DE2156340B2

DE2156340B2 - Method and device for generating a laser beam

Info

Publication number: DE2156340B2
Application number: DE19712156340
Authority: DE
Inventors: Leon L. Odgen Utah Jones (V.St.A.)
Original assignee: Thiokol Corp
Current assignee: ATK Launch Systems LLC
Priority date: 1970-12-29
Filing date: 1971-11-12
Publication date: 1979-01-11
Also published as: NL7115305A; CA952220A; SE389773B; AU3507271A; AU469120B2; IT941147B; GB1325809A; DE2156340A1; JPS5322834B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls, bei dem in einer Ringkammer ein kohlenstoffhaltiger !ester Brennstoff verbrannt und die entstehenden Verbrennungsgase durch eine Auslaßdüse hindurch aus der v, Kammer herausgeführt und in einen optischen Laser-Hohlraum eingeleitet werden.The invention relates to a method and apparatus for generating a laser beam, burned at the a carbon in an annular chamber! Ester fuel and the resulting combustion gases through a discharge nozzle to pass from the v, lead out chamber and cavity laser are introduced into an optical.

Bei einem bekannten Laser dieser Art wird gemäß der US-PS 34 07 362 ein in einem Behälter eingeschlossenes luminiszierendes Gas durch die Stoßwelle einer Explosion angeregt Die dabei erforderliche Verwendung von Explosivstoffen bedingt jedoch zwangläufig besondere Sicherheitsvorkehrungen, und die Vorrichtung muß in ein cxplosionsfestes und damit schweres und viel Raum beanspruchendes Gehäuse unterge- v> bracht werden. Weiterhin ist aus der Literaturstelle IEEE Spectrum, Band 7 (1970), Heft 11, Seiten 51 bis 58, ein gasdynamischer Laser bekannt, bei welchem Dicyan und Kohlenstoffmonoxid als Brennstoff verwendet werden, wobei Luft und zusätzlich Stickstoffgas ho zugeführt werden müssen. Bei diesem Laser sind somit für die zur Verbrennung kommenden Gase große und aufwendige Lagerbehälter und Dosiereinrichtungen erforderlich.In a known laser of this type is according to US-PS 34 07 362 enclosed in a container luminescent gas by the shock wave of a Explosion stimulated However, the necessary use of explosives is inevitable special safety precautions, and the device must be in an explosion-proof and thus heavy and housing that takes up a lot of space. Furthermore, from the reference IEEE Spectrum, Volume 7 (1970), Issue 11, pages 51 to 58, a gas dynamic laser is known in which dicyan and carbon monoxide are used as fuel be, air and additionally nitrogen gas ho must be supplied. With this laser there are large and complex storage containers and metering devices for the gases to be burned necessary.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, ein Verfahren und b^r> eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls zu schaffen, bei dem der Verbrennungsstrahl gegen atmosphärischen oder höheren Druck ausgeblasenThe object of the invention therefore provide a method and b ^r> to provide a device for generating a laser beam, wherein the combustion jet against atmospheric or higher pressure blown werden kann und eine Geschwindigkeit unterhalb der Schallgeschwindigkeit aufweist, bei dem durch Betrieb bei hohem Druck und hoher Temperatur eine hohe Sättigungsintensität erreicht wird, bei dem weiterhin keine Sekundärinjektion von Wasserstoff oder Deuterium benötigt wird und kein elektrischer Lichtbogen erforderlich istcan be and a speed below that Has the speed of sound at which by operation at high pressure and high temperature a high intensity of saturation is reached, at which continues no secondary injection of hydrogen or deuterium is required and no electric arc is required

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß in der Brennkammer ein fester Brennstoff verbrannt wird, dessen Verbrennungsgase Kohlenstoff, Sauerstoff und ein Halogen enthalten, und daß die Verbrennungsgase in Form eines Strahles die Brennkammer verlassen, der durch den optischen Strahlengang des Lasers hindurchgeführt wird.According to the invention this is achieved in that A solid fuel is burned in the combustion chamber, the combustion gases of which are carbon and oxygen and contain a halogen, and that the combustion gases leave the combustion chamber in the form of a jet, which is passed through the optical beam path of the laser.

