DE2057791A1

DE2057791A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung angeregter Strahlung in Farbstoffen und anderen Lasermaterialien

Info

Publication number: DE2057791A1
Application number: DE19702057791
Authority: DE
Inventors: Myer James Albert; Sharma Ramesh Dutt; Kierstead Edward Joseph
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp
Priority date: 1969-11-24
Filing date: 1970-11-24
Publication date: 1971-06-09
Also published as: IL35617A0; CA929276A; US3684979A; GB1306583A; IL35617A; FR2068626B1; DE2057791B2; CH531263A; DE2057791C3; ZA707589B; FR2068626A1

Description

AVCü Corporation,
Greenwich, Conn. / USA

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung angeregter Strahlung in Farbstoffen und anderen Lasermaterialien

Seit einigen Jahren weiß man, daß sich in verschiedenen organischen Lösungen angeregte Emission bewirken läßt. Man verwendete zunächst Farbstofflösungen, wie von Sorokin et al, IBM-Journal, Band II, Seite 130, März 1967, berichtet wird. Seit jener Zeit nennt man Geräte, die zur Erzeugung derartiger angeregter Strahlung verwendet werden meist "Farbstofflaser", wenn sich auch die die Strahlung aussendenden Materialien nicht als

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"Farbstoffe" (Dyes) in der echten Bedeutung des Y/ortes einordnen lassen. Man hat beispielsweise mit Materialien gearbeitet, die außerhalb des sichtbaren Spektrums Fluoreszenz oder Szintillation zeigen. Eine Zusammenfassung der Stoffe, die man als aktives Medium in Farbstofflasern verwendet hat enthält einmal der oben zitierte Aufsatz von Sorokin et al und die Übersicht von Kagan et al, "Laser Focus", Seite 26, September 196b. Da sich der Ausdruck "Farbstofflaser" inzwischen durchgesetzt hat, wird er auch hier verwendet, jedoch mit der Bedeutung, daß als aktives Lasermedium auch andere Materialien als Farbstoffe infrage kojumen.

Farbstofflaser sind vor allem deshalb attraktiv, da sie mit geringen Kosten einen weiten Spektralbereich und Abstimmbarkeit ermöglichen. Man kann den Laser int sichtbaren oder im ultravioletten oder infraroten Bereich betreiben, indem man lediglich die Lösung verändert, die den gewünschten spektralen Ausgang emittiert. Die Materialkosten sind minimal, jedenfalls erheblich geringer als eine Reihe konventioneller Laser zur Emission verschiedener Wellenlängen oder von Frequenzverdopplern und anderen derartigen Geräten. Die Abstimmung der Ausgangswellenlänge des Farbstofflasers erfolgt entweder durch Verändern der Konzentration der Lösung, durch Änderung des Lösungsmittels oder durch Einführen eines selektiven Wellenlängenelementes, ψ wie etwa eines Gitterrefleictors in den optischen Hohlraum, um damit die Emissionswellenläiige zu steuern. Die Verwendung eines Gitterreflektors bietet den zusätzlichen Vorteil einer beträchtlichen spektralen Einengung ohne wesentliche Energiereduktion, Man kann dadurch Linienbrei ten von weniger als 1 A erzielen, im Gegensatz zu den sonst für die Emission von Farbstofflasern charakteristischen 5u bis 2uu Ä.

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Zur Erzielung dieser Werte hat man bei typischen Farbstoff-' lasern mit liubin- oder Glaslasern in Q-Schaltung gearbeitet, r.iit Frequenzverdopplung und in einigen P all en auch mit Blitzlichtpumpen.' Es wird entweder in Längsrichtung gepumpt, wobei die Pumpstrahlung parallel zur optischen Achse des Hohlraumes und zur angeregten Strahlung verläuft oder quer dazu, wobei die Anregung im rechten Winkel zu der erwähnten Achse erfolgt.

