-
Optischer Sender oder Verstärker (Laser) Die Erfindung bezieht sich
auf optische Sender oder Versjürker mit gasförrnigem stimulierbarem Medium, sogenannte
Gas-Laser. Wahrend der Vorteil dieser optischen Sender oder Verstärker darin liegt,
daß die Emmissionslinienbreite der stimulierten Strahlung regelmäßig kleiner ist
als diejenige von optischen Sendern oder Verstärkern, deren stimulierbares Medium
ein Festkörper ist, haben sie den Nachteil eines vergleichsweise niedrigen Leistungsausganges,
der Ublicherweise eiAt Milliwatt beträgt, und eines vergleichsweise kleinen Wirkungsgrades,
der Ublicherweise einen kleinen Bruchteil eines Prozentes beträgt. Ein Typus eines
optischen Senders oder Verstärkers mit stimulierbarem gasförmi#em Medium, der erhöhten
Leistungsausgang und Wirkungsgrad verspricht, ist d-erlenige,'der häufig als MolekUlschwingung/MolekUlrotation-Zustandslaser
(vibrational-rotational-level laser) bezeichnet wird, weil die stimulierte Strahlung
einem Übergang zwischen Molekulrotationszustönden zugeordnet ist" die ##LI verschiedenen
Molektilschwingungszustötiden gehören. So enthält beispielsweise eine fUr einen
derartigen optischen Sender oder Verstärker geeignete Gasmischung Kohlendioxid oder
Stickstoffoxid als stimullerbares Gas und molekularen Stickstoff als Energieubertragungsgas
(Hilfsgas). Bei der Suche nach noch leistungsfähigeren und wirksameren Formen für
einen derartigen optischen Sender oder Verstärker wurde gefundenr daß die Zusammensetzung
der Gasmischung wichtig ist, und zwar insbesondere im Hinblick auf eine Optimalisierung
der gewUnschten EnergieUbertragungsprozesses
So ist beispielsweise.
eine wirksamere Anregung von zu Molekulschwingungen a#ngeregternStickstoff zur Erhöhung
des Wirkungsgrades wUnschenswert. Ebenso ist einjhöherer Gesamtgasdruck innerhalb
der eigentlichen Verstärkungszone des optischen Senders oder Verstärkers zur Erhöhung
des Leistvngsausgangs ,
wUnschenswert, Ferner sollte verhindert werden, daß
irgendwelche chemische Reaktionsprodukte, die innerhalb der Verstörkungszone entstanden
sind, den Verstarkungsmechanismus nicht nennenswert beeinträchtigen. Aufgabe der
Erfindung ist es, einen optischen Sender oder Verstärker mit gasförmigem stimulierbarem
Medium zu schaffen, der verbesserten Wirkungsgrad und Leistungsausgang besitzt,
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß die Beigabe einer chemisch elektronegativen
Komponente, zum Beispiel Sauerstoff, zur Gasmischung eines Molekiiischwingung,/Molekulrotation-Zustandlasem,
bei der zu Malekulschwingungen angeregter Stickstoff als das Hilfsgas verwendet
ist, höhere Gesamtdrijcke im stimulierbaren Medium', erhöhten Wirkungsgrad und erhöhten
Leistungsausgang ermöglicht.
-
Ferner beruht die Erfindung auf der Entdeckung, daß die Beigabe einer
die Molekulschwingungsanregung der elektronegativen Komponente Unterdruckende Komponente,
zum Beispiel Wasserdampf, den Wirkungsgrad und den Leistungsausgang noch weiter
erhöht.
-
Durch solche Zusätze konnte ein Dauerstrich-Leistungsausgang erreicht
werd en, der mehr als eine Größenordnung höher liegt als die bisher höchsten von
optischen Sendern oder Verstärkern mit gasförmigem stimulierbarem Medium erreichten.
So lieferte ein erfindungsgemas ausgebildeter optischer Sender oder Verstärker mit
Direktentladung im Daueristrichbetrieb etwa 16 Watt stimulierte Strahlung
bei einem Wirkungsgrad von mehr als 4
Beim Erhalt eines höheren
Leistungsausganges bei einem optischen Sender oder Verstörker gemöß der Erfindung
hat sich eine außere Kühlung der Ent-Iadungszone zur Erniedrigung der Molekulrotationstemperatur
des stimulierbaren Gas-es unterhalb seines Wertes im Fehlen einer Anregung als vorteilhaft
erwiesen.
