DE2812438B2

DE2812438B2 - Optisch gepumpte Laseranordnung

Info

Publication number: DE2812438B2
Application number: DE2812438A
Authority: DE
Inventors: Frithjof N. Palos Verdes Peninsula Mastrup; John H.S. Rancho Palos Verdes Wang
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE2812438A1; IT1101872B; GB1565614A; SE423466B; IL53848A0; SE7803555L; DE2812438C3; CA1083697A; IT7848641A0; FR2386164B1; JPS53123094A; US4145668A; FR2386164A1; JPS5726434B2

Description

Die Erfindung betrifft eine optisch gepumpte Laseranordnung mit einem als Pumplichtquelle dienenden ersten Gaslaser, der ein erstes Volumen eines zweiatomigen Gases, das einen ersten Laserübergang zwischen zwei Vibrations-Energieniveaus aufweist und innerhalb eines ersten optischen, auf diesen Laseiübergang abgestimmten Resonators angeordnet ist, und der Einrichtungen zur Anregung des zweiatomigen Gases und zum Erzeugen einer Laserschwingung im ersten optischen Resonator umfaßt, und mit einem die Ausgangsstrahlung liefernden zweiten Gaslaser, der ein vom ersten Gasvolumen getrenntes, jedoch der vom ersten Gasvolumen ausgehenden Laserstrahlung ausgesetzt ist und von dieser Laserstrahlung anregbares, zweites Volumen eines Gases umfaßt, das aus einer Mischung des im ersten Gasvolumen enthaltenen zweiatomigen Gases und eines wenigstens drei Atome aufweisenden mehratomigen Gases besteht, das zweite Laserübergänge von oberen zu unteren Energieniveaus aufweist, von denen ein oberes Energieniveau dem oberen Vibrations-Energieniveau des ersten Laserüberganges benachbart ist, und das innerhalb eines zweiten optischen Resonators angeordnet ist, der auf einen ausgewählten dieser zweiten Laserübergänge abgestimmt ist, so daß das zweiatomige Gas des zweiten Gasvolumens durch Absorption der vom ersten Gaslaser zugeführten Strahlung angeregt wird und seine Energie durch Stöße auf das mehratomige Gas überträgt und dadurch dieses Gas in einen Zustand der Besetzungsumkehr bringt, so daß im zweiten optischen Resonator Laserschwingungen entstehen, welche die Ausgangsstrahlung liefern.

Eine solche Laseranordnung ist aus Applied Physics Letters, Vol. 28, Nr. 6(15. März 1976), Seiten 342 bis 345, bekannt. Bei dieser Laseranordnung besteht das zweiatomige Gas aus Bromwasserstoff, während als mehratomiges Gas CO2 verwendet wird. Der erste Laser ist ein üblicher Impulslaser, dessen Ausgangsstrahlung über einen teildurchlässigen Spiegel aus dem optischen Resonator ausgekoppelt wird. Diese Strahlung wird in den optischen Resonator des zweiten Lasers in Richtung von dessen optischer Achse wiederum durch teildurchlässige Spiegel eingekoppelt. Das zweiatomige Gas wird in einem einzigen Vibrations-Schwingungszustand angeregt und überträgt seine Energie auf ein benachbartes Energieniveau des COrGases, von dem aus zwei verschiedene Laser-Übergänge zu tieferen Niveaus möglich sind. Zur Unterdrückung einer dieser Strahlungen wird einer der strahlenden Laserübergänge durch das von einem weiteren COrLaser zugeführte Licht gesättigt. Ein solcher Laser ermöglicht es zwar, die Energie eines chemischen HBr-Lasers, der zu seiner Anregung keine elektrische Energie bedarf, zur Anregung eines CCh-Lasers zu verwenden, dessen Strahlung in einem besonders interessanten Längenwellenbereich liegt, jedoch ist die Ausnutzung der chemischen Energie bei

der bekannten Laseranordnung noch unbefriedigend.

