DE3735200A1 - Verfahren zur erzeugung von laserstrahlung hoher wiederholungsfrequenz im infrarotbereich, insbesondere zur uran-isotopentrennung - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von laserstrahlung hoher wiederholungsfrequenz im infrarotbereich, insbesondere zur uran-isotopentrennung

Info

Publication number
DE3735200A1
DE3735200A1 DE19873735200 DE3735200A DE3735200A1 DE 3735200 A1 DE3735200 A1 DE 3735200A1 DE 19873735200 DE19873735200 DE 19873735200 DE 3735200 A DE3735200 A DE 3735200A DE 3735200 A1 DE3735200 A1 DE 3735200A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser
radiation
power
high repetition
repetition frequency
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.)
Ceased
Application number
DE19873735200
Other languages
English (en)
Inventor
Heinz Dr Jetter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JETTER, HEINZ -LEONHARD, DR. RER. NAT., 41849 WASS
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19873735200 priority Critical patent/DE3735200A1/de
Publication of DE3735200A1 publication Critical patent/DE3735200A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383—Parallel arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/34—Separation by photochemical methods
    • 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
    • H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/305—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in a gas

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung hoher Frequenz im Infrarot-Bereich, insbeson­ dere von 16- µm-Laserstrahlung zum Zwecke der Uran-Isotopen­ trennung, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Beim Verfahren zur Trennung von Uran-Isotopen mittels Laser­ strahlung wie z. B. nach DE-PS 24 47 762 und DE-PS 28 10 791, ist gepulste Infrarot-Laserstrahlung mit definierter Wellen­ länge (λ ≈ 16 µm) und sehr hoher Wiederholfrequenz erforder­ lich. Wünschenswert wäre hierbei eine Wiederholfrequenz von f=10-50 kHz. Die Erzeugung von Laserlicht, das diesen Anforderungen entspricht, bereitet erhebliche technische Schwierigkeiten und stand bisher der wirtschaftlichen Nutzung der Uran-Isotopentrennung mit Lasern entgegen.
Da kein Laser bekannt ist, der mit ausreichender Leistung direkt im 16- µm-Bereich emittiert, benützt man vorteilhaf­ terweise einen Hochleistungs-Laser, dessen Strahlung durch stimulierte Ramanstreuung in gasförmigem Wasserstoff in den relevanten Wellenlängenbereich transformiert wird.
Dieser Prozeß erfordert allerdings solch hohe Laserleistungen, daß er nur mit Lasern mit Megawatt-Pulsleistung und in Verbin­ dung mit speziellen Ramanzellen durchgeführt werden kann. Eine entsprechende Anordnung ist in "Optics Letters, Vol. 3, No. 4, Oct. 1978, S. 147 ff" beschrieben. Dabei wird in der mit Was­ serstoffgas gefüllten Ramanzelle das Laserlicht zwischen einem Spiegelpaar mehrfach reflektiert und focussiert. Zweck dieser Maßnahme ist es, das Laserlicht im Wasserstoff über eine mög­ lichst große Entfernung zu führen und dadurch die für den Prozeß erforderliche Laserleistung möglichst niedrig zu hal­ ten. Trotzdem sind Pulsleistungen im Bereich < 10 MW erfor­ derlich. Gemäß dem genannten Dokument werden zur Erzeugung solch leistungsstarker Laserpulse CO2-TEA-Laser benutzt. Diese Laser sind einfach aufgebaut und liefern die erforderliche Impulsleistung bereits in relativ kleinen Einheiten. Die Anregung erfolgt bei diesen Lasern durch eine extrem schnelle, energiereiche Hochspannungs-Stoßentladung. Mit dieser gepuls­ ten Hochspannungsentladung sind allerdings technische Schwie­ rigkeiten verbunden, die dem Betrieb des Lasers mit hohen Wiederholfrequenzen (< 100 Hz) entgegenstehen. Zum einen lie­ gen diese Schwierigkeiten in der unbefriedigenden Zuverlässig­ keit und Lebensdauer der Hochspannungskomponenten (speziell des Schalters). Zum anderen ruft die Stoßentladung Störungen im Lasermedium hervor. Daher muß das Lasergas zwischen jedem Puls ausgetauscht werden, was bereits bei moderaten Wiederhol­ frequenzen zu exzessiven Gebläseleistungen führt.
Gemäß einem nicht vorveröffentlichten, am gleichen Tag wie die vorliegene Anmeldung eingereichten Vorschlag derselben Anmel­ derin können leistungsstarke CO2-Laserpulse auch mit kontinu­ ierlich angeregten Niederdrucklasern erzeugt werden, wenn durch die bekannten Methoden der Güteschaltung und / oder Modenkopplung im Resonator die optische Emission diskontinu­ ierlich abgerufen wird. Mit dieser Technik erreicht man Wiederholfrequenzen f < 10 kHz und Pulsleistungen, die um 3-4 Größenordnungen über der Durchschnittsleistung des Lasers liegen. Trotz dieser im Pulsbetrieb erzielten Leistungs­ erhöhung sind sehr große Lasersysteme erforderlich, damit die für die stimuliert Ramanstreuung notwendige Pulsleistung von mehr als 10 MW erzeugt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem gattungsgemäßen Verfahren einen Weg aufzu­ zeigen, wie unter Verwendung von kontinuierlich gepumpten CO2-Niederdrucklasern durch stimulierte Ramanstreuung in Was­ serstoffatmosphäre 16-µm-Strahlung mit hoher Wiederholfrequenz erzeugt werden kann, ohne daß dabei der CO2-Laser eine Lei­ stungsgröße aufweisen müßte, die an der oberen Grenze der nach heutigem Stande der Technik herstellbaren CO2-Laser läge.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs definierten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.
Erfindungsgemäß wird also kollinear und synchron mit der gepulsten CO2-Laserstrahlung die gepulste Strahlung eines Metalldampflasers insbesondere eines Kupferdampflasers in die mit gasförmigem Wasserstoff gefüllte Vielfach-Reflexions­ kammer oder -zelle eingekoppelt. Die Verstärkung g für die beim Ramanprozeß erfolgte Stokes-Strahlung der Wellenlänge λ s ist gemäß der Beziehung
