DE4015861C2 - Excimer-Laser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Excimer-Laser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, mit einer ein aktives Medium enthaltenden Entladungskammer, einem teildurchlässigen Auskopplungsreflektor auf der Auskopplungsseite der Entladungskammer und einer einen Reflektor aufweisenden wellenlängenselektiven Endreflektoranordnung auf der Endreflektorseite der Entladungskammer.

Excimer-Laser sind seit langem bekannt. Eine zusammenfassende Darstellung gattungsgemäßer Excimer-Laser finden sich beispielsweise in "Tunable Lasers", Herausgeber L. F. Mollenauer und J. C. White, Springer-Verlag, Berlin (1987), Kapitel 2 "Excimer- Lasers" von M. H. R. Hutchinson.

Bei Verwendung breitbandig reflektierender Reflektoren auf beiden Seiten des Resonators ist das emittierte Spektrum durch das Verstärkungsprofil des aktiven Mediums bestimmt. Die Verwendung einer wellenlängenselektiven Endreflektoranordnung auf der Endreflektorseite der Entladungskammer ermöglicht es, den Laser schmalbandig selektiv auf eine bestimmte Wellenlänge innerhalb des Verstärkungsprofils einzustel­ len. Mit Hilfe einer einstellbaren Endreflektoranordnung kann die emittierte Wellenlänge über das gesamte Verstär­ kungsprofil des aktiven Mediums durchgestimmt werden.

Excimer-Laser zeichnen sich vor allem durch hohe Puls­ energien im UV-Bereich aus. Deswegen haben sie auf Anwen­ dungsgebieten, bei denen dies wichtig ist, sehr große praktische Bedeutung erlangt. Beispielsweise werden sie in der Verbrennungsdiagnostik eingesetzt, um technische Verbrennungen mit hoher zeitlicher und örtlicher Auflö­ sung beobachten zu können. Beispiele sind Untersuchungen an Verbrennungsmotoren oder als zukünftige Anwendung die Analyse von Flammen in Hochöfen oder Müllverbrennungsan­ lagen.

Ein besonders wichtiger weiterer Anwendungsfall ist die Untersuchung von Gasen im Windkanal. Hier sind Excimer- Laser praktisch das ausschließliche Mittel der Wahl, weil nur mit diesen die Luftmoleküle angeregt werden können. In diesem Fall wird üblicherweise ein Argonfluorid- Excimer-Laser eingesetzt.

Insbesondere bei der Analyse von technischen Verbrennun­ gen besteht vielfach der Bedarf, eine zweite Wellenlänge zur Verfügung zu haben. Zu diesem Zweck wurden bisher überwiegend zwei getrennte Lasersysteme eingesetzt (M. Ald´n, H. Edner, S. Svanberg, Appl. Phys. B29, 93 (1982); zur Temperaturbestimmung: M. Ald´n et al., Optics Letters, 8, 241-243, (1983)). Dies ist jedoch mit sehr hohen Kosten, erheb­ lichem Raumbedarf und hohem Justieraufwand verbunden. Um die erforderlichen Eigenschaften, insbesondere hinsicht­ lich der Kollinearität und der Synchronisation der Laser­ strahlen zu gewährleisten, ist ein sehr hoher technischer Aufwand erforderlich.

Zum simultanen Betrieb eines Excimer-Lasers mit zwei Wellenlängen wurde vorgeschlagen, zwei verschiedene elektronische Übergänge von Xenonfluorid oder eine Mischung verschiedener Edelgashalogenide zu verwenden (R. Sauerbrey, Y. Zhu, F.K. Tittel, W.L. Wilson, Jr., N. Nishida, F. Emmert, and W.L. Nighan, IEEE J. Quantum Electron. 21, 418 (1985) und R.A. Sauerbrey, W.L. Nighan, F.K. Tittel. W.L. Wilson, Jr., and J. Kinross-Wright, IEEE J. Quantum Electron. 22, 230 (1986)). Hierbei emit­ tiert das aktive Medium in zwei Wellenlängenbereichen breitbandig. Die Reflektoren des optischen Resonators weisen keine Wellenlängenselektivität auf. Derartige Lasersysteme sind aufgrund der breitbandigen Emission für viele Anwendungszwecke ungeeignet, insbesondere für spektroskopische Anwendungen wie z. B. laserinduzierte Fluoreszenz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen UV-Laser für hohe Pulsenergien zur Verfügung zu stellen, der mit vergleichsweise geringem Aufwand zwei oder mehr Wellen­ längen schmalbandig emittiert. Vorzugsweise sollen die Wellenlängen einstellbar sein.

Die Aufgabe wird durch einen Excimer-Laser der eingangs bezeichneten Art gelöst, bei dem die Endreflektoranord­ nung für mindestens zwei Wellenlängen selektiv und derar­ tig aufgebaut und positioniert ist, daß aus dem Strahlweg der Entladungskammer einfallendes Licht der mindestens zwei Wellenlängen als parallel zueinander laufende Teil­ strahlen in den Strahlweg der Entladungskammer reflek­ tiert wird.

Die für mehrere Wellenlängen selektive Endreflektorein­ richtung läßt sich auf verschiedenerlei Weise realisie­ ren. Die Reflexion sollte möglichst schmalbandig selektiv und verlustarm sein.

Im Zusammenhang mit Farbstoff-Lasern ist bereits Anfang der Siebziger Jahre vorgeschlagen worden, einen Zwei­ wellenlängenbetrieb mit Hilfe einer beide Wellenlängen selektiv reflektierenden Endreflektoreinrichtung zu er­ möglichen. Hierzu seien folgende Publikationen genannt:
H.S. Pilloff, Appl. Phys. Lett. 21, 339 (1972);
P. Dezauzier, A. Eranian, and O. de Witte, Appl. Phys Lett. 22, 664 (1973);
P. Flamant and Y.H. Meyer, Opt. Comm. 13, 13 (1975);
H. Lotem and R.T. Lynch, Jr., Appl. Phys. Lett 27, 344 (1975);
R. Wallenstein, in: Laser Handbook, Vol. 3, ed. by M.L. Stitch, North-Holland 1979, Amsterdam.

In diesen Publikationen, insbesondere in dem zuletzt ge­ nannten zusammenfassenden Artikel, wird deutlich, daß alle vorgeschlagenen Lösungen gravierende Nachteile auf­ weisen, die dazu geführt haben, daß diese Anordnungen keine praktische Bedeutung haben. Bei manchen Vorschlägen führte die wechselweise Beeinflussung der Verstärkung (gain competition) zu erheblichen Verlusten der Gesamtin­ tensität und zu einer völlig unzureichenden Stabilität. Es wurde beobachtet, daß die Intensität dieser Laser wäh­ rend eines Laserpulses mehrfach zwischen den beiden Wel­ lenlängen oszilliert. Bei anderen vorgeschlagenen Anord­ nungen waren die Wellenlängen nicht unabhängig voneinan­ der einstellbar.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich als beson­ ders vorteilhaft erwiesen, innerhalb der Endreflektorein­ richtung zwei getrennt einstellbare Reflektoren zu ver­ wenden, die jeweils einen der Teilstrahlen reflektieren. Dadurch ist es möglich, beide Wellenlängen innerhalb des gesamten Verstärkungsprofils des aktiven Mediums unabhän­ gig voneinander einzustellen. Überraschenderweise verur­ sacht die Justierung dabei keine Probleme.

Überraschenderweise tritt bei dem erfindungsgemäßen Be­ trieb eines Excimer-Lasers mit zwei oder mehr Wellenlän­ gen keine Modenkompetition auf. Die Verstärkung beider Wellenlängen erweist sich vielmehr als weitgehend unab­ hängig voneinander. Es war auch nicht zu erwarten, daß der Betrieb stabil sein würde, d. h. daß die Intensitäten der beiden Wellenlängen zeitlich nicht schwanken. In der Tat zeigt sich jedoch, daß sowohl hinsichtlich der ein­ zelnen Pulse als auch hinsichtlich Intensitätsschwan­ kungen von Puls zu Puls die Stabilität im erfindungs­ gemäßen Mehrwellenbetrieb praktisch ebenso gut wie bei nur einer Wellenlänge ist. Dadurch, daß beide Teilstrah­ len einen gemeinsamen Auskopplungsreflektor verwenden, sind sie hervorragend kollinear.

