DE1276241B - Optischer Sender oder Verstaerker fuer kohaerente Strahlung im Vakuum-Ultraviolett mit einem gasfoermigen stimulierbaren Medium - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4mWW& PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIs

Deutsche Kl.: 21g-53/12

P 12 76 241.3-33 (Q 796)

19. August 1964

29. August 1968

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder Verstärker für kohärente Strahlung mit einem gasförmigen stimulierbaren Medium, dessen die Anregungsenergie übertragendem Hilfsgas, einem Edelgas, 1% Wasserstoff zugemischt ist und das von einem Entladungsrohr aufgenommen wird, das einen Durchmesser von 1 bis 30mm aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Sender oder Verstärker für eine Strahlung zu schaffen, die im Bereich zwischen 1200 und 1700 Ä liegt, ι ο Bekannt sind bisher lediglich optische Sender, die im ultravioletten Bereich oberhalb von 2000 Ä arbeiten. Die hierbei benutzten Abmessungen des Entladungsgefäßes entsprechen den eingangs angegebenen Größen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für eine kohärente Strahlung im vakuum-ultravioletten Bereich als Edelgas Argon verwendet wird, das unter einem Druck von 1 bis 100 Torr steht und dessen metastabiles Niveau S₅ (³P-!) für die selektive ·Αη- ίο regung des Wasserstoffmoleküls bevorzugt benutzt wird.

Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, als. stimulierbares Medium Wasserstoff zu benutzen, der mit Neon als Hilfsgas vermischt ist. Hierbei handelt es sich jedoch um die Erzeugung stimulierter Strahlung im sichtbaren Bereich, während nach der vorliegenden Erfindung das Wasserstoffmolekül als stimulierbares Medium für die vakuum-ultraviolette Strahlung wirksam ist.

Für den molekularen Wasserstoff sind auch schon die übergänge zwischen α³ σ ⁺ _g -Niveau zu dem b³ σ%-Niveau untersucht worden. Diese übergänge führen aber zu einer langwelligeren Abstrahlung. Die Umkehrung der normalen Besetzungsverteilung, die ja bekanntlich für das Zustandekommen einer kohärenten, gerichteten Ausstrahlung eine notwendige Bedingung ist, wird bei Benutzung des nach der Erfindung vorgeschlagenen Argon-Wasserstoff-Gemisches durch folgenden Mechanismus erzielt: Da in einem Argon-Wasserstoff-Gemisch mit dem Mischungsverhältnis 100: 1 die Wasserstoffmoleküle nur in sehr geringer Konzentration enthalten sind, ist die Wahrscheinlichkeit für Stöße zwischen den freien Elektronen und den Wasserstoffmolekülen sehr klein. Dagegen stoßen die freien Elektronen bevorzugt mit den Argonatomen zusammen, und zwar so lange elastisch, bis die kinetische Energie der Elektronen ausreicht, um die tiefsten Argonniveaus anzuregen. Die auf diese Weise angeregten Argonatome übertragen dann ihre Anregungsenergie bevorzugt durch Stöße zweiter Art auf die Wasserstoffmoleküle, wenn die Edelgas-Optischer Sender oder Verstärker für kohärente
Strahlung im Vakuum-Ultraviolett mit einem
gasförmigen stimulierbaren Medium

Anmelder:

Original Hanau Quarzlampen
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
6450 Hanau, Höhensonnestraße

Als Erfinder benannt:

Dr. Wolfgang Friedl, 6450 Hanau;

Dr. Volker Schäfer, 6451 Bruchköbel

drücke und die Gefäßdimensionen so gewählt werden, daß unelastische Stöße mit der Wand seltener sind als mit Wasserstoffmolekülen. Es muß vermieden werden, daß die angeregten Argonatome durch Stöße an den Gefäßwänden strahlungslos in den Grundzustand übergehen.

In der Zeichnung ist in einem stilisierten Term-Schema der Energieübertragungsmechanismus für Argon dargestellt.

Durch Energieübertragung von den angeregten Argonatomen auf die Wasserstoffmoleküle wird aus der großen Reihe der Schwingungsniveaus des angeregten Zustandes lsa 2sa³ Z₉ des Wasserstoffmoleküls ein einziger herausgegriffen, nämlich der mit v' = 3, der die übergänge in den Zustand 1 so^{2 1}E₉ zu v" = 3 bis v" = 12 gestattet, unter dem Auftreten des entsprechenden Bandenzuges. Dieser Bandenzug repräsentiert die sogenannten vereinfachten LYMAN-Banden.

Da der lso^{2 1} 27₉-Zustand ja den Elektronen Grundzustand des Wasserstoffmoleküls darstellt, würde der selektive Anregungsmechanismus unter Beteiligung der angeregten Argonatome eine Umkehrung der normalen Besetzungsverteilung noch keinesfalls gewährleisten. Berücksichtigt man jedoch, daß Schwingungsniveaus mit Schwingungs-Quantenzahlen v" größer als 2 in einer Gasentladung unter normalen Bedingungen kaum besetzt sind, so erkennt man, daß für alle übergänge zu v" = 3 die Umkehrung der normalen Besetzungsverteilung erfüllt sein muß.

In der nachfolgenden Tabelle ist das Kantenschema der LYMAN-Banden (Null-Linien) angegeben. Die unterstrichene Zeile gibt die Wellenlängen in Ä der bevorzugten Emissionen an:

809 598/453

v'/v"	3	4	5	6	7	8	9	10	π	12
O 1 2 3	1275,17 1254,00 1234,10 1215,32	1334,21 1311,06 1289,43 1268,97	1394,55 1369,34 1345,75 1323,44	1455,80 1428,37 1402,68 1378,47	1517,29 1487,54 1459,71 1433,34	1578,28 1546,03 1515,98· 1487,63	1637,47 1602,90 1570,59 1540,38	1656,56 1622,19 1589,98	1669,20 1635,11	1640,50 1609,19 1579,87
4 5 6		1249,64	1302,49 1282,74 1264,06	1355,86 1334,35	1408,89 1385,85 1364,14	1461,39 1436,53 1413,31	1512,06 1485,25 1460,64	1559,89 1531,58 1505,10	1603,26 1573,34 1545,43

bedeutet die Schwingungs-Quantenzahl des höheren Elektronen-Terms.

bedeutet die Schwingungs-Quantenzahl des tieferen Elektronen-Terms; In den Kantenschemata sind

lediglich die Wellenlängen in A angegeben, nicht dagegen die Wellenzahl-DifFerenzen.

Zur Anregung sind alle üblichen Gasentladungen geeignet.

Claims (8)

1. Patentanspruch:
2. Optischer Sender oder Verstärker für kohärente Strahlung mit einem gasförmigen stimulierbaren Medium, dessen die Anregungsenergie übertragendem Hilfsgas, einem Edelgas, 1% Wasserstoff zugemischt ist und das von einem Entladungsrohr aufgenommen, wird, das einen Durchmesser von 1 bis 30 mm "aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß für eine kohärente Strahlung im vakuum-ultravioletten Bereich als Edelgas Argon verwendet wird, das unter einem Druck von 1 bis 100 Torr steht und dessen metastabiles Niveau S₅ f P₂ ¹) für die selektive Anregung des Wasserstoffmoleküls bevorzugt benutzt wird.
3. In Betracht gezogene Druckschriften:
4. Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 168 565, 586,1175 361;
5. französische Patentschrift Nr. 1 313 379;
6. Proceedings of the JEEE, Bd. 51, Nr. 12, Dezember 1963, S. 1785 bis 1786;
7. Physical Review Letters, Bd. 12, Nr. 23, vom
8. 8. Juni 1964, S. 647 bis 649.

   In Betracht gezogene ältere Patente Deutsches Patent Nr. 1186 149.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   809 598/453 S. 68 O Bundesdruckerei Berlin