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Optischer Sender oder Verstärker (Laser)
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Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder Verstärker (Laser),
aus einem flüssigen stimulierbaren Medium, insbesondere Farbstoffmedium, dessen
Umlauf quer zur Richtung des optischen Resonators und quer zur Richtung der Anregungsstrahlung
erfolgt, mit einem Gehause für das stimulierbare Medium und einem im Querschnitt
elliptischen odr parabolischen Reflektor, in dessen einer Brennlinie eine Anregungslichtquelle
angeordnet ist und in dessen anderer Brennlinie der optische Resonator liegt.
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Flüssigkeitslaser gewinnen neuerdings zunehmend an Interesse, da sie
sich aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften, wie z.B. große Verstärkung über
weite Wellenlängenbereiche und/ oder wegen des billigen Lasermaterials von den übrigen
Lasertypen besonders hervorheben. Diese hervorstehenden Eigenschaften besitzen vor
allem die sogenannten Farbstofflaser, deren stimulierbares Medium aus einem gelösten
organischen Farbstoff besteht, welcher in der Lösung bei sehr großer quantenoptischer
Lichtausbeute fluoresziert und eine Reihe optisch erlaubter Laserübergänge besitzt.
Der gelöste Farbstoff wird durch Bestrahlen mit intensivem Licht angeregt und zur
stimulierten Emission über einen oft weiten Wellerüäiigenbereich gebracht. Diese
stimulierbaren Medien neigen aber
andererseits bei für diesen Fasertyp
entsprechend hohen Anregungsdichten zu einer infolge der Erwärmung der Laserflüssigkeit
durch das Anregungslicht thermisch induzierten Blasen- oder Schlierenbildung sowie
bei sehr hohen Anregungslechtdichten zur Zerstörung der sehr komplexen organischen
Farbstofftqolekü.le. hierdurch wird jedoch die Intensität des emittierten Laserlichtes
herabgesetzt. Es besteht also bei derartigen Flüssigkeitslasern die Aufgabe, für
einen ständigen Austausch der Laserflüssigkeit im optischen Resonator zu sorgen
und das Lasermedium, also die Farbstofflösung, im optischen Resonator zwischen zwei
Anregungspulen vollständig auszutauschen.
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Dies wurde im Prinzip bei einem durch die DT-PS 2 113 464 bekannten
Flüssigkeitslaser bereits realisiert. Bei diesem Laser erfolgt der Umlauf des flüssigen
stimulierbaren Mediums sowohl quer zur Richtung des optischen Resonators als auch
quer zur Richtung der Anregunrsstrahlung. . Hierbei ist der Bereich des optischen
Resonators symmetrisch in den Scheitelbereich eines wannenförmigen Zufluß- und Abflußkanals
mit u-förmigem Querschnitt für das flüssige stimulierbare Medium gelegt. Dieser
Bereich befindet sich zugleich in der einen Brennlinie eines der Anregung dienenden
elliptischen Zslinderspiegels, in dessen anderer Brennlinie die Anregungslichtquelle
angeordnet ist, wobei der u-förmige Querschnitt des Zufluß- und Abflußkanals dadurch
gebildet ist, daß eine an ihrem Scheitel abgerundete Trennwand zwischen die geraden
Wände der Wanne, die die U-Schenkel bilden, parallel und symmetrisch eineführt ist.
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Wenn bei Flüssigkeitslasern aber große Spitzen- und mittlere Ausgangsleistungen
bei sicherem Betrieb erreicht werden sollen, so muß eine gleichmäßige Ausleuchtung
eines möglichst großen Volumens im optischen Resonator gewährleistet sein.