Gemäß der Erfindung wird also zur Erzeugung des erforderlichen angeregten Gasgemisches lediglich fester Brennstoff verwendet, der in der Brennkammer wie ein fester Raketentreibstoff abbrennt und dabei alle erforderlichen Gase erzeugt Dabei ist von Bedeutung, daß das aus der Brennkammer austretende Verbrennungsgas als Gasstrahl erhalten bleibt und daß der optische Strahlengang des Lasers durch diesen Gasstrahl hindurchgeht Der verwendete feste Brennstoff ermöglicht eine Vereinfachung in der Auslegung und eine erhöhte Zuverlässigkeit, und die großen Strömungsmengen erlauben eine höhere Betätigungsintensität und damit einen Laserstrah! von beträchtlicher Energie. Da es ciabei nicht erforderlich ist, den Gasstrahl in einen Bereich niedrigen Druckes eintreten zu lassen, ist ein besonders einfacher Aufbau der Vorrichtung möglich. Dabei besteht die Vorrichtung aus einer Brennkammer mit Auslaßdüse für das Verbrennungsgas, wobei erfindungsgemäß die Auslaßdüse als konvergierende Strahldüse ausgebildet ist Dadurch, daß diese Vorrichtung kein Explosionsschutzgehäuse und keine Einrichtungen für Sekundärinjektionen erfordert und weder starke elektrische Energiequellen noch Lagerbehälter für flüssige oder gasförmige Stoffe nötig sind, kann sie leicht transportiert werden.According to the invention is therefore to generate the required excited gas mixture only uses solid fuel in the combustion chamber like a solid rocket fuel burns and generates all the necessary gases. that the combustion gas emerging from the combustion chamber is retained as a gas jet and that the The optical beam path of the laser passes through this gas beam The solid fuel used enables a simplification in the design and increased reliability, and the large flow rates allow a higher intensity of actuation and thus a laser beam! of considerable Energy. Since it is not necessary to let the gas jet enter an area of low pressure, a particularly simple structure of the device is possible. The device consists of one Combustion chamber with outlet nozzle for the combustion gas, wherein according to the invention the outlet nozzle as converging jet nozzle is formed by the fact that this device does not have an explosion protection housing and requires no facilities for secondary injections and neither strong electrical power sources nor storage containers for liquid or gaseous substances are required, it can be easily transported.

In der Zeichnung sind Ausfüiirjngsformen bekannter und Ausführungsformen erfindungsgemäßer Lasererzeuger dargestellt und zwar zeigtEmbodiments are better known in the drawing and shows embodiments of laser generators according to the invention

F i g. 1 schematisch einen bekannten gasdynamischen Laser,F i g. 1 schematically shows a known gas dynamic laser,

Fig. 2 schematisch einen bekannten elektrisch angeregten chemischen Laser,2 schematically shows a known electrically excited chemical laser,

F i g. 3 schematisch einen bekannten reinchemischen Laser,F i g. 3 schematically a known purely chemical laser,

F i g. 4 schematisch einen Laser nach der Erfindung,F i g. 4 schematically a laser according to the invention,

Fig.5 eine Draufsicht auf die Düse des Lasers nach Fig. 4,5 shows a plan view of the nozzle of the laser according to Fig. 4,

F i g. 6 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Düse des Lasers nach F i g. 4,F i g. 6 is a plan view of a second embodiment of the nozzle of the laser according to FIG. 4,

Fig.7 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Lasers nach der Erfindung und7 schematically shows a further embodiment of a laser according to the invention and

F i g. 8 schematisch eine dritte Ausführungsform eines Lasers nach der Erfindung.F i g. 8 schematically shows a third embodiment of a laser according to the invention.

Bei dem bekannten Laser nach F i g. 1 wird ein Laserstrahl 12 in einem optischen Hohlraum erzeugt, der von den Spiegeln 14 und 16 gebildet wird. In den optischen Hohlraum werden Verbrennungsprodukte der Verbrennung von Kohlenmonoxid und Luft bei Anwesenheit von Stickstoff eingeleitet. Die erforderliche Besetzungsinversion geschieht durch Expansion der Verbrennungsprodukte nach Passieren einer Überschalldüse.In the known laser according to FIG. 1 a laser beam 12 is generated in an optical cavity, which is formed by the mirrors 14 and 16. Combustion products are deposited in the optical cavity the combustion of carbon monoxide and air initiated in the presence of nitrogen. The required population inversion occurs through expansion of the Combustion products after passing through a supersonic nozzle.

