DE2630984A1

DE2630984A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung kohaerenter 14 und 16 mikron strahlung

Info

Publication number: DE2630984A1
Application number: DE19762630984
Authority: DE
Inventors: William Franklin Krupke
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1975-07-10
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1977-02-10
Also published as: FR2317787A1; JPS5224094A; CA1044792A; US4053852A; GB1534929A

Description

UNITED STATES ENERGY RESEARCH AND DEVELOPMENT ADMINISTRATION, Washington, D.C. 20545, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung kohärenter 14 und 16 Mikron Strahlung

Die Erfindung bezieht sich auf Lasersysteme und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Induzierung einer Laserwirkung in COp, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung kohärenter Strahlung in COp-Schwingungs-Rotations-Übergängen bei Wellenlängen nahe 14 und 16 Mikron.

In den letzten Jahren wurden die kinetischen Eigenschaften und die Strahlungseigenschaften des COp-Molekiils ausgewertet, um eine leistungsstarke kohärente Strahlung bei Wellenlängen nahe 10,6 und 9,6 Mikron zu erzeugen. Bekanntlich entsteht Strahlung bei diesen Wellenlängen aus der stimulierten Emission in den 00°1
ständen oder Bändern.

10⁰O bzw. 00° 1 -£■ 02⁰O SchwingungszuIm allgemeinen kann COp durch irgendwelche Mittel gepumpt werden, wie beispielsweise das übliche elektrische Entladungspumpen von COp oder COp gemischt mit anderen Gasen auf den 00° 1 -Zustand oder das Energieniveau, ein Vorgang der allgemein auf dem Gebiet der Lasertechnik "bekannt ist. Der Nachteil des

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Pumpverfahrens besteht darin, daß die Besetzungen sämtlicher Energieniveaus oder Zustände, nicht nur des 00°1-Niveaus angehoben werden, wobei diese erhöhten Besetzungen auf niedrigem Niveau die Laserwirkung nachteilig beeinflussen. In der Tat haben sich kürzliche Versuche zur Erzeugung von 16 Mikron-Emission in CO₂ unter Verwendung von direkten elektrischen Entladungen als nicht erfolgreich herausgestellt. Ein Verfahren zum Pumpen von COp ohne Erhöhung der niedrigeren Zustände ist das optische Pumpen der 00°1-Niveaus mit einem HBr-Laser.Wie im deutschen Patent (deutsche Patentanmeldung mit dem Titel "Ein 16-Mikron-C0p-I<asersystem" der Anmelderin, U.S. Serial No. 594 821, Anwaltsaktenzeichen 76-R-1798, eingereicht am gleichen Tage wie die vorliegende Anmeldung) beschrieben, wird eine Strahlung von 16 Mikron durch Pumpen auf das 00° 1-Niveau erreicht, wobei der übliche 10,6-Mikronübergang auf das 10°0-Niveau unterdrückt und der 9,6-Mikron-Übergang gefördert wird, wodurch das 02°0-Niveau als Hauptvoraussetzung für die 16 Mikron-Laserwirkung zwischen den 02°0-und 01 0-Niveaus besetzt wird. Im eben genannten Patent ........(deutsche

Patentanmeldung P vgl. oben) ist ein durch einen

Bogen betriebenes gasdynamisches System beschrieben und beansprucht, und zwar für das Pumpen von CO« ohne die oben erwähnten Nachteile, die durch das direkte elektrische Entladungspumpen entstehen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung kohärenter 14- und 16-Mikron-Strahlung in CO« und verwendet dabei ein glimmentladungs-gasdynamisches System und eine Reihe von geformtenDüsen zum Pumpen des CO«, auf welche Weise eine beträchtliche Verbesserung gegenüber einem bogenbetriebenen System des erwähnten Patents und anderer bekannter COg-Lasersysteme erreicht wird. Erfindungsgemäß wird ferner eine Mischung von Np und Ar durch eine Glimmentladungszone geleitet, was eine hohe Schwingungstemperatur (Vibrationstemperatur) im Np-Gas erzeugt, wobei eine relativ niedrige Gastemperatur aufrechterhalten wird.

