DE1283413B - Optical transmitter or amplifier with nitrogen as a stimulable medium for coherent radiation - Google Patents
Optical transmitter or amplifier with nitrogen as a stimulable medium for coherent radiationInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.:Int. Cl .:
HOIsHOIs
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P 12 83 413.8-33 (O 792)P 12 83 413.8-33 (O 792)
4. August 19644th August 1964
21. November 1968November 21, 1968
Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder Verstärker mit Stickstoff als stimulierbarem Medium für kohärente Strahlung im kurzwelligen, vorzugsweise im ultravioletten Spektralbereich.The invention relates to an optical transmitter or amplifier with nitrogen as a stimulable medium for coherent radiation in the short-wave, preferably in the ultraviolet spectral range.
Bekannt ist ein optischer Sender oder Verstärker im UV-Bereich, der mit reinem Stickstoff und bei bestimmten Entladungsbedingungen, bevorzugt Wellenlängen der zweiten positiven Gruppe der Stickstoffmoleküle, emittiert. Dieser Sender arbeitet nach der Art der Zwei-Niveau-Laser, und hierbei ist nur ein Impulsbetrieb möglich. Es ist aber insbesondere bei Gas-Lasern ein Dauerbetrieb erwünscht. Außerdem benötigt der bekannte Stickstoff-Laser zur Anregung außerordentlich hohe Feldstärken.Is known an optical transmitter or amplifier in the UV range that with pure nitrogen and with certain discharge conditions, preferably wavelengths of the second positive group of nitrogen molecules, emitted. This transmitter works on the type of two-level laser, and here is only one Impulse operation possible. However, continuous operation is particularly desirable in the case of gas lasers. aside from that The well-known nitrogen laser requires extremely high field strengths for excitation.
Um mit relativ einfachem technischem Aufwand für die in Betracht kommenden Triplett-Terme des Stickstoffmoleküls eine wirksame Umkehrung der normalen Besetzungsverteilung zu erzielen, wird vorgeschlagen, die Anregung der C35ru-Terme des Stickstoffmoleküls nach Energieübertragung durch Stöße zweiter Art zwischen den metastabilen Niveaus des Edelgasatoms und den Stickstoffmolekülen herbeizuführen. Hierzu kann eine Entladung in Edelgas-Stickstoff-Gemischen benutzt werden, wobei der Edelgasdruck im Bereich von 10 bis 500 Torr liegt und der Stickstoffanteil nicht wesentlich mehr als 1 % beträgt.In order to achieve an effective reversal of the normal population distribution for the triplet terms of the nitrogen molecule in question with relatively simple technical effort, it is proposed to excite the C 3 5r u terms of the nitrogen molecule after energy transfer through collisions of the second kind between the metastable levels of the To bring about noble gas atoms and nitrogen molecules. For this purpose, a discharge in noble gas-nitrogen mixtures can be used, the noble gas pressure being in the range from 10 to 500 Torr and the nitrogen content not being significantly more than 1%.
Der in solchen Gemischen wirksame Anregungsmechanismus kann folgendermaßen beschrieben werden: Da im Edelgas-Stickstoff-Gemisch die Stickstoffmoleküle nur in sehr geringer Konzentration erhalten sind, ist die Wahrscheinlichkeit für Stöße zwischen den freien Elektronen und Stickstoffmolekülen sehr klein. Dagegen stoßen die freien Elektronen bevorzugt mit den Edelgasatomen zusammen, und zwar so lange elastisch, bis die kinetische Energie der Elektronen ausreicht, um die tiefsten Edelgasniveaus anzuregen. Die auf diese Weise angeregten Edelgasatome übertragen dann ihre Anregungsenergie bevorzugt durch Stöße zweiter Art auf die Stickstoffmoleküle, wenn die Edelgasdrücke und die Gefäßdimensionen so gewählt werden, daß unelastische Stöße mit der Wand seltener sind als mit Stickstoffmolekülen. Hierfür werden Edelgasdrücke zwischen 10 und 500 Torr vorgeschlagen, je nach dem Querschnitt des Entladungsrohres und den elektrischen Entladungsparametern. Es muß vermieden werden, daß die angeregten Edelgasatome durch Stöße an den Gefäßwänden strahlungslos in den Grundzustand übergehen.The excitation mechanism effective in such mixtures can be described as follows are: Because in the noble gas-nitrogen mixture the nitrogen molecules are only in very low concentration is the probability of collisions between the free electrons and nitrogen molecules tiny. In contrast, the free electrons preferentially collide with the noble gas atoms, elastic until the kinetic energy of the electrons is sufficient to generate the to stimulate the lowest noble gas levels. The noble gas atoms excited in this way then transfer their Excitation energy preferentially through collisions of the second kind on the nitrogen molecules when the noble gas pressures and the vessel dimensions are chosen so that inelastic collisions with the wall are less common than with nitrogen molecules. For this, noble gas pressures between 10 and 500 Torr are suggested, each according to the cross section of the discharge tube and the electrical discharge parameters. It must be avoided be that the excited noble gas atoms due to collisions with the vessel walls radiationless in the Skip the basic state.