-
Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es
zeigen Figur 1 eine hälbschematische Darstellung, teilweise geschnitten,
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindungf und Figur 2 ein Energiezustandsdiagramm
nebst zugeordneten Kurven zur Erlauterung der der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien.
Ein entsprechend der Erfindung betriebener optischer Sender oder Verstörker besitzt
eine Verstörkungszone mit einem Rohr 20, innerhalb dessen die Verstärkungswirkung
erhalten wird, eine Vorrichtung zum Zuführen einer Gas-Mischung, diebestimmte, nachstehend
noch im einzelnen eriduterte Zusötze , und eine Ei irichtung zum A
enthalt
n iregen der Gasmischung, so daß Cimulierte Strahlungsemissionerhahän werden, kann.
-
Die Gcenischung wurde als kontinuierliche Gasströmung von entsprechenden.
Quetleet 41 bis 44 für Kohlendloxid, Stickstoff, Sauerstoff beziehungsweise Wasserdanii:if
hereifgestel'It, .i Bei verschiedenen Versuchen wurden Teile des SticksWfey Sauerstoffs
und des Wässerda-mpfs durch Einströmenlassen -feuchter Raum luft geliläfärtä
Fur diese Versuche können die Quellen 42, 43 und 44 zwe#kiüeß,ta eits, -eine Quelie
46 far Hilfsgase beschrieben werden, obgleich in,#einigän Verhehen eiAte -#beträchtlIähe
±usatzliche Stickstoffzufuhr -.aus einem Vörtatäb4ha[t6.r veib, n* wari, In jediemFall
wurden die Gtme durch Mischzonen J2 und die Einlaßvorri,.chtung 12 hitidurch
in diä Die "'verbrauchten" 1 Gase wurden mit 'Hi tW einer Puried
31 aus der Versteekungszone abgezogen und eiteffi Geäubzug iugeführtt,
Die
Gasmischung wurde durch eine elektrische Entladungsanordnung angeregt, die zweckmaßig
in einer Zweigleitung der Einlaßvorrichtung 12 untergebracht war. Im einzelnen
die Entladungsvorrichtung oxidbeschichtete Kathoden 14 auf, die in angeschmolzenen,
benachbart zu den Enden des Rohres 20 gelegenen Fortsützen 19 untergebr"acht
waren, ferner eine Anode, die in einem angeschmolzenen Fortsatz 17 des Rohres
20 untergebracht war, Gleichspannungsquellen 13, deren positive Seite Überstrombegrenzungswid-erstande
16 mit der Anode 15 und deren negative Seite mit den Kathoden 14 verbunden
waren, sowie Heizstromquellen 22.. die an die Kathoden 14 angeschaltet waren. Zur
Anregung des Stkkstoffs können auch andere Anordnungen" zum Beispiel Hochfrequenzentladung,
vorgesehen sein.
-
Zur Erhöhung der sogenannten Besetzungsinversion zwischen dem oberen
und unteren Laserniveau, das heißt den Energiezustönden, die der stimulierten Strahlung
zugeordnet sind, ist es wUnschenswert, die Differenz zwischen der sogenannten Moleku
Irotationstemperatur und der Moleku Ischwingungstemperatur des Kohlendioxids zu
erhöhen. Zu diesem Zweck war das Rohr 20 von einem KUhlmantel 21 umgeben, der an
eine KUhlmittelzufuhr 26 sowie an einen Kühlmittelabzug 27 angeschlossen
war. Bei den hier im einzelnen beschriebenen Experimenten wurde Leitungswasser bei
15 0 C als KUhlmittel verwendet; aber Kuhlmittel, die in der Lage sind, die
MolekUlrotationstemperatur des Gases noch weiter unter Raumtemperatur herabzudrucken,
waren noch vorteilhafter. Das Kuhimittel bestimmte die Temperatur der Wandung des
Rohres 20 und setzte daher die MolekUlrotationstemperatur des Kohlendioxids herab.