Diese Farbstofflaser konnten- ihr volles Potential nicht erreichen, und zwar deshalb, weil erstens eine Reihe brauchbarer Stoffe schwierig zu pumpen sind, infolge der geringen Quantenausbeute oder infolge der hohen Verluste "im angeregten Zustand durch din^ulctt-Triplett-übergänge oder durch 'iriolettabsorbtion, Zweitens infolge des geringen Umwandlungsviricungsgrades, infolge der hohen kop_x:lungsenergieverluste und infolge der niedrigen V/iederholungsfrequenz bzw. Repetitionsrate durch die thermischen Einflüsse beim Pumpen und drittens infolge Zirkulatioiisproblemen und -bescliränlcungen, die durch diese thermischen Einwiricungen auftreten. Diese ITaenteile werden durch die Erfindung vermieden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung angeregter Strahlung in Farbstoffen und anderen Lasermaterialien ist gekennzeichnet durch eine eine impulsfürmige, rechteckige Pump strahlung emittierende Laserpuiupeinrichtung, durch eine den rechteckigen Pumpstrahl praktisch auf eine Linie fokussierende Fokussiereinrichtuug, durch eine Zelle au- Lasermaterial, in der die Kokuslinie der Puiapstrahlung liegt und die eine zur Fokuslinie annähernd parallele Außenfläche: aufweist, und durch einen optischen Hohlraum zur Verstärkung der vom Ldsermaterial -A.ittierten, angeregten 3trahlun'i_f ν ob ei

¹⁰⁹ⁱ--'"'^17U «DOW««.

eine Reflektionsachse des Hohlraumes parallel zur Fokuslinie der Pumpstrahlung angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung angeregter Strahlung in Farbstoffen und anderen Lasermaterialien ist dadurch gekennzeichnet, daij eine impulsform!ge, rechteckige Pump strahlung erzeugt wird, dab diese rechteckige Pumpstrahlung praktisch auf eine Linie fokussiert wird, daß die Fokuslinie in einer Zelle aus Lasermaterial parallel zu einer Außenfläche der Zelle ausgerichtet wird und daß die vom Lasermaterial emittierte, angeregte Strahlung in einem optischen, mit einer Reflektions- W achse zur Fokuslinie der Pumpstrahlung parallelen Hohlraum verstärkt wird.

Zur ausführlicheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung bezug genommen. Darin zeigt:

Fig. 1 eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform, Fig. 2 einen senkrechten Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, zur Darstellung einer Form einer Farbstoffzelle,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2 mit einem abstimbaren optischen Hohlraum,

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 2 mit einer anderen Ausführungsform der Farbstoffzelle,

Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 2 mit einer anderen Art der Fokussierung und

Fig. 6 einen Schnitt ähnlich Fig. 3 mit einem weiteren abstimmbaren optischen Hohlraum.

In Fig. 1 sind die Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Eine Laserpumpe P emittiert einen rechteckigen Strahl B einer kohärenten,kolliminierten Pumpstrahlung in Impulsform. Der rechteckige Strahl B wird in

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einer Richtung, wie bei Bc gezeigt, durch eine Zylinderlinse C1 konvergiert und auf eine Pumpstrahlungslinie L fokussiert, die rechtwinklig zum Strahl B verläuft. Eine Farbstoffzelle D aus Lasermaterial, annähernd so lang wie die Linie L, wird so angeordnet, dai3 die Linie L in ihr liegt und die Anregung auf höhere Energieniveaus zustande kommt und die erforderliche Besetzungsumkehr für die angeregte Strahlung im Lasermaterial eintritt. Ein einfacher optischer Hohlraum zur Verstärkung derangeregten Strahlung im Lasermaterial besteht aus einem 100 % reflektierenden, planaren Spiegel M1 und einem 98 %-igen, planaren Spiegel M2, beide senkrecht zur Linie L. Die angeregte Strahlung geht als Ausgangsstrahl S des Farbstofflasers mit einer vom Lasermaterial in der Farbstoffzelle bestimmten Wellenlänge durch den Spiegel M2.

