DE1947604C3 - Anregungseinrichtung für einen optischen Sender (Laser) - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anregungseinrichtung für einen optischen Sender (Laser) mit einem innerhalb eines optischen Resonators angeordneten stabförmigen stimulierbaren Medium, mit einer hierzu parallel daneben angeordneten stabförmigen Anregungslichtquelle, sowie mit einem das stimulierbare Medium und die Anregungslichtquelle umfassenden, das Licht der Anregungslichtquclle auf das siimulierbare Medium sammelnden Anregungsspiegel.

Anordnungen dieser Art sind beispielsweise durch die Literatlirstelle »Microwaves«, April 1%5, S. 29 bis il. bekannt.

Bei solchen, im iillgcmciucu inipuisförmig betriebenen optischen Sendern haben die als Anregungslicht· quellen verwendeten Blitzlumpen eine sehr geringe Lebensdauer. Sie müssen daher leicht austauschbar innerhalb des Anregungsspiegels angeordnet sein. In der Regel bedeutet dies einen nicht unerheblichen Aufwand, da bei zahlreichen Ausführungsformen der Gesamtwirs kt'ngsgrad wesentlich von der genauen gegenseitigen Lage sowohl der Anregungslichtquelle und des stimulierbaren Mediums als auch der Anregungslichiquelle und des Anregungsspiegels abhängt. Erforderliche Justiei einrichtungen müssen leicht und ohne besondere

ίο Anforderungen an die Kenntnisse der Benutzer solcher Sender leicht bedienbar sein.

Die als Anregungslichtquelle verwendeten Blitzlampen haben darüber hinaus den Nuchteil. daß die mit ihnen erreichbaren minimalen Lichtiir.puiszeiten von etwa 300 nsec noch unerwünscht groß sind. Je nach der Größe der Interkombinationszeiten der bei der Anregung der Strahlur.g beteiligten Energietherme des verwendeten stimulierbaren Mediums ergeben sich dadurch relativ hohe Anregungsschwelien. Bei Verwen- dung von beispielsweise durch die Literattirsielle »Applied Optics« Bd. 8, Nr. 8, August 1%9, S. 1613 bis 1623, bekannten organischen, fluoreszierenden FarbstoffSösungen als stimulierbare Medien, bei denen die genannten Interkombinationszeiten relativ kurz sind, läßt sich eine stimulierte Strahlung nur bei außerordentlich hohem Aufwand der mit Blitzlampen realisierten Anregungslichtquellen erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen optischen Sender der einleitend beschriebenen Art hinsichtlich der verwendeten Anregungslichiquelle eine weitere Lösung anzugeben, die die geschilderten Schwierigkeiten überwindet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß für pulsweise kurzzeitige Anregung die stabförmige Anregungslichtquelle von den eine Funkenentladungsstrecke begrenzenden Anschlüssen eines induktivitätsarmen Hochspannungspia t ten kondensatorr gebildet ist, der nicht nur die Funkenentladung speist, sondern zugleich auch der Gesamtanordnung als Grundplatte dient, und zwar in zur Funkenstrecke unmittelbar benachbarter paralleler Anordnung.

Es sind zwar bereits optische Sender oder Verstärker bekannt, bei denen die Anregungslichtquelle als Funkenentladungsslrecke ausgebildet is»Beim Gegenstand nach der deutschen Auslegeschrift 1 299 780 handelt es sich um eine zueinander konzentrische Anordnung von slabförmigem, stimulierbaren Medium und Funkencniladungsstrecke. Diese Funkenentladungsstrecke ist hohlzylindrisch ausgebildet. Dabei treten erhebliche Schwierigkeilen auf, um den hohlzylindrischen bzw. ringförmigen Plasmaschlauch längs der Enlladungsstrecke in seiner Form zu stabilisieren. Durch zwangsläufig bei der Entladung erzeugte, konzentrische Magnetfelder wird nämlich dieser Plasmaschlauch radial nach außen oder nach innen gedrückt, was einen Marken Verschleiß der die Entladungsstrecke umgebenden Flächen isolierenden Materials bedingt. Es müssen daher besondere, relativ aufwendige Maßnahmen getroffen werden, um diese Stabilisierung herbeizuführen.

fto Außerdem verlangt eine solche Anordnung wenigstens ein Teilvakuum im Bereich der Funkenentladungsstrekke.

Beim Gegenstand nach der US-PS 3 102 920 ist die die Anregungslichtquelle darstellende Funkenstrecke

(15 vom stimulierbaren Material eingeschlossen. Hierdurch wird praktisch eine Auskopplung der stimulierten Strahlung in der Hauptachse des stimulierbaren Mediums verhindert. Außer Jem bewirkt die als punktförmi-

ge Lichtquelle aufzufassende Funkenstrecke eine un gleichmaßige Ausleuchiung und eine ungleichmäßige thermische Belastung des stimulierbaren Mediums.

Durch die erfindungsgemaße Konzeption, bei der eine konzentrische Anordnung von Anregungslichiquelle und stimulierbarem Medium gerade vermieden ist. wird nicht nur ein außerordentlich einfacher Gesamtaufbau des Lasers erzielt, sondern auch darüber hinaus in einfacher Weise ein gegeb?nenfa'!s erforderlicher Austausch der Elektroden ermöglicht. Nicht zuletzt /eistet die stabförmige Funkenentiadtingsstrecke nach der Erfindung eine wesentliche Verkürzung der Lichtimpulszeiten auf lOOnsec und weniger, im Sinne einer Verbesserung des Wirkungsgrades der Gesamtanordnung.

Zweckmäßig wird die Funkeneniladtirigsstrecke ii; einer Gasatmosphäre, vorzugsweise Luft, betrieben. Im Bedarfsfall kann die Funkenentladungsstreeke zur besseren Führung des Plasmalichtfad^ns von einem Rohr aus lichtdurchlässigem Material, beispielsweise ein Quarzrohr, umgeben sein.

Besonders günstig gestalten sich die Verhältnisse, wenn der induktivitätsarme Hochspannungskondensator ein Plattenkondensator ist, der der Gesamtanordnung als Grundplatte dient.

Zweckmäßig wird als Anregungsspiegel ein hohlzylindrischer Spiegel mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt verwendet. Bei kreisförmigem Querschnitt ergibt sich hier eine exfokale Anordnung von stabförmigem, stimulierbarem Material und Kunkenentladungsstrecke, die eine besonders günstige Abbildung der Funkenentladungsstrecke auf das siimulierbare Medium sicherstellt. Weist der hohlzylindrische Spiegel einen elliptischen Querschnitt auf, so ist es auch hier zweckmäßig, das stabförmige, siimulierbare Medium und die Funkenentladungsstrecke innerhalb des Hohlspiegels symmetrisch zu den Brennlinien jeweils exfokal nach außen anzuordnen.

Im Hinblick auf die mit der Funkenentladungsstrecke erreichbaren kurzen Lichtimpulszeiten in der Größen-Ordnung von 100 nsec und weniger, eignen sich als stimulierbare Medien besonders Flüssigkeiten, vorzugsweise organische, fluoreszierende Farbstofflösungen, beispielsweise Rodamin 6G, die hierbei in eine stabförmige Küvette eingefüllt sind.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispicls soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.