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Nach Hindurchleiten durch eine Reihe von geformten Düsen auf eine Überschallgeschwindigkeit, wird vorgekühltes CO₂ in die Überschallströmung injiziert, was eine Wechselwirkungszone schafft, wo sich das kalte CO₂ mit der translationsmäßig gekühlten Np-Ar-Mischung mischt, was das Pumpen des CO« bewirkt, woraufhin ein Sättigungsimpuls von 10,6 und/oder 9,6 Mikron Strahlung durch das angeregte Gas gerichtet wird und kohärente Strahlung im CO₂ "bei den 14 und 16 Mikron Wellenlängen erzeugt.

Die Erfindung hat sich also zum Ziel gesetzt, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung kohärenter Strahlung in CO₂ vorzusehen, und zwar insbesondere Schwingungs-Rotations-Übergänge bei Wellenlängen nahe 14 und 16 Mikron. Die Erfindung bezweckt ferner ein 14 und 16 Mikron COp-Lasersystem vorzusehen, welches eine gasdynamische Anordnung der Glimmbauart verwendet, um das CO₂ anzuregen, und wobei ein gesättigter Impuls der Strahlung in das angeregte CO₂ Q-geschaltet wird.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen; in der Zeichnung zeigt:

Mg. 1 die niedrig liegenden Schwingungsniveaus (Vibrationsniveaus) des C0₂-Moleküls;

Fig. 2 die Modentemperaturen für 16 Mikron Besetzungsinversionen (Populationsinversionen) im CO₂;

Fig. 3 graphisch den 02⁰O -> 01 0 Verstärkungskoeffizienten a[p(J)J cm~ abhängig von der fraktionellen (teilweisen) N(OO⁰I)-Besetzung

Fig. 4 ein Elektro-Entladungs(glimm)-gasdynamisches

COp-System;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines optisch stimulierten

Übersehall-16 Mikron-COg-Übergangslasersystems unter Verwendung eines Glimmentladungssystems, welches auf dem gleichen Prinzip wie Fig. 4 arbeitet;

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Pig. β eine vergrößerte Ansicht der geformten Düse des

Systems gemäß Pig. 5;
Fig. 7 die Leistung/Energie-Leistungsfähigkeit eines 16 Mikron-COp-Iasers.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung kohärenter Strahlung in COp-Schwingungs-Rotations-Übergängen hei Wellenlängen nahe 14 und 16 Mikron.

Die relevanten niedrig liegenden Schwingungsniveaus des CCp-Moleküls sind in Fig. 1 dargestellt. Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sei angenommen, daß ,das 00°1-Schwingungsniveau durch irgendwelche Mittel auf eine Dichte N(OO⁰I) angeregt sei, wobei die Besetzungsdichte (Populationsdichte) der reinen (00⁰N^)-Mode durch eine effektive Temperatur S~ beschrieben sei. Am Ende des PumpprozeSes seien die Besetzungsdichten der (10⁰O), (02⁰O) und (01 0) Schwingungsniveaus 1(10⁰O) bzw. 1(02⁰O) bzw. 1(01¹O), und die effektive Temperatur sei gleich Tp* Wenn T, hinreichend viel größer ist als Tp, können die folgenden Prozeße auftreten: (1) Man erlaube die Fortpflanzung eines Strahlungssättigungsimpulses nahe 10,6 Mikron, entsprechend einem 00°1 -» 10°0 Übergang die Fortpflanzung durch das gepumpte Gas. Diese Strahlung kann im gepumpten Gas selbst durch Q-Schaltung (Q-Switching) eines das Gasvolumen überspannenden optischen Resonators erzeugt werden, oder aber durch Injektion, d. h. Eingabe eines Q-geschalteten Impulses von einem externen COp-Laser. Dieser Sättigungsimpuls überträgt annähernd die Hälfte der anfänglichen 00 1 Besetzungsdichte auf das 10⁰O Niveau und erzeugt eine transiente, d. h. vorübergehende 1O⁰O Besetzungsdichte I(10°0)fc1/2 N(OO⁰I). Wenn T₅ hinreichend viel größer ist als T^, ausgedrückt durch die Gleichung

