DE2812438C3 - Optisch gepumpte Laseranordnung - Google Patents
Optisch gepumpte LaseranordnungInfo
- Publication number
- DE2812438C3 DE2812438C3 DE2812438A DE2812438A DE2812438C3 DE 2812438 C3 DE2812438 C3 DE 2812438C3 DE 2812438 A DE2812438 A DE 2812438A DE 2812438 A DE2812438 A DE 2812438A DE 2812438 C3 DE2812438 C3 DE 2812438C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- laser
- gas
- diatomic
- optical resonator
- radiation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/095—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using chemical or thermal pumping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine optisch gepumpte Laseranordnung mit einem als Pumplichtquelle dienenden
ersten Gaslaser, der ein erstes Volumen eines zweiatomigen Gases, das einen ersten Laserübergang
zwischen zwei Vibrations-Energieniveaus aufweist und innerhalb eines ersten optischen, auf diesen Laserübergang
abgestimmten Resonators angeordnet is», und der Einrichtungen zur Anregung des zweiatomigen Gases
und zum Erzeugen einer Laserschwingung im ersten optischen Resonator umfaßt, und mit einem die
Ausgangsstrahlung liefernden zweiten Gaslaser, der ein vom ersten Gasvolumen getrenntes, jedoch der vom
ersten Gasvolumen ausgehenden Laserstrahlung ausgesetzt ist und von dieser Laserstrahlung anregbares,
zweites Volumen eines Gases umfaßt, das aus einer Mischung des im ersten Gasvolumen enthaltenen
zweiatomigen Gases und eines wenigstens drei Atome aufweisenden mehratomigen Gases besteht, das zweite
Laserübergänge von oberen zu unteren Energieniveaus aufweist, von denen ein oberes Energieniveau dem
oberen Vibrations-Energieniveau des ersten Laserüberganges benachbart ist, und das innerhalb eines zweiten
optischen Resonators angeordnet ist, der auf einen ausgewählten dieser zweiten Laserübergänge abgestimmt
ist, so daß das zweiatomige Gas des zweiten Gasvolumens durch Absorption der vom ersten
Gaslaser zugeführten Strahlung angeregt wird und seine Energie durch Stöße auf das mehratomige Gas
überträgt und dadurch dieses Gas in einen Zustand der Besetzungsumkehr bringt, so daß im zweiten optischen
Resonator Laserschwingungen entstehen, welche die Ausgangsstrahlung liefern.
Eine solche Laseranordnung ist aus Applied Physics Letters, Vol. 28, Nr. 6(15. März 1976), Seiten 342 bis 345,
bekannt. Bei dieser Laseranordnung besteht das zweiatomige Gas aus Bromwasserstoff, während als
mehratomiges Gas CO2 verwendet wird. Der erste Laser ist ein üblicher Impulslaser, dessen Ausgangsstrahlung
über einen teildurchlässigen Spiegel aus dem optischen Resonator ausgekoppelt wird. Diese Strahlung
wird in den optischen Resonator des zweiten Lasers in Richtung von dessen optischer Achse
wiederum durch teildurchlässige Spiegel eingekoppelt. Das zweiatomige Gas wird in einem einzigen Vibrations-Schwingungszustand
angeregt und überträgt seine Energie auf ein benachbartes Energieniveau des COrGases, von dem aus zwei verschiedene Laser-Übergänge
zu tieferen Niveaus möglich sind. Zur Unterdrückung einer dieser Strahlungen wird einer der
strahlenden Laseriiberginge durch das von einem weiteren CXVLaser zugeführte Licht gesättigt. Ein
solcher Laser ermöglicht es zwar, die Energie eines chemischen HBr-Lasers, der zu seiner Anregung keine
elektrische Energie bedarf, zur Anregung eines CO2-Lasers zu verwenden, dessen Strahlung in einem
besonders interessanten Längenwellenbereich liegt, jedoch ist die Ausnutzung der chemischen Energie bei
28 !2
der bekannten Laseranordnung noch unbefriedigend.
Bei manchen Anwendungen von Lasern, beispielsweise bei der optischen Nachrichtenübertragung, bei
Radar- und Überwachungssystemen, die Luft- und Raumfahrzeuge einschließen, steht elektrische Leistung "·
infolge von Größen- und Gewichtsbeschränkungen nur in begrenztem Umfang zur Verfügung. Daher besteht
ein besonderes Interesse an Lasern, die zu ihrer Anregung keine elektrische Energie benötigen, wie
beispielsweise chemische Laser. ι <>
Aus dem IEEE Journal of Quantum Electronics, QE-9 (1973), Nr. 1, Seiten 72 bis 83, ist ein chemischer Laser
bekannt, bei dem durch die Vereinigung zweier einatomiger Gase entstehende Anregungsenergie auf
ein dreiatomiges Gas übertragen wird. Die Gase befinden sich in einem gemeinsamen optischen Resonator,
der auf strahlende Laserübergänge des dreiatomigen Gases abgestimmt ist. Als zweiatomige Gase finden
im wesentlichen Wasserstoff- und Deuterium-Halogenide und als dreiatomiges Gas Kohlendioxyd Verwendung.
