DE2940345A1

DE2940345A1 - Spektrum-konditioniervorrichtung

Info

Publication number: DE2940345A1
Application number: DE19792940345
Authority: DE
Inventors: Norman Roy Greiner
Original assignee: US Department of Energy
Current assignee: US Department of Energy
Priority date: 1978-10-04
Filing date: 1979-10-04
Publication date: 1980-04-17
Also published as: FR2438262A1; JPS5555310A; CA1128182A; US4238141A; GB2034066A

Description

4. Oktober 1979 79-R-374O

United States Department of Energy, Washington, D.C. 20545, Vereinigte Staaten von Amerika

Spektrum-Kondltloniervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Laser, und zwar speziell auf einen Laser wie er in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 948,375 mit dem Titel "High Efficiency Laser Spectrum Conditioner" vom 4. Oktober 1978 vom Erfinder Norman R. Greiner beschrieben wurde.

Die genannte Anmeldung sieht die Spektrum-Konditionierung vor, wobei es aber oftmals erwünscht ist, eine spezielle Frequenz oder Frequenzen des konditionierten Laserstrahls um vorbestimmte Größen zeitlich zu verzögern. Beispielsweise ist es in bestimmten Fällen zweckmäßig, eine Pulsbetriebsart einer Folge von Impulsen unterschiedlicher Frequenzen zu komprimieren, um gleichzeitige Spitzenbildung vorzusehen. Die zeitliche Kompression von Impulsen kann auf diese Weise beispielsweise das Verfahren der Laserfusion oder -verschmelzung verbessern. Zudem kann die Einstellung einer gegebenen Folge von Frequenzen in einem einzigen Strahl eine vorteilhaftere Stimulation eines optischen Verstärkers ermöglichen.

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Die Erfindung sieht daher eine Vorrichtung vor, um spezielle Frequenzen in einem Mehrfachfrequenzlaserstrahl zu verzögern. Dies wird dadurch erreicht, daß man den Fortpflanzungsabstand von einem oder mehreren räumlich gesonderten Einzelfrequenzstrahlen vom Mehrfachfrequenzlaserstrahl bricht.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Vorrichtung vorzusehen, um bestimmte Frequenzen in einem Mehrfachfrequenzlaserstrahl zu verzögern. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung vorzusehen, um einen im wesentlichen parallelen Strahl aus Laserstrahlung mit vorgewählten Frequenzen vorzusehen, die bestimmte Zeitverzögerungen besitzen, und zwar geschieht dies aus einem Mehrfachfrequenzlaserstrahl.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Intensität abhängig von der Zeit für sechs Frequenzen eines typischen Mehrfrequenzlaserstrahls;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Intensität abhängig von der Zeit von einem spektrumkonditionieren Mehrfrequenzlaserstrahl;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Intensität

abhängig von der Zeit von einem zeitverzögerten spektrum-konditionierten Mehrfachfrequenzlaserstrahl der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Teils der Spektrum-

