DE2051328A1 - Vorrichtung zur Wellenlangenselektion bei breitbandig emittierenden Lasern - Google Patents
Vorrichtung zur Wellenlangenselektion bei breitbandig emittierenden LasernInfo
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- H01S3/213—Liquids including an organic dye
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Description
FIRMA CARL ZEISS, 7920 HEIDENHEIM (3RENZ)
Vorrichtung zur Wellerilängenselektion bei breitband ig emittierenden Lasern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wellenlängenselektion
bei breitbandig emittierenden Lasern, insbesondere Farbstoff- g lasern.
Die organischen Farbstoffamilien, welche einen Lasereffekt zeigen,
haben starke und breite Absorptions- und Fluoreszenzbanden. Auch ihre Laseremission erstreckt sich über einen breiten Wellenlängenbereich.
Die Emissipnsbande kann jedoch auf eine schmale Linie
eingeengt werden, wenn man einen Resonator mit spektral selektiver Güte verwendet. Bei geeigneter Ausführung kann die selektierte
Linie über einen Bereich von mehreren 100 nm verschoben werden.
Es ist beispielsweise bekannt, im Laseraufbau anstelle eines Resonatorspiegels ein Reflexions-Beugungsgitter in Littrow-Aufstellung
einzusetzen. Bei dieser Anordnung wird von dem aus der |
Laserküvette austretende und auf das Gitter treffende Licht nur ein schmaler, von der Stellung des Gitters abhängiger Wellenlängenbereich
in sich zurückgebeugt, während Licht anderer Wellenlängen in einem Winkel zur Resonatorachse zurückgebeugt und nicht
weiter verstärkt wird. Ein Teil des Laserlichtes verläßt den Resonator als nutzbares Ausgangsbundel in Richtung der nullten
Beugungsordnung des Gitters. Durch Neigen des Gitters um eine zu seinen Furchen parallele Achse kann die Emissionswellenlänge verändert
werden. Nachteilig dabei ist, daß auch das Ausgangsbündel seine Richtung ändert. Ein weiterer Nachteil liegt in der
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Divergenz des Laserbündels. Um nämlich mit Anordnungen des beschriebenen
Beispiels, bei denen dispergierende Elemente mit Winkeldispersion benützt werden, schmale Emissions linien zu erzeugen,
muß die Divergenz des Laserbündels im Resonator möglichst klein sein. Beim Farbstofflaser können jedoch Divergenzen von
vielen m rad auftreten. Der vom Lösungsmittel als Wärmeenergie aufgenommene Teil des Pumplichtes ruft nämlich während der Pumpdauer
in der Lösung Brechzahländerungen hervor, so daß das Lasermaterial optisch inhomogen wird. Je nach der Konzentration der
aktiven Lösung und der von der Geometrie der Pumpvorrichtung abhängenden Pumplichtvert ilung in der Lösung wird im Resonator
eine positive oder negative Linsenwirkung oder eine Prismenwirkung erzeugt. Während des Impulses bleibt also der Eintrittswinkel des Lichtes in das dispergierende Element räumlich und
zeitlich nicht konstant, was große Emissionsbandbreite verursacht. Sie übertrifft die Bandbreite, die das Element bei
beugungsbegrenzter Divergenz erzeugen würde, um ein Vielfaches.
Der Nachteil der großen Divergenz läßt sich vermeiden, wenn das Laserlichtbündel vor dem Eintritt in den Selektor mit einem
Teleskopsystem aufgeweitet wird. Als Richtungsfilter kann zusätzlich
eine Lochblende in den Fokus des strahlenaufweitenden Systems eingebaut werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Richtungsfilterung und Wellenlängenselekt^ion mit einer besonders einfachen Vorrichtung
zu erzielen, die auch frei ist von dem Nachteil, daß das Ausgangslichtbündel seine Richtung ändert, wenn mit Hilfe
des Selektörs die LaserwellenlMnge durchgestimmt wird$ Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im optischen Strahlengang hinter einem Richtungsfilter ein fokussierendes
Element mit Wellenlängenabhängiger Brennweite vorgesehen ist,
welches durch Reflexion die Lochblende in sich selbst abbildet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das
fokussierende Element aus einem Linsensystem großer chromatischer
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Längsabweichung und kleinem öffnungsfehler, dem ein Autokolirnationsspiegel
nachgeschaltet ist.
In einem ausgeführten Beispiel variiert die Brennweite des Linsensystems
für Längenwellen zwischen X= 405 nm und A = 660 nm zwischen
50 und 120 mm.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht
das fokussierende Element aus einem Reflexions-Beugungsgitter mit Blazewirkung und wellenlängenabhängiger Brennweite, das beispielsweise
in bekannter und einfacher Weise interferometrisch-holographiseh
herstellbar ist und im folgenden als Fresnelscher Zonenspiegel bezeichnet wird.
Zur Erhöhung der spektralen Auflösung läßt man das Lichtbündel vorteilhafterweise
außerhalb der optischen Achse auf das fokussierende Element treffen.
