DE2143794A1 - Flüssigkeitslaser - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE . W L J v7 V

BF/H/C DR. MOLLER-BORe · DR. MANITZ · DR. DEUFEL

F ^ßoft DIPL-ING. FiMSTERVYALD · DiPL-^G. Q5-&MK0W O 1 / O 7 Q /

8 MÜNCHB4 22, ROBERT-KOCH-STR. 1 TELEFON 225110

München, den 1. Sept. 1971

COMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE 54, Rue La Boetie, PARIS (8), Frankreich.

FLÜSSIGKEITSLASER

Die Erfindung "betrifft Lasergeneratoren, insbesondere Laser, in denen die stimulierte Emission in einem flüssigen aktiven Medium erzielt wird.

Ein Lasergenerator weist, schematisch beschrieben, ein aktives Medium in einem Fabry-Perot-Hohlraumresonator auf, der aus zwei teilweise reflektierenden Spiegeln besteht, sowie ein dem aktiven Medium zugeordnetes Pumpsystem.

Fs sind derzeitig drei Arten aktiver Medien bekannt, d.h. ein festes aktives Medium, beispielsweise ein Rubinkristall oder ein mit Neodym dotierter Glasstab, ein gasförmiges aktives Medium, beispielsweise ein Helium-Neon-Gasgemisch, sowie ein flüssiges Medium.

Die derzeitig in Lasergeneratoren verwendeten flüssigen aktiven Medien bestehen im allgemeinen aus einem in einem Lösungsmittel aufgelösten Dotierungsstoff wie Neodym oder

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ein puderes Seltenerdmetall.

Die bekannten, derzeitig verwendeten Lösungsmittel sind verschiedener Art: es wird beispielsweise eine Mischung von Selenoxychlorid (SeOCl₂) und Zinn(IV)-chlorid (SnCl.) oder auch eine Mischung von PhosphoroxyChlorid (POCl,) und einem Metallchlorid (MCl ) verwendet, in der M unter folgenden Metallen ausgewählt werden kann: Zinn, Zirkonium, Bor, Titan usw. Diese Mischung kann manchmal auch Wasser (H«0) enthalten.

In diesen verschiedenen Lösungsmitteln wird das aktive Dotierungsmittel in bestimmten Prozentsätzen aufgelöst; beispielsweise wird Neodym in Form eines tOgewichtsprozentigen Oxids (NdpO-.) aufgelöst, wobei dieser Prozentsatz nicht verbindlich ist und in ziemlich starkem Masse variieren kann. Die Lasergeneratoren, die flüssige aktive Medien wie die oben beschriebenen verwenden, können nur in einem ziemlich begrenzten Temperaturbereich arbeiten^ ausserhalb des "beispielsweise zwischen 10° und 8O⁰C liegenden zulässigen Temperaturbereichs wird Niederschlagsbildung hervorgerufen, die sofort jede stimulierte Emission unterbindet.

Ziel der Erfindung ist, diese Nachteile zu beheben.

Ziel der Erfindung ist ebenfalls die Herstellung eine ^ Lasergenerators mit flüssigem aktiven Medium, der in einem grösseren Temperaturbereich arbeiten kann als die derzeitig vorhandenen Lasergeneratoren.

Gegenstand der Erfindung ist ein Lasergenerator mit

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flüssigem aktiven Medium, und zwar aus einem in einem Lösungsmittel aufgelösten Dotierungsstoff, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel aus einer Mischung von Hydrolyseprodukten von Thionylchlorid (SOCIp) und Antimon(V)-chlorid (SbCl₅) besteht.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Fig. hervor, die ein Prinzipschaltbild eines Lasergenerators mit flüssigem aktiven Medium darstellt.

Die Fig. veranschaulicht im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel eines Lasergenerators mit flüssigem aktiven Medium. Er umfasst einen vorzugsweise zylindrischen Raum 1 mit einer Fluidzufuhrleitung 2 und einer Fluidabflussleitung 3> die beispielsweise jeweils an den Zylinderenden angebracht sind.

Der zylindrische Raum hat lotrecht zu seiner Achse geschliffene Endflächen und trägt auf diesen zwei Spiegel 4 und 5» von denen mindestens einer mehrere dielektrische Schichten zur Laseremission aus dem aus den beiden Spiegeln 4 und 5 bestehenden Fabry-Perot-Hohlraumresonator aufweist.

Der Lasergenerator weist ausserdem ein Pumpsystem zur Anregung des flüssigen aktiven Mediums auf. Dieses Pumpsystem kf^;nn, wie schematisch in der Fig. dargestellt, als eine wendelförmig um den zylindrischen Raum 1 aufgewickelte Entladungsröhre 6 ausgebildet sein, deren Elektroden 7 und 8 mit einer

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Stromquelle 9 für die Zufuhr einer Energie verbunden sind, die dazu ausreicht, dass die Entladungsröhre eine Blitzentladung zwecks optischen Pump ens des im zylindrischen Raum 1 enthaltenen flüssigen aktiven Lasermediums hervorruft,· diese Energie wird im allgemeinen durch Kondensatorenentladung geliefert.

Ein Flüssigkeitslasergenerator kann statisch oder dynamisch arbeiten, d.h, mit einem Fluid, das sich standig im zylindrischen Raum befindet, oder einem Fluid, das ständig erneuert wird.

Einer der Lasergeneratoren zur Erprobung eines flüssigen aktiven Mediums arbeitet beispielsweise statisch. Das aktive Medium besteht aus einer Mischung von Hydrolyseprodukten von Antimon(V)-chlorid (SbC^) und Thionylchlorid (SGCIp), Unter Hydrolyseprodukten sind alle Produkte zu. verstehen, die dadurch entstehen, dass zwischen einem der beiden letzteren Stoffe und Wasser eine Reaktion bewirkt wird. Diese Mischung stellt das Lösungsmittel dar, in dem ein aktiver Dotierungsstoff, beispielsweise ein Oxid einer seltenen Erde wie Neodymoxid (NdgCU), aufgelöst ist.

Beispielsweise hat das zum Versuch verwendete aktive Medium folgende Volumenprozente: 65$ Antimonchlorid (SbCl₁-) und 35$ Thionylchlorid (SOCl₂). Das Neodymoxid wird in der Mischung dieser beiden Stoffe so aufgelöst, dass die Neodym-Konzentration (Nd-,₊ ) ungefähr 0,1 Mol pro Liter beträgt. Das

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aktive Medium weist ausserdem Wasser in einer Konzentration von 0,6 Mol pro Liter auf.

Bei einem anderen Versuch ist zu der beschriebenen Mischung zur leichteren Ausscheidung der restlichen OH-Grruppen Ti tan (IV)-Chlorid (TiCl.) hinzugefügt worden. Die Mischung aus Antimonchlorid, Thionylchlorid und Titanchlorid weist Volumenprozente von etwa 60%, 35$ bzw. 5% auf; die Konzentration des Neodyms (Nd- ) und des Wassers bleibt die gleiche.

Die Lasergeneratoren mit derartigen flüssigen aktiven Medien haben ebenso befriedigende Ergebnisse erbracht wie die mit herkömmlichen Lasergeneratoren erzielten, die mit herkömmlichen flüssigen aktiven Medien arbeiten: Es ergibt sich nämlich folgendes:

- Die Absorption dieses neuen flüssigen aktiven Mediums mit einer Wellenlange von 1,06 Mikron ist sehr schwach, und das Hinzufügen von Thionylchlorid (SOCl₂) verstärkt die Absorption überhaupt nicht.

- Die Strahlungsdauer ist stets genau so lang, d.h» sie beträgt mehr als 200 MikrοSekunden.

Dagegen ermöglichen die erfindungsgemässen flüssigen aktiven Medien, und darin besteht einer der Hauptvorteile der Erfindung, einen Betrieb des Lasergenerators in einem Temperaturbereich zwischen ungefähr -80⁰C und +70⁰C,während die aktiven Medien ohne Thionylchlorid (SOCIp) nur einen Lasergeneratorbetrieb zwischen ungefähr 10⁰C und 90⁰C zulassen·

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Claims (5)

2U3794 PATENTANSPRÜCHE

1.1 Lasergenerator rait flüssigem aktiven Medium, das aus einem in einem Lösungsmittel aufgelösten Dotierungsstoff besteht, dadurch. gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel aus einer Mischung von Hydrolyseprodukten von Thionylchlorid (SOCIp) und Antimonchlorid (SbCIf-) besteht.

2. Lasergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennz e ichne t, dass die Mischung ausserdem Titanchlorid (TiCl₄) enthält.

3. Lasergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i chne t, dass die Mischung aus Thionylchlorid (SOClp), Antimonchlorid (SbCl₁-) und Wasser besteht.

4. Lasergenerator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung im wesentlichen 65 Vol.55 Antimonchlorid (SbCl₅) und 35 Vol.# Thionylchlorid (SOCl₉) bei einer Wasserkonzentration von 0,6 Mol pro Liter aufweist.

5. Lasergenerator nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung 60 VoI .$ Antimonchlorid (SbCl₅), 35 VoI .Ji Tyionylchlorid (SOCIp) und 5 VoIS Titanchlorid (TiCl-) bei einer Wasserkonzentration von 0,6 Mol pro Liter aufweist.

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