Eingehende Untersuchungen betreffen die Kombination von DF und CO2. Bei diesen Lasern besteht die
Schwierigkeit, daß sowohl die Gase, die sich zu dem zweiatomigen Gas vereinigen, als auch das dreiatomige
Gas den Anregungsbereich durchströmen müssen. Sofern nicht auch das dreiatomige Gas verloren gehen
soll, muß es von dem entstandenen zweiatomigen Gas getrennt werden. Außerdem steht für die Übergabe der
Anregungsenergie von dem zweiatomigen Gas auf das dreiatomige nur wenig Zeit zur Verfügung. Infolgedes- 3»
sen ist ein solcher Gaslaser nicht nur kompliziert, sondern hat auch einen relativ schlechten Wirkungsgrad.
Viele der genannten und weitere Anwendungen von Lasern erfordern eine streng monochromatische Laserstrahlung,
d. h, daß die Laserenergie zu einer bestimmten und nicht zu mehreren benachbarten Frequenzen
7entriert sein muß. Eine monochromatische Strahlung kann durch Anwendung eines sehr schmalbandigen
Resonators, der beispielsweise ein Beugungsgitter enthält und auf die gewünschte Linie des Lasers
abgestimmt ist, der die Strahlung erzeugt, erzielt werden. Die Verwendung solcher Resonatoren ist zwar
bei laseraktiven Medien nicht schädlich, die Laserübergänge von drei- und mehratomigen Molekülen wie -»5
beispielsweise CO2 ausnutzen, jedoch findet eine wesentliche Verminderung des Laser-Wirkungsgrades
statt, wenn ein monochromatischer Betrieb unmittelbar bei laseraktiven Stoffen erzwungen wird, welche die
Übergänge in zweiatomigen Molekülen ausnutzen, wie '><>
beispielsweise die Übergänge von Fluorwasserstoff (HF) und Deuteriumfluorid (DF), die als laseraktive
Medien für chemische Laser verwendet werden. Diese Verminderung des Wirkungsgrades beruht darauf, daß
das Hintereinandei\schalten von Laserübergängen verhindert
und dadurch Vibrationsenergie vergeudet wird, die sonst zur Erzeugung eines nützlichen Ausgangssignals
verwendet werden kann. Das hat seine Ursache insbesondere darin, daß ein im Resonnnzbereich des
Resonators liegender Laserübergang nicht zu einem «>
anderen Übergang zwischen dem nächstfolgenden Paar von Vibrations-Energieniveaus in Kaskade geschaltet
werden kann, wenn die Anfangs- und End-Energieniveaus des arbeitenden Überganges besetzt bzw. entleert
werden. t>~>
Der Erfindung iiegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen Laser der eingangs beschriebenen Art so
weiterzubilden, daß er mit gutem Wirkungsgrad eine monochromatische Strahlung liefert, wie sie für die oben
angegebenen Verwendungszwecke benötigt wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das zweiatomige Gas mehrere Laserübergänge
aufweist, deren obere Vibrations-Energieniveaus in einer die Energieübertragung noch zulassenden Nähe
zum oberen Energieniveau des ausgewählten Laserüberganges des mehratomigen Gases liegen, und der
erste optische Resonator auf mehrere dieser Laserübergänge abgestimmt ist, und daß das zweite Gasvolumen
wenigstens teilweise auch innerhalb des ersten optischen
Resonators angeordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Laseranordnung wird also bewußt darauf verzichtet, den chemischen Laser
zur Erzeugung einer monochromatischen Strahlung auszubilden. Vielmehr wird bewußt eine breitbandige
Strahlung erzeugt, um keine Vibrations-Anregungsenergie
zu vergeuden. Die auf diese Weise mit hohem Wirkungsgrad erhaltene, auf ein größeres Frequenzband
verteilte Strahlungsenergie wird mit hohem Wirkungsgrad auf das zweite Gasv^iumen übertragen,
weil das zweite Gasvoiumen wenigstens teilweise in dem gleichen Resonator angeordnet ist wie das erste, so
daß also die gesamte Strahlung des ersten Lasers einen Teil des zweiten Gasvolumens passiert, und außerdem
wegen der Identität der zweiatomigen Gase eine vollständige Anregung dieses Gases auf allen Energieniveaus
möglich ist, die der breitbandigen Strahlung des ersten Lasers entsprechen. Diese Energie wird dann
durch Stöße im wesentlichen vollständig auf das mehratomige Gas übertragen, das sich in einem scharf
abgestimmten Resonator hoher Güte befindet, so daß hier eine monochromatische Ausgangsstrahlung erzeugt
wird.
Demnach wird durch die Erfindung eine durch optische Resonanzübertragung gepumpte Laseranordnung
geschaffen, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad der Umsetzung einer breitbandigen in eine
monochromatische Strahlung auszeichnet. Diese Laseranordnung ist in der Lage, über erheblich breiteren
optischen Badbreiten zu arbeiten als bisher bekannte chemische Übertragungs-Laser. Durch Austausch der
laseraktiven Medien läßt sich der erfindungsgemäße Laser für die unterschiedlichsten Wellenlängen ausbilden.
Zugleich ist eine höhere Ausgangsleistung erreichbar als mit vergleichbaren bekannten Laseranordnungen.
Zugleich zeichnet sich die erfindungsgemäße Laseranordnung durch einen kompakten Aufbau mit
geringem Gewicht aus, die mit geschlossenem Kreislauf sehr rationell betrieben werden kann.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine teilweise schematische, perspektivische Darstellung einer Laseranordnung,
F i g. 2, 3, 4 und 5 Energieniveau-Diagramme für verschiedene Gasmischungen, die in Ausführungsbeispielen
der Erfindung verwendet werden, und
F i g. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieis einer Laseranordnung nach der
Erfindung mit geschlossenem Kreislauf.
Die in F i g. 1 dargestellte, optisch gepumpte Laseranordnung umfaßt einen Pumplaser 10 und einen die
Ausgangsstrahlung liefernden Laser 12. Der Resonator 14 des Pumplasers 10 besteht aus zwei Spiegeln 15 und
16, die so angeordnet sind, daß sie die vom stimulierbaren Medium des Lasers 10 erzeugte Strah-
lung längs einer Achse 18 rückkoppelnd reflektieren.
Der Pumplaser 10 macht vorzugsweise von einem Lasermedium Gebrauch, das aus zweiatomigen Molekülen
besteht. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig I wird
als Pumplaser 10 ein chemischer Dauerstrich Laser verwendet werden, der von Deuteriumfluorid (DF) als
Lasermedium Gebrauch macht.
Bei dem in F i g. 1 als Beispiel dargestellten Pumplaser 10 wird ein aus Fluor (F?), Wasserstoff (H2) und Helium
(He) bestehendes Gas von einer Quelle 20 einer Brennkammer 22 zugeführt, in der ein Teil des F2-Gases
in F-Atome zerlegt wird. Die F-Atome und Deuterium-Moleküle (D2), die von einer Quelle 24 zugeführt
werden, werden mittels einer Injektionsdüse 26 in eine
Laserkammer 28 beschleunigt, die auf der Achse 18 zwischen den Spiegeln 15 und 16 angeordnet i:it.
Chemische Reaktionen zwischen den F-Atomen und den Dj Molekülen führen zur Bildung von DF-Molekülen
mit angeregten Energieniveaus, was die Emission einer Laserstrahlung im Wellenlängenbereich von etwa
3,6 bis 3.9 μΐη zur Folge hat. Die Reaktionsprodukte
werden von der Laserkammer 28 über geeignete Leitungen 30 abgeführt, die zwischen der Laserkammer
28 und einer Absaugpumpe 32 angeordnet sind. Die auf der Achse 18 liegenden, einander entgegengesetzten
Enden der Laserkammer 28 sind mit Brewster-Fenstern 34 und 36 abgeschlossen, um das Innere der Laserkammer
28 von der Umgebung zu trennen.
Der die Ausgangsstrahlung liefernde Laser 12 mach: von einer Arbeits-Gasmischung Gebrauch, die ein
Lasergas und ein Absorbergas umfaßt. Das Absorbergas ist das gleiche, des als aktives Medium im Pumplaser 10
verwendet wird. Wenn also der Pumplaser 10 ein chemischer DF-Laser ist. wird als Absorbergas in der
Arbeits-Gasmischung des Ausgangslaser 12 DF verwendet. Weiterhin soll die laseraktive Gaskomponente
der Arbeits-Gasmischung aus mehratomigen Molekülen bestehen, die wenigstens drei Atome umfassen, so daß
die Laseraktivität auf eine einzige Linie beschränkt werden kann, ohne den Wirkungsgrad des Lasers zu
beeinträchtigen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist das im Ausgar.gslaser 12 verwendete Lasergas
w _ ι t 1: : j /r*/~\ \
Die Arbeitsgasmischung für den Ausgangslaser 12 wird von einer Quelle 40 dem zentralen Bereich eines
Strömungskanals 42 zugeführt, der so angeordnet ist. daß er einen Fluß der Arbeitsgasmischung durch den
Ausgangslaser 12 in einer zur Achse 18 senkrechten Richtung gestattet. Innerhalb des Strömungskanales 42
tritt die Arbeitsgasmischung durch eine Düse 44 in einen Wechselwirkungsraum 46 ein. in dem die Arbeitsgasmischung
innerhalb /Ips Resonators 14 des Pumplasers der
vom Pumplaser 10 erzeugten Laserstrahlung ausgesetzt ist. Der Wechselwirkungsraum 46 ist von einer Kammer
48 umgeben, die sich längs der Achse 18 vom Strömungskanal 42 nach außen erstreckt. Die auf der
Achse 18 liegenden, einander entgegengesetzten Enden der Kammer 48 sind mit Brewster-Fenstern 50 und 52
versehen, um das Innere der Kammer 48 gegen die Umgebung abzuschließen. Um ferner unerwünschte
Grenzschichteffekte auszuschließen, wird eine Edelgas-Schutzschicht erzeugt, indem beispielsweise von einer
Quelle 54 zugeführtes Helium dazu veranlaßt wird, durch die äußeren Abschnitte des Strömungskanales 42
derart hindurchzufließen, daß es den Strom der Arbeitsgasmischung im Strömungskanal 42 umgibt. Das
Arbeitsgas und das Edelgas werden am stromab gelegenen Ende des Strömungskanals 42 mittels einer
Absaugpumpe 56 abgeführt.
