DE2409940C3

DE2409940C3 - Process for a photochemical iodine laser and iodine laser for carrying out this process

Info

Publication number: DE2409940C3
Application number: DE19742409940
Authority: DE
Inventors: Karl-Ludwig Dipl.-Chem. Dr. 8045 Ismaning; Hohla Kristian Dipl.-Phys. Dr. 8046 Garching; Spiegel Hans Dipl.-Phys. 8000 München Kompa
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1976-10-14

Description

5555

Die Schwierigkeiten beim Bau von Höchstleistungslaiern, die Festkörpermaterialien als aktive, stimulierbare Lasersubstanz enthalten, führten in den letzten Jahren aur Suche nach geeigneten gasförmigen stimulierbaren Medien. Gaslaser haben im Vergleich zu Festkörperla- »em einige entscheidende Vorteile: Große geometrische Dimensionen können relativ leicht verwirklicht werden, und das stimulierbare Medium kann schnell und ohne große Kosten ersetzt werden. Die optische Qualität ist unabhängig von der Größe des Aufbaues; die Zerstörungsgrenze liegt um ein bis zwei Größenordnungen über der von Festkörpern. Schließlich lassen sich Strahlungsbündel mit lediglich durch die Beugung begrenzter Divergenz ohne große Schwierigkeiten erreichen.The difficulties in building high-performance laymen which contain solid-state materials as an active, stimulable laser substance have led in recent years aur search for suitable gaseous stimulable media. Compared to solid-state lasers, gas lasers »Em some decisive advantages: Large geometrical dimensions can be realized relatively easily and the stimulable medium can be replaced quickly and at low cost. The optical one Quality is independent of the size of the structure; the limit of destruction is one to two orders of magnitude above that of solids. Finally, radiation bundles can only be obtained by diffraction limited divergence without much difficulty.

Auf der anderen Seite gibt es schwerwiegende Begrenzungen für Gaslaser: Der große Wirkungsquerschnitt für stimulierte Emission führt schon bei geringen Inversionen zu so hohen Verstärkungen, dab der Laser bereits bei kleinen gespeicherten Energien zur Selbsterregung neigt. Die mit den bekannten Gaslasern erreichbaren Leistungen werden ferner durch Stoßdesaktivierungsprozesse begrenzt.On the other hand, there are serious limitations for gas lasers: The large effective cross-section For stimulated emission, even with small inversions, amplifications are so high that the laser tends to self-excitement even with small stored energies. The ones with the well-known gas lasers achievable performances are also limited by shock deactivation processes.

Ein im Hinblick auf hohe Strahlungsleistungen vielversprechender Gaslaser ist der photochemische Jodlaser, der mit einem gasförmigen Gemisch chemischer Substanzen arbeitet, deren aktiver Bestandteil eine der photolytischen Spaltung (»Blitzlichtphotolyse«) zugängliche organische Jodverbindung ist. Unter dem Einfluß eines Lichtimpulses werden in einem solchen gasförmigen Gemisch Jodatome im spektroskopischen Zustand 5²Pi/2 freigesetzt, die zur Abstrahlung kohärenten ü.chtes (Laserstrahlung) veranlaßt werden können.A promising gas laser with regard to high radiation output is the photochemical iodine laser, which works with a gaseous mixture of chemical substances, the active component of which is an organic iodine compound accessible to photolytic cleavage ("flash photolysis"). Under the influence of a light pulse, iodine atoms in the spectroscopic state 5 ² Pi / 2 are released in such a gaseous mixture, which can be caused to emit coherent substances (laser radiation).

Vereinfachend lassen sich diese Vorgänge durch die folgenden beiden chemischen Gleichungen beschreiben, in denen R ein organischer Molekülrest ist:To simplify matters, these processes can be described by the following two chemical equations: in which R is an organic remainder of the molecule:

RJ - Phoiolyselicht ■♦ R + JIi²P_{1 2})RJ - Phoiolysis light ■ ♦ R + JIi ² P _{1 2} )

.1 (5²P₁ ;) ' J.1 (5 ² P ₁ ;) 'J

LaserstrahlungLaser radiation

Neben der photochemischen Spaltungsreaktion gemäß Gleichung (1) tritt noch eine Reihe chemischer Sekundärreaktionen auf, die teilweise für den Laserbetrieb von Bedeutung sind. Auf diese Reaktionen wird, soweit es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist noch eingegangen werden.In addition to the photochemical cleavage reaction according to equation (1), a number of chemical reactions also occur Secondary reactions, some of which are important for laser operation. In response to these reactions, to the extent necessary for an understanding of the present invention will be discussed.