Diese Eigenschaften des erfindungsgemäßen Lasers ermögli­ chen zahlreiche Anwendungen in der Laserdiagnostik, die bisher überhaupt nicht oder nur mit großem Aufwand zu realisieren waren.

Bisher ist kein Vorschlag für einen schmalbandigen Zwei- Wellenlängen-Betrieb im UV bekannt. Im Prinzip erscheint es zwar möglich, die Frequenzen der Zwei-Wellenlängen- Emission eines Farbstofflasers mit nichtlinearen Kristal­ len zu verdoppeln. Dies würde zwei Verdopplerkristalle und erheblichen Justieraufwand erfordern, außerdem wäre die Effizienz der Frequenzverdopplung im Zwei-Wellen­ längen-Betrieb erheblich niedriger als im Ein-Wellen­ längen-Betrieb. Insofern ist ein Zwei-Wellenlängen­ Betrieb im UV mit frequenzverdoppelten Farbstofflasern nicht praktikabel.

Die vorliegende Erfindung realisiert einen schmalbandigen Zwei-Wellenlängen-Laser im UV. Außerdem sind die Wellen­ längen unabhängig voneinander durchstimmbar, und die gegenseitige Beeinflussung der beiden Wellenlängen ist gering.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert; es zeigt

Fig. 1 Eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Excimer-Lasers,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Laserstrahl entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 das Ausgangsspektrum eines erfindungsgemäßen Excimer-Lasers in sieben verschiedenen Einstel­ lungszuständen,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung eines Meßaufbaus zur Messung der zweidimensionalen laserinduzierten Fluoreszenz einer Flamme,

Fig. 5a und 5b jeweils eine mit einem erfindungsge­ mäßen Laser gewonnene zweidimensionale Vertei­ lung der OH-Moleküle bzw. der O₂-Moleküle in einer Brennerflamme,

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer Anwendung eines erfindungsgemäßen Excimer-Lasers und eines Meßaufbaus zur zweidimensionalen Temperaturmessung mit nur einem Laser.

Der in Fig. 1 dargestellte Excimer-Laser besteht im wesentlichen aus einer Entladungskammer 1, einem teil­ durchlässigen Auskopplungsreflektor 2 auf der Auskopp­ lungsseite 3 und einer Endreflektoreinrichtung 4 auf der Endreflektorseite 5 der Entladungskammer 1.

Die Endladungskammer 1 hat ein auskopplungsseitiges Fen­ ster 6 und ein endseitiges Fenster 7, welche den Strahl­ weg 8 innerhalb der Entladungskammer 1 begrenzen.

Die Endreflektoreinrichtung 4 besteht im dargestellten bevorzugten Fall aus einer Strahlaufweitungseinrichtung 9 mit drei Prismen 10, 11 und 12 und einem Reflektor 13, der mit einem optischen Gitter in Littrow-Anordnung re­ alisiert ist.

Insoweit ist der Aufbau konventionell. Zahlreiche weitere für den Betrieb eines Excimer-Lasers erforderliche Ein­ zelheiten sind aus der Literatur bekannt. Hierzu wird insbesondere auf die Publikation M.H.R. Hutchinson: "Excimer-Lasers", in: "Tunable Lasers", Herausgeber L.F. Mollenauer und J.C. White, Springer-Verlag, Berlin (1987) verwiesen.

Der wesentliche Unterschied gegenüber bekannten Excimer- Lasern besteht darin, daß die Endreflektoreinrichtung 4 für zwei unterschiedliche und im vorliegenden Fall unab­ hängig voneinander einstellbare Wellenlängen Lambda 1 und Lambda 2 selektiv ist. Zu diesem Zweck sind zwei getrenn­ te Reflektoren 13 und 14 dicht nebeneinander im aufgewei­ teten Strahlengang derartig angeordnet, daß jeder einen (vorzugsweise etwa gleichgroßen) Teil des einfallenden Lichtstrahles reflektiert. Die Gitter 13a und 14a der Reflektoren 13 und 14 sind mit Hilfe von Motoren 15 und 16 um eine zu ihren Gitterlinien parallele (senkrecht zur Zeichenebene verlaufende) Achse schwenkbar, wie dies durch die Pfeile 17 und 18 angedeutet ist. Zur Steuerung der Stellmotoren 15 und 16 dient eine elektronische Steuereinheit 20.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Reflekto­ ren 13 und 14 in dem Strahlengang so angeordnet sind, daß die Teilstrahlen 21a und 21b im wesentlichen räumlich ge­ trennt sind und nur geringfügig überlappen. Die entspre­ chenden Querschnittsflächen des Strahls 21 sind mit 22a und 22b bezeichnet. Obwohl beide Teilstrahlen innerhalb des Lasers sehr eng beieinander angeordnet sind, ist überraschenderweise die gegenseitige Beeinflussung der beiden Wellenlängen gering. Trotz der Beugung überlappen sich die Teilstrahlen nur geringfügig. Dies ist in Fig. 2 durch die Überlappungszone 23 dargestellt. Vorzugsweise sollte die Überlappung weniger als 50%, besonders bevor­ zugt weniger als 20% der gesamten Querschnittsfläche 22 betragen.

Zur Justierung der Teilstrahlen 21a und 21b wird zweck­ mäßigerweise ein Monitor-Etalon verwendet, das außerhalb des Lasers in den Laserstrahl gestellt wird. Einer der Reflektoren 13, 14 wird abgedeckt und justiert, bis ein Ringsystem erscheint. Dies wird für das zweite Gitter wiederholt.

Beide Frequenzen lassen sich mit Hilfe der unabhängig voneinander drehbaren Gitter 13 und 14 weitgehend un­ abhängig innerhalb des gesamten Verstärkungsprofils des Excimer-Lasers durchstimmen.

In Fig. 3 ist die Energie des am Auskopplungsreflektor 2 austretenden Strahls für sieben verschiedene Einstellun­ gen der Gitter 13, 14 gegen die Wellenlänge Lambda aufge­ tragen. Die Daten wurden mit einem Kryptonfluorid- Excimer-Laser gewonnen. Die Laser-Emission wurde in übli­ cher Weise mit Hilfe eines Monochromators, Laserstrahl­ abschwächern, einem Photomultiplier und einem Integrator gemessen. Eine der Wellenlängen (Lambda₂) wurde auf einen konstanten Wert (248,8 nm) am Rande des Verstärkungspro­ fils eingestellt. Die andere Wellenlänge (Lambda₁) wurde über das gesamte Verstärkungsprofil dieses Lasertyps durchgestimmt. Man erkennt, daß die Intensität von Lambda₂ praktisch unabhängig von der Veränderung von Lambda₁ konstant bleibt. Das Ausgangssignal von Lambda₁ entspricht weitgehend dem Verstärkungsprofil des aktiven Mediums.

In dem Ausführungsbeispiel wurden zwei Gitter mit 600 Strichen/mm und einer Länge von 56 mm eingesetzt. Sie wurden in elfter Ordnung betrieben. Damit ergab sich eine Bandbreite von ca. 1 cm^-1. Bei Bedarf kann dieser Wert, z. B. durch Vergrößerung der Strahlaufweitung und Verwen­ dung größerer Gitter verbessert werden. Die konzeptio­ nelle Schmalbandigkeit eines mit einer Reflektoreinrich­ tung hoher Güte betriebenen Excimer-Lasers bleibt bei dem erfindungsgemäßen Mehrwellenlängenbetrieb also erhalten.

Der Wellenlängen-Durchstimmbereich eines Krypton-Fluorid- Lasers mit nur einem Gitter (248,0 bis 248,9 nm) wird beim erfindungsgemäßen Betrieb nur um etwa 10 bis 20% re­ duziert, wobei der kleinste Durchstimmbereich beobachtet wird, wenn eine der Wellenlängen auf das Zentrum des Ver­ stärkungsprofils eingestellt wird. Auch durch diese Er­ gebnisse wird die erstaunlich geringe Wechselwirkung zwi­ schen mehreren Wellenlängen beim erfindungsgemäßen Be­ trieb deutlich.

Auch die emittierte Energie des Excimer-Lasers bleibt beim erfindungsgemäßen Betrieb voll erhalten. Die Summe der Pulsenergien entspricht etwa der Energie beim Einwel­ lenlängenbetrieb.

Der erfindungsgemäße Laser läßt sich im Rahmen der Ver­ brennungsanalyse beispielsweise verwenden, um zeitlich und räumlich hoch aufgelöste bildliche Darstellungen der Verteilung zweier verschiedener Moleküle mit Hilfe laser­ induzierter Fluoreszenz zu ermöglichen. Ein hierzu geeig­ neter Aufbau ist in Fig. 4 dargestellt. Der erfindungs­ gemäß erzeugte Laserstrahl 25 wird von einer Zylinder­ linse 26 zu einem die Flamme 27 durchlaufenden Lichtband 28 aufgeweitet. Die Wellenlängen werden auf jeweils eine Spektrallinie der zu untersuchenden Spezies (Moleküle oder Atome) des Brenngases eingestellt, so daß zwei Spe­ zies gleichzeitig zur Fluoreszenz angeregt werden können. Die zweidimensionale laserinduzierte Fluoreszenz ist seit 1982 bekannt und muß hier nicht näher erläutert werden.

Die Emission der beiden Molekülspezies werden jeweils senkrecht zu dem Lichtband 28 beobachtet. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform werden zwei identi­ sche Detektoranordnungen eingesetzt, die jeweils einen Filter 29a, 29b eine Linse 30a, 30b, einen Bildverstärker 31a, 31b mit einer Kontrolleinheit 31c und eine CCD-Ka­ mera 32a, 32b umfaßt. Die Filter 29a, 29b sind entspre­ chend der nachzuweisenden Spezies gewählt. Die Bildsi­ gnale werden mittels üblicher Verfahren mit einem Com­ puter 33 ausgewertet und auf einem Monitor 34 angezeigt.

Selbstverständlich ist es nicht erforderlich, daß beide Fluoreszenzsignale aus verschiedenen Raumrichtungen beob­ achtet werden. Vielmehr können auch beide Beobachtungssy­ steme auf einer Seite des Verbrennungsvorgangs angeordnet sein. Dies gilt insbesondere, wenn (beispielsweise bei der Analyse von Verbrennungsvorgängen in Motoren) die räumlichen Gegebenheiten den dargestellten Aufbau nicht zulassen.

Die Fig. 5a und 5b zeigen Aufnahmen, die mit jeweils einem Laserpuls und einer Gate-Zeit des Bildverstärkers von 20 nsec gewonnen wurden. Fig. 5a zeigt dabei die Verteilung von OH-Molekülen, Fig. 5b die Verteilung von O2-Molekülen. Man erkennt deutlich die unterschiedliche Verteilung der Spezies. Insbesondere ist Sauerstoff im zentralen Bereich der Flamme stark verarmt.

Dieses Verfahren läßt sich auf eine Vielzahl von Spezies anwenden. Da der erfindungsgemäße Betrieb mit zahlreichen verschiedenen aktiven Medien möglich ist, kann jeweils eine geeignete Anregungswellenlänge gefunden werden. Die Fluoreszenzsignale lassen sich mit Hilfe entsprechender Filteranordnungen trennen.

Weitere Anwendungen des erfindungsgemäßen Lasers sind LIDAR-Anwendungen und Rotations-Raman-Spektroskopie. Für beide Anwendungen ist die hervorragende Kollinearität der Laserstrahlen von entscheidender Bedeutung.

Gemäß einer Anwendung des erfindungsge­ mäßen Lasers ist es möglich, die beiden Teilstrahlen ver­ schiedener Wellenlängen zeitlich gegeneinander zu verzö­ gern. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß die opti­ schen Wege der Teilstrahlen mit verschiedenen Wellenlän­ gen unterschiedlich lang sind.

Eine solche Anwendung ist in Fig. 6 dargestellt, wobei der Laser hinsichtlich der Entladungsröhre 1, des Auskopplungsreflektors 2 und der Strahlaufweitungsein­ richtung 9 übereinstimmend mit Fig. 1 ausgebildet ist.

Die Endreflektoreinrichtung 4 unterscheidet sich jedoch insofern, als ein polarisierender Strahlteiler 40 in dem Strahl 42 derartig angeordnet ist, daß er das einfallende Licht in zwei unterschiedliche polarisierte Teilstrahlen 42a und 42b aufteilt, die auf zwei getrennte und unabhän­ gig einstellbare Reflektoren 13 und 14 gerichtet sind. Sie werden auch hier über Stellmotoren 15, 16 und eine Steuereinheit 20 eingestellt und sind um eine parallel zu den Gitterlinien der Gitter 13a, 14a verlaufende Achse schwenkbar.

Polarisationsstrahlteiler arbeiten praktisch verlustfrei. Durch die Strahlteilung ist es möglich, die gesamte Brei­ te des einfallenden Strahls 42 für jeden der Reflektoren 13, 14 zu nutzen. Die beiden Teilstrahlen 42a, 42b des Strahls 42 überlappen im dargestellten Fall vollständig und sind senkrecht zueinander polarisiert.

Es ist aber auch möglich, im Sinne der oben beschriebenen Anwendungen die beiden Teilstrahlen räum­ lich zu trennen. In diesem Fall müßten beide Reflektoren so verkleinert sein, daß sie jeweils nur den halben Strahl reflektieren (oder es müßten entsprechende Blenden vorgesehen sein).

Bei der in Fig. 6 dargestellten Anwendung ist dem eigentlichen Laser (über Spiegel 41a, 41b) ein Verstärker­ rohr 43 nachgeschaltet. Dies ist bei abstimmbaren Excimer-Lasern üblich und kann auch bei dem erfindungsge­ mäßen Zweiwellenlängen-Laser erfolgreich angewandt werden.

Wie erwähnt, besteht eine Besonderheit der in Fig. 6 dargestellten Anwendung des Lasersystems darin, daß zur Erzeugung von zeitlich gegeneinander verzögerten Impulsen der beiden Teilstrahlen deren optischen Wege unterschiedlich lang sind. Zu diesem Zweck sind zwei polarisierende Strahl­ teiler 44a und 44b vorgesehen, die einen der Teilstrahlen 42a auf eine Verzögerungsstrecke 45 ablenken. Er wird an einem Spiegel 46 reflektiert und durch den Strahlteiler 44b zeitlich verzögert mit dem Teilstrahl 42b zusam­ mengefaßt, welcher auf direktem Wege durch die Strahl­ teiler 44a, 44b durchgelaufen ist.

In einer im einzelnen nicht dargestellten alternativen Anwendung könnte nur der erste polarisierende Strahlteiler 44a verwendet werden, um die polarisierten Teilstrahlen 42a, 42b zu trennen. Über ein Strahllenksy­ stem (z. B. Spiegel) könnten diese Teilstrahlen beliebig auf das jeweilige Meßobjekt gerichtet werden.

Eine besonders wichtige Verwendung des erfindungsgemäßen Mehrwellenlängen-Excimer-Lasers ist die Messung der Tem­ peratur eines Gases durch Anregung von zwei verschiedenen Spektrallinien eines Atoms oder Moleküls. Dies ist grund­ sätzlich auch mit zwei simultan auftreffenden Strahlen zweier Wellenlängen möglich, wobei jedoch in diesem Fall durch die Trennung der Fluoreszenzsignale mit optischen Filtern erhebliche Intensitätsverluste eintreten.

Besonders bevorzugt ist für diesen Zweck deshalb ein Zweiwellenlängen-Laser, welcher gegeneinander zeitlich verzögerte Impulse erzeugt, wie er beispielsweise in der Anwendung gemäß Fi­ gur 6 dargestellt ist. Es muß jedoch betont werden, daß ein solcher Laser auch für andere Zwecke mit besonderem Vorteil verwendet werden kann.

Eine für eine derartige Temperaturmessung geeignete Meß­ anordnung ist in Fig. 6 ebenfalls in einer Prinzipdar­ stellung wiedergegeben. Auch in diesem Fall wird das Laserlicht durch eine Zylinderlinse 48 zu einem Lichtband aufgeweitet und durch die zu untersuchende Flamme 49 geleitet. Über ein Linsensystem 50 werden die Fluores­ zenzsignale durch einen Strahlteiler 51 auf zwei getrenn­ te CCD-Kameras 52 und 53 abgebildet. Diese sind an ein digitales Bildverarbeitungssystem 54 angeschlossen.

