183527. lajstromszámú szabadalom • Transzverziálisan gerjesztett nitrogén impulzuslézer
] 183 527 A találmány transzverzálisán gerjesztett nitrogén impulzuslézer, amelynek lézercsöve 50—1000 kPa nyomású nitrogén gázt tartalmaz. A nitrogén impulzuslézerek működésének alapjai régóta ismertek. A nitrogén molekula energiaszintjei és azok természetes élettartama határozzák meg a nitrogén impulzuslézer legfontosabb paramétereit. így a hullámhossz 337,1 nm, amely ±0,05 nm sávszélességű vonalcsoportból áll. A vonalak intenzitása nyomásfüggő, átmoszféra (100 kPa) njtrogén nyomáson a lézerfény monokromatikusabb. A felső lézerszint élettartama kb. 40 ns, ami a nyomás növelésével — az Ütközések következtében erősen lecsökken. A kisnyomású (1—10 kPa) nitrogén gázzal működő impul' zuslézereknél a nitrogén molekula felső energiaszintjének rövid (40 ns) élettartama miatt a molekulát csak nagyon gyors (10—50 ns) lefutású áramimpulzussal lehet gerjeszteni. Az ilyen nitrogén impulzuslézereket 7—10 ns impulzusszélesség, 800—1200 kW csúcsteljesítmény, nagy stabilitás, és jó indíthatóság jellemzi. A kisnyomású nitrogén impulzuslézerek nagy méretűek, a vákuumrendszer miatt bonyolult felépítésű és költséges készülékek. A kisülési lézercsőben lévő nitrogén gáz nyomásának növelése azzal jár, hogy a felső lézerszint élettartama erősen lecsökken. Az atmoszféra (100 kPa) nyomású nitrogén gázban a felső lézerszint élettartama már csak 2—3 ns, és így az ilyen, impulzuslézer gerjesztésének is kb. tízszer gyorsabbnak kell lennie, mint a kisnyomású nitrogén impulzuslézer gerjesztésének. A transzverzálisán gerjesztett atmoszférikus vagy ennél nagyobb nyomású nitrogén impulzuslézerekkel, az ún. TEA (Transversely Excited Atmospheric) nitrogén lézerekkel, igen rövid, 1 ns-nél kisebb impulzusszélességű lézerfény állítható elő. A rövid impulzusszélesség következtében a TEA nitrogén impulzuslézerek igen alkalmasnak a festéklézerek pumpálására, mivel a felhasznált festékek csillapodási ideje általában néhány ns (pl. Rodamin 6G festéknél 4 ns). Az ismert TEA nitrogén impulzuslézerekben a megkívánt nagysebességű gerjesztés indítására szikraközt használtak, ami bizonytalan szinkronizálással (kb. 100 ns csúszás) és a lézer fény impulzus energiájának nagy fluktuációjával jár. Emellett a szikraköz várható élettartama kb. 107 lövés, ami 50 Hz impulzusfrekvenciánál mindössze 60 óra. Emiatt az ismert TEA nitrogén impulzuslézerek megbízhatósága jóval a laboratóriumi műszerek szokásos megbízhatósága alatt van. A találmány megalkotásánál az volt a célunk, hogy az ismert készülékeknél nagyobb impulzusenergia sta-' bilitású, pontosabban indítható impulzusokat kibocsátó és nagyobb megbízhatóságú TEA nitrogén impulzuslézert hozzunk létre. A találmány tehát transzverzálisán gerjesztett nitrogén impulzuslézer, amelynek 50—1000 kPa nyomású nitrogén gázt tartalmazó lézercsöve és a lézercső elektródáira nagyáramú impulzust rákapcsoló gerjesztőáramköre van és az jellemzi, hogy a gerjesztőáramkör nagyáramú kapcsolóelemét vezérelt gáztöltésű elektroncső alkotja. A vezérelt gáztöltésű elektroncső például hidrogén töltésű tirátron lehet, amelyet célszerű forszírozott fűtésű hatóddal üzemeltetni. A találmány egy előnyös kiviteli alakjában a lézercső egyik elektródája