DE2545337C2 - Farbstoffzelle zur Apodisation von Laserstrahlen - Google Patents
Farbstoffzelle zur Apodisation von LaserstrahlenInfo
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Classifications
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Description
6,2 Volumenteile Dimethylsulfoxid auf
1 Volumenteil H2O
in eic?r Menge von 1000 cm3
476 ta3 H2O
38,4 g CuI(NO3J2
20
Die Erfindung betrifft eine Farbstoffzelie zur
Apodisation eines Abschwächen bzw. Lichtstrahlenbündels insbesondere, von Hochleistungslasern, mit den im so
Oberbegriff des Patentanspruchs angeführten Merkmalen. Solche Farbstoffzellen sind bekannt (US-PS
24 81660).
Durch die Erfindung soll ein nicht bleichbarer Flüssigkeitsabsorber für Hochleitstungslaserapodizer
geschaffen werden. Es ist bekannt. .Is Apodizer für hohe Leistung einen bleichbaren organischen Farbstoff in
Chlorbenzol oder auch Kupfersulfat (CuSO*) zu verwenden. Diese Stoffe arbeiten jedoch nicht zufriedenstellend,
da mit ihnen leicht nichtbeständige Ergebnisse erhalten werden. Dies ist auf die Änderungen
zurückzuführen, die sich aus der Bestrahlung mit Laserenergie ergeben.
Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Farbstofflösung geschaffen werden, die in einem
Laserstrahl hoher Leistung nicht ausbleicht. Die genannte Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die Erfindung wird eine hohe Absorption bei einer Wellenlänge von 1,06 μ erhalten, so daß der
Apodizer zusammen mit Nd+3-Glaslasern verwendet
werden kann.
Durch die Erfindung wird ferner eine Absorptionsflüssigkeit geschaffen, deren Brechungsindex an den 9S
Brechungsindex gängiger Materialien für optische Feaster wie Quarzglas angepaßt werden kann, welche
Laserstrahlen hoher Energie standhalten.
Durch die Erfindung wird eine nicht bleichbare Absorptionsflüssigkeit geschaffen, die in Farbstoffzellen
bei Bestrahlung mit hoher Leistung stabil ist, deren Absorptionskonstante sich nicht ändert und bei der bei
der Verwendung in Hochenergiefarbstoffzellen kein Ausfällen von Stoffen und keine sonstige Alterung oder
Verschlechterung eintritt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur einen Schnitt durch eine Farbstoffzelie, die zur
Apodisation von Laserstrahlen verwendet wird.
Die in der Zeichnung dargestellte Farbstoffzelle weist
zunächst einen metallischen Ring 10 auf, der mit einem innenliegenden, ringförmigen Vorsprung 12 versehen
ist, dessen Schultern 14, 16 in einem Abstand von den Stirnseiten des Ringes 10 endet, !m Ring 10 ist eine in
radialer Richtung verlaufende Öffnung 18 vorgesehen, die zur Oberfläche des Vorsprunges 12 hin offen ist und
zu einer vergrößerten Öffnung 20 führt D:e letztere kann durch einen geeigneten Dichtstopfen 22 verschlossen
werden. Am einen Ende des Ringes 10 ist ein ebenes optisches Element 24 angeordnet, das aus Quarzglas
oder dgl. hergestellt ist Das ebene optische Element 24 ist durch einen O-RIng 26 gegen die Schulter 14
abgedichtet Am anderen Ende der in dem Ring 10 ausgebildeten öffnung 18 ist ein geformtes optisches
Element 30 vorgesehen. Dieses hat einen zylindrischen Abschnitt 32 mit einer in radialer Richtung verlaufenden
ringförmigen Oberfläche, die über einen O-Ring 34 gegen die Schulter 16 abgedichtet ist Das optische
Element 30 weist ferner einen Formabschnitt 36 auf, dessen Gestalt so gewählt ist daß er nach unten
gekrümmt und in Richtung auf das ebene optische Element 24 zu verläuft Zwischen dem optischen
Element 24 und dem geformten optischen Element 30 liegt eine Grenzfläche 38. Damit wird zwischen den
beiden durchlässige Fenster darstellenden optischen Elementen 24 und 30 eine ringförmige Kammer 40
gebildet Deren Form erlaubt die Aufnahme einer gewünschten Menge einer Farbstofflösung zum Abschwächen
des Laserstrahles in den gewünschten Abschnitten des Strahles. Dies erfolgt, um die
Beugungsringe auszuräumen, die von einer in einem Laserstrahl aufgestellten Blende erzeugt werden. Dieses
Unterdrücken der Beugungsringe erfolgt dadurch, daß beim Rand des Laserstrahles eine allmähliche anwachsende
Abschwächung vorgenommen wird.