von der Wellenlänge λ p des eingestrahlten Laserlichts abhän­ gig. Dementsprechend ist für die Erzeugung von Stokeslicht (λ s =0,52 µm) bei der Wellenlänge des Kupferdampflasers (λ p =0,51 µm) eine um nahezu 3 Größenordnungen geringere Leistung erforderlich als bei der Erzeugung von 16- µm-Stokes­ licht aus CO2-Laserstrahlung. Die mit kommerziellen Kupfer­ dampflasern erzielbare Pulsleistung ist daher ausreichend, um in der Vielfach-Reflexionskammer bereits in einem der ersten Durchgänge stimulierte Ramanstreuung hervorzurufen. Da jedoch mit der Kupferdampflaserstrahlung auch gepulste CO2-Laser­ strahlung in die Zelle eingekoppelt wird, tritt nicht nur das zum Kupferdampflaser gehörende Stokeslicht auf, sondern es wird in einem gewissen Umfang durch parametrische 4-Photo­ nen-Mischung aus CO2-Laserstrahlung 16-µm-Licht erzeugt. Dieses 16-µm-Licht durchläuft zusammen mit dem CO2-Laserlicht in weiteren Durchgängen die Vielfach-Reflexionszelle und wird dabei verstärkt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden erläutert:
Der Kupferdampflaser in Oszillator-Verstärker-Anordnung liefert 500 kW nutzbare Leistung in 10-ns-Pulsen bei 10 kHz Wiederholfrequenz.
Die Vielfach-Reflexions-Ramankammer oder -zelle wird bei Zimmertemperatur und 3 bar Wasserstoffdruck betrieben. Das Spiegelpaar ist so gewählt, daß in der Ramanzelle 50 refo­ cussierende Durchgänge stattfinden.
Die Strahlung des Kupferdampflasers ist jedoch bereits nach den ersten drei Durchgängen nahezu vollständig in das entspre­ chende Stokeslicht umgewandelt.
Gleichzeitig und kollinear mit dem Kupferdampf-Laserlicht wird die gepulste Strahlung eines CO2-Lasers eingekoppelt. Dieser Laser ist ein kontinuierlich angeregter CO2-Niederdrucklaser, dessen Emission durch Güteschaltung und Modenkopplung in Form von Pulsen mit ebenfalls ca. 10 ns Dauer und 10 kHz Wieder­ holrate erfolgt. Die Pulsleistung beträgt 5 MW.
Die 4-Photonen-Mischung wird in den ersten drei Durchgängen, in denen stimulierte Ramanstreuung für das Kupferdampf- Laserlicht stattfindet, aus dem CO2-Laserlicht 16-µm-Strahlung erzeugt. Die Pulsleistung dieser 16- µm-Strahlung beträgt zunächst ca. 2 kW. Da diese Strahlung zusammen mit dem CO2-La­ serlicht in weiteren Durchgängen die Vielfach-Reflektionszelle insgesamt 50mal durchläuft, wird sie verstärkt, bis die CO2-Strahlung nahezu vollständig in 16- µm-Strahlung umgewan­ delt ist. Auf diese Weise wird 16-µm-Strahlung mit 1 bis 2 MW Pulsleistung und 10-20 mJ Pulsenergie erzeugt. Entsprechend liegt die Durchschnittsleistung der das Verfahren verwirk­ lichenden Laseranordnung bei 100-200 W.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel hat den wesentlichen Vorteil, daß Laser benutzt werden können, die nach dem heutigen Stand der Technik verfügbar sind und die Ramanzelle bei Zimmertemperatur betrieben werden kann, wodurch nur ein geringer Aufwand für die Zelle erforderlich ist - insbesondere hinsichtlich der Gasumwälzung und Gaskühlung. Es sind jedoch auch andere Ausführungen im Rahmen der Erfindung möglich. So kann die Ramanzelle auf die Temperatur des flüssigen Stick­ stoffs gekühlt werden. Dadurch erhöht sich zwar der Aufwand für die Ramanzelle; gleichzeitig kann jedoch sowohl beim Kupferdampf als auch CO2-Laser die Pulsleistung um den Faktor 3 bis 5 reduziert werden.
Schließlich kann statt des Kupferdampflasers ein anderer Metalldampf-Laser, wie z. B. Golddampf-Laser, mit vergleich­ barer Pulsleistung und Wiederholrate benutzt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Erzeugung von Laserstrahlung hoher Wieder­ holfrequenz im Infrarotbereich, insbesondere von 16- µm-La­ serstrahlung zum Zwecke der Uran-Isotopentrennung, bei dem gepulste CO2-Laserstrahlung in einer refocussierenden Viel­ fach-Reflektionskammer durch stimulierte Ramanstreuung in gasförmigem Wasserstoff in den relevanten Wellenlängenbe­ reich transformiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der besonders bei hoher Wiederholfre­ quenz schwer erzeugbaren erforderlichen Pulsleistung des CO2-Lasers die Emissionspulse eines kurzwelligen Metall­ dampf-Lasers gleichzeitig und kollinear mit den CO2-Laser­ pulsen in die Vielfach-Reflexionskammer eingekoppelt werden,
  • - wobei die Leistung des Metalldampflasers so gewählt ist, daß bei einem der ersten Durchgänge in der Vielfach-Re­ flexionskammer die Schwelle der stimulierten Raman- Streuung für das Metalldampflaserlicht erreicht wird, wodurch gleichzeitig durch 4-Photonen-Mischung aus dem CO2-Laserlicht 16-µm-Strahlung erzeugt wird, die im weiteren Durchgang durch die Vielfach-Reflexionskammer bis zu der für die technische Anwendung erforderlichen Leistung verstärkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metalldampfdampf-Laser ein Kupferdampf-Laser hoher Wiederholfrequenz benutzt wird.
3. Verfahren nach den Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als CO2-Laser ein kontinuierlich angeregter Nieder­ drucklaser benutzt wird, dessen Emission gepulst mit an den Kupferdampf-Laser angepaßter Wiederholfrequenz und Pulsdauer erfolgt.
DE19873735200 1987-10-17 1987-10-17 Verfahren zur erzeugung von laserstrahlung hoher wiederholungsfrequenz im infrarotbereich, insbesondere zur uran-isotopentrennung Ceased DE3735200A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19873735200 DE3735200A1 (de) 1987-10-17 1987-10-17 Verfahren zur erzeugung von laserstrahlung hoher wiederholungsfrequenz im infrarotbereich, insbesondere zur uran-isotopentrennung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19873735200 DE3735200A1 (de) 1987-10-17 1987-10-17 Verfahren zur erzeugung von laserstrahlung hoher wiederholungsfrequenz im infrarotbereich, insbesondere zur uran-isotopentrennung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3735200A1 true DE3735200A1 (de) 1989-05-03

