DE2235227A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung kohaerenter strahlen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erzeugung kohaerenter strahlen

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DE2235227A1
DE2235227A1 DE2235227A DE2235227A DE2235227A1 DE 2235227 A1 DE2235227 A1 DE 2235227A1 DE 2235227 A DE2235227 A DE 2235227A DE 2235227 A DE2235227 A DE 2235227A DE 2235227 A1 DE2235227 A1 DE 2235227A1
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Norman Thomas Jewell
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    • 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
    • H01S3/095—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using chemical or thermal pumping
    • H01S3/0951—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using chemical or thermal pumping by increasing the pressure in the laser gas medium
    • H01S3/0953—Gas dynamic lasers, i.e. with expansion of the laser gas medium to supersonic flow speeds

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Description

Rolls-Royoe (1971) Limited, London, England.
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung kohärenter Strahlen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung kohärenter elektromagnetischer Strahlen durch Einführung eines Lasers in ein gasförmiges Medium. Insbesondere betrifft die Erfindung die Benutzung einer mit kontinuierlicher Verbrennung arbeitenden Einrichtung, z.B. eines Gasturbinenstrahltriebwerks zur Erzeugung von Laserstrahlen.
Gewisse Gase können als Lasermedium in verschiedener Weise benutzt werden, z.B.:
sie können elektrisch erregt werden und zwar entweder in der Strömung oder im nicht-strömenden Zustand; es können chemische Reaktionen in geeigneten Gasmischungen .
erzeugt werden, die zu einer Laserwirkung führen; sie können thermisch oder optisch gepumpt werden; es kann eine schnelle durch aerodynamische Expansion erzeugte
Abkühlung benutzt werden;
die Mischung von nicht im Gleichgewicht befindlichen Gasströmen ist ein anderes bekanntes Verfahren.
Die vorstehende Aufstellung zählt alle Möglichkelten nicht auf.
Das Ziel aller Verfahren zur Erzeugung eines Laserstrahls besteht darin, eine Populationsinversion der Moleküle des Lasermediums zu erzeugen, das im vorliegenden Fall gasförmig ist.
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-2- 223522?
Im weitesten Sinne kann daher die Erfindung definiert' werden als ■Verfahren zur Erzeugung eines Laserstrahls, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß Gase von einer eine kontinuierliche Verbrennung tragenden Vorrichtung abgezapft werden und daß in den Anzapfgasstrom wenigstens eine zusätzliche Substanz eingespritzt wird, um eine Gasmischung zu erzeugen, die geeignet ist, eine Laserwirkung zu tragen und daß dann eine Populationsinversion in wenigstens einem der Bestandteile der Gasmischung erzeugt wird, wobei die so entstandene Laserstrahlung benutzt wird, um einen Laserstrahl zu erzeugen.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung mit kontinuierlicher Verbrennung ein Gasturbinenstrahltriebwerk, welches Brannstoffe verbrennt, die normalerweise bei einem solchen Triebwerk benutzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Gase vom Kompressor des Gasturbinenstrahltriebwerks abgezapft.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Anzapfgase Brenngase, die aus der Turbine abgezapft sind.
Vorzugsweise sind die zusätzlichen Substanzen, die in die Anzapfgase eingespritzt werden, aus jener Gruppe gewählt, die Zyan, Kohlenstoffdisulfid, Stickstoff, Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, Luft, feinverteiltem Kohlenstoff und Kohlenwasserstoff-Brennstoffen ausgewählt ist.
Vorzugsweise wird die Populationsinversion mittels einer aerodynamischen Ausdehnung der Gasmischung erreicht.
Vorzugsweise wird ein eine optische Resonanz aufweisender Hohlraum benutzt, um einen Laserstrahl aus den Laserstrahlen zu erzeugen, die von der Populationsinversion herrühren.
Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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¥m die Laserwirkung zu tragen, müssen spezielle gasförmige Lasermedien Zusammensetzungen aufweisen, die hinsichtlich gewisser Grenzer und Bestandteile nicht abweichen. Bei Anwendung in einem Gasturbinenstrahltriebwerk kann das Lasermedium beispielsweise Kohlendioxyd sein, von dem ein Teil aus den Anzapfgasen der Gasturbine entnommen wird. Da Jedoch das Kohlenstoffmolekül drei Vibrationsfreiheitsgrade besitzt, besteht eine wirksamere Vorrichtung zur Ausnutzung der verfügbaren thermischen Energie des Systems darin, das Kohlendioxyd mit einer geeigneten Menge von Gas, z.B. Stickstoff (N2) zu mischen. Stickstoff hat einen einzigen Vibrationsfreiheitsgrad, dessen Energiepegel einen Resonanzvibratlonsenergieaustausch mit dem oberen Laserenergiepegel ermöglichen. Außerdem ist die Relaxionszeit von Homopolarmolekülen, wie z.B. N2, lang und führt dazu, daß Np als Energiepumpe für den oberen Laserpegel im CO2 wirkt. Wiederum kann im Falle vorliegender Erfindung der notwendige Stickstoff durch das Gasturbinenstrahltriebwerk geliefert werden.
Die beiden erwähnten Gase sind notwendig zur Durchführung der Erfindung, jedoch sind diese Gase ungeeignet, ein Lasersystem hoher Leistung zu erzeugen. Es müssen geringe Menge anderer Substanzen sogenannter "Relaxionsraittel" vorhanden sein, um eine schnelle und selektive Entregung der unteren Energiepegel der Lasermedien zu gewährleisten. Beispiele solcher Relaxionsmittel sind Wasserdampf und Schwefeldioxyd. Wenn die Relaxionsmittel in größeren Mengan vorhanden sind und wenn andere Substanzen zugegen sind wie Sauerstoff oder Kohlenmonoxyd, wird die Laserwirkung vermindert.
Die vorstehenden Betrachtungen zeigen die Notwendigkeit auf, die Zusammensetzung der von der Turbine abgezapften Gase durch Einspritzen weiterer Substanzen einzustellen.
Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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223522?'
Pig. 1 eine sohematische Ansicht einer ersten Ausftür ungsform , bei der Abzapfgase aus der Brennkammer eines Gasturbinenstrahltriebwerks entnommen werden,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer zweiten A us fiilr ungsform der Erfindung, bei .welcher die Abzapfgase vom Kompressor eines Gasturbinenstrahltriebwerks abgezapft werden,
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie IH-III gemäß Fig.l bzw. 2,
Fig. 4 die Lage des optischen Hohlraums in Beziehung zu den Düsen in einer Ansicht gemäß dem Pfeil IV in Fig.2,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines anderen Verfahrens'zur Anordnung des optischen Hohlraums in Verbindung mit Expansions- und Diffusionsdüsen.
In Fig.l bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Gasturbinenstrahltriebwerk, wie es als Flugzeugantrieb,z.B. zum Antrieb von Jagdflugzeugen, benutzt wird. Das Triebwerk weist einen Kompressor 2, eine Verbrennungseinrichtung 3 und eine Turbine 4 auf, die im Abgaskanal und einer Düse 5 mündet. Bei 6 werden Verbrennungsgase aus der Brennkammer oder den Brennkammern abgezapft und über eine Leitung 1J einer Reservoir-Brennkammer 8 zugeführt, deren Zweck darin besteht, die Druckfluktuationen zu glätten und eine Mischung und/oder Verbrennung der abgezapften'Gase mit anderen Substanzen, z.B. Brennstoff, zu «'möglichen, die bei 9 .oder bei anderen nicht-dargesteilten Punkten in den Strom der abgezapften Gase eingespritzt werden.
Das Reservoir muß offensichtlich so beschaffen sein, daß es der Hitze der abgezapften Gase widerstehen kann. Außerdem muß das Reservoir auch als Brennkammer ausgebildet sein, wenn nicht inerte Substanzen eingespritzt werden, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn die Gastemperatur des abgezapften Gasstromes zu niedrig ist oder die Mischung der Zusammensetzung nicht in richtiger Weise eingestellt werden kann, ohne solche Substanzen zuzufügen.
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Typische Verbrennungsprodukte moderner Gasturbinenstrahltriebwerke, die zur Verwirklichung der Erfindung benutzt werden können, sind in der Tabelle I zusammengestellt. Auch die Zusammensetzung, die für den Träger der Laserwirkung nach der aerodynamischen Expansion erforderlich ist, kannais der Tabelle abgelesen werden, ebenso der Status der verschiedenen Bestandteile inbezug auf den Träger der Laserwirkung in der Mischung.
T*elle I Zahl der MOL-#
einer Mischung, er
forderlich zum Tragen
der Laserwirkung
Typische M0L-#
Zustand der^erbrennungs-		 70 - 90$
Bestandteile Energie- 76.99
pumpen		 5 - 25$
N2 Laser- 2.79
mittel		 bis zu 20# H2O zulässii
CO2 2.75
Relaxions-
mittel <0.1
H2O
so2 		0.9 führt zu einer Reduk
tion der Laserwirkung
Ar Zusätzliche <0.1
Gase, die zu-.,,- ^
sätzliche Ver±°°
luste erzeugen
können
CO
2
'Dieser Wert liefert im Hinblick auf die Expansionsdüse eine geeignete Expansionsrate; je größer der Wassergehalt desto größer ist die Expansionsrate.
Die Temperatur unmittelbar vor der Expansion der MJashung ist ebenfalls von Wichtigkeit, wenn hohe Laserleistungen durch dieses Verfahren erzeugt werden sollen. Die optimale Temperatur für ftischungen der Tabelle I hängen z.B. vom Druck, von der Zusammen-
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.6- 223522?
setzung und der Düsenausbildung ab und sie können in einem Bereich zwischen 12000K und 2400°K liegen. Die Austrittstemperatur bei einei Gasturbinenbrennkammer kann etwa 1200° b-ls l600°K betragen.
In Anbetracht obiger Ausführungen und im Hinblick auf die Tabelle I wird es klar, daß die Zusammensetzung und/oder Toiperatur der Gase, die vom Verbrennungsteil des Gasturbinenstrahltriebwerks abgezapft werden müssen, einer Einstellung bedürfen. Dies kann z.B. dadurch bewirkt werden,daß zusätzlich Brennstoff in den Brennkammerprodukten verbrannt wird, wodurch ihr Aequivalenzverhältnis angehoben wird. Dieses Aequivalenzverhältnis ist definiert als
Verhältnis von:
Brennstoff-Luft-Verhältnis der Mischung
Brennstoff-Luft-Verhältnis der s toi chicane tr i sehen Mischung
Beispiele von Laser-Wirkungen, die von der Expansion von Brennkammerprodukten bei aequivalenten Verhältnissen im Bereich zwischen 0,4 und 0,8 möglich sind, werden in der Tabelle II aufgeführt. Wie oben erwähntest es notwendig, daß diese Aequivalenzverhältnisse allgemein höher sind als gewöhnlich im Normalbetrieb von Luftfahrzeugen.
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Tabelle Aequivalenzverhältnis II 0.59 O.85
Reservoirdruck
(Atmosphäre)		 16 16
Stagnierende Gesamt
temperatur		 0.38 2000 .' 2400
MOL-# N2 16 75 • 73
CO2 16OO 8.1 11
H2O 76 . 7.7 11
0o , 5 7.9 2.5
5
12
Kleine Signalverstärkung+'
{% cm) O.78 I.03 O.83
Plächenexpansions verhältnis
für minimale Länge mit einer 55 55 55
mit Kontur versehenen 2D-Düse
Einschnitliungshöhe 0,2mm
Idealleistung kW/kg der Strömung (ohne Verluste) 33 44 48
"^Kleine Signalverstärkung" ist ein Maß der Verstärkung pro Längeneinheit eines Strahles einer Strahlung bei der Laserausgangswellen länge, die das Lasermedium nicht merklich stört.
Es sind größere Bereiche von Bedingungen möglich als die in der Tabelle II dargestellten und die exakten Bedingungen von Druck und Temperatur, die jeweils gewählt werden, hängen von ingenieurmäßigen Betrachtungen und der Verfügbarkeit von Abzapfgas ab und außerdem von der maximalen Temperatur, die die Düsen aushalten können. In jedem Falle wird die Düse für maximale Verstärkung und Leistung ausgelegt.
Die Beispiele der Tabelle II befassen sich mit der Verbrennung von Brennstoff in Anzapfgasen, wie es technisch gesprochen zweck-
3 Oil 8 07/08
mäßig erscheint. Es können jedoch auch andere Substanzen, z.B. Kohlendioxyd,bei 9 zugeführt werden, um Mischungen zu erzeugen, die eine verbesserte Laserwirkung ergeben.
Beispiele von Brennstoffen und Substanzen, die in diesem Zusammenhang benutzbar sind, stellen folgende Stoffe dar: Flugzeug-Kerosin, verschiedene andere Kohlenwasserstoff-Brennstoffe, Stickstoff, Kohlenstoffdisulfid, Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, Luft, Zyan und feinverteilter Kohlenstoff.
Nachdem in der Reservoir-Brennkammer 8 die geeignete Mischung erhalten ist, werden die Gase durch die Konvergent-Divergent-Düsen geleitet, die derart beschaffen ist, daß eine Überschallströmung an der Einschnürung und im divergenten Teil der Düsen erzeugt wird. Die Düsen sind gedrosselt. Obgleich nur eine Düse in Pig.l der Übersichtlichkeit wegen dargestellt ist, muß festgestellt werden, daß mehrere Düsen gemäß Fig.3 angeordnet sind (Fig.3 stellt einen Querschnitt einer Z-Düsenanordnung dar, wobei die Schnittlinie in Fig.l und Fig.2 mit III-III gekennzeichnet ist.
Die Düsen können von jener Bauart sein, die als "Schlitzdüsen" oder "2-D" (2-Dimensionale) Düsen bezeichnet werden und sie sind in der Weise angeordnet, daß ein genügend langer optischer Pfad in einem optischen Hohlraum G vorgesehen ist.
Stattdessen könnten axial symmetrische Düsen vorgesehen werden, die höhere Expansionsraten ermöglichen und bewirken, daß die Strömung genügend gleichförmig ist. Derartige Düsen sind einer hohen Stagnationstemperatur und hohem Druck unterworfen und können eine Abkühlung erfordern, die vorgenommen wird, indem z.B. ein Kühlmittel (Flüssigkeit oder Gas) durch Kanäle innerhalb der Düsenanordnung strömt oder indem ein Film von Kühlgas über die Oberfläche der Düsen geleitet wird.
Wenn die Strömung in einem Unterschallbereich der Düse gewendet wird, so daß die Auslaßströmung in einem Winkel gegenüber der Ein-
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laßströmung angestellt ist, kann dies die Größe der Vorrichtung verringern. In Fig.5 ist nicht nur die Strömung um einen Winkel in der Expanslonsdüse 18 der Vorrichtung abgelenkt, sondern der Diffusorteil 19 ist in gleicher Weise ausgebildet. Die Anordnung ist die einer DoppelüberschallwendedUse, wobei der Laserhohlraum C zwischen den beiden Gruppen von Düsen angeordnet ist. Diese Ausbildung vermeidet den sich erweiternden Abschnitt der Reservoir-Brennkammer 8, der am besten aus Pig.4 ersichtlich ist und der sonst notwendig ist, um den Ausgang der Kammer dem Düsenabschnitt 10 anzupassen.
Wie aus Fig.5 ersichtlich, können die Düsen 18,19 von einer Reihe stromlinienförmig gestalteter Leitschaufeln gebildet werden, wie diese beispielsweise in Gasturbinenstrahltriebwerken benutzt werden. Eine Anordnung von Düsenleitschaufein könnte ebenfalls bei den Ausführungsbeispielen nach Fig.l und 2 benutzt werden, obglei-ch diese in diesem Falle nicht erforderlich wären, um den Gasstrom um einen Winkel in den Laserhohlraum bzw. aus diesem heraus abzulenken. Diese Schaufeln könnten mit einer Innenkühlung versehen sein, damit sie hohen Temperaturen standhalten können.
Im folgenden wird auf die Fig.l bis 4 der Zeichnung bezuggenommen. Der optische Hohlraum C in der Expansionskamraer Il bewirkt eine "Resonanz", d.h. jegliche Laserstrahlung, die von der Populationsinversion herrührt, wird nach hinten und vorn längs des optischen Pfades durch geeignet gestaltete Spiegel an beiden Enden des Hohlraumes C reflektiert, wodurch eine weitere Laseremission stimuliert wird. Der optische Pfad liegt so quer zur Gasströmung durch die Düsen und parallel zu der Düsenreihe, wie aus Fig. 4 ersichtlich (die Fig.4 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeiles IV gemäß Fig.2).
Unter der Annahme, daß der optische Hohlraum C richtig konstruiert, ausgerichtet und angeordnet ist, wird ein Laserstrahl 12 erzeugt, wenn die Bedingungen in dem Gasstrom mit den obehbeschriebenen Forderungen übereinstimmen.
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Nach Durchtritt durch den optischen Hohlraum C und voller Ausdehnung in der Expansionskammer 11 liegt der Druck auf einem kleinen Wert und wenn das Plugzeug nicht in großer Höhe fliegt, dann wird der Druck in der Kammer 11 wahrscheinlich niedriger sein als der atmosphärische Druck oder der Druck im Strahlrohr. Da aber die Abgase vorzugsweise in das Strahlrohr zur Schuberhöhung oder auch sonst nach außen abgeleitet werden müssen, ist es notwendig, einen Kompressor 13 und einen Abgaskanal 14 vorzusehen. Falls erforderlich, kann der Kompressor 13 die Abgase auf einen geeigneten Wert komprimieren, um sie nach der Atmosphäre oder in das Strahlrohr 5 über den Kanal 14 auszustoßen, wobei gleichzeitig ein genügend niedriger Druck in der Expansionskammer 11 erhalten bleibt.
Der Kompressor 13 kann als Zubehörmaschine eines Gasturbinenstrahltriebwerks angetrieben werden.
Stattdessen kann eine Diffusoreinheit anstelle des Kompressors 13 benutzt werden, um die Gase aus der Kammer 11 abzuziehen.
Im folgenden wird auf Fig.2 der Zeichnung bezuggenommen. Diese Figur zeigt schematisch eine zweite Ausführungsfi) rm der Erfindung. Wiederum wird ein Gasturbinenstrahltriebwerk 1 benutzt, um Anzapfgase zuzuführen. In diesem Falle werden diese Gase jedoch vom Druckkompressor HP2 des Kompressors 2 des Triebwerks abgezapft. Um einen Gasstrom der erforderlichen Temperatur, Druck und Zusammensetzung zu erzielen, ist es notwendig, einen Brennstoff in die Abzapfgase bei 15 einzuspritzen und zusätzlich andere Substanzen bei 16 zuzuführen.
Geeignete Brennstoffe sind z.B. Benzol, Kerosin, Acetylen und Äthylen, d.h. allgemein Kohlenwasserstoff-Brennstoffe. Als reaktive Additive können Zyan oder Kohlenmonoxyd zugesetzt werden, die auch als Brennstoff klassifiziert werden könnten. Als nicht-reaktiver Zusatz könnte Stickstoff oder COp zugeführt werden. Beispiele von
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Ker«osin-Luft-Verbrennung und der Verbrennung von Benzolen mit nicht reaktiven Additiven, wodurch eine Laserwirkung erzielt wird, ist in Tabelle IV aufgeführt.
Tabelle ^f 1ΪΪ
ggc am
Anteil von Luft vom Massenströmung von Brennstoff und
Kompressor Additiven für Äquivalenzverhältnis
von 0,6 (kg/sec).
0.963 0.037 Kerosin
Keine Additive
O.396 O.O28 (C^) Benzole
Additive 0,09
Nach Verbrennung und Mischung in der Brennkammer 17 tritt das Gemisch in die Düsen 10 und die iSxpansionskammer 11 ein, die den optischen Hohlraum C umfaßt, wo der Laserstrahl 12 erzeugt wird. Dann wird das Gasgemisch in die Atmosphäre oder das Strahlrohr 5 über einen Kompressor I3 oder einen Diffusor oder einen Kanal 14 abgeführt. Der Teil stromunterseitig der Brennkammer 17 ist im wesentlichen der gleiche wie jener bei dem ersterwähnten Ausführungsbeispiel. Deshalb ist keine weitere Beschreibung erforderlich.
Bei Verwendung eines so beschriebenen Apparates wird es mögttch, einen Laserstrahl zu erzeugen, der eine ausreichende Leistung besitzt, um eine defensive oder offensive Rolle zu spielen.
Moderne Gasturbinen sind in der Lage, Massenströmungen von mehr als 25 kg/sec zu erzeugen, wovon 10$ leicht abgezapft werden können. Von der Gesamtenergie, die in dem abgezapften Gas enthalten ist, können ungefähr 40 kW/kg/sec potentiell für eine Laserwirkung be-
309807/08U
nutzt werden, die Kohlendioxyd als Lasermittel benutzt; wenn bei einer solchen Einrichtung ein Viertel bis zur Hälfte der potentiellen Laserleistung realisiert würde, dann würden 10 bis 20 kW/kg/sec erlangt werden, d.h. eine Gesaratleistung von 25 bis 50 kW.
•A Pa tentans prüche :
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Claims (33)

  1. Patentansprüche :
    /l. !verfahren zur Erzeugung eines Laserstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß Gase von einer eine kontinuierliche Verbrennung tragenden Vorrichtung (1) abgezapft werden, daß in die Abzapfgase wenigstens eine zusätzliche Substanz injiziert wird, um eine gasförmii ge Mischung zu erhalten, deren Zusammensetzung als Träger der Laserwirkung geeignet ist, daß in wenigstens einem der Bestandteile der gasförmigen Mischung eine Populationsinversion erzeugt wird und daß die hieraus resultierende Laserstrahlung benutzt wird, um einen Laserstrahl (12) zu erzeugen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die kontinuietliche Verbrennung tragende Einrichtung ein Gasturbinenstrahltriebwerk (1) ist.
  3. j5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzei chnet, daß die Abzapfgase vom Kompressor (2) des Gasturbinenstrahltriebwerks abgezogen werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennz ei chnet, daß die Abzapfgase Brenngase aus der Gasturbine sind.
  5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzei chnet, daß die zusätzlichen Substanzen, die in die Anzapfgase injiziert werden, aus der Gruppe ausgewählt sind, die Kohlenstoff-Brennstoffe, Kohlenmonoxid, Kohlendioxyd, Stickstoff, Luft, Kohlenstoff disulf id, Zyan und feinverteilten Kohlenstoff enthält.
    3 0 ci; i 07/08U
    ,. 2235727
  6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    wenigstens daß die Populationsinversion in/einem der gasförmigen Bestandteile durch aerodynamische Expansion in der Gasmischung erfolgt.
  7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Resonanzhohlraum (C) vorgesehen ist, um einen Laserstrahl (12)' aus der von der Populationsinversion resultierenden Strahlung zu erzeugen.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch j5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abzapfgase vom Hochdruckkompressor (HP2) abgezapft werden und einer Brennkammer (17) zugeführt werden und daß wenigstens ein Kohlenwasserstoff-Brennstoff darin injiziert und verbrannt wird, um eine gasförmige Mischung zu erhalten, die in der Lage ist, die Laserwirkung zu tragen.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzei chnet , daß eine oder mehrere Substanzen in die Brennkammer injiziert werden und daß die weiteren Substanzen aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Luft, Stickstoff, Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, Kohlenstoff disulfid und Zyan umfaßt.
  10. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Mischung aerodynamisch durch eine Anordnung von Expansionsdüsen (10) in und durch einen optischen Resonanzhohlraum (C) expandiert wird und daß die Gasmischung dann aus der Einrichtung ausgestoßen wird.
    ι o fi ι η 7 / η η /»u
    - 15. - 223572?
  11. 11. Verfahren nach Anbruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dai3 die Abzapfgase Brenngase sind, die vom Auslaß der Brennkammer des Gasturbinenstrahltriebwerks abgezogen werden und daß die abgezogenen Gase einer .Reservoirkammer (8) zugeführt werden, in der wenigstens eine zusätzliche Substanz eingespritzt wird, um eine gasförmige Mischung zu erzeugen, die die Laserwirkung trägt.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch ge k e η η ζ e i c h η e t , daß die zusätzlichen Substanzen, welche in den Gas ström eingespritzt werden, aus der Gruppe ausgewählt sind, die Kohlenwasserstoff-Brennstoffe, Kohlendioxyd, Kohlenmonoxid, ^Kohlenstoffdisalfid, Stickstoff, Luft, Zyan und feinverteilten Kohlenstoff umfaßt.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzei chnet, daß ein Kohlenwasserstoff-Brennstoff eingespritzt wird und daß die Reservoirkammer (8) die Verbrennung trägt, wobei die resultierende Gasmischung aerodynamisch durch eine Reihe von Expansionsdüsen (10) in einen optischen Resonanzhohlraum (C) expandiert wird, von wo aus das Gasgemisch ausgestoßen wird.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzei chnet,* daß die Abgase in den Abgasabschnitt (5) des Gasturbinenstrahltriebwerks nach Kompression auf dem im Äbgasabschnitt des Gasturbinenstrahltriebwerks herrschenden Umgebungsdruck •eingespritzt werden.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch g e k e η η ζ e i c .h η e t , daß die Abgase, falls erforderlich, nach Kompression auf Umgebungsdruck in die Atmosphäre ausgesteß&n werden,.
    3Ο9807/ΰ·844
  16. 16. Verfahren zur Erzeugung eines Laserstrahls, dadurch gekennzeichnet,
    daß er eine Einrichtung (1) mit kontinuierlicher Verbrennung und Mittel (6) umfaßt, um Gase hieraus abzuziehen, daß Mittel vorgesehen sind, um den Anzapfgasstrom eine oder mehrere zusätzliche Substanzen einzuspritzen und dadurch eine gasförmige Mischung zu erhalten, deren Zusammensetzung geeignet ist, die Laserwirkung zu tragen, daß eine aerodynamische Expansionseinrichtung (10) eine Populationsinversion in einem oder mehreren Bestandteilen der gasförmigen Mischung erzeugt, daß Mittel (11) vorgesehen sind, durch die die hieraus resultierende Laserstrahlung benutzt wird, um einen Laserstrahl (12) zu erzeugen, und daß Mittel (13,14) vorgesehen sind, durch welche die gasförmige Mischung aus dem Bereich des optischen Hohlraums (C) ausgestoßen wird.
  17. 17· Einrichtung nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorrichtung mit kontinuierlicher Verbrennung ein Gasturbinenstrahltriebwerk (1) ist.
  18. 18. Einrichtung nach Anspruch 17*
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Anzapfgase vom Kompressorteil (2) des Gasturbinentriebwerks (1) abgezogen werden.
  19. 19. Einrichtung nach Anspruch 17*
    dadurch gekennzeichnet ,
    daß die Abzapfgase Verbrennungsgase vom Gasturbinentriebwerk (1) sind.
  20. 20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzei chnet ,
    daß die zusätzlichen Substanzen, die in die Anzapfgasströme eingespritzt werden, aus jener Gruppe ausgewählt sind, die Kohlenwasserstoff-Brennstoffe, Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, Kohlenstoffdisulfid, Zyan, Stickstoff, Luft und feinverteilten Kohlenstoff umfaßt.
    3 0 fi 8 0 7 / 0 8
  21. 21. Einrichtung nach den^Ansprüchen 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, .daß eine Reservoirkammer (8) vorgesehen ist, in der die Anzapfgase und die zusätzlichen Substanzen gemischt werden, um die gasförmige Mischung zu erzeugen.
  22. 22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzei ohne t , daß die Reservdirkammer (8) als Verbrennungskammer zur Verbrennung exothermisch-reaktiver Zusätze ausgebildet ist.
  23. 23. Einrichtung nach den· Ansprüchen 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine aerodynamische Expansionsvorrichtung (10) eine Populationsinversion in einem oder mehreren der Bestandteile/gasförmigen Mischung erzeugt und daß diese Expansionsvorrichtung wenigstens eine Reihe von Expansionsdüsen (10) aufweist, die eine Überschallströmung der Mischung verursachen.
  24. 24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsdüse (10) aus mehreren Konvergent-Divergent-Düsen besteht.
  25. 25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe von Expansionsdüsen aus mehreren im Abstand zueinander angeordneten stromlinienförmig gestalteten Schaufeln (.18) besteht, die in wenigstens einer Reihe angeordnet sind.
  26. 26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln in einer Überschall-Ablenkdüse enthalten sind, die die Richtung der Gasströmung ändert, bevor.die.Gasmischung in den Bereich optischer Aktivität (C) gelangt,..;,, ^ .,V;
    3 ηf! -: t) 7 ■ η ü t* h
    - «* - 223α22 /
  27. 27· Einrichtung nach Anspruch 26,
    dadurch gekennzeichnet,
    die
    daß Mittel vorgesehen sind, die/Laserstrahlung benutzen, welche von der aerodynamischen Expansion herrührt, um einen Laserstrahl zu erzeugen, und daß diese Mittel aus einen optischen Resonanzhohlraum (C) bestehen, der stromunterseitig der aerodynamischen Expansionsvorrichtung (10,18) angeordnet ist, und daß dieser Hohl· raum mit seiner Hauptachse quer zur Strömungsrichtung durch die Expansionsvorrichtung verläuft.
  28. 28. Einrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet,
    daß die gasförmige Mischung aus dem Bereich optischer Aktivität (C,C) durch wenigstens einen Kompressor (I3) abgesaugt wird, der die Mischung aus dem Bereich optischer Aktivität entfernt und diese selektiv komprimiert und die Mischung nach dem Kanal gelangen läßt.
  29. 29. Einrichtung nach Anspruch 28,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kanal (14) die Abgase nach dem Abgasteil (5) des Gastur binenstrahltriebwerks (1) gelangen läßt.
  30. 30. Einrichtung nach Anspruch 28,
    dadurch gekennzei chnet,
    daß der Kanal (14) die Abgase nach der Atmosphäre gelangen läßt.
  31. 31. Einrichtung nach Anspruch 28,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kompressor (I3) einen beschaufelten Rotor aufweist, der als Hilfsmaschine des Gasturbinenstrahltriebwerks (1) läuft und von diesem angetrieben wird.
    309807/0844
    2235P27
  32. 32. Einrichtung nach den Ansprüchen 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Mischung aus dem Bereich optischer Aktivität (C,C) durch wenigstens einen Diffusor abgefährt wird.
  33. 33. Einrichtung nach Anspruch 28 oder 32, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Abführung der gasförmigen Mischung aus dem Bereich optischer Aktivität (C,C) außerdem wenigstens eine Reihe von Leitschaufeln/aufwreisfen, die~in einer Übers challwendedüse angeordnet sind, die die Richtung der Gasströmung nach Austritt der gasförmigen Mischung aus dem Bereich optischer Aktivität (C,C')ändert. .
    9807/0 84
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2546415A1 (de) * 1974-10-17 1976-04-22 Avco Everett Res Lab Inc Verfahren zur herstellung eines laserfaehigen gasgemisches
DE2456759A1 (de) * 1974-11-30 1976-08-12 Messerschmitt Boelkow Blohm Verfahren zur anregung eines gasdynamischen co tief 2-hochleistungslasers

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4013976A (en) * 1971-07-20 1977-03-22 Rolls-Royce (1971) Limited Gas dynamic lasers
FR2303396A2 (fr) * 1975-01-21 1976-10-01 Rolls Royce Perfectionnements aux procedes et dispositifs permettant de produire un faisceau laser
JPS51134760A (en) * 1975-05-16 1976-11-22 Kubota Ltd Method of forming connecting socket at plastic tube end
JPS5324367A (en) * 1976-08-18 1978-03-07 Sekisui Chemical Co Ltd Method of manufacture of reinforced thermooplastic resin pipe having receiving inlet
JPS59103717A (ja) * 1982-12-04 1984-06-15 Asia Kinzoku Kogyo Kk 縮小口部成形方法
US5384802A (en) * 1992-10-20 1995-01-24 Lockheed Corporation Laser apparatus
US8012435B2 (en) * 1999-12-30 2011-09-06 Thomas Merritt Natural gas production utilizing a gas dynamic laser, with cogeneration of electrical power
US8263026B2 (en) * 1999-12-30 2012-09-11 Pet Projects Inc. System and method for the production of natural gas utilizing a laser
WO2003076117A1 (en) * 2002-03-14 2003-09-18 Hitachi Zosen Corporation Method and device for prevention of adhesion of dirt and contamination on optical parts in laser beam machine
US7747237B2 (en) * 2004-04-09 2010-06-29 Skyworks Solutions, Inc. High agility frequency synthesizer phase-locked loop
CN103972771A (zh) * 2013-08-23 2014-08-06 中国人民解放军国防科学技术大学 一种循环式激光器
CN106092592A (zh) * 2016-08-03 2016-11-09 安阳全丰航空植保科技股份有限公司 农用植保直升机发动机排气系统优化试验装置
RU2730098C1 (ru) * 2019-11-19 2020-08-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") Газодинамический лазер
CN113617750B (zh) * 2021-06-25 2022-05-24 北京空间机电研究所 主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2546415A1 (de) * 1974-10-17 1976-04-22 Avco Everett Res Lab Inc Verfahren zur herstellung eines laserfaehigen gasgemisches
DE2456759A1 (de) * 1974-11-30 1976-08-12 Messerschmitt Boelkow Blohm Verfahren zur anregung eines gasdynamischen co tief 2-hochleistungslasers

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