DE2010929C

DE2010929C - Verfahren zum Anregen eines flus sigen Mediums fur die Auslosung koharen ter Strahlung und nach diesem Verfahren angeregter optischer Sender oder Verstar ker

Info

Publication number: DE2010929C
Application number: DE19702010929
Authority: DE
Inventors: Fritz Peter Dr 3550 Marburg Schafer
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Filing date: 1970-03-07
Publication date: 1973-06-20

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anregen eines flüssigen sümuüerbaren Mediums für die Auslösung kohärenter Strahlung sowie auf einen nach diesem Verfahren angeregten optischen Sender oder Verstärker.

Optische Se.ider oder Verstärker, bei welchen das stimulierbare Medium in flüssiger Form vorliegt, werden im allgemeinen als Flüssigkeitslaser bezeichnet. Es ist üblich und bekannt, solche Lasei mittels Entladungsblitzlampen oder auch mit Hilfe von anderen Lasern, vorwiegend Festkörperlasern, optisch anzuregen. Dabei wird zunächst elektrische Energie in Lichtenergie umgewandelt, die dann dazu dient, das stimulierbare Medium anzuregen. Abgesehen von dem durch den angegebenen Wirkungsmechanismus mitbedingten kleinen Wirkungsgrad bestehen bei der optischen Anregung auch technische Schwierigkeiten, die z. B. in der begrenzten Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Entladungsblitzlampen begründet sind.

Es ist auch bekannt, optische Sender oder Verstärker mit einem flüssigen stimulierbaren Medium auszubilden, in dem die Anregungsenergie durch eine exotherme chemische Reaktion gewonnen wird. Diese chemische Anregung ist jedoch auf wenige geeignete Substanzen beschränkt

Bekannt ist es auch, in einem optischen Sender oder Verstärker mit gasförmigem stimulierbarem Medium die Anregung dadurch vorzunehmen, daß eine in Emissionsrichtung fortschreitende elektrische Entladung erzeugt wird. Diese Art der Anregung ist auf verhältnismäßig große Laser beschränkt.

Es ist möglich, Flüssigkeitslaser, insbesondere Farbstofflaser, sehr klein auszubilden, so daß das stimu- lierbare, anzuregende Medium also nur ein sehr kleines Volumen aufweist. Zur Anregung solcher Laser sind die bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen nicht geeignet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Anregen eines flüssigen stimulierbaren Mediums für die Auslösung kohärenter Strahlung zu schaffen, welches sich durch hohe technische Zuverlässigkeit auszeichnet, einen verbesserten Wirkungsmechanismus aufweist und im übrigen auch zur Anregung kleiner Substanzvolumina geeignet ist.

Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein elektrischer Stromfluß durch das flüssige Medium erzeugt wird, dessen Träger vorwiegend die Ionen eines gelösten fluoreszenzfähigen Stoffes sind. Dabei ist es vorteilhaft, einen Gleichstrom durch das flüssige Medium zu erzeugen.

Beim Stromfluß durch die Flüssigkeit werden an der Anode in einer Elektrodenreaktion erzeugte Kationen und entsprechend an der Kathode erzeugte Anionen durch das Feld in entgegengesetzter Richtung transportiert und erzeugen beim Aufeinandertreffen in einer Rekombinationsreaktion Moleküle im ersten angeregten Singulettzustand, von wo aus ein Laser· übergang zum Grundzustand erfolgen kann. Die Schwelle der Laseremissiun wird erreicht, wenn etwa 50° ο der Moleküle im angeregten Zustand sind. Un: diese Überbesetzung stationär aufrechterhalten /·.. können, muß der Stromfluß durch die Flüssigkeit sehr hohe Werte in der Größenordnung von 1000 A erreichen. Derartig hohe Stromstärken lassen sich impulsmäßig relativ einfach erzielen.

Ein optischer Sender oder Verstärker, der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung anregbar ist, weist eine innerhalb eines von zwei Spiegeln begrenzten optischen Resonators angeordnete, das flüssige stimulierbare Medium enthaltende Küvette auf und zeichnet sich dadurch aus, daß sich innerhalb der Küvette zwei plattenförmige, sich parallel zur Richtung der Resonatorachse erstreckende Elektroden dicht gegenüberstehen, die an Gleichspannung negen.

