DE2425173B2

DE2425173B2 - Dauerstrich-farbstofflaser

Info

Publication number: DE2425173B2
Application number: DE19742425173
Authority: DE
Original assignee: Coherent Radiation, Palo Alto, Calif. (V.StA.)
Current assignee: Coherent Inc
Priority date: 1973-05-30
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1977-03-10
Also published as: FR2232106B1; JPS5127993B2; GB1457852A; US3873941A; JPS5023191A; DE2425173A1; FR2232106A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Dauerstrich-Farbstofflaser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Farbstoff-Laser haben in letzter Zeit viel Interesse gefunden, weil es mit ihnen möglich ist, Ausgangs-Wellenlängen stetig über vergleichsweise große Bereiche des sichtbaren Spektrums zu erzeugen. Im Gegensatz dazu können mit anderen Lasern nur kräftige Ausgangs-Wellenlängen bei einer begrenzten Anzahl von diskreten Wellenlängen erzeugt werden. Wie bei jedem Laser muß das stimulierbare Medium auf höhere Anregungsniveaus »gepumpt« werden. Im Falle eines Farbstoff-Lasers kann diese Anregung optisch durchgeführt werden. Das heißt Energie in Form von elektromagnetischer Energie im optischen Bereich des Spektrums muß auf den Farbstoff gerichtet werden. Das Schließt nicht nur Energie im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums ein, sondern auch tusätzliche Energie im infraroten und jltravioletten Teil des Spektrums.

Bisher wurde das optische Anregen eines Farbstoff-Lasers dadurch erreicht, daß der optische Anregungsttrahl derart in den optischen Resonator des Farbstoff-Lasers eingeführt wurde, daß der Anregungsstrahl kollinear mit Bezug auf den optischen Weg der Farbstoff-Laser-Schwingungen verläuft wei.n der Anregungsstrahl durch den Farbstoff hindurchtritt Diese Kollinearitätsforderung stammt hauptsächlich von der Verwendung von vergleichsweise dicken Farbstoffvolumina, d. h. in der Nähe von etwa 1000 bis 2000 μηι, mit einem Resonatorweg, der einen sehr kleinen Durchmesser oder »Taille« aufweist wenn er durch den Farbstoff hindurchtritt. Das letztere ist erwünscht um eine möglichst hohe Anregungsenergiedichte zu erzielen, die wiederum Voraussetzung ist für eine maximale Ausgangsleistung des Farbstoff-Lasers. Typische »Taillen«- Durchmesser liegen zwischen etwa 10 und 40 um.

Um den richtigen Farbstoff-Laser- Ausgangsmodus zu erzielen, d. h. TEMoo, und um den Farbstoff-Laser-Wirkungsgrad aufs äußerste zu steigern, wird dafür gesorgt, daß der Anregungsstrahldurchmesser etwa dem der Farbstoff-Laser-&hwingungs-»Taille« angepaßt ist

Wenn die Farbstoffdicke im Bereich von beispielsweise 1000 bis 2000 um liegt und wenn der optische Weg der Farbstoff-Oszillationen und ebenso der Anregungsstrahl in der Größenordnung von IQ bis 40 um liegt, dann muß der Anregungsstrahl koaxial oder nahezu koaxial mit dem optischen Weg sein, wenn ein ausreichendes Volumen des Farbstoffs innerhalb des Weges des optischen Resonators mit dem Anregungsstrahl angeregt werden solL Oder, anders gesagt wenn der Anregungsstrahl nicht koaxial mit dem optischen Weg der Farbstoff-Laser-OszilJationen ist. ist es nicht möglich, eine ausreichende Anzahl von Farbstoffatomen auf höhere Niveaus zu heben, um eine Laserwirkung zu unterhalten (»Zeitschrift für Naturforschung«, Bd. 27a, Nr 8/9 [Dez. 1972], S. 1272; »Physik in unserer Zeit«, Bd. 3, Nr.6[Nov. 1972], S. 164 bis 173).