Die Quelle der Pumpstrahlung ist die Laserpumpe F, vorzugsweise ein gepulster Querfeld-^Gaslaser entweder mit Stickstoff (N„) als Entladungsgas und mit 3371 S (ultraviolett), oder mit Neon als Entladungsgas und einer Emission bei 5401 £ (grün). Eine geeignete Ausführungsform eines derartigen Lasers ist von Leonard und Gerry in "Applied Physics Letters", Band 7, Nr. 1, Seiten 4 und 6, Juli 1965 beschrieben.

Die Laserpumpe P besitzt eine U-förmige^sBasiselektrode 11 aus Aluminium von zwei Meter Länge, zwei getrennte Seitenwände 14 und 16 aus "Lucite", in der Basiselektrode einander zugewandt, und eine Aluminiumelektrode 17, die von den Seitenwänden 14 und 16 getragen wird. Durch den zwischen den Elektroden 11 und 17 und den Seitenwänden 14 und 16 gebildeten rechteckigen Kanal 19 wird mit niedrigem Druck Gas geleitet.

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Zur Aussendung des pulsierenden, rechteckigen Laserstrahles B wird an die Elektroden 11 und 17 ein pulsierendes, elektrisches Feld gelegt. Das durch den Kanal 19 fließende Gas ist vorzugsweise Stickstoff, das eine Strahlung bei 3371 8 im Ultravioletten zum wirksamen Pumpen der meisten Lasermaterialien in der Farbstoffzelle D bewirkt. Es kann jedoch auch mit Neon gearbeitet werden, das 5401 A (grün) liefert und sich zum Pumpen gewisser Materialien eignet, insbesondere solcher haterialien, die im Infraroten emittieren. Die folgende Tabelle faßt die typischen Betriebseigenschaften der obigen Laserpumpe P zusammen, wobei mit Stickstoff als Entladungsgas gearbeitet wird.

Eigenschaften der Stickstoff-Laserpumpe

Ausgangswellenlänge 8

Bandbreite

Spitzenausgangsleistung wirksame Impulsbreite Energie pro Impuls Abmessungen des Ausgangsstrahles

Impulswiederholungsfrequenz ο - 100 pro Sekunde.

Vor allem die hohe Spitzenleistung, die schnelle Impulsanstiegszeit und die hohe V7iederholungsrate tragen zu den ausgezeichneten Resultaten bei Verwendung eines solchen Gerätes als Pumpstrahlungsquelle bei. Die mit dem erfindungsgemäßen Farbstofflaser erzielten hervorragenden Resultate sind in erster Linie auf die Verwendung des Querfeld-Sticks toffgaslasers als Pumpstrahlungsquelle zurückzuführen.

λ =	3	ο	71	Af
Al	<		1	Χ,
		1	OU	kv/,
			1ϋ	NanoSekunden,
	ϋ	I	UUl	Joule,
	j	1	2 χ	: 50 mm ,