1 1

⁷F ⁼

960 cm"¹

3 3383 cm"¹

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-0.693 (T in ⁰K)

wird das (1O°O) Niveau "bezüglich dem (01 O) Niveau, invertiert und eine Verstärkung nahe 14 (13,9) Mikron, "beispielsweise N(10^o0) > N(01¹0)/2 erzeugt, wobei der Faktor 2 die zweifache Entartung des niedrigeren Niveaus "berücksichtigt; (2) eine vor'ubergehende Besetzungsinversion kann zwischen den (02°0) und (01 0) Niveaus unter Erzeugung einer Verstärkung "bei einer Wellenlänge nahe 16 (16,1) Mikron durch Sättigung der 00°1 Besetzung mit Strahlung nahe 9,6 Mikron in dem (00°1) ■* (02⁰O) Übergang eingeleitet werden. Kürzliche Messungen legen nahe, daß der Zeitmaßstab für die Dauerhaftigkeit der vorübergehenden (02°0) -> (01 0) Inversion, T (02⁰O), für einen GOp-Druck ( ρ) der folgende ist:

=4x1O⁵ see"¹ torr"¹

Demgemäß würde für einen Arbeitsdruck von 1 torr die Inversion für 2,5 fisec bestehen bleiben, d. h. eine Zeit, die viel langer ist als die typische Q-Schalt-Impulsbreite von mehreren Hundert Nanosekunden. Die erforderliche T~, T₂ Ungleichheit für eine Besetzungsinversion und berechneteP-Zweig Kleinsignalverstärkungskoeffizienten im (02⁰O) ■+ (00 0) Band nahe 16 Mikron sind in den Figuren 2 und 3 dargestellt. Die Empfindlichkeit des Verstärkungskoeffizienten gegenüber der T₀ Temperatur ist zu beachten. Obwohl sich die Figuren 2 und 3 auf die 16 Mikron Wellenlänge aus Gründen der Erläuterung erstrecken, können ähnliche Veranschaulichungen auch für die 14 Mikron Wellenlänge vorgesehen werden.

Es gibt verschiedene Verfahren zur Erzeugung von T,, T₂ Ungleichheiten. Das am meisten gebräuchliche Verfahren ist eine direkte Elektronenentladung in CO₂. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht im Anstieg von T₂ über die Gas tempera tür, was niedrige absolute Werte von T₂ praktisch unmöglich macht, wobei, wie oben erläutert, Experimente, welche direkte elektrische Entladungen verwendeten, nicht erfolgreich waren. Ein Verfahren, welches das Ansteigen von T₂ über die Umgebungsgastemperatur vermeidet, während T, erhöht wird,

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hat- das optische Pumpen der (QG⁰I) Niveaus mit einem HBr-Laser zur Folgs. Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung, welches zu. einem niedrigen Absolutwert von Tp führt, ohne einen HBr-Laser zu erfordern, wobei das erfindungsgemäße Verfahren ferner, wie in Fig. 5 gezeigt, eine hohe durchschnittliche leistung liefert und ein Glühentladungs-gasdynamisches System zur Anregung des COp verwendet, was im einzelnen in Fig. 4 dargestellt ist.

Die Vorteile der Verwendung eines gasdynamischen Systems zur Anregung von CO_? sind im oben erwähnten deutschen Patent ....

