DE1564605A1 - Gaslaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen laser mit einem gasförmigen Medium, das Kohlensäure (COp) als laseraktives Medium und Stickstoff (TTp) enthält, in einem für Laserbetrieb geeigneten Ent ladung s see f äß.

Es ist bekannt, C0_? für die Strahlungsverstärkuns; nach dem Prinzip der stimulierten Emission zu verwenden. Is ist auch bekannt, 00_? zusammen mit Stickstoff und/oder Helium für den gleichen Zweck einzusetzen. Durch die Zugabe von Stickstoff kann eine Leistungsverbesserung gegenüber dem Kohlesäurelaser erreicht werden.

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Eine Aufgabe der Erfindung iot es, Maßnahnen für eine Leistungc steigerung bei einen Kohlensäure-Stickstoff-laser anzugeben. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein bestientes Gas aufzufinden, durch dessen Zugabe zu einen Kohlensäure-Stickstoff -Laser dessen Leistungsfähigkeit erhöht v*erdcn kann.

Diese Aufgaben werden dadurch gelöst, daß zu den gasförmigen Uicdiun nit Kohlensäure (COp) und Stickstoff (IT«) erfindungcgccäß als weiterer Anteil \7asscrstoff zugegeben ist und daß crfir.dungGger.üß der Partialdruck des COp etwa 1 Torr und der des ITp etwa 4 Torr und der'des V'asserstoffs etwa 0,1-1 Torr in den gacfümigcn Llcdiun beträgt. Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das gasfüxnige Lic ei ium. durch das Entladungsgefäß, vorzugsweise nit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 5 n/Sek., hindurchströnt.

Zu der Erfindung führten die folgenden Überlegungen:

in bestimmten Fällen Eg ist bereits beobachtet worden, daß/die Leistungsfähigkeit von Gaslasern durch die Zugabe einer oder nehrercr v/eiterer Gaskonponentcn verbessert werden kann. So wird bei den an sich bekannten Laser nit COp durch die Zugabe von ITp bzw. Luft und ccier Hcliun eine Leistungsvcrbesscrung erzielt. lurch die Zugabe von Y/asserstoff (Hp) zu COp jedoch konnte, wie bekamt, keine nennenswerte Leistungsverbesscrung erzielt werden.

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Aus theoretischen Überlegungen jedoch wurde vermutet, daß auch , durch die Zugabe von Y/asserstoff eine Leistungsverbesserung eines Kohlensäurelasers erreicht werden kann, und zwar wenn ein geeignetes weiteres Gas hinzugegeben wird. Durch Untersuchungen wurde festgestellt, daß ein derartiges weiteres Gas der Stickstoff ist. Stickstoff ist zwar bereits im Zusammenhang nit COn für Laser bekannt geworden, jedoch nicht in der Zusammcnnischung mit Wasserstoffe

Das Diagramm in Fig< 1 gibt die aus durchgeführten Versuchen ermittelte Leistungsverbesserung eines Lasers mit einer Kohlensäure-Stickstoff-Hischung wieder, die durch Zugabe von Wasserstoff ersielt worden ist*

Auf der Ordinate ist die Ausgangsleistung an stimulierter Strahlung eines bestimmten, wie noch im folgenden als besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschriebenen C02-li2~-^{tjasers in} beliebigen Einheiten und auf der Abszisse der Partialdruck des dasugemischten Wasserstoffs (Hp.' in Torr aufgetragen..

Am linken Rande des Diagramms ist die Ausgangsleistung des Lasers bei fehlender Wasserstoffsumischung angegeben« Hierbei entspricht die Kurve A einem Laser mit einem gasförmigen Medium, das 1 Torr CO2 und 2 Torr N₂ enthält} und die Kurve B einem ebensolchen, der 1 Torr CO₂ und 4 Torr N₂ enthält. Aus dem Diagramm erkennt msn klar, daß durch die Ziigabe von Wasser-

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stoff, insbesondere bei Partialdrucken im Bereich von 0,1 1 Torr, zu den angegebenen COp-Np-Mischungen eine erhebliche Leistungsverbesserung erzielt werden kanne