Der Druck im Gas innerhalb der Brennkammer 18 ist sehr hoch, wenngleich derartige Laser auch bereits beiThe pressure in the gas within the combustion chamber 18 is very high, although such lasers are already at

Drücken unterhalb 17 bar betrieben wurden. Die Temperatur ist nicht übermäßig hoch und liegt im allgemeinen bei etwa 1400 K, Die Expansion der Verbrennungsgase durch eine Verengungsstelle 20 in den Expansionsraum 22, dessen Querschnitt etwa Hmal 5 größer ist, bedingt eine Geschwindigkeit der Verbrennungsgase auf etwa 4 Mach, Die Temperatur der Kammer, in die die Verbrennungsgase expandieren, wird im allgemeinen auf etwa 300 K oder Raumtemperatur gehalten, und eine Vakuumpumpe 24 wird verwendet, um den für die Gasexpansion benötigten sehr niedrigen Druck zu erzeugen. Der Druck in der Expansionskammer muß sehr niedrig sein und darf in praktischen Fällen eine obere Grenze von etwa 130 mbar nicht überschreiten.Pressures below 17 bar were operated. The temperature is not excessively high and is in the generally at about 1400 K, the expansion of the combustion gases through a narrowing point 20 in the expansion space 22, the cross section of which is approximately half a height of 5 is greater, a velocity of the combustion gases to about 4 Mach, the temperature of the Chamber into which the combustion gases expand is generally set to about 300 K or room temperature is held, and a vacuum pump 24 is used to provide that needed for gas expansion to generate very low pressure. The pressure in the expansion chamber must be very low and may be in in practical cases, do not exceed an upper limit of about 130 mbar.

Diese Art Laser wird auch als durch Verbrennung gespeister Laser bezeichnet Sie benötigt als Charakteristikum eine sehr stabile Konstruktion der Verbrennungskammer, damit diese den hohen Innendrücken standhalten kann, und weiter muß in der Expansions- 2η kammer ein Vakuum erzeugt werden, damit die hohe Gasgeschwindigkeit erreicht wird, die für die Besetzungsdichte unbedingt nötig istThis type of laser is also called by combustion powered laser means it is required as a characteristic a very stable construction of the combustion chamber so that it can cope with the high internal pressures can withstand, and must continue in the expansion 2η chamber a vacuum can be created so that the high gas velocity is achieved, which is necessary for the population density is absolutely necessary

Eine weitere Entwicklung ist der elektrisch erregte chemische Laser, der schematisch in F i g. 2 dargestellt ist Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Stickstoff unter etwa 1 bar Druck in eine Kammer 26 eingeführt, in der er durch einen elektrischen Lichtbogen erhitzt wird, der zwischen einer konzentrisch angebrachten Elektrode 28 und einer Ringelektrode 30, die sich ax'al in Abstand zueinander befinden, erzeugt wird.Another development is the electrically excited chemical laser, which is shown schematically in FIG. 2 shown In this embodiment, nitrogen is introduced under a pressure of about 1 bar into a chamber 26 in which it is heated by an electric arc between a concentrically attached electrode 28 and a ring electrode 30 which is ax'al at a distance are to each other, is generated.

Schwefelhexafluorid (SFe) wird dann mit dem erhitzten Stickstoff vermischt, so daß die Temperatur der Gasmischung etwa 2500 K erreicht Bei dieser Temperatur ist das Schwefelhexafluorid stark dissozi- js iert, und die Gasmischung wird dann durch eine Düse 32 als freier Überschallstrahl 36, der atomares Fluor enthält, expandiert Molekularer Wasserstoff (H₂) oder Deuterium (D₂) wird aus einer Vielzahl von Löchern eines perforierten Rohres 34 quer in diesen Gasstrom 4» eingebiasen. Die Besetzungsinversion wird durch exotherme Reaktion erzielt:Sulfur hexafluoride (SFe) is then mixed with the heated nitrogen so that the temperature of the gas mixture reaches about 2500 K. Contains fluorine, expands Molecular hydrogen (H ₂ ) or deuterium (D ₂ ) is blown transversely into this gas flow 4 »from a large number of holes in a perforated tube 34. The population inversion is achieved by an exothermic reaction:

sion zu unterstützen. Molekulares Deuterium (Dj) wird dann zusammen mit Kohlendyoxid (CO₂) in den Gasstrom injiziert, um nachstehende Kettenreaktion hervorzurufen:support sion. Molecular deuterium (Dj) is then injected into the gas stream _{along with carbon dioxide (CO 2) to cause the following chain reaction:}