(deutsche Patentanmeldung P siehe oben) beschrieben,

wo ein durch einen Bogen (thermische Quelle) betriebenes Plenum beschrieben ist, um die Überschallausdehnung des Np-Gases hervorzurufen. Da das tatsächliche Ziel bei einer Überschallexpansion darin besteht, eine hohe Np-Schwingungstersperatur zu erhalten, ist in Fig. 4 ein elektrisch angeregtes (Glimm-)gasdynamisches System dargestellt. Hier wird lip und beispielsweise Ar in einen Glimmentladungsbereich eingeführt, wo eine hohe Schwingungstemperatur T im Np-Gas erzeugt wird, während die Kp Rotations- und Translations-Temperaturen relativ niedrig (typischerweise 400 ⁰K) gehalten werden. Fig. 4 zeigt ein im Ganzen divergierend geformtes Plenum 10, welches einen Resonator oder einen Wechselwirkungsbereich 11 darinnen ausbildet und mit seinem Einlaß mit einem Glimmentladungsplenumbereich 12 in Verbindung steht, der einen Einlaß 13 aufweist, über welchen N„ oder eine Np-Ar-Mischung von einer durch den Pfeil angedeuteten Quelle in den Glimnientladungsbereich 12 eingeführt wird, wobei der Glimmentladungsbereich 12 über leiter 14 und 15 mit einer, nicht gezeigten, Leistungsversorgung verbunden ist, die eine elektrische Entladung oder einen Glimmvorgang durch Bereich 12 hindurch nach Betätigung erzeugt, wodurch das Np oder die Np-Ar-Mischung, die hindurchfließt, erregt wird. Das Plenum 10 ist mit Einlassen 16 (nur einer ist dargestellt) versehen, durch welche vorgekühltes COp eingeleitet wird. Das Plenum 10 ist durch das bei 17 angedeutete Auslaß-

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ende mit einer Pumpe oder einem Diffusor verbunden, wie dies durch den Pfeil angedeutet ist.

Beispielsweise auf 200 ⁰K abgekühltes GO₂ wird in das Plenum 10 außerhalb (nach vorne gegenüber) Bereich 11 eingeführt und mit dem schwingungsmäßig angeregten IL·, das in Plenum 10 durch eine Einlaßdüse 18 gelangte, gemischt, worauf eine Überschallausdehnung im Resonatorbereich 11 folgt. Beispielsweise wurde 200 torr elektrisch angeregten Fp +Ar mit einem Flächenverhältnis von 6,3 bis zu .einer Mach-Zahl von 3,55 expandiert, was Tranalsations/Rotations-Temperatüren von ungefähr 100 ⁰K in der Überschallströmung ergab. Bei derart geringen verfügbaren Tp-Temperaturen verbunden mit hohen !--Temperaturen, können mit einem auf dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 basierenden System, wie im folgenden anhand von Fig. 5 beschrieben, große 14 und 16 Mikron Verstärkungen erreicht werden, Bei einem Betrieb mit geringerer Mach-Zahl kann der ΪΓρ/GOp-Druek im Plenum erhöht werden, um eine erhöhte Energiedichte vorzusehen, aber mit entsprechend kürzerer ^02⁰O)-ZeIt. Sollte diese Zeit für den internen Aufbau und die Sättigung der gespeicherten Energiedichte zu kurz sein, so kann eine stimulierende externe Laserquelle mit der Fig. 4-Strömungskonfiguration gekoppelt werden, wie dies anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 beispielhaft dargetan ist. Für eine optimale durchschnittliche Leistung?- extraktion aus der Strömung sollte die externe Stimulationsquelle mit einer Wiederholungsrate auf der Strömungsfüllrate des optischen Extraktionsbereichs betrieben werden.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines 14 und 16 Mikron Überschall-Übertragungslasersystems dargestellt, welches eine gasdynamische Anordnung der Glimmbauart verwendet, wobei die der Fig. 4 ähnlichen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 umfaßt ein Plenum oder eine Kammer 10· von im wesent- ^: liehen gleichförmigem Querschnitt mit einem offenen Auslaßende 17', welches mit einer Pumpe verbunden ist (durch den Pfeil

