DE2534322C3

DE2534322C3 - Jodlaser

Info

Publication number: DE2534322C3
Application number: DE2534322A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Chem. Dr. 8000 Muenchen Fuss; Kristian Dipl.-Phys. Dr. 8046 Garching Hohla
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1975-07-31
Filing date: 1975-07-31
Publication date: 1978-09-21
Also published as: US4068196A; FR2319989B3; FR2319989A1; BE844640A; GB1505320A; NL7607583A; DE2534322B2; DE2534322A1; IT1121666B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Jodlaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Jodlaser dieser Art sind aus der Zeitschrift LASER + Elektro-Optik Nr. 3/1972, Seiten 29 bis 31 bekannt.

Beim Jodlaser wird gewöhnlich als laseraktiver Bestandteil des gasförmigen Lasermediums eine der photolytischen Spaltung (»Blitzlichtphotolyse«) zugängliche organische Jodverbindung verwendet Bei der Erzeugung eines Strahlungsimpulses wird jeweils nur ein Teil des in der Füllung enthaltenen organischen Jodids photolysiert, und es entsteht dabei neben einem inaktiven Gas auch molekulares Jod. Dies setzt beim nächsten Beblitzen der noch unverbrauchtes organisches Jodid enthaltenden Füllung die Ausbeute an Laseremission herab, indem es durch verschiedene Prozesse Jodatome im Grundzustand erzeugt Um die volle Leistung eines Jodlasers zu erreichen, mußte daher bisher die Gasfüllung nach jedem Schuß ausgetauscht werden. Dies ist nicht nur zeitraubend, sondern auch teuer, da man die unverbrauchte Jodverbindung entweder verwerfen oder zurückgewinnen muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Jodlaser eine bessere Ausnutzung der stimulierbaren Jodverbindung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird bei einem Jodlaser der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch erreicht daß das rohrförmige Gefäß in einem Gaskreislauf angeordnet ist, der eine Reinigungsvorrichtung zum Abscheiden von elementarem Jod, das beim Betrieb des Lasers im rohrförmigen Gefäß entstanden ist, eine Vorrichtung zum Ergänzen verbrauchter Jodverbindung, und eine Vorrichtung zum Umwälzen des Lasermediums im Kreislauf enthält

Es ist nun zwar bereits aus der DE-OS 2047 187 ein Verfah-en zur Leistungssteigerung von elektrisch angeregten Gaslasern, insbesondere CXh-Lasern, bekannt, bei dem ein CO₂ enthaltendes Laserarbeitsgas in einem geschlossenen Kreislauf kontinuierlich umgewälzt wird, so daß der Resonatorhohlraum vorzugsweise mit Unterschallgeschwindigkeit unter gleichzeitiger elektrischer Anregung quer zur Laserachse durchströmt wird. Im bekannten Falle soll dadurch ein hoher Gasdurchsatz und ein hoher Inversionsgrad erreicht und der Gasverbrauch gering gehalten werden. Im bekannten Falle entstehen jedoch keine für das Arbeiten des Lasers schädlichen Zersetzungsprodukte und eine Reinigung des Laserarbeitsgases ist daher nicht vorgesehen.

Der Jodlaser gemäß der Erfindung gewährleistet durch die Reinigung des Laser-Arbeitsgases eine bessere Ausnutzung der stimulierbaren Jodverbindung und ermöglicht rasche Schußfolgen.

Die Gegenstände der Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des Jodlasers gemäß Anspruch 1.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Teiles einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

Fig.3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Ein Jodlaser gemäß der Erfindung enthält im Prinzip ein übliches Laserrohr, in dem die Erzeugung einer Besetzungsinversion und eine stimulierte Emission von Laserstrahlung in bekannter Weise erfolgt, und einen Gaskreislauf, der das Laserrohr, eine Umwälzpumpe, sowie eine Reinigungs- und Nachfüllapparatur enthält. Die Gasfüllung des Laserrohres wird durch die Pumpe abgepumpt, durch die Reinigungs- und Nachfüllapparatur geleitet, wobei es gareinigt und verbrauchte

Jodverbindung ergänzt wird, und die regenerierte Gasfüllung wird dann wieder in das Laserrohr eingeleitet

Der in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Jodlaser arbeitet mit einem Lasergas, dessen stimulierbarer Bestandteil aus einem Jodid, wie C3F7I, besteht und enthält ein übliches Laserrohr 10, z. B. aus Quarzglas, dessen Enden mit Brewster-Fenstern 12 und 14 abgeschlossen sind. Das Laserrohr befindet sich zwischen einem vollständig reflektierenden Spiegel 16 und einem teildurchlässiger. Spiegei 18 und kann, wie üblich, in der einen Brennlinie eines nicht dargestellten elliptischen Zylinderspiegels angeordnet sein, in dessen anderer Brennlinie sich eine ebenfalls nicht dargestellte Blitzlampe befindet, deren Strahlung is zur Photolyse des 'odids und damit zur Erzeugung einer Besetzungsinversion dient

Das Laserrohr 10 ist in der Nähe seiner Enden mit zwei Anschlußstutzen 20 und 22 versehen. Der Anschlußstutzen 20 ist mit einer Umwälzpumpe 24 verbunden, die die Gasfüllung aus 'dem Laserrohr 10 absaugt und in eine Reinigungsvorrichtung 26 drückt Aus der Reinigungsvorrichtung 26 strömt das gereinigte Lasergas durch eine Vorrichtung 28, die zum Ergänzen des verbrauchten aktiven Lasermediums dient, und dann durch den Stutzen 22 zurück in das Laserrohr 10.

