DE2113464B2 - Flüssigkeitslaser - Google Patents

Description

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Richtung des optischen Resonators und quer zur der Wanne von lichtdurchlässigen ebenen Flächen Richtung der Anregungsstrahlung erfolgt (Applied oder den Resonatorspiegeln begrenzt, die planparal-Optics, Bd. 9, Nr. 2, Februar 1970, G. 514). Das Prm- IeI oder im Brewsterwinkel angeordnet sein können, zip der Querdurchströmung erlaubt einen schnelleren Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen Austausch des stimulierbaren Mediums im optischen 5 insbesondere darin, daß durch die geometrische Resonator als es im Falle einer Längsdurchströmung Anordnung der einzelnen Teile ein hoher Wirkungsmöglich ist. Durch den geometrischen Aufbau der grad erreicht wird. Infolge der Strömungsumlenbekannten querdurchströmten Laser sind für eine an- kung der stimulierbaren Flüssigkeit um 180° im Benehmbüie Laserleistung jedoch zwei Anregungslicht- reich des optischen Resonators genügt eine verquellen erforderlich, welche dem optischen Resona- ίο hältnismäßig kleine Lösungsmittelpumpe, um die tor viel Wärme zuführen. Da die Anordnung keine Verweilzeit der stimulierbaren Flüssigkeit im opti-Kühlmöglichkeit für das Farbstoffmedium vorsieht, sehen Resonator hinreichend klein zu halten, um ist die Gefahr der Schlierenbildung im optischen Re- eine Pulsfrequenz von 50 bis 100 Hz über lange Zeit sonator besonders groß. aufrecht halten zu können. Ein weiterer Vorteil liegt

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu- 15 in der Verminderung von Schlierenbildung durch die gründe, einen Farbstofflaser mit hohem Wirkungs- gute Wärmeleitfähigkeit der innerhalb des gekühlten grad zu schaffen, der sich durch einfachen Aufbau Anregungsspiegels angeordneten Kammer. Der enge und leichte Austauschbarkeit der Teile auszeichnet. Querschnitt des optischen Resonators läßt eine hohe, der weiterhin eine hohe Farbstoffkonzentration zu- über den gesamten Querschnitt wirksame Farbstoffläßt und dessen Zirkulationssystern für das flüssige 20 konzentration zu. Ein weiterer und besonderer Vorstimulierbare Medium so ausgelegt ist, daß eine Puls- teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht folge von 50 bzw. 100 Hz über längere Zeit auf- darin, daß die Kammer leicht und sicher auslauschrechterhnUen werden kann. bar ist, ohne daß die Spiegel des optischen Resona-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- tors dejustiert werden.

löst, daß der Bereich des optischen Resonators sym- 25 Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll an Hand metrisch in den Scheitelbereich eines wannenförmi- eines in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsgen Zufluß- und Abflußkanals mit U-förmigem beispiels näher erläutert werden. Es zeigt
Querschnitt für das flüssige stimulierbare Medium F i g. 1 die geometrische Anordnung der einzelnen gelegt ist und sich dieser Bereich zugleich in der Bestandteile des erfindungsgemäßen Flüssigkeitslaeinen Brennlinie eines der Anregung dienenden ellip- 30 sers,

tischen Zylinderspiegels befindet, in dessen anderer F i g. 2 eine perspektivische Darstellung der die sti-

Brennlinie die Anregungslichtquelle angeordnet ist, mulierbare Flüssigkeit führenden Kammer,

wobei der U-förmige Querschnitt des Zufluß- und Fig.? einen Schnitt durch die Kammer in der Sei-

Abflußkanals dadurch gebildet ist, daß eine an ihrem tenansicht,

Scheitel abgerundete Trennwand zwischen die gera- 35 F i g. 4 einen Schnitt durch die Kammer entlang

den Wände der Wanne, die die U-Schenkel bilden, der Linie IV-IV der Fi g. 3,

parallel und symmetrisch eingeführt ist. F i g. 5 einen Schnitt durch die Kammer entlang

In dieser Anordnung befindet sich der Teil des op- der Linie V-V der F i g. 4.

tischen Resonators, in dem die Anregung des stimu- In der F i g. 1 ist mit 1 der zylinderelliptische Spie-

lierbarcn Mediums erfolgt, an dem Ort der höchsten 40 gel des Anregungssystems bezeichnet. Zur Kühlung

Lichtenergiedichte, in dem das Bild der Anregungs- ist der Anregungsspiegel zwischen seinen doppelten

lichtquelle im optischen Resonator abgebildet wird. Wänden mit Wasser gefüllt, das über einen Kreislauf

Für die Montage der die Flüssigkeit führenden 19, 20 auf konstanter Temperatur gehalten wird. Die Kammer ist deren spiegelsymmetrischer Aufbau vor- Ziffer 2 kennzeichnet eine als Anregungslichtquelle teilhaft. In einer vorteilhaften Ausführungsform der 45 verwendete und in der Brennlinie 26 angeordnete Erfindung ist der im optischen Resonator befindliche Blitzlampe mit dem Innendurchmesser 3, der 3 mm Teil der flüssigkeitsführenden Kammer von einer beträgt. Mit 4 ist ein Strahlenkegel gekennzeichnet, lichtdurchlässigen länglichen Wanne kleinen Durch- der zur verkleinerten Abbildung 3' des Innendurchmessers begrenzt, die mit dem metallenen Teil der messers 3 im Bereich des optischen Resonators beiKammer fest verbunden ist. 50 trägt. Mit 5 ist die durchsichtige Wanne der die sti-

Zur Vermeidung von unerwünschten Reflexionen mulierbare Flüssigkeit führenden Kammer bezeichdes Laserlichtes an der Wanne ist es zweckmäßig, net. Die stimulierbare Flüssigkeit 24 fließt in der daß deren Innenfläche mattiert ist. Für eine gute Pfeilrichtung 7 durch den Zuflußkanal 22 in den BeWärmeableitung im Bereich des optischen Resona- reich des optischen Resonators ein, in dem die Anretors ist es vorteilhaft, die Wanne aus Saphir zu ferti- 55 gung des stimulierbaren Mediums erfolgt, biegt in gen. Höhe der zweiten Brcnnlinie 25 der Ellipse um 180°

Zum Trennen von Zu- und Ablauf der Laserflüs- um und verläßt über den Abflußkanal 23 in Pfeil-

sigkeit ragt zweckmäßigerweise eine abgerundete richtung 8 den optischen Resonator wieder. Mit 9 ist

Trennwand in die Wanne hinein, die mit dem metal- der mit der Wanne verbundene metallene Teil der

lcnen Teil der Kammer fest verbunden ist und wobei 60 Kammer bezeichnet. Die Ziffer 10 kennzeichnet eine

der Abstand des Scheitels der Trennwand von der an ihrem Scheitel 27 abgerundete Trennwand, die

gebogenen Innenfläche der Wanne den Querschnitt mit dem metallenen Teil der Kammer fest verbunden

des optischen Resonators bestimmt. ist und zur Trennung von Zu- und Ablauf der stimu-

Vcrtcilhaftcrweise ist der gerundete Scheitel der lierbaren Flüssigkeit in die Wanne hineinragt.

Trennwand hochglanzpoliert, um das Anregungslicbt 65 In der Fig. 2 sind die Zu- und Ablaufstutzen des

in den Bereich des optischen Resonators zu reHektie- metallenen Teils der Kammer mit 17 und 18 bezeich-

ren. net. Die durchsichtige Wanne 5 ist an den Schmalsei-

Zweckmäßigerweise sind die beiden Schmalseiten ten mit lichtdurchlässigen ebenen Flächen 11, 12

oder Resonatorspiegeln abgeschlossen. Der Abstand des Scheitels 27 der Trennwand 10 von der gebogenen Innenfläche der Glaswanne S beträgt im gezeichneten Ausführungsbeispiel etwa 1 mm, so daß der Bereich des optischen Resonators, in dem die Anregung des stimulierbaren Mediums erfolgt, in seinem Querschnitt nach oben von dem Scheitel 27 der Trennwand 10 nach unten von der Innenfläche 28 der Wanne S und seitlich von den Schenkeln der Wanne 5 begrenzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

stoffmedium, dessen schneller Umlauf sowohl quer Patentansprüche: zur Richtung des optischen Resonators auf dessen ganzer Länge als auch quer zur Richtung der Anre-

1. Optischer Sender oder Verstärker (Laser) gungssirahlung erfolgt.

für kohärente Strahlung aus einem flüssigen sti- 5 Bei Flüssigkeitslasern ist ein Aufbau erwünscht, mulierbaren Medium, insbesondere Farbstoffme- der ein schnelles Austauschen der Flüssigkeit im opdium, dessen schneller Umlauf sowohl quer zur tischen Resonator, gute Kühlmöglichkeiten für das Richtung des optischen Resonators auf dessen flüssige stimulierbare Medium sowie einen leichten ganzer Linie als auch quer zur Richtung der An- und schnellen Wechsel der gesamten Farbstofflösung regungsstrahlung erfolgt, dadurch gekenn- io gewährleistet. Außerdem muß das stimulierbare Mezeich η e t, daß der Bereich des optischen Re- dium in ihrer Kammer leicht justierbar zur Anresonators (21) symmetrisch in den Scheitelbereich gungslichtquelle sein.

(21) eines wannenförmigen Zufluß- und Abfluß- Flüssigkeitslaser sind im Prinzip bekannt. Steigenkanals (22, 23) mit U-förmigem Querschnitt für des Interesse finden die sogenannten Farbstofflaser, das flüssige stimulierbare Medium (24) gelegt ist 15 deren stimulierbares Medium aus einem gelösten or- und sich dieser Bereich zugleich in der einen ganischen Farbstoff besteht, der in der Lösung mit Brennlinie (25) eines der Anregung dienenden el- hoher Quantenausbeute fluoresziert und durch Beliptischen Zylinderspiegels (1) befindet, in dessen strahlen mit intensivem Licht in einen bezüglich anderer Brennlinie (26) die Anregungslichtquelle «ines oder mehrerer optisch erlaubter Übergänge an-(2) angeordnet ist, wobei der U-förmige Quer- ao geregt und zur stimulierten Emission über einen oft schnitt des Zufluß- und Aotlußkanals (21, 23) weilen Wcllcnlängenbereich gebracht werden kann, dadurch gebildet ist, daß eine an ihrem Scheitel Da bei Erwärmung des stimulierbaren Mediums (27) abgerundete Trennwand (10) zwischen die durch das Anregungslicht Schlieren auftreten und geraden Wände (22, 23) der Wanne (5), die die auch eine photochemische Zerstörung der Farbstoff-U-Schenkel bilden, parallel und symmetrisch ein- 25 moleküle diu-ch das Anregungslicht stattfindet, ist bei geführt ist. den bekannten Vorrichtungen für das stimulierbare

2. Flüssigkeitslaser nach Anspruch 1, dadurch Medium ein Vorratsgefäß und ein Zirkulationssygekennzeichnet, daß die Kammer (S. 9) spiegel- stern vorgesehen, welches für einen ständigen Aussymmetrisch aufgebaut ist. tausch des stimulierbaren Mediums im optischen Re-

3. Flüssigkeitslaser nach den Ansprüchen 1 30 sonator sorgen soll. Da die praktischen Einsatzmög- und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich lichkeiten eines Flüssigkeitslasers außer von seinem des optischen Resonators innerhalb der die Flüs- Wirkungsgrad, d. h. dem Verhältnis von elektrischer sigkeit führenden Kammer (9) von einer licht- Anregungsenergie zur Laserausgangsenergie, auch abdurchlässigen länglichen Wanne (5) kleinen hängen von der Zeit, die zwischen zwei aufeinander-Durchmessers begrenzt ist, die mit dem metalle- 35 folgenden Laserimpulsen verstreicht, bestimmt der nen Teil (9) der Kammer fest verbunden ist. Aufbau der Flüssigkeitskammer und das Zirkula-

4. Flüssigkeitslaser nach den Ansprüchen 1 tionssystem wesentlich die Qualität des Lasers. Es bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- muß darauf geachtet werden, daß bei repetierendem fläche der Wanne (5) mattiert ist. Pulsbetrieb die Farbstofflösung im optischen Reso-

5. Flüssigkeitslaser nach den Ansprüchen 1 40 nator zwischen zwei Pulsen vollständig ausgetauscht bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne wird, um Schlieren und zerstörte Moleküle zu entfer-(5) aus Saphir ausgeführt ist. nen, die die Intensität des emittierten Laserlichtes

6. Flüssigkeitslaser nach den Ansprüchen 1 verringern. Außerdem ist es wünschenswert, mit hobis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wann^p hen Farbstoffkonzentrationen zu arbeiten, weil die (5) eine mit dem metallenen Teil (9) der Kammer 45 Lebensdauer der gesamten Lösung proportional zur verbundene abgerundete Trennwand (10) hinein- Farbstoffkonzentration ist. Fine hohe Farbsloffkonragt, die Zu- und Ablauf der Flüssigkeit im opti- zentration hin wiederum bedeutet, daß der Querschen Resonator trennt und daß der Abstand des schnitt des optischen Resonators klein gehalten wer-Scheitels (27) der Trennwand (10) von der gebo- den muß, um eine Anregung zur stimulierten Emisgenen Innenfläche (28) der Wanne (5) den Quer- 5° sion durch die gesamte Schichtdicke zu erreichen, schnitt des optischen Resonators bestimmt. Zugleich soll aber der Strömungswiderstand in der

7. Flüssigkeitslaser nach den Ansprüchen 1 bis Kammer klein sein, damit man mit möglichst kleinen 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand Pumpdrücken für das Umlaufsystem auskommen (10) an ihrem Scheitel (27) hochglanzpoliert ist. kann. Aus der Vielfalt der geschilderten Zusammen-

8. Flüssigkeitslaser nach den Ansprüchen I 55 hänge ist es zu verstehen, daß eine befriedigende Löbis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden sung für einen im Dauerbetrieb arbeitenden Farb-Schmalseiten der Wanne (5) von lichtdurchlässi- stofflaser sehr schwer zu erreichen ist. Bei bekannten gen ebenen Flächen bzw. den Rcsonatorspiegeln Lösungen ist entweder die Laserleistung unbefriedi-(11.12) begrenzt sind. gend, oder es wird durch zu geringe Austauschgc·

60 schwindigkeit der Farbstofflösung die Pulsfrcquen; eingeschränkt, oder es kommt bei zu schneller Strö

mung zu Turbulenzcrscheinungen und Kavitations

blasen im optischen Resonator. Außerdem wird dii

Betriebssicherheit bekannter Flüssigkeitslaser oft da

65 durch beeinträchtigt, daß bei einem Austauschen de

Die Erfindung betrifft optische Sender oder Ver- Kammer die Resonatorspiegel dejustiert weiden,
stärker (Laser) für kohärente Strahlung aus einem Es sind zwar Farbstofflaser bekanntgeworden, be

flüssigen stimulierbaren Medium, insbesondere Färb- denen der Umlauf des Farbstoffmediums quer zu