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angedeutet) und ferner ein leicht konvergierendes Einlaßende 18' besitzt. Das Plenum 10^! enthält einen Wechselwirkungsbereich 11 · und ist mit !Fenstern 19 ausgestattet, die benachbart zum Bereich 11^! angeordnet sind und für 10,6 Mikron oder 9,6 Mikron Strahlungsimpulse_s angedeutet bei 20, von einem Q-geschalteten COp-Laser 21 durchlässig sind, wobei die Impulse 20 vom Laser 21 über eine Strahlenteiler-Reflektor-Anordnung 22 durch Fenster 19 geleitet werden. Ein Paar von dichroischen Spiegeln 23 und 24 ist mit Abstand bezüglich der !Fenster 19 angeordnet. Der Spiegel 23 ist derart aufgebaut, daß Strahlung der 10,6 u und 9,6 p. Wellenlänge von laser 21 hindurchläuft; wenn gewünscht, kann dieser Spiegel durch ein streuendes Element, wie beispielsweise ein Prisma, oder ein Gitter, ersetzt werden. Der Spiegel 24 gehört zur teilweise durchlassenden Bauart, wobei die nahe 14 bis 17 yu Strahlung durchgelassen wird,, während die nahe 9 "bis 11 u gelegene Strahlung reflektiert wird. Auf diese Weise läuft Strahlung mit der Wellenlänge 13,9 μ oder 16,1 ju erzeugt in dem Wechselwirkungsbereich 11^f durch den Spiegel 24, wie dies durch den Pfeil 25 angedeutet ist, wobei sich, wie oben beschrieben, die 13,9 ja-Strahlung aus dem 10⁰O -> 01¹O Übergang ergibt, während sich die 16,1 /z-Strahlung aus dem 02°0 -^ 01 0 Übergang ergibt. Das Plenum 10' bildet zusammen mit den Spiegeln 23 und 24 einen optischen Resonatorhohlraum, wie dies auf dem Gebiet der Lasertechnik bekannt ist. Das Glimmentladungsplenum 12' besitzt ein Einlaßende 13¹, durch welches K« oder ST« + Ar-Gas von einer durch den Pfeil angedeuteten Quelle ein^afüJhrt wird, wobei das Plenum 12' ferner ein konvergierendes Auslaßende 26 besitzt, welches mit dem konvergierenden Sinlaßende 18' des Plenums 10' derart in Verbindung steht, daß die entsprechenden konvergierenden Enden 26 und 18' eine konvergierende-divergierende-Form mit einem Halsabschnitt an den Yerbindungsenden aufweisen, wobei in diesem Halsabschnitt eine Düsenreihe 27 zusammengesetzt aus einer Vielzahl von geformten Düsen 28 angeordnet ist, wie dies im einzelnen in Pig. 6 dargestellt ist. Jede Düse 28 besitst ein Inneres Plenum 2*9,

welches, wie durch den Pfeil 30 angedeutet, mit einer GO_?-Quel-Ie verbunden ist, und ferner besitzt jede Düse eine Vielzahl von Injektions- oder Einspritz-Schlitzen 31 auf jeder Seite (vier sind dargestellt). Ein Paar von Elektroden 32 und 33 ist mit Abstand im Glimmentladungsplenum 12' bzw. Einlaßende 13' angeordnet, wobei diese Elektroden über Leitungen 14^f und 15' mit einer nicht gezeigten Gleichspannungsversorgung verbunden sind, um die gewünschte elektrische (G-Iimm-)Entladung vorzusehen.

Bei dem in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel v/ird eine Mischung von N« und Ar, wie durch den Pfeil angedeutet, bei einem Druck von (P_Q) von ungefähr 200 torr durch das Glimmentladungsplenum oder Bereich 12^f geleitet, wodurch eine hohe Vibrationstemperatur (Schwingungstemperatur) (T ) Ί/ 4000 ⁰K im Np-Gas erzeugt wird, währ end eine relativ niedrige Gastemperatur (T ) ⁴^ 500 ⁰E aufrechterhalten bleibt. Hach Durchlaufen der Düsenreihe 27 auf eine Überschallgeschwindigkeit wird vorgekühltes CO₂ (ungefähr 200 ⁰K) in die Überschallströmung durch Injektionsspritze 31 in Düsen 28 eingespritzt, wodurch der Wechselwirkungsbereich oder die Wechselwirkungszone 11' erzeugt wird, wo sich das kalte COp mit dem translationsmäßig gekühlten Np+Ar-Gas mischt, wobei die Zone 11' einen Druck von (P ) ^ 3 tonund Τ"⁰ 200 ⁰K besitzt. Die (00 n.,) COp-S chwingungsmoden gleichen sich schnell mit den schwingungsmäßig angeregten Np-Molekülen aus, was zu den erforderlichen Besetzungstemperaturen (T,) führt, und zwar ohne wesentlichen Anstieg der Gastemperatur (T ), was in der obigen Diskussion gleich T₀ ist. Ein Sättigungspuls der Strahlung nahe 10,6 ρ oder 9,6 ja vom Q-geschalteten laser pflanzt sich durch das auf diese Weise gepumpte Gas in die Wechselwirkungszone 11· fort, die, wie oben beschrieben, eine Verstärkung nahe 14 /u oder 16 μ erzeugt, was sich aus einem 10⁰O -> 01 0 übergang für nahe 14 u Strahlung oder 02⁰O ->01 0 Übergang für nahe 16 jii Strahlung ergibt, und zwar abhängig von der Wellenlänge des Sättigungsimpuls es von laser 21.

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- ίο -

Irig. 1 veranschaulicht graphisch die Ergebnisse einiger sinfaeliar Schätzungen für die Impulsenergien und die durchschnittliche Leistungsabgabekapazität einer Torrichtung, die 10 ecm aktives Volumen (U), eine Mach-4-Strömung (M), eine Impulswiederholfrequenz (R) von 3,3 x 10 Hz (das Reziproke der laservolumenfüllrate) und einen COp-Druck (p) von 1 torr verwendet. Die Leistungsfähigkeit ist als Funktion der Temperatur T₂ in der Strömung (Fluß) für einen COp-Druck von 1 torr und zwei Werten der Temperatur ■2» (20G0 ⁰K und 2500 ⁰K) dargestellt. Es wird davon ausgegangen, daß Werte von T₂ um 250 ⁰K und T₅ um 2000 ⁰K in der Praxis erreicht werden können, was die Aussichten für mit mäßig hoher Durchschnittsleistung arbeitende Laservorrichtungen eröffnet, wobei diese Laservorrichtungen oberhalb 14 ρ arbeiten. Darüber hinaus kann ein weiter Bereich von Betriebswellenlängen nahe 14 und 16 ρ durch Verwendung verschiedener CGp-Isotopenarten erreicht werden.

Durch direkte Analogie ist zu erwarten, daß die stimulierte !!mission in den äquivalenten Übergängen in ITpO nahe 14,3 und 17,3 /u erhalten werden kann, obwohl direkte Messungen der (10⁰O) und (02⁰O) Niveaulebensdauern noch nicht durchgeführt wurden. In ähnlicher Weise können auch strahlungsbetriebene Kaskaden-Besetzungsinversionen in OCS nahe 19 U und in CSp nahe 25 Ji möglich sein.

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß die Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung kohärenter Strahlung in COp-Vibrations-Rotations-übergängen erzeugt, und zwar "bei Wellenlängen nahe 14 und I6yu, was einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der Lasertechnik bedeutet.

Zum Stand der Technik sei auf IJ.S.-Patent 3 89I 944 sowie folgende Literaturstellen hingewiesen: Seiten 2060 - 2061 von '^Proceedings of the ΙΕΕΕ^Μ,ΪΓον. 1969 ; Hartmann u. a. in "Canadian Journal of Physics»,Band 44, 1966 , Seiten 1609

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"bis 1612 und Cheo in "Lasers", Band 3, Marcel Dekker, Inc. (New York), 1971, Seiten 109 und 125 Ms 155.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

