DE1514693A1 - Gaslaser - Google Patents

Description

• Gaslaser Die Erfindung betrifft einen Zaser mit einer gasförmigen, strahlungsverstärkend wirkenden Mischung aus Quecksilber und Helium in einem Entladungsrohr.
• Ein-Gaslaser mit Heliun;-Quecksilberfüllung, der Strahlung der Wellenlängen 5677 ° und 6`i 49 Ä verstärkt; iss bereits bekannt. Es handelt sich dabei um einen solchen, bei dem die Strahlungsverstärkung durch Stimulierung von Übergängen angeregter @ueeksilberionen bewirkt wird. Zur Umbesetzung dieses Lasers sind Pumpleistungen im Bereich von Kilowatt erforderlich, so daß sich dieser Heliur.-'uecksilber-Gaslaser .nur impulsweise betreiben läßt.. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Helium-Quecksilber-Zaser anzugeben, bei dem die Umbesetzung bereits mit wesentlich geringerem Aufwand an Energie erreicht werden kann. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Helium-Quecksilber-Iaser für kontinuierlichen Betrieb anzugeben.
• Diese Aufgaben werden durch die besondere Ausbildung eines a Helium-Quecksilber Lasers gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß eine oder mehrere Strahlungsquellen für die Aussendung von Strahlung mit der Quantenenergie von etwa 4,66 eV vorgesehen sind, die so angeordnet. sind, daß sie wenigstens einen Teil ihrer Strahlung in das Helium-Cuecksilber-Gemisch im Entladungsrohr einstrahlen können. Zur Erzeugung einer derartigen Strahlung kommen insbesondere Quecksilber-Niederdruck Gasentladungslampen9 die Strahlung der Resonanzlinie 29536 A aussenden, in Frage Mehrere dieser Strahlungsquellen werden zweckmäßigerweise symmetrisch um das Entladungsrohr herum angeordnet. Um eine möglichst hohe. Ausbeute der-in diesen Entladungslampen erzeugten Strahlung zu erreichen, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ein Reflektor vorgesehen, der diese Strahlung auf das Innere des Entladungsrohres konzentriert.
• Die Erfindung geht von den folgenden Überlegungen aus; Es ist bekannt, daß die in dem erfindungsgemäßen Quecksilber-Helium--Zaser erzeugte Strahlung den Übergängen 32F7/2 nach nach 72S1/2 im Quecksilberion entspricht. 62D5/2 und '223/2 Es wurde festgestellte daß zur Anregder genannten Ausgangsterme des Iaseberganges (F- und P-Terme) vom Grundzustand des- Atoms aus-eine Energie von ca24,5 Elektronenvolt und Grundzustand des ionisierten Quecksilbers aus von etwa ; 4 bis 15- eV erforderlich ist. Weiter wurde festgestellt e daß in einer.-Heliüm-Entladung das Maximum der Energieverteilung der Elektronen bei etwa 5 bis 6 Elektronenvolt liegt und der enteil der Elektronen, die Energien von 15 bis 20 Elektronen- -volt oder gar darüber haben, so gering ist, äaß eine brauchbare Umbesetzung der genannten Niveaus durch Elektronenstoß unter vernüftigem Aufwand an Energie nicht zu erwarten ist.