Der in der Figur dargestellte optische Sender weist als Grundplatte einen viertägigen indukiiviiätsarmen Hochspannungskondensator 1 auf. Dabei sind die vier übereinander angeordneten leitenden Platten je paarweise seitlich vereinigt und zur Oberseite hin herausgeführt. Die seitlichen Anschlüsse 2 und 2' stellen die Anschlüsse für das Hochspannungsladegerät dar. Außerdem münden die nach oben herausgeführten Anschlüsse in zwei Elektroden 3 und J' aus, die so gegeneinander ausgerichtet sind, daß sie eine parallel zur Oberfläche des Hochspannungskondensator verlaufende Funkenentladungsstrecke 4 bilden. Die Funkenentladungsstrecke 4 ist zur besseren Führung des sie in gezündetem Zustand darstellenden Plasma-Lichtfadens von einem Quarzrohr 5 umgeben. Wie die Figur erkennen läßt, befindet sich die Funkenentladungsstrecke 4 im Innern eines auf den Hochspannungskondensator 1 aufgesetzten hohlzylindrischen Spiegels 6, mit dessen Hilfe der Plasma-Lichtfaden der Funkenentladungsstrecke auf das stabförmige, parallel zur Funkenentladungsstrecke innerhalb des hohlzylindrischen Spiegels angeordneten stimulierbaren Mediums ausgebildet wird. Das stimulierbare Medium ist hier eine organische fluoreszierende Farbstofflösung 7, die in einer Küvette 8 mit endseitigen seitlichen Anschlußstutzen 9 und 9' angeordnet ist. Die Küvette 8 ist an ihren stirnsei'igen Enden mit Spiegeln 10 und 10' abgeschlossen, die den optischen Resonator darstellen. Hierbei isi der Spiegel 10 vollreflektierend und der Spiegel 10' als Auskoppelvorrichtung für die stimulierte Strahlung I teildurchlässig ausgebildet. Die beiden seitlichen Anschlußstutzen 9 und 9' der Küvette 8 stehen mit einem nicht näher dargestellten Wärmeaustauscher in Verbindung, der zusammen mit der Küvette 8 einen geschlossenen Strömungskreis für die Farbstofflösung 7 abgibt. Die Strömungsrichtung ist durch oberhalb der Öffnungen der Anschlußstiit/.en 9 und 9' angebrachten Pfeile angedeutet.

Bei einem Versuchsmuster nach der Erfindung, mit einer Funkenentladungsslreeke von 50 mm, einer Kondensatorkapazität von 7 ηF-' und einer Zündspannung von 50 kV in Luft wurden Lichtimpulse der Funkenentladungsstrecke von nur 70 nsec erreicht. Die Anrcgungsschwelle für die stimulierte Strahlung bei Rodamin bG als stimulierbarem Medium lag bei U Ws, und zwar bei einer Gesamtenergieeniladung des I Hochspannungskondensator von 9 Ws.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1947 60 Palentansprüche:

1. Anregungseinrichtung für einen optischen Sender (Laser) mit einem innerhalb eines optischen Resonators angeordneten stabförmigen stimulierbaren Medium, mit einer hierzu parallel daneben angeordneten stabförmigen Anregungslichtquelle, sowie mit einem das stimulierbare Medium und die Anregungslichtquelle umfassenden, das Licht der Anregungslichtquelle auf das stimulierbare Medium sammelnden Anregungsspiegel, dadurch gekennzeichnet, daß für pulsweise kurzzeitige Anregung die stabförmige Anregungslichtquelle von den eine Funkenentladungsstrccke (4) begrenzenden Anschlüssen eines induktivilätsaimen Hochspannungsplattenkondensators (1) gebildet ist, der nicht nur die Funkenentladung speist, sondern zugleich auch der Gesamtanordnung als Grundplatte dient, und zwar in zur Funkenstrecke u )mitielbar benachbarter paralleler Anordnung.

2. Anregungseinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladungsstrecke (4) in einer Gasatmosphäre, vorzugsweise Luft, angeordnet ist.

3. Anregungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladungsslrecke (4) von einem Rohr (5) aus lichtdurchlässigem Material, beispielsweise ein Quarzrohr, umgeben ist.

4. Anregungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anregungsspiegel ein hohlzylindrischer Spiegel (6) mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt ist.

5. Anregungseinrichtung nach Anspruch 4, bei dem der hohlzylindrische Anregungsspiegel (6) elliptischen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das stabförmige, stimulierbare Medium (7) und die Funkenentladungsstrecke (4) innerhalb des Hohlspiegels jeweils symmetrisch zu den Brennlinien exfokal nach außen angeordnet ist.

6. Anrcgungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stabförmige, stimulierbare Medium (7) eine Flüssigkeit ist, vorzugsweise eine organische fluoreszierende Farbstofflösung, beispielsweise Rodamin 6G, die hierbei in eine stabförmige Küvette (8) eingefüllt ist.