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Konditioniervorrichtung gemäß der eingangs erwähnten Anmeldung, und zwar hier zusammen mit einer Verzögerungsoptik, welche die Verbesserung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung bildet. In der gleichen Weise, wie dies in Fig. 3 der genannten Anmeldung dargestellt ist, trifft ein Eingangsstrahl 10 auf ein Gitter 12 auf und wird in eine Vielzahl von räumlich gesonderten Einzelfrequenzstrahlen gebrochen, die einen Fokussierreflektor 14 an einer Vielzahl von räumlich getrennten Stellen schneiden. Ein flacher Reflektor 16 ist innerhalb des Strahlenpfads eines vorgewählten Einzelfrequenzstrahls vorgesehen, um den Einzelfrequenzstrahl durch die Kollimationslinse 18 abzulenken, die einen Parallelstrahl formt. Ein Eckreflektor 20 kann derart eingestellt werden, daß er den Abstand variiert, mit dem der vorgewählte Strahl in dem abgelenkten Strahlenpfad läuft. Da Licht in Luft mit annähernd einem Fuß pro Nanosekunde läuft, kann der Eckreflektor 20 an unterschiedlichen Abständen angeordnet werden, um die gewünschten Verzögerungen zu erzeugen. Der reflektierte Strahl vom Eckreflektör 20 wird durch Fokussierlinse 22 fokussiert und durch den flachen Reflektor 24 reflektiert, um einen Strahl zu erzeugen, der auf Maske 26 fokussiert ist, mit einem Konvergenzwinkel gleich einem Strahl, der vom Fokussierreflektor 14 zur Maske 26 ohne Einfügung der Verzögerungsoptik 16-2 4 gelaufen wäre. Natürlich kann die Verzögerungsoptik, wie beispielsweise die in Fig. 1 gezeigte, innerhalb eines oder mehrerer Strahlpfade vorgesehen sein, um die gewünschte Verzögerung einer speziellen Frequenz zu erzeugen. Darüber hinaus kann die Verzögerungsoptik im Eingangsabschnitt der Vorrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt, vorgesehen sein oder aber im Ausgangsabschnitt in einer benachbarten Position auf der entgegengesetzten Seite der Maske 26. Die Kollimationsoptik weist einen entsprechenden Fokussierreflektor und ein Gitter auf, wie dies in der eingangs erwähnten Anmeldung gezeigt ist.

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Fig. 2 zeigt schematisch in Draufsicht ein alternatives Ausführungsbeispiel zur Erzeugung der gewünschten Verzögerungen spezieller Frequenzen in einem Mehrfachfrequenzstrahl. Die Mittellinie 28 des Eingangsstrahls ist in Fig. 2 gezeigt. Der Strahl schneidet das Gitter 30, welches den Eingangsstrahl in eine Reihe von Einzelfrequenzstrahlen W₁ bis (J^ bricht. Da *₂, «»₄ und O₅ nicht im Ausgangsstrahl 32 erwünscht sind, werden diese Einzelfrequenzstrahlen nicht auf die Maske 34 durch einen Fokussierreflektor gerichtet. Die erwünschten Einzelfrequenzstrahlen lt., U- und ti, werden auf öffnungen (Aperturen) in Maske 34 durch Fokussierreflektoren 36 bzw. 37 bzw. 38 bzw. 39 bzw. 40 fokussiert. Die Mittellinien der Einzelfrequenzstrahlen, fokussiert durch die Fokussierreflektoren 36-40 werden in parallelen Linien auf Maske 34 gerichtet. In ähnlicher Weise werden die erwünschten Einzelfrequenzstrahlen H₁, M- und ö auf Gitter 42 über Fokussierreflek-

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toren 44-48 zur Erzeugung des Ausgangsstrahls 32 gerichtet. Die gewünschte Verzögerung jeder Frequenz für Einzelfrequenzstrahlen to.., 0~ und i>₆ wird vorgesehen durch den Lauf abstand jeder dieser Einzelfrequenzstrahlen. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sieht eine ziemlich einfache Art und Weise zur Erreichung der gewünschten Verzögerung jedes der Einzelfrequenzstrahlen vor und ist in der Lage, einen Ausgangsstrahl guter Qualität zu erzeugen, die bestimmte für ihre entsprechenden Frequenzen erwünschte Verzögerung, sowie die entsprechende Vorrichtung für jede dieser Frequenzen.

Fig. 3 zeigt graphisch einen typischen Eingangsstrahl, wobei die Intensität einer Serie von Frequenzen H₁ bis O abhängig von der Zeit für einen Puls mit einem typischen Mehrfachfrequenzeingangsstrahl dargestellt ist. Es sei bemerkt, daß die Spitzenintensität für jede Frequenz zu verschiedenen Zeiten innerhalb des Pulses oder Impulses auftritt. Fig. 2 zeigt graphisch die Auswahl der gewünschten Frequenzen aus dem in Fig. 3 gezeigten Eingangsstrahl und

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die erforderliche Verzögerung, um jede dieser ausgewählten Frequenzen zu veranlassen, gleichzeitig den Spitzenwert zu erreichen. Beispielsweise muß M₁ um eine Periode gleich (ρ_Α~Ρ₆)/σ verzögert werden, wobei p. gleich der Pfadlänge der Frequenz i und c gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. In gleicher Weise muß 4)_ um eine Periode gleich (P₃ ^-P₆)/c verzögert werden.