Es hatte den Anschein, daß d-ie Molekulschwingungstemperatur durch das Kuhlmittel
nicht wesentlich beeinflußt wurde.
-
Oum Erhalt von Schwingungen ist es wichtig, die Verstarkungszone in
einem optischen Resonator unterzubringen. Bei der in Rede stehenden speziellen AusfUhrung
wurde der Resonator durch ein Spiegelpaar 33, 34 gebildet, wobei der letztere
konkav war und einen KrUmmungsradius von 11 m besaß, wahrend digr erstere
konvex ausgebildet war und einen Kdimmungsradius von 10 m besaß.
Diese
Ausbildung diente zur Vergrößerung des Eigenwertvolumens (mode volume), so daß die
gesamte Gasmischung innerhalb der Verstörkungszone für die Verstörkungswirkung verwendet
werden kann. Die Spiegel hatten einen Abstand von 240 cm. Die Spiegel wurden von
entsprechenden Fassung
gen 35 bzw. 36 gehalten und waren mit im Vakuum niedergeschlagenen
Gold bis Zur Lichtundurchlössigkeit beschichtet. Durch eine im Mittelpunkt des konkaven
Spiegels 34 gelegene 12,5 mm große Öffnung wurde Energie aus dem Resonator
ausgekoppelt.
-
Soll die Anordnung als Geradeaus-Verstörker (straight-through amplifier)
betrieben werden, so ist,der Resonator unnötig, die Spiegel können daher entfallen.
In einigen Fallen kann es vorteilhaft sein, die Spiegel außerhalb der Verstarkungszone
anzuordnen, in weichem Falle unter dem Brewster'schen Winkel angeordnete Fenster,
die beispielsweise aus kristallinem Zinksuldid, Bariumdif luorid oder Kaliumclorid
aufgebaut sind, zur Begrenzung def Verstörkungszone verwendet werden. Soll
der optische Sender oder Verstörker als sogenannter Ring-Laser verwendet werden,
so werden hierzu drei oder mehr Spiegel zur Bildung des Ringes verwendet.
-
Das Rohr 20 das die Verstarkungszone des optischen Sender oder Verstarkers
der Figur 1 begrenzte" war ein Glasrohr. Hierfür kann auch falls gewunscht
ein Quarzrohr oder ein Rohr aus nichtleitendem Kunststoff verwendet werden. Das
Gla'srohr 20, das den Abstand zwischen den Spiegeln 33 und 34 uberbruckte,
hatte einen Innendurchmesser von 25 mm. Wie beobachtet wurde, erstreckte
sich die effektive Verstörkungszone zwischen den Einmündungsstellen der Einlaßvorrichtung
12 in das Rohr 20 und war etwa 2 m lang.
-
Die Kathoden 14 waren oxidbeschichtete Kathoden mit 220-Nickei-Basen
und enthielten Bariumkarbonat und Strontiumkarbonat in Anteilen von 55% beziehungsweise
45/>o. Den Nickelbasen waren in sehr kleineb Mengen als Aktivator dienende Verunreinigungen,
zum Beispiel Silizium, Titan, Aluminium und Magnesium', zugefügt.
Selektive
Fluoreszens wurde bei einer Reihe, verschiedener Wellenlangen erhalten, und zwar
einschließlich der im P-Zweig gelegenen Rotationsubergange P(l4) bis P(26), in erster
Linie P(l8), P(20) und P(22). Der störkste Übergang, der P(20) entspricht, trat
bei 10,5915 Mikron auf.
-
FUr jede Gasmischung wurde der Leistungsausgang des optischen Senders
oder Verstörkers mit Hilfe einer hinter der Durchlaßöffnung des Konkavspiegels 34
gelegenen kalibrierten Thermosöule gemessen. Es sollte selbstverstöndlich seinf
daß die stimulierte Ausgangsstrahlung zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten bietet
und daß die kalibrierte Thermosaule durch irgendeine gewünschte Verbrauchervorrichtung
25, zum Beispiel einen elektrooptischen Modulatorl, der auf ein Informationssignal
anspricht" ersetzt werden kann . Der optische Sender oder Verstörker ist
insbesondere für Übertragungszwecke brauchbar, weil atmosphörische Luft bei
10,6 Mikron nur vergleichsweise schwach absorbiert, also geringe Dömpfung
darbietet. Der bei 10,6 Mikron gelegene Wellenlöngenbereich wird allgemein
als ein "atmosphörisches Fenster" bezeichnet.