F + D,
D + F,F + D,
D + F,

(DF)* + D
(DF)* + F(DF) * + D
(DF) * + F

H₂ + F ► HF* + HH ₂ + F ► HF * + H

(I)(I)

wodurch die oberen Schwingungspegel des Fluorwasserstoff (HF) angeregt werden. Der freie Strahl 36 tritt dann durch einen opitischen Hohlraum, wo die Laserstrahlung erzeugt wird. Im freien Strahl herrschen Bedingungen wie eine Geschwindigkeit von etwa 43 Mach, eine Temperatur von etwa 400 K und ein Druck von 5 mbar.whereby the upper vibration levels of the hydrogen fluoride (HF) are stimulated. The free jet 36 occurs then through an optical cavity where the laser radiation is generated. Rule in the free ray Conditions such as a speed of about 43 Mach, a temperature of about 400 K, and a pressure of 5 mbar.

Bei einer noch jüngeren Entwicklung der chemischen Laser wurde die elektrische Erregung durch eine exotherme Reaktion von Stickoxid (NO) und Fluor (F₂) ersetzt, und ein Laser dieser Art ist schematisch in F i g. 3 wiedergegeben. Biei diesem Laser wird Stickoxid und Fluor von entgegengesetzten Enden 38 und 40 eines T-förmigen Rohres 42 zugeführt, das mit einem Ende eines langgestreckten, gallgefüllten Behälters 41 verbunden ist. Die Fluoratoine werden durch folgende Reaktion erhalten:In an even more recent development of chemical lasers, electrical excitation has been replaced by an exothermic reaction of nitric oxide (NO) and fluorine (F ₂ ), and a laser of this type is shown schematically in FIG. 3 reproduced. In this laser, nitric oxide and fluorine are supplied from opposite ends 38 and 40 of a T-shaped tube 42 connected to one end of an elongated container 41 filled with gall. The fluoratoins are obtained by the following reaction:

F₂ + NO > NOF + FF ₂ + NO> NOF + F

(2)(2)

3030th

t>ot> o

Auch Helium kann in das T-förmige Rohr 42 eingeführt werden, um den unteren CO₂-Lsiserpegtl zu entleeren und dadurch die benötigte Beselzungsinver-Das so erzeugte Deuteriumfluorid (DF) wird zu Schwingungen angeregt und dazu verwendet, das Kohlendyoxid zu pumpen, indem Schwingungs-Rotationsenergie über einen intermolekularen Energieaustausch übertragen wird. Die strömenden Gase verlassen den Behälter 41 über ein Ausblasrohr 44, und die emittierten Lichtquanten werden innerhalb eines optischen Hohlraums reflektiert, der durch einen Spiegel mit großem Krümmungsradius, im allgemeinen 2 m, und einen Planspiegel 48 gebildet ist Sowohl die elektrisch erregten als auch die ausschließlich chemischen Laser benötigen eine Sekundärinjektion von Wasserstoff oder Deuterium. Öle Bestandteile für die chemische Reaktion müssen entweder als Flüssigkeit oder als Gas zugeführt werden, die Expansionszone muß etwa Raumtemperatur haben, d. h. circa 300 K, und dpr Druck muß sehr niedrig sein, z. B. niedriger als etwa 66 mbar.Helium can also be introduced into the T-shaped tube 42 in order _{to empty the lower CO 2} -Lsiserpegtl and thereby the required colonization inverter -Rotational energy is transmitted via an intermolecular energy exchange. The flowing gases leave the container 41 via a blow-out tube 44, and the emitted light quanta are reflected within an optical cavity formed by a mirror with a large radius of curvature, generally 2 m, and a plane mirror 48, both electrically excited and exclusively chemical lasers require a secondary injection of hydrogen or deuterium. Oils components for the chemical reaction must be supplied either as a liquid or as a gas, the expansion zone must be around room temperature, ie around 300 K, and the pressure must be very low, e.g. B. lower than about 66 mbar.

Im Gegensatz zu verbrennungsgespeisten Lasern, die eine Beschleunigung der Verbrennungsprodukte einer Flüssigkeit oder eines Gases auf Überschallgeschwindigkeit erfordern, und im Gegensatz zu chemischen Lasern, die eine Sekundärinjektion einer Gasmischung benötigen, verwendet der verbrennungsgespeiste chemische Laser nach der Erfindung den Antriebsstrahl eines Feststoffraketenmotors, um auf chemische Weise Moleküle in angeregtem Schwingungszustand für den anschließenden Energieübergang nach Kohlenstoffdyoxid für den Laserbetrieb zu erzeugen.In contrast to combustion-powered lasers, which accelerate the combustion products of a Liquid or gas require supersonic speeds, and unlike chemical The combustion-fed chemical uses lasers that require secondary injection of a gas mixture Laser according to the invention the propulsion beam of a solid rocket motor in order to chemically Molecules in an excited vibrational state for the subsequent energy transfer to carbon dyoxide for laser operation.