Ein schmalbandiger optischer Resonator 59, der auf die gewünschte Ausgangs-Wellenlänge des Lasers 12
abgestimmt ist, ist auf einer Achse 58 angeordnet, die sich durch den Wechselwirkungsraum 46 in einer
Richtung erstreckt, die sowohl zur Achse 18 des optischen Resonators 14 als ruch zur Richtung des
Gasstromes durch den Strömungskanal 42 senkrecht steht. Wie in F i g. I dargestellt, kann der Resonator 59
aus einem Spiegel 60 und einem Beugungsgitter 62 bestehen, die auf der Achse 58 und im Abstand von den
entgegengesetzten Enden des Wechselwirkungsraumes 46 angeordnet sind. Nicht dargestellte Brewster-Fenster
können an den entgegengesetzten Seiten des Strömungskanals 42 auf der Achse 58 angeordnet sein, um
optische Verluste im Resonator 59 zu vermeiden. Zur Erläuterung sei als spezielles Beispiel angegeben, daß
bei der Verwendung von CO? als Lasergas im
Arbeitsmedium des Lasers 12 der Resonator auf den P(20)-Übergang des Bandes (001)—(100) mit einer
Wellenlänge von etwa 10,6 um abgestimmt sein kann,
obwohl es sich versteht, daß auch andere Übergänge benutzt werden können. Auf der Achse 58 kann ein
Ausgangs-Laserstrahl 64 des Lasers 12 d.idurch erzielt
werden, daß der Spiegel 60 teilweise durchlässig ausgebildet wird. Statt dessen kann der Ausgangs-Lasersirahl
aurh von dem Beugungsgitter 62 abgeleitet werden.
Bei vifnem bestimmten Ausführungsbeispiel einer
gemäß Fig. 1 ausgebildeten Laseranordnung ist der Pumplaser 10 ein chemischer DF-Dauerstrich-I.aser,
der einen Ausgangsstrahl mit einer Leistung von 70 W liefert, der in einer zur Achse 18 senkrechten Ebene
einen Querschnitt von 3 χ 1 cm; aufweist. Der optische
Resonator 14 ist auf einen Wellenlängenbereich von 3,b bis 3.9 μηι abgestimmt. Das Arbeitsgas für den
Ausgangslaser 12 besteht aus einer Mischung von DF. CO: und He im Molverhaltnis von I : 19 : 80. In dieser
Mischung wirkt das Helium sowohl als Verdünnungsmittel ais auch zur Desaktivierung des untersten
Krümmungsmodus (bending mode) des CO2. Die
Arbeitsgasmischung fließt durch den Wechselwirkungs-
gen, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10s cm/s
unter einem Druck von etwa 30 mbar (22 Torr). Die optische Achse 58 des Lasers 12 befindet sich etwa
1.5 mm stromabwärts von der Mitte des Wechselwirkungsraumes 46. Der schmalbandige optische Resonator
59 für den Laser 12 ist auf eine Wellenlänge von etwa 10.6 μπι abgestimmt und besteht aus einem zu 97'1O
reflektierenden sphärischen Spiegel 60 mit einem Krümmungsradius von I m und einem Beugungsgitter
62. das in einer Entfernung von 90 cm vom Spiegel 60 auf der Achse 58 angeordnet ist.