-
Fpr ein Betriebsbeispiel galten die folgenden Daten: Es wurde Kohlendioxid
eines Partialdruckes von 0,4 Torr mit Raumluft eines Partialdruckes von etwa
1,0 Torr sowie mit zusötzlichem Stickstoffgas eines Partialdruckes von etwa
40 Torr gemischt. Hierbei betrug die Zusammensetzung der Raumluft etwa
0,7 Torr N 2' 0, 3 Torr 02' und 0,04-Torr H20 . Leitungswasservon
15 0 C wurde durch den Kuhlmantel 21 geschickt. Beim Verwendung von Stromquellen
als die Stromquellen 13, die je 50 mA bei 4000 V lieferten,
entspricht insgesamt etwa 400 W, wurde mit der kalibrierten Thermosaule eine Dauerstrichausgangsleistung
von 16,2 Watt gemessen. Andere Versuchef bei denen durch den KUhlmantel 21
Alkohol als Kuhlmittel unter Temperaturen und Geschwindigkeiten hindurchgeschickt
wurde, die die Moleku lrotationstemperatur der Gasmischung innerhalb des Rohres
20 bis auf -40 0 C herabsetzte', wurde verbesserter Wirkungsgrad und Leistungsausgang
erhalten" und zwar in direkter Beziehung zu dem Betrag, um den die Rotationstemperatur
des Gases unter die Nichtanregungstemperatur (Unexcited temperature) der Gasmischung
gedrUckt wurde.
Wurde die Eingangsluft Uber Kalziumchlorid zur Entfernung
des Wasserdampfes getrocknet, so erhielt man bei 15 0 C Leitungswasser als
Kuhlmittel einen Leistungsausgang von 12 Watt.
-
Zu Vergleichszwecken sind Messungen an einer nahezu optimalen Kohlendioxid-Stickstoff-Mischung
ohne weitere Zusötze durchgeführt worden.
-
Bei einem Stickstoffpartialdruck und einem Kohlendioxidpartialdruck
von je etwa 0,4 Torr und bei Verwendung von 15 0 C kaltem Leitungswasser
als KUhl -
mittel wurden 4"5'Watt Ausgangsleistung erhalten.
-
Es sei insbesondere darauf hingewiesent daß der Stickstoffpartialdruck
in der Mischung ohne Zusatze wesentlich kleiner war als in den vorher beschriebenen
Mischungen mit Zusdtzen.. und wurde er auf oberhalb etwa 1,0 Torr ohne gleichzeitige
Zugabe von Zusötzen erhöhtl so erhielt man geringere Werte für die Ausgangsleistung.
Fur das System ohne Zusötze beobachtete man bei StickstoffdrUcken zwischen 0.,4
und 1,0 Torr etwa konstanten Leistungsausgang und Wirkungsgrad. Die Zusötze
Sauerstoff und Wasserdampf gestatteten jedoch eine weitere Erhöhung des Stickstoffpartialdrucks,
die von einer entsprechenden Erhöhung der
war Verschiedene theoretische Erwagungen können zur Erlauterung dieser beob-
-
achteten Ergebnisse herangezogen werden.
