DE3138951C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Metalldampflaserrohr der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art. Ein solches Metalldampflaserrohr ist z. B. aus der DD-PS 1 31 980 be­ kannt.

Derartige Metalldampflaserrohre können bei Lasern mit er­ höhter mittlerer Leistung und einer großen Apertur des Gasentladungskanals eingesetzt werden, die beispielsweise in der Laserortung, in Nachrichtensystemen, bei der Echo­ lotung der Atmosphäre, in der Holographie, der Medizin u. ä. anwendbar sind.

Es ist bereits ein Laserrohr auf der Basis von Dämpfen chemischer Elemente bekannt (Pribory i tekhnika experimen­ ta (Geräte und Experimentaltechnik, Vol. 1, 1974, S. 160-161), das aus einem Keramikrohr aus Berylliumoxid, einem Ein­ satzrohr, innerhalb dessen an den Enden Zylinderelektroden aus Tantal angeordnet sind, und Kovarübergängen aufgebaut ist, an die Glasstutzen mit Austrittsfenstern vakuumdicht angeschmolzen sind. Das Lasermaterial wird in Verdamp­ fungswannen an der Innenwand des Einsatzrohrs unterge­ bracht.

Es ist ferner ein Laserrohr für Metalldampf-Laser bekannt, das ein vakuumdichtes Gehäuse, eine einen Gasentladungska­ nal umschließende Laserkapillare, im Gehäuse eingebaute Elektroden und Fenster an seinen Stirnseiten aufweist. Das wirksame Metall wird bei der bekannten Konstruktion an den Wänden der Laserkapillare (Kvantovaya elektronika (Quan­ tenelektronik) Vol. 1, 1975, S. 159-162) stückweise angebracht. Die Erwärmung des aktiven Volumens auf die Verdampfungs­ temperatur des Metalls wird durch Energiedissipation einer Entladung erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Metalldampflaser­ rohr nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß sich bei gleichzeitiger Benutzung verschiedener Lasermaterialien (z. B. zur Emission ver­ schiedener Wellenlängen) jedes Lasermaterial einfach an einem solchen Ort innerhalb der Laserkapillare anordnen läßt, an dem die für das betreffende Lasermaterial optima­ le Temperatur herrscht.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Unabhängig von der jeweiligen speziellen Ausführungsform besteht der Halter vorzugsweise aus Berylliumkeramik. Die Verwendung von Berylliumkeramik bei Metalldampflasern ist an sich bekannt; vgl. bspw. die Literaturstelle Sov. J. Quant. Electron., Vol. 5, Nr. 1, 1975, S. 96 bis 98.

Das erfindungsgemäße Metalldampflaserrohr gestattet die Her­ stellung von Metalldampflasern mit einer hohen mittleren Leistung der Laserstrahlung.

Die erfindungsgemäße Weiterbildung des Metalldampflaserrohrs mit einem Halter in Form eines Satzes von koaxialen Rohren gestattet es, einen Mehrfarbenlaser auf der Basis von Dämpfen chemischer Elemente zu realisieren.

Hierbei wird durch einen Diffusionsstrom von Dämpfen eines wirksamen Metalls aus einem Bereich mit der Höchsttempera­ tur (in der Nähe eines Verdampfers) in einen Bereich mit einer niedrigeren Temperatur sowie durch Einbringung von Zusatzflächen in das Innere des Gasentladungskanals (Hal­ ter, Verdampfer) eine gleichmäßigere Dichteverteilung der nicht angeregten Atome des wirksamen Metalls erzeugt, wo­ durch eine viel gleichmäßigere Verteilung der Strahlungs­ leistung über den Querschnitt erzielt und das gesamte ak­ tive Volumen des Lasers bei größeren Kanalaperturen am effektivsten ausgenutzt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei­ spielen und der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt

Fig. 1 ein Metalldampflaserrohr mit einem Halter in Form eines Satzes von koaxialen Rohren im Längsschnitt; und

Fig. 2 einen Schnitt durch das Metalldampflaserrohr von Fig. 1 längs der Linie VI-VI in Fig. 1.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform des Metalldampflaserrohrs weist im Innern eines gasdichten Gehäuses 1 einen Halter 6 auf, der in Form eines Satzes von auf an den Stirnseiten der Laserkapillare 4 angeordneten Lagerungen 9 befestigten Rohren 6′ ausgebildet ist. Die Rohre 6′ bestehen aus Keramik auf der Basis von Berylliumoxid, das hohe Wärmeleitfähigkeit, geringe elek­ trische Leitfähigkeit bei Temperaturen bis zu 2000 K und Beständigkeit gegen thermische Schockbeanspruchungen be­ sitzt. Die Küvetten 7 mit dem Lasermaterial sind jeweils an der Wand des entsprechenden Rohrs 6′ angebracht.