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BAD ORIGINAL

Die Fig. 2 und 5 zeigen weitere Darstellungen zur Fokussierung. In Fig. 2 ist gezeigt, Λ'/ie die parallelen Wellen des rechteckigen Strahles B durch die Zylinderlinse C1 zu der schmalen (3,2 πω) Linie L des Strahles konvergiert werden (Fig. 2), Fig. 5 zeigt eine Alternative, bei der die jarallelen Wellen des rechteckigen Strahles B durch einen Zylinderspiegel Cm zur Linie L konvergiert werden. Die Lage der Fokuslinie oder Brennlinie L in der Farbstoffzelle D kann zur Anpassung an das Material in der Farbstoffzelle D variiert werden. Bei Stoffen, die nur schwierig zur Laserstrahlung anzuregen sind, infolge der geringen Quantenausbeute oder infolge der Verluste im angeregten Zustand, ist eine stark konzentrierte Pumpenergie erwünscht. Da viele dieser schwierigen Lasermaterialien in der Farbstoffzelle D in den Konzentrationen, die eine optimale Leistung ergeben, eine kurze Absorptions-1äuge besitzen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, bei diesen Stoffen die Fokuslinie L in die Nähe der Oberfläche eines solchen Lasermaterials zu legen, so daß die starke Konzentration der in der Fokuslinie L verfügbaren Pumpenergie nur durch geringe Absorptionsverluste geschwächt wird. Typische Werte für den Abstand zwischen der Linie L urfl der Oberfläche liegen hierbei in der Größenordnung von mehreren hundertstel bis zehntel Millimeter. Bei leicht zur Laserstrahlung anregbaren Stoffen könnte stark konzentrierte Pumpenergie zu einer Überstrahlung führen, wobei dev optische Hohlraum unkontrolliert strahlt. Bei solchen Stoffen wird die Fokuslinie L weiter von der Oberfläche des Stoffes weg verlegt, wodurch die Energiekonzeiitration im aktiven Medium durch das größere Laservolumen reduziert wird.

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Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsformen D1 und D2 der Farbstoffzelle D. Die Ausführungsform D1 nach den Fig. und 3 ist zur Aufnahme einer flüssigen Lösung eines Lasermaterials vorgesehen und umfaßt einen Behälter, für die Flüssigkeit, der von einem langgestreckten Rohr 20 mit quadratischem Querschnitt aus optischem Quarz gebildet wird, wobei parallele Flächen 21 und 22 aus optischem Quarz die offenen Enden des Rohres 20 verschließen. Die Flächen 21 und 22 bestehen entweder mit dem Rohr 20 aus einem Stück oder sind mit einem geeigneten Klebstoff 23 angeklebt. Das Lasermaterial, beispielsweise ein organischer Farbstoff in einem Lösungsmittel, kann nach Entfernen eines Stopfens 25 durch " ein Füllrohr 24 in das verschließbare Rohr 20 eingefüllt werden, Bei Bedarf kann man auch getrennte Farbstoffzellen mit einer permanenten Füllung aus Lasermaterial vorsehen, wobei das Füllrohr entfallen kann. Bei im Gebrauch verschmutzenden Farbstoffen können Einrichtungen zur Zirkulation der Farbstoff lösungen durch das Rohr 20 vorgesehen werden.

Das Material des Rohres 20 ist so zu wählen, dab bei der Pumpwellenlänge keine Absorption eintritt, wobei für 3371 A⁵ Quarz geeignet ist. Das Material des Rohres 20 besitzt zumindest an der vorderen Wand 2Ow optische Qualität, um Abweichungen der Fokuslinie L zu vermeiden. Ebenso dürfen | die Stirnflächen 21 und 22 bei der Wellenlänge der angeregten Strahlung nicht absorbieren und werden zur Vermeidung von Abweichungen (Aberration) mit optischer Qualität ausgeführt. Sowohl das Rohr 20 als auch die Flächen 21 und 22 besitzen zur Vermeidung von Verlusten an der Luft-Quarz-Grenzfläche einen Antireflektionsbelag. Bei der Anpassung der optischen Eigenschaften von Rohr 20 und Flächen 21 und 22 an das Lasermaterial sind vorzugsweise die Brechungsindizes anzupassen.

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Der Klebstoff 23 darf zur Vermeidung von Verschmutzungen des Lasermaterials nicht von dem für dieses verwendete Lösungsmittel angegriffen werden.