Es wird jetzt auf den in F i g. 4 schematisch dargestellten Laserverstärker nach der Erfindung Bezug genommen, bei dem der Verbrennungsstrahl eines Feststoffraketenmotors 50 bei Atmosphärendruck in einen geeigneten Rohrleitungskörper 52 abgegeben wird. Die Verbrennungsprodukte des Raketenmotors 50 enthalten molekularen Stickstoff (N₂), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasserstoffchlorid (HCL) \,\ angeregtem Zustand, und der schnelle Temperatur- und Druckwechsel bei der Expansion des Verbrennungsstrahls durch eine konvergierende Düse erzeugt die erforderliche Besetzungsinversion. Außerdem führt die hohe Geschwindigkeit der Gase zu einer großen Sättigungsintensität und somit zu hoher Energie.It is now on the in F i g. 4, schematically illustrated laser amplifier according to the invention, in which the combustion jet of a solid rocket motor 50 is emitted into a suitable pipe body 52 at atmospheric pressure. The combustion products of the rocket motor 50 contain molecular nitrogen (N _2), carbon monoxide (CO) and hydrogen chloride (HCL) \, \ excited state, and the rapid temperature and pressure changes during the expansion of the combustion beam through a converging nozzle produces the required population inversion. In addition, the high speed of the gases leads to a great saturation intensity and thus to high energy.

Die konvergierende Düse 53 erzeugt den Verbrennungsstrahl. Die Düse braucht keinen divergierenden Abschnitt zu haben und kann im großen und ganzen rechteckig mit abgerundeten Ecker sein, wie dies in F i g. 5 dargestellt ist.The converging nozzle 53 generates the combustion jet. The nozzle does not need a divergent one Section and may by and large be rectangular with rounded corners, as in F i g. 5 is shown.

Für ein am Ende brennendes körniges Treibmittel von 4 cm Durchmesser, das 80% Oxydationsmittel wie Ammoniumperchlorat und 20% eines Bindemittels auf Kohlcnwasserstoffbasis wie Polybutadien-Acrylnitril enthält, wird mit einer l,25mal 0,5-cm-Düse ein Druck von ca. 1,7 bar und eine Verstärkung von 9%/cm erreicht.For a granular propellant 4 cm in diameter that burns at the end, the 80% oxidizing agent such as Ammonium perchlorate and 20% of a hydrocarbon-based binder such as polybutadiene-acrylonitrile contains, a pressure is applied with a 1.25 times 0.5 cm nozzle 1.7 bar and a gain of 9% / cm is achieved.

Gleiche Ergebnisse konnten mit einem Treibmittel erzielt werden, das Ruß und Anthracen enthielt und bei einem Druck von etwa 1 bar verbrannte, wobei die Düsenabmessungen etwa l,25mal 0,25 cm betrugen.The same results could be achieved with a propellant containing carbon black and anthracene and with burned at a pressure of about 1 bar, the nozzle dimensions being about 1.25 by 0.25 cm.

Andere Treibmittelzusammensetzungen, die zufriedenstellend arbeiteten, enthielten zwischen 73 und 88% Oxydationsmittel. Es können auch andere Binder wie Polyäther (z. B. Polypropylenglycol) verwendet werden.Other propellant compositions that worked satisfactorily contained between 73 and 88% Oxidizing agent. Other binders such as polyethers (e.g., polypropylene glycol) can also be used.

Der Druck in der Verbrennungskammer kann zwischen weniger als 1,07 bis über 4,5 bar schwanken, doch konnte die beste Verstärkung bei Drücken unter 3,8 bar erzielt werden. Der Verstärkungsgrad kann auch abhängig sein von dem Abstand zwischen der brennenden Oberfläche des Brennstoffs und der Düse wie auch von dem Material, das zur Auskleidung des Raketenmotorgehäuses benutzt wird.The pressure in the combustion chamber can fluctuate between less than 1.07 to over 4.5 bar, however, the best reinforcement could be achieved at pressures below 3.8 bar. The gain level can also be dependent on the distance between the burning surface of the fuel and the nozzle as well as the material used to line the rocket motor housing.