Soll der Laserstrahl nicht optisch verzerrt werden, so muß die in der ringförmigen Kammer 40 befindliche
Farbstofflösung denselben Brechungsindex wie die Fenster, d.h. wie die optischen Elemente 24 und 30
haben. Zur Abschwächung von Laserstrahlen in Farbstoffzellen ist schon Kupfersulfat in wäßriger
Lösung verwendet worden. Es gibt jedoch kein geeignetes Fenstermaterial, dessen Brechungsindex
dem der wäßrigen Lösung angepaßt ist. In ähnlicher Weise ist schon versucht worden, eine Anpassung von
Quarzfenstern an eine Mischung aus DmSO : H2O und Benzylalkohol in Wasser zu erhalten. Dies führt jedoch
zu instabilen Lösungen, aus denen ein Kupfersalz ausgefällt wird.
Bei Hochenergie-Laseranlagen wird häufig Neodymglas verwendet. Dieses gibt eine Strahlung bei 1,06 μ ab,
die im infraroten Bereich des Spektrums liegt und für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Es ist daher
vorteilhaft, zum Gebrauch in einem Apodizer eine Flüssigkeit zur Verfugung zu haben, die bei der
gegebenen Wellenlänge mit dem verwendeten Glas kompatibel ist und die das Formen des Laserstrahles in
dem Sinne unterstützt, daß die durch Beugung induzierte Selbstfokussierung möglichst klein gehalten
wird. Die Flüssigkeit muß in Gegenwart des Laserstrahles so stabil sein, daß sie durch die bei der Absorption
von Photonen auftretenden elektronischen Übergänge nicht nachteilig verändert wird. Die Durchlässigkeit der
Flüssigkeit darf nicht anwachsen, wenn die Leistung des Laserstrahles vergrößert wird.
Es wurde gefunden, daß eine zufriedenstellend arbeitende Farbstofflösung aus Kupfernitrat, Cu(NOs)2,
in Dimethylsulfoxid und Wasser, (CH3J2SOiH2O,
hergestellt werden kann. Die relative Menge von Dimethylsulfoxid in Wasser kann leicht so eingestellt
werden, daß eine Brechungsindex-Anpassung an Quarzglasfenster für Apodizer bei einer Wellenlänge von
1,06 μ für beinahe jede beliebige Betriebstemperatur erhalten wird. Diese Einstellung erfolgt über die
Konzentration der Bestandteile der Fabstofflösung. Es in
wurde gefunden, daß die nachstehend angegebene Farbstoffflüssigkeit eine zufriedenstellende Anpassung
des Brechungsindex in der Nachbarschaft der Raumtemperatur (ungefähr gleich 30° C) ergibt:
6,2 Volumenteile DmSO auf
1 Voicimenteil H2O
in einer Menge von 1000 cm3
476Cm3H2O
38,4 g Cu(NO3)2
Da der Brechungsindex der Farbstofflösung sich mit der Temperatur schneller ändert als der von Quarzglas,
das als Material für die Fenster verwendet wird, muß die zum Abschwächen bzw. Begrenzen verwendete Farbstofflösung
temperaturstabilisiert werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Farbstoffzelle zur Apodisation von Laserstrahlen,
bestehend aus einer ringförmigen Fassung, zwei ■>
einander gegenüberliegenden, von der Fassung gehaltenen Fenstern mit solchem Querschnitt, daß
die beiden Fenster in Verbindung mit der Innenseite der Fassung eine flüssigkeitsdichte ringförmige
Kammer bilden, die mit einer Farbstoffflüssigkeit ι ο gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Farbstoffflüssigkeit aus Kupfernitrat in Dimethyl-. sulfoxid und Wasser besteht und denselben Brechungsindex
wie die Fenster aufweist.
2. Farbstoffzelle nach Anspruch I, dadurch
gekennzeichnet, daß die Farbstoffflüssigkeit folgende Zusammensetzung aufweist:
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/513,340 US4017164A (en) | 1974-10-09 | 1974-10-09 | High power laser apodizer |
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| DE2545337A Expired DE2545337C2 (de) | 1974-10-09 | 1975-10-09 | Farbstoffzelle zur Apodisation von Laserstrahlen |
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| RU2229762C2 (ru) * | 2002-03-22 | 2004-05-27 | Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН | Аподизатор для пучка лазерного излучения |
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