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Dies ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Flüssigkeitslaser der eingangs genannten
Art gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß ein zweiter im Querschnitt elliptischer
oder parabolischer Reflektor vorgesehen und derart mit seiner langen lIittelachse
fluchtend zur langen Mittelachse des ersten Reflektors angeordnet ist, daß eine
seiner Brennlinien mi-t derjenigen Brennlinie des ersten Reflektors zusammenfällt,
in welcher er optische Resonator liegt, daß in der anderen Brennlinie des zweiten
Reflektors eine zweite Anregungslichquelle vorgesehen ist, und daß zur Führung des
im Gehause umlaufenden stimulierbaren Mediums ein die beiden Reflektoren umschliessender
Strömungskanal und ein zwischen den beiden Reflektoren gebildeter, schachtartiger
Strömungsianal vorgesehen ist, der sich in einer einzigen Richtung quer zu dem Brennlinienbereich
erstreckt, der sich aus den zusammenfallenden Brennlinien der beiden Reflektoren
ergibt.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung eines Fliissigkeitslasers bat vor
allem den Vorteil einer gleichmäßigen Ausleuchtung eines großen Querschnitts und
eines großen Volumens im optischen Resonator, wobei außerdem ein turbulenzfreier
Austausch des Lasermediums im optischen Resonator gewährleistet wird. Bei einen
Flüssigkeitslaser nach der Erfindung kann das stimulierbare Medium in üblicher Weise
mit einer entsprechenden Pumpe umgewälzt werden. Das im Gehause zirkulierende flüssige
Nedium trägt dann gleichzeitig zum Wärmeaustausch bei.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform eines optischen
Senders oder Verstärkers gemäß der Erfindung ist der schachtartige Strömungskanal
durch zwei zueinander parallel angeordnete, jeweils einem Reflektor zugeordnete
plattenförmige Elemente aus Filterglas gebildet. In vorteilhafter Weise sind die
Elemente des schachtar-tigen Strömungskanals an der dem zugeordneten Reflektor zugewandten
Seite mit zylinderförmigen Linsen ausgebildet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die
mit zylinderförmigen Linsen versehenen Glasplatten
derart dimensioniert
werden, daß sie einerseits als Kollektor für die nicht an den Reflektoren reflektierten
Strahlen wirken und andererseits zur Korrektur für eine gleichmäßige Ausleuchtung
großer Resonatorquerschnitte dienen. Die Filterglas-Elemente bilden somit ein optisches
Filter im Bereich zwischen den beiden Reflek-toren.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn bei einen optischen Sender oder Verstärker
nach der Erfindung im Strömungsbereich des stimulierbaren Mediums vor und nach dem
optischen Resonator mechanische Filter zur Abscheidung von Schwebeteilchen, z.B.
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von zerstörten Farbstoffmolekülen, angeordnet sind.
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Die Anregung eines optischen Senders oder Verstärkers erfolgt in bevorzugter
Weise dadurch, daß die Anregungslichtquellen aus Blitzlampen bestehen.
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Bei einem optischen Sender oder Verstärker gemäß der Erfirdung sind
die Reflektoren in vorteilhafter Weise langgestreckt ausgebildet, so daß sie gerinde
Scheitel-Brennlinien-Anstände aufweisen. Diese Meßnahme ist bei Flüssigkeitslasern
vorteilhaft, weil bei der Verwendung von Blitzlampen als tnregungslichtquellen die
dafür geeigneten Blitzlampen meist dünne Bogensäulen besitzen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruchs
1 sind den Merkmalen der übrigen Unteransprüche zu entnehmen.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird
die Erfindung im folgenden näher erläutert.
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Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen optischen Sender
oder Verstärker aus einem flüssigen stimulierbaren Medium, insbesondere einem Farbstoffmedium.
Die Anregungsanordnung besteht aus einem in seinen äußeren Umrissen z.B.
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kasten- oder quaderförmigen Gehäuse 1, welches gleichzeitig als Vorratsbehälter
für das stimulierbare Medium dient. In dem Gehäuse 1 sind zwei als zylindrische
Hohlspiegel ausgebildete Pumpreflektoren 2 und 3 von elliptischem oder parabolischem
ouerschnitt mit ihren langen Jiittelachsen fluchtend zueinander derart nebeneinander
angeordnet, daß die Drennlinien an den einander zugewandten Sciten der Reflekteren
zusammenfallen. In diesem Bereich, der sich aus den bei den zusammenfallenden Brennlinien
der beiden Reflektoren ergibt, liegt der optische Resonator 4. In den beiden anderen
Brennlinien der Reflektoren ist eweil s eine Anregungslichtquelle 5 bzw. 6, vorzugsweise
in Form einer Blitzlampe, angeordnet. HierLei erstrecken sich der optische Resonator
4 und die Blitzlampen 5 und 6 in Richtung der Längsachse der Reflektoren 2 und 3,
welche durch einen Pfeil 7 gekennzeichnet ist. Die Reflektoren sind langgestreckt
ausgebildet, d.h.
