DE2502899A1 - LIQUID LASER - Google Patents
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Telegr. Allpatent München Telex 522O48Telegr. Allpatent Munich Telex 522O48
052-23.7O4P(23.7O5H)052-23.7O4P (23.7O5H)
1. 19751st 1975
Adresse: Exxon Nuclear Company,Address: Exxon Nuclear Company,
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Flüssigkeits-LaserLiquid laser
Die Erfindung betrifft einen Läser und insbesondere einen Flüssigkeits-Laser zur Erzeugung von Laser-Strahlung entlanafjseiner optischen Achse, mit einer Laser-Flüssigkeit, die in Querrichtung zur und durch die optische Achse strömt.The invention relates to a laser and, more particularly, to a liquid laser for generating laser radiation along its optical lines Axis, with a laser liquid flowing transversely to and through the optical axis.
Festkörper, Gase and.Flüssigkeiten werden als aktive Materialien in Lasern verwendet. Laserstrahlung wird durch Anheben der Energieniveaus der Atome im aktiven Material aus den normalerweise besetzten Niveaus in ein höheres Energieniveau oder einen angeregten ZustandSolids, gases and liquids are used as active materials used in lasers. Laser radiation is created by raising energy levels of the atoms in the active material from the normally occupied levels to a higher energy level or an excited state
052-(436 573-AERL-147)-Me-r (8)052- (436 573-AERL-147) -Me-r (8)
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ausgelöst. Dieses Anregungsverfahren wird im allgemeinen bei einem Flüssigkeits-Laser durch eine (licht-)starke Lichtquelle erreicht.triggered. This excitation method is generally used in a Liquid laser achieved by a (light) strong light source.
Wenn die Atome eines aktiven Flüssigkeitsmaterials, kurz Flüssigkeit genannt, im angeregten Zustand sind, können sie durch Wechselwirkung mit einem einfallenden Photon zur Emission eines Photons stimuliert werden. Folglich wird das einfallende Photon oder die einfallende Welle verstärkt durch das bzw. die von dem angeregten Atom abgegebene . Die ausgelöste Welle schwingt in Phase mit der Welle, die die Auslösung angesteuert hat. Daraus ergibt sich eine Verstärkungswirkung .When the atoms of an active liquid material, liquid for short called, are in the excited state, they can through interaction be stimulated with an incident photon to emit a photon. Hence the incident photon or the incident one Wave amplified by the one emitted by the excited atom. The triggered wave oscillates in phase with the wave, that triggered the trip. This results in a reinforcing effect.
Die aktive Flüssigkeit wird angeregt während sie in einer Laser-Zelle enthalten ist. Um den Laser-Betrieb aufrechtzuerhalten, bildet die Laser-Zelle einen Teil eines Resonators mit zwei getrennten Reflexionsflächen, von denen eine teildurchlässig ist. Die durch das Emittieren des Photons aus dem Atom im angeregten Material hervorgerufene Welle muß einen Weg zurücklegen, der im wesentlichen parallel zur Längsachse des Resonators ist, so daß sie wiederholt durch das aktive Material reflektiert werden kann. Wenn die Welle durch das Material tritt, stimuliert sie mehr Atome zur Emission von Photonen, die die Welle weiter verstärken. Jedesmal, wenn die Welle an der teildurchlässigen Reflexionsfläche reflektiert wird, tritt ein kleiner Teil durch die Fläche. Dieser kleine Teil bildet den Laser-Ausgangsstrahl oder Laser-Strahl.The active fluid is excited while in a laser cell is included. In order to keep the laser running, it forms the laser cell is part of a resonator with two separate reflective surfaces, one of which is partially permeable. The one caused by the emission of the photon from the atom in the excited material Wave must travel a path that is substantially parallel to the longitudinal axis of the resonator so that it repeats can be reflected by the active material. As the wave passes through the material, it stimulates more atoms to emit of photons that further amplify the wave. Every time the wave is reflected on the partially transparent reflection surface, occurs a small part by the area. This small part forms the laser output beam or laser beam.
Zwei erwünschte Eigenschaften des Laser-Ausgangsstrahls sind Kohärenz und Kollimation. Eine optische Verzerrung oder Verzeich-Two desirable properties of the laser output beam are Coherence and collimation. Optical distortion or distortion
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nung des Laser-Ausgangs Strahls tritt bei Beeinträchtigung einer dieser Eigenschaften auf. Das optische Merkmal einer aktiven Flüssigkeit, das hauptsächlich die Güte des Laser-Ausgangsstrahls bestimmt, ist die Gleichförmigkeit der Brechzahl der Flüssigkeit, die ihrerseits abhängig ist von der Gleichförmigkeit der Temperatur und der Dichte der Flüssigkeit. Wenn ein optisch gepumpter Flüssigkeits-Laser angeregt wird, können große Wärmemengen von der Flüssigkeit ungleich absorbiert werden, wodurch sie wärmere und kältere Schichten besitzt, was eine ungleichförmige Brechzahl ergibt. Eine Anregung des Lasers bei Bestehen dieser ungleichen Bedingungen kann eine optische Verzerrung des Laser-Ausgangsstrahls hervorrufen. Weiter können, wenn Strömungstrennung, Wirbel, Strudel od. dgl. im aktiven Bereich oder Resonator auftreten, ungleichförmige Dichten und Temperaturen entstehen, die weitere optische Verzerrungen im Laser-Ausgangsstrahl hervorrufen.The output of the laser beam occurs when any of these are impaired Properties on. The optical characteristic of an active liquid that mainly determines the quality of the laser output beam, is the uniformity of the refractive index of the liquid, which in turn depends on the uniformity of temperature and density the liquid. When an optically pumped liquid laser is excited, large amounts of heat can be released from the liquid unevenly are absorbed, whereby it has warmer and colder layers, which results in a non-uniform refractive index. A suggestion from the Under these unequal conditions can cause optical distortion of the laser output beam. Can continue if flow separation, eddies, vortices or the like occur in the active area or resonator, non-uniform densities and temperatures arise, which further optical distortions in the laser output beam cause.
Eine optische Verzerrung des Ausgangs Strahls kann teilweise durch Sicherstellen isothermer Bedingungen im aktiven oder Laserstrahlen abgebenden Bereich verhindert werden, sowohl vor als auch während der Anregung. Der strömende Flüssigkeits-Laser, bei dem die aktive Flüssigkeit ständig durch den aktiven Bereich strömt, wurde entwickelt, um einen Flüssigkeits-Laser für häufige, aufeinanderfolgende Anregungen zu schaffen. Die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Anregungen, d. h. die Impuls Wiederholfrequenz, hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der die Flüssigkeit durch den aktiven Bereich strömt.Optical distortion of the output beam can be partial by ensuring isothermal conditions in active or laser beams releasing area can be prevented, both before and during the excitation. The flowing liquid laser, in which the active liquid constantly flowing through the active area, a liquid laser was designed for frequent, successive To create suggestions. The time between successive stimuli, i.e. H. the pulse repetition rate depends on the speed with which the liquid flows through the active area.
