DE2600432A1

DE2600432A1 - Vibrationsenergie-laser

Info

Publication number: DE2600432A1
Application number: DE19762600432
Authority: DE
Inventors: Henry Brunet
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1975-01-15
Filing date: 1976-01-08
Publication date: 1976-07-22
Also published as: IT1054932B; GB1511432A; BE836915A; FR2298206B1; FR2298206A1; US4028635A; JPS598080B2; CA1051999A; JPS5196295A; NL7600321A

Description

Fo 9711 D

Oipl-lng. Jürgen WEINMILLER 8, JaH. 1976

PAXEiNXASSESSOR

8COO Münrhen 80

ΖβρpbUdstr. 63

GOMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE 54, rue La Boetie, 75382 PARIS CEDEX 08 Frankreich

VIBRATIONSENERGIE-LASER

Die Erfindung betrifft einen Vibrationsenergie-Laser.

Es sind Laser bekannt, bei denen durch eine elektrische Ladung ein erstes Gas so erregt wird, daß auf seine Moleküle Vibrationsenergie übertragen wird. Dieses erste erregte Gas wird darin mit einem zweiten Gas so gemischt, daß die Vibrationsenergie der Moleküle des ersten Gases auf die Moleküle des zweiten Gases übertragen wird. Mindestens dieses zweite Gas wird dann in ein optisches System, beispielsweise einen optischen Resonanzraum, eingeführt, wo durch dieses zweite Gas eine stimulierte Lichtemission hervorgerufen wird. Die Auswahl der beiden zusammenwirkenden Gase hängt natürlich von den verwendbaren Energieübergängen in den Spektren der beiden Gase zur Gewährleistung der folgenden Funktionen ab : Erregung des ersten Gases, Energieabgabe durch das erste Gas bei der molekularen Wechselwirkung,

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Energieaufnahme durch das zweite Gas bei der molekularen Wechselwirkung, Lichtemission durch das zweite Gas. In einer bekannten Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Gas um Stickstoff und beim zweiten Gas um Kohlenmonoxyd, Kohlendioxyd oder um das Stickstoffoxyd N„O. Die Erregung des ersten Gases kann anstatt mit Hilfe einer elektrischen Entladung auch durch eine chemische Reaktion erreicht werden, durch die das erste Gas sehr kurze Zeit vor der Vibrationsenergieübertragung auf das zweite Gas gebildet wird. Bekanntlich kann es sich in dem Fall beim ersten Gas um Deuteriumhydrid DF oder Bromwasserstoffsäure HBr und bei dem zweiten Gas um Kohlendioxyd CO„ handeln. Es wurde auch schon vorgeschlagen (Applied Physics Letters 10, 565, 197 3), Wasserstoff R oder Deuterium D als erstes Gas und Fluorwasserstoffsäure HF oder Salzsäure als zweites Gas einzusetzen.

Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines Vibrationsenergie-Lasers, der ein Licht liefert, das sich über weite Entfernungen in der Atmosphäre ausbreiten kann.

Gegenstand der Erfindung ist ein Vibrationsenergie-Laser mit Mitteln zur Erregung eines ersten Gases, indem dessen Molekülen eine Vibrationsenergie erteilt wird, zur Mischung dieses ersten erregten Gases mit einem zweiten Gas zur Übertragung der Vibrationsenergie der Moleküle des ersten Gases auf die Moleküle des zweiten Gases und zum Einschließen mindestens dieses zweiten Gases in einem optischen System, das die stimulierte Lichtemission durch das zweite Gas ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zweiten Gas um Bromwasserstoffsäure HBr handelt, während das erste Gas Stickstoff ist.

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Anhand einer Figur, die schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Laser zeigt, wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.

Der erfindungsgemäße Laser gibt Licht auf den Vibrations-RDtationsübergängen der Bromwasserstoffsäure ab, und die Wellenlänge des ausgesandten Lichts liegt zwischen 4 und 4,6 /U, und ermöglicht somit eine ausgezeichnete Ausbreitung in der Atmosphäre.

Der Laser umfaßt ein parallelepipedisches isolierendes Gehäuse 2 von einem Meter Länge und einem quadratischen Querschnitt von 10 cm Seitenlänge, das eine Mischung aus Stickstoff unter einem Druck von etwa 200 bis 1000 Torr, beispielsweise 500 Torr, und aus Bromwasserstoffsäure unter einem Druck von etwa 1 bis 10% des Stickstoffdrucks, beispielsweise 20 Torr, bei einer Temperatur von 200 bis 300 K enthält. Eine Seitenwandung 4 des Gehäuses 2 ist für Elektronen durchlässig, die von einem Kaltkathodenelektronenstrahler 6 mit einer Energie von 100 bis 200 keV, beispielsweise 140 keV, und einer Stromdichte

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von 0,5 bis 5 A/cm , beispielsweise 2,5 A/cm , während einer Zeit von 0,5 bis 5 Mikrosekunden, beispielsweise 2 Mikrosekunden, erzeugt werden.

