DE1960776C3 - Passiver Güteschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen passiven Güteschalter (^-Schalter) mit einem ausbleichbaren Schaltgas für den optischen Resonator eines optischen Senders (Laser) mit CO₂ als stimulierbarem Medium, wobei innerhalb des optischen Resonators noch zusätzlich ein Filtergas unerwünschte Strahlung absorbiert.

Aus einem Aufsatz in Appl. Phys. Letters, Bd. 12, Nr. 3 vom 1. 2. 1968, S. 58 bis 61, ist ein optischer Sender (Laser) mit ⁿ.O.> a'.£ stimulierbarem Medium, bekanntgeworden, bei dem innerhalb des optischen Resonators eine Zelle angeordnet is., die gasförmige Ameisensäure als Schaltgas erühält. Die gasförmige Ameisensäure ist bei einer Wellenlänge von 9,2 μπι wirksam. In einer zweiten, innerhalb des optischen Resonators angeordneten Zelle ist Propylen enthalten, das als Schaltgas für 10,6 μηι geeignet ist, in Verbindung mit der Ameisensäure jedoch dazu verwendet wird, um die Strahlungscmission durch Absorption der größeren Wellenlängen auf 9,2 μηι zu verschieben. Die bekannte Anordnung ermöglicht also nur ein Arbeiten des optischen Senders bei 9,2 μΐη und erfordert im übrigen durch die Istallation von mehreren Zellen mit ihren Fenstern für den Strahlendurchtritt einen erheblichen baulichen Aufwand.

Durch Veröffentlichungen von Wood u. a. in Appl. Phys. Letters, Bd. 11, Nr. 3 vom 1. August 1967, S. 88 und 89, und Appl. Phys. Letters, Bd. 1.2, Nr. 8 vom 15. 4. 1968, S. 263 bis 265, ist weiterhin ein optischer Sender mit passiver ß-Schaltung bekannt, in dessen optischem Resonator eine Zelle mit gasförmigem Schwefel(VI)-Fluorid als Schaltgas und außerdem ein Streuprisma angeordnet sind. Bei diesem optischen Sender dient das Streuprisma dazu, Nebenseh .vingungen des CO₂-Senders bei Wellenlängen zu unterdrücken, die von 10,6 μηι abweichen. Bei diesem bekannten optischen Sender ist ein beträchtliches Abblenden des Resonators erforderlieh, um die erforderliche Spcktralauflösung für das Schalten und die Phasenkopplung zu erzielen, wodurch allgemein die Ausgangsleistung des optischen Senders vermindert wird. Weiterhin erfordert auch hier die Anwendung eines Schaltgases und eines Streuprismas sowie das Abblenden des Resonators einen erheblichen baulichen Aufwand.

Endlich ist aus JETP Letters, Bd, 7, Nr. 5 vom 5. 3. 1968, S. 134 bis 136, ein CO₂-Sender mit passiver ß-Schaltung bekannt, bei dem als Schaltgas eine Mischung von Fluortrichlorid (BCl₃) und Luft, Helium oder Ammonium L(NH₃) verwendet wird. Insbesondere das Ammonium bewirkt eine deutliche Verbesserung der Schaltwirkung des BCI₃, was darauf beruht, daß Ammonium bei 10,5 |xm eine starke Absorptions-

linie mit sehr kleiner Relaxationszeit aufweist und offensichtlich eine sehr wirksame Resonanzübertragung von Schwbigungsenergie durch einen Zusammenstoß von angeregten BCI₃-MoIekülen mit nicht angeregten NH₃-Molekülen stattfindet, die von einer sehr schnellen

ίο Relaxation der NH_a-Moleküle in den Grundzustand gefolgt wird. Bei dem Ammonium handelt es sich infolgedessen nicht um ein Filtergas, sondern vielmehr um ein bei der anzuregenden Wellenlänge wirksames Gas, das zusammen mit dem BCl₃ ein als Schaltgas wirkendes Gasgemisch bildet.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen passiven Güteschalter für einen COy Sender zu schaffen, der ein Arbeiten de·. ΓΠ. Senders mit einer Wellenlänge von 10,6 um ermöglicht und sich

ίο durch einen sehr einfachen Aufbau auszeichnet.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Schaltgas in an sich bekannter Weise aus Schwefel(VI)-Fluorid (SF„) besieht und diesem Schaltgas ein Filtergas Chiortrifiuoräthylen (CiF₃Cl) innerhalb ein und derselben Zelle beigegeben ist.

