DE2305398A1

DE2305398A1 - Vorrichtung zum erzeugen stimulierter infrarotemission (iraser) mittels einer elektrischen entladung in einem gasgemisch, das mindestens kohlendioxyd und wasserdampf enthaelt, und elektrische entladungsroehre zur anwendung in einer solchen vorrichtung

Info

Publication number: DE2305398A1
Application number: DE2305398A
Authority: DE
Inventors: Abraham Timmermans; Robertus Laurentius Cleme Vaan
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-02-21
Filing date: 1973-02-03
Publication date: 1973-08-30
Also published as: NL7202271A; CA990389A; DE2305398C3; DE2305398B2; FR2173093B1; JPS5629397B2; FR2173093A1; US3855543A; NL161928C; JPS4897493A; GB1355317A

Description

FHN. 6125.

ftnrfftr: RV Philips' GloeHampenfabiWw

** 3?HN- 6123
2. Febr. 1973

Vorrichtung zum Erzeugen stimulierter Infrarotemission (iraser) mittels einer elektrischen Entladung in einem Gasgemisch, das mindestens Kohlendioxyd und Wasserdampf enthält, und elektrische Entladungsröhre zur Anwendung in einer solchen Vorrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen stimulierter Infrarotemission (iraser) mittels einer elektrischen Entladung in einem Gasgemisch, das mindestens Kohlendioxyd und Wasserdampf enthält, welches Gasgemisch mit einer Menge Zeolith in Kontakt ist, die völlig oder teilweise mit Wasserdampf gesättigt ist. Die obenstehende
Vorrichtung.und Röhre sind aus der niederländischen Offenlegungsschrift 6802135 bekannt. Der im Zeolith aufgenommene Wasserdampf muss den Wasserdampfdruck in der Entladungsröhre auf dem richtigen Wert halten, wenn
unter dem Einfluss der Entladung Wasserdampf in den Elektroden oder der Röhrenwand verschwindet oder sich zersetzt. Der vorhandene Wasserdampf
fördert die stimulierte Emission durch die beschleunigte Verringerung der

309835/0864

-2- PHH. 6123.

Besetzung des unteren Niveaus, das an dem stimulierten TTebergang des Kohlendioxyds beteiligt ist.

Eine Schwierigkeit bei der bekannten Vorrichtung ist die, dass ein Thermostat für das Zeolith notwendig ist, weil der Wasserdampfdruck oberhalb des Zeolithe stark temperaturabhängig ist. Ein Thermostat macht einen derartigen Iraser bei der übrigens verhältnismässig einfachen Anordnung desselben beträchtlich verwickelter und teuerer.

Die Erfindung bezweckt, in dieser Hinsicht eine Verbesserung zu schaffen.

In einer Vorrichtung zum Erzeugen stimulierter Infrarotemission (iraser) mittels einer elektrischen Entladung in einem Gasgemisch, das mindestens Kohlendioxyd und Wasserdampf enthält, welches Gasgemisch mit einer völlig oder teilweise mit Wasserdampf gesättigten Menge Zeolith in Kontakt ist, ist nach der Erfindung das Zeolith in einem Glied angebracht, dessen Temperatur von der erzeugten stimulierten Emission abhängig ist. Dabei kann die Konstruktion derart ausgebildet werden, dass beim Maximum der stimulierten Emission oder beim Höchstwirkungsgrad das Zeolith die gewünschte Temperatur und somit der Wasserdampfdruck den gewünschten Wert erreicht. Ausser dem Kohlendioxyd und Wasserdampf können eines oder mehrere der Gase Stickstoff, Helium und Xenon vorhanden sein.

Bei einer ersten einfachen Ausführungsform der Erfindung

ist das Zeolith in einem oder mehreren Hohlräumen in dem Körper des nicht für die Auskopplung dienenden Spiegels der Vorrichtung aufgenommen. Wenn stimulierte Emission erzeugt wird, wird an den Spiegeln der Vorrichtung eine grosse Strahlungsmenge reflektiert und ein kleiner Teil absorbiert. Der für die Auskopplung dienende Spiegel lässt auch Strahlung durch. Durch die Absorption der Strahlung wird die Temperatur des nicht für die Aus-

309835/0864

-3- PHN. 6123.

kopplung dienenden Spiegels erhöht, wodurch der Wasserdampf aus dem Zeolith ausgelöst werden kann, und zwar bis der optimale Druck erreicht ist. Wenn nämlich der Druck weiter zunehmen würde, würde dadurch die Iraserwirkung oder der Wirkungsgrad abnehmen. Der nicht für die Auskopplung dienende Spiegel kann, wie üblich, aus einem Aluminiumblock bestehen, dessen der Entladung zugekehrte konkav-konvexe Oberfläche mit einer reflektierenden Goldschicht überzogen ist. Nach der Erfindung sind auf der Entladungsseite eine oder mehrere Kammern angebracht, in denen das Zeolith aufgenommen ist. Die Kammern können sich auch auf der von der Entladung abgekehrten Seite des Spiegels befinden. Dieser Spiegel ist dann von einem Kolben umgeben, der mit dem Entladungsraum in Verbindung steht. In diesem Falle ist der Spiegel nicht auf übliche Weise mit Hilfe von Kitt auf der Entladungsröhre befestigt, sondern z.B. mittels einer Feder angedrückt.

Bei einer anderen Ausführungsform befindet sich das Zeolith in einem ringförmigen Halter innerhalb des Laserhohlraumresonators, aber ausserhalb der Entladungsbahn, und ist dieser Halter mit einer Platte oder einem Draht verbunden, die oder der einen Teil des Iraserbündels innerhalb des Hohlraumresonators abfängt.

Bei einer anderen Ausführungsform ist das Zeolith in einem Seitenröhr aufgenommen, das mit dem Laserhohlraumresonator verbunden ist und dessen das Zeolith enthaltender Teil sich völlig oder teilweise in dem ausgesandten Laserbündel befindet. Dies hat den Yorteil, dass der Schwingungsmodus in dem Hohlraumresonator nicht gestört wird, während durch eine teilweise Abschirmung oder Beeinflussung der Wärmeabgabe die Temperatur des Zeoliths an die Betriebsbedingungen angepasst werden kann.

Die Erfindung wird beispielsweise an Hand der Zeichnung nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

309835/0864

-4- PHN. 6123.

Fig. 1 schematisch eine Entladungsröhre für eine Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Spiegels mit darin aufgenommenem Zeolith,

Fig. 3 eine Ausführungsform mit einem Halter für den Zeolith in dem Laserhohlraumresonator,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Halters, und

Fig. 5 einen Halter ausserhalb des Hohlrauinresonators.

In Fig. 1 bezeichnet 1 ein Quarzrohr mit einer Länge von 1,5 m und einem Innendurchmesser von 10 mm. Hohle zylindrische Platinelektroden 2 und 3 sind in Seitenrohren angeordnet. Auf der rechten Seite ist das Rohr 1 mit einer flachpolierten und geätzten Germaniumplatte 4 mit einer Dicke von 2 mm verschlossen. Auf der linken Seite ist das Rohr mittels eines Aluminiumblockes 5 mi^ einer konkaven Vorderfläche mit einem Krümmungsradius von 2,5 m verschlossen, welche Vorderfläche mit einer Goldschicht 6 überzogen ist. Die Goldschicht 6 und die Germaniumplatte bilden die Reflektoren des Irasers, wobei die Germaniumplatte zugleich das Auskopplungsfenster für die mit einem Pfeil angedeutete Strahlung bildet. In einer Anzahl Kammern im Spiegel 5 befinden sich Zeolithpillen 7 mit einem Gesamtgewicht von 150 mg_r die zu etwa 80 i° mit Wasserdampf gesättigt sind. Gazen 8 verhindern, dass die Pillen 7 herausfallen. Kittränder 9 und 10 sichern, dass sich die Reflektoren 4 und 5 vakuumdicht an das Rohr anschliessen. Das Rohr 1 ist mit 1,5 Torr COp, 2 Torr N , 8 Torr He und 0,2 Torr H_?0 gefüllt. Bei einer Betriebsspannung von I4 kV wird durch das Rohr ein Strom von 30 mA geführt. Dabei wird ein Iraserbündel aus dem Fenster 4 von 60 W bei einer Wellenlänge von 10,6 /um im einfachen Modus erhalten.Unter dem Einfluss der an der Goldschicht 6 reflektierten und

3 09 835708 6A

-5- PHN, 6125.

teilweise absorbierten Strahlung wird die Temperatur des Spiegels 5 etwa 9O⁰C, wenn das Rohr in einem normalen Raum angeordnet ist und das Rohr selber über nahezu die ganze Länge zwischen den Reflektoren mit Wasser von etwa 15⁰C gekühlt wird. Der Einfachhheit halber ist der Kühlmantel in der Zeichnung nicht dargestellt. Die hohe Temperatur des Spiegels 5 und somit des Zeolithvorrats bewirkt, dass oberhalb des Zeoliths stets ein Dampfdruck von 0,2 Torr H„0 vorherrscht, so dass der Iraser während einiger Tausend Stunden optimal wirken kann.

In Fig. 2 befindet sich das Zeolith in den Pillen 7 nicht in Kammern auf der Entladungsseite des Spiegels, sondern auf der anderen Seite, Der Spiegel ist in dem Kolben 11 aufgenommen, der über ein Loch mit dem Raujn im Rohr 1 verbunden ist. Eine Feder 13 drückt den Spiegel 5 gegen das Rohr 1.

In Fig. 3 sind entsprechende Teile mit dengleichen Bezugsziffern wie in den Figuren 1 und 2 bezeichnet. Das Zeolith 7> der durch Gazen 8 abgedeckt ist, ist in dem ringförmigen Halter I3 aufgenommen. Ueber der Oeffnung im Halter ist ein Molybdändraht I4 mit einer Dicke von 0,3 mm gespannt.

Ein derartiger Draht polarisiert nur gewissermassen die

Strahlung, die vom Iraser ausgesandt wird, aber beeinträchtigt die Wirkung der niedrigsten Moden, in denen der Iraser wirkt, nicht.

In Fig. 4 ist der Halter I3 mit einer Blende 15 mit kreisförmiger Oeffnung 16 versehen. Der Draht I4 sowie die Platte 15 können genügend Wärme dem Iraser entziehen, um den Zeolith auf der richtigen Temperatur zu halten.

In Fig. 5 befindet sich der Zeolith 7 in. dem Ende eines Rohres 17, das mit der Entladungsröhre 1 verbunden ist. Der Zeolith kann

309835/0864

-6- PHN. 6123.

dabei aus dem mit einem Pfeil angedeuteten Bündel genügend Wärme aufnehmen.

In Abweichung von Fig. 5 kann die Strahlungsenergie statt direkt auch über einen Reflektor aus einem Bündel zu dem Zeolith geführt werden, so dass das Rohr 17 eine einfachere Form aufweisen kann. Gegebenenfalls kann die Strahlung sogar von der Platte 4 auf den Zeolith gerichtet werden, der dann ausserhalb des Bündels in der Röhre 1 angeordnet ist.

30983 5/0864

Claims

-7- PHN. 6123. FiiTEKTAKSPRTJCHE:

1. J Vorrichtung zum Erzeugen stimulierter Infrarotemission (iraser) mittels einer elektrischen Entladung in einem Gasgemisch, das mindestens Kohlendioxyd und Wasserdampf enthält, welches Gasgemisch mit einer völlig oder teilweise mit Wasserdampf gesättigten Menge Zeolith in Kontakt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeolith in einem Glied aufgenommen ist, dessen Temperatur von der erzeugten stimulierten Emission abhängig ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeolith in einem oder mehreren Hohlräumen im Körper des nicht für die Auskopplung dienenden Spiegels der Vorrichtung aufgenommen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume, in denen sich das Zeolith befindet, auf der Entladungsseite des Spiegels münden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume, in denen sich das Zeolith befindet, auf der von dem Entladungsraum abgekehrten Seite des Spiegels münden, welcher'Spiegel von einem Kolben umgeben ist, der mit dem Entladungsraum in Verbindung steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeolith in einem ringförmigen Halter innerhalb des Laserhohlraumresonators, aber ausserhalb der Entladungsbahn aufgenommen ist, welcher Halter mit einer Platte oder einem Draht verbunden ist, die oder der einen Teil des Iraserbündels innerhalb des Hohlraumresonators abfangt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeolith in einem Seitenrohr aufgenommen ist, das mit dem Laserhohlraumresonator verbunden ist und dessen das Zeolith enthaltender Teil sich völlig oder teilweise in dem ausgesandten Iraserbündel befindet.

309835/0864