DE2648271A1 - Vorrichtung zum vereinigen von laserstrahlen - Google Patents
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Description
052-26.179P
Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc., Bellevue (Washington),V.St.A.
Vorrichtung zum Vereinigen von Laserstrahlen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vereinigen von Laserstrahlen, insbesondere eine Laser-Optik zum Vereinigen
von Laserstrahlen.
Bei der Isotopentrennung durch isotopenselektive Fotoanregung eines Isotops in einer Umgebung mehrerer Isotope
ist es üblich (vgl. US-PS 3 772 519), mehrere Laserstrahlen getrennt zu erzeugen. Diese sollen zu einem zusammengesetzten
Strahl mit Komponenten von jedem getrennten Laserstrahl vereinigt oder gemischt werden, üblicherweise können Laserstrahlen
oder allgemein eine Strahlung mit unterschiedlichen Frequenzen in getrennten Strahlen mittels dichroitischer Bauteile oder
Glieder auf einen einzigen Weg oder Strahlengang vereinigt werden, der kollinear überlagerte Strahlen hat, die aus Komponenten
von jedem der ursprünglichen Strahlen zusammengesetzt sind. Zusätzlich können (vgl. z. B. US-PS 3 924 937) mehrere
052-(JNA 6O)-KoE
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.4-
Laserstrahlen gepulster Strahlung mit sequentiell ausgelösten
Impulsen in jedem Strahl mittels einer rotierenden oder umlaufenden
Optik vereinigt werden·
Bei Hochleistungs-Anwendungen verringern die den dichroitisehen
Bauteilen eigenen Verluste jedoch die Leistungsfähigkeit oder die in den vereinigten Strahlen verfügbare Leistung,
insbesondere, wenn Laserstrahlen eng benachbarter Frequenz vereinigt werden. Auf ähnliche Weise ist die Verwendung
einer rotierenden Optik zum Strahl-Vereinigen bei gepulsten Strahlen in Zeitfolge zwar möglich, führt jedoch zu einem
komplizierten mechanischen Aufbau, der vermieden werden sollte.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Vereinigen von Laserstrahlen verschiedener Frequenzen anzugeben,
die die Nachteile der üblichen Anlagen überwindet.
Bei der Erfindung wird eine Optik aus passiven und ortsfesten Bauteilen verwendet, um die Strahlung von mehreren
räumlich getrennten Strahlen so zu vereinigen, daß sich mehrere zusammengesetzte Strahlen ergeben. Jeder zusammengesetzte
Strahl enthält kollineare und überlagerte Strahlkomponenten von jedem ursprünglichen getrennten Laserstrahl. Die Vorrichtung
kann auch eine Teilung der Energie der getrennten Strahlen in die gleichen Komponenten in jedem zusammengesetzten Strahl
bewirken, so daß jede Komponente in einem einzigen zusammengesetzten Strahl den gleichen Prozentsatz oder Anteil der Energie
im ursprünglichen Eingangsstrahl darstellen kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vereinigen der
getrennten Eingangsstrahlen der Laserstrahlung hat eine Anordnung aus Strahlteilern. Jeder Strahlteiler empfängt
einen Eingangs-Laserstrahl, der ein ursprünglicher, nicht vereinigter oder ungemischter Strahl oder ein Strahl sein
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kann, der bereits Komponenten von mehreren Strahlen aufweist, und er empfängt diese Strahlung auf entgegengesetzten Flächen
an der gleichen Stelle des Strahlteilers. Jeder Strahl der Eingangsstrahlung wird teilweise übertragen und teilweise reflektiert,
so daß die Ausgangsstrahlen Komponenten von jedem Eingangsstrahl enthalten, wobei vorzugsweise jede Komponente
eine Hälfte der Energie in jedem Eingangsstrahl darstellt. Dieses Verfahren kann mit anderen Strahlteilern wiederholt werden,
um eine größere Anzahl von Eingangsstrahlen in eine entsprechende Anzahl von Ausgangsstrahlen zu vereinigen, von denen
jeder Komponenten von allen Eingangsstrahlen hat.
Die Erfindung sieht also eine Vorrichtung aus einer passiven oder ortsfesten Optik zum Vereinigen getrennter Strahlen
der Laserstrahlung in eine Anzahl von Ausgangsstrahlen vor, von denen jeder kollineare überlagerte Strahlkomponenten von
der ursprünglichen Strahlung hat. Diese Vorrichtung ermöglicht weiterhin, daß die Leistung in den ursprünglichen Eingangsstrahlen
der Laserstrahlung auf die vereinigten Strahlen aufgeteilt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine herkömmliche Vorrichtung zum Vereinigen von Laserstrahlen,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Vereinigen von zwei Laserstrahlen, und
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vereinigen
einer größeren Anzahl von Laserstrahlen.
