Anordnung zur Erzeugung kohärenten Lichtes
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung _
kohärenten'%chtes, insbesondere Resonatoren für Fest-
körper-, Gas- oder Flüssigkeits-Laser ,mit innenaxial-
symmetrischer Energiesuführung.
Bei bekannten Laseranordnungen, bei denen die selek-
tiv fluoreszente Strahlung durch Licht angeregt wird, wird
die pumpenergie den :meist in Stabform vorliegenden Zaser-
Substanzen von der Peripherie aus zugeführt. Vorwiegend
Werden zwei Beleuchtungssysteme benutzt:
°t. Spiralförmige Lichtquellen, die von zylindri-
`sehen Reflektoren koaxial umschlossen werden und
stäbförmige Lichtquellen, die in einer Brenn-
Linie von zylindrischen Ellipsenspiegeln angeordnet sind,
während der Laserstab in der zweiten Brennlinie angeord-
ne t ist.
Es ist äuch bekannt, den Laser-Resonatoren, die aus
äktiverten Festkörpern, Flüssigkeiten oder. Gasen bete-
hendie Fümpenergie von innert her zuzuführen:. DIe für die
Aüreguhg verwendeten Lichtquellen wenden also von den
Zzser-ßesori@itoreh eingeschlossen. I?ie Hinstrahlung des An-
regungsliohtes erfolgt demnach nicht wie üblich radial von
äüßen, äüf den. Mässiven iaser-Resanätor, sondern radial von
innen auf den hohlen 13 einfachsten lall
eines rohrförmigen Renonatorn ist der innere Durchmesver,
so dimensioniert, daß die lichtquelle und gegeeenentel1e
zusätzliche Einrichtungen In ihm Flau finden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter
Verwendung der bekannten Anordnung der Pumplichtquellg
innerhalb eines rohrförmig ausgebildeten selektiv
fluoreg-
zenten Mediums eine. Anordnung zur Erzeugung kohärenten
Lichtes zu schaffen, die den Betrieb mehrerer, in gleichen
oder verschiedenen Frequenzen arbeitender Medien gestattet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß das den Resonetor bildende selektiv fluoreazente
Me-
dium, das die Pumplichtquelle rohe- oder mantelförmig um-
gibt, aus mehreren Elementen, die aus den gleichen oder
verschiedenen selektiv fluoseszenten Materialien mit
gleichen oder verschiedenen Aktivatoren und gleichen oder
verschiedenen Aktivatork®nzentrationen bestehen, zusam-
mengesetzt ist: Diese Elemese können neben- oder hinter-
einander angeordnet sein.
Handelt es sieh um feste selektiv fluoreäzente Me-
dien, so kann- der Rei3on,ator vorteilhaft aus neben-
oder
hintereinähddr sngeordneten selektiv f7.uoreszenten Kai:
Stellen oder ClUsern znsoääengesetzt sein, die in
bekann-
ter Jeiee optisch bearbeitet oder verapegelt sind:
Bei VerWehdung flüe®igdr oder gasförmiger selektiv
flüoreszehter kledien befiri4eh sich diese vorteilhafter=
weine in einem doppelwandigen Mantelgefäß etwa aus Glas oder Quarzglaa,
das eine oder .mehrere über die Peripherie verteilte oder in Längsrichtung hntereinanderiegende
Kammern enthält. Für besondere Zwecke können tittel vor-- gesehen werden, - um die
Füllung in diesen Kammern umzuwälzen.Arrangement for generating coherent light The invention relates to an arrangement for generating _
coherent '%, especially resonators for solid
body, gas or liquid laser, with inner-axial
symmetrical energy supply.
In known laser arrangements in which the selective
tively fluorescent radiation is excited by light
the pump energy the: mostly in rod form Zaser-
Substances supplied from the periphery. Predominantly
Are two lighting systems used:
° t. Spiral light sources, which are made of cylindrical
`see reflectors and are coaxially enclosed
rod-shaped light sources in a focal
Line of cylindrical elliptical mirrors are arranged,
while the laser rod is arranged in the second focal line.
ne t is.
It is also known from laser resonators
activated solids, liquids or. Gases pray-
to supply the Fümpenergie from within: Die for the
Aüreguhg used light sources so turn from the
Zzser-ßesori @ itoreh included. I? He radiation of the
Regulationsliohtes therefore does not take place radially from as usual
utter, üf the. Massive iaser Resanätor, but radial from
inside on the hollow 13 simplest lall
of a tubular renonator is the inner diameter,
dimensioned in such a way that the light source and geeenentel1e
additional facilities find him slack.