  Die Erfindung geh- nun-von dem Gedanken aus, neue Maßnahmen

  und andere Mechanismen zu erfinden, durch die eine insbesondere

  wesentlich stärkere Besetzung der genannten Laserausgangsterme

  vorzugsweise unter höherer Ausbeute der hierfür aufzuwendenden

  Energie erreicht werden kann. Bei Untersuchungen -wurde fest--

  gestellt, daß die Anregungsenergie der metastabilen Helium-

  atome der Anregungsstufen 3S.! und `So gerade ziemlich genau

  mit dem energetischen Abstand der eben genannten P- und F-

  Terme des ionisierten Quecksilbers von dem metastabilen Term

  3Po des nicht ionisierten Quecksilbers übereinstimmt, Die

  Energiedifferenz dieses Abstandes kann. aber, crie festgestellt

  wurde-, in den Heliur°.-Quecksilber-Easer erfindungsgemäß durch

  Stoß zweiter Irt zwischen angeregten Heliumatomen und Quecke

  silberätomen der Anregungsstufe '.Po hereitge,3tE.'."_t, wer-Jen#

  Damit nun aber ein ausreichend hoher Prozentsatz von Quecksilberatomen-speziell in der metastabilen Term 3 Po angeregt vorliegen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, zusätzliche Anregungsenergie'n den Quecksilberdampf im Entladungarohr einzustrahlen. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß .diese zusätzliche Einstrahlung von Energie keineswegs bedeutet, daß damit gegenüber der eingangs beschriebenen bekannter Quecksilberlaser:ein insgesamt zusätzlicher Energieaufwand verbunden ist. Ganz im Gegenteil, und das ist das überraschende an der erfindungsgemäßen Anordnung, der Gesamtaufwand an Energielist bei dem erfindungsgemäßen Quecksilberlaser bedeutend niedriger als bei dem vorgenannten bekannten Quecksilberlaser.-Der Energieaufwand ist sogar so niedrig, daß ein kontinuierlicher Betrieb des erfindungsgemäßen Lasers ohne eine Überlastung irgendeines Einzelteiles der Anordnung entsprechend der obigen Aufgabenstellung möglich wird. -Durch die erfindungsgemäße zusätzliche Einstrahlung der Quecksilberresonanzline 2536 A kann eine ausreichend große Zahl von,Queeksilberatomen in das Resonanzniveau 3P1 angeregt werden. Durch Stöße mit Atomen, z.H. mit Helium-Atomen, geht die Anregung der 3P1 Niveaus in großem Umfange auf das nur um wenige kT tiefer liegende metastabile 3Po-Niveau über.
• Durch diese Anregung des 3P0-Niveaus wird aber auch noch ein zweiter Mechanismus in Gang gesetzt, der, -wie sich zeigte, ebenfälls in erheblichem Umfange zu dem überraschenden Ergebnis, @däs-mit der erfindungsgemäßen Anordnung erzielt werden kann,, beiträgt. Die in dem metastabilen Niveau angeregten _Quecksilberatome können nämlich nun durch Stöße mit den in der Entladung beschleunigten Elektronen, deren Maximum der Energieverteilung bei etwa 6 Elektronenvolt liegt, leicht ionisiert werden. Auf diese Weise wird durch die erfindungsgemäße zusätzliche Einstrahlung der Quecksilberxesonanzlinie zusätzlich auch die Möglichkeit geschaffen, die Zahl der für. die Entladung notwendigen Quecksilberionen beträchtlich zu erhöhen. Beide Effekte zusammen bewirken das- Ergebnis, das -mit der erfindungsgemäßen Anordnung erzielt werden kann. Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Figur und der Beschreibung eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels hervor..
