Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle mit definiertem Emissionsspektrum

Lichtquellen, die lediglich Licht bestimmter de¬ finierter Wellenlänge und Eandbreite erzeugen, werden für viele A wendungszwecke benötigt. Auf dem Gebiet der Luminεszenz phänomene beispielsweise ist es vorteilhaft das An- regungsspektru möglichst genau dem Absorptionsspektrum des Lumineszenzεtoffes anzupassen.

Derartige Lichtquellen werden auch bei optisch ge¬ pumpten Lasern benötigt. Der Wirkungsgrad derartiger Laser ist sehr niedrig, er beträgt im günstigsten Fall etwa 1% bis 2%. Die Hauptursache hierfür ist, daß die Emissionsspektren der verfügbaren Pumplichtquellen und Absorptionsspektren der laseraktiven Materialien nur teilweise überlappen. Die Hauptenergie der Pumplicht¬ quelle geht somit verloren, sie wird entweder in Filteranordnungen oder im laseraktiven Material selbst in Wärme umgesetzt, worin ein weiterer Nachteil zu sehen -ist, da die Wärmeableitung bei Lasern ohnehin ein schwieriges Problem darstellt.

Die Problematik sei im folgenden anhand eines Nd-YAG- Lasers beschrieben. Der Einsatz von Halogenlampen als Pumplichtquelle bei derartigen Lasern ist wegen des schlechten Wirkungsgrades ungünstig. Derartige Wärmestrahler haben ein breites, kontinuier¬ liches Spektrum, dessen Maxiumum im besten Fall bei etwa 840 nir, liegt. Der Nd-YAG-Kristall hat demgegen¬ über schmale Absorptionslinien, die alle bei kürzeren Wellenlängen liegen. Auch die Em ssionslinien der gebräuchlichen Plasmaentladungsla pen fallen nicht mit den A-bsorptionεlinien des Nd-YAG-Kristalls zusammen, durch die Verwendung von Hochdruc air.pen erreicht man

eine gewisse Verbreiterung des Emissionsspektrums und damit eine Überlappung mit den A_bsorptionslinien des Nd-YAG-Lasers .

Um den Wirkungsgrad weiter zu verbessern, hat man neben einer Optimierung der Emissionsspektren der Pump- lichtquellen noch die Möglichkeit durch eine Dotierung des Rd-Y'AG-Kristalles, dessen Absorptionsspektrum an das Emissionsspektrum der jeweiligen Lampen anzupassen. Schließlich wurden auch bereits zwischen Pumplichtquelle und den Las.erkristall Fluoreszenzgläser zwischenge¬ schaltet, beispielsweise ein mit Samarium dotiertes Glas, mittels dessen der von der Lichtquelle abgestrahlt UV-Anteil in langwelligere Strahlung umgesetzt wird, welche der Nd-YAG-Kri ^' stall absorbieren kann.

Alle diese Bemühungen zusammengenommen erreicht man je¬ doch beim Nd-YAG-Laser bestenfalls einen W ⁷ irkungsgrad von etwa 1,5%.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Licht¬ quelle mit definiertem, d.h. auf ein bestimmtes Absorptionsspektrum angepaßten Emissionsspektrum zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das lichtemittierende Medium der Lichtquelle allseit von einem Interferenzfilter umschlossen ist, welcher den nicht durch den Filter gelangenden Strahlungsanteil wieder auf das lichtemittierende Medium zurückreflektier Damit wird erreicht, daß der Energiεanteil des nicht durch den Filter gelangenden Strahlungsanteilε nicht verloren geht, wie dies beispielsweise bei üblicherweise im Strahlengang angeordneten Interferenzfiitern der Fall wäre, sondern in das lichterzeucende Medium selbst zurji

gelangt .

Für den Fall, daß die _. Lichtσuelle eine εtabförmige Plasmaentladungslampe ist, kann der Interferenzfilter direkt auf dem Lampenglas oder auch auf einem den Lampenstab mit gewissem Abstand umgebenden koaxial angeordneten separaten Rohr aufgebracht εein. Im letzteren Fall kann in dem Ringraum zwischen dem Rohr, das den Interferenzfilter trägt, und der eigent- liehen Plasmaentladungsla pe ein Kühlmittel strömen. Eine derartig aufgebaute Lichtquelle kann vorteilhaft als Pumplichtquelle eines optisch gepumpten Lasers eingesetzt werden, wobei selbstverständlich darauf geachtet werden muß, daß die Filtercharakteristik dem Absorptionsspektrum des Lasermaterials angepaßt wird.

