DE2248888A1 - Lasergenerator - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

München, den 5. Oktober19?2 Erb-C 2613

GOMPAGNIE GENERÄLE D' ELECTRICIiEE

54 rue la Boetle
75382 PARIS CEDEX 08

Lasergenerator

Die Erfindung betrifft Lasergeneratoren und ist auf besonders vorteilhafte Weise für Lasergeneratoren großer Leistung mit Querfluß anwendbar.

Bekanntlich besteht ein Saslasergenerator aus einem optischen Resonanzhohlraum, der im allgemeinen von mindestens zwei reflektierenden Spiegeln gebildet ist und Einrichtungen zugeordnet ist, die in diesem Resonanzhohlraum ein erregtes Medium erzeugen, das gasförmig, fest oder flüssig sein kann.

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Ein Laserstrahl entsteht in dem Resonanzhohlraum, wenn das Medium erregt wird* Um einen Teil der in dem Laserstrahl enthaltenen Energie benutzen zu können, muß ein Teil von diesem aua dem Hohlraum herausgeführt werden.

Die bekannten Einrichtungen zum Herausführen eines Teils des sich in dem Hohlraum fortpflanzenden Laserstrahls bestehen im allgemeinen aus einem Spiegel des Hohlraums, der einen Transparenzkoeffizienten besitzt, der die Übertragung von beispielsweise ungefähr zehn Prozent der Energie gestattet, die in dem sich im Inneren des Hohlraums fortpflanzenden Laserstrahl enthalten ist·

Beispielsweise bei C02-Lasergeneratoren, die im nahen Infrarot von 10,6 /U aussenden, kann als Auetrittsspiegel des Resonanzhohlraums ein Spiegel benutzt werden, der ein transparentes Natriumchlorid-Fenster besitzt* Dieses Fenster arbsorbiert jedoch einen Teil des übertragenen Strahls, der sich im allgemeinen in Wärmeenergie umwandelt, die eine Erhitzung in diesem Fenster erzeugt und manchmal zu dessen Zerstörung führt·

Ferner sei die halbtransparente, sohrag in dem Hohlraum angeordnete Platte genannt, deren Reflexionskoeffizient ausreicht, um einen Teil des sioh in dem Laserhohlraum fortpflanzenden Strahls abzulenken.

Diese Technik der Austrittsepiegel eignet sich nur für Lasergeneratoren, die geringe Energien liefern. Da die Lasergeneratoren jedoch in letzter Zeit eine schnel-

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le Entwicklung erfahren haben und immer stärkere Energien liefern, ist es sehr schwierig, Werkstoffe zu finden, die einen sehr geringen Absorptionskoeffizienten haben. Somit ist die Lebensdauer eines Lasers aufgrund des schlechten Verhaltens der Austrittsspiegel der Hohlräume sehr gering.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Lasergenerator zu schaffen, der am Ausgang eine große Energie liefert, sowie die Lebensdauer dieser Lasergeneratoren zu erhöhen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Lasergenerator
mit einem von mehreren reflektierenden Flächen gebildeten optischen Resonanzhohlraum und Einrichtungen zum Erzeugen eines erregten Mediums im Inneren dieses Hohlraums, wobei diese reflektierenden Flächen totalreflektierende Flächen sind, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine der total«· reflektierenden Flächen mindestens zwei reflektierende Flächen verschiedener Vergenz besitzt, deren eine mindestens teilweise die andere umgibt, wobei die zentrale reflektierende Fläche eine konkave reflektierende Fläche ist.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben

sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung, die einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Lasergenerator zeigt; . . ■ <■

Auf der Figur wird die Erfindung mit einem G-aslasergenerator mit Querfluß veranschaulicht; die Erfindung ist jedoch auch auf and.ere Arten von Lasergeneratoren mit gas-

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förmigem, festem oder flüssigem Medium anwendbar.

Der auf der Figur dargestellte Generator besitzt eine Quelle für erregtes Gas, die beispielsweise aus einer Kompressionskammer 1 besteht, die mindestens zwei Zugänge und 3 für ein erstes und ein zweites Gas, beispielsweise Stickstoff und Sauerstoff, und ggf. zusätzliche Zugänge für Gas, beispielsweise Kohlendioxid oder Helium, (auf der Figur nicht dargestellt) besitzt.

Dieser Kammer 1 sind sehr schematisch dargestellte Einrichtungen 4 zugeordnet, die die Aufgabe haben, eine Reaktion zwischen diesen beiden Gasen auszulösen und dadurch ein erregtes Medium mit hohem Druck zu erzeugen.

Am Ausgang dieser Kompressionskammer ist eine Düse 5 vorgesehen, die eine Entspannung des Gases bewirkt, das in der Kompressionskammer 1 erregt und komprimiert wird. Diese Entspannung verleiht dem Gas eine sehr hohe Fortpflanzunge« geschwindigkeit in der Expansionskammer 6, in der ein optischer Resonanzhohlraum vorgesehen ist, der aus mehreren totalreflektierenden Spiegeln, beispielsweise den Spiegeln 7,8,9.10,11,12 und 13, besteht, die einen optischen Hohlraum abgrenzen, der so angeordnet ist, daß das aus der Düse 5 austretende erregte Gas im wesentlichen den ganzen Hohlraum bestreicht. Beispielsweise im Fall eines Lasergenerators hoher Leistung mit Querfluß, der beispielsweise mit C02, Stickstoff oder Helium arbeitet, können die Spiegel des Hohlraums aus polierten Platten aus rostfreiem Stahl bestehen, die mit einer reflektierenden Schicht, beispiels-

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weise Gold, bedeckt sind, da derartige Spiegel eine hohe Lebensdauer besitzten, die vorallem wesentlich höher als die der Spiegel mit multi-dielektrischer Schicht ist, die bei den geringe Energien liefernden Lasergeneratoren benutzt werden.

Zum Herausführen eines Teils des in diesem Hohlraum entstehenden Laserstrahls 15 besteht einer der Spiegel des Hohlraums, und zwar der Spiegel 12, aus einer mit zwei totalreflektierenden Schichten 17 und'18 bedeckten Platte 16, wobei die Schicht 17 vorzugsweise die ganze reflektierende Schicht 18 umgibt.

Diese Schicht 18 besteht aus einer konkaven reflektierenden Fläche, so daß die -auf diese Schicht 18 einfallenden Lichtstrahlen in einem Punkt außerhalb des Hohlrarums fokalisiert werden.

Zweckmäßigerweise ist bei einem Lasergenerator, wie er oben beschrieben wurde, der aus zwei reflektieren_ den Flächen verschiedener Vergenz bestehende Spiegel 12 möglichst nahe am Ausgang 19 der Expansionskammer 6 angeordnet, so daß die durch diese konkave reflektierende Fläche 18 fokalisierten Strahlen eine Öffnung 20 durchqueren, die in der Wand der Expansionskammer 6 möglichst nahe am Ausgang 19 vorgesehen ist, so daß der Eintritt eines Teils der umgebenden Atmosphäre, in der sich der Lasergenerator befindet, in den Hohlraum keine Störung des Laserphenomäns bewirkt, das in dem zwischen den beiden Spiegeln 8 und 13 abgegrenzten Hohlraum stattfindet«

um Ausgang des Hohlraums muß eine bestimmte Energie-

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menge erhalten werden können und diese muß sogar nach Wunsch je nach den möglichen Verwendungszwecken des Lasergenerators, wie beispielsweise Schweißen, Bohren, Erzeugung von Plasma u.s.w., geändert werden können, da bei all diesen Verwendungszwecken die erforderlichen Energien nicht unbedingt dieselben sind.

Um die aus dem Hohlraum herauszuführende Energie-Menge ändern zu können, ist also lediglich die auf die konkave Fläche 18 fallende Lichtmenge zu ändern. Dies kann auf einfache r/eise dadurch erreicht werden, daß für den Spiegel, der den Spiegel mit den beiden Flächen verschiedener Vergenz mit den anderen, den Hohlraum bildenden Spiegeln koppelt, ein Spiegel benutzt wird, der eine mehr oder weniger starke Beleuchtung der konkaven Fläche 18 gestattet. Auf der Figur ist der den Spiegel 12 mit den übrigen Spiegeln des Hohlraums koppelnde Spiegel der konkave Spiegel 11, so daß durch ^ahl dessen .Brennweite und dessen Stellung gegenüber dem Spiegel 12 die auf die Schicht 18 fallende Lichtmenge bestimmt werden kann.

Um eine größere Austrittsenergie zu erreichen, muß auf die Fläche 18 der größere Teil der im Inneren des Hohlraums sich fortpflanzenden Strahlen konzentriert werden, während zum Erhalten einer geringeren Austrittsenergie die Abmessungen dea Strahls vergrößert werden müssen, so daß weniger Energie auf die konkave Fläche 18 fällt.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   \y Lasergenerator mit einem von mehreren reflektierenden Flächen gebildeten optischen Resonanzhohlraum und Einrichtungen zum Erzeugen eines erregten Mediums im Inneren dieses Hohlraums, wobei diese reflektierenden Flächen totalreflektierende Flächen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine der totalreflektierenden Flächen mindestens zwei reflektierende !'lachen verschiedener Vergenz besitzt, deren eine mindestens teilweise die andere umgibt, wobei die zentrale reflektierende Fläche eine konkave reflektierende Fläche ist.
2. 2. Lasergenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine dieser totalreflektierenden Flächen, die nicht die die beiden Flächen verschiedener Vergenz aufweisende Fläche ist, aus einer totalreflektierenden Fläche besteht, deren Yergenz nicht Hull ist.

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