Eine andere als die in Fig.4 und 5 gezeigte Düse ist die Vielfachschlitzdüse nach Fig.6. Diese Düse weist eine Anzahl von öffnungen 55 auf, die sämtlich rechteckig sind und nahe beieinander liegen sowie parallel zueinander und quer zur Achse des optischen Hohlraums.A nozzle other than that shown in FIGS. 4 and 5 is the multi-slot nozzle according to Fig. 6. This nozzle has a number of openings 55 which are all rectangular and are close to one another as well parallel to each other and transverse to the axis of the optical cavity.

Ein üblicher, wechselspannungserregter Kohlendy-A common, alternating voltage excited carbon dy-

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gebildeten optischen Hohlraum konnte mit Erfolg verwendet werden. Der Spiegel 56 kann beispielsweise ein sphärischer Germaniumhohlspiegel mit 10-m-Radius und der Laser in einem Gehäuse mit Wassermantel und Kupferenden eingeschlossen sein. Die Elektroden können Nickel und die Fenster 57 Natriumchlorid sein. Der Spiegel 58 ist ein Planspiegel aus Germanium und zu 25% durchlässig. Goldplattierte Planspiegel (nicht gezeigt) können dazu verwendet werden, den Laserstrahl auf die Achse der Düse auszurichten, und andere Mittel wie ein goldplattierter sphärischer Spiegel mit 2-m-Kugelradius (nicht gezeigt) kann dazu verwendet werden, den Laserstrahl auf einen Punkt nahe der Düse 53 zu fokussieren.formed optical cavity could be used with success. The mirror 56 can, for example a spherical germanium concave mirror with a 10 m radius and the laser in a housing with a water jacket and copper ends to be included. The electrodes can be nickel and the windows 57 sodium chloride. The mirror 58 is a plane mirror made of germanium and 25% transparent. Gold-plated plane mirrors (not shown) can be used to align the laser beam with the axis of the nozzle, and others Means such as a gold-plated spherical mirror with a 2 m spherical radius (not shown) can be used for this purpose focus the laser beam on a point near the nozzle 53.

Gewöhnliche Natriumchloridfenster 60 und 62, die im Brewster-Winkel und senkrecht zu dem Fenster 57 des Laserraums angeordnet sind, werden dazu benutzt, Teile des Strahls durch Fresnel-Reflexion auszuspiegeln. Die Teile des so durch die Fenster 60 und 62 herausgespiegelten Strahls werden durch Diffuseren 64 und 66, die Natriumchloridplatten sein können, die auf beiden Seiten mit Sandpapier einer Körnigkeit von 300 aufgerauht sind, zerstreut und in gewöhnliche, mit flüssigem Stickstoff gekühlte, goldüberzogene Germaniumstrahlungsdetektoren 68 und 70 geleitet wie die Westinghouse-Type 8 !2. Nicht gezeigte Zerhacker können auf beiden Seiten des Raketenmotors 50 eingesetzt sein und die Anzahl der durch den Gasstrahl des Raketenmotors hindurchtretenden Laserstrahlen nach Belieben erhöht werden.Ordinary sodium chloride windows 60 and 62 set at Brewster's angle and perpendicular to window 57 of the Laser room are arranged, are used to reflect out parts of the beam by Fresnel reflection. The portions of the beam thus reflected out through windows 60 and 62 are passed through diffusers 64 and 66, which can be sodium chloride plates covered with 300 grit sandpaper on both sides are roughened, dispersed and in ordinary liquid nitrogen cooled, gold coated germanium radiation detectors 68 and 70 run like the Westinghouse-Type 8! 2. Chopper not shown can be used on both sides of the rocket motor 50 and the number of through the gas jet The laser beams passing through the rocket motor can be increased at will.