Es sind mehrere Techniken dazu verwendet worden, ein kollineares Anregen zu erreichen. Eine übliche Möglichkeit besteht darin, einen optischen Resonator-Reflektor zu verwenden, der hinsichtlich des vom Farbstoff erzeugten Wellenlängenbereiches im wesentlichen völlig reflektierend ist den Durchtritt der Anregungsstrahlenwellenlänge jedoch ermöglicht, wenn eine Anregungsquelle durch einen Reflektor so gerichtet wird, daß sie mit dem optischen Weg kollinear ist (US-Patentschrift 37 07 687).

Diese Technik hat mehrere erhebliche Mangel. Das erste Problem ist ein Nachteil, der allen kollinearen Konstruktionen gemeinsam ist: Der größte Teil des Anregungsstrahls wird absorbiert, wenn er durch den strömenden Farbstoff hindurchtritt Es erfolgt jedoch niemals eine 100%ige Absorption, und so wird bei kollinearer Anordnung des Anregungsstrahls immer ein Teil des Anregungsstrahls in den Ausgang des Farbstoff-Lasers eingeführt

Ein zweites Problem ist die schwierige Aufgabe, einen Reflektor für den optischen Resonator zu entwerfen und zu konstruieren, der die gewünschten optischen Eigenschaften hat nämlich nahezu 100% der Farbstoff-Laser· Wellenlängen zu reflektieren und nahezu 100% der Anregungs-Wellenlängen durchzulassen.

Tatsächliche Reflektoren dieser Art haben mehrere wichtige Beschränkungen.

(1) Es ist nicht möglich, solche Spiegel so zu konstruieren, daß sowohl eine 100%ige Durchlässigkeit für eine Vielzahl von Anregungsstrahl-Wellenlängen als auch 100% Reflexion für die Farbstoff-Laser-Wellenlängen ermöglicht wird. Damit wird der Gesamtwirkungsgrad verschlechtert

(2) Wenn der abgestimmte Ausgang des Farbstoff-Lasers sich der Wellenlänge des Anregungsstrahls nähert wird es außerordentlich schwierig, den Farbstoff-Laser zu betreiben, weil die oben beschriebenen Kriterien für den Reflektor unter diesen Umständen nicht erfüllt werden können.

(3) Da es notwendig ist, daß der Anregungsstrahl durch einen Reflektor für den optischen Resonator hindurchgeht, wird ein erheblicher Anteil der eingegebenen Anregungsleistung verlorengehen.

(4) Wenn schließlich ultraviolette Anregung verwen-

det wird, hat das UV-Anregen einen nachteiligen Effekt auf den Speigel- oder Reflek tor-Belag, durch den der Anregungsstrahl hindujehtritt

Eise andere Möglichkeit, eine kollineare Anregung eines Farbstoff-Lasers zu erreichen, nutzt die Breehungseigenschaften eines Dispersionsprismas aus. Wie bekannt ist, steht der Brechungswinkel für durch ein Dispersiotisprisma hindurchtretendes Licht mit der Wellenlänge des hindurchtretenden Lichtes in Beziehung. Ein Prisma wird nahe dem optischen Weg des Farbstoff-Laser-Resonators angeordnet Der Anregungsstrahl wird schief relativ zum optischen Weg durch das Prisma eingeführt Durch richtige Lage des Prismas sorgt die Brechung durch das Prisma dafür, daß Cat Anregungsstrahl kollinear mit dem optischen Weg des Resonators ausgerichtet wird, wei»n er durch den Farbstoff hindurchtritt (Zeitschrift für Naturforschung Bd. 27a, Nr. 8/9 [Dez. 1972], S. 1272 bis 1277).

Auch diese Technik hat merkliche Nachteile. Der Anregungsstrahl ist effektiv auf eine einzige Wellenlänge oder einen kleinen Bereich von Wellenlängen beschränkt Das liegt daran, daß die Brechung des Prismas für unterschiedliche Wellenlängen unterschiedlich ist und damit nur eine einzige Wellenlänge oder ein enger Bereich von Wellenlängen kollinear hinsichtlich des optischen Weges gebrochen wird; dei Rest wird so gebrochen, daß er nicht kollinear ist und als Anregung nicht voll ausgenützt wird.