Bei manchen Anwendungen von Lasern, beispielsweise bei der optischen Nachrichtenübertragung, bei Radar- und Überwachungssystemen, die Luft- und Raumfahrzeuge einschließen, steh* elektrische Leistung infolge von Größen- und Gewichtsbeschränkungen nur in begrenztem Umfang zur Verfügung. Daher besteht ein besonderes Interesse an Lasern, die zu ihrer Anregung keine elektrische Energie benötigen, wie beispielsweise chemische Laser.

Aus dem IEEE Journal of Quantum Electronics, QE-9 (1973), Nr. 1, Seiten 72 bis 83, ist ein chemischer Laser bekannt, bei dem durch die Vereinigung zweier einatomiger Gase entstehende Anregungsenergie auf ein dreiatomiges Gas übertragen wird. Die Gase befinden sich in einem gemeinsamen optischen Resonator, der auf strahlende Laserübergänge des dreiatomigen Gases abgestimmt ist. Als zweiatomige Gase finden im wesentlichen Wasserstoff- und Deuttrium-Halogenide und als dreiatomiges Gas Kohlendioxyd Verwendung. Eingehende Untersuchungen betreffen die Kombination von DF und CO₂. Bei diesen Lasern besteht die Schwierigkeit, daß sowohl die Gase, die sich zu dem zweiatomigen Gas vereinigen, als auch das dreiatomige Gas den Anregungsbereich durchströmen müssen. Sofern nicht auch das dreiatomige Gas verloren gehen soll, muß es von dem entstandenen zweiate nigen Gas getrennt werden. Außerdem steht für die Übergabe der Anregungsenergie von dem zweiatomigen Gas auf das dreiatomige nur wenig Zeit zur Verfugung. Infolgedessen ist ein solcher Gaslaser nicht nur kompliziert, sondern hat auch einen relativ schlechten Wirkungsgrad.

Viele der genannten und weitere Anwendungen von Lasern erfordern eine streng monochromatische Laserstrahlung, d. h_M daß die Laserenergie zu einer bestimmten und nicht zu mehreren benachbarten Frequenzen zentriert sein muß. Eine monochromatische Strahlung kann durch Anwendung eines sehr schmalbandigen Resonators, der beispielsweise ein Beugungsgitter enthält und auf die gewünschte Linie des Lasers abgestimmt ist, der die Strahlung erzeugt, erzielt werden. Die Verwendung solcher Resonatoren ist zwar bei laseraktiven Medien nicht schädlich, die Laserübergänge von drei- und mehratomigen Molekülen wie beispielsweise OO2 ausnutzen, jedoch findet eine wesentliche Verminderung des Laser-Wirkungsgrades statt, wenn eiu monochromatischer Betrieb unmittelbar bei laseraktiven Stoffen erzwungen wird, welche die Übergänge in zweiatomigen Molekülen ausnutzen, wie beispielsweise die Übergänge von Fluorwasserstoff (HF) und Deuteriumfluorid (DF), die als laseraktive Medien für chemische Laser verwendet werden. Diese Verminderung des Wirkungsgrades beruht darauf, daß das Hintereinanderschalten von Laserübergängen verhindert und dadurch Vibrationseneigie vergeudet wird, die sonst zur Erzeugung eines nützlichen Ausgangssignals verwendet werden kann. Das hat seine Ursache insbesondere darin, daß ein im Resonanzbereich des Resonators liegender Laserübergang nicht zu einem anderen Übergang zwischen dem nächstfolgenden Paar von Vibrations-Energieniveaus in Kaskade geschaltet werden kann, wenn die Anfangs- und End-Energieniveaus des arbeitenden Überganges besetzt bzw. entleert werden.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen Laser der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß er mit gutem Wirkungsgrad eine