Family

ID=6338544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19873735200 Ceased DE3735200A1 (de) 1987-10-17 1987-10-17 Verfahren zur erzeugung von laserstrahlung hoher wiederholungsfrequenz im infrarotbereich, insbesondere zur uran-isotopentrennung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3735200A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3919673A1 (de) * 1989-06-16 1991-01-03 Uranit Gmbh Verfahren zur konversion von laserstrahlung in einen anderen wellenlaengenbereich durch ramanstreuung und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2363065A1 (de) * 1973-03-21 1974-10-03 Ibm Verfahren und anordnung zur erzeugung einer im infrarotbereich oder ultraviolettbereich liegenden abstimmbaren strahlung
US4348599A (en) * 1980-05-16 1982-09-07 Centre Nationale De La Recherche Scientifique Process and device for delivering a monochromatic light beam by stimulated scattering
DE2810791C3 (de) * 1978-03-13 1985-06-05 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Verfahren und Vorrichtung zum Trennen eines gasförmigen Gemisches aus Isotopenverbindungen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2363065A1 (de) * 1973-03-21 1974-10-03 Ibm Verfahren und anordnung zur erzeugung einer im infrarotbereich oder ultraviolettbereich liegenden abstimmbaren strahlung
DE2810791C3 (de) * 1978-03-13 1985-06-05 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Verfahren und Vorrichtung zum Trennen eines gasförmigen Gemisches aus Isotopenverbindungen
US4348599A (en) * 1980-05-16 1982-09-07 Centre Nationale De La Recherche Scientifique Process and device for delivering a monochromatic light beam by stimulated scattering