Die Größe der Farbstoffzelle D1 wird unter Berücksichtigung zweier Kriterien gewählt: Zur wirksamen Verwendung der in der Linie L konzentrierten Pumpstrahlung ist die Farbstoffzelle vorzugsweise ebenso lang wie die Linie L (vgl. Fig. 3), so daii keine Pumpstrahlung verloren geht (wie dies bei zu kurzer Zelle der Fall wäre) und so daß das Lasermaterial die angeregte Strahlung nicht in nicht angestoßene Regionen (wie dies bei zu langer Zelle der Fall wäre) zerstreut oder selbst absorbiert. Das Volumen des Lasermaterials in der Zeile wird bestimmt durch volumetrische Wirkungen, wie etwa die Wärmeableitung und die innere Strömung. Einer der Vorteile der Erfindung besteht darin, daß die thermischen Probleme verringert werden und daß sich kleine Volumina mit hoher Frequenz ohne Zirkulation pumpen lassen. Bei einer Ausführungsform der Farbstoffzelle D1 nach den Fig. 2 und 3 betrug die Länge des Rohres 20 zur Anpassung an die Breite des Pumpstrahles B etwa 50 Millimeter, während die Außenabmessungen des Rohres etwa 13x13 Millimeter betrugen bei einer Wandstärke von einem Millimeter.

Die Farbstoffzelle D2 nach Fig. 4 ist ein Kreiszylinder 30 aus einer festen Lösung des Laserm aterials, z.B. Rhodamin 6 G oder Fluoreszein, Das feste Lösungsmittel, vorzugsweise Plastik, wie etwa Polymethyl-Methakrylat soll bei der Wellenlänge der Pumpstrahlung nicht absorbieren und die Oberfläche des Zylinders 30 sollte optisch glatt sein, damit Aberration von Pump- und angeregtem Strahl vermieden wird. Länge und Volumen

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des Zylinders 30 der Farbstoffzelle D2 werden nach den gleichen Kriterien wie bei der Farbstoffzelle D1 gewählt.

Anstelle der quadratischen und kreisförmigen Zylinder für die Farbstoffzellen D1 und D2 können auch andere Formen Verwendung finden. Zu beachten ist allerdings, daß Formen mit flachen Oberflächen im allgemeinen leichter glatt herzustellen sind.

Neben flüssigen Lösungen von Laserstoffen, für die die Farbstoffzelle D1 bestimmt ist, und festen Lösungen, aus denen die Farbstoffzelle D2 besteht, kann der erfindungsgemäße Farbstoff- h laser auch mit Laserstoffen im Dampfform oder in gasförmiger Lösung arbeiten. Je nach der gewünschten Konzentration kann ein solcher Dampf in einer Farbstoffzelle ähnlich D1 enthalten sein, gegebenenfalls unter Hinzufügung eines äußeren Heizgerätes oder mit Einlaß- und Auslaßöffnungen für die kontinuierliche Strömung von einer äußeren Quelle durch die Farbstoff zelle. Die optischen Eigenschaften und die Länge einer Zelle zur Aufnahme von Dampf lassen sich wieder gemäß den Kriterien wählen, wie sie auch für die Farbstoffzellen D1 und D2 gelten.

Die im Lasermaterial in der Farbstoffzelle D angeregte Strahlung wird in einem optischen Hohlraum verstärkt, dessen Reflektions-" achse parallel zur Linie L und quer zur Richtung des Pumpstrahles B liegt. Wie bereits bei Fig. 1 erwähnt kann der optische Hohlraum zwei ebene Spiegel M1 und M2 aufweisen, wovon einer (M1 ) zur größtmöglichen Verstärkung vorzugsweise

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U.

-]üü %-±g reflektiert, während der andere (ΐ·*2) teilweise durchlässig ist (z.B. Sb % reflektiert) und die Ausgangsstrahlen S der angeregten Strahlung aus dem Gerät treten läßt.