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monochromatische Strahlung liefert, wie sie für die oben angegebenen Verwendungszwecke benötigt wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelö&t, daß das zweiatomige Gas mehrere Laserübergänge aufweist, deren obere Vibrations-Energieniveaus in einer die Energieübertragung noch zulassenden Nähe zum oberen Energieniveau des ausgewählten Laserüberganges des mehratomigen Gases liegen, und der erste optische Resonator auf mehrere dieser Laserübergänge abgestimmt ist, und daß das zweite Gasvolumen wenigstens teilweise auch innerhalb des ersten optischen Resonators angeordnet ist

Bei der erfindungsgemäßen Laseranordnung wird also bewußt darauf verzichtet, den chemischen Laser zur Erzeugung einer monochromatischen Strahlung auszubilden. Vielmehr wird bewußt eine breitbandige Strahlung erzeugt, um keine Vibrations-Anregungsenergie zu vergeuden. Die auf diese Weise mit hohem Wirkungsgrad erhaltene, auf ein größeres Frequenzband verteilte Strahlungsenergie wird mit hohem Wirkungsgrad auf das zweite Gasvolumen übertragen, weil das zweite Gasvolumen wenigstens teilweise in dem gleichen Resonator angeordnet ist wie das erste, so daß also die gesamte Strahlung des ersten Lasers einen Teil des zweiten Gasvolumens passiert, und außerdem wegen der Identität der zweiatomigen Gase eine vollständige Anregung dieses Gases auf allen Energieniveaus möglich ist, die der breitbandigen Strahlung des ersten Lasers entsprechen. Diese Energie wird dann durch Stöße im wesentlichen vollständig auf das mehratomige Gas übertragen, das sich in einem scharf abgestimmten Resonator hoher Güte befindet, so daß hier eine monochromatische Ausgangsstrahlung erzeugt wird.

Demnach wird durch die Erfindung eine durch optische Resonanzübertragung gepumpte Laseranordnung geschaffen, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad der Umsetzung einer breitbandigen in eine monochromatische Strahlung auszeichnet. Diese Laseranordnung ist in der Lage, über erheblich breiteren optischen Badbreiten zu arbeiten als bisher bekannte chemische Übertragungs-Laser. Durch Austausch der laseraktiven Medien läßt sich der erfindungsgemäße Laser für die unterschiedlichsten Wellenlängen ausbilden. Zugleich ist eine höhere Ausgangsleistung erreichbar als mit vergleichbaren bekannten Laseranordnungen. Zugleich zeichnet sich die erfindungsgemäße Laseranordnung durch einen kompakten Aufbau mit geringem Gewicht aus, die mit geschlossenem Kreislauf sehr rationell betrieben werden kann.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise schematische, perspektivische Darstellung einer Laseranordnung,

Fig. 2, 3, 4 und 5 Energieniveau-Diagramme für verschiedene Gasmischungen, die in Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden, und

F i g. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Laseranordnung nach der Erfindung mit geschlossenem Kreislauf.

Die in F i g. 1 dargestellte, optisch gepumpte Laseranordnung umfaßt einen Pumplaser 10 und einen die Ausgangsstrahlung liefernden Laser 12. Der Resonator 14 des Pumplasers 10 besteht aus zwei Spiegeln 15 und 16, die so angeordnet sind, daß sie die vom stimulierbaren Medium des Lasers 10 erzeugte Strah-

lung längs einer Achse 18 rückkoppelnd reflektieren. Der Pumplaser 10 macht vorzugsweise von einem Lasermedium Gebrauch, das aus zweiatomigen Molekülen besteht. Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 wird als Pumplaser 10 ein chemischer Dauerstrich-Laser verwendet werden, der von Deuteriumfluorid (DF) als Lasermedium Gebrauch macht.

