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Vorrichtung zur Unterdrückung der Rückstrahlung von auf ein Target
fallenden Laserlichts Die Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterdrückung
der Rückstrahlung von auf ein Target fallenden Laserlichts, d. h., wenn ein Target
mit einem oder mehreren Lasern bestrahlt.und Jegliche Rückstrahlung des vom Target
reflektierten oder übertragenen Lichts in den oder die Laser.
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Es ist bereits bekannt, zur Erzeugung eines Plasmas auf ein Target
den Strahl eines Lasers oder allgemeiner einer Verstärkerlaserkette in getriggertem
Betrieb zu fokussieren.
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Für den Betrieb eines Verstärkerlasers oder allgemeiner einer Verstärkerlaserkette
sind zwei Zeiten charakteristischt
1. Die Pumpzeit: Am häufigsten
wird optisches Pumpen verwendet. Eine Lichtquelle emittiert einen Lichtblitz in
das aktive Material, das Energie speichert, indem dessen Atome auf ein höheres,
sogenanntes metastabiles Energieniveau angeregt werden.
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Der spontane Übergang von diesem Niveau nach unten führt zur sogenannten
induzierten Emission.
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2. Die Verstärkungszeit; Ein Lasersignal wird in den Eingang des Verstärkers
eingespeist. Das Signal wird verstärkt, und die Atome kehren aus dem metastabilen
Energieniveau in das Grundniveau zurück.
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Häufig kommt es vor, daß ein mehr oder weniger großer Teil des auf
das Target fallenden Lichts durch dieses reflektiert und in die Laserkette zurückgestrahlt
wird.
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Wenn dieser Vorgang während der ersten Zeit auftritt, liegt die sogenannte
"Überstrahlung" vor, d h. eine spontane Besetzungsverringerung durch Verstärkung
der induzierten Emission, wobei die Reflexion am reflektierenden Target in erster
Näherung eine Multiplikation mit dem Faktor 2 der optischen Verstärkungslänge der
Kette und daher eine beträchtliche Erhöhung-der Überstrahlung mit sich bringt.
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Wenn das Target während der zweiten Zeit zurückstrahlt, wird das
zurdekgestrahlte Licht in der Verstärkerkette
verstärkt, was zu
einer Beschädigung des aktiven Materials fUhren kann, insbesondere in den ersten
Stufen.
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Es ist ferner bereits bekannt, daß zur Erhöhung der auf das Target
fokusiierten Energie und auch zur Übertragung dieser Energie wit oaxical-m Wirkungsgrad
mehrere Laser an beiden Seiten dds Targets gegenüberliegend und genau zueinander
ausgerichtet das Target bestrahlen. In diesem Fall besteht die Gefahr, daß der Laser
gleichzeitig das vol Target reflektierte und übertragene Licht empfängt, so daß
die Überstrahlung (ungesteuerte Besetzungsverringerung der Verstärker) und die Beschädigung
des aktiven Materials beträchtlich gesteigert werden können.
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Es ist bereits in Erwägung gezogen worden, zur Verhinderung der Rtickitrahlung
des Lichts in eine Laserketto, die zum Bestrahlen eines Targets verwendet wird,
eine Funkenstrecke am Ausgang der Laserkette vorzusehen, dern Zündung durch einen
Teil des direkt einfallenden Laserstrahls selbst vorgenommen wird, der abgelenkt
und geeignet verzigert ist. Der erzeugte Funken stellt also eine Art Schirm dar,
der die zurücklaufende Lichtwelle auffangen soll. Dieses Verfahren ist Jedoch schwierig
zu verwirklichen, insbesondere wegen der erforderlichen genauen Regelungen und seines
schlechten Wirkungsgrads. Außerdem ist der Funken in Wirklichkeit nicht vollständig
lichtundurchlässe so daß eine gewiss. Lichtnenge trotzdem auf den Laser trifft.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, in einfacher Veise eine bessere
Unterdrückung dieses Streulichts zu ermöglichen.
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Eine Vorrichtung zur Unterdrückung der RUckstrahlung von auf ein
Target fallenden Laserlichts ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch ein optieches
Polarisationssystem, das sich in der Bahn des auf das Target gerichteten Lichts
befindet und fflr dieses Licht lichtdurchlässig, aber für sich in entgegengesetzter
Richtung ausbreitendes Licht lichtundurchlässig ist.