Gemäß Pig. 3 kann der Spiegel M1 ds optischen Hohlraumes zur Abstimmung der Wellenlänge durch einen Gitterreflektor G ersetzt werden. Die Kriterien nach denen die Eigenschaften des Gitters G zu wählen sind, hängen im gewissen Maße davon ab, wozu der Ausgangsstrahl S benötigt wird. Im allgemeinen ist jedoch die Wahl eines Gitters zweckmäßig, das bei den interessierenden Wellenlängen gut'wirksam ist und mit einem für größte Energie gewählten Strahlenausbruch sowie mit hoher Auflösung und Dispersion, damit ein möglichst monochromatischer Ausgang erhalten wird. Der Zusammenhang zwischen Anzahl und Abstand der Gitterlinien und dem Strahlenausbruch (blaze) zur Erzielung dieses Resultats ist in der Optik bekannt. Die Abstimmung erfolgt, wie ebenfalls bekannt, durch Verändern des Winkels des Gitters solange, bis man die gewünschte Wellenlänge erhält. Ebenso können auch andere selektive Wellenlangenelmente, beispielsweise ein Littrowprisma anstelle des Spiegels 111 verwendet werden.

Zur weiteren spektralen Einengung kann ein Durchgangsfilter in den optischen Hohlraum eingesetzt werden. Fig. 6 zeigt die Verwendung eines Fabry-Perot-Etalon E im geeigneten Winkel zur Achse des Hohlraumes, durch den die Strahlung mit der gewünschten Frequenz geht. Die schrägen, teilweise reflektierenden Innenflächen des Etalons E bilden einen Resonanzhohlraum, der eine sehr starke spektrale Einengung bewirkt, so daß man bei diesen Gerät im Ausgangsstrahl S Linienbreiten in der Größenordnung von 0,01 S erhält.

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Wie Fig. 3 zeigt, kann der ebene Spiegel M1 des optischen Hohlraumes durch einen konkaven Spiegel Hcc ersetzt werden, wenn eine größere Stabilität des Hohlraumes erforderlich ist. Wie man aus Fig. 6 erkennt, kann man anstelle des ebenen Spiegels 111 auch einen konvexen Spiegel Mcx zur Erzielung eines unstabilen Hohlraumes verwenden, wodurch das Unterdrücken unerwünschter Betriebsarten erleichtert wird.

Der vorstehend beschriebene Farbstofflaser wurde mit den verschiedensten Lasermaterialien getestet. Dabei zeigte sich, daß sich sehr hohe Umwandlungswirkungsgrade erzielen lassen. ψ Darüber hinaus sind die extrem kurze Impulsbreite und die

hohe Wiederholungsfrequenz, ohne daß eine Farbstoffzirkulation erforderlich ist, zwei wesentliche und wertvolle Merkmale des vorliegenden Konzepts. Die Verwendung eines Beugungsgitters anstelle eines 100 %-ig reflektierenden Spiegels am einen Ende des optischen Hohlraumes erlaubte eine Abstimmung der Wellenlänge des Lasers und außerdem die Ausdehnung des wirksamen Wellenlängenbereiches jedes Farbstoffes. Die Abstimmung der Strahlung auf ein schmales Band führte bei den Wellenlängen der natürlichen Fluoreszenz zu keiner fühlbaren Wirkungsgradminderung, während eine definiere Veränderung des Wirkungsgrades mit der Wellenlänge zu beobachten war. Der Wirkungs-. grad oder die Ausbeute ist außerdem eine Funktion der Farb- ^ stoffkonzentration, von der auch die spektrale Ausgangsverteilung abhängt. Die hohe Impulsrate bei nur geringfügig verringertem Wirkungsgrad und ohne Farbstoffzirkulation, wie dies bei der Erfindung erreichbar ist, weist darauf hin, daß die Erholung der Farbstoffe schnell erfoHgpn muß, wenn auf die oben beschriebene Weise gepumpt wird.