Durch die zeitliche Verzögerung der Impulse beider Teil­ strahlen wäre es grundsätzlich möglich, mit nur einer CCD-Kamera zu arbeiten. Die mit Hilfe einer Verzögerungs­ strecke 45 mit konstruktiv akzeptablen Abmessungen er­ reichbare Verzögerung ist jedoch sehr kurz. Mit einer Verzögerungsstrecke von etwa 10 Meter wird beispielsweise eine Verzögerung von 33 nsec erreicht. Es sind derzeit keine Kameras verfügbar, deren bildsignalerzeugende Ele­ mente in derartig kurzen Zeitabständen angesteuert werden können. Der Strahlteiler 51 ermöglicht keine Trennung der beiden Fluoreszenz-Nutzsignale, sondern verteilt diese gleichmäßig auf beide Kameras. Diese werden zeitlich so getriggert, daß jede Kamera nur auf eines der Fluores­ zenzsignale registriert.

Durch diese Ausgestaltung der Erfindung steht somit ein Zweiwellenlängen-Laser mit hoher Pulsenergie im UV-Be­ reich zur Verfügung, bei dem die Teilstrahlen dicht bei­ einander liegen oder überlappen, hervorragend kollinear sind und zugleich die zeitliche Verzögerung eine Trennung der Nutzsignale ohne optische Filterung erlaubt. Dies ist für Zwei-Linien-Temperaturmessungen und den simultanen Nachweis mehrerer Spezies durch laserinduzierte Fluo­ reszenz von größtem Wert.

Claims (8)

1. Excimer-Laser mit
einer Entladungskammer (1), in welcher der Strahlweg (8) ein aktives Medium (1a) durchläuft,
einem teildurchlässigen Auskopplungsreflektor (2) auf der Auskopplungsseite (3) der Entladungskammer (1) und
einer einen Reflektor (13) aufweisenden wellenlängenselektiven Endreflektoreinrichtung (4) auf der Endreflektorseite (5) der Entladungskammer (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Endreflektoreinrichtung (4) für mindestens zwei Wellenlängen selektiv und derartig aufgebaut und positioniert ist, daß aus dem Strahlweg (8) der Entladungskammer (1) einfallendes Licht der mindestens zwei Wellenlängen als parallel zueinander laufende Teilstrahlen (21a, 21b; 42a, 42b) in den Strahlweg (8) der Entladungskammer (1) reflektiert wird.

2. Excimer-Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden reflektierten Teilstrahlen (21a, 21b) innerhalb des Lasers im wesentlichen getrennte Querschnittsflächen (22a, 22b) des aktiven Mediums (1a) durchlaufen.

3. Excimer-Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endreflektoreinrichtung (4) eine Strahlaufweitungseinrichtung (9) und als Reflektor (13) mindestens ein optisches Gitter (13a) in Littrow-Anordnung aufweist.

4. Excimer-Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endreflektoreinrichtung (4) zwei getrennt einstellbare Reflektoren (13, 14) aufweist, die jeweils einen der Teilstrahlen (21a, 21b; 42a, 42b) reflektieren.

5. Excimer-Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endreflektoreinrichtung (4) eine Polarisationseinrichtung aufweist, die die beiden Teilstrahlen (42a, 42b) unterschiedlich polarisiert.

6. Excimer-Laser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang der Endreflektoreinrichtung (4) ein polarisierender Strahlteiler (40) derartig angeordnet ist, daß er das aus der Entladungskammer (1) einfallende Licht in zwei unterschiedlich polarisierte Teilstrahlen (42a, 42b) teilt, die auf zwei Reflektoren gerichtet sind.

7. Excimer-Laser nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Auskopplungsseite der Entladungskammer ein polarisierender Strahlteiler (44a) im Strahlengang angeordnet ist, der die unterschiedlich polarisierten Teilstrahlen trennt.

8. Verwendung eines Excimer-Lasers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Messung der Temperatur eines Gases durch Anregung von zwei verschiedenen Spektrallinien eines Atoms oder Moleküls des Gases.