191000. lajstromszámú szabadalom • Sík- vagy gömblézer
1 191 000 2 A működés lehetőségét igazoló kísérleteink jelentős részénél Nd-üveg lézer felharmonikusával gerjesztettünk 10~4 mól/liter koncentrációjú ethanolban oldott Rhodamin 60 festéket. A gerjesztő zöld fény energiája közelítőleg 50 mjoule, impulzushossza közelítőleg 30 nsec volt. A síklézer sugárzás közelítőleg 5 mjoule energiát szolgáltatott 1,6 x 10 2 radián, illetve 2 n radián divergenciával, 574 nm hullámhosszon. A kis divergencia tökéletesen megfelel kb. 30 p abszorpciós hosszából várható értéknek, míg a 2% radián mentén optimális esetben a körön mért intenzitás fluktuáció 30% alatti érték volt. Adott esetben a kis divergencia az abszorpciós hossz (koncentráció), míg a -nagy divergencia a gerjesztés formájával változtatható. Ez utóbbinál pl. 2 x radiánt is megvalósítottunk. A szupersugárzás az oldat felszínén is kelthető, így célszerű alakú edényben automatikusan kijelöli a vízszintes síkot. Még a viszonylag kis lézerenergiával is sikerült bonyolult térforma belső felületén nagy pontossággal láthatóan kijelölni egy sík metszet körvonalait. A sík- vagy gömblézer elvileg tetszőleges lézeranyag és gerjesztési mód esetén megvalósítható. Célszerűnek látszik a festékek mellett, többek között C02 vagy nitrogénlézerek ilyen kialakítása vagy, mint most folyó kísérleteinkben tesszük, az Nd-üveg diszkek felhasználása. A szupersugárzásnál vagy erősített spontán sugárzásnál jobb koherencia, illetve monokromatikussági feltételekkel rendelkeznek az ún. osztott paraméterű visszacsatolással működő lézerek, ezek periodicitási feltétele esetünkben koncentrikus körök vagy gömbök formájában jelentkezik. Előbbi megvalósítása egyszerűnek látszik befagyasztott periodikus lézeranyagokon vagy időlegesen akusztikus generátor segítségével is kialakítható a periodikus szerkezet, de pl. azegymódusú lézergerjesztés is megfelel, ha két kúp prizmából és egy henger reflektorból álló optikai processzoron keresztül pumpálunk. Valódi lézerműködés megvalósításának elengedhetetlen feltétele, hogy a lézeranyagot tükrökből álló rezonátorba helyezzük. Ezt a rezonátort természetesen esetünkben két- vagy háromdimenziós rezonátorrá kell kiképezni. Kétdimenziós esetben felülnézetből célszerűen kör vagy ellipszis formájú zárt, tükröző szalag felelhet meg a célnak, mely nem feltétlenül hengerpalást formájú és belsejében tartalmazza a lézeranyagot. Bonyolultabb esetben két, illetve koncentrikus zárt, tükrözőszalag közé is helyezhető az aktív anyag. Háromdimenziós esetben egy vagy több, célszerűen koncentrikus, és gömb vagy ellipszoid alakú tükröző zárt felület játssza analóg módon a rezonátor szerepét. Síklézer kísérleteink során a kétdimenziós rezonátort a felülről kör keresztmetszetű küvetta üvegfala alkotta, mely az üveg-levegő határfelületen adott reflexiót, sőt több körülfutású sugármeneteket is eredményezett totálreflexió segítségével. így nemcsak a sík szupersugárzást, hanem, mint az a polarizációs mérésekből kiderült, síklézert is megvalósítottunk. Gömblézer esetén a homogén gerjesztést a gömb belsejébe:, elhelyezett gerjesztő forrással (pl. lézerplazma) célszerű előállítani. A találmányt részletesebben rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti síklézer és gömblézer néhány példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra a lézeranyagban kialakított periodikus szerkezet, a 2. ábra a találmány szerinti szilárdtest síklézer egy lehetséges példakénti kiviteli alakja, a 3. ábra a találmány szerinti gömblézer egy példakénti kiviteli alakja, a 4. ábra a találmány szerinti folyadéklézer egy példakénti kiviteli alakja, az 5. ábra a találmány szerinti szilárdtest siklézer további példakénti kiviteli alakja, a 6-8. ábra a találmány szerinti festéklézer további példakénti kiviteli alakjai. Az 1. ábrán osztott paraméterű visszacsatolással működő kétdimenziós síklézer elvi rajza látható. A tárcsa formájú 11 lézeranyag, vagy nem szilárd lézeranyag esetén, a tárcsa formájú tartóedényben lévő 11 lézeranyag optikai, vagy gerjesztési tulajdonságaiban koncentrikus 12 körök formájában jelentkező inhomogenitást, periodikus szerkezetet hozunk létre. Két egymást követő körgyűrű 13 távolsága úgy van megválasztva, hogy az. egyenlő a kívánt lézersugárzás félhullámhosszának egészszámú többszörösével. Ily módon 13 távolság változtatásával a lézer bizonyos tartományban hangolható. A 2. ábra a találmány szerinti siklézer egy példakénti kiviteli alakját szemlélteti, amelyen a tárcsa alakú 15 lézeranyag látható, melynek D átmérője, d vastagsága van. Feltételezzük, hogy a D nagyobb, vagy egyenlő mint 1/k, ahol k a szilárd lézeranyag exponenciális erősítési együtthatója. A tárcsa alakú 15 lézeranyag két oldalán egy-egy, a rajzon nem ábrázolt fényforrás van, melyek a 15 lézeranyag gerjesztéséhez szükséges 18 fénysugarakat szolgáltatják optikai gerjesztés esetén. A fényforrás természetesen elhelyezhető csak alul, vagy csak felül és vele szemben olyan követelményt támasztunk, hogy a 15 lézeranyag szükséges kigerjesztését biztosítsa. Ennek megfelelően a fényforrás lehet egy másik lézer, lehet villanófény, vagy folytonos fényforrás és esetenként maga a napfény is felhasználható. A szilárd 15 lézeranyaggal szemben az említetteken kívül olyan követelményeket támasztunk, hogy a gerjesztő és a keletkező lézerfény számára optikailag átlátszó legyen és 16 palástja mentén optikai minőségben megmunkált - ezzel biztosítjuk a keletkező 19 lézerfény torzításmentes kilépését. A hengeralakú 14 tükör 17 középvonala mentén kilépve, észlelhetjük a síklézer fényét. Az említett szilárd 15 lézeranyagként számításba jönnek pl. a következő lézeranyagok: rubin, Ndüveg, Nd-YAG, Nd-foszfát, továbbá üvegben, plexiben stb. oldott szerves festékek (pl. rhodamin 6G, cumarin származékok, DDI stb.). A működéshez szükséges gerjesztő fényintenzitások hihetetlenül tág határok között változhatnak, a lézeranyagtól függően, mert pl. az Nd-YAG lézert egy pár milliwattos félvezető fénykibocsátó 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