Die Wirkungsweise der Laseranordnung gemäß F i g. 1 wird nun anhand von F i g. 2 näher erläutert, bei
der es sich um ein Energieniveau-Diagramm für die spezielle Arbeitsgasmischung aus DF und CO2 handelt,
die bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wurde. Die DF-Laserstrahlung wird
von dem Pumplaser 10 auf einer Anzahl von Übergängen zwischen verschiedenen Vibrations-Energieniveaus
emittiert, welche die Übergänge zwischen den Schwingungsthermen v=l— v = 0, ν = 2-* V= 1 und
ν = 3 — ν = 2 umfassen. Dabei reichen die Rotations-Ouantenzahlen
der unteren Zustände von /" = 5 bis /" = 10. Die Strahlungsenergie des DF-Lasers durchläuft
den Wechselwirkungsraum 46, wo sie mit der von
der Quelle 40 zugeführten Arbeitsgasmischung in
Wechselwirkung tritt. Die auf die Arbeitsgasmischung einfallende Energie des DF-Lasers wird von den
DF-Molekülen in der Arbeitsgasmischung durch Resonanz
absorbiert, wodurch die DF-Moleküle in der
> Arbeitsgasmischung angeregt werden. Ursprünglich sind alle DF-Moleküle im Schwingungsgrundzustand.
Daher hat zunächst nur die Komponente der einfallenden 5>:·, ahlung, die von dem DF-Übergang (1 -* 0)
herstammt, am optischen Pumpen der DF-Moleküle im w Arbeitsgas vom Grundzustand zum ersten Schwingungsniveau
(v= 1) teil. Sobald jedoch einige DF-Moleküle auf das erste Schwingungsniveau angehoben
worden sind, findet durch Resonanz-Absorption der auf den Übergang (2 -♦ 1) zurückzuführenden Komponente r>
der einfallenden Strahlung eine weitere Anregung der DF-Moleküle in der Arbeitsgasmischung vom ersten
Schwingungsniveau (i> = I) zum zweiten Schwingungsniveau (v = 2) statt.
li'i glciLMci »Vcisc wci'dci'i düich üpiiSChc RcsOiiaii/ -:"
Absorption der auf den Übergang (3 -· 2) zurückzuführenden
Strahlungskomponente die DF-Moleküle weiter vom zweiten Schwingungsniveau (v = 2) zum dritten
Schwingungsniveau (v = 3) angehoben. Endlich wird bei ausreichend hoher Energie der vom Pumplaser r>
emittierten Strahlung ein quasi-stationärer Gleichgewichts-Zustand erreicht, bei dem alle DF-Pumpübergänge
aktiv an der Anregung durch Resonanz-Absorption teilnehmen.
Die Energie der angeregten DF-Moleküle der w Arbeitsgasmischung werden dann durch Zusammenstöße
aJ die (OOl)-Energieniveaus der CO2-MoIeküle
übertragen, die in der Nähe der angeregten DFEnergieniveaus liegen. Auf diese Weise wird eine Besetzungsumkehr
zwischen dem (OOI)-Energieniveaus des )■> CO; und unteren CCVEnergieniveaus erzielt, wie
beispielsweise den Niveaus (100) und (020), so daß die Übergänge zwischen dem (OOl)-Energieniveau und den
unteren Energieniveaus des CO2 zu einer Lasertätigkeit
führen können. Durch Abstimmen des schmalbandigen ■>"
optischen Resonators 59 des Lasers 12 auf die gewünschte Linie die einem der oben erwähnten
Übergänge des COi-Lasers entspricht, kann der Laser
12 dazu veranlaßt werden, seine Aktivität auf eine einzige gewünschte Linie zu beschränken, wie beispiels- J">
weise auf die Linie P(20), die durch den Übergang zwischen den Energieniveaus (001) und (100) bedingt ist
und eine Wellenlänge von etwa 10,6 μηι aufweist.
Da der Wechselwirkungsraum 46 innerhalb des optischen Resonators 14 des Pumplasers 10 angeordnet >o
ist, wird dieser Wechselwirkungsraum von den mehreren Linien zugeordneten Photonen des Lasers 10 bei
jedem Weg zwischen den Spiegeln 15 und 16 durchlaufen. Abgesehen von vernachlässigbaren Verlusten
an den Spiegeln und in sonstigen Medien wird die *>*>
gesamte Pumpleistung des Lasers 10 auf das Lasergas CO2 der Arbeitsgasmischung nach einer ausreichenden
Anzahl der Durchgänge der DF-Photonen übertragen. Infolgedessen wird ein sehr hoher Wirkungsgrad bei der
Energieübertragung der Viellinien-Photonen auf Einli- t>°
nien-Photonen erzielt Das Verhältnis der Anzahl der Ausgangsphotonen des des CO2- Lasers zum Verhältnis
der vom Pumplaser 10 gelieferten Photonen kann demnach nahezu 100% betragen.