Durch sehr schnelle Elektronen können Triplett-Terme der Stickstoffmoleküle kaum direkt angeregt
Optischer Sender oder Verstärker mit Stickstoff
als stimulierbarem Medium
für kohärente StrahlungVery fast electrons can hardly excite triplet terms of the nitrogen molecules directly. Optical transmitter or amplifier with nitrogen
as a stimulable medium
for coherent radiation
Anmelder:Applicant:
Original Hanau Quarzlampen-Gesellschaft mbH, 6450 HanauOriginal Hanau Quarzlampen-Gesellschaft mbH, 6450 Hanau
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr. Wolf gang Friedl, 6450 Hanau;Dr. Wolfgang Friedl, 6450 Hanau;
Dr. Volker Schäfer, 6451 BruchköbelDr. Volker Schäfer, 6451 Bruchköbel
werden, da hierzu ein Umklappen eines Elektronenspins notwendig wäre, wofür eine Mindestzeit der Wechselwirkung beim Stoß erforderlich wäre, was bei schnellen Elektronen nicht gegeben ist. Durch langsame Elektronen wird in reinem Stickstoff die direkte Anregung der Triplett-Terme so merklich, daß praktisch keine Umkehrung der normalen Besetzungsverteilung für das Triplett-System zu erhalten ist. Merkliche Umkehrung der Besetzungsverteilung des Triplett-Systems erfolgt daher in reinem Stickstoff praktisch nur bei sehr hohen Feldstärken oder bei kleinen Drücken und großen Rohrquerschnitten durch Energieübertragung vom Singulett-System aus.because this would require a flip of an electron spin, for which a minimum time of Interaction during collision would be required, which is not the case with fast electrons. By slow Electrons in pure nitrogen the direct excitation of the triplet terms is so noticeable that it is practical no inversion of the normal population distribution for the triplet system can be obtained. A noticeable reversal of the population distribution of the triplet system therefore takes place in pure nitrogen practically only at very high field strengths or at low pressures and large pipe cross-sections Energy transfer from the singlet system.
In Edelgas-Stickstoff-Gemischen dagegen kann mit relativ hohen Drücken, relativ kleinen Querschnitten und auch kleineren Feldstärken gearbeitet werden, um eine Umkehrung der normalen Besetzungsverteilung zu erzielen.In noble gas-nitrogen mixtures, on the other hand, relatively high pressures and relatively small cross-sections can be used and also smaller field strengths are worked to reverse the normal occupation distribution to achieve.