-
FUr die erste dieser Erwagungen wird auf Figur 2 Bezug genommen. Diese
Figur zeigt den Moleku Ischwingungszustand v = 1 sowie zwei weitere höher
angeregte Zustönde
sömtlich mit Bezug auf den Grundzustand von Stickstoff. Gleichzeitig sinddie interessierenden
Molekuischwingungszustande von Kohlendioxid mit Bezug auf dessen Grundzustand
(0000) dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der Molekulschwingungszustand
v = 1 fur Stickstoff bei 2330,7 cm in sehr enger Koinzidenz mit dem
(00 0 1)-MolekUlschwingungszustand von CO 2 bei 2349,16 cm-
1 steht. Folglichkann eine Kollision zweiter Art einen großen Querschnitt
wegen der nahezu vollkommenen Koinzidenz be-
Das untere Laserniveau (1000) ist andererseits vom (v - 1)-Zustand
des Stickstoffs um mehr als 900 cm- 1 entfernt, folglich ist der Querschnitt
für ein Anregen der sich im Grundzustand befindlichen CO 2 -Molekule auf
das untere Laserniveau sehr viel kleiner. Daruberhinaus ist die Anregung von (00,0)
CO 2-Molekule in den Zustand (1000) eine Reaktion', die optisch verbotene
Übergange aufweist. Wenn daher die angeregten Stickstoffmolekule Energie auf die
Kohlendioxidmolekule ubertragen, findet eine selektive Anregung im Grundzustand
befindlicher CO 2 -MolekUle zu den (0001)-Zustönden statt. Daruberhinaus
sind, weil die Lebensdauer der (00 0 1)-Zustönde größer ist als die Lebensdauer
der (1000)-Zustande, die erforderlichen Bedingungen fUr stimulierbare Emission aufgrund
von (0001)-(1000) Übergängen erfu [lt. Die kurzere Lebensdauer des unteren Zustands
ist dem Umstand zugeordnet, daß sich die Besetzung des unteren Zustands auf den
Grundzustand entleert.. und zwar unter spontaner" in Kaskadenform erfolgender Emission"
wie dies in Figur 2 schematisch angedeutet ist, Ein kritischer Punkt in dem soeben
beschriebenen Prozeß ist die wirksame Anregung des Stickstoffmolekulschwingungszustands
(v-4 1). Es ist bekannt, daß es relativ schwierig ist, diesen Zustand direkt
durch Elektronenstoß anzuregene Demgemaß ist es mit den beobachteteten Resultaten
verträglich, daß die Elektronenentladung im Rohr 20 die höheren Anregungszustönde
von Stickstoff durch Stoßreaktion anregt. Die Besitzungsdichte dieser kurzlebigen
angeregten Zustönde entleert sich dann Uber spontane strahlende Übergange auf den
(v = 1)-Zustand" wie gezeichnet. Dieser Zustand wird daher besetzt.
-
Unwirksamkeit wUrde aus folgendem Grunde aufzutreten neigen. Die Elektronendichte
- in der Entladung als Funktion der Elektronenenergie ist durch die Kurve
51 f(ir eine CO , 2 N 2 - Mischung ohne Zusdtze angegeben. Die Spitze
dieser Kurve liegt zwischen dem Zustand (v 1) und den höheren Anregungszustönden.
Und die Energie, die vom angelegten elektrischen Feld zur Beschleunigung dieser
filektronen mittlerer Energie aufgebracht worden ist, ist verschwendet; weil diese
Elektronen keinen der Stickstoffzustande anregen können und daher aus der'Verstarkungszone
herauslaufen können, ohne daß sie bei der Anregung von Stickstoff oder des oberen
Laserniveaus des Kohlendioxid von Nutzen gewesen wörene
Es-ist
auch bekannt, daß Sauerstoff ein elektronegatives Element ist und daher ein vergleichsweise
großes Elektroneneinfangvermögen be sitzt. Dieses Vermögen wird mit Hilfe des sogenannten
Elektronen-Einfangkoeffizienten (electron attachment coefficient) beschrieben.