első és második kondenzátor közösített egyik fegyverzetéhez van kapcsolva, másik elektródája egyrészt harmadik kondenzátoion át az első kondenzátor másik fegyverzetéhez, másrészt negyedik kondenzátoron át a második kondenzátor másik fegyverzetéhez van kapcsolva, és a vezérelt gáztöltésű elektroncső katódjával és anódjával a másik elektróda, valamint az első és a második kondenzátor közösített másik fegyverzete közé van csatlakoztatva. Ekkor célszerű, ha az első, második, harmadik és negyedik kondenzátort kétoldalún folírozott lemezből készült síkkondenzátorok alkotják. Egy másik kivitelben a lézercső elektródáival egyrészt ötödik kondenzátor, másrészt a vezére :t gáztöltésű elektroncsővel sorbakapcsolt hatodik kondenzátor van párhuzamosan kapcsolva. Előnyösen az ötödik kondenzátort párhuzamosan kapcsolt kerámia kondenzátorok alkotják. A lézercsövön megjelenő nagyfeszültség maximális amplitúdója úgy növelhető, hogy a gátzöltésű elektroncsővel egy alkalmasan megválasztott értékű (10—500 pH), változtatható induktivitású tekercset kapcsolunk sorba. Az induktivitást a tekercsbe helyezett állítható ferritrhaggal változtathatjuk. Ezzel egyben változtatható a gáztöltésű elektroncső bekapcsolását indító jel és lézerfény impulzus közötti késleltetés is. , ■ A találmány szerinti nitrogén impulzuslézerben a szikraközt alkalmazó megoldáshoz képest általában lassúbb lesz a nagyfeszültség felfutása a lézercsövön, a kisülés érzékenyebbé válik a villamos tér inhomogenitásaira. A lézercsőben, azaz a kisülési térben lévő elektródák gondos megmunkálásával azonban biztosítható a homogén gerjesztettség. Az elektródák 0,1 mrad-nál kisebb szögben térhetnek el az egyenestől, és felületi érdességük 5 pm-nél nem lehet nagyobb. A haladó hullámú gerjesztés beállítható vagy az elektródák szögének 0,05 mrad pontosságú, például mikrométer csavarokkal történő állításával, vagy a gáztöltésű elektroncső helyének változtatása révén. Az utóbbi beállítás teljesen zárt, nem állítható elektródájú lézercső esetén is alkalmazható. A lézercső zárt tere 100 kPa-nál nagyobb nitrogén gáznyomás (1000 kPa-ig) használatát is lehetővé teszi, ami 1 ns-nál is rövidebb impulzusokat eredményez. A légmentes lezárás szükséges, mert a szennyező molekulák (02, H20 gőz) az impulzusenergia fluktuációjának növekedését eredményezik. A kívánt stabilitási paraméterek eléréséhez nagytisztaságii N2 gáz alkalmazása szükséges, amelyben az oxigén és vízgőz szennyezés 100 ppm-nél kevesebb. A találmány szerinti TEA nitrogén impulzuslézer által kibocsátott lézerfény impulzusok energiájának nagy a lövésről-lövésre vett stabilitása, és az impulzuslézer nagy pontossággal indítható, így az impulzusszélességnél kisebb csúszással (jitter) kapcsolódhat egyéb berendezésekhez. Különösen alkalmas a találmány szerinti TEA,nitrogén impulzuslézer a pikoszekundumos impulzust kibocsátó elosztott visszacsatolású festéklézerek pumpálására, amely festéklézerek a generálási küszöb környezetében nagyon érzékenyek a pumpáló lézerfény impulzusok energiafluktuációjára, valamint a kémiai analitikában használatos legmodernebb lézer-fluoriméterekhez, amelyek általában kapuzott integrátoros mintavételező egységgel működnek. ' 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 fiO 65 2
