüllte Behälter 16 und die Düse 18 als Einwegprodukt ausgebildet sein.In addition, a changing
In
Der Laser 10 umfasst den ersten Spiegel 12 und den zweiten Spiegel 14, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und den optischen Resonator bilden. Der erste Spiegel 12 ermöglicht den Austritt des Laserstrahls 20 aus dem optischen Resonator. Dazu kann der erste Spiegel 12 die Öffnung aufweisen, durch die der Laserstrahl 20 aus dem optischen Resonator ausgekoppelt wird. Vorzugsweise befindet sich die Öffnung im Zentrum des ersten Spiegels 12. Alternativ dazu kann der erste Spiegel 12 als teildurchlässiger Spiegel ausgebildet sein, um den Laserstrahl 20 aus dem optischen Resonator auszukoppeln. Außerdem kann der Laserstrahl 20 mittels Beugung an dem Rand des ersten Spiegels 12 aus dem optischen Resonator ausgekoppelt werden.The
Bei der zweiten Ausführungsform ist die Düse 18 am optischen Resonator des Lasers 10 montiert, und der Behälter 16 ist als separates auswechselbares Teil ausgebildet. In dem Behälter 16 befindet sich der Brennstoff. Der Ausgang des Behälters 16 ist mit dem Eingang der Düse 18 koppelbar.In the second embodiment, the
Der Brennstoff befindet sich im Behälter 16 und wird durch die Zündung erhitzt. Beim anschließenden Austritt aus dem Behälter 16 wird das Gas durch die Düse 18 expandiert und abgekühlt und durchströmt den optischen Resonator des Lasers 10. Das Gas befindet sich in einem thermischen Ungleichgewicht, so dass die für den Lasereffekt erforderliche Besetzungsinversion auftritt. Beispielsweise erfolgt die Anregung der Kohlendioxidmoleküle durch Stöße mit angeregten Stickstoffmolekülen.The fuel is in the
Bei der zweiten Ausführungsform ist die Wechseleinrichtung 22 zum Zuführen des mit dem gefüllten Behälters 16 und zum Abführen eines entleerten Behälters 16 vorgesehen, während die Düse 18 fest am optischen Resonator montiert ist. Vorzugsweise funktioniert die Wechseleinrichtung 22 wie die Zuführvorrichtung für Patronen bei einem Maschinengewehr oder einer Maschinenpistole. Der mit dem Brennstoff gefüllte Behälter 16 wird dem Laser 10 zugeführt und der entleerte Behälter 16 abgeführt oder abgestoßen. In diesem Fall kann der mit dem Brennstoff gefüllte Behälter 16 als Einwegprodukt ausgebildet sein.In the second embodiment, the changing
Der erfindungsgemäße gasdynamische Laser mit dem auswechselbaren Behälter, wobei ein entleerter Behälter durch einen gefüllten ersetzt werden kann, ermöglicht eine handliche und kompakte Ausbildung des gasdynamischen Lasers. Eine elektrische Stromquelle oder andere externe Energiequelle ist nicht erforderlich. Der erfindungsgemäße gasdynamische Laser kann als tragbares oder fahrbares Werkzeug oder auch als Waffe verwendet werden.The gas-dynamic laser according to the invention with the exchangeable container, in which case an empty container can be replaced by a filled one, enables the gas-dynamic laser to be designed in a handy and compact manner. An electrical power source or other external energy source is not required. The gas-dynamic laser according to the invention can be used as a portable or mobile tool or as a weapon.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- LaserLaser
- 1212
- erster Spiegelfirst mirror
- 1414
- zweiter Spiegelsecond mirror
- 1616
- Behältercontainer
- 1818
- Düsejet
- 2020
- Laserstrahllaser beam
- 2222
- Wechseleinrichtungchanging device
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GB1384807A (en) | 1971-12-21 | 1975-02-19 | ||
DE2456759A1 (en) | 1974-11-30 | 1976-08-12 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Excitation of gas-dynamic carbon dioxide power laser - uses part of laser gas mixt. from atmosphere and added to laser gas |
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2021
- 2021-11-08 DE DE102021005985.9A patent/DE102021005985B3/en active Active
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned | ||
R020 | Patent grant now final |