Gegen das Ende der Bestrahlung des Gehäuses 2 durch den Elektronenstrahler 6 wird durch das Gehäuse 2 zwischen einer in der Nähe der Wandung 4 sich über die gesamte Oberfläche dieser Wandung erstreckenden Gitterkathode K und einer plattenförmig auf der der Wandung 4 gegenüberliegenden Wandung angeordneten Anode A eine elektrische Entladung erzeugt.

Diese Entladung mit einer Energie, die vorzugsweise zwischen 100 und 500 Joules pro Liter des Gehäusevolumens beträgt.

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wird durch eine Funkenstrecke E ausgelöst,, über die die eines Kondensators C mit einer Kapazität von beispielsweise 0,5 Mikrofarad freigesetzt wird, der seinerseits zuvor unter einer Spannung -von 80 kV beispielsweise durch einen -Gleich— spannungsgenerator G über einen Widerstand S aufgeladen -wurde.

Die Frontflächen des Gehäuses 2 werden von zwei Fenstern 12 und 13 eingenommen, die für Infrarotstrahlen durchlässig sind und von der Bromwasserstoffsäure nicht angegriffen -werden- Sie können beispielsweise aus CaF- "bestehen.

AnBerhalb des Gehäuses 2 und den Feststem 12 rand 13 gegenüber liegen ein Spiegel 8 mit einem von etwa 1 sowie -ein Spiegel 10 mit einem ziemlich Reflexionskoeffizienten, beispielsweise 2Q$L Bis Spiegel S 10 stellen einen optischen Eesonanzranm dar, ±a dem eiaae schwingung auftreten Tcann,

Mit dem soeben beschriebenen Iassxgeneratox ikmaasia 3im— pulse erzielt werden, deren Energie mehrere zehn Jönl-es pxo Id.tex des Nutzvolumens des Gehäuses 2 erreicht.

Zur Beeinflussung der Kenndaten der elektrischen Entladung kann es nützlich sein, der Stickstoff—Bromwasserstoffsäuxemischung ein Edelgas wie beispielsweise Argon unter Bruefc zuzusetzen, der kleiner als der oder etwa gleich dem StickstoffdracSs: sein kann.

Selbstverständlich gilt die Erfindung jedoch ebensogut für einen Laserverstärker wie für einen Lasergenerator,

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 - Vibrationsenergie-Laser mit Mitteln zur Erregung eines ersten Gases, indem dessen Molekülen eine Vibrationsenergie erteilt wird, zur Mischung dieses ersten erregten Gases mit einem zweiten GaS₁ zur Übertragung der Vibrationsenergie der Moleküle
des ersten Gases auf die Moleküle des zweiten Gases und zum
Einschließen mindestens dieses zweiten Gases in einem optischen System, das die stimulierte Lichtemission durch das zweite Gas
ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zweiten Gas um Bromwasserstoffsäure HBr handelt,
während das erste Gas Stickstoff ist.

2 - Laser gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß"die Mittel zur Erregung des ersten Gases
und zur Beimengung des zweiten Gases ein Erregergehäuse (2),
Mittel, durch die dieses Gehäuse mit einer gasförmigen Mischung aus Stickstoff und Bromwasserstoff gespeist wird, einen Elektronenstrahler (6), mit dem in dieses Gehäuse Elektronenimpulse mit einer Energie von 100 bis 200 keV abgegeben werden, sowie
Mittel (K, A, E, C, G, R) umfassen, mit denen in diesem Gehäuse gegen Ende jedes Elektronenimpulses eine elektrische Entladung
mit einer Energie von 100 bis 500 Joules pro Liter des Gehäusevolumens hervorgerufen wird.

3 - Laser gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoffdruck in der gasförmigen

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Mischung zwischen 200 und 1000 Torr, der Bromwasserstoffsäuredruck zwischen 1 und 10% des Stickstoffdrucks, die vom Elektro-

nenstrahler gelieferte Stromdichte zwischen 0,5 und 5 A/cm während einer Zeitdauer von 0,5 bis 5 Mikrosekunden bei einer Temperatur von 200 bis 300°K beträgt.

4 - Laser gemäß Anspruch 3, dadurch geken nzeichnet, daß die gasförmige Mischung darüber hinaus Argon enthält.

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