Minimale optische Verzerrung des Laser-Ausgangs Strahls wird nur in dem Maß ei zielt, in dem Dichte- und Temperaturgradienten, dieMinimal optical distortion of the laser output beam is only achieved to the extent that the density and temperature gradients
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Gradienten der Brechzahl hervorrufen, im aktiven Bereich ein Minimum sind. Weiter wird maximale Impulsfrequenz und/oder Ausgangsleistung nur in dem Maß erreicht, in dem bei Bestehen der genannten notwendigen gleichförmigen Strömungsverhältnisse eine angeregte Flüssigkeit durch nicht angeregte Flüssigkeit ersetzt wird und der Querschnitt des aktiven Bereichs optimiert werden kann zum optischen Pumpen und Moden-Steuern-Cause gradients of the refractive index, a minimum in the active area are. Furthermore, the maximum pulse frequency and / or output power is only achieved to the extent that the above is achieved necessary uniform flow conditions an excited liquid is replaced by non-excited liquid and the Cross-section of the active area can be optimized for optical pumping and mode control
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen neuen Querstrom-Flüssigkeits-Laser zu entwickeln, der eine Optimierung des Querschnitts des aktiven Bereichs zum optischen Pumpen und zur Moden-Steuerung erlaubt, wobei eine Strömungstrennung des Laser-Materials im oder nahe dem aktiven Bereich vermeidbar ist.It is an object of the invention to provide a new cross-flow liquid laser to develop an optimization of the cross-section of the active area for optical pumping and mode control allowed, wherein a flow separation of the laser material in or near the active area can be avoided.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anregung des Lasers mit strömender Flüssigkeit längs der Längsachse des aktiven Bereichs an seiner engsten Stelle erfolgt. Da die Flüssigkeit in Querrichtung strömt, erzeugt jede Anregung ein angeregtes. Volumen des Las er-Mater ials, das sich längs der gesamten Längsachse der Zelle und sich nur in einen relativ kleinen Abstand beiderseits dieser Achse in Querrichtung erstreckt. Dieses angeregte Flüssigkeitsvolumen hat Temperaturgradienten, weshalb es zweckmäßig ist, das gesamte Volumen der angeregten Flüssigkeit durch nicht angeregte isotherme aktive Flüssigkeit vor der nächsten Laser-Anregung zu ersetzen. Da die Flüssigkeit quer zur Anregung strömt und nur der kleinste Querabschnitt der Flüssigkeit angeregt wird, muß das gesamte Volumen der angeregten Flüssigkeit nur um einen geringen Querabstand strömen, bevor ein neues isothermes FlüssigkeitsvolumenThe object is achieved according to the invention in that the excitation of the laser with flowing liquid along the longitudinal axis of the active area takes place at its narrowest point. Since the liquid flows in the transverse direction, every excitation creates an excited one. Volume of the laser material that extends along the entire longitudinal axis of the cell and extends only a relatively small distance on both sides of this axis in the transverse direction. This excited Liquid volume has temperature gradients, which is why it is advisable not to pass the entire volume of the excited liquid through excited isothermal active liquid before the next laser excitation to replace. Since the liquid flows across the excitation and only the smallest transverse section of the liquid is excited, it must entire volume of the excited liquid flow only a small transverse distance before a new isothermal liquid volume
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zur Anregung verfügbar wird. Auf diese Weise wird eine relativ hohe Im puls Wiederholfrequenz erreicht mit relativ geringer linearer Strömungsgeschwindigkeit. Da die Lichtquellen an der Stelle geringsten oder kleinsten Querschnitts angeordnet sind, der abhängig von den Eigenschaften der Lichtquellen sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung geändert werden kann, kann ferner eine Optimierung des aktiven Bereichs zum optischen Pumpen und zur Moden-Steuerung leicht erhalten werden. Durch einen derart ausgebildeten Flüssigkeits-Laser ist Materialhomogenität im aktiven Bereich erreichbar.becomes available for suggestion. This way it becomes a relatively high In the pulse repetition frequency achieved with a relatively low linear flow velocity. Since the light sources are arranged at the point of smallest or smallest cross-section, which depends on the Properties of the light sources can be changed both in the transverse and in the longitudinal direction, an optimization of the active Area for optical pumping and mode control can be easily obtained. With a liquid laser designed in this way material homogeneity can be achieved in the active area.
Ein blitzlampengepumpter Laser gemäß der Erfindung, der eine Flüssigkeit wie eine Farbstofflösung zur Erzeugung eines Laser-Strahls verwendet, enthält einen aktiven Bereich mit einer Längs- und einer Querachse, eine sich kontinuierlich konvex verengende Einlaßkammer und eine sich kontinuierlich konvex erweiternde Auslaßkammer, die mit dem aktiven Bereich entlang der Querachse mit Abstand zueinander verbunden sind. Zusammen mit den Endwänden sind der aktive Bereich, die Einlaß- und die Auslaßkammer neben dem aktiven Bereich gebildet durch zwei sich gegenüberliegende konvex gekrümmte Wände, die aus einem geeigneten lichtdurchlässigen Material wie Quarz bestehen. Ein längliches Einlaß-Rohr oder eine -Verzweigung ist vorzugsweise zum gleichförmigen Einführen der aktiven Flüssigkeit in die Einlaßkammer in Längsrichtung oder entlang der Längsachse des aktiven Bereichs vorgesehen. Etwa um den Auslaß des aktiven Bereichs ist ein längliches Leitglied mit im wesentlichen zylindrischem Querschnitt vorgesehen und zum Erhalten eines negativen Druckgradienten in der Farbstoff-Strömung durch den gesamten Laserstrahlen erzeugenden Bereich ausgebildet und angeordnet. Der negativeA flash lamp pumped laser according to the invention which uses a liquid such as a dye solution to produce a laser beam used, contains an active area with a longitudinal and a Transverse axis, a continuously convexly narrowing inlet chamber and a continuously convexly widening outlet chamber, the are connected to the active area along the transverse axis at a distance from one another. Together with the end walls are the active ones Area, the inlet and the outlet chamber next to the active area formed by two opposing convexly curved Walls made of a suitable translucent material such as quartz. An elongated inlet pipe or manifold is preferably provided for uniformly introducing the active liquid into the inlet chamber in the longitudinal direction or along the longitudinal axis of the active area. Around the outlet of the active Area an elongated guide member is provided with a substantially cylindrical cross-section and to obtain a negative Pressure gradients in the dye flow through the entire laser beam generating area formed and arranged. The negative one
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Druckgradient dient zum Verringern der Strömungstrennung, Wirbel, Strudel od. dgl- in oder nahe dem aktiven Bereich, durch die ungleichförmige Dichten und Temperaturen im Laserstrahlen abgebenden Fluid auftreten könnten. Gemäß einer vorteilhaften Weitergestaltung kann ein längliches Auslaßrohr vorgesehen sein zum sowohl Ausführen des flüssigen Laser-Materials, kurz Laser-Flüssigkeit genannt, als auch zum Erreichen der Leitwirkungen. Eine flüssigkeitsgekühlte Blitz (-licht-)-lampe ist hinter jeder gekrümmten Wand lösbar an der Stelle geringsten Querschnitts des aktiven Bereichs befestigt. Eine Berührung des Blitzlampen-Kühlmittels mit den Teilen der gekrümmten Wände abgewandt vom aktiven Bereich ist durch geeignete Einrichtungen verhindert. Mit den Blitzlampen sind Einrichtungen verbunden, um das Pumplicht der Blitzlampen auf den aktiven Bereich zu richten, wobei diese Einrichtungen und die gekrümmten Wände Kühlmittel-Strömungskanäle bilden, in denen die Blitzlampen angeordnet sind.Pressure gradient is used to reduce the flow separation, eddies, eddies or the like in or near the active area, due to the non-uniform Densities and temperatures in the laser beam emitting fluid could occur. According to an advantageous further development, a elongated outlet tube can be provided for both the execution of the liquid laser material, called laser liquid for short, as well as for Achieving the key effects. A liquid-cooled flash (light) lamp is releasably attached behind each curved wall at the point of smallest cross-section of the active area. One touch of the Flash lamp coolant with the parts of the curved walls turned away from the active area is prevented by suitable devices. Devices are connected to the flash lamps in order to generate the pump light of the flashlights to direct the active area, these devices and the curved walls coolant flow channels form in which the flash lamps are arranged.
Gemäß der Erfindung werden gleichförmige Dichte und Temperatur erreicht durch Vorsehen eines länglichen aktiven Bereichs, der im wesentlichen den Querschnitt einer Sanduhr aufweist, wodurch die aktive Flüssigkeit zum Einlaß des aktiven Bereichs bei einer bestimmten gleichförmigen Temperatur gebracht wird, wobei lösbare, sich gegenüberliegende, flüssigkeitsgekühlte Lichtquellen nahe dem engsten Abschnitt des aktiven Bereichs vorgesehen sind, wodurch eine ungleichförmige Zufuhr von Wärme in den aktiven Bereich am oder nahe dem Einlaß des aktiven Bereichs verhindert wird und wodurch gleichförmige Strömungsbedingungen im aktiven Bereich erreicht werden.In accordance with the invention, uniform density and temperature are achieved by providing an elongated active area that is substantially has the cross-section of an hourglass, whereby the active liquid to the inlet of the active area at a given uniform temperature, with detachable, opposing, liquid-cooled light sources near the narrowest section of the active area, whereby a non-uniform supply of heat into the active area at or near the inlet of the active area is prevented and thereby uniform flow conditions are achieved in the active area.
Durch die Erfindung wird also ein neuer Laser vorgesehen, beiThe invention thus provides a new laser at
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dem optimale Verwendung der anregenden Lichtquelle erreicht und die benötigte Energie und die benötigten Kühlmittel zum erfolgreichen Betreiben des Lasers verringert ist.the optimal use of the stimulating light source is achieved and the energy and coolant required to operate the laser successfully is reduced.