Eine Arbeitsgasmischung, die Deuteriumfluorid (DF) &5
als Absorbergas und Kohlendioxid (CO2) als Lasergas
enthält, ist nur ein erstes Beispiel für eine mögliche
Kombination von Absorber- und Lasergasen, die in einer gemäß Fig. I ausgebildeten Laseranordnung
verwendet werden kann. Die für die Verwendung in einer solchen Laseranordnung wichtigen Energieniveaus
und Arbeits-Übergänge von drei anderen, als Beispiel angegebenen Arbeitsgaskombinationen sind in
den F i g. 3,4 und 5 veranschaulicht. In der Kombination
nach F i g. 3 ist das Absorbergas Deuteriumfluorid (DF), während das Lasergas von Kohlendisulfid (CS2) gebildet
wird. Fig.4 veranschaulicht eine Arbeitsgasmischung
aus Deuteriumfluorid (DF) als Absorbergas und Deuteriumcynid (DCN) als Lasergas. Fig.5 veranschaulicht
endlich Fluorwasserstoff (HF) als Absorbergas und Cyan-Wasserstoff (HCN) als Lasergas.
Ein Ausführungsbeispiel einer Laseranordnung nach der Erfindung, die mit einem geschlossenen Kreislauf
arbeitet, wobei das Arbeitsgas viele Male wiederholt verwendet werden kann, indem es durch den Wechselwirkungsraum
im Kreislauf hindurchgeführt wird, ist in Fig. 6 dargestellt. Die Bauteile der Anordnung nach
F i g. 6, die Bauteilen der Aüsführürigsfcrrr. nach Fig.!
entsprechen, sind mit Bezugsziffern bezeichnet, deren zweite und dritte Stelle mit der Bezugsziffer des
gleichen Bauelementes in Fig. 1 übereinstimmen, denen jedoch als erste Ziffer eine »2« vorangestellt ist.
In der Ausführungsform nach Fig.6 wird das
Arbeitsgas des Ausgangslasers 212 durch den Wechselwirkungsraum 246 durch eine übliche Umwälzeinrichtung
270 im Kreislauf hindurchgeführt, die einen Wärmeaustauscher 272 und einen Kompressor 274
umfaßt. Weiterhin sind in der Laseranordnung nach F i g. 6 sowohl der Wechselwirkungsraum 246 als auch
die Laserzone 276 des Pumplasers 210 in einem gemeinsamen Gehäuse 280 angeordnet. Eine Trennwand
282 unterteilt das Gehäuse 280 in zwei Kammern 284 und 286, welche die entsprechenden Zonen 276 und
246 enthalten, so daß diese Zonen auf verschiedenen Betriebsdrücken gehalten werden können. Beispielsweise
wird eine Ausführungsform eines solchen Lasers, der von der oben erwähnten, DF und CO2 enthaltenden
Arbeitsgasmischung Gebrauch macht, die das Pumpgas DF enthaltende Kammer 284 mit einem Druck im
Bereich zwischen etwa 34 mbar (23 Torr) betrieben, woeeeen die Kammer 286. durch die die Arbeitsgasmischung
fließt, mit einem Druck von etwa 250 mbar (190 Torr) betrieben wird. Die Trennwand 282 ist mit
einer Öffnung 288 versehen, die ausreichend kleine Abmessungen hat, um als aerodynamisches Fenster
dienen zu können, während sie den Durchtritt der Laserstrahlung des Pumplasers 210 von der Kammer
284 in die Kammer 286 und umgekehrt zuläßt.
Bei der in Fig.6 dargestellten Anordnung sind die
Spiegel 215 und 216 sphärische Reflektoren, die einen annähernd gemeinsamen Brennpunkt haben, der im
wesentlichen innerhalb der Öffnung 288 der Trennwand 282 liegt. Weiterhin ist bei dem Laser nach F i g. 6 der
Rückkopplungsweg 218 der Pumpstrahlung durch die Kammern 284 und 286 zwischen den Resonatorspiegeln
215 und 216 mittels Umlenkspiegeln 292 und 294, die sich in den Kammern 284 bzw. 286 befinden, gefaltet,
wodurch sich ein kompakterer Aufbau der Laseranordnung ergibt Zusätzlich zu der Möglichkeit, in geschlossenem
Kreislauf zu arbeiten, hat die Ausführungsform nach F i g. 6 den Vorteil, daß Brewster-Fenster im Weg
der Pumpstrahlung vermieden werden können, wodurch optische Verluste vermindert und der Wirkungsgrad der
Umsetzung von mehrlinigen Photonen in einlinige Photonen erhöht werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 030 266/327
Claims (5)
1. Optisch gepumpte Laseranordnung mit einem als Pumplichtquelle dienenden ersten Gaslaser, der
ein erstes Volumen eines zweiatomigen Gases, das einen ersten Laserübergang zwischen zwei Vibrations-Energieniveaus
aufweist und innerhalb eines ersten optischen, auf diesen Laserübergang abgestimmten
Resonators angeordnet ist, und der Einrichtungen zur Anregung des zweiatomigen
<o Gases und zum Erzeugen einer Laserschwingung im ersten optischen Resonator umfaßt, und mit einem
die Ausgangsstrahlung liefernden zweiten Gaslaser, der ein vom ersten Gasvolumen getrenntes, jedoch