The invention is based on the object
Use of the known arrangement of the pump light source
within a tubular selectively fluorinated
central medium one. Arrangement for generating coherent
To create light that allows the operation of several, in the same
or different frequencies of working media.
According to the invention, this object is achieved by
that the selectively fluorescent substance forming the resonator
medium that surrounds the pumped light source in a raw or jacket-shaped
there, made up of several elements that are made up of the same or
different selectively fluorescent materials with
same or different activators and same or
different Aktivatork® concentrations exist, together
is set: These elements can be placed next to or behind
be arranged to each other.
If it is a matter of solid, selectively fluorescent
Serve, so the Re i3 on, ator can be advantageous from side-by-side or
behind one another selectively f7.uorescent quay:
Bodies or clUsers should be set up that are known in
ter Jeiee are optically processed or stacked:
When used, flüe®igdr or gaseous selective
Flüoreszehter kledien this is more advantageous =
Weep in a double-walled jacket vessel made of glass or quartz glass, which contains one or more chambers distributed over the periphery or one behind the other in the longitudinal direction. For special purposes, means can be provided - to circulate the filling in these chambers.
Es ist vorteilhaft, die Innenseite des die Pump-Lichtquelle umgebenden
Resonatorgebildes litt, Schichten geeigneter Verbindungen zu bedampfen, um einerseits
unerwünschte Udellenlängenbereiche aus der spektralen Verteilung der Pumpliehtstrahlung
auszuschließen und anderer-- seits die Reflexion derjenigen Wellenlängenbereiche
zu vermindern" die für die Anregung der induzierten Emission benötigt werden.It is advantageous to have the inside of the light source surrounding the pump
Resonatorgebildes suffered from evaporating layers of suitable compounds, on the one hand
unwanted udelle length ranges from the spectral distribution of the pump light radiation
to exclude and on the other hand the reflection of those wavelength ranges
to reduce "which are required for the excitation of the induced emission.
Die äußeren Mantelflächen werden vorteilhafterweise undurchlässig
verspiegelt.The outer jacket surfaces are advantageously impermeable
mirrored.
Die erfindungsgemäße Anordnung
die Möglichkeit, das Reeonatorgebilde aus einer,Kombination von Festkörperreaonatoren
und Flüssigkeits- oder Gasresonatoren aufzubauen. In diesem Falle vierden vermittels
ineinandergesetzter doppel- oder mehrwendiger Rohrsysteme, vorzugsweise aus selektiv
fluoreszenten Gläsern Mäntel für Lasergas oder Laserflüssigkeit gebildet, deren
Stirnflächen in bekannter :Meise optisch bearbeitet und verspiegelt sind:. -A1"s
Lasersubstanzen können für. die erfindungsge- ' l
mäßen Resonatoren
alle diejenigen verwendet werden, die bereits gegenwärtig für massive Laserstäbe
eingesetzt werden. Anorganische und organische Zaser lassen sich nach bekannten
Verfahren zu Platten oder Prismen bearbeiten oder verformen. Die Kristallsubstanzen
können durch geeignete Kri-stallzuchtverfahren als Einkristalle mit den gewünschten
Abmaßen gezüchtet und zu Rohrkörpern zusammengesetzt werden. Die flüssigen Substanzen
werden in doppelwandige Resonatorgefäße eingeführt und durch Mnlauf homogen verteilt.
Die Aktivatoren werden in bekannter Weise den ai.rts-Substanzen zugeführt und in-diese
dingebaut. Natürlich können auch isotopenreine und kernspinfreie Aktivatoren eingebaut
werden. Die Konzentration des Aktivators wird man in den Grenzen halten, die einen
optimalen. Effekt bringen, z. 3. muß die Konzentration so gering sein, däß unerwünschte
sJ'echselwirkungen der Aktivator-_Ionen untereinander: vernachlässigt werden können..;
Andererseits wird die Konzentration .so groß sein müssen, daß bei den zur Verfügung
stehenden-',Jeglängen in Reaonatorgemäß der Formel .The arrangement according to the invention the possibility of building the reonator structure from a combination of solid-state and liquid or gas resonators. In this case, by means of nested double or multi-turn pipe systems, preferably made of selectively fluorescent glasses, jackets for laser gas or laser liquid are formed, the end faces of which are optically processed and mirrored in the known manner :. All those laser substances can be used for the resonators according to the invention that are already currently used for massive laser rods. Inorganic and organic fibers can be processed or shaped into plates or prisms by known methods suitable crystal growing methods are grown as single crystals with the desired dimensions and assembled into tubular bodies. The liquid substances are introduced into double-walled resonator vessels and distributed homogeneously by running. The activators are added to the ai.rts substances in a known manner and built into them. Of course, isotope-pure and nuclear spin-free activators can also be built in. The concentration of the activator will be kept within the limits that bring an optimal effect, e.g. 3. the concentration must be so low that undesired interactions of the activator ions with one another: can be neglected nen ..; On the other hand, the concentration "must be so great that with the available -" J lengths in the reactor according to the formula.