Wie in Verbindung mit F i g. 4 erläutert wurde, kann der Laserstrahl eines gewöhnlichen, wechselspannungserregten Kohlenstoffdyoxidlasers 54 durch Hindurchleiten des Strahls durch den Abgasstrahl eines Raketenmotors 50 verstärkt werden. Statt aber den Laserstrahl außerhalb des optischen Hohlraums zu verstärken, wie dies schematisch in Verbindung mit Fig.4 angedeutet ist, kann der Laserstrahl auch durch den Abgasstrahl des Raketenmotors hindurchgeleitet werden, der sich innerhalb des optischen Hohlraums befindet, der durch die Spiegel 56 und 58 gebildet wird, wie dies schematisch Fig.7zeigtAs in connection with Fig. 4 has been explained, the laser beam of an ordinary, alternating voltage Carbon dyoxide laser 54 by passing the beam through the exhaust jet of a rocket engine 50 are reinforced. But instead of amplifying the laser beam outside of the optical cavity, like this is indicated schematically in connection with FIG. 4, the laser beam can also pass through the exhaust gas beam of the Rocket motor are passed through, which is located within the optical cavity through the mirrors 56 and 58 is formed, as shown schematically in FIG

In Fig.7 sind die Teile, die mit denen der I-ig.4 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, damit das Verständnis für die Erfindung erleichtert wird. Der Spiegel 58, der das eine Ende des optischen Hohlraums bildet, ist vom Spiegel 56 so weit -> abgerückt, daß der Verbrennungsstrahl des Raketenmotors 15 den optischen Hohlraum durchsetzen kann. Der Spiegel 58 kann ein 25% durchlässiger Germaniumspiegel sein, wie er im Zusammenhang mit Fig.4 beschrieben wurde, oder er kann ein Lochspiegel sein, in Zusätzlich zu dem Ausspiegeln eines Teils des Laserstrahles in der bereits früher beschriebenen Weise mit Hilfe der Spiegel 60 und 64 auf den Detektor 68 kann ein Teil des Laserstrahls von dem Spiegel 62 auf ein Thermoelement 72 gegeben werden.
i-> Wenn der Brennstoff 80% Oxydationsmittel aus Ammoniumperchlorat und 20% Bindemittel aus polybutadien-Acrylnitril aufweist, dann läßt sich eine Verstärkung von 5% mit dem Thermoelement 72 bei einer Düse von l,25mal 0,25 cm feststellen, die etwa 6 mm vom 2'.} Laserstrahl entfernt angeordnet ist.In FIG. 7, the parts which correspond to those of I-ig.4 are provided with the same reference numerals, so that the understanding of the invention is facilitated. The mirror 58, which forms one end of the optical cavity, is so far removed from the mirror 56 that the combustion jet of the rocket motor 15 can penetrate the optical cavity. The mirror 58 can be a 25% permeable germanium mirror, as it was described in connection with FIG 64 on the detector 68, a portion of the laser beam from the mirror 62 can be applied to a thermocouple 72.
i-> If the fuel has 80% oxidizing agent made of ammonium perchlorate and 20% binder made of polybutadiene-acrylonitrile, then a gain of 5% can be determined with the thermocouple 72 with a nozzle of 1.25 times 0.25 cm, which is about 6 mm is arranged away from the 2 '.} laser beam.

Ein zweites Ausführungsbeispiel des Lasers ist schematisch in F i g. 8 dargestellt. Auch in dieser Figur haben gleiche Teile wieder dieselben Bezugszeichen, und der wechselspannungserregte Kohlen-2ί dioxydlaser 54 aus F i g. 5 ist aus dem optischen Hohlraum entfernt worden. Der Spiegel 56 hat einen etwas größeren Radius erhalten, z.B. 12cm, und der Spiegel 58 ist durch einen mit einem Loch versehenen Planspiegel 74 ersetzt, dessen Lochdurchmesser 0,75 mm istA second embodiment of the laser is shown schematically in FIG. 8 shown. Also in this one Figure have the same parts again the same reference numerals, and the AC-excited carbon 2ί Dioxide laser 54 from FIG. 5 has been removed from the optical cavity. The mirror 56 has get a slightly larger radius, e.g. 12cm, and the mirror 58 is through one with a hole provided plane mirror 74 replaced, the hole diameter of which is 0.75 mm

Bei Verwendung eines Ammoniumperchloratoxydationsmittels zu 80% und zu 20% eines Binders Polybutadien-Acrylnitril ließ sich eine Laserwirkung erzielen, wobei der Laserstrahl in einer Entfernung von j5 etwa 0,75 mm von der Düse verlief. Ein (nicht gezeigter) Zerhacker innerhalb des optischen Hohlraums zwischen dem Spiegel 56 und dem Raketenmotor 50 konnte mit Erfolg zur Modulation des Laserstrahls eingesetzt werden.When using an ammonium perchlorate oxidizer 80% and 20% of a binder polybutadiene-acrylonitrile could be a laser effect with the laser beam passing about 0.75 mm from the nozzle at a distance of j5. A (not shown) Chopper within the optical cavity between the mirror 56 and the rocket motor 50 could have Success can be used to modulate the laser beam.

