DE2109893C2 - Laser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Laser mit einem optischen Resonanzraum, der zwischen zwei Spiegeln, von denen wenigstens einer teildurchlässig ausgebildet ist, ein sich entlang der optischen Achse erstreckendes und mit unter vermindertem Druck stehendem Gas gefülltes Gehäuse aufweist, das parallel zu seiner Achse eine langgestreckte Kathode und eine langgestreckte Anode enthält, zwischen denen eine elektrische Potentialdifferenz für die Erzeugung eines Ionen aus dem Material der Kathode enthaltenden Plasmas anlegbar ist und von denen die Kathode einen sie in axialer Richtung von einem Ende zum anderen durchsetzenden Hohlraum enthält

Ein Laser dieser Art ist in der US-PS 33 96 301 beschrieben. Bei diesem bekannten Laser ist zwischen zwei Spiegeln ein Gehäuse angeordnet, in dem sich eine Anode und eine Kathode gegenüberstehen. Diese Anode und diese Kathode verlaufen beide in Richtungen der Gehäuseachse und zwischen ihnen läßt sich eine elektrische Potentialdifferenz anlegen, die ausreicht, um in dem Gehäuse zwischen Anode und Kathode ein Plasma zu erzeugen, das dann das aktive Medium für den Laser bildet Die Kathode weist einen Hohlraum auf, der sich in ihrer Axialrichtung erstreckt und an beiden Enden offen ist Dieser Hohlraum entsteht dadurch, daß die Kathode aus einem Rohr mit festem Durchmesser besteht; der Hohlraum weist daher einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei das Rohr auf seiner der Anode zugewandten Seite einen durchgehenden Längsschlitz enthält

In ähnlicher Weise ist auch ein aus der DE-AS 12 80 443 bekannter Laser aufgebaut beim dem die Kathode aus einem Graphitblock besteht der eine ihn in axialer Richtung von einem Ende zum anderen durchsetzeude zylindrische Bohrung enthält Auf zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten des quaderförmigen Graphitblockes sind zwei Anoden angeordnet denen gegenüber von der zylindrischen Bohrung im Graphitblock ausgehende Längsschlitze münden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laser der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sich die von ihm abgegebene Strahlung in einfacher Weise in ihrer Wellenlänge variieren läßt wobei die jeweils gewünschte Wellenlänge sehr genau eingestellt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß die Kathode aus einem Block mit metallischer Wandung besteht der als Hohlraum eine gegenüber der Anode angeordnete Nut mit einer ihre Breite übersteigenden Tiefe enthält, die auf einem Teil ihrer Wandung mit einem zweiten Metall beschichtet ist und daß die zwischen Anode und Kathode anlegbare Potentialdifferenz zur Variation der Wellenlänge der Laserstrahlung variierbar ist

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele veranschaulicht; dabei zeigen F i g. 1 a und Ib schematisch einen Laser; und

F i g. 2 die wesentlichen Bauteile eines abgewandelten Ausführungsbeispiels.

Der in F i g. la gezeigte Laser besitzt ein Gehäuse aus einem Glasrohr 2, das an seinen beiden Enden durch zwei Fenster 4 verschlossen ist, die unter dem Brew-Sternchen Winkel angeordnet sind. Auf der Achse des Glasrohres 2 und an dessen beiden Enden befinden sich zwei Spiegel 6 und 8, von denen einer totalreflektiert während der andere halbdurchlässig ist, so daß ein Resonanzraum gebildet wird.

Das Glasrohr 2 enthält eine Kathode 10 und eine Anode 12; die Kathode 10 besteht aus einem Metallblock, in den über seine ganze Länge eine rechteckige Nut 20 eingeschnitten ist, die an ihren beiden Enden offen und deren Tiefe größer ist als ihre Breite. Die

so Achse der Nut 20 fällt mit der Achse des Glasrohres 2 sowie mit der Achse des von den Spiegeln 6 und 8 gebildeten Resonanzraum zusammen. Statt aus Metall kann die Kathode 10 auch durch einen Block aus einem elektrischen Isolierstoff gebildet sein, wobei die Wände der Nut 20 mit einer Metallbeschichtung bedeckt sind. Diese Beschichtung bzw. der metallische Block besteht aus einem einzigen Metall oder aus einer Legierung. Die Nut hat glatte Wände, und ihre Tiefe ist größer als ihre Breite. Die Kathode 10 wird durch einen Kühlmittelkreis gekühlt, wobei das Kühlmittel bei 14 in einen durch den Kathodenblock verlaufenden Kanal ein- und bei 16 ausströmt Die Anode 12 ist ein geradliniger Leiter, der parallel zur Nut 20 angeordnet ist Eine Spannungsquelle 18 erlaubt die Herstellung einer einstellbaren Potentialdifferenz zwischen der Anode 12 und der Kathode 10.

Gemäß Fig. Ib, die einen Schnitt A-A durch den Laser von F i g. la zeigt, ist die Tiefe der Nut 20 größer als deren Breite, und die Wand der Nut 20 ist am Boden

abgerundet Der im Metallblock parallel zur Nut 20 verlaufende Kanal 22 erlaubt die Kühlung der Kathode. Die Anode 12 befindet sich oberhalb der Nut 20.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Kathode 10 durch einen Metallblock gebildet, in den auf seiner ganzen Länge eine Nut 20 mit Rechteckquerschnitt eingeschnitten ist, wobei die Tiefe der Nut 20 größer ist als ihre Breite. Die Nutwände sind glatt Zwei Spiegel 6 und 8, von denen der eine sphärisch und der andere eben ausgebildet sind, sind auf der Achse der Nut 20 angeordnet und bilden einen Resonanzraum. Die Anode 12 wi/d durch drei geradlinige Leiter gebildet, die untereinander und zur Nut 20 parallel oberhalb der Nut 20 angeordnet sind. Eine Spannungsquelle 18 ermöglicht es, nacheinander unterschiedliche Spanungen an jeden der drei Leiter anzulegen. Eine metallische Beschichtung 24 ist z. B. durch thermisches Verdampfen in Vakuum auf dem Boden der Nut 20 aufgetragen. Die Materialien, die die Beschichtung 24 und den Metallblock der Kathode 10 bilden, sind verschieden. Die Beschichtung 24 kann auch die Seitenwände dei Nut 20 bedecken.