Die Erfindung sieht eine Vorrichtung aus einem oder aus
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mehreren passiven ortsfesten Strahlteilern zum Vereinigen der Strahlung mehrerer getrennter, räumlich unterschiedlicher Laserstrahlen
in vereinigte Strahlen vor, von denen jeder Komponenten von allen Eingangs-Laserstrahlen hat. Die Verwendung der erfindungsgemäßen
Strahlteiler erlaubt die Verwirklichung einer leistungsfähigen Vorrichtung zum Strahl-Vereinigen, und insbesondere
zum Vereinigen von Strahlen mit unterschiedlichen, jedoch nur wenig abweichenden Frequenzen. Die Erfindung vermeidet
einerseits die der Verwendung dichroitischer Bauteile zum Vereinigen der Strahlen eigenen Verluste (vgl. z. B. die abweichende
Vorrichtung in Fig. 1) oder andererseits die bei einer rotierenden Optik erforderlichen zusätzlichen Bauteile.
Bei einer in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, die zum Vereinigen von Strahlen einer Laserstrahlung verwendet werden
kann, ist ein Satz dichroitischer Bauteile 12, 14 und 16 vorgesehen, um vier Strahlen 18, 20, 22 und 24 einer Laserstrahlung
zu vereinigen, von denen jeder den gleichen Leistungspegel P (oder gegebenenfalls verschiedene Leistungspegel) bei
verschiedenen Frequenzen Fl, F2, F3 und F4 aufweist. Spiegel 26, 28 und 30 leiten die Strahlung genau zu jedem dichroitischen
Bauteil 12, 14 und 16. Aus der Vorrichtung mit einer
Vereinigungs-Optik entsteht ein zusammengesetzter Strahl 32, der Komponenten von allen Eingangsstrahlen 18, 20, 22 und 24
vereinigt.
Zur Isotopentrennung, insbesondere bei der Urananreicherung (vgl. US-PS 3 772 519), kann es zweckmäßig sein, die
Leistung im Strahl 32 in getrennte Strahlen mit gleichem Spektralinhalt zu teilen und dabei jedoch die Leistung im
Strahl 32 aufzuteilen, um verschiedene Teile des Urandampfes
gleichzeitig anzuregen. Ein Satz von Strahlteilern 34, 36 und 38 wird mit reflektierenden Spiegeln 40 und 42 verwendet,
um den Strahl auf vier getrennte Strahlen 44, 46, 48 und 50
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aufzuteilen, von denen jeder Komponenten bei den Frequenzen
Pl, P2, P3 und F 4 und ein Viertel der Leistung bei jeder Frequenz wie in den Eingangsstrahlen 18, 20, 22 und 24 aufweist
.
Zusätzlich zur Verwendung einer großen Anzahl optischer Bauteile für die Strahl-Vereinigungs- und Teilervorrichtung
der Fig. 1, von denen alle eine genaue und stabile optische Justierung erfordern, führt die Verwendung dichroitischer
Bauteile 12, 14 und 16 zu einem bedeutenden Verlust, der den dielektrischen Lagen eigen ist, wenn insbesondere die
Frequenzen Fl, F2, F3 und F4 eng beabstandet sind, was der Fall sein kann, wenn die Laserstrahlen bei der Isotopentrennung
verwendet werden.
Die gleichen Ergebnisse einer vereinigten und in der Leistung aufgeteilten Strahlung können einfacher und mit
weniger möglichem Energieverlust in den einfallenden Laserstrahlen erreicht werden, indem das in Fig. 2 grundsätzlich
dargestellte Strahlteiler-Prinzip verwendet wird. Dort ist ein Strahlteiler 52 vorgesehen, der vorzugsweise mit 50 %
reflektiert und mit 50 % durchlässig ist und insbesondere aus
einem dielektrischen Viellagen-Bauteil (oder einem üünnmetallfilm-Bauteil)
besteht, um Strahlung in Eingangs-Laserstrahlen 54 und 56 auf entgegengesetzten Flächen zu empfangen.