Bei dem erfindung'gemäßen passiven Güteschalter wird also zwar als Schaltgas Schwefelt VI)-Fluorid verwendet, das bei der gewünschten Wellenlänge von 10.6 p.m sehr wirksam ist, jedoch werden Nebenschwingungen des CO.-Senders bei von 10.6 μτη abweichenden Wellenlängen nicht durch ein Streuprisma unterdrückt, sondern durch die Anwendung von Chlortrifluoräthylen, das bei den Wellenlängen der Nebenschwingungen des CO₂-Senders absorbierend wirkt, jedoch bei 10,6/<m durchlässig ist. Dabei wird das als Chlortrifluoräthylen verwendete Filtergas nicht in einer besonderen Zelle angcordnr t, sondern dem Schallgas in ein und derselben Zelle beigegeben. Auf diese Weise wird ein stark vereinfachter Aufbau eines sol-

-(O chen Güteschalter erzielt, obwohl sich der erfindungsgemäße Güteschalter gerade durch seine besonders hohe Wirksamkeit auszeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Art Blockdiagrumm eines optischen Senders mit einem passi\en Güteschalter nach der Erfindung,

F i g. 2 die Absorptionsspektren des als Filiergas verwendeten Chlortrifluoräthylen und des als Schaltgas verwendeten Scliwefe](VI)-Fluorid,

F i g. 3 das Diagramm eines regelmäßigen Zuges von durch (^-Schalter gewonnenen Impulsen des optischen Senders nach Fig. 1,

F i g. 4 das Diagramm des Ausgangssignals eines optischen CO₂-Sendcrs unter Verwendung der nach der Erfindung vorgesehenen Gasmischung und

F i g. 5 einen einzelnen Impuls des Diagramms nach F i g. 3 in größerer zeitlicher Auflösung.

Die folgenden Beispiele sind typisch für die Anwendung eines optischen Senders mit CO₂ als stimulierbarem Medium für Ortungen, zur Objektbeleuchtung, Signalgabe, Lichtübertragung und andere Zwecke, die Impulse einer ausgewählten, kohärenten Strahlung mit hoher Folgefrequenz verlangen, während ein solcher optischer Sender mit molekularem Gasmedium, wenn er frei laufend (ohne Phasenkopplung) mit der gleichen Durchschnittsleistung betrieben wird, außer

I 960

R-2 bei 9,2 μπ>, P-2 bei 9,6jj.m, R-2 bei 10,2 μπι.

ien ausgewählten Schwingungen auch Nebenschwin- Stärkung besteht und die für ein passives 0-^S

nuns-n erzeugt. Wie in F i g. 1 schematisch darge- und eine Phasenkopplung bei der gewünschten w

Seilt weist dieser optische Sender ein Hartglasrohr 10 lenlange unterdrückt werden mössen, erprobt weraen

von ' «» ^Lär'8^{e und l>45 cm} Durchmesser auf, das mit kann, so sind letztlich doch für einen CO_?-Sender una

cinern Kühlwassermantel versehen und an seinen beiden 5 ein passives Q-Schalten bei 10,6 μΐη die roigenucu

Enden mit üblichen Salzfenstern U und 12 verschlos- Bedingungen zu beachten: cpn ist die unter dem Brewsterschen Winkel angeordnet sind Das in dem Hartglasrohr 10 enthaltende CO_n
wird über einen nicht näher dargestellten Streufeld-Transformator angeregt, der von der Art ist, wie sie io
auch zur Anregung von Neon-Leuchtschriftröhren
verwendet wird, und einen Strom von bis zu 60 mA

hei 15 kV liefert. Der optische Resonator für das verwendete C₂F₃Cl ein starkes Absorptionsoa,

nassive ß-Schalten wird auf einer Seite von einem den Bereich von 9,0 bis 9,7 μπι überdeckt uno _uic

sohärischen Spiegel 13 mit einem Krümmungsradius .5 Schwingungen in den 00¹I -. 02 0-Bande™ "™f'

von 5 m begrenzt, der dicht mit Gold beschichtet ist. drückt. Dieses Filtergas hat außerdem ein ^s™che

Auf der anderen Seite wird er von dem zum Auskop- res Absorptionsband, das sich von V,/ ms ^H-

nein dienenden Spiegel 14 begrenzt, der aus einer plan- erstreckt und genügend stark ist, um Schwmgungen

mraüelen Bariumfluorid-Scheibe besteht, die mit einer bei 10,2 μπι zu unterdrücken Das FiltergasJms.je

dielektrischen ZnS-Schicht bedeckt ist, deren Dicke 20 doch im wesentlichen bei 10,ο_μιη durchlassig aiso

dem Viertel einer Wellenlänge gleich ist und die bei bei der Wellenlänge, bei der mit dem ab ^naitgasi

10 6 μπι ein Reflexionsvermögen ν .mi 33"., aufweist, verwendeten SF, ein optima.es O-Scnalten una tu,

Die Zelle 15 wird von einem gasdichten, lichulurch- Phasenkupplung erzieh vMrd. . ,

Jäs^igen Aluminiumzylinder von 2,5 cm durchmesser Mine passive ^-Schaltung und : ■h^cnkopplut-fe eier

_und 5 6 cm Länge umschlossen und weist an ihren ,5 Aus,:, -strahlung eines CcVSenders wurde n.ite.ner

'dhläi F f D Zld Zll M J^' *

00^al -* 02°0 00°1 -> 02°0 00^el - l0°0

Wie in F i g. 2 dargestellt, hat das als F''| verwendete C₂F₃Cl ein starkes Absorptionsoana, bi 97 brdeckt uno

_und 5 6 cm Läng

Enden'licludurchlässige Fenster auf. Der Zvlmder kann getrennt für sich als unabhängige, geschlossene und lichtdurchlässige Zelle mit einer eingegossenen, geeigneten Gasmischung für einen gegebenen upn.chcii Sender heriicsiellt und am AusgangseiKle i'es opuschen so Resonators in diesen eingebaut werden. Be, den dar- ^stellten AusführungshrispM ist ,, Zeile 15 fest eingebaut und mit Salzfenstern 15' -.erschlossen, die unter dem Brewsterschen Winkel angeordnet _aind. Bc, 3Ln. Ausführungsbeispiel ist die Zelle auch ,du,,· dicht abges,hmolzen, sondern es v.urde die Zelle 15 Sit einem Gaseinlaß 16 und einem Gasauslaß 17 vorsehen, damit verschiedene Mischungen son ausble.cnbStem Schaltgas und Filiergas untersucht ,erden können. Mit einer an den Gaseinlaß 16 angeschlossenen Hauptleitung 16' ist ein Druckmesser 18 serbuiuien. Der Zufluß der Gasmischung wird mn Hilfe e,nes Rceelventils 19 in de, Hauptleitung' gotcuert. De? Gasauslaß 17 ist über em Steueren,,, 20 und eine Leitung 21 mit einer geeigneten, üblichen Saugpumpe verbunden, die nicht näh,r dargestellt ,st. ^P Die Zufuhr der Schalt- und HUcrgasc ,rfolgt n,t Hilfe von Auslaßventilen 22 und 23, die Behälter 24 25 mit der Hauptleitung 16' verladen. Der Be-L 24 enthält ein iusbieichbarcs Schal.gas I. nü.nich SchwefeHVD-Fluorid (SF₁.,. wogegen der Be-