-
Sauerstoff kann relativ energiearme Elektronen besser einfangen als
energiereiche Elektronen. Ferner finden die meisten Einfönge statt, bevor viel Feldenergie
zur Beschleunigung dieser eingefangenen Elektronen aufgewendet worden ist. Auch
ist die Wahrscheinlichkeit einer weiteren Beschleunigung ohne eines darauffolgenden
Einfall durch Sauerstoff um so größer.. je lönger ein Elektron ohne Einfang beschleunigt
worden ist. Folglich wird die mittlere Elektronenenergie, oder wie sie manchmal
auch bezeichnet wird, die Elektronentemperatur" zu höheren Energiewerten verschoben,
bis die Anregung der höheren Anregungszustande von Stickstoff zur Ausbildung eines
Gleichgewichts fuhrt, wie dies In der gestricheit gezeichneten Kurve 52 der
Figur 2 dargestellt ist. Daruberhinaus wurde diese Tendenz von Sauerstoff oder allgemein
einem elektronegativen Element, die Elektronentemperatur anzuheben, der Tatsache
Rechnung tragen, daß der gesamte Stickstoffdruck nutzbrffigend erhöht werden kann,
weil nunmeh'r eine ausreichende Anzahl energiereicher Elektronen für die Anregung
der höheren Anregungszustönde praktisch des gesamten Stickstoffs vorhanden sindl
und zwar trotz der erhöhten Anzahl Elektrori/MolekUl-Kollisionen, die die Elektronenenergie
zu reduzieren sucht.
-
Fur den oben beschriebenen Effekt wird angenommen, daß die Halogene,
nömlich Fluor, Chlor" Brom und Jod in gleicher Weise wirksam sind, da sie samtlich
elektronegative Substanzen mit hohen Elekt-roneneinfangkoeffizienten sind.. Andere
Substanzen', zum Beispiel Schwefelhexafluoride und Freone, die gleichfalls diese
Eigenschaften besitzen, können zu dem selben Zweck verwendet werden" sofern Sie
nicht die Elektroden zerstören oder an diesen zerstört werden,
Die
Erhöhung von Leistungsausgang und Wirkungsgrad infolge einer Wasserdampfzugabe kann
zu einem Teil auch einer Wechselwirkung zwischen dem Sauerstoff, das durch Elektronenkollision
zu Molekulschwingungen angeregt worden ist, und dem Wasserdampf zugeschrieben werden;
hierbei wird die Anregung des Sauerstoffs zu Molekij Ischwingungen uber einen optisch
erlaubten Übergang im Wasserdampf unterdrUckt und folglich die Tendenz des angeregten
Sauerstoffs blockiert, das untere Laserniveau im Kohlendioxid anzuregen. Im einzelnen
kann das angeregte SauerstoffmolekU 1, 0* '(v das Kohlendioxid auf das untere
Laserniveau durch folgende Reaktion selektiv anregen: o* 2 (v g 1) + C02
(0000) -9 02 (v @ @) +C02 (1000) + 168 cm
(1)
Folglich ist die Gegenwart von C)* 2 (v m 1) auf die stimulierte
Emission aufgrund des (00 0 1)-(1000)-Übergangs in CO 2 schödlich.
Eine Zugabe von Wasser hilft den Zustand C)* 2 (v = 1) Uber folgende Reaktion
zum Verschwinden zu bringen: o* 2 (v = 1) + H20 (0 00)-302 (v
= 0) + H 2o(01 0) -39 cm (2) H 2 0 (0 1 0) entleert sich sehr
rasch Uber folgenden strahlenden Übergang: H 2 0 (0 1 0)---# H 2
0 (0 0 0) + hv (1595 cm- 1 (3)
ebenso Uber Stöße mit anderen
Molekulen.
-
Jedoch unabhöngig von der Gultigkeit der vorstehend skizzierten Gedankenkette
als Erklarung für die beobachteten Resultate können andere Effekte des Sauerstoffs
und Wasserdampfs gleichfalls eine Rolle in der Anordnung nach Figur 1 spielen.
-
Ein solcher Effekt ist die Fahigkeit einer Sauerstoff-Wasserdampfmischung,
bei maßigen Temperaturen möglicherweise schadliche Verunreinigungen innerhalb des
Rohres 20 zu Verbindungen zu oxidieren, die durch die Gasströmung leicht weggeschwemmt
werden können oder sich auf den verstarkungsmechanismus nicht schadlich auswirken.
Bei diesem Prozeß stellt Wasserdampf ein Katalysator dar.