Bei dem Betrieb des erfindungsgemäßen COp-Ng-Hp-Lasers entsteht in der Entladung, wie angenommen wird, aus der Reaktion des Wasserstoffs mit der Kohlensäure Wasserdampf. Die Zugabe von Wasserdampf ist auch bereits schon früher für einen COp-Laser vorgeschlagen worden. Es wurden deshalb Untersuchungen darüber angestellt, ob die Leistungsverbesserung bei dem erfindungsgemäßen Laser gegenüber einem vergleichbaren COp-Ng-Laser, dem jedoch statt Wasserstoff Wasserdampf in verschiedener Menge zugegeben worden ist, lediglich auf dem Vorhandensein dieses Wasserdampfes in der Entladung beruht. Aus den angestellten Untersuchungen hat sich aber ergeben, daß dies nicht zutrifft, Die Vergleichsuntersuchungen am COp-Np-HpO-Laser ließen keineswegs die hohen Ausgangsleistungen erreichen, die mit einem COp-Np-Hp-Laser erzielt werden konnten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Figur 2 eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor. 1 ist ein wie an sich für Laser mit gasförmigem Medium bekanntes rohrförmiges Entladungsgefäß mit im Brewsterv/inkel angeordneten, strahlungsdurchlässigen Stirnflächen. 3 und 4 sind rohrförmige Ansätze -an dem Entladungsgefäß 1 zur Zuführung und Abführung des gemäß der Weiterbildung der Erfindung bei diesem Ausführungsbeispiel durch das 33tladungsrohr 1 hin-

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durchströmenden gasfürmigen Mediums. Eg sei ergänzend darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäße Laser auch mit ruhendem gasförmigen Medium,gegebenenfalls mit gegenüber den laser laityotrcinenden Gasen etwas veränderten Y/asserstoffpartialdruck ■betrieben werden kann. Die Mittel zur Zuführung und Abführung der Gase wurden, da sie in Prinzip an eich bekannt sind, der ■Übersichtlichkeit halber in der Figur weggelassen< >

bei dem Ausführungsbeispiel 5 und 6 sind Elektroden, die/zur Erzeugung der Entladung in dem Gefäß 1 dienen und die außerhalb des Strahleng^nges der in dem Entladungsgefäß zu verstärkenden laserstrahlung, jedoch in der Nahe des Entladungsraur.es, vorzugsweise in den rohrförmigen Ansätzen 3 und 4, angeordnet sind. Die an sich bekannten elektrischen Mittel zur Aufrechterhaltung der Entladung sind ebenfalls der Übersichtlichkeit halber aus der Figur weggelassen« Die in den Laserresonator, gebildet durch die Reflcxionsanordnungcn 11 und 12, verlaufende, in Innern des Entladungsgefäßcs boi Betrieb des Lasers durch stimulierte Emission verstärkte Strahlung ist mit 13 angedeutet. Für das Austreten eines Anteils 14 der im Resonator verstärkten Strahlung ist z.3. bei den Ausführungsbeispiel der Figur 2 in der Reflexionsanordnung 12 ein Auskoppelloch vorgesehen, dessen Durchmesser klein gegenüber den Modenquerschnitt und zu etwa 1-2 mm gewählt ist» . "

Die oben angegebenen Partialdrucke, die sich als besonders günstig erwiesen, wurden bei "Versuchen mit Entladungsrohren

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mit etwa 20 bis 30 mn Durchmesser ermittelt. Die Werte für optimale Partialdrucke sind bei Vergrößern bzw. Verkleinern des Durchmessers aweckmäßigerv/eise in erster Näherung etwa umgekehrt proportional zur Durchmesser-Veränderung zu variieren. Mit abnehmenden Werten des Durchmessers von etwa 10 mn ab fällt die Ausgangsleistung wegen der Größe der Wellenlänge der Strahlung des CO₂ (ca. 10,u) ab.

5 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims (4)

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   Laser nit einen gasförmigen Medium, das Kohlensäure g und Stickstoff (1^) enthält, in einem für Laccrbetrieb geeigneten Entladungsgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Anteil dco gasförmigen Mediums Yfasccrstoff ist und daß der Partialdruck der Kohlensäure etv/a 1 Torr, der des Stickstoffs etwa 4 Torr und der des Wasserstoffs etwa 0,1-1 Torr beträgt.
2. 2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium .durch das Entladungsgefäß hindurchströmte
3. 3. Laser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strümungsgecchv/indigkeit etwa 5 m/Sek» betrügt*
4. 4. Laser nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind zur Erzeugung einer Gleichstromentladung in dem Entladungsgefäß«.

   5* Laser nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser oder :-:5:xi: diesem entsprechende Abmessungen des Entladungsgefäßes etwa 20 bis 30 mm Durchmesser betragen.

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