Weiter wird ein Querstrom-Flüssigkeits-Laser vorgesehen, mit zwei flüssigkeitsgekühlten, sich gegenüberliegenden und leicht lösbaren anregenden Lichtquellen, zusammen mit einem aktiven Bereich, der im wesentlichen den Querschnitt einer Sanduhr besitzt, der durch sich gegenüberliegende gekrümmte Seitenwände gebildet ist, und mit optimaler optischer Güte der Flüssigkeit im aktiven Bereich.A cross-flow liquid laser is also provided, with two liquid-cooled, opposite and easily detachable ones exciting light sources, together with an active area, which has essentially the cross-section of an hourglass, which passes through opposing curved side walls is formed, and with optimal optical quality of the liquid in the active area.
Der aktive Bereich wird dabei vorzugsweise durch sich gegenüberliegende, gekrümmte, lichtdurchlässige Seitenwände gebildet, durch die Licht von den flüssigkeitsgekühlten anregenden Lichtquellen in den aktiven Bereich eingestrahlt wird, wodurch kein Verlust an Kühlmittel oder an aktiver Flüssigkeit auftreten kann.The active area is preferably represented by opposing, curved, translucent side walls formed through which light from the liquid-cooled stimulating light sources is radiated into the active area, whereby no loss of coolant or active liquid can occur.
Die Erfindung gibt also einen blitzlampengepumpten Laser an, der eine Flüssigkeit wie eine Farbstofflösung zur Erzeugung eines Laser-Strahls verwendet, und der eine längliche" hohle Zelle enthält, miteinem aktiven oder Laserstrahlen abgebenden Bereich einschließlich einer Engstelle oder Einschnürung zwischen einer sich kontinuierlich verengenden Einlaßkammer und einer sich kontinuierlich erweiternden Auslaßkammer. Der aktive Bereich und die Einlaß- und Auslaßkammern neben dem aktiven Bereich sind gebildet durch zwei sich gegenüberliegende, nach innen gekrümmte Wände aus lichtdurchlässigem Werkstoff wie Quarz. Eine längliche Einlaß-Verzweigung führt gleichförmig die Laserstrahlen abgebende Flüssigkeit in die Einlaß-The invention thus provides a flash lamp pumped laser which uses a liquid such as a dye solution to generate a laser beam used, and which contains an elongated "hollow cell, with an active or laser beam emitting area including a constriction or constriction between a continuously narrowing inlet chamber and a continuously widening one Outlet chamber. The active area and the inlet and outlet chambers adjacent to the active area are formed by two opposing, inwardly curved walls made of translucent Material like quartz. An elongated inlet branch guides the liquid emitting laser beams uniformly into the inlet
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kammer in Querrichtung zum Laser-Ausgangsstrahl entlang der Längsausdehnung des aktiven Bereichs. Eine längliche Auslaß-Verzweigung ist an der Auslaßkammer wie und zum gleichen Zweck wie das Einlaßrohr vorgesehen. Ein Leitglied ist im sich erweiternden Abschnitt der Auslaßkammer gerade stromab des aktiven Bereichs vorgesehen und so ausgebildet, um die Strömungstrennung, Wirbel, Strudel u. dgl. zu verringern, durch die ungleichförmige Dichten und Temperaturen in der Laserstrahlen abgebenden Flüssigkeit innerhalb des aktiven Bereichs oder bei dessen Verlassen entstehen können. Das Leitglied kann einstückig mit der Auslaß-Verzweigung oder auch getrennt von ihr sein. Ebenso kann die Auslaß-Verzweigung als das Leitglied wirken. Eine flüssigkeitsgekühlte Blitzlampe ist lösbar hinter jeder gekrümmten Wand am engsten Abschnitt des aktiven Bereichs vorgesehen, und Einrichtungen sind vorgesehen, um eine Berührung der Blitzlampen-Kühlmittel mit den vom aktiven Bereich abgewandten Teilen der' gekrümmten Wand zu verhindern. Mit der Blitzlampe sind Einrichtungen verbunden, um das Licht der Blitzlampen auf den aktiven Bereich zu richten und um mit den gekrümmten Wänden Kühlmittel-Kanäle für die Blitzlampen zu bilden. chamber in the transverse direction to the laser output beam along the longitudinal extent of the active area. An elongated outlet branch is on the outlet chamber as and for the same purpose as the inlet pipe intended. A baffle is provided in the flared portion of the outlet chamber just downstream of the active area and designed to reduce flow separation, eddies, eddies, and the like, caused by non-uniform densities and temperatures in the liquid emitting laser beams within the active area or when leaving it. The leading link can be integral with the outlet branch or separate from it. Likewise, the outlet manifold can act as the guide member. A liquid-cooled Flash lamp is releasably provided behind each curved wall at the narrowest portion of the active area, and facilities are provided to prevent the flashlamp coolant from contacting the portions of the curved wall facing away from the active area impede. Devices are connected to the flash lamp to direct the light of the flash lamps onto the active area and around with the curved walls to form coolant channels for the flash lamps.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on the exemplary embodiments shown in the drawing explained in more detail. Show it:
Fig. 1 in Draufsicht einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Lasers ,1 shows a plan view of a section through a liquid laser according to the invention ,
Fig. 2 einen Schnitt 2-2 gemäß Fig. 1,FIG. 2 shows a section 2-2 according to FIG. 1,
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Fig. 3 teilweise schematisch, teilweise als Blockschaltbild einen abstimmbaren optischen Resonator mit einem Arbeits-Bereich gemäß der Erfindung, 3 shows, partly schematically, partly as a block diagram, a tunable optical resonator with a working area according to the invention,
Fig. 4 schematisch in Seitenansicht einen Teil eines anderen Ausführung sbeispiels des erfindungsgemäßen Lasers mit Angabe der Strömungsrichtungen. ·Fig. 4 schematically in side view a part of another embodiment Example of the laser according to the invention with indication of the directions of flow. ·
In den Fig. 1 und 2 ist ein Farbstoff(-Flüssigkeit s-)-Laser gemäß der Erfindung dargestellt, der enthält einen Hauptrahmen 11 rechteckigen Querschnitts, sich gegenüberliegende Seitenwände 12 und 13, sich gegenüberliegende optische Pumpanordnungen 14, 15, die von den Seitenwänden 12, 13 getragen sind und lösbare Blitzlampenteile 16, 17 enthalten, eine Flüssigkeitseinlaß-Verzweigung 18 und eine Flüssigkeitsauslaß-Verzweigung 19, die innerhalb des Rahmens 11 vorgesehen sind. Laserfenster 25 und 26, die für die im Arbeite- oder Laserstrahlen abgebenden Bereich 27 zwischen den Blitzlampenteilen 16, 17 auftretenden stimulierte Emissionen durchlässig sind, sind dicht in Endwänden 28, 29 des Rahmens 11 gehaltert.In FIGS. 1 and 2, a dye (liquid s -) laser is in accordance with of the invention, which includes a main frame 11 of rectangular cross-section, opposing side walls 12 and 13, themselves opposing optical pumping assemblies 14, 15 extending from the side walls 12, 13 and include detachable flash lamp parts 16, 17, a liquid inlet junction 18 and a liquid outlet junction 19 provided within the frame 11. Laser windows 25 and 26 that are used for working or laser beams emitting area 27 between the flash lamp parts 16, 17 occurring stimulated emissions are permeable, are tight in End walls 28, 29 of the frame 11 supported.
Die ebenen Innenflächen des Rahmens 11 und der Seitenwände 12, 13 ohne die sich gegenüberliegenden optischen Anordnungen bilden ein längliches Quader volumen.. Die optischen Anordnungen werden von den Mittenabschnitten der Seitenwände 12, 13 getragen und erstrecken sich im wesentlichen entlang deren Längsausdehnung und trennen durch ihre nach innen ragende konvexe Ausbildung das Innere des Rahmens 11 wirksam in eine Einlaßkammer 31, eine Auslaßkammer 32 und einen Arbeits-Bereich 27 zwischen Einlaß- und Auslaßkammer 31, 32. The flat inner surfaces of the frame 11 and the side walls 12, 13 without the opposing optical arrangements form a oblong cuboid volume .. The optical arrangements are of the Central portions of the side walls 12, 13 are supported and extend essentially along their longitudinal extent and separate through their inwardly protruding convex training the inside of the frame 11 effective into an inlet chamber 31, an outlet chamber 32 and a working area 27 between the inlet and outlet chambers 31, 32.
