DE2502688A1

DE2502688A1 - Strahlenmischer fuer gepulste strahlung

Info

Publication number: DE2502688A1
Application number: DE19752502688
Authority: DE
Inventors: P G Debaryshe; James L Munroe
Original assignee: Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc
Current assignee: Jersey Nuclear Avco Isotopes Inc
Priority date: 1974-01-30
Filing date: 1975-01-23
Publication date: 1975-07-31
Also published as: AU7740375A; BE824931A; CH604194A5; SE407874B; FR2259375A1; US3924937A; CA1019606A; JPS50115792A; NL7501113A; IL46335A; SE7500927L; IT1026423B; IL46335A0; GB1502801A

Description

Patentanwälte Dipl.-lng. R. B E ETZ sen. Dipl.-lng. K, LAMPRECHT Dr.-Ing. R. B E E T Z jr.

8 München 22, Steinsdorfstr. 1O Tel. (089)22 7201/227244/298910

Telegr. Allpatent München Telex 522Ο48

052-23.699p

23. 1. 1975

Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc.

Adressen Exxon Nuclear Company,

Bellevue (Washington) V. St

Strahlenmischer für gepulste Strahlung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlenmischer zum Vereinigen gepulster optischer Strahlen, um eine erhöhte Impulsfrequenz zu erhalten, und insbesondere auf einen Strahlenmischer, der einen winkelförmigen Strahlenweg oder eine Ablenkung kompensiert, solange die Impulse vereinigt werden.

Bei mit gepulster Laserstrahlung arbeitenden Vorrichtungen soll oft eine höhere Impulsfrequenz für die gepulste Laserstrahlung

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vorgesehen werden, als diese gewöhnlich aus einem einzigen Laser erhalten wird- Es sind Möglichkeiten bekannt, die oft eine Dreh-Optik verwenden, um gepulste Laserstrahlen nacheinander zu einem einzigen Strahl mit gemeinsamer Achse zu vereinigen (vgl. US-PS 3 543 183, 3 310 753, 3 541468, 3 568 087).

Bei einer Anwendung einer Hochimpulsfrequenz auf die Laserstrahlung wird eine Isotopentrennung mittels einer isotopenselektiven Laser-Fotoionisation in einem Bereich hoher Durchfluß menge aus mehreren Isotopenarten durchgeführt (vgl. US-PS 3 772519). Für eine derartige Anwendung einer Laseranreicherung werden insbesondere Laserstrahlenwege verwendet, die sich über beträchtliche Entfernungen erstrecken und trotzdem eine genaue und konstante Winkelausrichtung und Überlagerung einiger Laserstrahlen verschiedener Frequenz erfordern. Die Laserimpulsdauern können insbesondere für diese Anwendung im Bereich eines Bruchteiles von 1 us, liegen. Wenn eine. Dreh-Optik zum Empfang aller sequentieller Impulse (Folgeimpulse) von mehreren Lasern verwendet wird, um diese auf einen Weg zu vereinigen, so führt die Drehbewegung dieser Optik zu einer Drehbewegung der vereinigten Laserstrahlen. Diese Bewegung kann als Strahlablenkung sowie als Drehung der Ablenkungsebene von Impuls zu Impuls auftreten. Mit einer Laseranreicherung, die eine konsistente Beleuchtung eines vorbestimmten Kanals durch den Bereich der zu trennenden Isotopen erfordert, ist eine derartige Winkelbewegung der Strahlung η icht verträglich.

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung vor, die die in einem aus gepulster Laserstrahlung vereinigten Strahl auftretende Winkelablenkung korrigiert, die auf einer aufeinanderfolgenden Überlagerung mehrerer, sequentiell gepulster Laserstrahlen auf einen einzigen Weg beruht.

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Insbesondere wird eine sich kontinuierlich drehende Optik verwendet, um die gepulsten Ausgangssignale mehrerer Laserquellen zu vereinigen- Bei einem Ausführungsbeispiel werden mehrere Kompensier-Optiken hinzugefügt, um eine auf der endlichen Dauer jedes Laserimpulses und entsprechend der Bewegung der Dreh-Optiken beruhende Winkeländerung oder Ablenkung auszuschließen. Bei einem
weiteren Ausführungsbeispiel verhindert ein besonderer Strahlenmischer selbst die auf der Drehbewegung der Mischglieder beruhende
Winkeländerung.

In jedem Fall führt der Mischer (Vereinigungsvorrichtung) zu
einem kleinen und oft vernachlässigbaren Betrag der seitlichen Strahlverschiebung ohne Winkeländeruhg. Eine zusätzliche Optik kann, gegebenenfalls zur Korrektur dieser Verschiebung verwendet werden.

Weiterhin wird eine Anordnung beschrieben, die mehrere Stufen von Strahlenmischern der oben erläuterten Art verwendet, um die
Laser-Impulsfrequenz um mehrere Größenordnungen zu erhöhen, wobei entweder Niederimpulsfrequenz-Laser oder Einschalt-Hochimpulsfrequenz-Laser vorgesehen sind. .