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In der folgenden Tabelle sind die mit einem erfindungsgemäßen Farbstofflaser erzielten typischen Testresultate zusammengestellt. Die Konzentration der verschiedenen Farbstoffe wurde auf die Erzielung eines maximalen Umwandlungswirkungsgrades abgestellt, wobei die Konzentration im allgemeinen in der Größenordnung von 10 bis 10 ^ Mol pro Lxter lag. Der Umwandlungswirkungsgrad ist das Leistungsverhältnis von Stickstofflaser zu Farbstofflaser. Die unten stehende Tabelle gibt als Funktion der Wellenlänge das Spitzenleistungsyerhältnis an, d.h. die Spitzenleistung der Farbstofflaserimpulse dividiert durch die Spitzenleistung der Stickstofflaserimpulse.

Kennwerte eines durch einen gepulsten I^-Laser angeregten Farbstofflasers

Farbstoff/ Lösungsmittel

Spektral- Spitzenleistungsbereich (ä) verhältnis

Impulsbreite (Nano-Sekunden^

Rhodamin 6C/ ■ Äthylalkohol

6200-5650

0.22 bei
0.12 bei

l·= 60001 K= 575Oi

4 4

4-Me thyl cur aiiiin

7-Diäthylamin/

Äthylalkohol

4900-4450

0.25 bei /L= 4650i 0.27 bei I= 450üi

5 5

POPOP/
Tetrahydrofuran

4450-3900

0.13 bei Jl= 4650J 0.18 bei H= 4500i

et -NOPON/ Benzol

4450-4300 0.18 bei A= 4000Ä

Fluoreszein*/ H₂O

6000-5200

0.20 bei I= 600Oi 0.03 bei ,1= 550Oi

4 7

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Farbstoff/ Lösungsmittel

4-Hethyl-Umbelliferon/

Spektral- Spitzenleisuu.ii.gsbereich (S) verhältnis

Impulsbreite (ifano- -_seicunden}_

53ÜÜ-445U 0.17 bei Λ= 52OuS 1ü 0.18 bei I - 46uo8 10

Diphenyl-Anthrazen/ Zyklohexan	4500-4350	0.	Oo	bei	I =	45UuR	2 5
Diphenyl-S tuben/ Toluol	4200-4000	0.	23	bei		4U₅OS	O
* -NPO/ Benzol	3S5O-3SOÜ	0.	12	bei		3WuR	ö

* kann auch durch 5401 -H-lfe-Laser angeregt werden.

Wie aus obiger Tabelle hervorgeht vereinigt der vurliegeude Farbstofflaser ein hohes J^itzenleistungsverhaltnis mit kurzer Impulsdauer und hoher Impulsrate, so daiJ sich eine sehr wertvolle Methode zur Anregung von strahlung in Farbstoffen ergibt. Man erkennt ferner, dai3 durch die Verwendung verschiedener Farbstoffe in verschiedenen, austauschbaren Farbstoff zellen der vorliegende Farbstofflaser das überstreichen eines breiten Spektralbereiches mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht, indem man lediglich die Farbstoffzellen austauscht und deis Gitter G nachs timmt.

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Claims

Patentansprüche

1 . / Vorrichtung zur Erzeugung angeregter Strahlung in Farbstoffen und anderen Lasermaterialien,gekennzeichnet durch eine eine impulsförmige, rechteckige Pumpstrahlung emittierende Laserpumpeinrichtung, durch eine den rechteckigen Pumpstrahl praktisch auf eine Linie fokussierende Fokussiereinrichtung, durch eine Zelle aus Lasermäterial, in der die Fokuslinie der-Pumpstrahlung liegt und die eine zur Fokuslinie annähernd parallele Aussenflache aufweist, und durch einen optischen Hohlraum zur Verstärkung der vom Lasermaterial emittierten, angeregten Strahlung, wobei eine Reflektionsachse des Hohlraumes parallel zur Fokuslinie der Pumpstrahlung angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daL die Laserpui.ipeinrichtung ein Querfeld-Gasentladungslaser ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Gasentladungslaser Stickstoff als Gasentladungsmedium dient und dai. die Emission im ultravioletten Bereich erfolgt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die voi.i Gasentladungslaser emittierte Strahlung eine Wellenlänge von 3371 S aufv/eist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dal. der Gasentladungslaser Neon als Gasentladungsmedium verv/endet und dai: die Strahlungsemission mit grünem Licht erfolgt.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Gasentladungslaser emittierte Strahlung eine Wellenlänge von 5401 S aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daiJ der Gasentladungslaser Impulse von 10 Nanosekunden Dauer und mit einer Spitzenleistung von 100 kw emittiert»
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasentladungslaser einen rechteckigen Kanal aufweist, durch den Stickstoffgas strömt,.und eine Elektrodenanordnung zur Erzeugung eines pulsierenden elektrischen Feldes in diesen