Vorteilhaft ist es, den optischen Sender oder Verstärker so auszubilden, daß die Flüssigkeitsküvette neben dem Lösungsmittel mindestens zwei fluoreszenzfähige Substanzen enthält, wobei eine dieser Substanzen durch Energieübertragung von der anderen Substanz zur kohärenten Emission anregbar ist. In diesem Fall wird die Energie von den elektrochemisch angeregten Molekülen in einem oder mehreren Schritten strahlend oder strahlungslos auf die Moleküle der anderen Substanz übertragen, die schließlich die Laseremission bewirken. Die Moleküle dieser zweiten Substanz müssen nicht notwendig dieselbe chemische Konstitution besitzen wie die ursprünglich angeregten Moleküle.

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

In dieser Figur sind mit Il und 2 die Resonatorspiegel eines optischen Resonators bezeichnet. Mit 3 ist eine Flüssigkeitsküvette bezeichnet, welche mit einem Ausgieichsgefäß 4 in Verbindung steht. An Stelle des Ausgleichsgefäßes kann auch ein Vorratsgefäß und eine Pumpe vorgesehen sein, weiche die Flüssigkeit zum Zwecke der Kühlung und der Verminderung von Schlieren umpnimpt.

Die Küvette 3 enthält beispielsweise den Farbstoff 9,10-Diphenylanthracen (DPA) in einem aproto-

rüschen Lösungsmittel, wie z. B. Dimethylformamid (DMF). In der Küvette 3 befinden sich zwei plattenförmige Elektroden 6 und 7, die sich in einem geringen Abstand, größenordnungsmäßig etwa 1 mm parallel gegenüberstehen. Die beiden Elektroden sind beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt An den Elektroden 6 und 7 liegt eine hohe Gleichspannung, die nur durch die Durchbruchsfeldstärke des verwendeten Lösungsmittels begrenzt ist.

Beim Stromfluß durch die Flüssigkeit 5 werden an der Anode in einer Elektrodenreaktion nach dem Schema DPA - e^e -+ DPA® Kationen erzeugt, während entsprechend an der Kathode gemäß dem Schema DPA + ε^θ -> DPA⁹ Anionen erzeugt werden. Kationen und Anionen werden durch das Feld in entgegengesetzten Richtungen transportiert und erzeugen beim Aufeinandertreffen in einer Rekombinationsreaktion nach dem Schema DPA⁹ + DPA® -* DPA* + DPA Moleküle im ersten angeregten Singulettzustand, von wo aus ein Laserübergang zum Grundzustand erfolgen kann. Die entstehende Laserstrahlung tritt dann in Richtung des Pfeiles 8 aus dem optischen Resonator aus.

ίο Es ist ohne weiteres klar, daß eine nach dem neuen Verfahren arbeitende Vorrichtung auch zum Anregen kleiner Volumina geeignet ist, die mit Entladungsblitzlampen nicht mehr sinnvoll angeregt werden können.

Hierzu 1 Biatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anregen eines flüssigen stimulierbaren Mediums für die Auslösung kohärenter Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Stromfluß durch das flüssige Medium erzeugt wird, dessen Träger vorwiegend die Ionen eines gelösten fluoreszenzfähigen Stoffes sind. ίο

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstrom durch das flüssige Medium erzeugt wird.

3. Optischer Sender oder Verstärker, der nach dem Verfahren des Anspruch 1 anregbar ist und bei dem das flüssige stimulierbare Medium ia einer Küvette innerhalb eines von zwei Spiegeln begrenzten optischen Resonators angeordnet ist. dadurch fe.e Kennzeichnet, daß sich innerhalb der Küvette (3) zwei plattenförmige, sich parallel zur so Richtung der Resonatorachse erstreckende Elektroden (6, 7) dicht gegenüberstehen, die an Gleichspannung liegen.

4. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (3) neben dem Lösungsmittel mindestens zwei fluoreszenzfähige Substanzen enthält, wobei eine dieser Substanzen durch Energieübertragung von der anderen Substanz zur kohärenten Emission anregbar ist.