Die Erfindung sieht also ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vereinigen einer Folge von Strahlungsimpulsen in mehreren Strahlen vor, um einen Ausgangsstrahl mit erhöhter Impulsfrequenz auf einer gemeinsamen Achse zu erzeugen. Ein Optik-Korrekturglied wird verwendet, um die dynamische Winkelbewegung des Ausgangsstrahles während der Zeitdauer jedes Impulses zu kompensieren.

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert- Es zeigen:

Fig. lein Ausführungsbeispiel eines Mischers für gepulste Laserstrahlen ohne Kompensation der winkelförmigen Strahlbewegung ,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mischers für gepulste Laserstrahlen ohne Kompensation der winkelförmigen Strahlbewegung,

Fig. 3 A und 3 B die winkelförmige Bewegung, die auf nichtkompensierten Laserstrahl-Mischern beruht,

Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Mischers für gepulste Laserstrahlen, der erfindungsgemäß in bezug auf die winkelförmige Bewegung kompensiert ist,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mischers für gepulste Laserstrahlen, die erfindungsgemäß in bezug auf die winkelförmige Bewegung kompensiert ist,

Fig. 6 eine Abwandlung des in der Fig. 5 gezeigten Mischers,

Fig. 7 eine Möglichkeit zum Vereinigen oder Mischen zahlreicher Laser-Ausgangssignale in mehreren Stufen, um in dem sich ergebenden, vereinigten Ausgangs strahl eine stark erhöhte Impulsfrequenz zu erzeugen,

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Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit vielen Stufen, um mehrere gepulste Laserstrahlen für eine erhöhte Ausgangsfrequenz zusammenzufassen, und

Fig. 9 eine Optik für die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Mischer, um eine Verschiebung des Strahls der vereinigten Laserimpulse zu kompensieren.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Mischer zur Erhöhung der effektiven Impulsfrequenz eines gepulsten Lasergeräts betrachtet, wobei nacheinander die Ausgangs signale mehrerer gepulster Laser zu einem gemeinsamen Strahl einer Impulsfrequenz vereinigt werden, die um die Anzahl der im Mischer vorgesehenen Laser erhöht ist. Bei der Erfindung wird ein Kompensier glied verwendet, um dynamische Änderungen im Winkel des Ausgangsstrahles zu korrigieren, die auf der Bewegung der Misch-Optiken während jedes Impulses der Laserstrahlung beruhen. Die Erfindung ist besonders für ein Lasergerät geeignet. Sie kann jedoch auch zum Vereinigen oder Mischen aller gepulster Strahlen verwendet werden.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Mischer dargestellt, der die Ausgangssignale mehrerer nacheinander (sequentiell) gepulster Laser zu einem einzigen gepulsten Strahl mit einer Impulsfrequenz vereinigt, die um die im Mischer verwendete Anzahl der Laser erhöht ist. Insbesondere sind in der Fig. 1 Laser 12 so angeordnet, daß sie radial ihre Ausgangsstrahlung auf einen zentralen Punkt zur Einwirkung auf eine Drehreflex-Oberfläche 14, insbesondere ein Prisma, richten» Die Strahlungsimpulse der Laser 12 werden in bezug auf ein Antriebsglied

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16 für den Reflektor 14 durch ein Synchronisier- oder Verteilerglied 18 so synchronisiert, daß ein Ausgangsstrahl 20 auf einer gemeinsamen Achse entsteht. Demgemäß ist die Reflex-Fläche so gerichtet, daß sie jeden Strahl der Strahlung von einem jeweiligen Laser 12 genau dann empfängt, wenn dieser Strahl entlang des Weges 20 reflektiert wird.

In der Fig. 2 ist ein ähnlich arbeitender Mischer mit einem Drehzylinder 22 dargestellt, der mehrere Spiegel 24 versetzt auf seinem Umfang und axial verschoben aufweist, die so ausgerichtet sind, daß sie eine Laserstrahlung von einer Reihe paralleler Laser 26 auf einen gemeinsamen Ausgangsweg 28 leiten. Ein Synchronisierglied 30 wirkt mit einem Antriebsglied 32 für den Zylinder 22 so zusammen, daß jeder Laser 26 dann gezündet wird, wenn der entsprechende Spiegel 24 so ausgerichtet ist, daß er die Strahlung auf den Weg 28 mit gemeinsamer Achse reflektiert.

Die Fig. 3A und 3B zeigen die Art der dynamischen Winkeländerung der Strahlen 20 oder 28, die auf der endlichen Bewegung der Reflex-Oberflächen 14 oder 24 während des Impulses der Strahlung in den Lasern 12 oder 26 beruht. In der Fig. 3A ist diese Wirkung für den Mischer der Fig. 1 gezeigt. Die Strahlung, die z. B. in einem Punkt 34 beginnt' und in einem Punkt 36 während der Impulsdauer eines bestimmten Lasers 12 endet, durchquert nicht nur einen Winkel Θ, sondern die Ausrichtung des Winkels θ ändert sich, wie dargestellt, mit der Lage des bestimmten Lasers 12, der z. B., wie in der Fig. 1 dargestellt ist, unter den Stellungen 38, 40 und 42 gezündet wird.

