DE2646692A1 - Optischer sender oder verstaerker (laser) - Google Patents

Optischer sender oder verstaerker (laser)

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DE2646692A1
DE2646692A1 DE19762646692 DE2646692A DE2646692A1 DE 2646692 A1 DE2646692 A1 DE 2646692A1 DE 19762646692 DE19762646692 DE 19762646692 DE 2646692 A DE2646692 A DE 2646692A DE 2646692 A1 DE2646692 A1 DE 2646692A1
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reflector
optical transmitter
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reflectors
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Viktor Baumgartner
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/0915Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light
    • H01S3/092Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp
    • H01S3/093Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of flash lamp focusing or directing the excitation energy into the active medium
    • H01S3/0931Imaging pump cavity, e.g. elliptical
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/022Constructional details of liquid lasers

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Description

  • Optischer Sender oder Verstärker (Laser)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dies ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • von zerstörten Farbstoffmolekülen, angeordnet sind.
  • Die Anregung eines optischen Senders oder Verstärkers erfolgt in bevorzugter Weise dadurch, daß die Anregungslichtquellen aus Blitzlampen bestehen.
  • 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.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 sind den Merkmalen der übrigen Unteransprüche zu entnehmen.
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • Reflektoren großer Exzentrizität, so daß sie geringe Sckeitel-Brennlinien-Abstände aufweisen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 8 Patentansprüche 1 Figur

Claims (8)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e Optischer Sender oder Verstorker (Laser), aus einem flüssigen stimulierbaren Medium, insbesondere Farbstoffmedium, dessen Umlauf quer zur Richtung des optischen Resonator und quer zur Richtung der Anregungsstrahlung erfolgt, mit einem Gehäuse für das stimulierbare Medium und einem im Querschnitt elliptischen oder parabolischen Reflektor, in dessen einer Brennlinie eine Anregungslichtquelle angeordnet ist und in dessen anderer 3rennlinie der optische Resonator liegt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein zweiter im Querschnitt elliptischer oder parabolischer Reflektor (3) vorgesehen und derart mit seiner langen Slittelachae fluchtend zur langen Mittelachse des ersten Reflektors (2) angeordnet ist, daß eine seiner Erennlinien mit derjenigen Brennlinie des ersten Reflektors (2) zuoammenfällt, in welcher der optische Resonator (4) liegt, daß in der anderen Brennlinie des zweiten Reflektors (3) eine zweite Anregungslichtquelle (6) vorgesehen ist, und daß zur Führung des im Gehause (1) umlaufenden stimulierbaren Mediums ein die beiden Reflektoren (2, 3) umschließender Strömungskanal (8) und ein zwischen den beiden Reflektoren (2, 3) gebildeter, schachtartiger Strömungskanal (9) vorgesehen ist, der sich in einer einzigen Richtung quer zu dem Brennlinienoereich erstreckt, der sich aus den zusammenfallenden Brennlinien der beiden Reflektor ren (2, 3) ergibt.
  2. 2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der schachtartige Strömungskanal (9) durch zwei zueinander parallel angeordnete, jeweils einem Reflektor (2 bzw. 3) zugeordnete plattenförmige Elemente (13, 14) aus Filterglas gebildet ist.
  3. 3. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elemente (13, 14) des schachtartigen Strömungskanals (9) an der dem zugeordneten Reflektor (2 bzw. 3) zugewandten Seite mit zylinderförmigen Linsen (15, 16) ausgebildet sind.
  4. 4. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß sich die Führung des stimulierbaren Mediums im Gehäuse (1) über die ganze wirksame Länge der Anregungslichtquellen (5, 6) erstreckt.
  5. 5. Optischer Sender oder Versterker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß im Strömungsbereich des stimulierbaren Mediums vor und nach dem optischen Resonator (4) mechanische Filter (11) zur Abscheidung von Schwebeteilchen, z.B. von zerstörten Farbstoffmolekülen, angeordnet sind.
  6. 6. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Reflektoren (2,3) langgestreckt ausgebildet sind, so daß sie geringe Scheitel-B~ennlinien-bstande aufweisen.
  7. 7. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Anregungslichtquellen (5, 6) aus Blitzlanpen bestehen.
  8. 8. Optischer Sender oder Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h ¢ e k e n n z e i c h -n e t , daß das Gehäuse (1) als Vorratsbehälter für das stimulierbare Medium ausgebildet ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0055337A1 (de) * 1980-12-31 1982-07-07 International Business Machines Corporation Strahlungsaufnehmer, z.B. für Licht- oder Wärmeenergie
WO1992003859A1 (de) * 1990-08-14 1992-03-05 Rofin Sinar Laser Gmbh Reflektoranordnung für die pumpkammer eines lasers
US5168389A (en) * 1986-09-22 1992-12-01 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Dye laser amplifier including a low turbulence, stagnation-free dye flow configuration
DE102011103286A1 (de) 2011-06-04 2012-12-06 Roland Berger Anregungseinheit für einen Faserlaser

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