DE2113464C3 - Flüssigkeitslaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft optische Sender oder Verstärker (Laser) für kohärente Strahlung aus einem flüssigen stimulierbarcn Medium, insbesondere Farbstoffmedium, dessen schneller Umlauf sowohl quer zur Richtung des optischen Resonators auf dessen ganzer Länge als auch quer zur Richtung der Anregungsstrahlung erfolgt.

Bei Flüssigkeitslasern ist ein Aufbau erwünscht, der ein schnelles Austauschen der Flüssigkeit im optischen Resonator, gute Kühlmöglichkeiten für das flüssige stimulierbare Medium sowie einen leichten und schnellen Wechsel der gesamten Farbstoff lösung

ίο gewährleistet. Außerdem muß das stimulierbim: Medium in ihrer Kammer leicht justierbar zur Anregungslichtquelle sein.

Flüssigkeitslaser sind im Prinzip bekannt. Steigendes Interesse finden die sogenannten Farbstofflaser, deren stimulierbares Medium aus einem gelösten organischen Farbstoff besteht, der in der Lösung mit hoher Quantcnausbeute fluoresziert und durch Bestrahlen mit intensivem Licht in einen bezüglich eines oder mehrerer optisch erlaubter (jbci twinge angeregt und zur stimulierten Emission über einen oft weiten Wellenlängenbereich gebracht werden kann. Da bei Erwärmung des stimulierbaren Mediums durch das Aiiregungsiicht Schlieren auftreten und auch eine photochemische Zersiiirung der Farbstoff-

moleküle durch das Anregungslicht stattfindet, ist bei den bekannten Vorrichtungen für das stinuilicrbare Medium ein Vorratsgefäß und ein Zirkulationssysteni vorgesehen, welches für einen ständigen Austausch des stimulierbaren Mediums im optischen Resonator sorgen so',1. Da die praktischen Ilinsalzmöglichkeiten eines Flüssigkeitslasers außer von seinem Wirkungsgrad, d. h. dem Verhältnis von elektrischer Anregungsenergic zur Laserausgangsenergie, auch abhängen von tier Zeit, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden I a'-erimpuNen \erstreicht, bestimmt der Aulbau tier Fliissigkeiiskaminer und da·* Zirkulationssystem wesentlich die Qualität ties f.asers. Fs muß darauf geachtet weiden, da!' bei repetierendem Pulsbetrieb die Faibstofflösun« im optischen Resonalor zwischen zwei Pulsen vollständig ausgetauscht wird, um Schlieren und zerstörte Moleküle zu entfernen, die die Intensität des emittierten LaserliclUes verringern. Außerdem ist es wünschenswert, mit hohen FarbstolTkon/emrationeii /Ai arbeiten, weil die

I cbensdauer der gesamten Lösung proportional zur FaihMoflkonzentration ist. Line hohe Faibstolfkonzentralion hin wiederum bedeutet, daß tier Quctschnitt des optischen Resonalois klein gehalten werden muß. um eine Anregung zur stimulierten Lir.issi.in durch die gesamte Schichtdicke zu ei reichen Zugleich soll aber der Strömungswiderstand in dei Kammer klein sein, damit man mit möglichst kleiner Pumpdrücken für das l.'mlaufsyslem auskommer kann. ,Aus der Vielfall der geschilderten Zusammen· hänge ist es zu verstellen, daß eine befriedigende Lö sung für einen im Dauerbetrieb arbeitenden Färb stoll'Iaser sehr schwer zu erreichen ist. Bei bekanntet 1 ösimgen ist entweder die Lascrleistuim tinbcl'ricdi !.•.end. οιί ι es wird durch zu geringe Austauschge schwindigkeit der Farhslofflösiing die Pulsfrequen eingeschränkt, oder es kommt bei zu schneller Strö nuing zu Turbulen/erschcinungen und Kavitations blasen im optischen Resonator. Außerdem wird di Betriebssicherheit bekannter Flüssigkeitslaser oft da durch beeinträchtigt, daß bei einem Auslauschen de Kammer die Rcsonaiorspiegel dejustiert werden.