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Der Rahmen 11 ist zweckmäßig aus einem ebenen Boden 33, einer ebenen Decke 34 und ebenen Endwänden 28, 29 zur Bildung eines einstückigen und starren Glieds aufgebaut zum Tragen der anderen Bauteile und zur Befestigung an einer (nicht dargestellten) Unterlage. Die Seiten des Rahmens 11 sind mit Nuten oder Vertiefungen 35, 36 zur Aufnahme von O-Ringen versehen, die die Seitenwände 12, 13 dicht berühren. Um Wartung und Instandsetzung zu erleichtern, sind die Seitenwände 12, 13 zweckmäßig lösbar mit dem Rahmen 11 verbunden, z.B. mittels Schrauben oder Bolzen 41. Der Rahmen 11 und die Seitenwände 12, 13 sind.aus einem geeigneten starren elektrischen Isolierstoff wie PVC hergestellt.The frame 11 is expediently made of a flat floor 33, a flat ceiling 34 and flat end walls 28, 29 to form a one-piece and rigid member constructed to support the other components and to be attached to a base (not shown). The sides of the frame 11 are provided with grooves or depressions 35, 36 for receiving O-rings which form the side walls 12, 13 touch tightly. In order to facilitate maintenance and repair, the side walls 12, 13 are expediently detachable from the frame 11 connected, e.g. by means of screws or bolts 41. The frame 11 and the side walls 12, 13 are made of a suitable rigid electrical insulating material such as PVC.
Das Vorsehen eines Rahmens, an dem Seitenwände lösbar dicht befestigt sind, wie das dargestellt ist, bei dem der Rahmen starr mit einer Unterlage verbunden ist, erlaubt ein im wesentlichen vollständiges Auseinanderbauen und Wiederzusammenbauen des Lasers, ohne die Ausrichtung der Bauteile, die den optischen Resonator enthalten, zu beeinflussen.The provision of a frame to which side walls are releasably tightly attached, as shown, in which the frame is rigid with is connected to a base, allows substantially complete disassembly and reassembly of the laser without the Alignment of the components that contain the optical resonator influence.
Öffnungen 42, 43 sind im Mittenabschnitt jeder Seitenwand 12, vorgesehen und erstrecken sich im wesentlichen entlang deren Längsausdehnung zum lösbaren Aufnehmen der Blitzlampen-Abschnitte oder -Teile 16, 17 der optischen Pumpanordnungen 14, 15. An der Innenfläche der Seitenwände 12, 13 sind die Öffnungen 42, 43 von Vertiefungen oder Nuten 44, 45 umgeben, die je eine Silikondichtung 46 enthalten zur Aufnahme des Randes von durchsichtigen oder lichtdurchlässigen halbzylindrischen Wandgliedern 47, 48, die zweckmäßigerweise, aus einer Hälfte eines an beiden Enden geschlossenen Quarzrohres ge-Openings 42, 43 are provided in the central portion of each side wall 12, 12 and extend substantially along the length thereof for detachable mounting of the flash lamp sections or Parts 16, 17 of the optical pump assemblies 14, 15. On the inner surface of the side walls 12, 13 are the openings 42, 43 of depressions or grooves 44, 45, each containing a silicone seal 46 for receiving the edge of transparent or translucent semi-cylindrical wall members 47, 48, which are expediently made from one half of a quartz tube closed at both ends
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bildet sind. Die halbzylindrischen lichtdurchlässigen Wandglieder 47, 48 können mit den Seitenwänden 12, 13 über die Silikondichtungen 46 durch End-Spann- oder -Klemmbänder 51, 52 dicht verbunden sein. Quarz ist für die Wandglieder 47, 48 wegen seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber Entfärbung oder Farbbeständigkeit vorzuziehen. Die lichtdurchlässigen Wandglieder 47, 48 sind nach innen gegeneinander gekrümmt, um eine Düse oder Einschnürung oder Verengung 53 zu bilden, wobei die optische Achse 54 vorzugsweise an der Stelle des geringsten Abstands angeordnet ist. Wenn auch eine zylindrische Ausbildung der Wandglieder 47, 48 dargestellt ist, so ist das nicht kritisch. Deshalb können die der optischen Achse abgewandten Seitenabschnitte eine andere Krümmung oder Neigung wie dargestellt auf-forms are. The semi-cylindrical translucent wall members 47, 48 can be tightly connected to the side walls 12, 13 via the silicone seals 46 by end tensioning or clamping straps 51, 52. Quartz is preferred for the wall members 47, 48 because of its resistance to discoloration or color fastness. the translucent wall members 47, 48 are inwardly against each other curved to form a nozzle or constriction or constriction 53, the optical axis 54 preferably at the location of the the smallest distance is arranged. Even if a cylindrical configuration of the wall members 47, 48 is shown, this is not critical. Therefore, the side sections facing away from the optical axis can have a different curvature or inclination as shown.
gleichförrnige weisen, wenn dadurch eine möglichst/ Strömung durch und vom Arbeits- oder Laserstrahlen abgebenden Bereich 27 vorgesehen wird.uniform patterns, if this results in a possible / flow through and from the working or area 27 emitting laser beams is provided.
An sich gegenüberliegenden Seiten der optischen Achse 54 sind Blitz (-licht-)-Lampen 55, 56 vorgesehen, die jeweils von Traggliedern 57, 58 gehaltert sind, die in den Seitenwand-Öffnungen 42, 43 dicht halterbar sind. Die Tragglieder 57, 58, die aus Aluminium bestehen können, sind jeweils mit einem Kanal oder einer Vertiefung 61, 62 versehen zur Bildung schmaler Schenkelabschnitte mit jeweils einer Endfläche, die zumindest nahe der Innenfläche der lichtdurchlässigen Wandglieder 47, 48 angeordnet sind. In den Vertiefungen 61, 62 sind längliche U-Reflektoren 63, 64 aufgenommen, in denen die Blitzlampen 55, 56 angeordnet sind. Die Reflektoren 63, 64 bestehen zweckmäßigerweise aus Quarz, dessen Außenflächen reflektierend ausgeführt sind, damit der reflektierende Belag vor dem Kühlmittel geschützt ist, das um und entlang der^ Blitzlampen 55, 56 strömt, wie das weiterOn opposite sides of the optical axis 54, flash (light) lamps 55, 56 are provided, each of which is supported by support members 57, 58 are held in the side wall openings 42, 43 tight are durable. The support members 57, 58, which can be made of aluminum, are each provided with a channel or a recess 61, 62 provided to form narrow leg sections each with an end surface which is at least close to the inner surface of the translucent Wall members 47, 48 are arranged. In the recesses 61, 62 are elongated U-reflectors 63, 64 added, in which the flash lamps 55, 56 are arranged. The reflectors 63, 64 are expediently made of quartz, the outer surfaces of which are designed to be reflective so that the reflective coating is protected from the coolant flowing around and along the ^ flashlights 55, 56, like that on
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unten erläutert ist. Die Reflektoren 63, 64 können an den Traggliedern 57, 58 angeklebt sein, mittels z. B. eines geeigneten Klebstoffs wie ETV, damit sie in Lage gehalten werden können und damit sie das Kühlmittel auf den die Blitzlampen 55, 56 umgebenden Bereich beschränken .is explained below. The reflectors 63, 64 can be attached to the support members 57, 58 be glued, by means of z. B. a suitable adhesive such as ETV, so that they can be held in place and so that they can Restrict coolant to the area surrounding flash lamps 55, 56.
t.t.
Wie das am besten aus Fig. 1 ersehen werden kann, erstrecken sich die Blitzlampen-Abschnitte oder -Teile 16, 17 im wesentlichen in der Längsausdehnung des Rahmens 11. Die Metall-Tragglieder 57, 58 sind innerhalb der Seitenwände 12, 13 angeordnet und aus Sicherheitsgründen mit elektrisch isolierenden Deckplatten 59, 60 bedeckt. Ein Kühlmittel-Einlaßdurchtritt 66 ist an einem Ende jedes Tragglieds 57, 58 und ein Kühlmittel-Auslaßdurchtritt 67 am entgegengesetzten Ende vorgesehen. Die Blitzlampen 55, 56 sind durch Metall-Klammern 68, 69 gehaltert. Die Klammern 68 sind mit den Traggliedern 57, 58 (elektrisch) leitend verbunden und wirken über die Tragglieder 57, 58 als Masseverbindung der Hochspannungsschaltung der Blitzlampen 55, 56. Im Kühlmittel-Einlaßdurchtritt 66 .und von den Traggliedern 57, 58 elektrisch isoliert, z. B. durch Hochspannungs-Isolierhülsen 70, ist ein Metall-Rohr 73 angeordnet, an dessen Ende die Klammer 69 angeordnet ist . Das Kühlmittel wird durch das Rohr 73 eingeführt, das auch als Hochspannungszuleitung für die Blitzlampen 55, 56 wirkt.As best seen in Figure 1, the flashlamp portions or portions 16, 17 extend substantially inwardly the longitudinal extent of the frame 11. The metal support members 57, 58 are arranged within the side walls 12, 13 and for safety reasons covered with electrically insulating cover plates 59, 60. A coolant inlet passage 66 is at one end of each support member 57, 58 and a coolant outlet passage 67 is provided at the opposite end. The flash lamps 55, 56 are secured by metal clips 68, 69 held. The brackets 68 are (electrically) conductively connected to the support members 57, 58 and act via the support members 57, 58 as Ground connection of the high-voltage circuit of the flash lamps 55, 56. In the coolant inlet passage 66 and from the support members 57, 58 electrically isolated, e.g. B. by high-voltage insulating sleeves 70 is a metal tube 73 is arranged, at the end of which the clamp 69 is arranged. The coolant is introduced through the pipe 73, the also acts as a high-voltage lead for the flash lamps 55, 56.