der vom ersten Gasvolumen ausgehenden Laser- ι ο strahlung ausgesetztes und von dieser Laserstrahlung
anregbares, zweites Volumen eines Gases umfaßt, das aus einer Mischung des im ersten
Gasvolumen enthaltenen zweiatomigen Gases, und eines wenigstens drei Atome aufweisenden, mehratomigen
Oases besteht, das zweite Laserübergänge von oberen zu unteren Energieniveaus aufweist,
von denen ein oberes Energieniveau dem oberen Vibrations-Energieniveau des ersten Laserüberganges
benachbart ist, und das innerhalb eines zweiten optischen Resonators angeordnet ist, der auf einen
ausgewählten dieser zweiten Laserübergänge abgestimmt ist, so daß das zweiatomige Gas des zweiten
Gasvolumens durch Absorption der vom ersten Gaslaser zugeführten Strahlung angeregt wird und
seine Energie durch Ströße auf das mehratomige Gas übertragt und dadurch dieses Gas in einen
Zustand der Besetzusvgsumk^nr bringt, so daß im
zweiten optischen Resonator Laserschwingungen entstehen, welche die Ausga- ^strahlung liefern,
dadurch gekennzeichnet, daß das zweiatomige Gas mehrere Laserübergänge aufweist, deren
obere Vibrations-Energieniveaus in einer die Energieübertragung noch zulassenden Nähe zum oberen
Energieniveau des ausgewählten Laserüberganges -to
des mehratomigen Gases liegen, und der erste optische Resonator (14) auf mehrere dieser Laserübergänge
abgestimmt ist, und daß das zweite Gasvolumen wenigstens teilweise auch innerhalb
des ersten optischen Resonators (14) angeordnet ist « (Fig. 1).
2. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiatomige Gas Deuteriumfluorid
und das mehratomige Gas Kohlendioxid, Kohlendisulfid oder Deuteriumcyanid ist. v>
3. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiatomige Gas Fluorwasserstoff
und das mehratomige Gas Cyanwasserstoff ist.
4. Laseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
erste optische Resonator (14) auf einer ersten, das erste Gasvolumen durchdringenden Achse (18) und
der zweite optische Resonator (59) auf einer zweiten, das zweite Gasvolumen durchdringenden m>
Achse (58) angeordnet ist, die zur ersten Achse (18) senkrecht steht(Fig. 1).
5. Laseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
erste optische Resonator (214) zwei einander optisch h'·
gegenüberstehende, gekrümmte Reflektoren (215, 216) aufweist, die annähernd einen gemeinsamen,
zwischen ihnen liegenden Brennpunkt aufweisen, daß in einer durch den Brennpunkt gehenden Ebene
eine Trennwand (282) angeordnet ist, die eine den Brennpunkt umgebende Öffnung (288) aufweist und
den Raum zwischen den Reflektoren in zwei Zonen 284,286) unterteilt, und daß das erste Gasvolumen in
der einen und das zweite Gasvolumen in der anderen Zone angeordnet ist (F i g. 6).
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/783,089 US4145668A (en) | 1977-03-31 | 1977-03-31 | Optical resonance pumped transfer laser with high multiline photon-to-single-line photon conversion efficiency |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2812438A1 DE2812438A1 (de) | 1978-10-12 |
DE2812438B2 DE2812438B2 (de) | 1980-05-29 |
DE2812438C3 true DE2812438C3 (de) | 1981-02-05 |
Family
ID=25128135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2812438A Expired DE2812438C3 (de) | 1977-03-31 | 1978-03-22 | Optisch gepumpte Laseranordnung |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4145668A (de) |
JP (1) | JPS53123094A (de) |
CA (1) | CA1083697A (de) |
DE (1) | DE2812438C3 (de) |
FR (1) | FR2386164A1 (de) |
GB (1) | GB1565614A (de) |
IL (1) | IL53848A0 (de) |
IT (1) | IT1101872B (de) |
SE (1) | SE423466B (de) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4367552A (en) * | 1980-08-11 | 1983-01-04 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada | Dual wavelength infrared laser |
US4894511A (en) * | 1986-08-26 | 1990-01-16 | Physical Sciences, Inc. | Source of high flux energetic atoms |
US4945543A (en) * | 1989-09-01 | 1990-07-31 | Raytheon Company | Gain medium for radiant energy source |
GB2239733A (en) * | 1990-01-03 | 1991-07-10 | British Telecomm | A laser oscillator |
US5142645A (en) * | 1991-05-16 | 1992-08-25 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and apparatus for generating Fraunhofer line laser source using stimulated Raman scattering |