Die mit der Vorrichtung erzielten Vorteile liegen insbesondere in ihrem einfachen Aufbau und in der Richtungskonstanz des aus dem
Resonator durch einen Zonenspiegel ausgekoppelten Bündels bei Änderung der Wellenlängeneinstellung, da der Selektor nur entlang
und parallel der optischen Achse verschoben wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 3 der
beigefügten Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert; "
Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei der das mit wellenlängenabhängiger Brennweite fokussierende Element aus einem Linsensystem
besteht, dem ein Autokolimationsspiegel nachgeschaltet ist;
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechenden erfindungsgemäßen Vorrichtung,
bei der das Lichtbündel außerhalb der opti-
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sehen Achse auf das fokussierende Linsensystem fällt;
Fig. 3 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, bei der das mit wellenlängenabhängiger Brennweite fokussierende Element aus einem interferometrisch-holographisch
hergestellten Fresnelschen Zonenspiegel besteht.
Im einzelnen ist in den Figuren der beigefügten Zeichnung mit 1 eine Pumplichtquelle für den Farbstofflaser bezeichnet, mit 2
die Laserküvette und mit 3 und 4 ein aus einer Sammellinse und einer Lochblende bestehendes Richtungsfilter mit strahlaufweitender
Wirkung bezeichnet.:
In der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung ist mit 5 ein chromatisches Linsensystem mit wellenlängenabhängiger
Brennweite und mit 6 ein dahinter aufgestellter Autokolimationsspiegel bezeichnet. Die Gruppe 5* 6* welche die^Blende 4 im
Licht der gewünschten Wellenlänge auf sich selbst abbildet, wird in diesem Ausführungsbeispiel zum Durchstimmen und Einengen der
Emissionsbande längs der optischen Achse in Pfeilrichtung 7 verschoben.
Bei der in der Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Darstellung wird zur Erhöhung der spektralen Auflösung das Lichtbündel außerhalb
der optischen Achse auf das fokussierende Linsensystem 8 und den dazugehörenden Spiegel 9 geführt.
In der Fig. j5 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt,
bei der das mit wellenlängenabhängige Brennweite fokussierende Element aus einem interferometrisch-holographisch hergestellten Fresnelschen
Zonenspiegel besteht. Auch in dieser Anordnung kann zur Erhöhung der spektralen Auflösung das LiQhtbündel außerhalb der
optischen Achse geführt werden. In Luft als umgebendem Medium wird dieser Fresnel'sehe Zonenspiegel für Wellenlängen um A ~ /L/n
■-. 5 -
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benutzt. Mit 1 ist die Wellenlänge des Lichtes bezeichnet, das
zur Erzeugung des als Fresnelsche Zonenplatte ausgebildeten HoIogrammes
verwendet wurde, mit η die Brechzahl des für den Zonenspiegel
verwendeten Glases und des Photolacks, in welchem das Hologramm erzeugt wurde. Wird der Zonenspiegel mit Glas verkittet,
so kann er für Wellenlängen um χ benutzt werden. Die Emissions-
a °
b>ende des Lasers wird auch in der der Fig. 3 entsprechenden Anordnung
durch Verschieben des Zonenspiegels entlang der optischen Achse durchgestimmt und eingeengt, da dessen Brennweite f eine
Punktion der das Hologramm erzeugenden Wellenlänge .? und der vom
Laser auf den Spiegel-auftreffenden Wellenlänge /L ist, die sich
mathematisch wie folgt ausdrückt:
h ■ t (
209818/0867 . 6 .
Claims (5)
- PatentansprüchefIy Vorrichtung zur Wellenlängenselektion bei breitbandig emittierenden Lasern, insbesondere Farbstofflasern, dadurch gekennzeichnet, daß im optischen Strahlengang hinter einem Richtungsfilter (J)A) ein fokus si er end es Element mit wellenlängenabhängiger Brennweite vorgesehen ist, welches durch Reflexion die Lochblende (4) in sich selbst abbildet.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fokussierende Element aus einem Linsensystem (5) großer chromatischer Längsabweichung und kleinem ö*f fnungs fehler besteht, dem ein Autokolimationsspiegel (6) nachgeschaltet ist.
- J). Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennweite des Linsensystems (5) für Wellenlängen zwischen λ= 405 nrn und A = 656 nm zwischen 50 und 120 mm variiert.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fokussierende Element aus einem interferometrisch-holographisch hergestellten Fresnel'sehen Zonenspiegel (10) mit wellenlängenabhängiger Brennweite besteht.
- 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Laser kommende Lichtbündel außerhalb der optischen Achse auf das fokussierende Element trifft.Brei/Hg
I5IO7O:' U 1J 818/088 7
Priority Applications (2)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2051328B2 DE2051328B2 (de) | 1973-03-29 |
DE2051328C3 DE2051328C3 (de) | 1973-10-11 |
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Family Applications (1)
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- 1970-10-20 DE DE19702051328 patent/DE2051328B2/de active Granted
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1971
- 1971-10-12 US US00188073A patent/US3735278A/en not_active Expired - Lifetime
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