DE2057791A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung angeregter Strahlung in Farbstoffen und anderen Lasermaterialien - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung angeregter Strahlung in Farbstoffen und anderen LasermaterialienInfo
- Publication number
- DE2057791A1 DE2057791A1 DE19702057791 DE2057791A DE2057791A1 DE 2057791 A1 DE2057791 A1 DE 2057791A1 DE 19702057791 DE19702057791 DE 19702057791 DE 2057791 A DE2057791 A DE 2057791A DE 2057791 A1 DE2057791 A1 DE 2057791A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- laser
- radiation
- line
- gas discharge
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/022—Constructional details of liquid lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094034—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a dye
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
AVCü Corporation,
Greenwich, Conn. / USA
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
109824/1714 BADORiGiNAL
"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.
1 0 9 8 2 4 / 1 7 U
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 kopx: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'if 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
10902Λ/171/.
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-förmigesBasiselektrode 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.
109824/1714
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.
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 , |
1 0 9 8 2 A / 1 7 U
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.
109824/1714
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.
109824/17U
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
109824/1714
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
109824/171A
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.
1 0 9 8 2 A / 1 7 U BAD ORIGINAL
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.
109824/17U
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
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
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
109824/1714
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.
1 0 9 8 2 A / I 7 U
Claims (23)
- Patentansprüche1 . / 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.109824/17U
- 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.10982A/17U
- 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 bei109824/1714der 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 Ansprachezur 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.108824/17U "»Leerseite
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US87928569A | 1969-11-24 | 1969-11-24 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2057791A1 true DE2057791A1 (de) | 1971-06-09 |
DE2057791B2 DE2057791B2 (de) | 1975-04-17 |
DE2057791C3 DE2057791C3 (de) | 1975-11-27 |
Family
ID=25373815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2057791A Expired DE2057791C3 (de) | 1969-11-24 | 1970-11-24 | Verfahren zur optischen Anregung eines optischen Senders (Laser), dessen stimulierbares Farbstoffmedium innerhalb eines optischen Resonators angeordnet ist |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3684979A (de) |
CA (1) | CA929276A (de) |
CH (1) | CH531263A (de) |
DE (1) | DE2057791C3 (de) |
FR (1) | FR2068626B1 (de) |
GB (1) | GB1306583A (de) |
IL (1) | IL35617A (de) |
ZA (1) | ZA707589B (de) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3906399A (en) * | 1970-05-15 | 1975-09-16 | Bell Telephone Labor Inc | Broad band exciplex dye lasers |
US3904982A (en) * | 1970-05-15 | 1975-09-09 | Bell Telephone Labor Inc | Broad band exciplex dye lasers |
FR2137165B1 (de) * | 1971-05-14 | 1974-03-22 | Thomson Csf | |
US3740665A (en) * | 1972-03-16 | 1973-06-19 | Avco Corp | Transverse flowing liquid laser |
US3731222A (en) * | 1972-03-30 | 1973-05-01 | Eastman Kodak Co | Phenoxazine dye lasers |
US3868590A (en) * | 1973-05-02 | 1975-02-25 | Avco Everett Res Lab Inc | Narrow bandwidth dye laser |
US4028636A (en) * | 1973-06-28 | 1977-06-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Acousto-optical deflector tuned organic dye laser |