* Kanal, so daij ein pulsierender rechteckiger Strahl mit einer Wellenlänge von 3371 S und einer Impulsbreite von 10 Nanosekunden aus dem Kanal emittiert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungseinrichtung eine im wesentlichen zur rechteckigen Strahl rechtwinklige Fokussierungslinie erzeugt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungseinrichtung einen Zylinderspiegel oder eine zylindrische Linse umfaßt, daß der rechteckige Strahl langgestreckt ist und daß der Zylinderspiegel oder die zylindrische Linse den rechteckigen Strahl in einer Richtung konvergiert.
11 § Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Hohlraum zwei reflektierende Einrichtungen aufweist, zwischen denen die Zelle mit dem Lasermaterial angeordnet ist, und daß mindestens eine der reflektierenden Einrichtungen teilweise durchlässig ist und die angeregte Strahlung aus dem Hohlraum treten läßt.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im optischen Hohlraum ein Durchgangsfilter vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsfilter ein Etalon ist.
1.4. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede reflektierende Einrichtung ein ebener Spiegel ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine der reflektierenden Einrichtungen ein konkaver oder ein konvexer Spiegel ist.
16. Vorrichtung .nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der reflektierenden Einrichtungen Wellenlängen selektiert.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängen selektierende Reflektionseinrichtung ein Beugungsgitter ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle aus Lasermaterial praktisch ebenso lang ist wie die Fokussierungslinie der Pumpstrahlung und so angeordnet ist, daß sich die gesamte Fokussierungslinie in ihr befindet.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasermaterial ein Fluid ist, daß die Zelle einen Behälter fur dieses Fluid umfaßt und daß der Behälter ein verschlossenes Rohr ist mit einer optisch glatten Seitenwand, die bei der Wellenlänge der Pumpstrahlung praktisch nicht absorbiert, und mit optisch glatten Stirnwänden, die bei

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der Wellenlänge der vom fluidförmigen Lasermaterial emittierten Strahlung praktisch nicht absorbieren.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1S, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand des verschlossenen Rohres praktisch ebenso lang ist wie die Fokussierungslinie und so angeordnet ist, daß die Fokussierungslinie innerhalb des fluidförmigen Laserrnaterials liegt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle eine feste Lösung des Lasermaterials umfai.t.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle eine Seitenfläche etwa von der Länge der Fokussierungslinie der Strahlung aufweist und so angeordnet ist, daß die Fokussierungslinie der Pumpstrahlung innerhalb der Seitenfläche liegt.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprache

zur Erzeugung angeregter Strahlung in Farbstoffen und anderen Lasermaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß eine impulsförmige, rechteckige Pumpstrahlung erzeugt wird, daß die rechteckige Pumpstrahlung praktisch auf eine Linie fokussiert wird, daß die Fokussierungslinie in einer Zelle aus Lasermaterial parallel zu einer Außenfläche ausgerichtet wird und daL die vom Lasermaterial emittierte angeregte Strahlung in einem optischen, mit einer Reflektionsachse zur Fokussierungslinie der Pumpstrahlung parallelen Hohlraum verstärkt wird.

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