Das erfindungsgemäße Metalldampflaserrohr arbeitet wie folgt:

Das Metalldampflaserrohr wird evakuiert, mit einem Puffergas, beispielsweise Neon, bis zu einem erforderlichen Ar­ beitsdruck gefüllt und abgelötet bzw. abgeschmolzen. Den Elektroden 2 werden Spannungsimpulse von einem (nicht dar­ gestellten) Hochspannungsgenerator mit einer hohen Folge­ frequenz (10 bis 100 kHz) zugeführt. In den Bereichen des Gasentladungskanals 4 a, entlang dem stabförmigen Halter 6 mit den Küvetten 7 und in den Spalten der in der Laserka­ pillare 4 (Fig. 1, 2) koaxial angeordneten Rohre 6′ ent­ steht eine elektrische Impulsentladung. Durch die Energie­ übertragung bei der Entladung wird das Gas in allen Berei­ chen des Gasentladungskanals 4 a auf Temperaturen erwärmt, die zur Verdampfung der wirksamen Metalle aus den Küvetten 7 erforderlich sind. Da die koaxial angeordneten Rohre 6′ als Abschirmungen wirken und die Anordnung so ist, daß die Wandstärke der koaxialen Rohre 6′ und die Spaltgröße einen bestimmten Temperaturverlauf über die Bereiche gewährlei­ sten, wird infolge des natürlichen Temperaturgefälles in den verschiedenen Temperaturbereichen des Entladungskanals 4 a eine optimale Atomkonzentration des entsprechenden wirksamen Metalls realisiert. Die Anregung des Plasmas der Atome der wirksamen Metalle durch die Elektronen führt zur Entstehung einer Inversion und zur Strahlungserzeugung. Die Strahlung wird durch die Austrittsfenster 3 des Metalldampflaserrohrs ausgekoppelt.

Die Unterbringung der Küvetten 7 mit dem Lasermaterial mit den speziellen Haltern 6 bzw. 6′ in den heißesten Berei­ chen des Gasentladungskanals 4 a gestattet es, die erfor­ derlichen Atomkonzentrationen des Lasermaterials bei ge­ ringeren Temperaturen der Wände der Laserkapillare 4 zu realisieren, was die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht. Darüber hinaus sichert die Einfüh­ rung der Zusatzflächen in der Laserkapillare 4 eine größe­ re Gleichmäßigkeit der Parameter des Impulsplasmas, d. h. der Gastemperatur, der Atomkonzentration des wirksamen Metalls und der Elektronenkonzentration und verringert Un­ gleichmäßigkeiten in den Geschwindigkeiten von Elementar­ prozessen, die zur Strahlungserzeugung (Rekombination, Be­ setzung und Zerstörung wirksamer Niveaus etc.) führen.

Das Erfindungskonzept erlaubt es daher, in die Metalldampflaserrohre große Pumpleistungen ohne Verschlechterung der Verteilung der Strahlungsleistung über den Bündelquer­ schnitt einzukoppeln, mit großen Aperturen der Laserkapil­ laren zu arbeiten und dementsprechend große mittlere Im­ puls-Strahlungsleistungen und Wirkungsgrade der Laser zu realisieren.

Die Zusatzflächen verringern die Diffusionszeit von akti­ ven Teilchen in einem metastabilen Zustand zur Oberfläche, wodurch die Zerstörung der metastabilen Zustände beschleu­ nigt wird, was die Temperatur-Generationsschwelle herab­ setzt und es gestattet, die maximal mögliche Folgefrequenz von Anregungs- und Strahlungsimpulsen zu erhöhen, was wiederum zur Erhöhung der mittleren Strahlungsleistung und des Wirkungsgrads des Metalldampflasers beiträgt.

Claims (3)

1. Metalldampflaserrohr mit:

• a) einem gasdichten Gehäuse (1),
• b) Austrittsfenstern (3) an den Stirnseiten des Gehäu­ ses (1) zum Austritt der im Gehäuse erzeugten Laser­ strahlung,
• c) Elektroden (2) innerhalb des Gehäuses (1),
• d) einer im Gehäuse (1) befindlichen Laserkapillare (4), in der ein Gasentladungskanal (4 a) verläuft,
• e) koaxial zur Laserkapillare (4) im Gasentladungskanal (4 a) angeordneten Haltern für das zu verdampfende Lasermaterial,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• f) die Halter bestehen aus einer Anzahl koaxial zuein­ ander und zur Laserkapillare (4) verlaufenden Rohren (6′),
• g) jeweils an den Wänden der einzelnen Rohre (6′) sind Küvetten (7) mit dem zu verdampfenden Lasermaterial angebracht,
• h) die Küvetten (7) unterschiedlicher Rohre (6′) ent­ halten jeweils unterschiedliche Lasermaterialien.

2. Metalldampflaserrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (6′) aus Berylliumkeramik bestehen.