Fs sind zwar Farbstofflaser bekanntgeworden, bi denen der Umlauf ties Fnrbsloffnicdiums quer zu

Richtung des optischen Resonators und quer zur Richtung der Anregungsstrahlung erfolgt (Applied Optics, Bd. 9, Nr. 2, Februar 1071), S. 514). Das Prinzip der Querdurchströmung erlaubt einen schnelleren Austausch des stimulierbaren Mediums im optischen Resonator als es im Falle einer Längsdurchstromung möglich ist. Durch den geometrischen Aufbau der bekannten querdurchsirömten Laser sind für eine annehmbare Laserleistung jedoch zwei Anregungslichtqiiellen erforderlich, welche dem optischen Resonator viel Wärme zuführen. Da die Anordnung keine für das Farbstoffmedium vorsieht, Schlierenbildung im optischen Reder Wanne von licMdurch^^"

oder den Resonatorsp.cgeln ^grcw. ^ein

Sei oder im Brewsterw.nkcl angeordne J'ⁿ

Die mit der Erliiulung er«eltun Vot insbesondere dann, daß durth du. Anordnung der einzelnen 1 eile ein grad erreicht wird. Infolge der
kung der stimulierbar MussB^ke" J ; reich des optischen Resonators ^nu_bi cn hältnismäßig kleine Losungsmitlcpumpe um Verweilzeit der stimulierbar» f'^

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gute Wärmeleitfähigkeit der '

SS deshalb die _A,gabe zu-

«runde, einen Farbstofflaser mit hohem Wirkungs- gute Wärmelg ^

trad zu schaffen, der sich durch einfachen Aufbau Anregungssp.egels angeordnen Kamme Der en nd leichte Austauschbarkeit der Teil, auszeichnet, Querschnitt des optischen Re^on, lajU «nc hohe

üh d tn Querschn, t *J^ksf^^™

üer weiterhin eine hohe Farbs,offkon,entra,ion zu-

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üh,r den gesamten Querschn, t

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch ge- !,,st. daß der'ucrcic» des optischen Resonator, symmetrisch in den Scheitelbereich eines wanneniormi-,cn Zufluß- und Abflußkanals mit U-fürmigem tors dejustiert werden.
Die erfindungsgcnjabc

emes in den F , g 1 U. > dar
be.sp.els naher erlaule.t κ,

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einen Brennlinie eines der Anregung dienenden elhp-.i^-hcn Zylinucrspiegels befindet, in dessen anuerer hrennlirnc die AnrigungsliclHquelle angeordnet ist. wobei der U-förmige Querschnitt des Zufluß- und Abflußkanals dadurch gebildet ist. daß eine an ihr,m Scheitel abgerundeie Trennwand zwischen die geraden Wände der Wanne die die U-Schenkel bilde, parallel und symmetrisch eingeführt ist.

In d-K-er Anordnung befindet sieh der Teil des o_P-tischcn Resonators, in dem d.e Anregung des s imulierbaren Mediums erfolgt, an den, Ort der höchsten l.iclnencrgiedichtc, in dem das IJ₁Id der Anregung.-lichtquelle in, optischen Resonator al^bi.de« wird

Für die Montage der die Hussigken lulnenden Kammer ist deren spiegelsymmet.ischer Aufbau vorteilhaft. In einer vorteilhaften Auslührungsiosn der Erfindung ist der im optischen Resonator InMiudliche Teil der flüssigkcitsfühienden kammer von e.ne, lichtchuchlässigcn länglichen Wanne kleinen Durch messes begrenzt, die m„ dem metallenen Ie,. de, Kammer fest verbunden ist. j°

Zur Vermeidung von unerwünschten Religionen des Laserlichtes an der Wanne ,st es /weckmaß.g daß deren Innentlaehe malt.erl ist. I-ur one gut, Wärmeableitung im Bereich des optischen Resona-,ors ,st es vorteilhaft, die Wanne aus Saphir zu fort,-

"'ν. Trennen von Zu- und Ab.auf der Läse,fiüs

sigkeit ragt zweckmaßigerwe.se eme abgertmde e Trennwand in die Wanne hinein, die mit den, metallenen Teil der Kammer fest verbunden ,st und wöbe, der Abstand des Scheitels der Ί rennwand von der gebogenen Innenfläche de, Wanne den CJuerschn.tt des optischen Resonators besümmt.

Vorleilhafterwexc ist der gerundete Scheitel du Trennwand hochglanzpoliert, um das Anregung*licht i„ den Bereich de, optischen Resonators zu ref,ekt,e-

"zweckmäßigerweise sind die beiden Schmalseiten

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)dcr Resonatorspiegeln abgeschlossen. Der Absland les Scheitels 27 der Trennwand 10 von der gebogelcn Innenfläche der Glaswannc 5 beträgt im gezeichicten Ausfülirungsbeispiel etwa I mm. so daß der gung des stirmilicrbarcn Mediums erfolgt, in seinem Querschnitt nach oben von dem Scheitel 27 der Trennwand 10 nach unten von der Innenfläche 28 der Wanne 5 und seitlich von den Schenkeln der

Bereich des optischen Resonators, in dem die Anrc- 5 Wanne 5 begrenzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Optischer Sender oder Verstärker (Laser) für kohärente Strahlung aus einen· flüssigen sltmulierbaren Medium, insbesondere Farbstoffmediuin, dessen schneller Umlauf sowohl quer zur Richtung des optischen Resonators auf dessen ganzer Linie als auch quer zur Richtung der Anregungsstrahlung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des optischen Resonators (21) symmetrisch in den Scheitelbereich (21) eines wannenförinigen Zufluß- und Abflußkanals (22, 23) mit U-förmigem Querschnitt für das flüssige stimulierbare Medium (24) gelegt ist und sich dieser Bereich zugleich in der einen Brennlinie (25) eines der Anregung dienenden el liptischen Zylinderspiegels (1) befindet, in dessen anderer Brennlinie (26) die Anregungslichtqueile (2) angeordnet ist, wobei der U-förmige Querschnitt des Zufluß- und Abfiußkanals (22, 23) dadurch gebildet ist, daß eine an ihrem Scheitel (27) abgerundete Trennwand (10) zwischen die geraden Wände (22, 23) der Wanne (5), die die U-Schenkel bilden, parallel und symmetrisch eingeführt ist.

2. Flüssigkeitslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (5, 9) spiegels;. mmetrisch aufgebaut ist.

.V Flüssigku.tslaser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des optischen Resonators innesiialb der die Flüssigkeit führenden Kammer (9) von einer lichtdurchlässigen länglichen Wanne (5) kleinen Durchmesser:, begrenzt ist, die mit dem metallenen Teil (9) der Kammer fest verbunden ist.

4. Hüssigkeitslaser nach den Ansprüchen 1 bis 3, daduich gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Wanne (5) mattiert ist.

5. Flüssigkeitslaser nach den Ansprüchen i bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne (5) aus Saphir ausgeführt ist.

6. Flüssigkeitslaser nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ^ekenn/.eichnet, daß in die Wanne (5) eine mit dem metallenen Teil (9) der Kammer verbundene abgerundete Trennwand (10) hineinragt, die Zu- und Ablauf der Flüssigkeit im optischen Resonator trennt und daß der Abstand des Scheitels (27) der Trennwand (10) von der gebogenen Innenfläche (28) der Wanne (5) den Querschnitt des optischen Resonators bestimmt.

7. Flüssigkeitslaser nach tien Ansprüchen 1 bis f>, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (10) an ihrem Scheitel (27) hochglanzpoliert ist.

8. Flüssigkeitslaser nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schmalseiten der Wanne (5) von Iichlduichläss· gen ebenen Flächen b/.w. den Rcsonatoispiegel;: (I I. 12) begrenzt sind.