_. I - . 1o e k e1 gilt. Dabei bedeuten. - I - die austretende Intensität,
Io die einfallende Intensität und ._. I -. 1o e k e1 holds. Mean. - I - the emerging intensity,
Io is the incident intensity and.
@k, die Absorptionskonstante für die Wellenlängen-Bereiche, die zum
Pumpeffekt dienen. : .--. _
Weiterhin gilb -
(2) 1 p il & - Ri, wobei Ra. der Aurendurchmesser,i
der Innendurchmesser ist.
Die austretende Lichtintensität - I geht für die Anregungs-
wellenlängenbereiche gegen Null, das: heißt, die Anregungs-
energie muß vollständig--im Laser-Resonator verbraucht- wer-
den. Die Dicke der Jandung wird sich bei gegebener Konzen-
tration und Absorptionskonstanten nach dieser Forderung
richten. - -
Einige Beispiele von vielen mäglichen Ausführungs-
formen des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung
schematisch dargestellt.
Der Querschnitt des Laser-Resonators kann von dem -
kreisförmigen abweichen. Es sind die verschiedensten geo-
metrischen Formen des Querschnittes denkbar; zI3. quadra-
tische,--wie in Fig. 1 oder dreieckige, wie in Fig. 2 dar-
gestellt.- Auch rechteckige und ellipsenförmige Quer- -
schnitte mögen für spezielle Anwendungen geeignet sein,
hie Bearbeitungstechnologie setzt der Herstellung solcher -
Resanätoren keine besonderen Schwierigkeiten entgegen. Die
Platten werden vorgearbeitet; die t4antelfläciien geschlif-
een und poliert und zweckmäßigerweise zusammengekittet,
beispielsweise an den Grenzfläche., an denen die Platten
zusammenstoßen, was jedoch zur Erreichung des physikali-
pchen Effektes nicht unbedingt notwendig ist. Urst nach
dem Verkitten, Verschmelzen oder Ansprengen werden die -
Dackflä,chen mit der fair die 1iasertätiglsit notwendigen
cptiachen Güte bearbeitet. "
Ein besonderer Vorzug kann es für gewisse" Anwen-
dungsmöglichkeiten sein,-daß man für diese Art der Laser-
Resonstoren mehr als einen Aktivator vervrenden- kann, so
sind z. E, bei der Ausführungsform nach Fig 1 maximal vier.
verschiedene Aktivatoren und bei der nach Fig. 2 maximal
drei verschiedene Aktivatoren möglich, Dadurch kann man
reit einem Irgser-Resonator mehrere verschiedene laser-Fre-
quenzen erzielen und sie gleichzeitig zur Ausstrahlung
bringen. Eine solche Möglichkeit kann z. B. für die Nach-
richtenübermittlung von Interesse sein.
Resonatoren anderer Art kann. man für ringförmige
bzw. rohrförmige Laser-Resonatoren, aber auch für solche
mit anderen geometrischen Querschnitten dadurch herstellen,
daß man mehrere Resonatoren von gleichem Querschnitt und
zweckmäßige.rweise [email protected], aber unter-
schiedlicher Art der Aktivator-Substanz zu einem zusammen-
gesetzten I,aser-Resonator verbindet! Ein Beiopiel für drei
verschiedene Aktivatoren zeigt schematisch Fig. 3, 14 ein-
fachsto4 Fall würde die-Verspiegelung der beiden Endflächen
des zusammengesetzten Resonatora genügen. Aber auch die
Verspiegelung der inneren QrenzfÄchen könnte für spezielle
Anwenungsmöglichkeite: ni !glich sein. T.m falle nach der
fig. 3 vürde sich das Strahlungsfeld der induertan
Emiosion aus mehreren Frequenzen, entsprechend der Zahl der
v®rvrendst®n Aktivatoren-Subatanzen, hcunogen zusen-
setzen.- In den-Beiapielen nach den Figä 9 un4 fr liegen
bei
Verwendung mehrerer Aktivatoren die Strahlungsfelder der
verschiedenen Preq@enzen räumlich entsprechend der geome-
trischen-Form dea-Querschnitts auseinander.
Die Eigenschaften. der hohlen taser-Resonatoren kön-
nen in mehrfacher Hinsicht verbessert werden.