Bei dem in F i g. 1 als Beispiel dargestellten Pumplaser 10 wird ein aus Fluor (F2), Wasserstoff (H2) und Helium (He) bestehendes Gas von einer Quelle 20 einer Brennkammer 22 zugeführt, in der ein Teil des F2-Gases in F-Atome zerlegt wird. Die F-Atome und Deuterium-Moleküle (D2), die von einer Quelle 24 zugeführt werden, werden mittels einer Injektionsdüse 26 in eine Laserkammer 28 beschleunigt, die auf der Achse 18 zwischen den Spiegeln 15 und 16 angeordnet ist. Chemische Reaktionen zwischen den F-Atomen und den D2-Molekülen führen zur Bildung von DF-Molekülen mit angeregten Energieniveaus, was die Emission einer Laserstrahlung im Wellenlängenbereich von etwa 3,6 bis 3,9 μίτι zur Folge hat. Die Reaktionsprodukte werden von der Laserkammer 28 über geeignete Leitungen 30 abgeführt, die zwischen der Laserkammer 28 und einer Absaugpumpe 32 angeordnet sind. Die auf der Achse 18 liegenden, einander entgegengesetzten Enden der Laserkammer 28 sind mit Brewster-Fenstem 34 und 36 abgeschlossen, um das Innere der Laserkammer 28 von der Umgebung zu trennen.

Der die Ausgangsstrahlung liefernde Laser 12 macht von einer Arbeits-Gasmischung Gebrauch, die ein Lasergas und ein Absorbergas umfaßt. Das Absorbergas ist das gleiche, des als aktives Medium im Pumpiaser 10 verwendet wird. Wenn also der Pumplaser 10 ein chemischer DF-Laser ist, wird als Absorbergas in der Arbeits-Gasmischung des Ausgangslaser 12 DF verwendet. Weiterhin soll die laseraktive Gaskomponente der Arbeits-Gasmischung aus mehratomigen Molekülen bestehen, die wenigstens drei Atome umfassen, so daß die Laseraktivität auf eine einzige Linie beschränkt werden kann, ohne den Wirkungsgrad des Lasers zu beeinträchtigen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist das im Ausgangslaser 12 verwendete Lasergas Kohlendioxid (CO₂).

Die Arbeitsgasmischung für den Ausgangslaser 12 wird von einer Quelle 40 dem zentralen Bereich eines Strömungskanals 42 zugeführt, der so angeordnet ist, daß er einen Fluß der Arbeitsgasmischung durch den Ausgangslaser 12 in einer zur Achse 18 senkrechten Richtung gestattet. Innerhalb des Strömungskanales 42 tritt die Arbeitsgasmischung durch eine Düse 44 in einen Wechselwirkungsraum 46 ein, in dem die Arbeitsgasmischung innerhalb des Resonators 14 des Pumplasers der vom Pumplaser 10 erzeugten Laserstrahlung ausgesetzt ist. Der Wechselwirkungsraum 46 ist von einer Kammer 48 umgeben, die sich längs der Achse 18 vom Strömungskanal 42 nach außen erstreckt Die auf der Achse 18 liegenden, einander entgegengesetzten Enden der Kammer 48 sind mit Brewster-Fenstem 50 und 52 versehen, um das Innere der Kammer 48 gegen die Umgebung abzuschließen. Um ferner unerwünschte Grenzschichteffekte auszuschließen, wird eine Edelgas-Schutzschicht erzeugt, indem beispielsweise von einer Quelle 54 zugeführtes Helium dazu veranlaßt wird, durch die äußeren Abschnitte des Strömungskanales 42 derart hindurchzufließen, daß es den Strom der Arbeitsgasmischung im Strömungskanal 42 umgibt Das Arbeitsgas und das Edelgas werden am stromab gelegenen Ende des Strömungskanals 42 mittels einer Absaugpumpe 56 abgeführt.