f 1. Verfahren zur Erzeugung kohärenter Strahlung in COp Schwin— gungs-Rotations-Übergängen "bei Wellenlängen nahe 14 und 16 μ, gekennzeichnet durch Hindurchführen einer gasförmigen Mischung aus Np und Ar "durch einen Glimmentladungsbereich zur Erzeugung einer hohen Schwingungstemperatür im Np, während eine relativ niedrige Gastemperatür aufrechterhalten bleibt, Hindurchleiten der Mischung durch eine Düsenreihe (27), was deren Strömung mit Überschallgeschwindigkeit hervorruft, Injektion von vorgekühltem CO« in die Überschallströmung zur Erzeugung einer Wechselwirkungszone, in der sich das vorgekühlte COp mit der translations-gekühlten N₂-Ar-Mischung mischt und das Pumpen des COp hervorruft, Leitung eines Sättigungsimpulses von Strahlung nahe 16,6 /u oder 9»6 μ durch die Wechselwirkungszone zur Erzeugung einer Besetzungsumkehr, wodurch eine Verstärkung der 14 μ oder 16 μ Wellenlänge hervorgerufen wird, und wobei die spezielle Verstärkungswellenlänge mit der Wellenlänge des Sättigungsimpulses der Strahlung, geleitet durch die Wechselwirkungszone, in Beziehung steht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sättigungsimpuls der Strahlung nahe 10,6 μ liegt und die Verstärkung nahe der 14 ρ Wellenlänge liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sättigungsimpuls der Strahlung nahe 9,6 μ liegt und die Verstärkung nahe 16 μ Wellenlänge liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Mischung von N„ und Ar in dem Glimmentladungsbereich auf einem Druck von ungefähr 200 torr, einer Gastemperatur von ungefähr 500 ⁰K und einer Schwingungstemperatur von ungefähr 4000 ⁰K liegt.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungszone auf einem Druck von 1 Ms 3 torr, einer Gastemperatur von 200 bis 250 ⁰K und einer Übergangstemperatur von 2000 bis 2500 ⁰K liegt.
6. Vorrichtung zur Erzeugung von kohärenter 14 und 16 Mikron Strahlung, gekennzeichnet durch ein erstes und ein zweites Plenum, die miteinander über eine Düsenreihe (27) verbunden sind, welche eine Strömung mit Überschallgeschwindigkeit erzeugen kann, die vom ersten Plenum ins zweite Plenum fließt, und wobei Elektrodenmittel im ersten Plenum vorhanden sind und eine elektrische G-limmentladungszone bilden, und wobei die Düsenreihe aus einer Vielzahl von geformten Düsen besteht, deren jede eine Vielzahl von Einspritzschlitzen aufweist, und wobei ferner das zweite Plenum mit einem Paar von entgegengesetzt angeordneten Penstern ausgestattet ist, wobei ein Paar von Spiegeln außerhalb des zweiten Plenums angeordnet ist, und zwar mit Abstand gegenüber diesen Fenstern, und wobei Q-geschaltete Lasermittel angeordnet außerhalb der Plenums 10,6 Mikron oder 9,6 Mikron Strahlung erzeugen können, wobei ferner Mittel vorhanden sind, um die Strahlung von den Lasermitteln durch die Fenstermittel in das zweite Plenum zu leiten, und wobei schließlich Mittel ein erstes Gas ausgewählt aus der Gruppe von Np und Np-Ar in das erste Plenum leiten, und wobei ferner Mittel ein zweites Gas bestehend aus vorgekühltem COp durch die Injektionsschlitze der Düsen leiten, wodurch das erste Gas durch die Glimmentladungszone geleitet wird und eine hohe Schwingungstemperatur in dem Gas erzeugt, während eine relativ niedrige Gastemperatur aufrechterhalten wird, worauf das Gas durch die Düsenreihe geleitet wird und eine Überschallströmung erzeugt, in die das zweite Gas durch die Injektionsschlitze eingegeben wird, wodurch in dem zweiten Plenum zwischen den Penstern eine Wechselwirkungszone erzeugt wird, wo sich das vorgekühlte zweite Gas mit dem translationsmäßig gekühlten ersten Gas mischt, wodurch die Schwingungs-Moden des zweiten

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Gases sich schnell mit dem schwingungs-angeregten ersten Gas ausgleichen, was zum Pumpen des zweiten Gases führt, worauf ein Sättigungsimpuls iron Strahlung von den Lasermitteln durch das zweite Gas geleitet wird, wodurch eine Besetzungsumkehr erzeugt wird, was eine Ausgangsverstärkung zur Folge hat.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der geformten Düsen ein Gasplenum und ein Paar von konkaven Seiten aufweist und wobei das Plenum mit einer Quelle von vorgekühltem Gas in Verbindung steht, und wobei die Injektionsschlitze auf jeder Seite der konkaven Seiten angeordnet sind, wodurch Gas vom Plenum durch die Injektionsdüsen ausgestoßen wird.

8* Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Spiegel derart aufgebaut ist, daß er Strahlung nahe 9 bis 11 Mikron reflektiert und Strahlung nahe 14 bis 17 Mikron durchläßt.

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4*

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