Ein zweiter Nachteil liegt darin, daß das Prisma einige lusätzliche Verluste in den optischen Resonator einführt sowohl hinsichtlich der Farbstoff-Laser-Oszillationen als auch hinsichtlich des Anregungsstrahls.

Es ist ferner ein Dauerstrich-Farbstofflaser mit einem ungestützt fließenden Farbstoffilm, als stimulierbarem Medium, innerhalb eines von wenigstens zwei Spiegeln begrenzten optischen Resonators, worin er vorzugsweise unter dem Brewsterschen Winkel zur optischen Achse angeordnet ist und wo er mit der Strahlung eines zusätzlichen optischen Senders angeregt wird, die vorzugsweise fokussiert ist, bekanntgeworden. Zur Erhaltung der Kollinearität war bei diesem bekannten Laser der Anregungslaser sogar in den optischen Resonator des Farbstofflasers eingebaut (»IEEE Journal of Quantum Elekctronics«, Bd. QE-8, Nr. 12 [Dez. 1972], S. 910/911).

Durch die Erfindung soll eine Einrichtung geschaffen werden, mit der ein Dauerstrich-Farbstofflaser direkt optisch angeregt werden kann, ohne daß die an^regende Strahlung durch optische Resonatorspiegel oder andere optische Bauteile hindurchgehen muß, die dem Resonator des Dauerstrich-Farbstoff lasers zugeordnet sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Anregungsstrahlung unter einem spitzen Winkel zur Achse desjenigen Abschnittes des optischen Resonators, der den Farbstoff enthält, derart verläuft, daß die Resonatorspiegel davon nicht berührt werden.

Damit wird ein Dauerstrich-Farbstofflaser geschaffen, der gleichzeitig mit einer Vielzahl von Laserstrahlen angeregt werden kann, und es steht eine verbesserte Anregungseinrichtung für einen Farbstofflaser zur Verfügung, mit der es möglich ist, daß kein Teil des Anregungsstrahls in den Ausgang des Farbstofflasers eingeführt wird.

Gemäß einer speziellen Weiterbildung der Erfindung ist der von dem Anregungsstrahl und der optischen Achse eingeschlossene spitze Winkel kleiner als dl ι Radiant wobei dder Durchmesser des Anregungsstrihles beim Durchtritt durch den Farbstoff und t die Dicke des Farbstoffüms in Richtung der optischen Achse ist •.vobei die Durchmesser des Anregungsstrahles und der vom Farbstoff- ausgehenden kohärenten Strahlung jeweils im Farbstoffilm gemessen, etwa einander gleich S sind.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein optisches Schema eines verbesserten Dauerstrich-Farbstofflasers,

ίο Fig.2 einen Teil eines Dauerstrich-Farbstofflasers gemäß F ig. 1,

F i g. 3 ein Schema eines weiteren Dauerstrich-Farbstofflasers,

F i g. 4 eine Aufsicht auf einen Dauerstrich-Farbstofflaser,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Dauerstrich-Farbstofflasers nach F i g. 4 entsprechend den angegebenen Pfeilen,

F i g. 6 eine Seitenansicht eines Teils des Dauerstrich-Farbstofflasers nach F i g. 4,

F i g. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in F i g. 6,

F i g. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in F i g. 6 und

F i g. 9 einen Teil der Anordnung nach F i g. 6.

Der in Fig. 1 dargestellte Dauerstrich-Farbstofflaser iO weist einen optischen Resonator auf, der einen ausgangskoppelnden Reflektor 12, einen ersten, im wesentlichen völlig reflektierenden breitbandigen Reflektor 14 und einen ebensolchen zweiten Reflektor 16 aufweist. Ein optischer Weg 18 ist durch die drei Reflektoren 12,14 und 16 definiert

Ein Farbstoffilm oder -strahl 20 schneidet den

optischen Weg 18 am Brennpunkt der beiden Reflektoren 14 und 16. Die Anordnung der Reflektoren 12,14 und 16 auf diese Weise ist eine bekannte Technik, mit der die Einführung des Strömungsmittelstromes 20 unter dem Brewsterschen Winkel hinsichtlich des optischen Weges 18 astigmatisch kompensiert wird.