Ein schmalbandiger optischer Resonator 59, der au die gewünschte Ausgangs-Wellenlänge des Lasers V. abgestimmt ist, ist auf einer Achse 58 angeordnet, di< ^ri sich durch den Wechselwirkungsraum 46 in einei Richtung erstreckt, die sowohl zur Achse 18 de; optischen Resonators 14 als auch zur Richtung de: Gasstromes durch den Strömungskanal 42 senkrech steht. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann der Resonator 5S

κι aus einem Spiegel 60 und einem Beugungsgitter 62 bestehen, die auf der Achse 58 und im Abstand von der entgegengesetzten Enden des Wechselwirkungsraumes 46 angeordnet sind. Nicht dargestellte Brewster-Fenstei können an den entgegengesetzten Seiten des Strö

is mungskanals 42 auf der Achse 58 angeordnet sein, un optische Verluste im Resonator 59 zu vermeiden. Zur Erläuterung sei als spezielles Beispiel angegeben, dat bei der Verwendung von CO2 als Lasergas in Arbeitsmedium des Lasers 12 der Resonator auf der P(20)-Übergang des Bandes (OOl)-(lOÖ) mit einei Wellenlänge von etwa 10,6 um abgestimmt sein kann obwohl es sich versteht, daß auch andere Übergänge benutzt werden können. Auf der Achse 58 kann ein Ausgangs-Laserstrahl 64 des Lasers 12 dadurch erziel

2ϊ werden, daß der Spiegel 60 teilweise durchlässig ausgebildet wird. Statt dessen kann der Ausgangs Laserstrahl auch von dem Beugungsgitter 62 abgeleite werden.

Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel einer

in gemäß F i g. 1 ausgebildeten Laseranordnung ist der Pumplaser 10 ein chemischer DF-Dauerstrich-Laser der einen Ausgangsstrahl mit einer Leistung von 70 W liefert, der in einer zur Achse 18 senkrechten Ebene einen Querschnitt von 3 χ t cm² aufweist. Der optische Resonator 14 ist auf einen Wellenlängenbereich von 3,6 bis 3,9 μιη abgestimmt. Das Arbeitsgas für den Ausgangslaser 12 besteht aus einer Mischung von DF, CO2 und He im Molverhältnis von 1 :19 :80. In dieser Mischung wirkt das Helium sowohl als Verdünnungs mittel als auch zur Desaktivierung des untersten Krümmungsmodus (bending mode) des CO2. Die Arbeitsgasmischung fließt durch den Wechselwirkungsraum 46, dessen Abmessungen 3 χ 1 χ 03 cm³ betragen, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10⁴C

unter einem Druck von etwa 30mbar (22 Torr). Die optische Achse 58 des Lasers 12 befindet sich etwa 1,5 mm stromabwärts von der Mitte des Wechselwirkungsraumes 46. Der schmalbandige optische Resona tor 59 für den Laser 12 ist auf eine Wellenlänge von etwa 10,6 μίτι abgestimmt und besteht aus einem zu 97% reflektierenden sphärischen Spiegel 60 mit einem Krümmungsradius von 1 m und einem Beugungsgitter 62, das in einer Entfernung von 90 cm vom Spiegel 60 auf der Achse 58 angeordnet ist.

Die Wirkungsweise der Laseranordnung gemäß F i g. 1 wird nun anhand von F i g. 2 näher erläutert, bei der es sich um ein Energieniveau-Diagramm für die spezielle Arbeitsgasmischung aus DF und CO2 handelt, die bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei-

bo spiel verwendet wurde. Die DF-Laserstrahlung wird von dem Pumplaser 10 auf einer Anzahl von Übergängen zwischen verschiedenen Vibrations-Energieniveaus emittiert, welche die Übergänge zwischen den Schwingungsthermen v=l->-v=0, v—2-*v=\ und

⁶⁵v = 3->-v = 2 umfassen. Dabei reichen die Rotations-Quantenzahlen der unteren Zustände von J" = 5 bis /"= 10. Die Strahlungsenergie des DF-Lasers durchläuft den Wechselwirkungsraum 46, wo sie mit der von

der Quelle 40 zugeführten Arbeitsgasmischung in Wechselwirkung tritt. Die auf die Arbeitsgasmischung einfallende Energie des DF-Lasers wird von den DF-Molekülen in der Arbeitsgasmischung durch Resonanz absorbiert, wodurch die DF-Moleküle in der Arbeitsgasmischung angeregt werden. Ursprünglich sind alle DF-Moleküle im Schwingungsgrundzustand. Daher hat zunächst nur die Komponente der einfallenden Strahlung, die von dem DF-Übergang (1 — 0) herstammt, am optischen Pumpen der DF-Moleküle im Arbeitsgas vom Grundzustand zum ersten Schwingungsniveau (v = 1) teil. Sobald jedoch einige DF-Moleküle auf das erste Schwingungsniveau angehoben worden sind, findet durch Resonanz-Absorption der auf den Obergang (2 -► 1) zurückzuführenden Komponente der einfallenden Strahlung eine weitere Anregung der DF-Moleküle in der Arbeitsgasmischung vom ersten Schwingungsniveau (v = 1) zum zweiten Schwingungsniveau (v = 2) statt.

In gleicher Weise werden durch optische Resonanz-Absorption der auf den Übergang (3 -► 2) zurückzuführenden Strahlungskomponente die DF-Moleküle weiter vom zweiten Schwingungsniveau (v = 2) zum dritten Schwingungsniveau (v — 3) angehoben. Endlich wird bei ausreichend hoher Energie der vom Pumplaser emittierten Strahlung ein quasi-stationärer Gleichgewichts-Zustand erreicht, bei dem alle DF-Pumpübergänge aktiv an der Anregung durch Resonanz-Absorption teilnehmen.

Die Energie der angeregten DF-Moleküle der Arbeitsgasmischung werden dann durch Zusammenstöße auf die (OOl)-Energieniveaus der CO₂-Moleküle übertragen, die in der Nähe der angeregten DF-Energieniveaus liegen. Auf diese Weise wird eine Besetzungsumkehr zwischen dem (OOl)-Energieniveaus des CO2 und unteren COvEnergieniveaus erzielt, wie beispielsweise den Niveaus (100) und (020), so daß die Obergänge zwischen dem (OOl)-Energieniveau und den unteren Energieniveaus des CO2 zu einer Lasertätigkeit führen können. Durch Abstimmen des schmalbandigen optischen Resonators 59 des Lasers 12 auf die gewünschte Linie die einem der oben erwähnten Übergänge des CO2- Lasers entspricht, kann der Laser 12 dazu veranlaßt werden, seine Aktivität auf eine einzige gewünschte Linie zu beschränken, wie beispielsweise auf die Linie P(20), die durch den Übergang zwischen den Energieniveaus (001) und (100) bedingt ist und eine Wellenlänge von etwa 10,6 μηι aufweist.

Da der Wechselwirkungsraum 46 innerhalb des optischen Resonators 14 des Pumplasers 10 angeordnet ist, wird dieser Wechselwirkungsraum von den mehreren Linien zugeordneten Photonen des Lasers 10 bei jedem Weg zwischen den Spiegeln 15 und 16 durchlaufen. Abgesehen von vernachlässigbaren Verlusten an den Spiegeln und in sonstigen Medien wird die gesamte Pumpleistung des Lasers 10 auf das Lasergas OO2 der Arbeitsgasmischung nach einer ausreichenden Anzahl der Durchgänge der DF-Photonen übertragen. Infolgedessen wird ein sehr hoher Wirkungsgrad bei der Energieübertragung der Viellinien-Photonen auf Einlinien-Photonen erzielt. Das Verhältnis der Anzahl der Ausgangsphotonen des des CCVLasers zum Verhältnis der vom Pumplaser 10 gelieferten Photonen kann demnach nahezu 100% betragen.

Eine Arbeitsgasmischung, die Deuteriumfluorid (DF) als Absorbergas und Kohlendioxid (CO2) als Lasergas enthält, ist nur ein erstes Beispiel für eine mögliche Kombination von Absorber- und Lasergasen, die in einer gemäß F i g. 1 ausgebildeten Laseranordnung verwendet werden kann. Die für die Verwendung in einer solchen Laseranordnung wichtigen Energieniveaus und Arbeits-Übergänge von drei anderen, als Beispiel angegebenen Arbeitsgaskombinationen sind in den F i g. 3,4 und 5 veranschaulicht In der Kombination nach F i g. 3 ist das Absorbergas Deuteriumfluorid (DF), während das Lasergas von Kohlendisulfid (CS2) gebildet wird. Fig.4 veranschaulicht eine Arbeitsgasmischung aus Deuteiriumfluorid (DF) als Absorbergas und Deuteriumcynid (DCN) als Lasergas. F i g. 5 veranschaulicht endlich Fluorwasserstoff (HF) als Absorbergas und Cyan-Wasserstoff (HCN) als Lasergas.
Ein Ausführungsbeispiel einer Laseranordnung nach

ι¹; der Erfindung, die mit einem geschlossenen Kreislauf arbeitet, wobei das Arbeitsgas viele Male wiederholt verwendet werden kann, indem es durch den Wechselwirkungsraum im Kreislauf hindurchgeführt wird, ist in Fig.6 dargestellt. Die Bauteile der Anordnung nach F i g. 6, die Bauteilen der Ausführungsform nach F i g. 1 entsprechen, sind mit Bezugsziffern bezeichnet, deren zweite und dritte Stelle mit der Bezugsziffer des gleichen Bauelementes in F i g. 1 übereinstimmen, denen jedoch als erste Ziffer eine »2« vorangestellt ist.

2^r> In der Ausführungsform nach Fig.6 wird das Arbeitsgas des Ausgangslasers 212 durch den Wechselwirkungsraum 246 durch eine übliche Umwälzeinrichtung 270 im Kreislauf hindurchgeführt, die einen Wärmeaustauscher 272 und einen Kompressor 274

3d umfaßt Weiterhin sind in der Laseranordnung nach F i g. 6 sowohl der Wechselwirkungsraum 246 als auch die Laserzone 276 des Pumplasers 210 in einem gemeinsamen Gehäuse 280 angeordnet. Eine Trennwand 282 unterteilt das Gehäuse 280 in zwei Kammern 284 und 286, welche die entsprechenden Zonen 276 und 246 enthalten, so daß diese Zonen auf verschiedenen Betriebsdrücken gehalten werden können. Beispielsweise wird eine Ausführungsform eines solchen Lasers, der von der oben erwähnten, DF und CO₂ enthaltenden

4i) Arbeitsgasmischung Gebrauch macht, die das Pumpgas DF enthaltende Kammer 284 mit einem Druck im Bereich zwischen etwa 34 mbar (23 Torr) betrieben, wogegen die Kammer 286, durch die die Arbeitsgasmischung fließt, mit einem Druck von etwa 250 mbar (190 Torr) betrieben wird. Die Trennwand 282 ist mit einer öffnung 288 versehen, die ausreichend kleine Abmessungen hat, um als aerodynamisches Fenster dienen zu können, während sie den Durchtritt der Laserstrahlung des Pumplasers 210 von der Kammer 284 in die Kammer 286 und umgekehrt zuläßt.

Bei der in F i g. 6 dargestellten Anordnung sind die Spiegel 215 und 216 sphärische Reflektoren, die einen annähernd gemeinsamen Brennpunkt haben, der im wesentlichen innerhalb der öffnung 288 der Trennwand 282 liegt Weiterhin ist bei dem Laser nach F i g. 6 der Rückkopplungsweg 218 der Pumpstrahlung durch die Kammern 284 und 286 zwischen den Resonatorspiegeln 215 und 216 mittels Umlenkspiegeln 292 und 294, die sich in den Kammern 284 bzw. 286 befinden, gefaltet, wodurch sich ein kompakterer Aufbau der Laseranordnung ergibt Zusätzlich zu der Möglichkeit, in geschlossenem Kreislauf zu arbeiten, hat die Ausführungsform nach F i g. 6 den Vorteil, daß Brewster-Fenster im Weg der Pumpstrahlung vermieden werden können, wodurch