Die Abschnitte des von den lichtdurchlässigen Wandgliedern 47, umschlossenen Volumens, die nicht die Blitzlampen-Teile 16, 17 enthalten, sind mit einem Isolierstoff oder Isolator 65 gefüllt zum Schutz vor Wärmeübertragung vom Blitzlampen-Kühlmittel in die aktive Flüssigkeit in Einlaß- und Auslaßkammer. Ein derartiger Isolator 65 be-The sections of the volume enclosed by the transparent wall members 47 which do not contain the flash lamp parts 16, 17, are filled with an insulating material or insulator 65 to protect against heat transfer from the flashlamp coolant into the active liquid in inlet and outlet chambers. Such an isolator 65
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schränkt die Kühlmittelströmung im wesentlichen nur auf den die Blitzlampen 55, 56 unmittelbar umgebenden Bereich. Deshalb wird die Strömung des Blitzlampen-Kühlmittels auf diesen unmittelbar die Blitzlampen 55, 56 umgebenden Bereich begrenzt, wodurch das Auftreten von Wärme-Unstetigkeiten oder Inhomogenitäten in der aktiven Flüssigkeit vermieden wird, wenn sie in den Laserstrahlen abgebenden Bereich eintritt und durch ihn strömt, was andererseits auftreten würde, wenn ein heißes ruhendes Kühlmittel diese Bereiche erfüllen würde. Diese Eigenschaft, die Strahl-Güte zu erhalten, wird erreicht durch Verwenden einfacher und billiger Bauteile.essentially restricts coolant flow only to the die Flash lamps 55, 56 immediately surrounding area. Therefore, the flow of the flashlamp coolant on them becomes the immediate Flash lamps 55, 56 surrounding area are limited, whereby the occurrence of thermal discontinuities or inhomogeneities in the active Liquid is avoided when it enters and flows through the laser beam emitting area, which otherwise would occur when a hot dormant coolant fills these areas would. This property of maintaining the beam quality is achieved by using simple and inexpensive components.
Die aktive Flüssigkeit wird in die Einlaßkammer 31 über eineThe active liquid is in the inlet chamber 31 via a
Verzweigung 18 mit mehreren Auslaß-Öffnungen oder -Schlitzen 70Junction 18 with a plurality of outlet openings or slots 70
eingeführtintroduced
in der Längsausdehnung des Arbeits-Bereichs 27/Γ Die Einlaß-Verzweigung 18 wirkt zum gleichförmigen Einführen der aktiven Flüssigkeit in die Einlaßkammer 31 und sieht eine gleichförmige Strömung in der Längsausdehnung des aktiven Bereichs 27 vor, selbst wenn die aktive Flüssigkeit in die Verzweigung 18 nur an einem Ende eintritt.in the longitudinal extension of the working area 27 / Γ the inlet branch 18 acts to introduce the active liquid uniformly into the inlet chamber 31 and see a uniform flow in it Longitudinal expansion of the active region 27 before, even if the active liquid enters the branch 18 only at one end.
In der Auslaßkammer 32 ist eine zweite Verzweigung 19 angeordnet, mit mehreren Einlaß-Öffnungen oder -Schlitzen 71 zur Aufnahme der aktiven Flüssigkeit an ihrer Seite oder ihren Abschnitten, die zumindest im wesentlichen abgewandt vom Arbeits-Bereich 27 angeordnet sind. Auf diese Weise strömt, wie das am besten aus Fig. 4 hervorgeht, die aktive Flüssigkeit aus der Einlaß-Verzweigung 18 im wesentlichen entlang den Strömungswegen 21, 22 zum und durch den aktiven Bereich 27 am Leitglied 23 vorbei und in die Auslaßkammer 32. Von der Auslaßkammer 32 strömt die aktive Flüssigkeit entweder direktA second branch 19 is arranged in the outlet chamber 32, with a plurality of inlet openings or slots 71 for receiving it of the active liquid on its side or on its sections which are arranged at least essentially facing away from the working area 27 are. In this way, as best seen in FIG. 4, the active liquid flows from the inlet manifold 18 substantially along the flow paths 21, 22 to and through the active Area 27 past the guide member 23 and into the outlet chamber 32. From the outlet chamber 32, the active liquid either flows directly
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oder über eine Auslaß-Verzweigung in eine (nicht gezeigte) geeignete Pumpe, einen Behälter und/oder einen Wärmetauscher, und dann zurück zur Einlaß-Verzweigung 18.or via an outlet branch into a suitable one (not shown) Pump, a tank and / or a heat exchanger, and then back to the inlet branch 18.
Das Vorsehen flüssigkeitsgekühlter Blitzlampen 55, 56 zusammen mit konvexen, lichtdurchlässigen Wandgliedern 47, 48 ist insbesondere vorteilhaft bei der Verhütung, wenn nicht vollständigen Beseitigung von Lecks oder Verlusten. Das Vorsehen, der Aufbau und die Zuordnung des Rahmens 11 und der Wandglieder 47, 48 gemäß der Erfindung beseitigt nicht nur praktisch die Möglichkeit eines Kühlmittel-Leckens in die aktive Flüssigkeit, sondern auch ein Lecken sowohl in umgekehrter Kichtung als auch nach außerhalb des Lasers. Das Verhindern des Leckens der aktiven Flüssigkeit, wie fluoreszierende organische Lösungen, wie Rhodamin 6G, war bisher ein äußerst störendes Problem, und in einigen Fällen wurde wegen unmöglicher zuverlässiger Verhinderung die Arbeit oder Forschung an einigen Farbstoff-Lasern aufgegeben. Gemäß der Erfindung aufgebaute Laser weisen derartige Fehler nicht auf.The provision of liquid-cooled flash lamps 55, 56 together with convex, translucent wall members 47, 48 is in particular beneficial in preventing, if not completely eliminating, leaks or losses. The provision, the structure and the assignment of the frame 11 and the wall members 47, 48 according to the invention not only practically eliminates the possibility of coolant leakage in the active liquid, but also a leak both in reverse direction and out of the laser. Preventing the Leakage of the active liquid, such as fluorescent organic solutions such as Rhodamine 6G, has been an extremely troublesome problem so far, and in some cases it was impossible because of reliable prevention given up work or research on some dye lasers. Lasers constructed in accordance with the invention exhibit such defects not on.
Weder die Strömungsrichtung des aktiven Materials, noch das Vorsehen von Einlaß- und Auslaß-Verzweigungen 18, 19, wie dargestellt und beschrieben, ist kritisch. Gegebenenfalls können z.B. die Einlaß- und Auslaß-Verzweigungen als solche weggelassen sein und das aktive Material durch ein Wandglied oder -teil, z. B. den Boden 33, eingeführt und durch das andere Wandteil ausgeführt werden. Dann ist es jedoch notwendig, mindestens ein längliches Leitglied 23 vorzusehen, das die besondere Form aufweist und der beabstandet ist gegenüber der optischen Achse 54 und den Auslaßkammer-Abschnitten der lichtdurch- Neither the direction of flow of the active material nor the provision of inlet and outlet branches 18, 19 as shown and described is critical. If necessary, e.g. the inlet and outlet branches are omitted as such and the active one Material through a wall member or part, e.g. B. the bottom 33 introduced and carried out through the other wall part. Then, however, it is necessary to provide at least one elongate guide member 23 that has the special shape and is spaced from the optical axis 54 and the outlet chamber sections of the light-permeable
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lässigen Wandglieder 47,-48, wie das z. B. in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist, um eine Strömungstrennung im Arbeitsbereich 27 zu vermeiden, die durch den zunehmenden Druckgradienten hervorgerufen ist, der etwa an der optischen Achse 54 beginnt und sich stromab erstreckt .casual wall members 47, -48, such as the z. B. shown in Figs in order to avoid a flow separation in the working area 27, which is caused by the increasing pressure gradient, which begins approximately at the optical axis 54 and extends downstream.