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BYER, R.L., TRUTNA, W.R.: 16mum generation by CO¶2¶-pumped rotational Roman scattering in H¶2¶, in US-Z.: Optics Letters, Vol. 3, No. 4, 1978, pp. 144-146 *
CARLSTEN, J.L., WENZEL, R.G.: Stimulated Rotational Roman Scattering in CO¶2¶-Pumped Para-H¶2¶, in US-Z.: IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-19, No. 9, 1983, pp. 1407-1413 *
RABINOWITZ, P. et al.: Stimulated rotational Roman scattering form para-H¶2¶ pumped by a CO¶2¶ TEA laser, in US-Z.: Optics - Letters, Vol. 3, No. 4, 1978, pp. 147-148 *
SCHMATJKO, K.-J.: Generation of Continuously Tunable 16mum Laser Radiation by Four-Wave Mixing in Para-H¶2¶, in DE-Z.: Siemens Forsch.- u. Entwickl.-Ber., Bd. 16, Nr. 4, 1987, S. 136-140 *
US-Buch: The Laser Guidebook, J. Hecht, Mc-Graw-Hill 1986, Chapter 12 -ISBN 0-07-027733-8 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3919673A1 (de) * 1989-06-16 1991-01-03 Uranit Gmbh Verfahren zur konversion von laserstrahlung in einen anderen wellenlaengenbereich durch ramanstreuung und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Maine et al. Generation of ultrahigh peak power pulses by chirped pulse amplification
Mourou et al. Ultrahigh‐intensity lasers: Physics of the extreme on a tabletop
Kryukov Ultrashort-pulse lasers
Knox Femtosecond optical pulse amplification
Klingebiel et al. 220mJ ultrafast thin-disk regenerative amplifier
DE69011928T2 (de) Ramankonverter und Ramanlasersysteme mit solchen Konvertern.
DE2630984A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung kohaerenter 14 und 16 mikron strahlung
DE3735200A1 (de) Verfahren zur erzeugung von laserstrahlung hoher wiederholungsfrequenz im infrarotbereich, insbesondere zur uran-isotopentrennung
Novak et al. Thin disk picosecond pump laser for jitter stabilized kHz OPCPA
DE102006056334B4 (de) Faser-Laser-Anordnung mit regenerativer Impulsverstärkung und Verfahren
Hutchinson Terawatt lasers
DE2714666A1 (de) Gaslaser
DE3736924A1 (de) Vorrichtung zur erzeugung von laserstrahlung hoher durchschnittsleistung, insbesondere zur uran-isotopentrennung
Loy et al. Generation of 16‐μm radiation by four‐wave mixing in para‐hydrogen
DE2308531A1 (de) Q-schalter
DE2418981B2 (de) Verfahren und einrichtung zur optischen doppelanregung eines stimulierbaren mediums zum verringern der zeitlichen schwankungen der laserpulse im pulsbetrieb mit passiv phasengekoppelter gueteschaltung
Scott et al. Simultaneous determination of the spectral and temporal properties of tunable, single, picosecond pulses from a short cavity dye laser
DE2824087A1 (de) Ramanlaser
DE102004047163B4 (de) Vorrichtung zur Erzeugung einer Laserstrahlung im Infrarotbereich
Grischkowsky et al. An atomic Rydberg state 16-µ laser
Popov High-power excimer lasers and new sources of coherent radiation in the vacuum ultraviolet
Maine et al. Tabletop terawatt laser by chirped pulse amplification
DE2903654A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur trennung atomarer und molekularer isotope
Zysset et al. High repetition rate femtosecond dye amplifier using a laser diode pumped neodymium: YAG laser
Hohla et al. Max Planck Institut für Plasma Physik

Legal Events

Date Code Title Description
8120 Willingness to grant licenses paragraph 23
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: JETTER, HEINZ-LEONHARD, DR., 5170 JUELICH, DE

8110 Request for examination paragraph 44
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: JETTER, HEINZ -LEONHARD, DR. RER. NAT., 41849 WASS

8131 Rejection