Der durch Verbrennung gespeiste chemische Laser und Verstärker gemäß der Erfindung hat gegenüber den bekannten Lasern eine Reihe von Vorteilen. Es brauchen beispielsweise keine starken elektrischen Energiequellen für die Erregung der chemischen Laser verwendet zu werden oder als Pumpenergiequellen für wechselspannungserregte Laser, wodurch die Vorrichtungen viel leichter transportierbar werden, und es brauchen keine großen Mengen an Flüssigkeit und/oder Gasen gespeichert zu werden, wie dies bisher nötig war. Die bereits bewährten Feststofftreibmittel ermöglichen eine Vereinfachung in der Auslegung und eine erhöhte Zuverlässigkeit, und die größeren Strö-iungsmengen erlauben eine höhere Sättigungsintensität und damit einen Laserstrahl von stark erhöhter Energie. Da es außerdem nicht mehr nötig ist, den Verbrennungsstrahl des Raketenmotors in einen Bereich niedrigen Druckes eintreten zu lassen, werden die ganzen Einrichtungen nochmals einfacher, wozu weiterhin auch beiträgt daß keine Sekundärinjektion mehr erforderlich ist Darüber hinaus kann das Gewicht wegen der niedrigen Verbrenmingsdrücke bedeutend reduziert werden und auch dadurch, daß keine flüssigen und gasförmigen Stoffe mehr gespeichert werden müssen.The combustion powered chemical laser and amplifier according to the invention has over known lasers have a number of advantages. For example, it doesn't need strong electrical ones Energy sources to be used for the excitation of chemical lasers or as pump energy sources for alternating voltage excited lasers, which makes the devices much easier to transport, and it there is no need to store large amounts of liquid and / or gases, as was previously necessary. The already proven solid propellants allow a simplification in the design and a increased reliability, and the larger flow rates allow a higher saturation intensity and thus a laser beam of greatly increased energy. There In addition, it is no longer necessary to lower the combustion jet of the rocket engine to an area Letting the pressure come in makes the whole facilities even easier, and for that reason also helps eliminate the need for a secondary injection low combustion pressures significantly reduced and also because there is no longer any need to store liquid or gaseous substances.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Claims;

1. Verfahren zum Erzeugen eines Laserstrahls, bei dem in einer Ringkammer ein kohlenstoffhaltiger fester Brennstoff verbrannt und die entstehenden Verbrennungsgase durch eine Auslaßdüse hindurch aus der Kammer herausgeführt und in einen optischen Laser-Hohlraum eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brenn- kammer ein fester Brennstoff verbrannt wird, dessen Verbrennungsgase Kohlenstoff, Sauerstoff und ein Halogen enthalten, und daß die Verbrennungsgase1. Method for generating a laser beam, at in which a carbonaceous solid fuel is burned in an annular chamber and the resulting Combustion gases passed out of the chamber through an exhaust nozzle and into a optical laser cavity are initiated, characterized in that in the focal chamber a solid fuel is burned, its combustion gases carbon, oxygen and a Contain halogen, and that the combustion gases in Form eines Strahles die Brennkammer verlassen, der durch den optischen Strahlengang des Lasers. hindurchgeführt wird.leave the combustion chamber in the form of a jet, the one through the optical beam path of the laser. is passed through.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer ein einstöckiger Brennstoffkörper abgebrannt wird, dessen Verbrennungsgase ein Kohlenstoffoxid enthalten.2. The method according to claim 1, characterized in that a one-story in the combustion chamber Fuel body is burned, the combustion gases contain a carbon oxide.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase angeregten Stickstoff und/oder ein angeregtes Wasserstoffhalogenid enthalten.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the combustion gases contain excited nitrogen and / or an excited hydrogen halide.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einer Brennkammer mit Auslaßdüse für das Verbrennungsgas, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßdüse als konvergierende Strahlendüse (53) ausgebildet ist4. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3, consisting of a combustion chamber with an outlet nozzle for the combustion gas, characterized in that the Outlet nozzle is designed as a converging jet nozzle (53)

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (50) ein Feststoffraketenmotor ist.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the combustion chamber (50) is a solid rocket motor.

6. Vorrichtung ivch Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die f-rahldüse (53) in einen r> optischen Hohlraum mündet.6. Device IVCH claim 4 or 5, characterized in that the f-rahldüse (53) in a optical r> cavity opens.