Die mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen erreichte Ver¬ besserung des Wirkungsgrades hat den Vorteil, daß ein bestimmter Laser bei gleicher Ausgangsleistung mit weniger Aufwand hergestellt werden kann, da er kleinere Netzgeräte und ein weniger umf ngreiches Kühlsystem benötigt. Auch die Verbrauchskosten hinsichtlich Elektrizität und Kühlmedium können gesenkt werden. Die Erfindung ermöglicht weiterhin die Verwendung einfacherer und billigerer Halogenlampen, die bisher im vorliegenden Zusammenhang wegen des schlechten Wirkungsgrades nicht eingesetzt werden.

Eine Anwendung der Erfindung beim Nd-YAG-Laser ver- bessert darüberhinaus nicht nur den Wirkungεgrad, sondern auch noch die Strahlqualität. Der Laserkristall wird nämlich durch die ^* Strahlung der Pumplichtquelle aufgeheizt. durch den entstehenden Temperatur¬ gradienten wird der Kristall doppelbrechend und bildet eine thermische Linse. Dadurch wird die Strahlσuali tat

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verschlechtert und die erreichbare Energiedichte im Fokus reduziert. Durch Anwendung der Erfindung wird im wesentlichen nur noch Strahlung solcher Wellen¬ längen auf das Lasermaterial aufgestrahlt,die auch absorbiert werden kann. Die thermische Belastung des Kristalls wird dadurch verringert und die Strahl- qualität verbessert.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich selbst- verständlich auch bei anderen Lichtquellen anwenden, die bei hohem Wirkungsgrad ein definiertes Spektrum abstrahlen sollen.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeicheπung beispielsweise be¬ schrieben. Die Zeichnung zeigt den schematischen Querschnitt durch einen Festkörperlaser.

In einem elliptischen Reflektor 5 ist in einem Brenn- punkt des elliptischen Querschnitts eine von einem

Lampen-Flußrδhrchen 3 umgebene- stabfδπni-ge Plasmaent¬ ladungslampe 1 angeordnet. Im anderen Brennpunkt be¬ findet sich der ebenfalls von einem Stab-Flußröhrchen 4 umgebene Laεerkristallstab 2. Die von der Lampe 1 abgestrahlte Pumplichtstrahlung wird durch die

Reflexionscharakteristik des elliptischen Reflektors 5 auf den Laεerkristallstab 2 konzentriert und bewirkt dort die sogenannte LaserStrahlung, die durch optische Rückkopplung in einem nicht gezeigten Resonator auf eine ausreichende Strahlungsdichte verstärkt wird. Der¬ artige Anordnungen sind dem Fachmann bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung.

Auf 'dem Außenmantel des Lampen-Flußrδhrchens 3 ist ein Interferenzfi-lter 6 in Form von aufgedampften cielektri-

sehen Schichten aufgebracht. Der Interferenzfilter umgibt den Lampenstab 1 vollständig.

Derartige Interferenzfilter sind bekannt, sie bestehen im wesentlichen aus mehreren übereinander aufge¬ dampften dünnen Schichten. Die Filterwirkung beruht auf der LichtaufSpaltung infolge teilweiεer Reflexionen an den Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten verschiedener Brechzahlen. Herstellung und Aufbau derartiger Filter sind dem Fachmann bekannt -und eben¬ falls nicht Gegenstand der Erfindung. Die Filter¬ charakteristik, d.h. die genau Anzahl, Lage und Breite der von den Filterschichten durchgelaεεenen Wellenlänge bereiche muß im vorliegenden Fall lediglich auf das Absorptionsspektrum des Nd-YAG-Kristalls abgestimmt sein. Diese Abstimmung läßt sich jedoch durch einige Versuche vom Fachmann ohne größeren Aufwand durchführen

In den Ringräumen zwischen den Flußröhrchen 3,4 und der Stablampe 1 bzw. dem Laserkristallstab 2 zirkuliert ein Kühlmittel, um die entstehende Wärme abzuführen.

Die Erfindung, d.h. die den Lampenstab 1 allseits umgebende Interferenzfilterschicht 6 bewirkt, daß sämtliche "falschen" Wellenlängen (geweller Linienzug in Fig.) , di

Lampe abgestrahlt werden, nicht verlorengehen, sondern in die Lichtσuelle zurückreflektiert werden. Die Filterschicht läßt lediglich Wellenlängen (gerader Linienzug in Fi die vom laseraktivenMaterial absorbiert werden und zur Inversion beitragen. Die Energiebilanz des gesamten Systems wird damit verbessert, wie vorstehend ausge¬ führt wurde.

Bei anderen Anwendungsfällen als dem beschriebenen ist es auch möglich, den Interferenzfilter bzw. die

dielektrischen Schichten direkt auf den Laropenkolben aufzudampfen.

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