US3904981A (en) * | 1974-10-10 | 1975-09-09 | Us Navy | Ultrafast spatially scanning laser system |
US4051062A (en) * | 1976-09-03 | 1977-09-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | 7-Amino coumarin dyes for flashlamp-pumped dye lasers |
US4229710A (en) * | 1977-10-21 | 1980-10-21 | Itamar Shoshan | Wavelength selector for tunable laser |
US4291282A (en) * | 1979-09-07 | 1981-09-22 | The Research Foundation Of The City University Of New York | Stabilized pulse producing mode locked laser system |
US5168392A (en) * | 1986-09-25 | 1992-12-01 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Dye laser amplifier |
EP0414430A1 (de) * | 1989-08-22 | 1991-02-27 | Gec-Marconi Limited | Lasers |
US5222092A (en) * | 1990-07-11 | 1993-06-22 | University Of Florida | Laser dye impregnated silica sol-gel monoliths |
GB2255854B (en) * | 1991-05-13 | 1995-05-31 | Marconi Gec Ltd | A method of manufacturing solid state dye lasers |
EP0784365B1 (de) * | 1996-01-12 | 2006-08-23 | Kabushiki Kaisha Topcon | Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Laserstrahls |
DE10241654B4 (de) * | 2002-09-09 | 2007-04-19 | Lisa Laser Products Ohg Fuhrberg & Teichmann | Laseranordnung mit einem Resonator, in dem zwei Lasermaterialien mit unterschiedlicher Laseremissionswellenlänge angeordnet sind |
-
1969
- 1969-11-24 US US879285A patent/US3684979A/en not_active Expired - Lifetime
-
1970
- 1970-11-09 CA CA097741A patent/CA929276A/en not_active Expired
- 1970-11-09 ZA ZA707589A patent/ZA707589B/xx unknown
- 1970-11-10 IL IL35617A patent/IL35617A/en unknown
- 1970-11-11 GB GB5375170A patent/GB1306583A/en not_active Expired
- 1970-11-23 CH CH1730170A patent/CH531263A/fr not_active IP Right Cessation
- 1970-11-24 DE DE2057791A patent/DE2057791C3/de not_active Expired
- 1970-11-24 FR FR7042227A patent/FR2068626B1/fr not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IL35617A0 (en) | 1971-01-28 |
CA929276A (en) | 1973-06-26 |
US3684979A (en) | 1972-08-15 |
GB1306583A (en) | 1973-02-14 |
IL35617A (en) | 1973-04-30 |
FR2068626B1 (de) | 1977-04-29 |
DE2057791B2 (de) | 1975-04-17 |
CH531263A (fr) | 1972-11-30 |
DE2057791C3 (de) | 1975-11-27 |
ZA707589B (en) | 1971-08-25 |
FR2068626A1 (de) | 1971-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2057791A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung angeregter Strahlung in Farbstoffen und anderen Lasermaterialien | |
DE2144201C3 (de) | Ramanlaser | |
DE3506362A1 (de) | Lasergeraet und verfahren zur erzeugung von gesteuerten mehrfachlaserimpulsen | |
DE1197546B (de) | Optischer Sender oder Verstaerker | |
DE2456913A1 (de) | Farbstoff-laser | |
DE2831813C2 (de) | Optisches Filter | |
DE2009335B2 (de) | Laservorrichtung zum bohren von lagersteinen oder anderen werkstuecken | |
DE3525689C1 (de) | Verfahren und Einrichtung zum Betrieb eines mit einer Protonenuebertragungsreaktion arbeitenden Farbstoff-Lasers | |
DE3519775A1 (de) | Optische einrichtung zum konzentrieren eines pumpstrahlungsbuendels auf ein laseraktives material | |
DE1941920A1 (de) | Laser mit gefaltetem optischem Weg,dem die Anregungsenergie in Richtung der Laengsachse zugefuehrt wird | |
DE2365909C2 (de) | Gaslaser | |
DE3835347C2 (de) | ||
DE4101522C2 (de) | ||
DE4311454C2 (de) | Raman-Laser und dessen Verwendung | |
DE3317065C2 (de) | ||
DE1282209C2 (de) | Nach dem prinzip der stimulierten emission arbeitender optischer sender zur erzeugung von ausgansimpulsen hoher spitzenleistung | |
DE3111805A1 (de) | Verfahren und einrichtung zum erzeugen von vorimpulsfreien, glatten laserstrahlungsimpulsen veraenderbarer impulsdauer | |
DE1489733C3 (de) | Optischer Sender in Q-Schaltung | |
DE3333575C2 (de) | ||
DE2008835A1 (de) | Strahlenemissionsvorrichtung | |
DE2900899A1 (de) | Lasereinrichtung zum erzeugen von ultrakurzen laserstrahlungsimpulsen | |
DE2425173C3 (de) | Dauerstrich-Farbstofflaser | |
DE2133106C3 (de) | Abstimmbarer optischer Sender (Laser) | |
DE2638943A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur umwandlung kohaerenten lichtes verschiedener wellenlaengen in kohaerentes licht einer wellenlaenge | |
DE1920571A1 (de) | Vorrichtung zur Verstaerkung elektromagnetischer Strahlen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |