DE1921145A1 - Vorrichtung zum Erzeugen stimulierter Infrarotemission,Iraser,mit einer Wellenlaenge von etwa 10,6 umm mittels einer elektrischen Entladung in einem teilweise aus Kohlensaeuregas bestehenden Gasgemisch und elektrische Entladungsroehre fuer eine derartige Vorrichtung - Google Patents
Vorrichtung zum Erzeugen stimulierter Infrarotemission,Iraser,mit einer Wellenlaenge von etwa 10,6 umm mittels einer elektrischen Entladung in einem teilweise aus Kohlensaeuregas bestehenden Gasgemisch und elektrische Entladungsroehre fuer eine derartige VorrichtungInfo
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Description
PHN.3229 JW/AvdV
Dr. Herbert Sth«l*
AnmtWers js|, Y. Philips' GloeÜair.psnfabrleken
" ' ·' Akte No. α PHN- 3229
" ' ·' Akte No. α PHN- 3229
Anmeldung vom: 23. April 1969
"Vorrichtung zum Erzeugen stimulierter Infrarotemission,
Iraser, mit einer Wellenlänge von etwa ΙΟ,δγμπι mittels
einer elektrischen Entladung in einem teilweise aus Kohlensäuregas bestehenden Gasgemisch und elektrisch·
Entladungsröhre für eine derartige Vorrichtung".
Die Erfihdung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von
stimulierter Infrarotemission, 'einen Iraser, mit einer Wellenlänge
von etwa 10,6 μΐη,mittels einer elektrischen Entladung mit einer
Stromdichte über 15 mA/cra in einem aus Kohlensäuregas, Stickstoff,
Helium und Wasserdampf bestehenden Gasgemisch, in einer einige Meter
langen Entladungsröhre, die als Auskopplungsfenster und zugleich
Reflektor eine planparallele etwa 2 mm dicke Germaniumplatte enthält.
Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine elektrische
Entladungsröhre für eine derartige Vorrichtung.
909847/Q877
BAD ORIGINAL
.....' -"**. PHN.3229
Unter einer Länge von einigen Metern ist in diesem
Zusammenhang etwa anderthalb Meter oder mehr zu verstehen.
Vorrichtungen der obenbeschriebenen Art Bind bereite
bekannt (Philips Technische Rundschau 2fTj S. 191-201, 1967).
Infolge der Auskopplung vher die planparallele Germaniumplatte
tritt nur eine einzige Infrarotlinie auf, die durch die auf den VibrationsüberganfT im Kohlensäuremolekül bezogenen Rotationsniveaus
bestimmt wird. Infolge aer vorhandenen Gerrnaniumpla tte, die ^nicht
nur als Auskoppelfenater sondern auch als Reflektor wirksam ist,
liegen die Frequenzen, für welche die Reflexion maximal ist,
lO
etwa 2.10 Hz auseinander. Die Linien an der Nähe von IC,6 μπι liegen jedoch etwa 5»5·1Ο Hz auseinander. Dadurch können mehrere Linien ins allgemeinen nicht gleichzeitig auftreten.
etwa 2.10 Hz auseinander. Die Linien an der Nähe von IC,6 μπι liegen jedoch etwa 5»5·1Ο Hz auseinander. Dadurch können mehrere Linien ins allgemeinen nicht gleichzeitig auftreten.
Eine der wichtigsten Amrenaungs~.6glichkeiten dieser Iraser
besteht im Schneiden dünner Schichten, beispielsweise Kohlenschichter
auf Widerstandskörpern. Dabei tritt der ".'achteil auf, dass die
Intensität cer fckussierten Strshlang in vielen FSllen dennoch nicht
ausreicht. So ist für einen Iraser ii.it einer Länge von 1,5 m, einem
Durchmesser von 20 mm und einer Strahlungsdauerleistung von 60 W der Brennfiecken nach Fokussierung mit einer. Linse mit einem Brenn-
-2 2
punktsabstand von 50 mm, 6 χ 10 mm gross und die Strahlungsintensität 0,1 MW/cm2.
Der grosse Brennflecken ist die Folge der Tatsache, dass
der Iraser in Multi-Modusschwingung arbeitet; ausser dem einem möglichen
reinen Longitudinalmodus treten gleichzeitig oder abwechselnd
mehrere transversale und radiale Moden auf, die alle dieselbe
909847/087 7
BAD ORlGWAL
BAD ORlGWAL
' -J- .. PHN.3229
longitudinale Modenzahl hatten. Dae Modenmuster iet dann im Brennflecken dargestellt.
In einer Vorrichtung zum Erzeugen stimulierter Infrarotemieeion, einem Iraser, mit einer Wellenlänge von etwa 10,6 μπι
mittels einer elektrischen Entladung mit einer Stromdichte über 15 «A/cm in einem aus Kobleneäuregas, Stickstoff, Helium und Wasserdampf bestehenden Gasgemisch in einer einige LJeter langen Entladungsröhre, die ale Auskoppelfenster und zugleich Reflektor ein planparallele etwa 2 mm dicke Germaniumplatte enthält, hat nach der
Erfindung die Entladungsrohre einen Durchmesser von höchstens 10 mm,
betrügt der Waseerdampfdruck 0,3 bis 0,4 Torr und sind die Enden
der Entladungsröhre durch ein enges Verbindungrohr, in cem keine
Entladung auftritt, verbunden.