Über die Laseremission von Iod unter ähnlichen wie den hier geschilderten Bedingungen wurde erstmals in Appl. Phys. Lett. Bd. 5., S. 231 bis 233, Nr. 11, vom 1.12. 1964; Phys. Rev. Lett., Bd. 14, S. 352 bis 354, Nr. 10, 8. März 1965, und Ing. J., Chem. Phys, 43, Nr. 5, S. 1827 und 1828 l.Sept. 1965 berichtet. Es sind auch bereits Jodlaser relativ hoher Leistung bekannt: Appl. Phys. Lett., Bd. 18, Nr. 2, S. 48 bis 50 vom 15.1. 1971: Chem. Phys. Lett, Bd. 14, S. 445, 1972; Z. Naturforschg, Bd. 27a, Nr. 6, S. 938 bis 947, vom Juni 1972; sowie die in Buchform erschienenen Auszüge von Tagungsvorträgen: Proc. 2nd Workshop on Laser Interaction and Related Plasma Phenomena, J. Schwarz, H. Hora, Eds. Plenum Publishing Corp. 1972.The laser emission of iodine under conditions similar to those described here was first discussed in Appl. Phys. Lett. Vol. 5., pp. 231 to 233, No. 11, from 1.12. 1964; Phys. Rev. Lett., Vol. 14, pp. 352-354, No. 10, March 8, 1965, and Ing. J., Chem. Phys, 43, No. 5, p. 1827 and 1828 Sept. Reported in 1965. Iodine lasers of relatively high power are also known: Appl. Phys. Lett., Vol. 18, No. 2, pp. 48 to 50 from January 15. 1971: Chem. Phys. Lett, Vol. 14, p. 445, 1972; Z. Naturforschg, Vol. 27a, No. 6, pp. 938-947, dated June 1972; as well as the excerpts from Conference lectures: Proc. 2nd Workshop on Laser Interaction and Related Plasma Phenomena, J. Schwarz, H. Hora, Eds. Plenum Publishing Corp. 1972.

Die bei den erwähnten Hochleistungs-Jodlasern verwendeten Jodverbindungen besitzen eine breite Absorptionsbande im ultravioletten Spektralbereich, die eine wirksame optische Anregung bietet. Die Ausgangsleistung der bekannten Jodlaser wird jedoch durch die folgenden Effekte begrenzt:The iodine compounds used in the aforementioned high-power iodine lasers have a wide range Absorption band in the ultraviolet spectral range that provides effective optical excitation. the However, the output power of the known iodine lasers is limited by the following effects:

1. Beim Pumpen mit hoher Lichtintensität für eine Dauer von mehr als einigen Mikrosekunden können durch Photolyse eine übermäßige Aufheizung und damit Zersetzung des Lasermaterials (Pyrolyse) sowie chemische Sekundärreaktionen, die die Ausbeute erniedrigen, eintreten.1. When pumping with high light intensity for more than a few microseconds Photolysis can cause excessive heating and thus decomposition of the laser material (Pyrolysis) and chemical secondary reactions that lower the yield occur.

2. Normalerweise wird das stimulierbare Medium des Lasers in verhältnismäßig kurzer Zeit ganz oder zum großen Teil verbraucht, so daß es ersetzt werden muß.2. Normally, the stimulable medium of the laser becomes whole or in a relatively short time largely consumed, so that it must be replaced.

3. Die Erzeugung von Strahlungsimpulsen hoher Leistung und sehr kurzer Dauer, d. h. in der Größenordnung von 10 ⁵S, ist mit gasförmigen Lasersubstanzer. sehr schwierig. Um diese, für alle gasförmigen Lasersubstanzen charakteristischen ^s Schwierigkeiten zu verstehen, ist es nötig, das Verfahren der Riesenpulserzetigung genauer zu betrachten: Grundlage dirges Verfahrens ist die Speicherung der Strahlungsenergie, d. h. der Photonen, in angeregten Zuständen. Mit einer Anregungslichiquelle wird hierfür eine Inversion im stimulierbaren Medium erzeugt, und die auf di;;e Weise gespeicherte Energie wird dann zu einem bestimmten Zeitpunkt id durch ein Strahlungsfeld abgerufen. Die bis m durch die Inversion gespeichert Energie, gemessen in Joule und bezogen auf den Laserquerschnitt, ist ein Maß für die Energiespeicherfähigkeit des betreffenden Lasers. Diese wird im wesentlichen durch zwei Effekte begrenzt:3. The generation of radiation pulses of high power and very short duration, ie in the order of magnitude of 10 ⁵ S, is with gaseous laser substances. very difficult. To this characteristic of all gaseous lasing substances to understand ^s difficulties, it is necessary to consider the method of Riesenpulserzetigung more precisely based dirges method is to store the radiation energy, ie the photons in excited states. For this purpose, an inversion is generated in the stimulable medium with a source of excitation, and the energy stored in this way is then called up at a specific point in time by a radiation field. The energy stored up to m by the inversion, measured in joules and based on the laser cross-section, is a measure of the energy storage capacity of the laser in question. This is essentially limited by two effects:

a) durch strahlungslose Verlus'prozesse, die bei Gaslasern eine entscheidende Rolle spielen. Die angeregten Atome bzw. Moleküle geben dabei die in den höheren Energieniveaus gespeicherte Energie bereits vor dem Zeitpunkt ίο in Stößen zweiter Art strahlungslos ab (»Löschungsprozesse«); a) through radiationless loss processes, which play a decisive role in gas lasers. the excited atoms or molecules give the stored in the higher energy levels Energy already emits radiationlessly in collisions of the second kind before the point in time ίο (»deletion processes«);

b) durch die sogenannte Selbstanregung, d. h„ der Laser schwingt vor dem vorgesehenen Zeitpunkt ίο an, so daß dann keine weitere Anregungsenergie mehr gespeichert, sondern diese sofort in Strahlungsenergie umgewandelt wird.b) through so-called self-excitation, d. h "the Laser oscillates before the scheduled time ίο, so that then no further Excitation energy is stored more, but this is immediately converted into radiation energy will.

Zunächst soll auf Punkt b) näher eingegangen werden: Ein Laseroszillator schwingt an, sobald die Schwelleninversion erreicht wird, die sich genähert aus der Schawlow-Townes-Bedingung berechnen läßt:First of all, point b) should be discussed in more detail: A laser oscillator starts to oscillate as soon as the Threshold inversion is reached, which can be calculated approximately from the Schawlow-Townes condition:

V²R, ■ R₂T² = 1 V ² R, ■ R ₂ T ² = 1

4040

(31(31

Darin ist Vdie Kleinsignalverstärkung bei einfachem Durchgang der Strahlung durch das stimulierbare Medium, R\ und R2 die Reflexionswerte der den optischen Resonator des Lasers begrenzenden Spiegel, und durch T werden die Verluste innerhalb des optischen Resonators beschrieben. Anschaulich bedeutet die Beziehung gemäß Gleichung (3), daß beim Erreichen des Schwellenwerts die Verluste gerade durch die Verstärkung ausgeglichen werden. Die Gleichung (3) läßt sich auch auf einen optischen Verstärker anwenden, der ja wegen der unvermeidlichen Reflexionen an Staubteilchen und begrenzenden Flächen ebenfalls als Oszillator angesehen werden kann, allerdings als ein Oszillator mit hohem Schwellenwert. Den Schwellenwert der Inversion ANs erhält man aus der Gleichung (3), wenn man berücksichtigt, daß V = exp (σ ANI), wobei /die Länge des stimulierbaren Mediums ist, zu:V is the small-signal amplification when the radiation simply passes through the stimulable medium, R 1 and R2 are the reflection values of the mirrors delimiting the optical resonator of the laser, and T describes the losses within the optical resonator. The relationship according to equation (3) clearly means that when the threshold value is reached, the losses are compensated for by the gain. Equation (3) can also be applied to an optical amplifier which, because of the inevitable reflections on dust particles and limiting surfaces, can also be viewed as an oscillator, but as an oscillator with a high threshold value. The threshold value of the inversion ANs is obtained from equation (3), taking into account that V = exp (σ ANI), where / is the length of the stimulable medium, to:

γ_σΤ In (R₁R₂ Γ²)" γ _σΤ In (R ₁ R ₂ Γ ² ) "

(4)(4)

6565

σ, der Wirkungsquerschnitt für stimulierte Emission, läßt sich mit Hilfe der spontanen Übergangswahrscheinlichkeit A, der Frequenz ν des strahlenden Überganges und der Linienbreite Jv näherungsweise wie folgt angeben:σ, the cross-section for stimulated emission, can be given approximately as follows with the help of the spontaneous transition probability A, the frequency ν of the radiating transition and the line width Jv:

Ac^: Ac ^: ..

* St-- I.- ^|N * St-- I.- ^{| N}

Sei/t man ο aus der Gleichung (5) in die Gleichung (4) ein, so sieht man, daß der Schwellenwert proportional der Linienbreite Av des Überganges ist. Bei Gasen mit Drücken im Torr-Bereich liegt ο in der Größenordnung von 10-^lo bis 10-^|8cm-. Damit ergeben sich zunächst sehr hohe Verstärkungen, die jedoch vom Gasdruck abhängig sind. Dieser große Unterschied zu Festkörperhochleistungslasern ist im wesentlichen eine Folge der unterschiedlichen Linienbreite und scheint den Bau starker Gashochleistungslaser, basierend auf dem Energiespeicherkonzept, in Frage zu stellen.If one ο from equation (5) is included in equation (4), one sees that the threshold value is proportional to the line width Av of the transition. For gases at pressures in Torr range is ο on the order of 10- to ^10-lo ^{| 8} cm. This initially results in very high reinforcements, which, however, depend on the gas pressure. This major difference to solid-state high-power lasers is essentially a consequence of the different line widths and seems to call into question the construction of powerful gas high-power lasers based on the energy storage concept.

Der vorliegenden Erfindung liegt also, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, die Impulsleistung eines photochemischen Jodlasers zu erhöhen, bei welchem durch UV-Strahlung von einer Anregungslichtquelle eine in einem Entladungsgefäß enthaltene gasförmige Jodverbindung photolytisch zersetzt und die dabei entstehenden Jodatome unter Erzeugung einer Besetzungsinversion angeregt werden.Based on this prior art, the present invention is therefore based on the object of increasing the pulse power of a photochemical iodine laser, in which a gaseous iodine compound contained in a discharge vessel is photolytically decomposed by UV radiation from an excitation light source and the iodine atoms formed thereby are generated a population inversion are excited.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren gelöst, welches darin besteht, daß der Fremdgasdruck zur Erhöhung der Ausgangsimpulsleistung proportional zu dieser bis 10 000 Torr gesteigert wird.This object is achieved by the method specified in claim 1, which consists in that the foreign gas pressure to increase the output pulse power proportional to this up to 10,000 Torr is increased.

Durch dieses Verfahren kann die Impulsleistung im Vergleich zum Stand der Technik ganz erheblich gesteigert werden. Die hohen Fremdgasdrücke haben außerdem einen günstigen Einfluß auf den Verbrauch an Jodverbindung.With this method, the pulse power can be quite considerable compared to the prior art can be increased. The high external gas pressures also have a beneficial effect on consumption Iodine compound.

Beim Stand der Technik (J. Chem. Phys., 43, Nr. 5, 1965, S. 1827 und 1828) hat der Fremdgaszusatz lediglich den Zweck, eine abrupte Löschung des Laserstrahlungsimpulses infolge einer Temperaturerhöhung der Gasfüllung des Lasers zu verhindern. Daß man durch einen erhöhten Fremdgaszusatz die Impulsleistung erhöhen kann, war bisher jedoch nicht beobachtet und erkannt worden.In the prior art (J. Chem. Phys., 43, No. 5, 1965, pp. 1827 and 1828), the foreign gas addition has only the purpose of an abrupt extinction of the laser radiation pulse as a result of a temperature increase in the gas filling of the laser. That one through one increased addition of foreign gas can increase the pulse power, but has not yet been observed or recognized been.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung sowie Jodlaser zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.Developments and refinements of the method according to the invention and iodine laser for implementation of the method according to the invention are protected in the subclaims.

Die Erfindung ist sowohl auf Laseroszillatoren als auch auf Laserverstärker anwendbar. Mit einem Laseroszillator gemäß der Erfindung konnte eine Ausgangsstrahlungsleistung von 1 Megawatt in einem 100-ns-Impuls erzeugt werden, die in einem nachgeschalteten Laserverstärker gemäß der Erfindung auf über 100 MW erhöht werden konnte.The invention is applicable to both laser oscillators and laser amplifiers. With a Laser oscillator according to the invention could have an output radiation power of 1 megawatt in one 100 ns pulse are generated in a downstream Laser amplifier according to the invention could be increased to over 100 MW.

Durch die beanspruchten Maßnahmen ist ein leistungsstarkes Anregen eines Jodlasers mit Raten von mehr als 10²² bis mehr als 10²⁵ Photonen pro cm² des Laserquerschnitts und pro Sekunde möglich. Durch den verhältnismäßig hohen Gasdruck wird einerseits die Wärmekapazität der Gasfüllung erhöht und das Auftreten von schädlichen Pyrolyseeffekten verhindert, und andererseits wird die Bandbreite des stimulierbaren Übergangs erhöht.The claimed measures enable a powerful excitation of an iodine laser at rates of more than 10 ²² to more than 10 ²⁵ photons per cm ^{2 of} the laser cross section and per second. The relatively high gas pressure on the one hand increases the heat capacity of the gas filling and prevents harmful pyrolysis effects from occurring, and on the other hand increases the bandwidth of the stimulable transition.

Man kann auf diese Weise bei Laseroszillatoren im ersten sich entwickelten Laserimpuls beträchtliche Leistungen erreichen und Laserverstärker für kurze Zeiträume über die Selbsterregungsschwelle anregenIn this way, in the case of laser oscillators, the first laser pulse to develop can be considerable Achieve performance and stimulate laser amplifiers for short periods of time above the self-excitation threshold

und somit sehr hohe Verstärkungswerte ohne zusätzliche optische Entkopplungsbauteile und ohne Selbstanschwingen des optischen Verstärkers erreichen. Gleichzeitig werden chemische Desaktivierungsprozesse, die auf einer längeren Zeitskala ablaufen, sowie die Entwicklung von optischen Inhomogenitäten verhindert. Bei Prototypen des erfindungsgemäßen Lasers konnte ein Wirkungsgrad von 0,7% gerechnet als das Verhältnis von der den Blitzlampen zugeführten elektrischen Energie zu der aus dem Laser ausgekoppel- to ten Strahlungsenergie erreicht werden.and thus very high gain values without additional optical decoupling components and without self-oscillation of the optical amplifier. At the same time, chemical deactivation processes that run on a longer time scale, as well as preventing the development of optical inhomogeneities. In prototypes of the laser according to the invention, an efficiency of 0.7% could be calculated as that Ratio of the electrical energy supplied to the flash lamps to that decoupled from the laser th radiation energy can be achieved.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die eine Laseranordnung mit einem Laseroszillator und Laserverstärker schematisch darstellt, welche beide Ausführungsbeispiele der Erfindung sind.In the following, embodiments of The invention is explained in more detail with reference to the drawing, which shows a laser arrangement with a laser oscillator and schematically depicts laser amplifiers which are both embodiments of the invention.

Die dargestellte Laseranordnung enthält einen Laseroszillator mit einem rohrförmigen Photolysegefäß I₁ welches von einer koaxialen Blitzlampe 12 umgeben ist. Der optische Resonator des Laseroszillators wird durch einen Konkavspiegel 2, der einen Krümmungsradius von 5 rn hat und eine 100% reflektierende Goldschicht aufweist, sowie einen ebenen Auskoppelspiegel 3, der ein Reflexionsvermögen von 40% hat, begrenzt. Im optischen Resonator befindet sich in der Nähe des Auskoppelspiegels 3 eine übliche Modenblende 4.The laser arrangement shown contains a laser oscillator with a tubular photolysis vessel I ₁ which is surrounded by a coaxial flash lamp 12. The optical resonator of the laser oscillator is limited by a concave mirror 2, which has a radius of curvature of 5 mm and a 100% reflective gold layer, as well as a flat coupling-out mirror 3, which has a reflectivity of 40%. A conventional mode diaphragm 4 is located in the optical resonator in the vicinity of the coupling-out mirror 3.

Die koaxiale Blitzlampe 12, die das Photolysegefäß 1 umgibt, ist über eine Schaltfunkenstrecke 5 mit einer 160-J-Energieversorgung 5a verbunden. Die Ausgangsstrahlung des Laseroszillators durchläuft eine Blende 6, einen Strahlteiler 7, der einen geringen Bruchteil der Strahlung zu einer Meßvorrichtung 8 auskoppelt, und ein Filter 9, das etwaiges gestreutes Anregungslicht verschluckt. Anschließend durchläuft die kohärente Strahlung ein Photolysegefäß 11 des Laserverstärkers, das stirnseitig wie das Photolysegefäß 1 durch Brewster-Fenster abgeschlossen ist Die Achse des Photolysegefäßes 11 fällt mit der einen Brennlinie eines die Form eines elliptischen Zylinders aufweisenden Reflektors 13 aus Aluminium zusammen, in dessen anderer Brennlinie eine rohrförmige Blitzlampe 10 angeordnet ist Die Blitzlampe 10 ist an eine 3-kJ-Energieversorgung 14 angeschlossen, die ebenfalls eine Schaltfunkenstrecke enthält Zur Messung der Ausgangsstrahlung des Laserverstärkers dient wieder eine Anordnung aus einem Strahlteiler 7 und einer Meßvorrichtung 8 sowie ein Energiemeßgerät 15.The coaxial flash lamp 12, which surrounds the photolysis vessel 1, is connected to a 160 J power supply 5a via a switching spark gap 5. The output radiation of the laser oscillator passes through a diaphragm 6, a beam splitter 7 which couples out a small fraction of the radiation to a measuring device 8, and a filter 9 which swallows any scattered excitation light. The coherent radiation then passes through a photolysis vessel 11 of the laser amplifier, which, like the photolysis vessel 1, is closed off at the front by Brewster windows.The axis of the photolysis vessel 11 coincides with the focal line of an aluminum reflector 13 in the shape of an elliptical cylinder, in the other focal line A tubular flash lamp 10 is arranged. The flash lamp 10 is connected to a 3 kJ power supply 14, which also contains a switching spark gap.

An die Photolysegefäße 1 und 11 ist ein Rohrleitungsund Vakuumsystem angeschlossen, das in üblicher Weise ausgebildet sein kann und z. B. ein Manometer 16, einen Vorratsbehälter 17 für ein stimulierbares Medium (z. B. CF3J), Gefäße 18 für die Mischung und Reinigung des Füllgases, einen Abfallkolben 19 für Pyrolysepro dukte, eine Kühlfalle 20, eine Diffusionspumpe 21 und verschiedene Ventile 22 enthalten kann. A pipeline and vacuum system is connected to the photolysis vessels 1 and 11. B. a manometer 16, a reservoir 17 for a stimulable medium (z. B. CF3J), vessels 18 for mixing and cleaning the filling gas, a waste flask 19 for Pyrolysepro products, a cold trap 20, a diffusion pump 21 and various valves 22 included can.

In bestimmten Gasmischungen verläuft die Photolyse unter Bildung angeregter Jodatome reversibel. Dadurch besteht die Möglichkeit, die gleiche Gasmischung im Laser mehrfach (z. B. für mehr als 100 Belichtungen) zu verwenden. Ein für diese Betriebsweise besonders geeignetes Jodid ist Perfluor-tertiär-Butyljodid (t-OFeJ). Gute Ergebnisse lassen sich auch mit Perfluor-Isopropyl-Jodid (I-C3F7J) sowie C2F5J und Verbindungen dieser Art, bei denen das Fluor ganz oder 6s teilweise durch Brom und/oder Chlor ersetzt ist, erzielen. Diese Verbindungen haben eine ausreichende Flüchtigkeit (Dampfdruck) bei guter Reversibilität, die sich, wie auch bei anderen Jodverbindungen, gegebe nenfalls noch durch Kühlung verbessern läßt. In certain gas mixtures, photolysis is reversible with the formation of excited iodine atoms. This makes it possible to use the same gas mixture in the laser several times (e.g. for more than 100 exposures). An iodide that is particularly suitable for this mode of operation is perfluoro-tertiary-butyl iodide (t-OFeJ). Good results can also be achieved with perfluoro-isopropyl-iodide (I-C3F7J) and C2F5J and compounds of this type in which the fluorine is completely or partially replaced by bromine and / or chlorine for 6s . These compounds have sufficient volatility (vapor pressure) with good reversibility, which, as with other iodine compounds, can, if necessary, be improved by cooling.

Die Erhöhung der Bandbreite Δν des die Laserstrah lung liefernden Überganges durch einen relativ hoher Gasdruck in den Photolysegefäßen stellt ein wesentli ches Merkmal der Erfindung dar, da hierdurch nicht nui die Energiespeicherfähigkeit erhöht, sondern auch die Verstärkung einzelner Verstärkerstufen nach Belieber den jeweiligen technischen Anforderungen angepaßt werden kann. Es wurde gefunden, daß durch Zusat2 verschiedener Gase (z. B. Schwefelhexafluorid SFe Argon Ar oder CO2) mit Drücken bis zu etwa 2 bi< 3 Atmosphären, unter Umständen auch bis 10 Atmosphären, die speicherbare Energie auf über 1 J/cm^; erhöht werden kann. Dieser Effekt ist dem verwendeter Fremdgasdruck direkt proportional. Die obenerwähnten zusätzlichen Gase und viele andere Gaszusätze beeinträchtigen die für die Laserwirkung nutzbat gemachten photochemischen Prozesse praktisch nicht da der Photolyseprozeß unabhängig vom Fremdgasdruck ist.The increase in the bandwidth Δν of the transition delivering the Laserstrah treatment through a relatively high gas pressure in the photolysis vessels is a key feature of the invention, as this not only increases the energy storage capacity, but also the amplification of individual amplifier stages can be adapted to the respective technical requirements according to Belieber can. It has been found that the addition of different gases (e.g. sulfur hexafluoride SFe argon Ar or CO2) at pressures of up to about 2 to <3 atmospheres, possibly up to 10 atmospheres, reduces the storable energy to over 1 J / cm ^; can be increased. This effect is directly proportional to the external gas pressure used. The above-mentioned additional gases and many other gas additives have practically no effect on the photochemical processes used for the laser effect, since the photolysis process is independent of the external gas pressure.

Die dargestellte Laseranordnung kann z. B. mit einer Gasmischung betrieben werden, die 50 Torr Partialdruck C3F7J und 400 Torr Partialdruck CO2 enthält Sowohl im Oszillator wie im Verstärker werden schnelle Blitzlampen mit einer Halbwertsdauer des Lichtimpulses von etwa 2 \is oder weniger verwendet. Die Anregungsleistungsdichte soll, wie erwähnt, über 10^2; Photonen cm-²s-' betragen, und die Gasmischung soll sehr rein sein, um Lösch-Prozesse durch Stöße zweiter Art klein zu halten. Unter den genannten Bedingungen steht am Ausgang des Laseroszillators eine Strahlungsleistung von 1MW in einem 100-ns-Impuls zur Verfügung, die im Laserverstärker auf über 100 MW erhöht wird. Zusätzlich zu den an Hand der Abbildung erläuterten Maßnahmen ist es möglich, durch die konventionellen Techniken der Modenkopplung Impulse mit einer Dauer von weniger als 1 ns zu erzeugen, die mit einem Verstärker der beschriebenen Art auf über 3GW gebracht werden können. Bei entsprechend größeren Verstärkerabmessungen und gegebenenfalls mehreren Verstärkerstufen sind Impulsleistungen in dei Größenordnung von 100 GW und mehr erreichbar.The illustrated laser arrangement can, for. B. be operated with a gas mixture that contains 50 Torr partial pressure C3F7J and 400 Torr partial pressure CO2 Both in the oscillator and in the amplifier fast flash lamps with a half-life of the light pulse of about 2 \ is or less are used. As mentioned, the excitation power density should exceed 10 ^2; Photons are cm- ² s- ', and the gas mixture should be very pure in order to keep quenching processes through collisions of the second kind small. Under the conditions mentioned, a radiation power of 1MW in a 100 ns pulse is available at the output of the laser oscillator, which is increased to over 100 MW in the laser amplifier. In addition to the measures explained on the basis of the figure, it is possible to generate pulses with a duration of less than 1 ns using the conventional techniques of mode coupling, which can be brought to over 3GW with an amplifier of the type described. With correspondingly larger amplifier dimensions and, if necessary, several amplifier stages, pulse powers in the order of magnitude of 100 GW and more can be achieved.

Die Bandbreite des stimulierten Überganges kann außer durch die beschriebene Erhöhung des Gasdruckes zusätzlich noch durch inhomogene Magnetfelder erhöhl werden, wie es in der DT-OS 20 58 276 beschrieben ist Diese Magnetfelder lassen sich gegebenenfalls durch den die Blitzlampen durchfließenden Strom erzeugen so daß außer geeigneter Schaltung und Anordnung dei Blitzlampen (die z. B. auch wendelförmig ausgebildei sein können) keine zusätzlichen technischen Maßnah men erforderlich sind. Es ist insbesondere möglich, die Blitzlampenströme im Oszillator und den nachfolgenden Verstärkern zeitlich, z. B. mit Abständen von 1 μ$ zu staffeln und dadurch den Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission und damit den Verstärkerfaktoi des stimulierbaren Mediums entsprechend zu steuern. The bandwidth of the stimulated transition can be increased by inhomogeneous magnetic fields, as described in DT-OS 20 58 276, in addition to the above-described increase in gas pressure (which may be eg. as well ausgebildei helically) and arrangement dei flashbulbs no additional technical measures men are required. In particular, it is possible to time the flashlamp currents in the oscillator and the subsequent amplifiers, e.g. B. to stagger with intervals of 1 μ $ and thereby control the cross-section for the stimulated emission and thus the amplifier factor of the stimulable medium accordingly.

In der im Photolysegefäß enthaltenen Gasmischung kann der Partialdruck der stimulierbaren Jodverbindung zwischen etwa 5 und 60 bis 70 Torr liegen; dei Partialdruck des Fremdgases kann bis zu mehrerer Atmosphären (z. B. bis zu ΊΟ Atm) betragen.In the gas mixture contained in the photolysis vessel, the partial pressure of the stimulable iodine compound range from about 5 to 60 to 70 torr; The partial pressure of the foreign gas can be up to several Atmospheres (e.g. up to ΊΟ Atm).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

33

Claims

Patent claims:

1. Method for a photochemical iodine laser, whose stimulable medium iodine, which initially organic-chemically bound is present, its excitation energy from ultraviolet radiation pulses kn interact with a photolysis of its Iodine compound relates, the iodine compound being a foreign gas which does not affect its photolysis ι ο is set, the pressure of which is higher than that of the iodine compound and at least 376 Torr, characterized in that the external gas pressure is used to increase the output pulse power is increased proportionally to this up to 10000 Torr will.

2. The method according to claim 1, characterized in that that A, SF * or CCh are used as foreign gas.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the power density of the ultraviolet radiation pulses is in the range between \ 0 ²² and 10 ²⁵ photons per cm ^{2 of} the cross section of the stimulable medium per second.

4. The method according to claim 2, characterized in that that the ultraviolet radiation impulses with a half-life of at most 2 μ5 are fed.

5. Iodine laser for performing the method according to claim 1 with a photolysis vessel, the one contains gaseous iodine compound and a foreign gas with a pressure of at least 376 Torr, and with an excitation light source delivering ultraviolet radiation pulses, characterized in that the foreign gas pressure in the phiolysis vessel (U) to is a maximum of 10,000 Torr.

6. iodine laser according to claim 5, characterized by a device for generating a inhomogeneous magnetic field in the gas mixture during the supply of the excitation light energy.

7. iodine laser according to claim 5 or 6, bsi which the photolysis vessel to form a laser oscillator in an optical resonator is arranged and in the path of the output radiation of the laser oscillator Photolysis vessel of a laser amplifier is arranged with its own high excitation source, characterized by a control device that controls the excitation light source of the laser oscillator and the subsequent laser amplifier with a time interval of the order of magnitude of 1 μ $ triggers.