NL9001066A

NL9001066A - Werkwijze voor de conversie van laserstraling in een ander golflengtegebied door raman-verstrooiing, en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

Info

Publication number: NL9001066A
Application number: NL9001066A
Authority: NL
Original assignee: Uranit Gmbh
Priority date: 1989-06-16
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1991-01-16
Also published as: US5033051A; DE3919673A1; FR2648629A1; JPH0332091A; GB2233491A; DE3919673C2; GB2233491B; GB9012508D0

Description

Werkwijze voor de conversie van laserstraling in een ander golflengtegebied door Raman-verstrooiïng, en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de conversie van laserstraling van een pomplaser in een ander golflengtegebied door gestimuleerde Raman-verstrooiïng, waarbij de laserstraling van de pomplaser door een Raman-medium wordt heengeleid, waardoor Stokes-straling in het andere golflengtegebied wordt opgewekt, alsmede een inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze .

Een werkwijze en een inrichting van deze soort zijn onder de titel "Stimulated rotational Raman scattering from para-H2 pumped by a CC^TEA laser" door P. Rabinowitz, A. Stein, R. Brickman en A. Kaldor in het tijdschrift Opties Letters, vol. 3, nr. 4, oktober 1978, blz. 147 tot 148 beschreven. Daarbij wordt door gestimuleerde Raman-verstrooiïng van een C02-pomplaserstraal in para-H2 Stokes-straling in het gebied van 16 pm opgewekt, zoals dit voor isotopenselectieve excitatie van UF^-moleculen bij het moleculaire laserproces nodig is.

Bij effektieve conversie van deze pompstraling in het golflengtegebied van 16 p is evenwel het vereiste piekvermogen van de C02-straling zo hoog, dat de in de laser en de conversieapparatuur gebruikte optische componenten sterk worden belast. Verder is bij het hoge piekvermogen het gevaar zeer groot, dat het in het Raman-medium komt tot door straling geïnduceerde gasdoorbraken, welke een Raman-conversie verhinderen.

Een werkwijze en inrichting, die het mogelijk maken het piekvermogen van de C02-pompstraling onder instandhouden van een goed conversierendement te verlagen, wordt beschreven in het tijdschrift IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. QE-19, nr. 9, september 1983, blz. 1407 tot 1413 onder de titel "Stimulated rotational Raman scattering in C02~pumped para-H2" door J.L. Carlsten en R.G. Wenzel. De verlaging van het piekvermogen wordt bereikt, doordat gelijktijdig en colineair met de pomp- straling Seed-straling (kiemstraling) van een Seed-laser in de conversieapparatuur wordt ingestraald.

Evenwel is de daarbij noodzakelijke afstemming van de golflengte van de straling van de Seed-laser op de door de golflengte van de pompstraling bepaalde Stokes-straling lastig en omslachtig. Verder is het niet eenvoudig de Seed-straling met de pompstraling bijeen te brengen, in de tijd te synchroniseren en ruimtelijk afdoende goed te overlappen.

Een werkwijze en inrichting, waarbij de Seed-straling niet door een Seed-laser geleverd wordt, maar door de techniek van de vier-golven-vermenging wordt opgewekt, zijn beschreven onder de titel "16 ;im generation by CC^-pumped rotational Raman scattering in H2" door R.L. Byer en W.R. Trutna in het tijdschrift Opties Letters, vol. 3, nr. 4, oktober 1978, blz. 144 tot 146. Bij deze werkwijze moet tegelijk een colineair met de pompstraling de straling van een kortgolvige hulplaser in de conversieapparatuur worden ingespiegeld. Vanwege de bij de kortere golflengte hogere Raman-versterking wordt de straling van de hulplaser direkt na intreden in de conversieapparatuur door Raman-conversie omgezet. Bij aanwezigheid van de pompstraling wordt daarbij ook Stokes-straling met de door de pompstraling bepaalde golflengte opgewekt, welke dan werkt als Seed-straling.

De aldus opgewekte Seed-straling heeft zodoende automatisch de juiste golflengte. Er blijft evenwel de moeilijkheid bestaan pompstraling en straling van de hulplaser bijeen te voeren, in de tijd te synchroniseren en ruimtelijk geschikt te superponeren.

Aan de uitvinding ligt nu het doel ten grondslag een werkwijze en een inrichting van de in de aanhef genoemde soort zodanig uit te voeren, dat men ook zonder toepassing van een extra Seed-laser of hulplaser een efficiënte conversie van de laserstraling van de pomplaser in de gewenste Stokes-straling bereikt bij relatief laag piekvermogen van de pomplaser.

Hiertoe voorziet de uitvinding in een werkwijze zoals in de aanhef omschreven, met het kenmerk, dat a) de uit het Raman-medium uittredende laser- straling van de pomplaser en de Stokes-straling gemeenschappelijk worden toegevoerd naar een versterker voor de laserstraling van de pomplaser, en dat b) de aldus versterkte laserstraling van de pomplaser gemeenschappelijk met de begeleidende Stokes-straling door een verder Raman-medium wordt heengevoerd voor de conversie van de versterkte laserstraling van de pomplaser in Stokes-straling.

De uitvinding voorziet verder in een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze als boven omschreven met een in het golflengtegebied van 10 ,um geëmitteerde CC>2-pomplaser, waarachter een Raman-cel met parawaterstof als Raman-medium (voorversterker voor Stokes-straling) geschakeld is, waarin door conversie van de 10 um laserstraling van de C02-pomplaser Stokes-straling in het golflengtegebied van 16 pm wordt opgewekt, met het kenmerk dat a) achter de Raman-cel een CC>2-laserversterker (versterker voor pompstraling) en b) achter de C02~laserversterker een verdere met parawaterstof bedreven Raman-cel (vermogenstrap voor Stokes-straling) geschakeld zijn.

Op voordelige wijze kan de uitvoering daarbij zodanig zijn, dat in de aansluiting aan de C02~pomplaser meerdere uit voorversterker voor de Stokes-straling en versterker voor de pompstraling samengevatte eenheden achter elkaar geschakeld zijn.

Bij de uitvinding wordt de in het eerste, achter de pomplaser geschakelde Raman-medium opgewekte Stokes-straling gebruikt als basis voor de Seed-straling. Daarbij wordt het piekvermogen van de pomplaser zo laag gekozen, dat de conversie in het Raman-medium zich overwegend beweegt in het klein-signaalgebied. Derhalve wordt de pomppuls door reflectieverliezen in de conversieapparatuur weliswaar afgezwakt, maar in de pulsvorm vrijwel niet veranderd. Het vermogen van de simultaan en colineair met de straling van de pomplaser in het Raman-medium opgewekte Stokes-straling wordt evenwel, uitgaande van de door spontane Raman-straling gegeven uitgangswaarde, over meerdere ordes van grootte, kenmerkend 9 tot 12, verhoogd.

De afgezwakte pomppuls wordt dan gemeenschappelijk met de begeleidende Stokes-straling naar een versterker voor de pompstraling toegestuurd en daar versterkt, bijvoorbeeld op zijn uitgangswaarde voor het intreden in het Raman-medium. Daarbij wordt de meelopende Stokes-straling weliswaar weer afgezwakt, maar kenmerkend slechts over één tot twee ordes van grootte. Men bereikt aldus een aanzienlijke netto winst aan Stokes-straling. De aldus versterkte pompstraling wordt nu gemeenschappelijk met de Stokes-straling door een verder Raman-medium gevoerd.

Hier vindt een zeer effektieve conversie van de pompstraling en Stokes-straling plaats, aangezien de mee-ingevoerde Stokes-straling uit de versterker werkzaam is als de in het begin genoemde Seed-straling, waarbij evenwel geen afstemming van de golflengte meer nodig is. Verder is de optimale ruimtelijke superponering van de Seed-straling en pompstraling automatisch gegeven. Bovendien zijn Seed-straling en pompstraling in de tijd gesynchroniseerd.

Een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding wordt in het volgende aan de hand van de tekeningen toegelicht.

Pig. 1 toont schematisch de opbouw van de inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 2a toont in een diagram het verloop van het piek-vermogen van de laserstraling van de pomplaser in MW over de weg van de laserstraling door de inrichting.

Fig. 2b toont in een diagram het verloop van de Stokes-straling (log. W) over dezelfde weg door de inrichting) .

Voor het opwekken van de pompstraling (getrokken lijn IA) dient een CC>2-pomplaser 1 met een pulspiekver-mogen van ca. 20 MW of minder, welke een laserstraling emiteert in het golflengtegebied van 10 ;Λΐη. Bij dit vermogen bestaat in het algemeen nog geen gevaar van beïnvloeding van optische componenten of van doorslagen in het Raman-medium. Deze straling la wordt door een Raman-cel 2 (conversieapparatuur) geleid, welke gevuld is met parawaterstof tot 300 K als Raman-medium en in de voorliggende samenhang de funktie van een voorversterker voor Stokes-straling heeft. In deze cel 2 wordt door gestimu- leerde rotatie-Raman-verstrooiïng de straling la in de

Stokes-straling van het gewenste golflengtegebied van 16 jam geconverteerd (gebroken lijn 2a). Daarbij wordt de pompstraling door reflectieverliezen .verzwakt (zie fig. 2a), terwijl de Stokes-straling van een beginwaarde -12 van ca. 10 W tot ongeveer 1 W aan het einde van de cel 2 stijgt (zie fig. 2b).

De uit de Raman-cel 2 uittredende, verzwakte laser-straling lb van de pomplaser 1 en de Stokes-straling 2a worden gemeenschappelijk toegevoerd naar een CC^-versterker 3, waarin de pompstraling lb van 10 jim weer op ongeveer de oorspronkelijke waarde van 20 MW wordt verhoogd (lijn lc). Aangezien de versterker 3 in het golflengtegebied van 16 jam absorbeert, wordt de Stokes-straling over één tot twee ordes van grootte afgezwakt.

Dit is weliswaar een schijnbaar nadeel, maar aan de hand van het diagram van fig. 2b is te zien, dat een voldoende grote netto winst aan 16 jam Stokes-straling 2b aan de uitgang van de versterker 3 als Seed-straling (kiemstraling) voor de daarachter geschakelde vermogens-trap 4 overblijft. Deze vermogenstrap 4 bestaat uit een verdere Raman-cel, die eveneens gevuld is met parawaterstof. In deze vermogenstrap 4 wordt de 10 jam pompstraling lc op grond van de begeleidende en gemeenschappelijk met haar ingevoerde Stokes-straling 2b zeer effektief geconverteerd in de gewenste 16 jam Stokes-straling. Zoals uit fig. 2a is te zien, valt het vermogen van de pompstraling tijdens de weg door de vermogenstrap 4 sterk af, terwijl over dezelfde weg het vermogen van de 16 .urn Stokes-straling over slechts zes ordes van grootte, dat wil zeggen van een beginwaarde van minder dan 1 watt

C

tot boven 10 watt stijgt.

Indien men het pulspiekvermogen van de pomplaser 1 verder omlaag wil brengen, kan men in de aansluiting aan de pomplaser 1 ook meerdere uit voorversterkers 2 voor de Stokes-straling 2a en versterker 3 voor de pompstraling lb samengevatte eenheden 2, 3 achteraan schakelen.

- conclusies -

Claims

1. Werkwijze voor de conversie van laserstraling van een pomplaser in een ander golflengtegebied door gestimuleerde Raman-verstrooiïng, waarbij de laserstraling van de pomplaser door een Raman-medium wordt heengeleid, waardoor Stokes-straling in het andere golflengtegebied wordt opgewekt, met het kenmerk, dat a) de uit het Raman-medium (2) uittredende laserstraling (lb) van de pomplaser (1) en de Stokes-straling (2a) gemeenschappelijk worden toegevoerd naar een versterker (3) voor de laserstraling (lb) van de pomplaser (1) , en dat b) de aldus versterkte laserstraling (lc) van de pomplaser (1) gemeenschappelijk met de begeleidende Stokes-straling (2b) door een verder Raman-medium (4) wordt heengevoerd voor de conversie van de versterkte laserstraling (lc) van de pomplaser (1) in Stokes-straling.

2. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, met een in het golflengtegebied van 10 pm geëmitteerde CC^-pomplaser, waarachter een Raman-cel met parawaterstof als Raman-medium (voorversterker (2) voor Stokes-straling) geschakeld is, waarin door conversie van de 10 pm laserstraling van de CC^-pomplaser Stokes-straling in het golflengtegebied van 16 pm wordt opgewekt, met het kenmerk, dat a) achter de Raman-cel (2) een CC^-laserversterker (versterker (3) voor pompstraling (lb)) en b) achter de CC^-laserversterker (3) een verdere met parawaterstof bedreven Raman-cel (vermogenstrap (4) voor Stokes-straling (2b)) geschakeld zijn.

3. Inrichting volgens conclusie 2, m e t het kenmerk, dat in de aansluiting aan de CC^ -pomplaser (1) meerdere uit voorversterker (2) voor de Stokes-straling en versterker (3) voor de pompstraling samengevatte eenheden achter elkaar geschakeld zijn.