Ea hat sich herausgestellt, dass incer erfindungsgemässen
Anordnung infolfβ der starken Konkurrenz untereinander bei der nohen
Stromdichte in betreffenden Gasgemisch von den longitucinalen, radialen
und transversalen Moden, nur einer auftreten wird, ilit e inerr. auf
diese Weise arbeitenden Iraser wird ein StrahlungsbUnael erhalten,
das nach Fokussierung einen Brennflecken mit darin nur jener Sohwingungemode, wodurch die Strahlungsintensität iil Brennflecken
bedeutend höher ist als bei den bekannten Vorrichtungen.
Es sei bemerkt, dass zum Erzeugen von Strahlung mit
einer Wellenlinie von lo»6 um und einer Strahlun^saauerleistung
von etwa 1 W eine Anordnung mit einer 10 mm weiten Rohre bekannt iet,
Die Stromstärke betragt dabei nur 5 mA. Die Gasfüllung ist Kohlensäure
909847/0877 BAD ORIGINAL
-4- PHH.3229
mit Stickstoff ohne irgendeinen Zusatz. Dabei werden infolge der
geringen Intensität mehrer radiale und/oder transversale Moden gleichzeitig auftreten (Applied Physic Letters £, 174-176, I966).
Auch findet bei der Erfindung der an β ich bekannte
.Vasserdampfzusatz Anwendung, aber mit einem optimalen Druck, der
hoher ist als der bei weiten Entladungeröhren von liulti-läoden-Iraeern,
Weiter bildet das Verbindungsrohr selbst zwischen den Snden der Ent ladungsröhre den Gegenstand der am 25.April I968 eingereichten niederl. Patentanmeldung 68.O592I. Dieses Verbindungsrohr
dient zur Vermeidung einer kataphorischen Entmischung.
Ein Ausführungsbeispiel aer Erfindung ist in der Zeichnung,
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungegemassen Iraser-Entladungsröhre,
Fig. 2 eine graphische Darstellung der damit erzielten Ergebnisse.
In Fig. 1 ist 1 ein Quarzrohr mit einer Länge von I52 cm
und einer lichten Weite von 10 mm. 2 ist ein Waeserkühlmantel.
3 ist ein an seiner Oberfläche mit einer Goldschicht vereehener
hohler.Reflektor mit einem Krümmungsradius von 240 cm. 4 iet eine
2 mm dicke flache Germaniumplatte. 5 und 6 sind Platinelektroden in Seitenröhrchen. 7 ist ein Verbindungsrohr mit einer lichten
Weite von 3 mm zwischen den Seitenröhrchen. 8 ist ein wasserdampf.,
gesättigt» Zeolithstab. Die Gasfüllung besteht aus 2 Torr CO ,
4 Torr N2, 8 Torr He und 0,4 Torr H2O. Bei einem Entladungsstrom
vor. 10 bis 35 tnA durch die Röhre, wobei die Brennspannung zwischen
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■-5- . PHN. 3229
19 und 18 kV achwankt, tritt ein Bündel 9 mit einer Wellenlänge
von etwa 10,6·μΐη und einer Intensität von gut 30 bis 60 W aus, wobei
die im fokussierten Bündel dargestellten Gesamtheit von Moden für
den einzigen Mode, der dabei auftritt, bei den Messpunkten in
Fig. 2 dargestellt ist.
Bei 10 und 15 mA ist dieser Mode ein Punkt des TEM -Modes,
oo '
alsi ein rein ,axialer Mode, bei der höheren Stromstärke ist dies ein
Gefüge zweier Kreissektoren des .TM ,-Modes des erste transversalen
Modes. Bei Fokussierung des Bündels von 60 W mit einer Linse von
— 3 50 mm Brennpunktabstand wird ein Brennfleck erhalten von 7 . 10 mm ,
daher eine Strahlungsintensität von 0,8 MW/cm , das 8-fache der bekannten
Vorrichtungen.
909847/08 77
BAD ORIGINÄRi. -U
BAD ORIGINÄRi. -U
Claims (6)
1921U5
-6- PHN.3229
PATENTANSPRÜCHE:
Vorrichtung zum Erzeugen von stimulierter Infrarotemission, !raser, mit einer Wellenlänge von etwa 10,6 us, mittels
einer elektrischen Entladung mit einer Stromdichte über 15 mA/cm
in einem aus Kohlensäuregas, Stickstoff, Helium und Wasserdampf bestehenden Gasgemisch in einer einige Meter langen Entladungsröhre
die als Auskopplungsfenster, zugleich Reflektor eine planparallele
ψ etwa 2 mm dicke Germaniumplatte enthält, dadurch gekennzeichnet,
■ *
dass die Entladungsrohr* einen Durchmesser von höchstens 10 mm hat,
der Wasserdampfdruck 0,2 bis 0,4 Torr beträgt und die Enden der
Entladungsröhre durch ein enges Verbindungsrohr, in dem keine Entladung
auftritt, verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein einziger Schwindungsmode auftritt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2., dadurch gekennzeichnet, dass nur der rein axial Schwingungsinode auftritt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur der erste transversale Schwingungsmode auftritt.
5. Entladungsrohre" für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, 2,
3 oder 4.
6. Entladungsröhre nach Anspruch 5.» dadurch gekennzeichnet,
dass die Gasfüllung aus 2 Torr COp* 4 Torr Np,.8 Torr He und
0,4 Torr H2O besteht.
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