Vom der
chemischen Theorie her wurde zu erwarten sein, daß die Zusätze Sauerstoff und der
Katalysator Wasserdampf im System dazu neigfi' das Gleichgewicht zwischen
CO und CO 21 das immer in einem solchen System vorhanden ist, in Richtung
auf einen größeren CO 2 -Antei 1
seinerseits am Verstörkungsmechanismus teilnimmt. Es kann gleichfalls fur die
Verstarkungswirkung nUtzlich sein, die im System vorhandene Kohlenmonoxidmenge zu
reduzieren.
-
Aus dem vorstehenden ist ersichtlichl daß die Reinigungswirkung der
Zusätze Sauerstoff und Wasserdampf die schädlichen Wirkungen der meisten oxidierbaren
KohlenstoffeVerbindungen reduzieren kann. Andere oxidierbare Verbindungen in einem
derartigen optischen Sender oder Verstärker können auch in den die Oxidkathode aktivierenden
Verbindungen zu sehen sein, wie diese in den Kathoden 14 der Figur 1 vorhanden
sind.
-
Es ist insbesondere erwähnenswert, daß die geeignete Kombination von
Sauerstoff und Wasserdampf, die nicht nur zur optimalen Regenerierung zersetzten
Kohlendioxids dient, sondern auch zur wirksameren Anregung von mol'ekularem Stickstoff,
den Erhalt eines erhöhten Leistungsausgangs in einem statischen System erlauben
sollte, das heißt, in einem System, bei dem kein dauernder Gasdurchfluß durch das
Laserrohr 20 stattfindet. Ein derartiges statisches System, bei dem die Prinzipien
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, erlaubt es, die Kosten eines praktischen,
fur die Massenfertigung geeigneten optischen Senders oder Verstärker, der auf der
Basis des 10"6 Mikron Übergangs "in Kohlendiokid arbeitet, wesentlich zu senken.
-
Hinsichtlich weiterer theoretischer Erwägungen sei ausgefUhrt, daß
weitere gunstige Wirkungen der Zusätze Sauerstoff und Wasserdampf in den Ausfuhrungsformen
der Figuren 1 und 2 vorhandensein können. -Beispielsweise kann atomarei,also
nichtmolekularer Stickstoff in der Gasmischung vorhanden sein. Zu Mo leku Ischwi
ngungen angeregte Stickstoffmo leko le, d ie zur Übertragung der Energie
auf das obere Laserniveau des Kohlendioxids nUtzlich sind, können aus dem atomaren
Stickstoff wie folgt erzeugt werden:
2N+O 2 ---> 2N0+(,-6"5eV)
(4) 2N0 + 2N ->2N 2 (v = 1) + 02.+ (---7,5eV) (5)-Beide Reaktion-en
können gleichzeitig ablaufen, sie können die Menge des zu Molektilschw-ingungen
angeregten Stickstoffs beträchtlich erhöhen, weil etwa 1% des im Rohr 20 vorhandenen
Stickstoffs in Abwesenheit des Sauerstoffzusatzes als atomarer Stickstoff vorliegen
wurde.
-
Aufgrund sämtlicher vorstehender Erwägungen erscheint es, daß der
Sauerstoff -partialdruck innerhalb der Verstarkungs'zone größer als 0, 1
Torr sein sollte.. damit ein wesentlicher Effekt bei der Erhöhung des Wirkungsgrades
auftritt, er sollte aber kleiner 0,5 Torr bleiben. FUr einen nennenswerten
zusätzlichen Effekt, herröhrendlvöm Wosserdampf, sollte dessen Partioldruck innerhalb
der Verstörkungszone größer als 0,01 Torr sein, aber kleiner als
0, 1 Torr bleiben*-.Der Kohlendioxiddruck sollte größer als 0, 1 Torr
sein, aber kleiner als 1,0 Torr bleiben. Schließlich soll te der Stickstoffdruck
größer 0, 1 Torr sein, aber kleiner als 10,0 Torr bleiben.
-
Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wUrde eIne
N 2- N 2 0 -Gasmischung:tusammen mit Sauerstoff und Wasserzusützen
verwenden, wobei die Anregung des Stickstoffoxids für stimullerte Emission im wesentlichen
in der. gleichen Weise ausgeführt w-Urde, wie dies bei der,-A-inregung von Kohlen-
>-dioxid für stimulierte Emission der Fall war.