Für die Energieübertragung kommen im wesentlichen die S5(3P")- und die s3(3P„)-Niveaus der betreffenden Edelgase in Frage. Ihre Anregungsenergien betragen The S 5 ( 3 P ") and the s 3 ( 3 P") levels of the noble gases in question are essentially suitable for the energy transfer. Their excitation energies are
Argon:Argon:
S5 11,55 eV 4, N2:S 5 11.55 eV 4, N 2 :
Zweites Schwingungsniveau
von C3Jr11 bei 11,5 eVSecond vibration level
of C 3 Jr 11 at 11.5 eV
S3 11,73 eV ^ N2:S 3 11.73 eV ^ N 2 :
Drittes SchwingungsniveauThird vibration level
von C3JTu bei 11,7 eV
Krypton:of C 3 JTu at 11.7 eV
Krypton:
ss 9,91 eV ^ N2:s s 9.91 eV ^ N 2 :
Vierzehntes SchwingungsniveauFourteenth level of vibration
von Β3πκ bei 10 eV
Xenon:of Β 3 π κ at 10 eV
Xenon:
S5 8,31 eV ^ N2:S 5 8.31 eV ^ N 2 :
Fünftes SchwingungsniveauFifth vibration level
von Β3πΒ bei 8,3 eVof Β 3 π Β at 8.3 eV
809 638/1345809 638/1345
Von den durch Argon und Xenon angeregten Schwingungsniveaus kommen folgende Übergänge in Frage:The following transitions come from the vibration levels excited by argon and xenon in question:
Argon:Argon:
Zweites Schwingungsniveau:Second vibration level:
(2-0): 297,7 nm(2-0): 297.7 nm
(2-1): 313,5 nm(2-1): 313.5 nm
(2-2): 330,9 nm(2-2): 330.9 nm
(2-3): 350,0 nm(2-3): 350.0 nm
(2-4): 371,0 nm(2-4): 371.0 nm
(2-5): 394,2 nm(2-5): 394.2 nm
:u Drittes Schwingungsniveau:: u Third vibration level:
(3-0): 282,0 nm 1S (3-0): 282.0 nm 1S
(3-1): 296,2 nm(3-1): 296.2 nm
(3-2): 311,6 nm(3-2): 311.6 nm
(3-3): 328,5 nm(3-3): 328.5 nm
(3-5): 367,1 nm(3-5): 367.1 nm
(3-6): 389,4 nm ao (3-6): 389.4 nm ao
Die Zahlen in den Klammern bedeuten die Schwingungsquantenzahlen von Anfangs- und Endzustand des betreifenden Übergangs.The numbers in brackets mean the vibration quantum numbers of the initial and final state of the transition in question.
Xenon:Xenon:
B3TTg Fünftes Schwingungsniveau:B 3 TTg Fifth vibration level:
(5-1): 612,6 nm (5-2): 670,3 nm(5-1): 612.6 nm (5-2): 670.3 nm
Um kurze Wellenlängen zu erhalten, muß also bevorzugt Argon verwendet werden. Wird als Edelgas Helium verwendet, so werden durch einen analogen Energieübertragungsprozeß bevorzugt die Ausgangsniveaus der sogenannten negativen Stickstoffbanden besetzt. Ausgestrahlt werden dann Banden gemäß den Übergängen zwischen den beiden Elektronenniveaus hafterweise die Möglichkeit, entweder kurzwellige oder langwellige Banden im Dauerbetrieb zu erhalten. In order to obtain short wavelengths, argon must therefore preferably be used. Used as an inert gas If helium is used, the output levels are preferred through an analog energy transfer process occupied by the so-called negative nitrogen bands. Bands are then broadcast according to the Transitions between the two electron levels may be either short-wave or to obtain long-wave bands in continuous operation.
Zur Anregung sind alle üblichen Entladungen geeignet. Die Entladung sollte in Rohren mit einem Durchmesser von 1 bis 30 mm bei etwa 10 bis 500 Torr stattfinden. Bei kleineren Durchmessern sind höhere Drücke zu wählen.All common discharges are suitable for excitation. The discharge should be in tubes with a Diameters of 1 to 30 mm take place at around 10 to 500 Torr. Smaller diameters are larger Press to choose.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1964O0000792 DE1283413B (en) | 1964-08-04 | 1964-08-04 | Optical transmitter or amplifier with nitrogen as a stimulable medium for coherent radiation |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DEQ0000792 | 1964-08-04 |
Publications (1)
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DE1283413B true DE1283413B (en) | 1968-11-21 |
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Family Applications (1)
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DE (1) | DE1283413B (en) |
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1964
- 1964-08-04 DE DE1964O0000792 patent/DE1283413B/en active Pending
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