Die Reinigung des aus dem Laserrohr 10 abgezogenen Gasgemisches kann durch chemisches oder physikalisches Binden des Jods erfolgen. Die chemische Bindung von J2 kann mit Reduktionsmitteln, wie Na2S2O3, Quecksilber, Silber, Kupfer, amalgamiertem Kupfer u. dgl. erfolgen. Staubförmige Verunreinigungen werden entweder durch ein Staubfilter oder ein Zyklon abgeschieden oder sie werden dadurch vermieden, daß das Reduktionsmittel mit einem hochsiedenden Lösungsmittel (z. B.Triäthylenglykol) angeteigt wird.

Physikalisch kann das im Laserrohr 10 während des Betriebes des Jodlasers entstandene Jod entfernt werden durch Adsorption, z. B. an Aktivkohle (Staub wird wie bei der chemischen Reinigung beseitigt oder unterdrückt), oder durch Ausfrieren in einer Kühlfalle, die auf einer Temperatur unter +10° C gehalten wird.

Die Reinigungsvorrichtung 26 kann also z. B. aus einer Art Kolonne bestehen, die mit ainalgamierten Kupferspänen gefüllt ist und am Austrittsende ein Staubfilter 26a enthält

Die Vorrichtung 28 zum Ergänzen des aktiven Lasermediums kann z. B, wie in F i g. 1 dargestellt, aus einer Blasenvorlage bestehen, die flüssiges Jodid 286 enthält dessen Temperatur durch ein Kühlbad 28a auf einem solchen Wert gehalten wird, daß der Dampfdruck des Jodids dem gewünschten Partialdruck des Jodids im Lasermedium entspricht

Bei der in Fig.2 schematisch dargestellten Ausführungsform enthält der Gaskreislauf wieder eine Umwälzpumpe 24 und eine Reinigungsvorrichtung 26, die wie oben beschrieben ausgebildet sein kann.

Die Ergänzung des aktiven Lasergases erfolgt dadurch, daß aus einem Vorratsgefäß 30 über ein Regelventil 32 gasförmiges Jodid in den Gaskreislauf eingespeist wird. Der Partialdruck des Jodids wird auf der Basis seiner Ultraviolettstrahlungsabsorption in einer Absorptionszelle 34 überwacht Das Regelventil 32 kann aufgrund der von der Absorptionszelle 34 erzeugten Meßwerte von Hand oder automatisch über einen Regler 36 üblicher Bauart automatisch gesteuert werden.

Der Gaskreislauf kann ein Überdruckventil oder ein Druckausgleichsgefäß enthalten, wie bei 38 angedeutet ist.

F i g. 3 zeigt ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier sind die Reinigungs- und Nachfüllvorrichtung kombiniert, und zwar dient die als gekühltes Vorratsgefäß für das Jodid dienende Blasenvorlage 28 gleichzeitig auch als Kühlfalle zur Jodabscheidung.

Beim konventionellen Betrieb eines Gaslasers mit Gasaustausch nach jedem Schuß wurden bei einer bestimmten Apparatur für die Erzeugung von 200 Laserstrahlungsimpulsen etwa 130 g Jodid verbraucht. Bei Verwendung eines Gaskreislaufes gemäß Fig.3 sank der Verbrauch bei diesem Laser unter sonst gleichen Bedingungen auf ca. 8 g.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Jodlaser mit einem rohrförmigen Gefäß, in dem sich ein eine Jodverbindung enthaltendes gasförmiges Lasermedium befindet, und einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Besetzungsinversion im Lasermedium, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Gefäß (10) in einem Gaskreislauf angeordnet ist, der eine Reinigungsvorrichtung (26) zum Abscheiden von elementarem Jod, das beim Betrieb des Lasers im rohrförmigen Gefäß entstanden ist, eine Vorrichtung (28, 30 bis 36) zum Ergänzen verbrauchter Jodverbindung, und eine Vorrichtung (24) zum Umwälzen des Lasermediums im Kreislauf enthält

2. Jodlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsvorrichtung (26). eine Substanz, wie Aktivkohle, zur physikalischen Bindung des Jods enthält

3. Jodlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Reinigungsvorrichtung (26) eine Substanz zur chemischen Bindung des Jods enthält.

4. Jodlaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsvorrichtung (26) Natriumthiosulfat, Quecksilber, Silber, Kupfer und/oder amalgamiertes Kupfer enthält.

5. Jodlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsvorrichtung (26) eine Kühlfalle zum Ausfrieren des Jods enthält.

6. Jodlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsvorrichtung eine Einrichtung (26a) zur Staubabscheidung enthält. J5

7. Jodlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Ergänzen der verbrauchten Jodverbindung ein Vorratsgefäß (28) enthält dessen Temperatur durch eine Temperiervorrichtung (28a,} auf einem solchen Wert gehalten werden kanu, daß der Dampfdruck der Jodverbindung dem gewünschten Partialdruck der Jodverbindung im rohrförmigen Gefäß (10) entspricht.

8. Jodlaser nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfalle sowohl zur Jodabscheidung als auch zum Ergänzen der verbrauchten Jodverbindung dient

9. Jodlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein eine Jodverbindung enthaltendes Vorratsgefäß (30), das über ein Regelventil (32) an den Gaskreislauf angeschlossen ist, und eine an den Gaskreislauf angeschlossene Vorrichtung (34) zur Messung der Konzentration der Jodverbindung.

10. Jodlaser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (32) auf Grund der durch die Vorrichtung (34) zur Messung der Konzentration der Jodverbindung erzeugten Meßwerte mit Hilfe eines Reglers (36) steuerbar ist.