US5774490A (en) * | 1996-10-07 | 1998-06-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Diode-pumped Tm: YAG/HBr four micron laser system |
US7006546B2 (en) * | 2000-03-15 | 2006-02-28 | Komatsu Ltd. | Gas laser electrode, laser chamber employing the electrode, and gas laser device |
US8897333B2 (en) | 2011-06-29 | 2014-11-25 | Robert Neil Campbell | CO2 laser |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3597624A (en) * | 1969-01-30 | 1971-08-03 | Bell Telephone Labor Inc | Optical raman oscillator employing colloidal suspension or emulsion |
FR2214182B1 (de) * | 1973-01-12 | 1976-08-27 | Anvar | |
US3873941A (en) * | 1973-05-30 | 1975-03-25 | Coherent Radiation | Dye laser having non-colinear optical pumping means |
US3970963A (en) * | 1975-05-01 | 1976-07-20 | Hughes Aircraft Company | Waveguide laser arrangement for generating and combining a plurality of laser beams |
FR2328311A1 (fr) * | 1975-10-16 | 1977-05-13 | Exxon Research Engineering Co | Procede et appareil de transformation de lumiere coherente a plusieurs longueurs d'onde en lumiere coherente monochromatique |
US4054852A (en) * | 1976-07-28 | 1977-10-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Solid state blue-green laser with high efficiency laser pump |
-
1977
- 1977-03-31 US US05/783,089 patent/US4145668A/en not_active Expired - Lifetime
-
1978
- 1978-01-19 IL IL53848A patent/IL53848A0/xx not_active IP Right Cessation
- 1978-01-19 GB GB2268/78A patent/GB1565614A/en not_active Expired
- 1978-01-30 CA CA295,890A patent/CA1083697A/en not_active Expired
- 1978-02-13 FR FR7803976A patent/FR2386164A1/fr active Granted
- 1978-03-22 DE DE2812438A patent/DE2812438C3/de not_active Expired
- 1978-03-29 IT IT48641/78A patent/IT1101872B/it active
- 1978-03-29 SE SE7803555A patent/SE423466B/sv not_active IP Right Cessation
- 1978-03-31 JP JP3696078A patent/JPS53123094A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2812438B2 (de) | 1980-05-29 |
FR2386164B1 (de) | 1983-07-08 |
SE423466B (sv) | 1982-05-03 |
GB1565614A (en) | 1980-04-23 |
JPS5726434B2 (de) | 1982-06-04 |
JPS53123094A (en) | 1978-10-27 |
DE2812438A1 (de) | 1978-10-12 |
IT7848641A0 (it) | 1978-03-29 |
US4145668A (en) | 1979-03-20 |
IT1101872B (it) | 1985-10-07 |
CA1083697A (en) | 1980-08-12 |
SE7803555L (sv) | 1978-10-01 |
IL53848A0 (en) | 1980-01-31 |
FR2386164A1 (fr) | 1978-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2617706A1 (de) | Schnell durchstimmbarer, kontinuierlich arbeitender laser | |
DE2317413A1 (de) | Laser-vorrichtung | |
DE3716873C2 (de) | ||
EP0521029B1 (de) | Gaslaser | |
DE2812438C3 (de) | Optisch gepumpte Laseranordnung | |
DE1960776B2 (de) | Passiver Güteschalter | |
DE2842049A1 (de) | Laser | |
DE2649521A1 (de) | Wellenlaengenselektive lichtunterbrechungsvorrichtung | |
DE3114815C2 (de) | Laservorrichtung | |
DE2808955C3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Uranisotopen durch selektive Anregung von gas- oder dampfförmigen Uranhexafluorid-Molekülen mittels Laser-Strahlung | |
DE4112311A1 (de) | Transversal elektrisch gepumpter gaslaser mit schraeg ausgefuehrtem strahldurchgang | |
DE112011105360B4 (de) | Gaslaser-vorrichtung | |
DE2810791C3 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Trennen eines gasförmigen Gemisches aus Isotopenverbindungen | |
DE3643735C2 (de) | ||
DE2855078A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur photoanregung | |
DE2900675C3 (de) | Kohlendioxidlaser | |
EP0152570B1 (de) | Gaslaser insbesondere TE-Laser | |
DE2161743C3 (de) | Vorrichtung zur stimulierten Emission von kohärenter durchstimm barer Ramanstrahlung | |
DE4419069A1 (de) | Gepulster Laser | |
DE102004047163B4 (de) | Vorrichtung zur Erzeugung einer Laserstrahlung im Infrarotbereich | |
DE19515704A1 (de) | Gekühlter diodengepumpter Festkörperlaser | |
DE2409940C3 (de) | Verfahren für einen photochemischen Jodlaser und Jodlaser zur Durchführung dieses Verfahrens | |
DE2142868C3 (de) | Gasionen-Laser | |
DE2553390A1 (de) | Chemischer laser | |
DE3736924A1 (de) | Vorrichtung zur erzeugung von laserstrahlung hoher durchschnittsleistung, insbesondere zur uran-isotopentrennung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAP | Request for examination filed | ||
OD | Request for examination | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |