DE2601203A1

DE2601203A1 - Gaslasergenerator

Info

Publication number: DE2601203A1
Application number: DE19762601203
Authority: DE
Inventors: Bruno Godard
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1975-01-21
Filing date: 1976-01-14
Publication date: 1976-07-22
Also published as: JPS51126093A; IT1054065B; GB1511111A; NL7600633A; JPS5915506B2; SE404468B; CA1052000A; FR2298888B1; SE7600508L; US4011525A; FR2298888A1; BE837217A

Description

Fo 9625 D

PBo
Dlpl-ΐηα. Jüraen WEINMIL-UER 1 4, Jan. 1976

PATENTASSESSOR

SOSPS GmbH

BOOO München 80

Zeppelinstr. 63

COMPAGNIE GENERALE D'ELECTRICITE 54, rue La Boetie, 75382 PARIS CEDEX 08 Prankreich

GASLASERGENERATOR

Die Erfindung betrifft Gaslaser, bei denen eine stimulierte Lichtemission nach einer elektrischen Entladung in einem gasförmigen aktiven Milieu erreicht wird.

Es sind Gaslaser bekannt, die einen länglichen, das aktive Gas enthaltenden Hohlraum aufweisen, in dem die elektrische Entladung mit Hilfe einer fortschreitenden Wellenfront erreicht wird, die sich von einem Ende zum anderen des Hohlraums im aktiven Milieu mit einer Geschwindigkeit ausbreitet, die gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer in diesem Hohlraum stimulierten Lichtemission ist.

Derartige Gaslaser enthalten eine flache elektrische Leitung, die aus einer ersten und einer zweiten auf verschiedene Potentiale gebrachten Metallplatte sowie einer dazwischen-

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·— 2 —

liegenden Isolierplatte gebildet wird, sowie Anregungsmittel zur Erzeugung einer Entladungswelle in dieser Leitung.

Das aktive Gasmilieu ist in einem in eine der Metallplatten der Leitung eingearbeiteten Längsspalt auf dem Weg der Entladungswelle untergebracht.

In einer bekannten Ausführungsform sind die Plattenränder parabelförmig ausgebildet, wobei die Parabeladhse einen Winkelet mit der Spaltachse einschließt, der ungleich Null ist.

Die fortschreitende Welle wird durch einen Auslöseschaltkreis erzeugt, der eine praktisch punktförmige Entladung zwischen den Metallplatten in Höhe der Parabelbrennpunkte hervorruft.

Bei solchen Anordnungen stellt man jedoch fest, daß sich die fortschreitende Welle im aktiven Milieu unregelmäßig ausbreitet, woraus sich für die stimulierte Lichteraission im Hohlraum Störungen ergeben können.

Dieser Nachteil, der nach einer bestimmten Betriebsdauer auftritt, ergibt sich vor allem aus einer Veränderung der elektrischen Eigenschaften zwischen den zu beiden Seiten der Achse der Parabeln liegenden Abschnitten der Metallplatten.

Mit Hilfe der Erfindung kann dieser Nachteil behoben werden. Sie hat einen Gaslasergenerator zum Ziel, der eine stabile Funktionsweise hat und dabei eine koherente Lichtemission hoher Leistung ermöglicht.

Gegenstand der Erfindung ist ein Lasergenerator mit einer elektrischen Erregungsleitung, die eine erste und eine zweite Metallplatte sowie eine dazwischenliegende Isolierplatte aufweist, wobei die erste Metallplatte einen sie in zwei Teile

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trennenden Spalt aufweist, mit einem Schaltkreis zum Auslösen einer praktisch punktförmigen Entladung zwischen den Metallplatten, wodurch eine fortschreitende elektrische Welle in der Erregungsleitung hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Metallplatten jeweils in Form einer von der Parabelachse begrenzten Halbparabel vorliegen, wobei die Brennpunkte und die Scheitelpunkte der Halbparabeln jeweils auf einer senkrecht zur Plattenebene verlaufenden Geraden liegen und wobei der geradlinige Rand der Halbparabel mit dem Spalt einen Winkel H einschließt, der ungleich Null ist und wobei der Auslöseschaltkreis die fortschreitende Welle in Höhe der Brennpunkte der Parabeln erzeugt. .

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden beiden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lasergenerators·

Fig. 2 zeigt Ebenfalls in perspektivischer Ansicht eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lasergenerators .

Der Lasergenerator gemäß Fig. 1 besitzt eine elektrische

ersten Erregungsleitung, die aus einer/Metallplatte 2 und einer zweiten Metallplatte 3, die auf unterschiedliche Potentiale gebracht sind, hier V bzw. O, sowie aus einer dazwischen angeordneten Isolierplatte 1 besteht.

Diese Platten weisen die Form eines entlang der Parabelachse 4 geschnittenen Parabelsegments auf. Sie sind also durch einen Parabelast 25 und die Achse 4 der Parabel begrenzt, während

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der zur ganzen Parabel fehlende Teil durch die Linie P angedeutet wird. Die Brennpunkte und Scheitelpunkte der Parabel liegen auf senkrecht, zu den Plattenebenen verlaufenden Geraden.

In der Fig. 1 wurden dia Brennpunkte und Scheitelpunkte der Parabeln mit F, F¹ bzw. S und S¹ bezeichnet.

Die Platte 2 besitzt einen Spalt 6, durch den sie in zwei unterschiedliche Teile getrennt wird und in dem ein aktives Lasermilieu aufrecht erhalten wird.

Handelt es sich dabei um Luft unter atmosphärischem Druck, ist es nicht notwendig, den Spalt zu schließen; andernfalls kann das gasförmige Milieu mit Hilfe einer Isolierplatte 9, die über den Spalt 6 gelegt und beispielsweise durch Kleben an den beiden Rändern dieses Spalts befestigt wird, eingeschlossen werden. Die Enden des Gashohlraums werden auf bekannte Weise durch zwei Fenster verschlossen.

Der Winkel ei wird so gewählt, daß cos et gleich dem Verhältnis zwischen der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Entladungswelle in der Leitung in der durch die Achse 4 festgelegten Richtung und der Ausbreitungsgeschwxndxgkeit einer Lichtemission in Richtung des Spalts 6 ist.

Ein beispielsweise aus einer kreisförmigen Aussparung in der Platte 2 bestehender Reflektor 10, dessen Krümmungsmittelpunkt mit dem Brennpunkt F zusammenfällt, liegt auf der vom Scheitelpunkt S abgewandten Seite des Brennpunkts F. Die Querabmessungen dieses Reflektors werden praktisch durch eine Gerade 11, die durch den Brennpunkt F und eins der Enden des Spalts 6 verläuft, und durch die Achse 4 begrenzt.

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— ο —

Ferner wird hier schematisch ein Auslösungsschaltkreis 12 dargestellt, mit dem in der flachen elektrischen Leitung eine fortschreitende Stromwelle erzeugt werden kann.

Ein derartiger Lasergenerator arbeitet auf folgende Weise :

Zu einem gegebenen Augenblick bewirkt der Auslöseschaltkreis 12 zwischen den Platten 2 und 3 eine Entladung, durch die in Höhe der Brennpunkte F und F¹ der Halbparabeln eine Entladungswelle erzeugt wird.

Der Teil der Entladungswelle, der in dem durch die Gerade 11 und die Achse 4 bestimmten Winkel liegt, wird durch den Reflektor 10 zurückgeworfen. ι

Alle in Höhe des Brennpunktes F ausgesandten Wellen werden also in Richtung auf die Halbparabel geschickt und an ihr reflektiert; bekanntlich ist die Parabel für zwei konjugierte Punkte vollkommen stigmatisch : für ihren Brennpunkt und für Unendlich. Die Front einer von F stammenden und von der Halbparabel zurückgeworfenen Welle ist folglich eine vollkommen gerade Linie, die senkrecht zur Achse 4 verläuft und durch ihre Schnittlinie 21 dargestellt ist.

Die fortschreitende Entladungswelle erreicht also nacheinander in Richtung des Pfeils 22 die Atome oder Moleküle des aktiven Gases. Die angeregte Lichtemission erfolgt also von einem Ende zum anderen des Spalts 6 in Richtung des Pfeils 22 mit derselben Geschwindigkeit, mit der die fortschreitende Welle sich in Richtung dieses Spalts fortbewegt. Durch diese Gegebenheit ist es möglich, am Ausgang des Spalts 6 einen sehr starken kohärenten Laserstrahl zu erhalten.

609830/0637 ./.

Vorteilhafterweise ist die Anstiegszeit der Vorderflanke der Entladungswelle kleiner als die zweifache Ausbreitungszeit einer Entladungswelle in der flachen Leitung zwischen dem Brennpunkt F und dem Scheitel S der Parabel (diese Zeit kann sich beispielsweise im Bereich einer Nanosekunde bewegen).

Fig. 2 stellt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lasergenerators dar, der zwei Halbparabeln Pl und P2 aufweist, die praktisch miteinander gleich sind und den unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Halbparabeln entsprechen.

Jede Halbparabel besteht aus drei Schichten, nämlich einer ersten Metallplatte 32 und einer zweiten Metallplatte 33 sowie einer dazwischenliegenden Isolierplatte 31.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die beiden Halbparabeln Pl und P2 voneinander bis auf die Verbindung über die einzige Isolierplatte 31 abgerückt? letztere weist somit eine angenäherte Parabelform mit einer Fläche auf, die etwas größer als das Zweifache der Fläche einer Halbparabel ist. Die Metallplatten 32 und 33 jeder der Halbparabeln werden also voneinander durch einen Raum wie beispielsweise den Raum 34 getrennt und elektrisch isoliert; der Zwischenraum der unteren Platte 33 ist in der Figur nicht zu sehen.

Mit Fl, F'l und F2, F¹2 sind die Brennpunkte der Halbparabeln Pl und P2 und mit Sl, S¹I und S2, S¹2 die Scheitelpunkte dieser Halbparabeln bezeichnet, die jeweils in einer Halbparabel und auf zu den Plattenebenen senkrecht verlaufenden Geraden liegen«

Die Platte 32 besitzt wie bisher einen Spalt 36, durch den sie in zwei unterschiedliche Teile getrennt wird und in dem ein aktives Lasermilieu aufrechterhalten wird.

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Wie in Fig. 1 ist es, wenn es sich dabei um Luft unter atmosphärischem Druck handelt, nicht notwendig, den Spalt zu schließen; andernfalls kann das gasförmige Milieu mit Hilfe einer Isolierplatte 39, die über den Spalt 36 gelegt und beispielsweise durch Kleben an den beiden Rändern dieses Spalts befestigt wird, eingeschlossen werden. Die Enden des Gashohlraums werden auf bekannte Weise durch zwei Fenster verschlossen (hier nicht gezeigt).

Der Winkel OC wird so gewählt, daß cos Oi gleich dem Verhältnis zwischen der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Entladungswelle in einer Leitung in der durch die Achse 4 festgelegten Richtung und der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Lichtemission in Richtung des Spalts 36 ist.

Jede der Halbparabeln weist wie in der vorhergehenden

40
Ausfuhrungsform einen Reflektor/auf, der aus einer kreisförmigen Aussparung der Platte 32 bestehen kann, die auf die Brennpunkte Fl oder F2 zentriert und auf der im Verhältnis zun Brennpunkt dem- Scheitelpunkt gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Die Querabmessungen jedes der Reflektoren 40 werden praktisch durch die parallel zu einer Mittelachse 35 liegenden Begrenzungen der Halbparabeln und durch die Gerade 41 begrenzt, die durch den Brennpunkt zu einem der Enden des Spalts 36 führt.

Ferner wird schematisch ein Auslöseschaltkreis 42 angedeutet, der in den beiden Halbparabeln Pl und P2 je eine Entladung erzeugen kann.

Die Metallplatte 32 der Halbparabel Pl wird auf ein Potential Vl gebracht, während die Metallplatte 32 der Halbparabel P2

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auf ein Potential V2 gebracht wird und die Platten 33 der Halbparabeln ein Nullpotential aufweisen.

Ein derartiger Lasergenerator arbeitet ähnlich wie der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene.

Zu einem gegebenen Zeitpunkt löst der Ausloseschaltkreis 42 zwischen den Platten 32 und 33 der beiden Halbparabeln Pl und P2 gleichzeitig in Höhe ihrer Brennpunkte Fl und F2 eine Entladung aus, durch die in den Halbparabeln eine Entladungswelle entsteht.

Der Teil der in jeder der Halbparabeln erzeugten Entladungswelle, der in dem durch die Gerade 41 und den geradlinigen Teil der Begrenzung des Raums 34 bestimmten Winkel liegt, wird durch den Reflektor 40 zurückgeworfen.

Sämtliche in Höhe der Brennpunkte ausgesandten Wellen werden also in Richtung auf die entsprechende Halbparabel geschickt und an ihr reflektiert. Die Front der von Fl und F2 stammenden, von der Halbparabel zurückgeworfenen Welle ist folglich eine vollkommen gerade Linie, die senkrecht zur Achse 35 verläuft und durch ihre Schnittlinie 51 dargestellt wird.

Die fortschreitende Entladungswelle erreicht also nacheinander in Richtung des Pfeils 52 die Atome oder Moleküle des aktiven Gases. Die angeregte Lichtemission erfolgt so von einem Ende zum anderen des Spalts 36 in Richtung des Pfeils 52 mit derselben Geschwindigkeit, mit der die fortschreitende Welle 51 sich in Richtung dieses Spalts fortbewegt. Durch diese Gegebenheit ist es möglich, am Ausgang des Spalts 36 einen sehr starken kohärenten Laserstrahl zu erhalten.

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Vorteilhafterweise ist die Anstiegszeit der Vorderflanke der Entladungswelle kleiner als die zweifache Äusbrextungszeit einer Entladungswelle in den Halbparabeln zwischen den entsprechenden Brennpunkten und Scheiteln (diese Zeit kann sich beispielsweise im Bereich einer Nanosekunde bewegen).

Durch die Erfindung wird es also ermöglicht, daß bei einer Unsymmetrie der angeregten Lichtemission der Unterschied zwischen den Potentialen Vl und V2 geeignet eingestellt wird, so daß sich in den zwei Halbparabeln Pl und P2 die Welle wieder genau gleich fortbewegt und auf diese Weise eine homogene kohärente Lichtemission mit gleichzeitig hoher Leistung erreicht wird.

EäteQtans

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Claims

- 10 PATENTANSPRÜCHE

1 - Lasergenerator mit einer elektrischen Erregungsleitung, die eine erste und eine zweite Metallplatte sowie eine dazwischen liegende Isolierplatte umfaßt, wobei die erste Metallplatte einen sie in zwei Teile trennenden Spalt aufweist, mit einem Schaltkreis zum Auslösen einer praktisch punktförmigen Entladung zwischen den Metallplatten, wodurch eine fortschreitende elektrische Welle in der Erregungsleitung hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Metallplatten (2, 3) jeweils in Form einer von der Parabelachse (4) begrenzten Halbparabel vorliegen, wobei die Brennpunkte (F, F¹) und die Scheitelpunkte (5, 5¹) der Halbparabeln jeweils auf einer senkrecht zur Plattenebene verlaufenden Geraden liegen, und wobei der geradlinige Rand (4) der Halbparabel mit dem Spalt (6) einen Winkel ot einschließt, der ungleich Null ist, und wobei der Auslöseschaltkreis (12) die fortschreitende Welle in Höhe der Brennpunkte der Parabeln erzeugt.

2 - Lasergenerator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatten (2, 3) sowie die Isolierplatte (1) je als entlang der Parabelachse begrenzte Halbparabeln vorliegen, wobei die erste Metallplatte ein Potential aufweist, das vom Potential der zweiten Metallplatte unterschiedlich ist.

3 - Lasergenerator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatten (32, 33) jeweils aus zwei voneinander abgerückten Teilplatten in Form von

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entlang der Parabelachse begrenzten Halbparabeln (Pl, P2) bestehen, während die Isolierplatte (31) ungeteilt ist und daß Mittel vorgesehen sind, um an die einzelnen Teilplatten wählbare Potentiale anzulegen.

4 - Lasergenerator gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschaltkreis (42) gleichzeitig je eine praktisch puriktförmige Entladung zwischen den beiden Texlmetallplattenpaaren in Höhe der Brennpunkte (Fl, F2) jeder Halbparabel (Pl, P2) erzeugt.

5 - Lasergenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (6) durch eine Isolierplatte (9) abgedeckt und an seinen Enden durch zwei isolierende Fenster verschlossen ist, die für die Emissionsstrahlung des Gases durchlässig sind.

6 - Lasergenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel K so gewählt wird, daß cos Hl gleich dem Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Stromwelle entlang der Achse (4) der Parabeln zur Ausbreitungsgeschwindigkeit der Emissionsstrahlung des Gases in Richtung des Spalts (6) ist.

7 - Lasergenerator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Halbparabel mindestens die erste Metallplatte (2) darüber hinaus einen Wellenreflektor aufweist, der aus einer Aussparung in Form eines auf den Brennpunkt (F) zentrierten Kreisbogens (10) besteht, wobei die Scheitelpunkte der Halbparabel auf der einen und die des Kreisbogens auf der anderen Seite des Brennpunkts liegen.

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