Dadurch ergibt sich die Flüssigkeitsströmung vom Einlaß zum Auslaß durchThis results in the flow of liquid from the inlet to the outlet by
P + —-— = konstant = Gesamtdruck,P + —-— = constant = total pressure,
mit P = Flüssigkeitsdruck,with P = fluid pressure,
£ = Massendichte der Flüssigkeit,
ν = Geschwindigkeit der Flüssigkeit.£ = mass density of the liquid,
ν = velocity of the liquid.
Wie sich daraus ergibt, nimmt der Druck ab, wenn die Strömung bei Eintritt in den Arbeitsbereich 27 beschleunigt wird. Ohne ein geeignet geformtes Leitglied 23 oder eine Auslaß-Verzweigung 19 im Abstrombereich, die nicht nur die gleiche Wirkung wie das geformte Leitglied 23, sondern auch eine einfache und wirksame Einrichtung zum Absaugen oder Abführen der aktiven Flüssigkeit vorsieht, steigt der Druck jedoch an, wenn die Geschwindigkeit der Strömung nach Verlassen des Arbeitsbereichs 27 abnimmt, wodurch im Arbeitsbereich 27 Strömungstrennung, Wirbel, Strudel u. dgl. auftreten oder auftreten können, wodurch ungleichförmige Dichten und Temperaturen entstehen können. Dichte- und Temperaturgradienten im Arbeitsbe- · reich 27 rufen Gradienten der Brechzahl des Laserstrahlen abgebenden Materials hervor, die den Laser-Ausgangsstrahl verzerren. As can be seen from this, the pressure decreases when the flow is accelerated upon entering the working area 27. Without a suitably shaped guide member 23 or an outlet branch 19 in the downstream area, which not only has the same effect as the molded guide member 23, but also a simple and effective device provides for suction or discharge of the active liquid, increases the pressure, however, increases when the speed of the flow decreases after leaving the working area 27, thereby in the working area 27 Flow separation, eddies, eddies and the like occur or can occur, as a result of which non-uniform densities and temperatures can arise. Density and temperature gradients in the working rich 27 cause gradients in the refractive index of the material emitting laser beams, which distort the laser output beam.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist das Leitglied 23 und/ oder die Auslaß-Verzweigung 19 geformt und ausreichend nahe der optischen Achse 54 bei der Verengung 53 angeordnet, um einen günstigen Druckgradienten über die Strömung im aktiven Bereich vorzusehen. Da es sich um eine Unterschall-(Fluid-)-Strömung handelt, beeinflußt dieses Glied den Strömungsdruck stromauf seines vordersten Endes und erzeugt selbst dann einen günstigen Drückgradienten, wenn es sich nicht bis in die Verengung 53 erstreckt. Das wird im wesentlichen erreicht, wenn die Gesamtquerschnittsfläche zwischen der Auslaß-Verzweigung 19 oder dem Leitglied 23 und den lichtdurchlässigen Wandgliedern 47, 48 vergleichbar ist mit der Querschnittsfläche der Verengung 53.According to a feature of the invention, the guide member 23 and / or the outlet branch 19 is shaped and sufficiently close to the optical axis 54 arranged at the constriction 53 in order to provide a favorable pressure gradient over the flow in the active area. Since the flow is subsonic (fluid), this limb affects the flow pressure upstream of its foremost End and generates a favorable pressure gradient even if it does not extend into the constriction 53. That will be in the substantially achieved when the total cross-sectional area between the outlet branch 19 or the guide member 23 and the translucent Wall members 47, 48 is comparable to the cross-sectional area of the constriction 53.
Anders ausgedrückt wird dies auch erreicht, wenn der Abstand zwischen dem Leitgled 23 und den lichtdurchlässigen Wandgliedern 47, 48 vergleichbar ist mit der Breite der Verengung oder Einschnürung. Gegebenenfalls kann der kleine Stagnationsbereich, der im Aufstrom-Abschnitt des Leitgliedes 23 auftreten kann, beseitigt werden, durch Abführen der Flüssigkeit durch an dieser Stelle vorgesehene kleine Löcher. Wo diese vorgesehen sind, soll die Fläche der Abführ-Löcher klein sein im Vergleich zu den Haupt-Auslaß-Öffnungen 72, so daß das gewünschte Druckprofil nicht nachteilig beeinflußt wird.In other words, this is also achieved when the distance between the guide member 23 and the transparent wall members 47, 48 is comparable to the width of the narrowing or constriction. If necessary, the small stagnation area that can occur in the upstream portion of the guide member 23 can be eliminated by Drainage of the liquid through small holes provided at this point. Where these are provided, the area of the discharge holes should be be small compared to the main exhaust ports 72 so that the desired pressure profile is not adversely affected.
Ein Leitglied 23 als solches und zusammen mit einer Auslaß-Verzweigung 19 für den genannten Zweck kann im sich erweiternden Bereich der Auslaßkammer 32 gerade stromab des aktiven Bereichs 27 vorgesehen sein, wie das anhand des in Fig. 4 dargestellten Beispiels erkennbar ist. Die Querschnittsform des Leitgliedes 23 hängt von derA guide member 23 as such and together with an outlet branch 19 for the stated purpose can be in the widening area of the outlet chamber 32 just downstream of the active area 27 be provided, as can be seen from the example shown in FIG. The cross-sectional shape of the guide member 23 depends on the
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Form der Wandglieder 47, 48 ab. Für zylindrisch geformte Wandglieder.47, 48, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, ist das Leitglied 23 vorteilhaft mit nasenförmigem oder spitzzulaufendem ("cusp-shaped") Querschnitt ausgeführt. Das Leitglied 23 besteht vorzugsweise aus einem inerten wärmeisolierenden Werkstoff, z.B. einem geeigneten Kunststoff wie PVC, um das Entstehen von Wärmegradienten in der Laser-Flüssigkeit zu verhindern, und soll.nicht merklich in den aktiven Bereich 27 hineinragen, wo durch ihn parasitäre Laser-Moden entstehen könnten. Das Vorsehen eines Leitgliedes 23 erlaubt Flexibilität bei der Verwendung, Größe und/oder Ausführung der Auslaß-Verzweigung 19, einschließlich deren Weglassen, und dient zum besseren Aufrechterhalten, wenn nicht zum an sich Aufrechterhalten eines negativen Druckgradienten in der Strömung der aktiven Flüssigkeit durch den gesamten Laserstrahlen abgebenden Bereich.Shape of the wall members 47, 48 from. For cylindrically shaped wall sections. 47, 48, as shown in Fig. 4, the guide member 23 is advantageously with a nose-shaped or pointed ("cusp-shaped") Cross-section executed. The guide member 23 is preferably made of an inert heat insulating material such as a suitable one Plastic like PVC to prevent thermal gradients from forming in the laser liquid, and shouldn't be noticeable in the active ones Area 27 protrude where it could cause parasitic laser modes. The provision of a guide member 23 allows flexibility in the use, size and / or design of the outlet branch 19, including its omission, and serves for the better Maintaining, if not for maintaining one in itself negative pressure gradient in the flow of the active liquid through the entire laser beam emitting area.
Eine besonders verwendbare Eigenschaft von Lasern, die fluoreszierende organische Lösungen wie Rhodamin 6G als verstärkendes Material verwenden, ist die große Bandbreite, über der die Verstärkung auftritt. Dadurch ist eine Veränderung der Ausgangs-Wellenlänge eines derartigen Lasers durch mehrere Einrichtungen möglich. Von diesen sind die übliche Verwendung eines Beugungsgitters oder eines Prismas am geeignetsten, da eine Abstimmung durch einfache mechanische Einstellung erreichbar ist. Der Hauptvorteil der Prismen-Abstimmung ist der, daß Prismen so bestimmt werden können, daß das ; Licht nahe dem Brewster-Winkel eintritt, wodurch Reflexionsverluste auftreten, die wesentlich kleiner als die Beugungsgitter-Verluste sind. Dieses Merkmal ist vorteilhaft für blitzlampengepumpte Laser, da der Wellenlängenbereich erweitert wird, über den ausreichender GewinnA particularly useful property of lasers, the fluorescent Using organic solutions like Rhodamine 6G as a reinforcing material is the wide range over which the reinforcement is achieved occurs. As a result, the output wavelength of such a laser can be changed by several devices. Of these the usual use of a diffraction grating or a prism are most suitable, as tuning by simple mechanical Setting is achievable. The main advantage of prism tuning is that prisms can be determined so that the; Light enters close to the Brewster angle, as a result of which reflection losses occur which are considerably smaller than the diffraction grating losses. This feature is beneficial for flashlamp-pumped lasers as the Wavelength range is expanded beyond the sufficient gain
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zur Laser-Strahlenerzeugung erhaltbar ist, und da die Leistungsabgabe erhöht wird. Ein weiterer Vorteil der Prismen-Abstimmung gegenüber kommerziellen Replica- oder Kopie-Beugungsgittern ist der wesentlich höhere Grenzwert von Glas für die Zerstörung durch Laser-Strahlung .for laser beam generation is obtainable, and since the power output is increased. Another advantage of prism tuning over commercial replica or copy diffraction gratings is that significantly higher limit value of glass for destruction by laser radiation.
Die Fig. 3 zeigt den Arbeitsbereich 27 und die Blitzlampen 55, 56 zusammen mit einer Abstimmeinrichtung 81, die eine Kette 82 aus fünf Prismen enthält, um veränderbare Ausgangs-Wellenlängen vorzusehen. Neben und außerhalb der Seitenwand 12 ist ein ortsfester, teildurchlässiger, herkömmlicher Ausgangsspiegel 83 angeordnet. Der Ausgangsspiegel 83 kann zu etwa 85 % lichtdurchlässig sein und ist an der optischen Achse 54 ausgerichtet. Neben und außerhalb der gegenüberliegenden Seitenwand 13 ist die Kette 82 aus fünf Prismen angeordnet zum Empfang der Ausgangsstrahlung aus dem Arbeitsbereich 27 entlang der optischen Achse 54 und zu deren Sichten auf einen benachbarten, vollständig oder total reflektierenden Abstimmspiegel 84.FIG. 3 shows the working area 27 and the flash lamps 55, 56 together with a tuning device 81, which is a chain 82 contains five prisms to provide variable output wavelengths. Next to and outside of the side wall 12 is a stationary, partially transparent, conventional output mirror 83 arranged. The output mirror 83 can be approximately 85% transparent and is aligned with the optical axis 54. Beside and outside The chain 82 of five prisms is arranged on the opposite side wall 13 for receiving the output radiation from the working area 27 along the optical axis 54 and for viewing an adjacent, completely or totally reflective tuning mirror 84.
Der Ausgangsspiegel 83 und der Abstimmspiegel 84 bilden wie herkömmlich einen optischen Resonator. Die Prismen-Kette 82 ist im Lichtweg 85 angeordnet und der Abstimmspiegel 84 um ihre Achse eingestellt, um eine Prismenablenkung oder -verschiebung zu ermöglichen. Weiter ist die Innenfläche des Ausgangs spiegeis 83 vorzugsweise so ausgebildet, daß die Ausrichtung der Optik erleichtert ist, und ist die Außenfläche ausgebildet zum Korrigieren der durch die Innenfläche hervorgerufenen Streuung.The output mirror 83 and the tuning mirror 84 form, as is conventional, an optical resonator. The prism chain 82 is in Arranged light path 85 and adjusted the tuning mirror 84 about its axis to allow a prism deflection or displacement. Further, the inner surface of the exit mirror 83 is preferably so designed so that the alignment of the optics is facilitated, and the outer surface is designed to correct those caused by the inner surface Scattering.
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Wie bei jeder Abstimmeinrichtung ist beträchtliche Sorgfalt bei der Ausrichtung der Spiegel 83, 84 notwendig. Der Laserstrahl muß senkrecht zum stationären oder Ausgangsspiegel 83 bleiben, so daß der Strahlwinkel an der Prismenfläche neben dem Laser ortsfest bleibt, wenn der Abstimmspiegel 84 gedreht wird. Die Winkel zwischen dem Laserstrahl und den anderen Flächen ändern sich jedoch während der Abstimmung um einen Betrag, der zunimmt, wenn der Abstimmspiegel 84 angenähert wird, so daß der Strahl der gewünschten Wellenlänge auf den Abstimm spiegel 84 stets senkrecht auftrifft und durch die Prismen-Anordnung zurückreflektiert wird.As with any tuning device, considerable care is required in aligning the mirrors 83, 84. The laser beam must remain perpendicular to the stationary or exit mirror 83, so that the beam angle remains stationary on the prism surface next to the laser, when the tuning mirror 84 is rotated. However, the angles between the laser beam and the other surfaces change during the Vote by an amount that increases when the tuning mirror 84 is approached so that the beam of the desired wavelength on the tuning mirror 84 always strikes perpendicularly and through the prism arrangement is reflected back.
Die Einstellung des Abstimm spiegeis 84 bestimmt die Wellenlänge, die in den Arbeitsbereich 27 reflektiert wird, und deshalb die Wellenlänge, die verstärkt und durch den Ausgangsspiegel 83 als Laser-Ausgangsstrahl übertragen wird.The setting of the tuning mirror 84 determines the wavelength that is reflected in the working area 27, and therefore the Wavelength that is amplified and passed through the output mirror 83 as the laser output beam is transmitted.
Wie sich daraus ergibt, kann die Abstimm einrichtung 81 eine Reihe von Prismen enthalten, die so angeordnet sind, daß das Licht vom Laserstrahlen abgebenden Material einer gegebenen Wellenlänge durch jedes Prisma hindurchtritt und an einem, ebenen Abstimm spiegel 84 in sich selbst durch das Laserstrahlen abgebende Material und zum Ausgangsspiegel 83 reflektiert wird. Die Winkel der Prismen, und das Glas, aus dem sie gebildet sind, sind so gewählt, daß licht unter einem Winkel in jedes Prisma eintritt und es verläßt, der geringste Reflexionsverluste ergibt, d. h. unter dem Brewster-Winkel der Anordnung. Ein geeigneter Winkel für die Prismen beträgt 60 . Dieser Winkel ist zweckmäßig, da die Herstellungskosten relativ gering sind.As can be seen from this, the tuning device 81 can be a Contain set of prisms that are arranged to shed the light from the laser beam emitting material of a given wavelength passes through each prism and mirror on a flat tuning 84 is reflected in itself by the laser beam emitting material and to the exit mirror 83. The angles of the prisms, and that Glass from which they are made are chosen so that light is underneath one Angle entering and exiting each prism, the least reflection loss results, d. H. at the Brewster angle of the arrangement. A suitable angle for the prisms is 60. This angle is expedient because the manufacturing costs are relatively low.
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Ein Lichtstrahl der Frequenz, auf die das Optiksystem abgestimmt ist, und der parallel zur optischen Achse 54 ist, wird im Laser-Material verstärkt, tritt durch ein Ausgangsfenster zum ersten Prisma, wo ein Teil reflektiert und verloren wird. Der Resttell wird bei Durchtritt durch das Prisma abgelenkt oder gebrochen. Die Ablenkung ist so, daß der Strahl auf das nächste Prisma einfällt, wo er wieder abgelenkt oder gebrochen wird, um auf das nächste Prisma einzufallen. Das setzt sich fort, bis der Strahl auf den Abstimmspiegel 84 auftrifft und in sich selbst reflektiert wird. Ein Strahl längerer oder kürzerer Wellenlänge, der am gleichen Weg durch das Prismensystem beginnt, wird weniger bzw. mehr gebrochen, trifft daher auch auf den Abstimmspiegel 84 unter einem gewissen Winkel zur Senkrechten auf und wird daher außerhalb der Achse reflektiert und geht verloren. Wie erwähnt, wird die gewünschte Wellenlänge durch Drehen des Abstimmspiegels 84 gewählt.A light beam of the frequency to which the optical system is tuned and which is parallel to the optical axis 54 is im Laser material amplified, enters through an exit window to the first Prism where a part is reflected and lost. The remainder is deflected or broken when passing through the prism. The deflection is such that the beam hits the nearest prism where it is deflected or refracted again to strike the nearest prism. This continues until the beam hits the tuning mirror 84 occurs and is reflected in itself. A ray of longer or shorter wavelength traveling the same way through the The prism system begins, is broken less or more, and therefore also hits the tuning mirror 84 at a certain angle to the perpendicular and is therefore reflected off the axis and is lost. As mentioned, the desired wavelength is through Rotating the tuning mirror 84 selected.
Die Prismenabstimmung wird ausführlich erläutert z. B. in F. C. Strome, Jr., J. P. Webb, "Flash Tube-Pumped Dye Laser with Multiple-Prism Tuning", Applied Optics, Band 10, Nr. 6, Juni 1971.The prism tuning is explained in detail e.g. See, for example, F.C. Strome, Jr., J.P. Webb, "Flash Tube-Pumped Dye Laser with Multiple-Prism Tuning, "Applied Optics, Volume 10, No. 6, June 1971.
Während des Betriebs wird eine aktive Flüssigkeit wie z. B. in Methanol gelöstes Rhodamin 6G durch den Arbeitsbereich 27 gepumpt, in dem es von den Blitzlampen 55, 56 bestrahlt wird. Das aktive Material strahlt stimulierte Emission bei einer charakteristischen Wellenlänge ab, die vom aktiven Material und der Geometrie des optischen Raums abhängt. Die Strömungsrichtung durch den aktiven Bereich 27 ist senkrecht zu der der Strahlung der Blitzlampen 55, 56, und beide sind senkrecht zur optischen Achse 54.During operation, an active liquid such as B. Rhodamine 6G dissolved in methanol is pumped through the working area 27, in which it is irradiated by the flash lamps 55, 56. The active material emits stimulated emission at a characteristic wavelength that depends on the active material and the geometry of the optical Space depends. The direction of flow through the active area 27 is perpendicular to that of the radiation from flash lamps 55, 56, and both are perpendicular to optical axis 54.
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■ Rhodamin 6G gibt Laserstrahlen in einer Bandbreite von etwa 5800 A - 6000 A (gelb-orange) ab. Verschiedene Wellenlängen-Bänder, über die der Laser abgestimmt werden kann, können mittels verschiedener aktiver Materialien und/oder ,Lösungsmittel erreicht werden.■ Rhodamine 6G emits laser beams in a bandwidth of approx 5800 A - 6000 A (yellow-orange). Different wavelength bands over which the laser can be tuned can be set using different active materials and / or, solvents achieved will.
Durch Verwenden verschiedener bekannter Zusammensetzungen von z. B. Farbstoffen und Lösungsmitteln kann der Laser über einen Bereich von etwa 4500 A - 6500 A abgestimmt werden, d. h. ungefähr über das gesamte sichtbare Spektrum.By using various known compositions of e.g. B. dyes and solvents, the laser can be tuned over a range of about 4500 A - 6500 A , ie approximately over the entire visible spectrum.
Die Blitzlampen 55, 56 können übliche Xenon-Quarz-Blitzlampen sein, die mit einer Impulsfrequenz von 1-50 Hz betrieben werden. Die Blitzlampen 55, 56 werden gekühlt und auf einer geeigneten Betriebstemperatur gehalten durch die Strömung eines geeigneten Volumens eines Kühlmittels wie Leitungswasser entlang ihrer Längsausdehnung . Das aktive Material wird üblicherweise von einem Behälter zum und durch den Laser und zurück in den Behälter umgewälzt. Der Behälter kann Kühleinrichtungen für das aktive Material enthalten, so daß es stets bei einer bestimmten konstanten Temperatur in den Laser eingeführt wird. Vom Behälter getrennte Kühleinrichtungen können ebenso vorgesehen sein.The flash lamps 55, 56 can be conventional xenon-quartz flash lamps which are operated with a pulse frequency of 1-50 Hz. The flash lamps 55, 56 are cooled and at a suitable operating temperature held by the flow of a suitable volume of coolant such as tap water along their length . The active material is typically circulated from a container to and through the laser and back into the container. Of the Container can contain cooling devices for the active material, so that it is always at a certain constant temperature in the laser is introduced. Cooling devices separate from the container can also be provided.
Wenn Einlaß- und Auslaß-Verzweigungen 18, 19 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet werden, können sie mit einer Reihe von Strömungs-Öffnungen oder -Schlitzen 70, 71, 72 versehen sein. Die Einlaßschlitze 70, 71 haben zweckmäßigerweise eine Größe und eine Anordnung, durch die der größte Teil oder der gesamte DruckabfallIf inlet and outlet branches 18, 19 according to the preferred Embodiment are used, they can be provided with a series of flow openings or slots 70, 71, 72. The inlet slots 70, 71 suitably have a size and a Arrangement through which most or all of the pressure drop
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auftritt, wenn das aktive Material durch sie strömt, um eine gleichförmige Strömung über die Gesamt-Langsausdehnung der Einlaß-Verzweigung zu erzeugen.occurs when the active material flows through it to become a uniform Flow over the total longitudinal extent of the inlet branch to create.
Vorzugsweise ist die Einlaß-Verzweigung 18 unter der Auslaß-Verzweigung 19 angeordnet, wobei das aktive Material an der Bodenseite der Einlaß-Verzweigung 18 ausströmt, durch den Arbeitsbereich 27 nach oben strömt und aus dem Laser durch die Auslaß-Verzweigung 19 ausströmt. Ein getrenntes Leitglied 23 kann vorgesehen sein oder es kann, wie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, eine Auslaß-Verzweigung 19 vorgesehen sein, die als Leitglied 23 dient, um im Arbeitsbereich 27 das Auftreten von Strömungstrennung, Wirbeln, Strudeln u. dgl. zu behindern, durch die Verzerrungen des Laser-Ausgangsstrahls auftreten können.Preferably the inlet manifold 18 is below the outlet manifold 19, with the active material flowing out at the bottom of the inlet junction 18, through the work area 27 flows up and out of the laser through the outlet junction 19 flows out. A separate baffle 23 may be provided or, as in the preferred embodiment, an outlet junction 19 may be provided, which serves as a guide member 23 to prevent flow separation, eddies, vortices occurring in the working area 27 and the like by the distortion of the laser output beam may occur.
Übliche Xenon-Blitzlampen werden als Spektrallampen bd einer gegebenen Stromdichte betrieben. Bei etwas höherer Stromdichte strahlen Xenon-Blitzlampen als ein schwarzer Körper mit einem kontinuierlichen Spektrum, das sich über das gesamte sichtbare Spektrum und weit in den Ultraviolett-Bereich erstreckt.Usual xenon flash lamps are used as spectral lamps bd one given current density operated. At a slightly higher current density, xenon flash lamps emit than a black body with a continuous Spectrum that extends across the entire visible spectrum and well into the ultraviolet range.
Da einige Farbstoffe, die im blauen Spektralbereich Laser-Strahlung abgeben, mit Ultraviolett-Strahlung gepumpt werden müssen, müssen die Blitzlampen bei ausreichend hohen Stromdichten betrieben wer-As some dyes that are in the blue spectral range laser radiation must be pumped with ultraviolet radiation, the flash lamps must be operated at sufficiently high current densities
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den, wie z. B. über 10 000 A/cm .2
the, such. B. over 10,000 A / cm.
Von der gesamten in den Blitzlampen erzeugten Energie wird lediglich etwa 10 % in Laserlicht umgesetzt und lediglich etwa 10 - 20 %Of all the energy generated in the flash lamps, only about 10% converted into laser light and only about 10 - 20%
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der den Blitzlampen zugeführten elektrischen Energie wird in Licht umgesetzt. Die Blitz-Länge kann zwischen etwa 0,1 bis 1 us, abhängig von der verwendeten Wiederholfrequenz, betragen. Die kürzeren Impulse werden bei höheren "Wiederholfrequenzen verwendet. Der Laser-Impuls ist im wesentlichen von gleicher Länge wie der Blitzlampen-Impuls. Die Lebensdauer der invertierten Besetzung ist kurz, im allgemeinen etwa 5 ns, weshalb die Laser-Strahlung aufhört, sobald die Blitzlampen abschalten. Wenn der Blitzlampen-Impuls ausreichend erhöht wird, wird eine Stelle erreicht, bei der das aktive Material ungleichförmig erwärmt wird und die Laserstrahlgüte abnimmt.the electrical energy supplied to the flash lamps turns into light implemented. The flash length can be between about 0.1 to 1 µs, depending on the repetition frequency used. The shorter ones Pulses are used at higher "repetition rates. The laser pulse is essentially the same length as the Flashlamp pulse. The lifetime of the inverted cast is short, generally about 5 ns, which is why the laser radiation stops as soon as the flash lamps switch off. When the flashlamp pulse is increased sufficiently, a point is reached at which the active material is heated unevenly and the laser beam quality decreases.
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