DE2305398B2

DE2305398B2 - Vorrichtung zum Erzeugen stimulierter Infrarotemission (Iraser) mittels einer elektrischen Entladung in einem Gasgemisch, das mindestens Kohlendioxyd und Wasserdampf enthalt

Info

Publication number: DE2305398B2
Application number: DE2305398A
Authority: DE
Inventors: Abraham Timmermans; Robertus Laurentius Clemens De Vaan
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-02-21
Filing date: 1973-02-03
Publication date: 1978-09-28
Also published as: JPS5629397B2; US3855543A; DE2305398A1; FR2173093A1; GB1355317A; CA990389A; DE2305398C3; FR2173093B1; NL161928C; JPS4897493A; NL7202271A

Description

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 völlig oder teilweise mit Wasserdampf gesättigten Menge Zeolith in Kontakt ist.

Die obenstehende Vorrichtung ist aus der DE-OS 05 828 bekannt. Der im Zeolith aufgenommene Wasserdampf muß den Wasserdampfdruck in der Enladungsröhre 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 Besetzung des unteren Niveaus, das an dem stimulierten Übergang des Kohlendioxyds beteiligt ist.

Ein Schwierigkeit bei der bekannten Vorrichtung ist die, daß ein Thermostat für den Zeolith notwendig ist, weil der Wasserdampfdruck oberhalb des Zeoliths stark temperaturabhängig ist. Ein Thermostat macht einen derartigen Iraser, bei der übrigens verhältnismäßig einfachen Anordnung desselben beträchtlich verwickel

ter und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise in einem Iraser das Zeolith auf die gewünschte Temperatur zu bringen und auf ihr zu halten, so daß der Wasserdampfdruck den gewünschten Wert erreicht

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Zeolith in einem Bauteil aufgenommen ist, dessen Temperatur durch teilweise Absorption der stimulierten Strahlung des Irasers erhöht wird.

ίο Bei einer ersten einfachen Ausführungsform der Erfindung ist der 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 Auskopplung 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.

Wenn die Hohlräume, in denen sich der Zeolith befindet, auf der dem Entladungsraum abgekehrten Seite des Spiegels münden, ist dieser Spiegel von einem Kolben umgeben, der mit dem Entladungsraum in

jo Verbindung steht.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform befindet sich der 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.

Es ist weiter vorteilhaft, den Zeolith in einem Seitenrohr aufzunehmen, das mit dem Laserhohlraumresonator verbunden ist, und dessen das Zeolith enthaltender Teil sich völlig oder teilweise in dem ausgesandten Laserbündel befindet. Dies hat den Vorteil, daß der Schwingungsmodus in dem Hohlraumresonator nicht gestört wird und durch eine teilweise Abschirmung oder Beeinflussung der Wärmeabgabe die Temperatur des Zeoliths an die Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit in einem Hohlraum eines Spiegels aufgenommenem Zeolith,
F i g. 2 eine andere Ausführungsform des Spiegels mit darin aufgenommenem Zeolith,

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

F i g. 4 eine andere Ausführungsform des Halters, und F i g. 5 einen Halter außerhalb des Hohlraumresonators.

In F i g. 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 Seitenron ren angeordnet. Auf der rechten Seite ist das

ω 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 mit einer konkaven Vorderfläche mit einem

Krümmungsradius von 2,5 m verschlossen, weiche Vorderfläche mit einer Goldschicht 6 überzogen ist. Die Goldschicht 6 und die Germaniumplatte 4 bilden die Reflektoren des Irasers, wobei die Germaniumplatte zugleich das Auskopplungsfenster für die mit einem Pfeil angedeutete Strahlung bildet In einer Anzahl von Hohlräumen im Spiegel 5, die auf der dem Entladungsraum zugekehrten Seite des Spiegels 5 münden, befinden sich Zeolithpillen 7 mit einem Gesamtgewicht von 150 mg, die zu etwa 80% 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 1 anschließen. Das Rohr 1 ist mit 200 Pa (1,5 Torr) CO₂, 267 Pa (2 Torr) N₂, 1066 Pa (8 Torr) He und 27 Pa (0,2) Torr H₂O gefüllt Bei einer Betriebsspannung von 14 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 μπι im Grundmodus erhalten. Unter dem Einfluß der an der Goldschicht 6 reflektierten und teilweise absorbierten Strahlung wird die Temperatur des Spiegels 5 etwa 90⁰C, 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 15° C gekühlt 2s wird. Der Einfachheit 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 27 Pa (0,2 Torr) H₂O vorherrscht, so daß der !raser während «) einiger Tausend Stunden optimal wirken kann.

In F i g. 2 befindet sich der Zeolith in den Pillen 7 nicht in Kammern auf der dem Entladungsraum zugekehrten Seite des Spiegels, sondern auf der anderen Seite. Der Spiegel ist in dem Kolben 11 aufgenommen, der über ein Loch 12 mit dem Raum im Rohr 1 verbunden ist Eine Feder 18 drückt den Spiegel 5 gegen das Rohr 1.

In F i g. 3 sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in den F i g. 1 und 2 bezeichnet Der Zeolith 7 ist in dem ringförmigen Halter 13 aufgenommen und durch Gazen 8 abgedeckt. Über der öffnung im Halter ist ein Molybdändraht 14 mit einer Dicke von 0,3 mm gespannt.

Ein derartiger Draht hat lediglich eine polarisierende Wirkung auf die Strahlung, die vom Iraser ausgesandt wird, beeinflußt aber die Schwingungsmoden in dem Resonator nicht.

In Fig.4 ist der Halter 13 mit einer Blende 15 mit kreisförmiger öffnung 16 versehen. Der Draht 14 sowie die Platte 15 können genügend Wärme dem Iraser entziehen, um den Zeolith auf der richtigen Temperatur zu halten.

In F i g. 5 befindet sich der Zeolith 7 in dem Ende eines Rohres 17, das mit der Entladungsröhre 1 verbunden ist. Der Zeolith kann dabei aus dem mit einem Pfeil angedeuteten Bündel genügend Wärme aufnehmen.

In Abweichung von F i g. 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 der Zeolith (7) in einem Bauteil (5; 13; 17) aufgenommen ist, dessen Temperatur durch teilweise Absorption der stimulierten Strahlung des Irasers erhöht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeolith (7) in einem oder mehreren Hohlräumen im Körper des nicht für die Auskopplung dienenden Spiegels (5) der Vorrichtung aufgenommen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume, in denen sich der Zeolith (7) befindet, auf der dem Entladungsraum zugekehrten Seite des Spiegels (5) münden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume, in denen sich der Zeolith (7) befindet, auf der von dem Entladungsraum abgekehrten Seite des Spiegels (5) münden, welcher Spiegel von einem Kolben (11) umgeben ist, der mit dem Entladungsraum in Verbindung steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeolith (7) in einem ringförmigen Halter (13) innerhalb des Laserhohlraumresonators, aber außerhalb der Entladungsbahn aufgenommen ist, welcher Halter mit einer Platte (15) oder einem Draht (14) verbunden ist, die oder der einen Teil des Iraserbündels innerhalb des Hohlraumresonators abfängt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeolith (7) in einem Seitenrohr (17) aufgenommen ist, das mit dem Laserhohlraumresonator verbunden ist und dessen den Zeolith enthaltender Teil sich völlig oder teilweise in dem ausgesandten Iraserbündel befindet.