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Die Erfindung wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, daß, wenn
das Target das Licht nicht depolarisiert, das Polarisationssystem ein Zirkularpolarisator
istt der in Ausbreitungsrichtung des auf das Target gerichteten Lichts einen Polarisator
und ein 2/4-Plättchen hat, deren Hauptschnittebene um 450 gegen die der Polarisatoren
geneigt ist.
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Ähnlich ist es zweckmäßig, daß1 wenn das Target das Licht depolarisiert,
das Polarisationssystem durch einen Polarisator, eine Faraday-Effekt-Einrichtung,
durch die die Polarisationsebene des die Einrichtung durchlaufenden Lichts um 450
gedreht wird, und einen zweiten Polarisator gebildet ist, dessen Polarisationsebene
um 450 zu der des ersten Polarisators gekreuzt ist.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der zwei
AusfUhrungsbeispiele der Vorrichtung abgebildet sind, wobei zwei an beiden Seiten
des Targets und in der gleichen Richtung gegenüberliegend ausgerichtete Laser verwendet
werden. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausfilhrungsbeispiel der Vorrichtung gemäß
der Erfindung, wenn das Target die Strahlen nicht depolarisiert; und
Fig.
2 ein zweites Ausführungsbeispiel, wenn das Target die Strahlen depolarisiert.
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Gemäß Fig. 1 befindet sich ein Target 1 im gemeinsa men Brennpunkt
von zwei Sammellinsen 2 und 2', die so angeordnet sind, daß ihre optischen Achsen
im wesentlichen zusammenfallen. Ein von einem Steuerlaser 3 emittierter kohärenter
Lichtstrahl wird in zwei Teilstrahlen durch ein halbdurchlässiges Plättchen 4 unterteilt.
Nach Ablenkung durch mehrere Spiegel wie den Spiegel 5 treten die beiden Laserstrahlen,
Jeder ander entsprechenden Seite, in zwei Verstirkerlaserketten 6 und 6' ein, die
sich an beiden Seiten der Linsen 2 und 2t zu den optischen Achsen ausgerichtet befinden.
Strahlen 7 und 7', die von den Laserverstärkerketten 6 und 6' emittiert werden,
werden daher auf das Target 1 fokussiert.
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Das Target 1 absorbiert Jedoch nicht die ganze empfangene Strahlung.
Tatsächlich wird ein Teil Jedes Strahls in Richtung der gegenüberliegenden Kette
übertragen und ein anderer Teil in Richtung der Ausgangskette reflektiert. Um diese
Streustrahlen zu unterdrücken, deren unerwünschte Wirkung bereits oben erläutert
worden ist, werden gemäß der Erfindung an beiden Seiten der Linsen 2 und 2' am Ausgang
der Laserverstärkerketten 6 und 6' identische optische Polarisationssysteme angeordnet,
die für das direkt auffallende Licht durchlässig sind, aber die Streustrahlen auffangen,
bevor sie'wieder in die Laserverstärkerketten 6 und 6' eintreten können.
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Die optischen Polarisationssysteme haben in Richtung des auf das
Target 1 fallenden Lichts zwei Polarisatoren
8 und 8', die beispielsweise
Plättchen mit einem Neigungewinkel von Brewster sind, und zwei 2/4-PlEttchen 9 und
9', deren Hauptschnittebenen (die Ebenen, die durch die Normale bei ihrem Eintritt
und ihre optischen Achsen definiert sind) um 450 gegen die der Polarisatoren 8 und
8' geneigt sind. Derartige Plättchen dienen dazu, für die sich entsprechend ihren
beiden Achsen ausbreitenden Schwingungen eine Phasendifferenz von einer Viertelwellenlänge
(2/4), d. h. von 90°, zu erzeugen.
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Diese Systeme bilden für das auffallende Licht Zirkularpolarisatoren:
Der Strahl 7 wird durch den Polarisator 8 polarisiert, danach durchläuft er das
2/4-Plättchen 9 und; wird durch die Linse 2 auf das Target 1 fokussiert.