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Reflektoren großer Exzentrizität, so daß sie geringe Sckeitel-Brennlinien-Abstände
aufweisen.
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Die Führung des stimulierbaren Mediums im Gehäuse erstreckt sich über
die ganze wirksame Länge der Blitzlampen und besteht aus den Strömungskanälen 8
und 9, wobei der Strömungekanal 8 zur Führung des im Gehäuse zirkulierenden stimulierbaren
Mediums dient und die beiden Reflektoren umschließt.
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Der Strömungsverlauf in diesem Bereich ist durch mit Pfeilen versehene
Linien 10 gekennzeichnet. Im Verlauf dieses Strömungskanals, also im Strömungsbereich
des stimulierbaren Nediums vor und nach dem optischen Resonator 4 sind strichpunktiert
eingezeichnete großflächige mechanische Filter 11 zur Abscheidung von Schwebeteilchen
wie z.B. von zerstörten Farbstoffmolekülen vorgesehen. Die Filter 11 sind hierbei
ebenso wie der Strömungskanal t3 im wesentlichen vorzugsweise parallel zu den Gehäuseseitenflächen
angeordnet. Der ferner vorgesehene senkrecht zu dem Strömungskanal 8 verlaufende
und beidseitig in den Strömungskanal 8 mündende weitere Strömungskanal 9 liegt zwischen
den beiden Reflektoren 2 und 7 und ist
schachtartig ausgebildet,
so daß er sich in einer einzigen Richtung quer zu dem Brennlinienbereich erstreckt,
der sich aus den zusammenfallenden Brennlinien der beiden Reflektoren ergibt und
welcher sich somit in Längsrichtung des optischen Resonators 4 erstreckt. Infolge
dieser Anordnung der Strömungskanäle 8 und 9 erfolgt der Umlauf des stimulierbaren
Mediums quer zur Richtung des optischen Resonators und quer zur Richtung der eingezeichneten
Anregungsetrahlung. Die Strömung des Mediums im Kanal 9 ist durch die eingezeichneten
Pfeile 12 gekennzeichnet. Das flüssige stimulierbare Medium kann hierbei mit einer
geeigneten Pumpe umgewälzt werden, so daß es im Gehäuse zirkuliert und dabei gekühlt
wird, in dem es seine Wärme auf das Gehäuse abgibt, von welchem dann selbst die
Wärme abgeleitet wird, z.B. durch Kühlluft.
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Der zwischen den Reflektoren angeordnete schachtartige Strömungskanal
9 ist durch zwei zueinander parallele, jeweils einem Reflektor zugeordnete plattenförmige
Elemente 13, 14 aus Filterglas gebildet, welche an der dem zugeordneten Reflektor
zugewandten.Seite, also an der dem Inneren der P.eflektoren zugewandten Seite, mit
zylinderförmigen Sphären 15, 16, die als Kondensor wirken, ausgebildet sind. Die
mit den zylinderförmigen Linsen 15, 16 versehenen Glasplatten werden derart dimensioniert,
daß sie einerseits als Kollektor für die nicht an den Reflektoren reflektierten
Strahlen wirken und andererseits zur Korrektur für eine gleichmäßige Ausleuchtung
großer Resonatorquerschnitte dienen. Die Elemente 13 und 14 mit den Linsen 15 und
16 bilden somit ein optisches Filter.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines optischen Senders oder
Verstärkers alird eine gleichmäßige Ausleuchtung eines großen laseraktiven Querschnitts
und eines großen laseraktiven Volumens bei turbulenzfreiem Austausch des Lasermediums
sichergestellt.
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8 Patentansprüche 1 Figur