Fig. 5 zeigt einen Ausgangsstrahl, bei «J.. oder U- hinreichend verzögert wurden, um die gleichzeitige Spitzenbildung von 0., *)-, und Ug zu erreichen. Dies sieht einen Ausgangsstrahl vor, bei dem die Intensität jeder der ausgewählten Frequenzen gleichzeitig im Ausgangsstrahl zur Spitzenbildung kommt.

Natürlich kann irgendeine ausgewählte Frequenz um eine gewünschte Größe mit den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 verzögert werden, um einen Impuls zu komprimieren, der aus einer Folge von Impulsen mit unterschiedlichen Frequenzen hergestellt wurde oder aber,um die Folge der Spitzenbildung in einem einzigen Ausgangsstrahl derart einzustellen, daß eine vorteilhaftere Stimulation eines optischen Verstärkers erreicht wird. Dies kann entweder zweckmäßig sein, um die Intensität in einem Laserverfahren, wie beispielsweise der Laserfusion, zu vergrößern oder aber, um maximale Leistung von einem Verstärker zu erhalten, wo miteinander in Wettstreit stehende Moden die maximale Ausnutzung der Verstärkerfähigkeit für andere Impulsfrequenzfolgen verhindern können.

Die Erfindung sieht daher eine Vorrichtung vor, um Zeitverzögerungen mit vorgewählten Frequenzen in einem Mehrfachfrequenzstrahl zu spezifizieren, und zwar durch Änderung des Fortpflanzungsabstandes von räumlich getrennten Einzelfrequenzstrahlen. Der sich ergebende Ausgangsstrahl kann daher die vorgewählten Frequenzen verzögert um irgendeine gewünschte Periode enthalten, um die gleichzeitige Spitzenbildung oder aber das Spitzenbilden zu irgendeiner gewünschten Zeit gemäß dem gewünschten Verwendungszweck des Ausgangsstrahls vorzusehen.

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Zusammenfassend sieht die Erfindung somit eine Vorrichtung zur Verzögerung spezieller Frequenzen in einem Mehrfachfrequenzlaserstrahl vor. Die Vorrichtung trennt den Mehrfachfrequenzstrahl in eine Reihe von räumlich getrennten Einzelfrequenzstrahlen. Der Fortpflanzungsabstand des Einzelfrequenzstrahls wird darauffolgend geändert/ um die gewünschte Verzögerung für jede spezielle Frequenz vorzusehen. Fokussierreflektoren können verwendet werden, um ein einfaches, aber nicht ein störbares System vorzusehen, oder aber es können flache Reflektoren mit Kollimations- und Fokussier-Optikeinrichtungen verwendet werden, um ein einstellbares System vorzusehen.

Bei der auf Seite 1 genannten Anmeldung U.S. Serial Nr. 948,375 handelt es sich um die am gleichen Tage beim Deutschen Patentamt eingereichte Anmeldung mit dem Anwaltsaktenzeichen 79-R-3744 und dem Titel "Laser-Spektrum-Konditioniervorrichtung". Diese Anmeldung soll auch einen Teil der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung bilden.