Durch den Brewsterschen Winkel ergibt sich eine maximale Lichtdurchlässigkeit durch den Strömungsmittelstrom für vertikal polarisiertes Licht.

Ein Abstimm-Mechanismus 22 durchsetzt ebenfalls den optischen Weg 18. Der Zweck des Abstimm-Mechanismus 22 liegt darin, die Ausgangswellenlänge des Farbstofflasers 10 zu justieren. Es sind verschiedene geeignete Abstimm-Mechanismen verfügbar, einer wird in einer gleichzeitig eingereichten Anmeldung der Anmelderin (DT-OS 24 25 197) beschrieben.

Ein Laser 24, beispielsweise ein Argon-Ionen-Laser, wird dazu verwendet, den Farbstoffilm 20 optisch anzuregen. Der Ausgang des Anregungsstrahls 26 wird mittels einer Fokussierlinse 28 so fokussiert, daß der Anregungsstrahl sehr schmal ist wenn er durch den Farbstoffilm 20 hindurchtritt.

Ein Auffänger 29 absorbiert den Teil des Anregungs-Strahls 26, der vom Farbstoffilm 20 nicht absorbiert wird.

Der Anregungsstrahl 26 tritt in den optischen

Resonator des Farbstofflasers 10 schief hinsichtlich dei Resonatorachse 15 ein. Das heißt, der Anregungsstrah 26 ist nicht kollinear mit der optischen Achse 15 Dadurch wird es möglich, den Farbstoffilm 20 direkt mil dem Anregungsstrahl 26 vom Laser 24 anzuregen. Da der Anregungsstrahl nicht kollinear hinsichtlich dei optischen Achse 15 ist, wird kein Teil des Anregungs

Strahls 26 in den Ausgangsstrahl 30 des Farbstofflasen 10 eingeführt.

Eine vergrößerte Ansicht des Farbstoffilms 20, wc dieser die Resonatorachse 15 durchsetzt, ist in F i g. 1

dargestellt. Für die Zwecke der Darstellung wird angenommen, daß sowohl der Anregungsstrahl 26 als auch der Lichtquerschnitt in der Resonatorachse 15 konstanten Durchmesser haben, wenn sie durch den Farbstoff hindurchtreten. Diese Annahme ist zwar nicht exakt genau, stellt jedoch eine vernünftige Näherung dar.

Es ist zu beachten, daß der Farbstoffilm 20 sich unter dem Brewsterschen Winkel θρ zur Resonatorachse 15 befindet. Die Farbstofflaser-Oszillationen folgen der Resonatorachse. Ersichtlich ist also die Breite oder »Taille« der Farbstofflaser-Oszillationen sehr klein, wenn die Farbstofflaser-Oszillationen durch den Farbstoff 20 hindurchtreten.

Unter der Annahme, daß Anregungsstrahl- und Farbstofflaser-Oszillations-»Taille« gleich sind, wurde festgestellt, daß der Winkel β zwischen der Resonatorachse 15 und dem Anregungsstrahl 26 nicht größer als der wie folgt definierte Winkel sein soll:

d d

= — Radiant = —
t t

57,3°.

Wenn der Winkel größer ist, fällt der Wirkungsgrad des Farbstofflasers 10 schnell ab, und schließlich hört der Ausgang des Farbstofflasers 10 auf.

Ein Schema, mit dem mehrere Farbstoffilme innerhalb des Resonators des Farbstofflasers 10 verfügbar gemacht werden können, ist in Fig.3 dargestellt. »Mehrere Farbstoffilme« soll bedeuten, daß eine Anzahl unterschiedlicher Farbstoffe, die jeder unterschiedliche Laser-Wellenlänge haben, innerhalb des Farbstofflaser-Resonatorhohlraums vorgesehen werden kann. Jeder Farbstoffilm geht von einer Düse 34 aus und wird in einem Sammler 36 aufgenommen. Der Übersichtlichkeit halber sind in dem in F i g. 3 dargestellte.; Schema nur drei unabhängige Farbstofftypen vorgesehen, die in die Düse 34 eingeführt werden können, um den Farbstoffilm zu bilden. Selbstverständlich kann jede beliebige Anzahl unterschiedlicher Farbstoffe eingeführt werden.

Jeder verschiedene Farbstoff ist mit seinem eigenen Zirkulationssystem oder Kreislauf versehen. Einzelne Pimpeinheiten 38, 40 und 42 sind für jedes der verschiedenen Farbstoff-Zirkulationssysteme vorgesehen. Jede dieser Pumpeinheiten enthält eine Pumpe, einen Pumpenantriebsmotor, ein Farbstoffreservoir und ein Filter mit einer typischen Porengröße von 2 μΐη. Das Filter entfernt irgendwelche Verunreinigungen, die die Farbstofflaser-Schwingungen verschlechtern oder beenden könntea Ein Wärmetauscher kann ebenfalls als Teil jedes Kreislaufs vorgesehen werden, um im Farbstofflaser absorbierte Wärme zu entfernen. Dadurch wird die Viskosität des Farbstoffs erhöht um die Bildung von Blasen im Strom zu verringern. Zwischen 15 und 20"C hat sich als befriedigende Farbstoff temperatur gezeigt

An die Ausgangsseite der Pumpeinheiten 38,40 und 42 sind Leitungen angeschlossen, mit denen der Farbstoff transportiert wird und die mit Düseneingangsöffnungen 44,46 bzw. <kS abgeschlossen sind. Zu jedem bestimmten Zeitpunkt ist eine dieser Öffnungen mit der Düse 34 ausgefluchtet In ähnlicher Weise schließen Ausgangsöffnungen SO, 52 und 54 eine weitere Reihe von Leitungen ab, die mit der Emgangsseite der Pumpeinheiten 38,40 bzw. 42 verbunden sind.

Es find Einrichtungen derart vorgesehen, daß irgendeines der Öffnungspaare 44-50,46-52 oder 48-54 mit der Düse 34 und dem Kollektor 36 ausgefluchtet werden kann. Wenn ein Öffnungspaar ausgefluchtet ist pumpt die Pumpeinheit das Strömungsmittel durch die Ausgangsöffnung, durch die Düse 34, wo es ein. ungestützter und unbegrenzter Strömungsmittelstrahl wird, wenn es den optischen Resonator des Lasers überquert Der Farbstoff wird dann in seiner Pumpeinheit zurückgeführt Da jeder Farbstoff einen anderen Wellenlängenbereich hat, ist der Wellenlängenbereich des Ausgangs des Farbstofflasers 10 nach der Erfindung erheblich größer als für frühere Farbstofflaser, in denen

ίο nur ein einziger Farbstoff verwendet wurde.

Eine ins einzelne gehende Darstellung eines Ausführungsbeispieles eines Farbstofflasers 10 ist in F i g. 4 bis 9 dargestellt Nach den Fig.4 und 5 ist der Ausgangsreflektor 12 in einer Ausgangsreflektor-Stütz-

is konstruktion 56 montiert, die ihrerseits an ein Montagerohr 58 montiert ist Der Resonatorspiegel 14 sitzt innerhalb eines Spiegelträgers 60, der vom Montagerohr 58 abgestützt wird. In ähnlicher Weise ist der Resonatorspiegel 16 in einen zweiten Spiegelträger 62 montiert der seinerseits vom Montagerohr 58 abgestützt wird. Das Montagerohr 58 ist an einer Grundplatte 64 befestigt und zwar mittels einer Tragplatte 66 und Tragschenkeln 68 und 70.

Die Fokussierlinse 28 ist innerhalb des Gehäuses 72 befestigt das seinerseits von einer Stütze 74 getragen wird, die am Montagerohr 58 befestigt ist. Eine öffnung 76 ist im Spiegelträger 60 vorgesehen, so daß der Anregungsstrahl 26 unter dem Resonatorspiegel 14 hindurchtreten und den Farbstoffilm 20 in der beschriebenen Weise durchsetzen kann. Geeignete Justiereinrichtungen sind für jeden der Spiegel 12, 14 und 16 und die Fokussierlinse 28 vorgesehen.

Eine Revolverkopfeinheit 78 ist vorgesehen, damit unterschiedliche Farbstoffe durch den optischen Resonator des Farbstofflasers 10 hindurchtreten können. Es wird insbesondere auf F i g. 4, 6, 7 und 8 hingewiesen. Die Revolvereinheit 78 weist eine rotierende Eingar>;*splatte 80 mit einer Anzahl öffnungen 82 auf, die sich um den Umfang der Platte 80 herum erstrecken. Die Platte 80 ist um eine zentrale Nabe 84 drehbar, so daß einzelne Eingangsöffnungen 82 mit der Düse 34 ausgefluchtet werden können.

Der Umfang der Drehplatte 80 ist mit einem Zahnkranz 86 versehen. Zwei Untersetzungsritzel 88 und 90 sind mit einer drehbaren Welle 92 gekuppelt. Durch Verdrehen eines Einstellknopfes 95 kann die Drehplatte 80 mittels der Welle 92 gedreht werden, um irgendeine der öffnungen 82 mit der Düse 34 auszufluchten.

Die Düse 34 ist an einer Tragplatte 94 befestigt die einen Grundteil 98 und einen Ansatz 97 zur Stütze der Welle 92 aufweist Das Ritzel 90 ist auf die Welle 92 montiert und das Ritzel 88 ist an der Tragplatte 94 gelagert

Der Sammler 36 wird von einer Stützplatte 96 getragen, die von der Revolver-Grundplatte 99 nach oben vorsteht Wie zusätzlich aus F i g. 9 erkennbar ist führt eine öffnung 100 durch die Tragplatte 9a Eine Ausgangs-Drehplatte 102 ähnlich der Eingangs-Dreh-

platte 80 ist mit einer Anzahl voneinander entfernter Öffnungen 104 versehen, die durch den äußeren Umfang hindurchführen. Die Drehplatte 102 ist mit ihrer Nabe 106 so montiert, daß jede der Öffnungen 104 mit der öffnung 100 ausgefluchtet werden kann, die durch die Tragplatte 96 führt

Ein Zahnkranz 108 ist ebenfalls am Umfang der Ausgangs-Drehplatte 102 vorgesehen. Mit den Zähnen 108 kämmt ein Ritzel 110. mit dem wiederum ein Ritzel

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112 kämmt. Das Ritzel 112 hat den gleichen Durchmesser wie das Ritzel 90, und das Ritzel 110 den gleichen Durchmesser wie das Ritzel 88. Der Zahnkranz 108 hat den gleichen Durchmesser wie der Zahnkranz 86. Dementsprechend sind die beiden Drehplatten 80 und 102 gekuppelt, da das Ritzel 112 mit der gleichen Welle 92 verbunden ist wie das Ritzel 90.

Eingangsleitungen 114 führen verschiedene Farbstoffe an jede der Öffnungen 82 der Eingangsdrehplatte 80. In ähnlicher Weise führt die Ausgangsleitung 116 die Farbstoffströme von den einzelnen Öffnungen 104 weg zu der jeweiligen Pumpeinheit für jeden Farbstoff.

Wenn im Betrieb ein bestimmter Farbstoff gewünscht wird, wird der Abstimmknopf 95 gedreht, um die gewünschte Eingangsöffnung 82 mit der Düse 94 auszufluchten. Wenn ein anderer Farbstoff vorher verwendet worden war, muß seine Pumpe zunächst abgeschaltet werden. Da die Ausgangs-Drehplatte 102 mit der Eingangs-Drehplatte 80 gekuppelt ist, wird die richtige Öffnung 104 automatisch mit dem Sammler 36 ausgefluchtet. Die Pumpe für den gewünschten Farbstoff wird dann eingeschaltet, und der Farbstoff strömt durch die Eingangsleitung 114, die Drehplatte 80 und aus der Düse 34 heraus als flacher, ungestützter, unbegrenzter Strömungsmittelstrom. Gewünschtenfalls kann die Schaltung zur Durchführung dieser Funktion in die Revolveranordnung eingebaut werden.

Der Farbstoffstrom tritt durch den Sammler 36, durch Öffnung 100. durch die Ausgangs-Drehplatten-Öffnung 104 und wird schließlich durch die Ausgangsleitung 116 zur Farbstoffpumpeinheit zurückgeführt. Jeder Farbstoff, der nicht durch den Sammler 36 hindurchtritt, fällt in ein Reservoir 118, das mit einer Reihe von Absaugrohren 120 und 122 versehen ist. um diesen verlorengegangenen Farbstoff zu entfernen.

Wie am besten aus Fi g. 6 und 9 erkennbar ist. reicht der Sammler 36 durch einen Kanal 124, der durch den Resonatorsupport 58 führt. Um eine wasserdichte Abdichtung zwischen dem Sammler 36 und der Ausgangs-Drehplatte 96 zu schaffen, wird eine Gewindemutter 126 verwendet, mit der ein O-Ring 128 dicht gegen die Platte % gehalten wird. O-Ringe 130 sind auch vorgesehen, um jede der Ausgangsöffnungen 104 abzudichten, ebenso wie die Eingangsöffnungen 82 (nicht dargestellt). Die Eingangsöffnungen 82, die nicht mit der Düse 34 ausgefluchtet sind, werden mit der Platte 94 blockiert In ähnlicher Weise werden nicht mit dem Sammler 36 ausgefluchtete Ausgangsöffnungen 104 mit der Platte 96 blockiert.

Wenn immer ein Farbstoffstrom aufhört und wenn der Strom zusammenfällt, fällt etwas von dem Farbstoff in den Bodenteil des Sammlers 36. Wenn also ein anderer Farbstoffstrom eingeführt wird, ist es erwünscht, eine Vermischung des neuen Farbstoffs mit dem alten Farbstoff zu verhindern, der im Sammler 36 verbleibt

Um das zu erreichen, weist die Öffnung 100, die durch die Platte 96 führt, einen ersten Bereich 132 auf, der einen größeren Durchmesser hai: als ein zweiter Bereich 134. der sich am nächsten an der Ausgangsöffnung 104 befindet Längs des Bodens des ersten Bereiches 132 läuft ein Trog 136, der mit einem Ausgangsrohr 138 verbunden ist Sobald ein neuer Farbstoffstrom voll aufgebaut ist, erstreckt er sich über den ganzen Weg von der Düse 34 durch die Öffnung 100 und in die Ausgangsleitung 116. Innerhalb des Sammlers 36 sammelt sich also praktisch kein Farbstoff an. Wenn jedoch ein Farbstoffilm zunächst gestartet wird, streift er längs des Bodens des Sammlers 36. Das hat den Effekt, daß irgendein Farbstoff, der von einem vorangegangenen Betrieb zurückgeblieben ist, ausgespült wird. Der alte Farbstoff wird längs des Sammlers 36 gefegt und in den Trog 136 und zum Auslaß 138 hinaus. Die Schulter 140 zwischen dem ersten Bereich 132 mit größerem Durchmesser und dem zweiten Bereich 134 mit kleinerem Durchmesser der Öffnung 100 hindert den alten Farbstoff daran, in das Auslaßrohr ίο 116 einzutreten, so daß eine Verunreinigung vermieden wird.

Wenn die Pumpe abgeschaltet wird, um einen Farbstoffstrom 20 zu beenden, wird der größte Teil des Farbstoffs, der in der Düse 34 bleibt, in die Pumpe und das Reservoir zurückgezogen. Was an Farbstoff zurückbleibt, verläßt die Düse als erstes, wenn ein neuer Farbstoff eingeführt wird, hat sich, wie bereits erwähnt, der alte Farbstoff längs des Bodens des Sammlers 36 gesammelt, und wird schließlich aus der Ausgangsleitung 138 herausgefegt. Es besteht also nur eine sehr geringe Möglichkeit für irgendeine merkliche Verunreinigung des neuen Farbstoffes mit dem restlichen alten Farbstoff.

Eine geeignete Menge an Farbstoff für jedes Zirkulationssystem beträgt 1500 cm³. Das Volumen der Düse, die Farbstoff zurückhält, beträgt ii. einem speziellen Ausführungsbeispiel 0,01 cm³. Ersichtlich würde es selbst im ungünstigsten Falle, d. h., wenn die Düse vollständig mit dem alten Farbstoff gefüllt ist und 3c dieser alte Farbstoff vollständig in den neuen Farbstoff hineinkommt, vieler wiederholter Operationen bedürfen, um eine merkliche Verunreinigung herbeizuführen. Die Düse 34 kann aus einem kleinen Rohr gemacht werden, dessen Ende zusammengepreßt wird, um einen schmalen Schlitz zu bilden. Dieser Schlitz definiert die Geometrie des Farbstoffilms 20. In einer Ausführungsform ist die Öffnung der Düse 34 0,25 mm dick und 1,52 mm lang.

Eine geeignete Pumpe, mit der der Farbstoff umgepumpt werden kann, hat eine Pumpkraft von etwa 2,8 kp/cm² und sorgt für eine Farbstoffgeschwindigkeit von etwa 6 m/sec.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist es für den Fachmann möglich, die Erfindung nachzubauen, es werden zusätzlich jedoch noch folgende Parameter einer tatsächlichen Ausführungsform eines Farbstofflasers nach der Erfindung angegeben: Spiegel 12:

flacher Reflektor, 4% durchlässig. Spiegel 14:

7,5 cm Radius, hoch reflektierend. Spiegel 16:

5 cm Radius, hoch reflektierend. Abstand zwischen Spiegel 12 und Spiegel 14: 30cm.

Abstand zwischen Spiegel 14 und Spiegel 16:

875 cm.

Brennpunkt der Spiegel 14 und 16 (Position des Strömungsmittelstroms 20):
3,75 cm vom Spiegel 14,
5,0 cm vom Spiegel 16.
Fokussierfinse 28:

6cm.

Abstand zwischen linse 28 und Farbstoffilm 20: 6 cm.

Anregungslaser 24:

Argon-Ionen-Laser (Model 52 der Fa. Coherent Radiation).

T-

Beispiele von vier unterschiedlichen Farbstoffen und deren Wellenlängenbereiche:

5300 AE- 5850 AE Natriumfluoreszin, 5700 AE- 6400 AE Rhodamin 6 G, 5900 AE-6550 AE Rhodamin B, 6500 AE- 7000 AE Cresyl Violet

Farbstoffträger:

2 g Farbstoff/1,51 Athylenglycol.

Der Abstimm-Mechanismus 22 gemäß F i g. 2 ist der Übersichtlichkeit halber in F i g. 4 bis 9 nicht dargestellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dauerstrich-Farbstofflaser mit einem ungestützt fließenden Farbstoffilm innerhalb eines von wenigstens zwei Spiegeln begrenzten optischen Resonators, worin er unter im wesentlichen dem Brewsterschen Winkel zur optischen Achse angeordnet ist und mit der fokussieren Strahlung eines zusätzlichen optischen Senders angeregt wird, w dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsstrahlung (26) unter einem spitzen Winkel zur Achse (15) desjenigen Abschnittes (14, 16) des optischen Resonators (12,14,16), der den Farbstoff (20) enthält, derart verläuft daß die Resonatorspie· pel (12,14,16) davon nicht berührt werden.

2. Dauerstrich-Farbstofflaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Anregungsstrahl (26) und der optischen Achse (15) eingeschlossene spitze Winkel kleiner ist als dlt Radiant wobei d der Durchmesser des Anregungsstrahles beim Durchtritt durch den Farbstoff (20) und t die Dicke des Farbstoffilms in Richtung der optischen Achse (15) ist wobei die Durchmesser des Anregungsstrahles und der vom Farbstoff ausgehenden kohärenten Strahlung (30) jeweils im Farbstofffilm gemessen, etwa einander gleich sind.