Es können etcrra Spezialschichten, die sui' die innere
Mantelfläche des Res®nmtors aufgebracht werden, sowohl für
die Absorption unerwünschter Wellenlängenbereiche aus der
spektralen Verteilung der Pumpstrehlung als auch für die .
Reflexionsverminderung der Wellenlängenbereiche in der -=
Pumpstrahlung, die für.die Anregung der induzierten Emission
benötigt =werden= dienen.
Des weiteren erlaubt die Verspiegelung der-äußeren
Mantelfläche des Resßnators die völlige Ausnutzung des
Pumplichts. Dieser Pall-ist besonders wichtig Zür Aktiva-
toren (dreiwertige Seltene Erden), die eine kleine Abearp_
- tionskonstante besitzen. In diesen Fällen wird bei üblicher
Konzentrationen die Schichtlänge 1 - gemäß der Tormel
(1
groß; Reflexion an der äußeren Mantelfläche Würde material-
sparend sein..-Die Außenverspiegelung läßt sich auch.auf
Laser-Resonatoren mit nicht kreisfö=igen Querschnitten,-
. wie etwa in Figä &f und 2 .tiergestellt,- auf zusammengesetzte
Resonatoren rasch Fig 3 und auf die anderen Ausführungsfor-
men anivendenf
@k, the absorption constant for the wavelength ranges that are used for the pumping effect. : .--. _ Still gilb -
(2) 1 p il & - Ri, where Ra. the auricle diameter, i
is the inside diameter.
The emerging light intensity - I goes for the excitation
wavelength ranges towards zero, that is, the excitation
energy must be completely - consumed in the laser resonator -
the. The thickness of the jandung will vary with a given concentration
tration and absorption constants according to this requirement
judge. - -
Some examples of many possible implementations
Shapes of the subject of the invention are shown in the drawing
shown schematically.
The cross-section of the laser resonator can vary from the -
circular deviate. There are the most diverse geo-
metric shapes of the cross-section conceivable; zI3. square
tables - as in Fig. 1 or triangular, as shown in Fig. 2
- Also rectangular and elliptical transverse -
cuts may be suitable for special applications,
This processing technology relies on the production of such -
Resanators faced no particular difficulties. the
Panels are prepared; the surface areas are ground
een and polished and suitably cemented together,
for example at the interface., at which the plates
collide, which, however, leads to the achievement of the physical
pchen effect is not absolutely necessary. Urst after
cementing, fusing or wringing the -
Back surfaces with the fair the 1iasertätiglsit necessary
cptiachen goodness processed. "
There may be a particular advantage for certain "users"
possible, -that one for this type of laser-
Resonators can use more than one activator, so
are z. E, in the embodiment according to FIG. 1, a maximum of four.
different activators and in the case of FIG. 2 a maximum
three different activators possible, so you can
a Irgser resonator rides several different laser frequencies
achieve sequences and at the same time make them radiate
bring. Such a possibility can e.g. B. for the
transmission of messages will be of interest.
Other types of resonators can. one for ring-shaped
or tubular laser resonators, but also for such
produce with other geometric cross-sections by
that you have several resonators of the same cross-section and
expediently like [email protected], but under-
different types of activator substance to a combined
set I, aser resonator connects! A case study for three
various activators are shown schematically in Fig. 3, 14 a
In a further case, the two end faces would be mirrored
of the composite resonator are sufficient. But also the
Mirroring the inner border could be for special
Possible uses: not to be possible. Tm falls after the
fig. 3 the radiation field of the induertan
Emiosion from several frequencies, according to the number of
v®rvrendst®n activator substances, hcunogen to-
In the setzen.--Beiapielen according to Figä 9 UN4 fr will be
Use several activators to reduce the radiation fields
different Preq @ enzen spatially according to the geome-
tric-shape dea-cross-section apart.
The properties. the hollow taser resonators can
can be improved in several ways.
There can be etcrra special layers that sui 'the inner
Surface of the Res®nmtor can be applied, both for
the absorption of undesired wavelength ranges from the
spectral distribution of the pump radiation as well as for the.
Reflection reduction of the wavelength ranges in the - =
Pump radiation for the excitation of the induced emission
needed = will = serve.
Furthermore, the mirroring of the exterior allows
Jacket surface of the Resßnators the full utilization of the
Pump light. This pall-is particularly important to the assets
gates (trivalent rare earths) that have a small Abearp_
- have a constant. In these cases it is more common
Concentrations the layer length 1 - according to the formula (1
great; Reflection on the outer surface of the material would
be economical ..- The exterior mirroring can also be
Laser resonators with non-circular cross-sections,
. as in figs. f and 2. animal presented - on compound
Resonators quickly Fig 3 and to the other embodiments
men anivendenf