Aus,:, trag

Zolle erreicht, die emc Miscnung von

1 V

g v J^r

1 im Verhalt η■ η

von 4 Torr enth et

_Wenn

Fm-rga* II und SF₆ als Schaltgas

20: i unier einem Gesamtdruu

und das üblich.· Mreupr.sm i

mischung erzeugte das in --^;

steiUe Au^mgssignal ^" ■'Ρ

ü.c Our,hschn,Usle,,,n_y des

heirup u;-,i m '-!er Zelle kerne

e;,,.b -:ch .in kre.sförm.ger Strahlencuerschn Π m

einem Ourchmesser von etwa 2 mm D.e Le. un^_

d,chte betrug demnach 60 W cm und war aasre.

chend, u:, das Schaltgas auszuble.ee . Wenn b ■

der oben beschriebenen Anordnung , u das 1 er

gas II in der Zelle 15 en! -^llei1 »^k ^^

Druck bis zu 50 Torr _t.cm \ ^!

leistung beobachtet. \ enn das ^

Zelle verendet wurde verscl ob länge der Ausgangsstrahlung d,s^

auf 9.6 *m. ohne JaI cn merk ^ ,5 cnir.it. Wenn das Hu rgas Il .ind der /,1Ic 15 im VcrhaUn* u.n 20: 1 be, druck ,on e.*a 4 I»rr cntr.alten «. rtn /erbrat ,V.sgangsMgnal des optischen Senders " one fccr e Impulsen hoher Intensität w,e ,s .- g 3 ze.fc. es sank .1,,· Ourcnschnutsle,. ung auf ^ ^ W . b O.e

e rug _OVH/ u

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h.!.,as Ii η d s r ,, ehe AeIe, ps en^ Senders

Lesung.er d. sjsU^i^

W^nSzunächs, eine Mischung von Schälgas und Filtergas II in einem willkürlichen Verhältnis für emittierende ÜberjHlngc, für die eine wirksame Vcr-

Arbeitszeit in Tätigkeit is, ergib, si ch ein ^rechnete Durchschn.ltsleislung von 0,9 W was m.t d.r ge mcsscnrn Le.stung uberemst.mmt.

Mit Hilfe von SF_? als Schaltgas und CjF₈Cl als Filtergas wurde auch eine passive Phasenkopplung eines CO_s-Senders vorgenommen. In diesem Fall hatte das CO₁ enthaltende Rohr des Senders eine Entladungslänge von 4,3 m, und es war der optische Resonator 15 m lang. Dieser Resonator hatte einen Abstand benachbarter axialer Eigenschwingungen von 10 MHz und innerhalb der Doppler-Linienbreite von 50 MHz der CO,-Moleküle fünf Eigenschwingungen. Es wurden mit einer Mischung von SF, und C₈FjCl in der Versuchszclle Impulse mit einer Folgefrequenz von 10 MHz erzielt.

Die vorstehenden Ausführungen haben gezeigt, daß

die Erfindung eine Methode angibt, die ein passives ß-Schalten und eine Phaisenkopplung optischer Sender zur Erzeugung von Impulsen kohärenler Strahlung mit hoher Impulsfolgefrequenz ermöglicht, bei der die gleiche Durchschnittsleistung erzielt wird wie beim Dauerstrichbetrieb, und die zugleich zu einem sehr

ίο einfachen Aufbau des optischen Senders führt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

.it

Claims (1)

1. I 960 776

   Patentanspruch:

   Passiver Güteschalter (ß-Schalter) mit einem ausbleichbaren Schaltgas für den optischen Resonator eines optischen Senders (Laser) mit CO₈ als stimulierbarem Medium, wobei innerhalb des optischen Resonators noch zusätzlich ein Filtergas unerwünschte Strahlung absorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgas (I aus 24) in an sich bekannter Weise aus Schwefel(VI)-Fluorid (SF₆) besteht und diesem Schaltgas ein Filtergas Chlortrifluoräthylen (C₈F₃CI) (II aus 25) innerhalb ein und derselben Zelle (15) beigegeben ist.