• 1 ist das eigentliche Entladungsrohr, indem sich das Gemisch aus Quecksilberdampf und Heliumgas befindet. Der Dampfdruck des Cuecksilbers beträgt etwa 1ß'3 - 10r2 Torr und der Druck des Heliums dazu etwa 1 Torr: 2 sind an sich bekannte Austrittsfenster für die Laserstrahlung, die im sogenannten Brewsterwinkel angeordnet sind. 3 und ¢ sind ebenfalls an sich bekannte Reflexionsanordnungen:. für die in der laseraktiven Quecksilber-Helium:-Gemisch durch stimulierte Emission verstärkte Strahlung. 3 und 4. sind z.B. lnterferenzspzegel, die beispielsweise auf die eine oder die andere der jeweils ge" wünschten lnie abgestimmt sind. 5 ist die in diesem durch 3 und 4 gebildeten Resonator verlaufende Strahlung. Ein Teil der auf 3 auftreffenden Strahlung tritt als Strahlung 6 aus der Laseranordnung aus. -10 ist die erfindungsgemäß vorgesehene Quelle für die Aussendung von Strahlung mit der Quantenenergie von etwa 4,66 " o Elektronenvolt, doh. fär die Ausstrahlung der Linie 2336 A Q Erfindungsgemäß können ein oder mehrere solche Strahlungsquel=-len 10 um 1 herum angeordnet sein, von denen jedoch der Übersichtlichkeit halber nur eine einzige dargestellt ist. Als derartige Strahlungsquelle kommt insbesondere eine Quecksilber-Niederdruck-Gasentladungs'lampe in Frage, die in wesentlichen nur Strahlung der oben genannten Resonanzlinie aussendet, doho einen hohen Nutzeffekt für das erfindungsgemäße zusätzliche Pumpen bezogen auf die aufzugendende Energie hat. lm Falle der Verwendung nur einer einzigen zusätzlichen Strahlungsquelle 10 wird diese in zweckmäßiger Weise zusammen mit '1 in einem zylinderelliptischen Reflektor angebracht. Da jedoch diese rohrförmigen Anordnungen 1 und 10 in allgemeinen relativ lang sind, kann diese Anordnung zu aufwendig sein Vorteilhaft ist es insbesondere auch aus diesem Grunde, mehrere solcher Strahlungsquellen 10, vorzugsweise symm.etrisch, um das Laserrohr .1 herum anzuordnen. Auch bei dieser Anordnung ist es vorteilhaft, einen reflektierenden Schirm um das Laserrohr 1 und die es umgebenden Strahlungsquellen 10 herum anzuordnen.-Dadurch kann erreicht werden, daß praktisch alle in 10 erzeugte Strahlungsenergie in das im Laserrohr 1 befindliche laseraktive Gemisch eingestrahlt wird.
• 21 txnd 22 .sind Elektroden mit Ansqhlussen für die Zuführung der elektrischen Energie in die tntladungeröhren 1 und 10= 23 und 24 sollen Generatoren für die zur Verfügung zu stellende elektrische Energie andeuten.
• Fig. 2 zeigt das für das spezielle Ausführungsbeispiel der Erfindung infrage kommende Termschema des Quecksilbers. Die Ordinate enthält die Energieskala in Elektronenvolt. 5.1 ist der Grundzustand des Quecksilbers. 52 ist die lonisationsgrenze und damit der Grundzustand des ionisierten Quecksilbers.
• 53 ist derjenige Übergang,der im wesentlichen durch die erfindungsgemäße zusätzliche Einstrahlung bewirkt wird. Die P--Terme des Zuecksilbdratoms gehen infolge ihres geringen energetischen Abstandes voneinander durch Energieabgabe bei Stößen in ihren tiefsten P-Zustand über. Die Ubbergänge 54 und 55 vierden durch Stoß zweiter Art mit metastabilen Heliumato4 men bewirkt. Die Übergänge 56 und 57 sind die Laserübergänge, die in diesem Falle auftreten und dies wie bereits erwähnt= z_-B. durch entsprechende Wahl der Reflexionsanordnungen auch noch nach Wunsch ausgewählt werden können.

Claims (3)

1. P a t e n t a n s n r ü ehe 9. Laser mit einer gasförmigen, strahlungsverstärkend wirkenden Mischung aus Quecksilber4und Helium in einem Ent-Ladungsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Strahlungsquellen für die Aussendung von Strahlung mit der Quantenenergie von etwa 4,66 Elektronenvolt vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß sie ihre Strahlung in das Helium-Quecksilber-Gemisch im Entladungsrohr einstrahlen können.
2. 2. Laser nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl um das Entladungerohr und um die eine oder die mehreren Strahlungsquellen ein mantelförmiger Reflektor für die Strahlung mit der Quantenenergie von etwa 4.,66 Elektronenvolt vorgesehen ist.'
3. 3. Zaser nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle(n) eine bzw. mehrere Quecksilber-Niederdruckgasentladungslampen vorgesehen sind. _-4