fa5 optische Verluste vermindert und der Wirkungsgrad der Umsetzung von mehrlinigen Photonen in einlinige Photonen erhöht werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Optisch gepumpte Laseranordnung mit einem als Pumplichtquelle dienenden ersten Gaslaser, der ein erstes Volumen eines zweiatomigen Gases, des einen ersten Laserübergang zwischen zwei Vibrations-Energieniveaus aufweist und innerhalb eines ersten optischen, auf diesen Laserübergang abgestimmten Resonators angeordnet ist, und der Einrichtungen zur Anregung des zweiatomigen Gases und zum Erzeugen einer Laserschwingung im ersten optischen Resonator umfaßt, und mit einem die Ausgangsstrahlung liefernden zweiten Gaslaser, der ein vom ersten Gasvolumen getrenntes, jedoch der vom ersten Gasvolumen ausgehenden Laser-Strahlung ausgesetztes und von dieser Laserstrahlung anregbares, zweites Volumen eines Gases umfaßt, das aus einer Mischung des im ersten Gasvolumen enthaltenen zweiatomigen Gases und eines wenigstens drei Atome aufweisenden, mehratomigen Gases besteht, das zweite Laserübergänge von der oberen zu unteren Energieniveaus aufweist, von denen ein oberes Energieniveau dem oberen Vibrations-Energieniveau des ersten Laserüberganges benachbart ist, und das innerhalb eines zweiten optischen Resonators angeordnet ist, der auf einen ausgewählten dieser zweiten Laserübergänge abgestimmt ist, so daß das zweiatomige Gas des zweiten Gasvolumens durch Absorption der vom ersten Gaslaser zugeführten Strahlung angeregt wird und seine Energie durch Ströße auf das mehratomige Gas überträgt und dadurch dieses Gas in einen Zustand der Besetzungsumkehr bringt, so daß im zweiten optischen Resonator Laserschwingungen entstehen, welche die Ausgangsstrahlung liefern, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiatomige Gas mehrere Laserübergänge aufweist, deren obere Vibrations-Energieniveaus in einer die Energieübertragung noch zulassenden Nähe zum oberen Energieniveau des ausgewählten Laserüberganges des mehratomigen Gases liegen, und der erste optische Resonator (14) auf mehrere dieser Laserübergänge abgestimmt ist, und daß das zweite Gasvolumen wenigstens teilweise auch innerhalb des ersten optischen Resonators (14) angeordnet ist (Fig. 1).

2. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiatomige Gas Deuteriumfluorid und das mehratomige Gas Kohlendioxid, Kohlendisulfid oder Deuteriumcyanid ist.

3. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweiatomige Gas Fluorwasserstoff und das mehratomige Gas Cyanwasserstoff ist.

4. Laseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste optische Resonator (14) auf einer ersten, das erste Gasvolumen durchdringenden Achse (18) und der zweite optische Resonator (59) auf einer zweiten, das zweite Gasvolumen durchdringenden Achse (58) angeordnet ist, die zur ersten Achse (18) senkrecht steht (F ig. 1).

5. Laseranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste optische Resonator (214) zwei einander optisch gegenüberstehende, gekrümmte Reflektoren (215, 216) aufweist, die annähernd einen gemeinsamen, zwischen ihnen liegenden Brennpunkt aufweisen,

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daß in einer durch den Brennpunkt gehenden Ebene eine Trennwand (282) angeordnet ist, die eine den Brennpunkt umgebende Öffnung (288) aufweist und den Raum zwischen den Reflektoren in zwei Zonen 284,286) unterteilt, und daß das erste Gasvolumen in der einen und das zweite Gasvolumen in der anderen Zone angeordnet ist (F i g. 6).