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Claims

Patent an Sprüche

\y/ Vorrichtung zum Konditionieren des Spektrums eines Laserstrahls, gekennzeichnet durch

Gittermittel (12) zum Brechen des Laserstrahls in eine Vielzahl von räumlich getrennten Einzelfrequenzstrahlen Mittel zur Änderung des Fortpflanzungsabstands von mindestens einem der räumlich getrennten Einzelfrequenzstrahlen zur Erzeugung einer bestimmten Zeitverzögerung von mindestens einem der Einzelfrequenzstrahlen,

Mittel zur Re-Kollimation der Einzelfrequenzstrahlen zur Bildung eines spektrum-konditionierten kollinearen parallelen Ausgangsstrahls.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Änderung des Fortpflanzungsabstandes optische Mittel aufweisen, um die räumlich getrennten Einzelfrequenzstrahlen über modifizierte Pfadlängen zu leiten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Vorrichtungen folgendes aufweisen: eine Vielzahl von flachen Reflektoren, eine Kollimationslinse und eine Fokussierlinse.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Vorrichtungen eine Vielzahl von kurvenförmigen Reflektoren aufweisen.
5. Vorrichtung zur Verzögerung bestimmter Frequenzen in einem Mehrfachlaserstrahl, gekennzeichnet durch ein erstes Gitter, angeordnet zur Brechung des Laserstrahls in eine Vielzahl von Einzelfrequenzstrahlen, Mittel zur Änderung des Fortpflanzungsabstandes der Einzelfrequenzstrahlen zur Zeitverzögerung spezieller Frequenzen

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um vorgewählte Größen,

ein weiteres Gitter, angeordnet zum Brechen und Re-Kollimieren der Einzelfrequenzstrahlen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Änderung des Fortpflanzungsabstandes optische Mittel aufweisen, um die räumlich getrennten Einzelfrequenzstrahlen über modifizierte Pfadlängen zu leiten.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel folgendes aufweisen:

eine Vielzahl von flachen Reflektoren, eine Kollimationslinse und eine Fokussierlinse.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel eine Vielzahl von gekrümmten Reflektoren aufweisen.
9. Vorrichtung zur Erzeugung eines im wesentlichen parallelen Strahls aus Laserstrahlung mit vorgewählten Frequenzen mit bestimmten Zeitverzögerungen aus einem Mehrfachfrequenzlaserstrahl, gekennzeichnet durch ein erstes Gitter, ausgerichtet zur Brechung des Mehrfachfrequenzlaserstrahls in eine Vielzahl von räumlich getrennten Einzelfrequenzstrahlen,

ein erster Spiegel, ausgerichtet zur Fokussierung der Einzelfrequenzstrahlen auf eine Brennebene, Mittel zur Änderung des Fortpflanzungsabstandes ausgewählter Einzelfrequenzstrahlen zur Erzeugung bestimmter Zeitverzögerungen der vorgewählten Frequenzen,

eine mit öffnung versehene Maske, angeordnet an der Brennebene und mit öffnungen an vorgewählten Stellen zur übertragung der vorgewählten Einzelfrequenzstrahlen, ein zweiter Spiegel, ausgerichtet, um die vorgewählten Einzelfrequenzstrahlen zu einem Punkt auf der Brennebene zu leiten,

ein zweites Gitter, angeordnet an dem erwähnten Punkt auf der Brennebene, und zwar ausgerichtet zur Brechung des vorgewählten

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Satzes von Einzelfrequenzstrahlen in einen im wesentlichen parallelen Strahl ausgewählter Frequenzen mit bestimmten Zeitverzögerungen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Spiegel Mittelabschnitte von sphärisch geformten Spiegeln aufweisen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen aufweisende Maske eine Graphitschicht (Lamina) aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß die mit öffnungen versehene Maske eine Metallschicht aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Änderung des Fortpflanzungsabstandes optische Mittel aufweisen, um die räumlich gesonderten Einzelfrequenzstrahlen über modifizierte Pfadlängen zu leiten.
14. Vorrichtung nach Anspruch .9, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel eine Vielzahl von flachen Reflektoren aufweisen, eine Kollimationslinse und eine Fokussierlinse.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel eine Vielzahl von kurvenförmigen Reflektoren aufweisen.

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