Wenn die zwischen der Anode 12 und der Kathode 10 angelegte Spannung genügend groß ist, werden Metallionen aus den Wänden der Nut 20 herausgeschlagen, was die Bildung eines Piamas veranlaßt, das das aktive Lasermedium darstellt Da die Tiefe der Nut 20 größer ist als deren Breite und die Wände der Nut 20 von Unebenheiten frei sind, bleibt das Plasma in der Nut 20 eingeschlossea Wegen der Form der Kathode 10 und der verwendeten Mittel, um das Plasma zu erzeugen, kann dieses eine sehr große Dichte und beträchtliche Länge aufweisen. Zweckmäßigerweise, jedoch nicht notwendigerweise verlaufen die elektrischen Feldlinien zwischen der Anode 12 und der Kathode 10 senkrecht zur Achse der Nut 20. Die Spannungsquelle 18 liefert eine Gleichoder modulierte Spannung. Der Wert dieser Spannung kann sehr klein sein; er hängt ab vom Absaugpotential der Ionen, der Geometrie der Anoden-Kathoden-Einheit sowie der Leistung und der Wellenlänge des zu erzeugenden Laserstrahls.

Durch Änderung der zwischen der Anode 12 und der Kathode 10 angelegten elektrischen Spannung erhält man Plasma unterschiedlicher Temperatur und Dichte.

Daher sind die Energieniveaus der angeregten Metallionen entsprechend dem Wert dieser Spannung nicht identisch und damit auch nicht die Besetzungsumkehrungen, die man im gebildeten Plasma erhalten kann. Wenn die benutzten Spiegel 6 und 8 breitbandig sind, kann die Wellenlänge des durch den Laser emittierten Lichts durch einfache Variation der Anoden-Kathoden-Vorspannung geändert werden.

So hat man bei einem Laser, dessen Kathode 10 den in F i g. 2 gezeigten Aufbau hatte und aus einem Block aus rostfreiem Stahl bestand, über dessen ganze Länge eine Nut 20 eingeschnitten war, auf deren Boden eine Cadmiumschicht niedergeschlagen war, drei Laserstrahiongen verschiedener Wellenlänge für drei unterschiedliche Werte der Anoden-Kathoden-Spannung und einen Heliumdruck von etwa 6 mbar beobachtet Die Strahlungswellenlängen betrugen 441.6 nm, 553.7 nm bzw. 636 nm für folgende Versuchsbedingungen: Anoden-Kathoden-Spannung von etwa 320 V, 280 V bzw. 260 V und elektrischer Strom von etwa 2,9 A, 2,5 A bzw. 1,7 A. Wenn die Vorspannung zwischen der Anode 12 und der Kathode 10 abwechselnd diese drei Werte annimmt, was leicht mit Hilfe einer modulierten Spannungsquelle 18 zu erreichen ist, tritt am Ausgang des Lasers ein Lichtstrahl auf, dessen Wellenlänge sich mit derselben Frequenz wie die Modulationsfrequenz der Vorspannung ändert Ein solcher Laser kann daher vorteilhaft zur Wiedergabe eines Farbbildes auf einem großen Schirm benutzt werden, z. B. für einen Fernsehempfänger. Im letzteren Fall kann das Videofernsehsignal die Anoden-Kathoden-Vorspannung steuern, und zwar direkt oder indirekt über ein Gitter.

Die Ausgangsleistung des Laserstrahls kann erhöht werden, weil das im Inneren der Nut 20 gebildete Plasma eine große Länge und eine erhöhte Dichte aufweisen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Laser mit einem optischen Resonanzraum, der zwischen zwei Spiegein, von denen wenigstens einer teildurchlässig ausgebildet ist, ein sich entlang der optischen Achse erstreckendes und mit unter vermindertem Druck stehendem Gas gefülltes Gehäuse aufweist, das parallel zu seiner Achse eine langgestreckte Kathode und eine langgestreckte Anode enthält, zwischen denen eine elektrische Potentialdifferenz für die Erzeugung eines Ionen aus dem Material der Kathode enthaltenden Plasmas anlegbar ist und von denen die Kathode einen sie in axialer Richtung von einem Ende zum anderen durchsetzenden Kohlraum enthält, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kathode (10) aus einem Block mit metallischer Wandung besteht, der als Hohlraum eine gegenüber der Anode (12) angeordnete Nut (20) mit einer ihre Breite übersteigenden Tiefe enthält, die auf einem Teil (24) ihrer Wandung mit einem zweiten Metall beschichtet ist, und
daß die zwischen Anode und Kathode anlegbare Potentialdifferenz zur Variation der Wellenlänge der Laserstrahlung variierbar ist

2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kahode (10) aus einem Blick aus rostfreiem Stahl besteht, der auf einem Teil der Wandung der Nut (20) eine Beschichtung (24) aus Kadmium aufweist

3. Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (12) aus wenigstens einem parallel zur Nut (20) in der Kathode (10) verlaufenden geraden elektrischen Leiter besteht

4. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (20) in der Kathode (10) senkrecht zu ihrer Achse einen rechteckigen Querschnitt aufweist