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Bei zur isotopenselekti ven Fotoionisation verwendeten !Lasern kann die Zeitdauer der Ausgangs strahlung in jedem Laserimpuls einen merklichen Bruchteil einer ^s erreichen, was während der Impulsdauer zu einem merklichen und beträchtlich großen Winkel θ führt. Derartige Winkel können einen wesentlichen Bruchteil eines Grades erreichen und die Ausrichtung der Laserstrahlung in einer Isotopentrennkammer (vgl. US-PS 3 772 519) merklich ändern. In der Fig. β Β ist ebenfalls der sich ändernde Winkel entsprechend dem Mischer der Fig. 2 dargestellt, wobei jedoch die zahlreichen Änderungen der Ausrichtung des Winkels θ nicht gezeigt sind.

Ein Mischer, der die Winkelablenkung und Änderung in der Ausrichtung (vgl. Fig. 3 A und 3B) kompensiert, ist in der Fig. 4 gezeigt. Radial angeordnete Laserquellen 44 (oder andere gepulste Strahlungsquellen) richten ihre jeweiligen Aus gangs strahlen in gepulster Folge gegen eine Drehreflex-Fläche 46. Die Oberfläche 46, insbesondere ein Prisma, dreht sich mit einer Winkelgeschwindigkeit co. Die Reflex-Fläche 46 wird durch ein Antriebsglied 48 gedreht, das mit einem Synchronisierglied 50 zusammenwirkt, um jeden Laser 44 so im geeigneten Zeitpunkt zu erregen, daß dessen Strahlungsimpuls durch die Oberfläche 46 auf einen gemeinsamen senkrechten Weg 52 reflektiert wird, wie dies oben beschrieben wurde. Die Laserstrahlung im Weg 52 ist auf eine Optik 56 mit einer ungeraden Anzahl von 'Reflex-Flächen gerichtet, für die vorzugsweise ein K-Spiegel vorgesehen ist. Der K-Spiegel 56 läuft zusammen mit der Reflex-Fläche 46 bei der halben Winkelgeschwindigkeit mit co/2 um. Die Drehung des K-Spiegels 56 ist mit der Drehung des Reflex-Prismas 46 durch ein weiteres Antriebsglied 54 synchronisiert. Der mitrotierende K-Spiegel 56

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kompensiert die Auswirkungen der Drehung der Ausrichtung des Ablenkwinkels in der Ausgangsstrahlung, wie dies in der Fig. 3A gezeigt ist. Die den K-Spiegel 56 verlassende, teilweise korrigierte Strahlung fällt entlang eines Strahlungsweges 58 mit gemeinsamer Achse auf ein entgegengesetzt umlaufendes Glied 60 aus Reflex-Flächen, das von einem Antriebsglied 62 mit der Frequenz co/2 in der zur Drehung der Reflex-Flächen 64 entgegengesetzten Richtung angetrieben wird, wobei die Flächen zur einfallenden Strahlung vorzugsweise einen Winkel von 45 bilden und in ihrer Anzahl doppelt so groß wie die Anzahl der Laser 44 sind. Dieses entgegengesetzt umlaufende Glied reflektiert jeden Impuls der Laserstrahlung auf einen gemeinsamen Ausgangsstrahl weg 66. Es wirkt auf alle Strahlen ein und schließt eine Winkelablenkung im Ausgangsstrahl aus, wie diese in den Fig. 3A und 3 B gezeigt ist. Der auf dem Weg 66 vereinigte Ausgangs strahl ist dann nahezu frei von dynamischen Ablenkungen und weist lediglich eine kleine Verschiebung auf. Diese Restablenkung ist oder kann für die vorgesehene Anwendung insbesondere unbedeutend gehalten werden. Anstelle des K-Spiegels 56 kann ein "Schwalbenschwanz"(Dove-)-, Umkehr- oder Pechan-Prisma oder eine andere geeignete Optik verwendet werden.

Zur Verringerung der dynamischen Änderung bei dem Mischer der Fig. 2 muß lediglich das Glied 60 verwendet werden. Der in der Fig. 2 dargestellte Mischer ist insbesondere geeignet, um eine begrenzte Anzahl von Laserstrahlen mit mehreren Spiegeln pro Strahl zu mischen, die am Umfang um den Zylinder vorgesehen sind.

Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 5 gezeigt, bei

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dem eine ähnliche radiale Anordnung von Lasern 68 vorgesehen ist, deren Strahlung auf einen zentralen Punkt gerichtet ist. Diesen zentralen Punkt umgibt eine Anordnung 74 aus stationären Spiegeln 70, die einen Winkel von 45 bilden, um jeden aufeinanderfolgenden Impuls der Strahlung von den Lasern 68 auf mehrere Wege 75 koaxial zu einer Mittelachse 72 der Spiegelanordnung 74 zu reflektieren. Jeder Weg ist gleich von der Achse 72 und gleich auf einem imaginären Zylinder um die Achse beabstandet. Die Anordnung 74 ist für Laser geeignet. Selbstverständlich kann jede andere Einrichtung verwendet werden, die eine Zylinder- oder Kegelsymmetrie im Laserstrahlweg erzeugt.

Die Strahlung auf dem Weg 75 wird zu einem Dreh-Festkörper-Rauten-Prisma (Rhombus-Prisma) 76 geführt, das auf entgegengesetzten Seiten eine erste und eine zweite parallele Reflex-Fläche 78 bzw. 80 hat. Die erste Reflex-Fläche 78 ist so ausgerichtet, daß sie jeden Strahlung s im puls von den Reflex-Flächen 70 aufnimmt. Die Drehachse des Rhombus 76 fällt mit der Achse 72 zusammen und verläuft durch die zweite Reflex-Fläche 80. Nach Reflexion des Eingangsstrahles an den Flächen 78 und 80 wird ein Ausgangsstrahlweg 82 mit gemeinsamer Achse erhalten. Der vereinigte Strahlweg 82 ist frei von der in den Fig. 3A und 3B dargestellten Winkelablenkung. Ein Antriebsglied 84 für das Rhombus-Prisma 76 wirkt mit einem Synchronisierglied so zusammen, daß jeder Laser 68 derart angeregt wird, daß die Strahlung von jeder Reflex-Fläche 70 zeitlich geeignet eingestellt ist, um auf die erste Reflex-Fläche 78 im Rhombus-Prisma 76 zentriert zu werden.

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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 5 dargestellt. Dabei sind parallele Reflex-Flächen 78 und 80 in einem Rhombus-Prisma 76 vorgesehen. Es ist jedoch möglich, nichtparallele Reflex-Flächen zu verwenden, wie dies in der Fig. 6 dargestellt ist. Der Vorteil von nichtparallelen Reflex-Flächen (Fig₇ 6) liegt in einer möglichst kleinen rotierenden Masse des Rhombus-Prismas . Wie in der Fig. 6 dargestellt ist , trifft die entlang Wegen 90 von jedem der zahlreichen radial angeordneten Laser einfallende Strahlung einen entsprechenden Spiegel 92 in einer Anordnung 94, die der Anordnung 74 gleicht. Die Spiegel 92 sind schräger zur einfallenden Strahlung gewinkelt, um die reflektierte Strahlung nicht entlang eines koaxialen Weges, sondern nach innen im allgemeinen in kegelförmiger Symmetrie zu einem Dreh-Prisma 96 und eine Reflex-Fläche 98 auf dem Prisma 96 zu leiten. Die von der Oberfläche 98 reflektierte Strahlung wird unter einem Winkel weiter zu einer Reflex-Fläche 100 über das Prisma 96 geleitet, das seinerseits den Laserimpuls auf eine gemeinsame zentrale Achse 102 reflektiert. Die Winkel der Spiegel sind so ausgewählt, daß sie einen gemeinsamen Weg erzeugen, obwohl eine dynamische Änderung nicht vollständig ausschließbar ist. Ähnliche Drehantriebs- und Lasersynchronisierglieder wie in der Fig. 5 werden beim Ausführungsbeispiel der Fig. verwendet.

Wenn jeder einzelne für den Einschalt-Laserimpuls verwendete einzelne Laser insbesondere eine maximale Impulsfrequenz von 500 Impulsen/s aufweist, und wenn schließlich eine wirksame Impulsfrequenz erhalten werden soll, die sich 50 kHz nähert, dann müssen Laser synchron vereinigt werden. Zu diesem Zweck kann es günstig

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sein, mehrere Stufen zum Vereinigen oder Mischen zu verwenden, wie dies in der Fig. 7 gezeigt ist. Wie in dieser Figur dargestellt ist, sind mehrere Laser 104 in Gruppen von beispielsweise 10 Lasern eingeteilt, mit möglichen 10 Gruppen, um eine Summe von 100 Lasern zu bilden. Jede Gruppe der 10 Laser führt nacheinander ihre gepulste Strahlung in ein Optik-Mischglied 106, das ähnlich oder gleich wie die Mischer der Fig. 4 und 5 aufgebaut sein kann. Jedes Mischglied 106 erzeugt ein einziges Ausgangssignal mit gemeinsamer Adise, das seinerseits zu einem weiteren Mischglied 108 geführt wird, das ebenfalls ähnlich wie die Mischer in den Fig. 4 und 5 aufgebaut sein kanu- Ein Synchronisierglied 110 steuert jeden Laser 104 zusammen mit Antriebsgliedern 112 und 114 für jedes Mischglied 106 und 108. Insbesondere ist jeder Strahlungsimpuls von einem Glied 106 zeitlich so abgestimmt, daß er einmal pro Umdrehung beim Umlauf des Mischspiegels im Mischglied 108 auftritt. Als Ergebnis arbeitet das Mischglied 108 mijt einer zehnmal größeren Drehzahl als die Drehzahlen für die Mischglieder 106. Als Grundsatz gilt dann, daß die Drehzahl für die Mischglieder in jedem der Mischer der Fig. 4, 5, 6 oder 7 der Impulsfrequenz auf jedem einzelnen Laser-Eingangsweg entspricht.

Es ist auch möglich, jeden Laser im Mischglied 106 der ersten Stufe nacheinander vor einem Laser im Mischglied 106 der nächsten ersten Stufe zu betätigen.

Wenn extreme Hochfrequenz-Ausgangsimpulse mit Impulsfrequenzen in der Größenordnung von über 50 kHz erforderlich sind, so kann es wünschenswert oder zweckmäßig sein, anstelle einer Vielstufen-Mischanordnung (vgl. Fig. 7) eine einzige Mischanordnung mit bis zu 100 ein-

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fallenden Laserstrahlungen aber einer relativ niedrigen Impulsfrequenz in jedem einfallenden Laserstrahl und demgemäß eine niedrige Winkelgeschwindigkeit für den Mischspiegel vorzusehen.

Bei Hochimpulsfrequenz-Lasern wie z. B. Lasern mit Frequenzen in der Größenordnung von 4 000 kHz kann die in der Fig. 8 gezeigte Anordnung verwendet werden. Wie in dieser Figur dargestellt ist, sind Hochimpulsfrequenz-Laser 116 so vorgesehen, daß sie ihre Ausgangsstrahlung in zeitlich abgestimmter Folge zu Entmischgliedern 126 leiten. Die Entmischglieder 126 entsprechen den Mischgliedern in den Fig. 4 und 5, wobei jedoch die Eingangs- und Ausgangsstrahlen vertauscht sind. Die Entmischglieder 126 verteilen die Hochimpulsfrequenz-Impulse von den Lasern 116 auf mehrere, z. B. 10, unabhängige Strahlungswege 120, jeden mit einer niedrigeren Impulsfrequenz, und zwar in diesem Fall um einen Faktor 10. Diese zahlreichen Strahlungswege werden dann in einem einzigen Mischglied 122 vereinigt, das eine Drehspiegel-Drehzahl aufweist, die wesentlich niedriger ist als eine Drehzahl, die zum getrennten Vereinigen der Ausgangssignale der Laser 116 erforderlich sein würde. Ein Synchronisierglied 124 wirkt mit Antriebsgliedern 126 und 128 für jeweils die Entmisch- und Mischglieder zusammen, um eine zeitlich geeignet abgestimmte Anregung der Laser 116 in der beschriebenen Art sicherzustellen.

Bei allen Ausführungsbeispielen der Fig. 1, 2, 4, 5, 6, 7 und kann die Beziehung zwischen den verschiedenen Antriebsgliedern elektronisch oder mechanisch, wie beispielsweise über Getriebe, hergestellt sein. Auf ähnliche Weise können die erwähnten Reflex-Flächen entweder versilberte Spiegel-Außenflächen oder Prisma-Reflex-Innenflächen sein.

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Schließlich können die vereinigten Impuls-Ausgangsstrahlen der Fig. 4 und 5 mit erhöhter Impulsfrequenz bei vollständig oder teilweise erfolgter Korrektur der dynamischen Winkelablenkungen und Richtungsdrehungen während jedes Strahlungsimpulses eine geringe Translationsverschiebung oder -Verlagerung abhängig vom Abstand zwischen den Reflex-Flächen 46 und 64 (in Fig. 4) oder 78 und 80 (in Fig. 5) erfahren. Obwohl diese Verschiebung insbesondere bis zu einem vernachlässigbaren Punkt verringert werden kann, ist in der Fig. 9 eine Optik dargestellt, die diese Verschiebung kompensiert. In der Fig. 9 ist eine ebene parallele Brechungsplatte 130 synchron durch ein Ansteuerglied 134 mit der Drehung der Misch-Optik bei einer Frequenz und Größe gewobbelt, die im wesentlichen den Einfallsstrahl auf einen parallelen Ausgangsweg überträgt, der den Betrag der Verschiebung der einfallenden Strahlung während der Dauer jedes Laserimpulses überwindet. Um die genaue Ausrichtung der Platte 130 zu gewährleisten, läuft sie in einem Zylinder 132 um, so daß die tatsächliche Drehachse oder das Wobbein des Glases 130 senkrecht zur Ebene der Eingangsstrahlungs-Verschiebung ist. Es soll noch erwähnt werden, daß synchron angesteuerte andere optische Bauteile zur Kompensation der gleichen Verschiebung verwendet werden können.

Der erfindungsgemäße Mischer zur Kompensation der Winkeländerungen während jedes Impulses der Strahlung wurde oben anhand eines Mischgliedes insbesondere für mehrere gepulste Laser erläutert.

Claims

Patentansprüche

'1 .j Strahlenmischer für gepulste Strahlung, gekennzeichnet durch

mehrere gepulste Strahlungsquellen (12, 26, 44, 68), die eine Folge räumlich getrennter Strahlen (38, 40, 42) von Strahlungsimpulsen erzeugen,

eine Einrichtung (14, 22, 46, 74), die die Folge der räumlich getrennten Strahlen (38, 40, 42) der Strahlung s im pulse empfängt und auf einen im wesentlichen gemeinsamen Weg (20, 28, 52, 82) leitet, derart, daß im wesentlichen keine dynamische Winkeländerung in den gepulsten Strahlen auftritt.
2. Strahlenmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen (38, 40, 42) um eine Achse (z. B. 72) verteilt sind, und daß die Einrichtung (14, 22, 46, 74) mehrere Reflex-Flächen (78, 80; 98, 100) aufweist, von denen wenigstens eine (z. B. 80) im wesentlichen im gemeinsamen Weg (20, 28, 52, 82) liegt.
3. Strahlenmischer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Antriebsglied (16, 32, 48, 84) zur Drehung der Reflex-Flächen (z. B. 24; 78, 80; 98, 100) im wesentlichen um den gemeinsamen Weg (20, 28, 52, 82).

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4. Strahlenmischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflex-Flächen (z. B. 78, 80) eine erste und eine zweite Reflex-Fläche sind, die sich im wesentlichen gegenüberliegen, und daß ein Antriebsglied (84) die erste und zweite Reflex-Fläche um eine Achse (72) dreht, die durch die.zweite Reflex-Fläche (80) verläuft, wobei das Antriebsglied (84) ein Glied hat, das die erste Reflex-Fläche (78) in den Weg jedes Strahls der gepulsten Strahlung während des Impulses der Strahlung im Strahl bringt, und wobei die erste Reflex-Fläche (78) so ausgerichtet ist, daß sie den Strahl zur zweiten Reflex-Fläche (80) für eine weitere Reflexion auf den gemeinsamen Weg (82) reflektiert.
5. Strahlenmischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Reflex-Fläche (78, 80) parallele Ebenen sind (Fig. 5).
6. Strahlenmischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen kegelförmig um die Achse verteilt sind, und daß die erste und die zweite Reflex-Fläche (98, 100) zueinander in einem bestimmten Winkel geneigte Ebenen sind (Fig. 6). . .
7. Strahlenmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen (12, 26, 44, 68) gepulste Laser sind.
8. Strahlenmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (14, 22, 46, 74) aufweist:·

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eine Optik (46) rotierender Optik-Bauelemente, die die Folge der räumlich getrennten Strahlen (38, 40, 42) auf einen im wesentlichen gemeinsamen Weg (52) vereinigen und eine Winkeländerung der Strahlung entlang des gemeinsamen Weges (52) während jedes Impulses der Strahlung entlang des gemeinsamen Weges erzeugen, und

eine Dreh-Optik (56), die auf die Impulse der Strahlung entlang des gemeinsamen Weges (52) anspricht, um im wesentlichen die Winkeländerüng der Strahlungsimpulse entlang des gemeinsamen Weges zu verringern.
9. Strahlenmischer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeländerung in den Strahlungsimpulsen entlang des gemeinsamen Weges (52) eine Winkelablenkung aufweist, und daß die Dreh-Optik (56) eine Dreh-Reflex-Fläche zur Verringerung der Winkelablenkung hat.
10. Strahlenmischer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeländerung im Strahl der Strahlunosimpulse entlang des gemeinsamen Weges (52) eine dynamische Winkelablenkung und eine Drehung von Impuls zu Impuls in der Ebene der Winkelablenkung umfaßt, und. daß die Dreh-Optik (56) aufweist: ein Glied, das auf die Strahlung entlang des im wesentlichen gemeinsamen Weges (52) anspricht, um die Drehung in der Ebene der Winkelablenkung zu verringern, und ein Glied (60) zur Verringerung der Winkelablenkung in den Impulsen der Strahlung entlang des gemeinsamen Weges (52, 58).
11. Strahlenmischer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

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daß das Glied (56) zur Verringerung der Drehung in der Ebene der Winkelablenkung eine Optik mit einer ungeraden Anzahl von Reflex-Flächen im Weg der Strahlungsimpulse entlang des gern einsamen Weges (52, 58) hat, wobei diese Optik eine erste Eigenschaft aufweist, und daß das Glied (60) zur Verringerung der Winkelablenkung wenigstens eine Reflex-Fläche hat, die mit einer zweiten Eigenschaft im Weg der Strahlung entlang des gemeinsamen Weges (52, 58) umläuft.
12. Strahlenmischer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Trennung von Material unterschiedlichen Absorptionslinien, das auf die Strahlung im gemeinsamen Weg (20, 28, 52, 82) anspricht.
13. Strahlenmischer in einer Anlage mit mehreren gepulsten Strahlungsquellen, die betätigt werden, um eine Folge räumlich getrennter Strahlungsimpulsen aus den sich drehenden Strahlungsquellen zu erzeugen, und mit einer Einrichtung_T um die Folge der räumlich getrennten Impulse auf einen im wesentlichen gemeinsamen Weg mit einer dynamischen Winkeländerung zu richten, die im Strahl jedes gerichteten Impulses auftritt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (56, 60) zur Verringerung der Winkeländerung in jedem gerichteten Impuls, um einen sich im wesentlichen im Winkel nicht ändernden Strahl (66) aus den gerichteten Strahlungsimpulsen (52) zu erzeugen·
14. Strahlenmischer für gepulste Strahlung, gekennzeichnet durch

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mehrere gepulste Strahlungsquellen (12, 26, 44, 68), die nacheinander angeregt werden, um Strahlungsimpulse zu erzeugen,

eine erste Einrichtung (14, 22, 46, 74), die auf die Folge der gepulsten Strahlung von den Strahlungsquellen (12, 26, 44, 68) anspricht und die folgenden Strahlungsimpulse von den Strahlungsquellen (12, 26, 44, 68) auf einen im wesentlichen gemeinsamen Weg (20, 28, 52, 82) leitet, und

eine zweite Einrichtung (60), die mit der ersten Einrichtung (14, 22, 46, 74) zusammenwirkt, um die dynamische Winkeländerung in der Strahlung entlang des im wesentlichen gemeinsamen Weges (52, 58) während jedes Strahlungsimpulses zu verringern.
15. Strahlenmischer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (14, 22, 46, 74) eine geneigte Dreh-Reflex-Fläche hat, die jeden Strahlungsimpuls von den Strahlungsquellen (12, 26, 44, 68) empfängt.
16. Strahlenmischer nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine mitrotierende Optik (56), die in dem im wesentlichen gemeinsamen Weg (52) vorgesehen ist und eine ungerade Anzahl von Reflex-Flächen für die Strahlungsimpulse auf dem gemeinsamen Weg (52) hat.
17. Strahlenmischer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mitrotierende Optik (56) einen K-Spiegel hat.

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18. Strahlenmischer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mitrotierende Optik (56) ein Schwalbenschwanz-Prisma hat.
19. Strahlenmischer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mitrotierende Optik (56) ein Umkehr-Prisma hat.
20. Strahlenmischer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl (oj/2) der Optik (56) die Hälfte der Drehzahl (cp) der Reflex-Fläche ist.
21. Strahlenmischer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (60) einen gegenrotierenden Reflektor hat, der die Strahlungsimpulse entlang des gemeinsamen Weges (58) empfängt und eine vorbestimmte Winkelablenkung der Strahlungsimpulse erzeugt, um die Winkeländerung zu verringern.
22. Strahlenmischer nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkungswinkel des Reflektors ein rechter Winkel ist.
23. Strahlenmischer nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl (co/2) der Gegenrotation die Hälfte der Drehzahl (<x>) der Reflex-Fläche ist.
24. Strahlenmischer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (z. B. 22) mehrere Spiegel (24) aufweist, die zur Drehung um eine gemeinsame Achse und winkelmäßig um die

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Achse beabstandet sind, und daß die Strahlungsquellen (z. B. 26) so angeordnet sind, daß sie die Strahlungsimpulse auf einen entsprechenden Spiegel richten (Fig. 2).
25. Strahlenmischer nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (60) eine Gegenrotation einer oder mehrerer Reflex-Flächen entsprechend der Strahlung entlang des gemeinsamen Weges (58) vorsieht.
26. Strahlenmischer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen (68) radial angeordnete Laser sind, daß Reflex-Einrichtungen (74) vorgesehen sind, die die Strahlung von den Lasern empfangen und entlang mehreren Wegen (75) versetzt um die Linie der gemeinsamen Achse (72) leiten, und daß vorgesehen sind: Vielreflex-Einrichtungen (76) mit einem ersten Reflektor (78), der um den gemeinsamen Weg (72) rotiert, um die einfallende Strahlung von jedem der Wege (75) zu empfangen und sie zu einem zweiten Reflektor (80) zu leiten, der ebenfalls um den gemeinsamen Weg (72) rotiert, um die Impulse der Laserstrahlung auf den gemeinsamen Weg (82) zurückzuleiten (Fig. 5).
■ 27 . Strahlenmischer nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die vom zweiten Reflektor (80) reflektierte Strahlung entlang der gleichen Achse für jeden der mehreren Wege (75) gerichtet ist (Fig. 5).
28. Strahlenmischer nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Reflektor (78 bzw. 80) im allgemeinen parallel sind (Fig. 5).

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29. Strahlenmischer nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Reflektor (98, 100) einen vorbestimmten, von Null verschiedenen Winkel einschließen (Fig. 6).
30. Strahlenmischer nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (130), die auf die Strahlung entlang des gemeinsamen Weges (66, 82) anspricht, um Verschiebungen jedes Strahlüngsimpulses im vereinigten Ausgangssignal entlang des gemeinsamen Weges (66, 82) zu korrigieren.
31. Strahlenmischer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen (12, 26, 44, 68} Laser sind.
32. Strahlenmischer nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Trennung von Material mit unterschiedlichen Absorptionslinien, das auf die Strahlung im gemeinsamen Weg (20, 28, 52, 82) anspricht.
33. Strahlenmischer für gepulste Strahlung, gekennzeichnet durch

mehrere Impulsstrahlungsquellen (12, 26, 44, 68), die jeweils eine Folge räumlich getrennter Strahlen (38, 40, 42) von Strahlungsim pulsen erzeugen,

eine Optik (14, 46) mit mehreren Reflex-Flächen einschließlich wenigstens einer ersten Reflex-Fläche zum Empfang der Eingagsstrahlung und wenigstens einer zweiten Reflex-Fläche zum Erzeugen der Ausgangsstrahlung abhängig von der empfangenen Eingangsstrahlung,

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eine Einrichtung (16, 48), die eine kontinuierliche Rotation wenigstens einiger der Reflex-Flächen der Optik (14, 46) einschließlich der ersten und der zweiten Reflex-Fläche bewirkt und die erste Reflex-Fläche zum Empfang jedes Strahlung s im puls es in der Folge der räumlich getrennten Strahlen dreht, um diese durch die Optik (14, 46) zu wenigstens der zweiten Reflex-Fläche zu leiten,

wobei die Optik (14, 46) die empfangene Eingangsstrahlung nach Reflexion durch die zweite Reflex-Fläche auf einen gemeinsamen Ausgangsweg im wesentlichen ohne Änderung im Strahlenwinkel der Ausgangsstrahlung entlang des gemeinsamen Ausgangsweges richtet.
34. Vielstrahlenmischer für gepulste Strahlung, um eine erhöhte Impulsfrequenz zu erzeugen, gekennzeichnet durch

mehrere Strahlenmischer (106) nach Anspruch 1, die auf entsprechenden gemeinsamen Wegen mehrere vereinigte A us gangs signale erzeugen, die den gemeinsamen Wegen entsprechend einem vorbestimmten Schema folgen, und

eine Einrichtung (108), die auf die vereinigten Laserstrahlungsimpulse entlang der gemeinsamen Wege anspricht, um die entsprechenden Strahlungsimpulse nacheinander entlang eines einzigen gemeinsamen Weges zu richten (Fig. 7).
35. Strahlenmischer für gepulste Ausgangsstrahlung mehrerer Hochimpulsfrequenz-Strahlungsquellen zur Erzeugung eines gemeinsamen Ausgangssignals erhöhter Frequenz,

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gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (126), die nacheinander Strahlungsimpulse von den Hochimpulsfrequenz-Strahlungsquellen (116) entlang getrennten Strahlungswegen (120) leitet, und

eine Einrichtung (122), die auf die Strahlung entlang den getrennten Strahlungswegen (120) anspricht und diese auf einen einzigen gemeinsamen Weg für Hochimpulsfrequenz-Strahlungsimpulse vereinigt (Fig. 8).
36. Strahlenmischer für gepulste Ausgangsstrahlung mehrerer gepulster Laserstrahlungsquellen, um einen einzigen Ausgangsweg einer Hochimpulsfrequenz-Laserstrahlung zu erzeugen,

gekennzeichnet durch
mehrere Laserstrahlungsquellen (44),

eine Einrichtung (50), die nacheinander die Laserstrahlungsquellen (44) anregt, um eine Folge von Strahlungsimpulsen von den Laserstrahlung squellen (44) in Rotation zu erzeugen,

eine Dreh-Reflex-Einrichtung (46), die'mit der Folge der Strahlungsimpulse synchronisiert ist, um jeden Strahlungsimpuls von einer entsprechenden Laserstrahlungsquelle (44) zu empfangen und diesen entlang eines im wesentlichen gemeinsamen Weges (52) zu reflektieren,

eine Reflex-Einrichtung (56) mit einer ungeraden Anzahl von Reflex-Flächen im Weg (52) der einfallenden Strahlung, die so angeordnet ist, daß sie das Ausgangssignal von der Dreh-Reflex-Einrichtung (46) entlang des gemeinsamen Weges (52) empfängt,

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ein Antriebsglied (48) für die Reflex-Einrichtung (56) um den gemeinsamen "Weg (52) in einer zur Drehung der Dreh-Reflex-Einrichtung (46) entgegengesetzten Richtung und mit der halben Frequenz ( /2) von dieser,

eine Anordnung (60) mehrerer Reflex-Flächen (64),

eine Einrichtung (62), die die Anordnung (60) im wesentlichen synchron zur Reflex-Einrichtung (56) dreht, um nacheinander jede Reflex-Fläche (64) der entsprechenden Strahlung von der Reflex-Einrichtung (56) für jeden nacheinander folgenden Impuls der Laserstrahlung vorzulegen, wobei die Reflex-Flächen (64) der Anordnung (60) so gewinkelt sind, daß sie die Strahlung von der Reflex-Einrichtung (56) auf einen weiteren gemeinsamen Weg (66) unter Kompensation der Winkeländerung der Strahlung reflektieren (Fig. 4).
37. Strahlenmischer für gepulste Ausgangsstrahlung mehrerer gepulster Laserstrahlungsquellen, um einen gemeinsamen Ausgangsweg mit erhöhter. Impulsfrequenz zu erzeugen,

gekennzeichnet durch

mehrere gepulste Laserstrahlungsquellen (12, 44, 68), die im allgemeinen um eine Achse (72) angeordnet sind, um die Strahlung auf die Achse (72) zu richten,

mehrere Reflex-Flächen (70) um die Achse (72), die die Strahlung von jeder entsprechenden Laserquelle (68) empfangen und symmetrisch um die gemeinsame Achse (72) bei im wesentlichen gleichen radialen Abständen zurückleiten,

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eine erste und eine zweite Reflex-Fläche (78, 80), die gegenüber zueinander angeordnet sind, und

eine Einrichtung (84), die die erste und die zweite Reflex-Fläche (78, 80) um eine Achse dreht, die durch eine der Reflex-Flächen (80) verläuft, wobei die andere Reflex-Fläche (78) um die Achse rotiert, um jeden Impuls der Laserstrahlung von den mehreren Reflex-Flächen (70) zu empfangen und auf die erste Reflex-Fläche (80) zu richten, so daß die Strahlung dadurch entlang des gemeinsamen Ausgangsweges (82) zurückgeleitet wird.
38. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (l30), die auf Strahlung entlang des gemeinsamen Weges (20, 28, 52, 82) anspricht, um eine Verschiebung in der Strahlung entlang des im wesentlichen gemeinsamen Weges (20, 28, 52, 82) zu verringern.
39. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mitrotierende Optik (56) ein Pechan-Prisma hat.

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