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Hier können zwei Teile des Strahls unterschieden werden: a) der vom
Target reflektierte Teil: Er durchläuft das 2/4-PlEttchen 9, wobei die Zirkularpolarisation
zur Linearpolarisation, aber um 900 zum ersten Lichtdurchtritt phasenverschoben,
wird (daa doppelte Durchlaufen eines 2/4-Plättchens ist äquivalent dem Durchlaufen
eines Z/2-Plättchens), so daß dieser Teil durch den Polarisator 8 nicht durchgelassen
wird.
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b) der vom Target übertragene Teil: Er durchläuft das 2/4-Plättchen
9', wobei die Zirkularpolarisation zur Linearpolarisation, aber um 900 zumersten
Lichtdurchtritt phasenverschoben, wird (das Durchlaufen von zwei 2/4-Plättchen ist
äquivalent dem Durchlaufen
von einem 2/2-Plättchen), so daß dieser
Teil vom Polarisator 8 nicht durchgelassen wird.
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Der gleiche Vorgang wiederholt sich für die Teile des Strahls 7',
die von Target reflektiert und Ubertragen werden, so daß keine Rückstrahlung von
Licht in die Laserketten stattfindet.
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Eine wie eben beschrieben ausgebildete Vorrichtung ist Jedoch nur
geeignet, wenn das Target das von ihm reflektierte oder übertragene Licht nicht
depolarisiert.
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Änderenfalle uß die Vorrichtung den in Fig. 2 gezeigten Aufbau haben.
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Das optische Polarisationssystem, das an beiden Seiten der Linsen
2 und 2' al Ausgang der Verstärkerlaserketten 6 und 6 angeordnet ict, hat bei diesen
Ausführungsbeispiel in Richtung des direkt einfallenden Lichts angeordnet zwei Polarisatoren
10 und 10', die das Licht entlang Achten A1 und At1 polarisieren, zwei Faraday-Effekt-Einrichtungen
11 und 11', die bei Einspeisung eines elektischen Impulses in Spulen 12 und 12'
eine Drehung um der Polarisationsebene des Lichts vornehmen, und zwei Polarisatoren
13 und 13, den Polarisationsebenen um 45° in denen der Polarisatoren 10 und 10 gekreuzt
sind und daher das Licht entlang den Achsen A2 und A'2 polarisieren.
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Diese Polarisationssysteme, die von den Lasern Licht empfangen, führen
dem Target linearpolarisiertes Licht zu, fangen jedoch das gesamte vom Target stammende
Licht auf.
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Die direkt einfallenden Strahlen 7 und 7' werden zuerst
beim
Durchtritt durch die Polarisatoren 10 und 10' entlang den Achsen A1 und A21 polarisiert.
Am Ausgang der Faraday-Eff ekt-Einri chtungen 11 und 11 sind sie entlang zwei Achsen
polarisiert, die parallel zu den Achsen A2 und Ast2 der Polarisatoren 13 und 13'
verlaufen, die sie zum Target 1 durchlassen0 Der Strahl 7, der auf das Target fällt,
wird teilweise reflektiert und teilweise übertragen.
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Hinsichtlich des vom Target reflektierten Teils mUssen noch zwei
Fälle unterschieden werden: 1. Der reflektierte, aber nicht depolarisierte Teil
läuft durch den Polarisator 13 zurück. Seine Polarisationsebene wird um 450 in der
Faraday-Effekt-Einrichtung 11 erneut gedreht und daher vom Polarisator 10 nicht
durchgelassen.
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2. Der depolariterte reflektierte Teil wird bereits vom Polarisator
13 nicht durchgelassen.
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Hinsichtlich des vom Target übertragenen -Teils ist zu unterscheiden:
1. Der nicht polarisierte übertragene Teil wird bereits vom Polarisator 13t nicht
durchgelassen.
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2-J Der depolarisierte übertragene Teil durchläuft den Polarisator
13'. In der Faraday-Effekt-Einrichtung 12' wird seine Polarisationsebene um 450
gedreht, so daß
er anschließend vom Polarisator 10 nicht durchgelassen
wird.
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Die gleichen Vorgänge wiederholen sich für den vom Target 1 reflektierten
und übertragenen Teil des Strahls 7', so daß keine Rückstrahlung in die Verstärkerlaserketten
stattfindet.
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Anstelle der in den Ausführungsbeispielen verwendeten 2/4-Plättchen
können verschiedene äquivalente Einrichtungen verwendet werden, wie Kerr- oder Pockelszellen
oder Fresnelesche Parallelepipede.