DE2051328B2

DE2051328B2 - Vorrichtung zur wellenlaengenselektion bei breitbandig emittierenden lasern

Info

Publication number: DE2051328B2
Application number: DE19702051328
Authority: DE
Inventors: Fritz Peter Prof. Dr. 3550 Marburg; Schmidt Werner Dr. 7080 Aalen Schäfer
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1970-10-20
Filing date: 1970-10-20
Publication date: 1973-03-29
Also published as: DE2051328A1; DE2051328C3; US3735278A

Description

Ober der geometrischen Achse des stimulierbaren Mediums parallel verschoben ist und daß außerdem das die Lochblende in sich abbildende Bauteil eic? große chromatische Längsabweichung bei kleinem öffnungsfehler aufweist und zum Zwecke der Frequenzauswahl verschiebbar angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das die Lochblende in sich abbildende Bauteil aus einem Linsensystem großer chromatischer Längsabweichung und kleinem öffnungsfehler, das vor einem den optischen Resonator begrenzenden Autokollimationsspiegel angeordnet ist.

In einem ausgeführten Beispiel variiert die Brennweite des chromatischen Linsensystems für Wellenlängen zwischen λ = 405 nm und λ = 660 nm zwischen 50 und 120 mm.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das die Lochblende in sich abbildende Bauteil aus einem Reflexions-Beugungsgitter mit Blazewirkung und weüenlängenabhängiger Brennweite, das beispielsweise in bekannter und einfacher Weise interferometrisch-holographisch herstellbar ist una im folgenden als Fresnelscher Zonenspiegel bezeichnet wird.

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 F i g. 1 und 2 der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das mit wellenlängenabhängiger Brennweite fokussierende Bauteil aus einem Linsensystem besteht, dem ein Autokollimationsspiegel nachgeschaltet ist, und dessen optische Achse paraiilel zur geometrischen Achse des stimulierbaren Mediums verschoben ist,

F i g. 2 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das mit wellen-Iängenabhä'igiger Brennweite fokussierende Bauteil aus einem interferometrisch-holographisch hergestellten Fresnelschen Zonenspiegel besteht.

Im einzelnen ist in den Figuren der Zeichnung mit 1 ein den optischen Resonator begrenzender Spiegel, mit 13 eine Anregungslichtquelle für den Farbstofflaser, mit 2 die Laserküvette mit stimulierbarem Medium und mit 3 und 4 ein aus einer Sammellinse und einer Lochblende bestehendes Richtungsfilter mit strahlaufweitender Wirkung bezeichnet.

In der in F i g. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung ist mit 8 ein chromatisches Linsensystem

ίο mit wellenlängenabhängiger Brennweite und mit 9 ein dahinter aufgestellter, den optischen Resonator von rechts begrenzender Autokollimationsspiegel bezeichnet. Das Linsensystem 8 und der Spiegel 9, welche die Blende 4 im Licht der gewünschten Wellenlänge auf sich selbst abbilden, sind zum Durchstimmen und Einengen der Emissionsbande längs der optischen Achse in den Pfeilrichtungen 14 und 15 verschiebbar. Die gemeinsame optische Achse 11 von Richtungsfilter und den die Lochblende 4 in sich abbildenden Bauteilen 8 und 9 ist gegen die geometrische Achse 12 des stimulierbaren Mediums parallel verschoben.

In der F i g. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, bei der das mit wellenlängenahhängiger Brennweite fokussierende Bauteil aus einem interferometrisch-holographisch hergestellten Fresnelschen Zonenspiegel besteht. In Luft als umgebendem Medium wird dieser Fresnelsche Zonenspiegel für Wellenlängen um λ — λ_ο/η benutzt. Mit A₀ ist die Wellenlänge des Lichtes bezeichnet, das zur Erzeugung des als Fresnelsche Zonenplatte ausgebildeten Hologramms 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 λ₀ benutzt werden. Die Emissionsbande des Lasers wird auch in der der F i g. 2 entsprechenden Anordnung durch Verschieben des Zonenspiegels entlang der optischen Achse durchgestimmt und eingeengt, da dessen Brennweite / eine Funktion der das Hologramm erzeugenden Wellenlänge λ₀ und der vom Laser auf den Spiegel auf treffenden Wellenlänge λ ist, die sich mathematisch wie folgt ausdrückt:

/(A₀)

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ι 2 stimulierbaren Medium angeordneten und aus zwei Patentansprüche: Konvexlinsen aufgebauten konfokalem System, bei dem in der Nähe des gemeinsamen Brennpunktes der

1. Optischer Resonator für Frequenzauswahl beiden Konvexlinsen eine Lochblende vorgesehen ist, bei optischen Sendern mit breitbandig emittierenden 5 deren Zentrum von der Längsachse des stimulierbaren stimulierbaren Medien, insbesondere mit orga- Mediums durchdrungen wird. Sie sind jedoch nicht nischen Farbstoffmedien, bei dem zwischen dem zur Wellenlängenselektion bei breitbandig emitstimulierbaren Medium und einem der beiden den tierenden Lasern geeignet, sondern zur Selektion optischen Resonator begrenzenden Spiegeln ein solcher Schwingungen, deren Ausbreitungsrichtung aus Linse und Lochblende bestehendes Pichtungs- io näherungsweise mit der optischen Achse des Resofilter sowie ein Bauteil größeren Querschnitts nators zusammenfällt

vorgesehen ist, welches durch Reflexion die Loch- Für die Wellenlängenselektion bei Lasern ist es blende in sich selbst abbildet, dadurch ge- beispielsweise bekannt, im Laseraufbau an Stelle eines kennzeichnet, daß zum Zwecke der Er- Resonatorspiegels ein Reflexions-Beugungsgitter in höhung der spektralen Auflösung durch außer- 15 Littrow-Aufstellung einzusetzen. Bei dieser Anordnung axiale Stsahlführung die gemeinsame optische wird von dem aus der Laserküvette austretenden Achse (11) von Riehtungsfilter (3,4) und dem die und auf das Gitter treffenden Licht nur ein schmaler, Lochblende (4) in sich abbildenden Bauteil (8) von der Stellung des Gitters abhängiger Wellenlängengegenüber der geometrischen Achse (12) des bereich in sich zurückgebeugt, während das Licht stimulierbaren Mediums (2) parallel verschoben 20 anderer Wellenlängen in einem Winkel zur Resonatorist und daß außerdem das die Lochblende (4) achse zurückgebeugt und nicht weiter verstärkt wirJ in sich abbildende Bauteil (8 und 10) eine große Ein Teil des Laserlichtes verläßt den Resonator ah chromatische Längsabweichung bei kleinem öff- nutzbares Ausgangsbündel in Richtung der nullten nungsfehler aufweist und zum Zwecke der Fre- Beugungsordnung des Gitters. Durch Neigen des quenzauswahl verschiebbar angeordnet ist. 25 Gitters um eine zu seinen Furchen parallele Achse

2. Optischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch kann die Emissionswellenlänge verändert werden, gekennzeichnet, daß das die Lochblende (4) in Nachteilig dabei ist, daß auch das Ausgangsbündel sich abbildende Bauteil aus einem Linsensystem (8) seine Richtung ändert. Ein weiterer Nachteil liegt in großer chromatischer Längsabweichung und klei- der Divergenz des Laserbiindels. Um nämlich mit nem Öffnungsfehler besteht, das vor einem den 30 Anordnungen des beschriebenen Beispiels, bei denen optischen Resonator begrenzenden Autokollima- dispergierende Bauteile mit Winkeldispersion benutzt tionsspiegel (9) angeordnet ist. werden, schmale Emissionslinien zu erzeugen, muß die

3. Optischer Resonator nach den Ansprüchen 1 Divergenz des Laserbiindels im optischen Resonator und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite möglichst klein sein. Beim Farbstofflaser können des Linsensystems (8) für Wellenlängen zwischen 35 jedoch Divergenzen von vielen m_rad auftreten. Der λ = 405 nm und λ = 656 nm zwischen 50 und vom Lösungsmittel als Wärmeenergie aufgenommene 120 mm variiert. Teil des Anregungslichtes ruft nämlich während der

4. Optischer Resonator nach Anspruch 1, da- Anregungsdauer in der Lösung Brechzahländerungen durch gekennzeichnet, daß das die Lochblende (4) hervor, so daß das stimulierbare Medium optisch in sich abbildende Bauteil aus einem interferome- 40 inhomogen wird. Je nach der Konzentration der trisch-holographisch hergestellten Fresnelschen Zo- stimulierbaren Lösung und der von der Geometrie der nenspiegel (10) mit wellenlängenabhängiger Brenn- Anregungsvorrichtung abhängenden Anregungslichtweite besteht. verteilung in der Lösung wird im optischen Resonator

eine positive oder negative Linsenwirkung oder eine

45 Prismenwirkung erzeugt. Während des Impulses

bleibt also der Eintrittswinkel des Lichtes in das dispergierende Bauteil räumlich und zeitlich nicht konstant.

Die Erfindung betrifft einen optischen Resonator was große Emissionsbandbreite verursacht. Sie überfür Frequenzauswahl bei optischen Sendern mit breit- . trifft die Bandbreite, die das Bauteil bei beugungsbandig emittierenden stimulierbaren Medien, ins- 50 begrenzter Divergenz erzeugen würde, um ein Vielbesondere mit organischen Farbstoff medien, bei dem ■ ■ f aches.

zwischen dem stimulierbaren Medium und einem Der Nachteil der großen Divergenz läßt sich verder beiden den optischen Resonator begrenzenden meiden, wenn das Laserlichtbündel vor dem Eintritt Spiegeln ein aus Linse und Lochblende bestehendes in den Selektor mit einem Teleskopsystem aufgeweitet Riehtungsfilter sowie ein Bauteil größeren Querschnitts 55 wird. Als Riehtungsfilter kann zusätzlich eine Lochvorgesehen ist, welches durch Reflexion die Lochblende blende in den Fokus des slrahlenaufweitenden Systems in sich selbst abbildet. eingebaut werden.

Die organischen Farbstoffamilien, welche einen Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Lasereffekt zeigen, haben starke und breite Absorptions- Richtungsfilterung und Wellenlängenselektion mit und Fluoreszenzbanden. Auch ihre Laseremission 60 einer besonders einfachen Vorrichtung zu erzielen, erstreckt sich über einen breiten Wellenlängenbereich. die auch frei ist von dem Nachteil, daß das Ausgangs-Die Emissionsbande kann jedoch auf eine schmale lichtbündel seine Richtung ändert, wenn mit Hilfe des Linie eingeengt werden, wenn man einen Resonator Selektors die Laserwellenlänge durchgestimmt wird, mit spektral selektiver Güte verwendet. Bei geeigneter Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geAusführung kann die selektierte Linie über einen 65 löst, daß zum Zwecke der Erhöhung der spektralen Bereich von mehreren 100 nm verschoben werden. Auflösung durch außeraxiale Strahlenführung die

Bekannte Selektionsvorrichtungen für Laser be- gemeinsame optische Achse von Riehtungsfilter und

stehen aus einem zwischen einem Reflektor und dem dem die Lochblende in sich abbildenden Bauteil eeeen-