Die Herstellung eines derartigen Strahlteilers erfolgt auf übliche Weise. Die Strahlungen in den Strahlen 54 und 56 sind
von verschiedenen Frequenzen Fl und F2, die zur Anregung eines Isotops zwischen unterschiedlichen Energiezuständen bei der
isotopenselektiven Ionisation gewählt sein können (vgl. US-PS 3 772 519). Die Leistung P in jedem Strahl ist vorzugsweise
gleich, muß dies aber nicht sein. Die Strahlung im Strahl 54 mit einer Leistung P wird unter einem Ausgangsstrahl
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58 mit einer Hälfte der Leistung P und einem Ausgangsstrahl 60 mit der anderen Hälfte der Leistung P im Strahl 5L>
aufgeteilt. Der Strahl 58 enthält auch eine Komponente der übertragenen Energie vom Eingangsstrahl 56, und der Ausgangsstrahl
60 enthält eine Komponente der reflektierten Strahlung vom Eingangsstrahl 56, wobei jeder Strahl einen Leistungspegel
von P/2 aufweist.
Die beiden Ausgangsstrahlen 58 und 60 enthalten jeweils gleiche Komponenten der Strahlung in den Eingangsstrahlen 54
und 56, insbesondere eine Hälfte der Leistung in jedem Eingangsstrahl.
Jede Komponente in den Ausgangsstrahlen 58 und 60 ist vollständig mit dem anderen Strahl überlagert und kollinear
sowie von diesem aufgrund der streuenden Eigenschaften des Strahlteilers 52 nur leicht versetzt.
Eine Strahlteiler-Anordnung zum Vereinigen und Aufteilen der Leistung mehrerer Eingangsstrahlen, die zur Isotopentrennung
verwendet werden kann, ist in Fig. 3 ausführlicher dargestellt. Die Anordnung besteht aus vier Strahlteilern 62, 64, 66 und 68,
die zum Vereinigen der Ausgangsstrahlung von vier Lasern 70,
72, 74 und 76 mit jeweils verschiedenen Frequenzen Fl, F2, F3
und F4 vorgesehen sind. Anstelle der vier dargestellten Laser kann bei der Anordnung der Fig. 3 gegebenenfalls auch eine geringere
Anzahl, z. B. drei, verwendet werden.
Die Strahlung von den Lasern 70 und 72 wird auf entgegengesetzte
Flächen des Strahlteilers 62 als Eingangsstrahlen 78 und 80 geführt. Die sich ergebenden Ausgangsstrahlen 82 und 84
haben jeweils Strahlkomponenten bei den Frequenzen Fl und F2 mit der Hälfte des Leistungspegels P der ursprünglichen Eingangsstrahlen
78 und 80. Auf ähnliche Weise wird die Strahlung von den Lasern 74 und 76 als Eingangsstrahlen 86 und 88 auf
entgegengesetzte Flächen des Strahlteilers 66 geführt, um sich
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_r_
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ergebende Ausgangsstrahlen 90 und 92 zu erzeugen. Die Strahlen
82 und 92 werden zu einem Strahlteiler 68 auf entgegengesetzten Flächen geführt, um in Strahlen 94 und 96 vereinigt zu werden.
Strahlen 84 und 90 werden zu einem Strahlteiler 64 auf entgegengesetzten Flächen geführt, um in Ausgangsstrahlen 98 und 100
vereinigt zu werden.
Jeder der vier Ausgangsstrahlen 94, 96, 98, 100 enthält ein Viertel der Leistung jedes Eingangsstrahles 78, 80, 86,
88 und ist so ein zusammengesetzter Strahl, der jede der Farben oder Frequenzen enthält, die durch die Laser 70, 72,
74, 76 erzeugt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind
keine Bauteile außer vier Strahlteilern erforderlich, und diese ermöglichen einen Betrieb mit sehr geringen Verlusten.
Die vier Ausgangsstrahlen 94, 96, 98 und 100 werden dann
vorzugsweise jeweils durch parallele Anreicherungskanäle 102, 104, 106, 108 geführt, die getrennte Bereiche einer Uranisotopen-Trennkammer
oder getrennte Kammern sein können (vgl. US-Patentanmeldung 328 951 vom 2.2.1973).
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Leerseite
Claims (15)
- Patentansprüchezum Vereinigen von Laserstrahlen verschiedener Frequenzen in mehrere Strahlen, deren jeder Laserstrahlung mit Komponenten von jeder der verschiedenen Frequenzen enthält,mit mehreren Laserstrahlungsquellen einschließlich wenigstens einer ersten und einer zweiten Laserstrahlungsquelle,wobei die Laserstrahlungsquellen einen ersten bzw. einen zweiten Eingangsstrahl von Laserstrahlung unterschiedlicher Frequenz erzeugen,gekennzeichnet durchwenigstens eine Strahlteilereinheit (62, 64, 66, 68),die so angeordnet ist, daß sie auf einer ersten Fläche Laserstrahlung von der ersten Laserstrahlungsquelle (z. B. 70) und auf einer zweiten Fläche Laserstrahlung von der zweiten Laserstrahlungsquelle (z. B. 72) empfängt, unddie mehrere Ausgangsstrahlen (82, 84, 90, 92, 94, 96, 98, 100) erzeugt, zu denen gehören:ein erster Ausgangsstrahl mit einem Bruchteil der Strahlung im ersten Eingangsstrahl, überlagert einem Bruchteil der Strahlung im zweiten Eingangsstrahl, undein zweiter Ausgangsstrahl mit einem Bruchteil der Strahlung im ersten Eingangsstrahl, überlagert einem Bruchteil der Strahlung im zweiten Eingangsstrahl (Fig. 3)·. I-
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchteile der Strahlung im ersten und im zweiten Ausgangsstrahl ungefähr die Hälfte betragen.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruchteil der Strahlung im ersten und im zweiten Ausgangsstrahl von der Hälfte verschieden sind.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchteile der Strahlen, die den ersten und den zweiten Ausgangsstrahl aufweisen, kollinear sind.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlteilereinheit einen Strahlteiler (62, 64, 66, 68) aufweist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (62, 64, 66, 68) zahlreiche dielektrische
Lagen hat. - 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (62, 64, 66t 68) eine Dünnmetallage hat.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung im ersten und im zweiten Eingangsstrahl ungefähr gleich ist.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung im ersten und im zweiten Eingangsstrahl verschieden ist.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere parallele Kanäle (102, 104, 106, 108) von Urandampf, die jeden Ausgangsstrahl aufnehmen.709834/0625-yt-•3.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (102, 104, 106, 108) eine Isotopen-Trennkammer enthalten.
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durchwenigstens vier Laserstrahlungsquellen (70, 72, 74, 76), um vier Eingangsstrahlen (78, 80, 86, 88) der Laserstrahlung zu erzeugen,wenigstens vier Strahlteiler (62, 64, 66, 68),von denen ein erster Satz auf die vier Eingangsstrahlen (78, 80, 86, 88) anspricht, um wenigstens vier Zwischen-Ausgangsstrahlen zu erzeugen, deren jeder Strahlung von einer verschiedenen Kombination von zwei Eingangsstrahlen enthält, undvon denen die übrigen auf die Zwischen-Ausgangsstrahlen des ersten Satzes ansprechen, um wenigstens vier Strahlen zu erzeugen, deren jeder Strahlung von allen vier Eingangsstrahlen aufweist.
- 13. Vorrichtung zum Vereinigen mehrerer Strahlen von Laserstrahlung verschiedener Frequenzen, um mehrere Ausgangsstrahlen zu erzeugen, deren jeder eine Strahlkomponente von jedem Strahl aufweist,gekennzeichnet durchmehrere Strahlteiler (62, 64, 66, 68), zu denen gehören:eine erste Anzahl von Strahlteilern, deren jeder auf unterschiedlichen Flächen Laserstrahlung jeweils von den mehreren Strahlen empfängt und einen Satz von Ausgangsstrahlen erzeugt, die zusammen alle die Frequenzen der Laserstrahlung enthal-709834/0825-VL-ten, die auf die Flächen hiervon einwirkt, undeine weitere Anzahl von Strahlteilern, deren jeder so angeordnet ist, daß er unterschiedliche Laserstrahlung der vereinigten Frequenzen von den ersten Strahlteilern auf jeweiligen Flächen hiervon empfängt und einen weiteren Satz von Ausgangsstrahlen erzeugt, die Laserstrahlung von jeder Frequenz in den mehreren Strahlen enthalten.
- 14. Statische Vorrichtung zum Vereinigen der Laserstrahlen von mehreren Laserstrahlungsquellen,mit mehreren Laserstrahlungsquellen, deren jede einen räumlich getrennten Eingangsstrahl der Laserstrahlung erzeugt,gekennzeichnet durchwenigstens einen Strahlteiler (62, 64, 66, 68), der auf seiner ersten und seiner zweiten Fläche Laserstrahlung in Eingangsstrahlen von einer entsprechenden Laserstrahlungsquelle (70, 72, 74, 76) empfängt,wobei der Strahlteiler (62, 64, 66, 68) Mittel aufweist, um getrennte Bruchteile der Strahlung in jedem Eingangsstrahl entlang getrennter Wege zu leiten, die Ausgangsstrahlen festlegen, und um in jedem Ausgangsstrahl einen Teil der Strahlung in jedem Eingangsstrahl zu erzeugen.
- 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die auf die Ausgangsstrahlen zum Trennen von Uranisotopen anspricht.709834/0625
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |