DE2831813A1 - Optisches filter - Google Patents
Optisches filterInfo
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- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
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Description
HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER
A 42 971 m Anmelder: Qantel S.A.
m - 163 17, Avenue de l'Atlantique
17.JuIi 1978 Z.I.91400 Orsay
Frankreich
Beschreibung i
Optisches Filter
Die Erfindung betrifft ein optisches Filter für ein Bündel
kohärenten Lichtes mit einem im Strahlengang des Bündels angeordneten
Beugungsgitter.
Insbesondere hat es die Erfindung mit optischen Filterelementen
mit-Beugungsgittern zu tun, die dem Zweck dienen, eine
spektrale Zerlegung zu verfeinern und eine Wellenlängenabtastung einer aus kohärentem Licht bestehenden Strahlung zu
gewährleisten, wie sie beispielsweise von einem mit einem organischen Farbstoff arbeitenden Laser emittiert wird.
Es ist bekannt, dass ein optisch angeregter, organischer Farbstoff spontan wieder Fluoreszenzlicht emittiert, dessen
Wellenlängenverteilung in der Grössenordnung von einigen hundert Angström liegt.
Die Einführung eines solchen Körpers zusammen mit einem dispergierenden
System in einen Resonanzhohlraum ermöglicht es, eine Laserstrahlung zu erhalten, welche die beiden folgenden,
spezifischen Merkmale aufweist:
1) Eine Resonanzmöglichkeit bezüglich der Wellenlänge der vom Laser emittierten Strahlung im Fluoreszenzbereich
des Farbstoffs;
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2) eine Feinheit der spektralen Zerlegung, die vom
Selektrionsgrad des dispergierenden Systems abhängt.
Die optische Anregung des Farbstoffes kann sich auf zwei verschiedene
Arten vollziehen:
Ca) Mit Hilfe der von einem anderen Laser gelieferten Strahlung und
(b) mit Hilfe von Blitzlichtlampen.
Im ersteren Fall kann der Anregungslaser mit kontinuierlicher Emission arbeiten (Argon-Laser) oder im Impulsbetrieb funktionieren
(Rubin-, Stickstoff-Laser).
Es sind Einrichtungen zur spektralen Verfeinerung und Abstimmung eines mit einem organischen Farbstoff arbeitenden
Lasers bekannt, bei denen Dispersionsprismen eingesetzt werden.
Wie insbesondere in einem Aufsatz in der Zeitschrift Japan Journal of Applied Physics 7, 179 (1968) von G.Yamaguchi,
F.Endo u.a. beschrieben, bringt man zur Erzielung einer spektralen Resonanz und Verfeinerung in den Strahlengang des
Lichts im Resonanzhohlraum eines Farbstoff-Lasers zwischen die beiden Spiegel des Hohlraums ein oder mehrere Dispersionsprismen.
Die Prismen gewährleisten selektive Winkelablenkungen der Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen, die das
Fluoreszenzspektrum des Farbstoffs bilden.
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Die vom Laser emittierte Strahlung umfasst nur die senkrecht zu den Spiegeln des Hohlraums gerichteten, spektralen Komponenten
des Bündels.
Eine Rotation des totalreflektierenden Spiegels gestattet es, die Wellenlänge der dem Laser zukommenden Strahlung variieren
zu lassen-
Um die Reflexionsverluste auf ein Minimum herabzusetzen, liegen die Winkel zwischen den Flächen der Prismen und der Ausbreitungsrichtung
des Bündels in der Nähe des Brewster'sehen
Winkels.
Der Hauptnachteil dieser Einrichtungen besteht in einer Variation der Emissionsrichtung des Laserbündels für Wellenlängen
in der Nähe der Randzonen des Fluoreszenzspektrums eines Farbstoffes. Im übrigen lässt sich in bestimmten Fällen die
Emission von begleitenden Strahlen, sogenannten "Satelliten-Strahlen" beobachten(F.C.STROME, J.P. WEBB, Appl. Opt.,
Band iOr Nr. 6, Juni 1971, Seite 1348).
Ein anderes Mittel zur Erzeugung einer Strahlung von grosser spektraler Feinheit besteht darin, in den Laserhohlraum wenigstens
ein Fabry-Perot-Standardinterferometer oder Interferenzfilter einzuführen. Eine derart aufgebaute Einrichtung ist in
einem Aufsatz von D.J.Bradley u.a. in der Zeitschrift J.Quantum Electron QÜ-4 (1968) 707 beschrieben.
Die Einrichtungen dieses zweiten Typs, in denen man ein, ',i
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m - 163 ■'■::''. - .-':-. i
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und oft drei Fabry Perot-EfaLon$ verwendet^ liefern zwar
sehr gute Resultate, ermöglichen jedochnur eine Wellenlangenabtastung
über einen begrenzten Bereich hinweg..
Es sind weiterhin Einrichtungen bekannt, in derieii-doppelbrechende
Filter eingesetzt werden.
Die einfachste dieser Einrichtungen umfasst eine doppelbrechende Lamelle, deren optische Achse parallel zu ihren Flächen
verläuft. Diese doppelbrechende Lamelle wird zwischen zwei Polarisatoren angeordnet, deren Polarisationsrichtungeh zueinander
parallel sind.
Eine Einrichtung dieser Art scheint für einen Einsatz zusammen
mit Farbstoff-Lasern sehr geeignet, welche lange Impulse,
liefern (einige hundert ns oder mehr), beispielsweise Laser, die mit Hilfe von Blitzlicht gepumpt werden oder Läser mit
kontinuierlicher Emission.
Falls jedoch solche Laser mit Impulszeiten gepumpt werden, die
in der Grössenordnung von etwa 10 ns oder weniger liegen, sind
diese Einrichtungen nicht mehr ausreichend selektiv und die Wellenlängenabstimmung lässt sich nur teilweise realisieren
(Appl.Opt. Band 15, Nr. 2, Februar 1976 - Aufsatz von H.Okada u.a.) .
Man kennt schliesslich Einrichtungen zur spektralen Verfeinerung und Abstimmung, bei denen Beugungsgitter verwendet werden.
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Die allgemein verwendeten Beugungsgitter weisen parallel eingravierte
Rillen oder Striche mit Sägezahnprofil auf.
Solche Beugungsgitter weisen die nachstehend aufgeführten Parameter auf:
N : die Normale zur Trägerebene des Gitters, M : die Normale zur Ebene einer Facette,
et : den Einfallswinkel des zu behandelnden Bündels, cC1: den Beugungswinkel.
Die Winkel oc und «^' sind ausgehend von der Normalen N gerechnet.
i : den Einfallswinkel des zu behandelnden Bündels, i': den Beugungswinkel.
Die Winkel i und i1 sind ausgehend von der Normalen M gerechnet.
m : die Gitterkonstante,
y : Blaze-Winkel.
y : Blaze-Winkel.
Unter Verwendung der voranstehenden Definitionen wird eine
Strahlung der Wellenlänge λ. , die auf das Gitter unter einem
Einfallswinkel cc einfällt, unter einem Beugungswinkel Λ1 gemäss
folgender Beziehung abgebeugt:
sinoC+ sin öl1 = k X/m (1).
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In dieser Formel ist k eine ganze Zahl und bezeichnet die sogenannte
"Ordnung" des Gitters.
Das Unter scheidungsverinögen eines Gitters mit Bezug auf zwei
parallele und linear verlaufende Strahlungen mit benachbaffen
Wellenlängen X0 + d A/2 und \- d A/2 wird durch einen
Parameter R wiedergegeben, der als "Auflösung" des Gitters bezeichnet und durch die nachstehende Beziehung wiedergegeben
wirdi
R = Ao/dX = k L/m = L/Xo (sincfc+ sin oc1) (2)
In dieser Beziehung ist L die Länge des beleuchteten Gitterbereiches
gemessen senkrecht zu den Gitterstrichen.
Die Beugungsgitter wurden bis jetzt als Filterelemente für Strahlen verwendet, welche von Farbstofflasern emittiert
werden, und zwar in sogenannten Littrow-Anordnungen, in denen
die Winkel ος, und-<χ· gleich sind.
Bei einer solchen Anordnung enthält die von dem Farbstofflaser
emittierte Strahlung nur die spektrale Komponente mit der Wellenlänge /\_, die folgender Beziehung genügt:
2 sin cC = k λ,/m (3).
Das Gitter ist also mit Bezug auf die Ausbreitungsrichtung des Bündels oder mit Bezug auf die Achse des Laserhohlraums derart
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geneigt, dass das Bündel mit der Wellenlänge Λ unter einem Winkel oC1 abgebeugt wird, der gleich seinem Einfallswinkel oC
ist.
Die voranstehenden Beziehungen zeigen, dass zur Erzielung einer Strahlung mit möglichst geringer spektralen Breitenstreuung
die Parameter k, m und L optimal gewählt werden müssen.
In einem Farbstofflaser trägt die Divergenz Δο<- des emittierten
Bündels zur spektralen Breite bei. Dieser Beitrag ist durch die Beziehung gegeben:
Δ ^= λ/tgoc ' Aoc (4)
Die Wellenlängenabtastung der vom Laser emittierten Strahlung erfolgt durch Drehung des Gitters.
Die Beugungsgitter wurden bisher in den Apparaten zur Verfeinerung
der spektralen Zerlegung in verschiedenen Arten eingesetzt.
Bei einer ersten Ausführungsart wird in den Hohlraum eines Lasers eine Farbstoffküvette eingebracht, die man zwischen
dem Ausgangsspiegel des Lasers und einem Beugungsgitter anordnet .
In dieser Anordnung ist der Parameter L durch die Dimension des Bündels festgelegt»
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Zur Erzielung einer Strahlung mit geringer spektraler Breite
müssen die Parameter k und m optimiert werden.
Wenn man anstrebt, dass die vom Laser emittierte Strahlung
mit dem Fluoreszenzbereich eines Farbstoffes für ein vorge-
V&rtrtSisiicH ist
gebenes Gitter (m vorgegeben)^, darf man eine Ordnung k, welche durch die Beziehung (3) bestimmt ist, nicht überschreiten. Für diese Ordnung können zwei verschiedene, spektrale Komponenten des Fluoreszenzbereich des Farbstoffes jener Beziehung genügen.
gebenes Gitter (m vorgegeben)^, darf man eine Ordnung k, welche durch die Beziehung (3) bestimmt ist, nicht überschreiten. Für diese Ordnung können zwei verschiedene, spektrale Komponenten des Fluoreszenzbereich des Farbstoffes jener Beziehung genügen.
Die Gleichung (2) lässt sich dann in Gestalt einer Grenzbedingung
schreiben:
Xo/lAX 4 k/m
Man kann ein Gitter benutzen, welches in einer hohen Ordnung
k arbeitet, jedoch eine kleine Anzahl von Gitterstrichen pro Längeneinheit aufweist (m gross). Man kann ebenfalls ein Gitter
verwenden, welches bei einer niederen Ordnung k arbeitet und eine grosse Anzahl von Gitterstrichen besitzt (m klein).
Im Falle eines Rhodamin :-Lasers 6G erstreckt sich beispielsweise der Emissionsbereich des Farbstoffes von 5500 A. bis
6300 A.
Die voranstehende Beziehung (3) zeigt, dass man ein beliebiges Gitter nur dann in Littrow-Anordnung verwenden kann, wenn die
Ordnung k grosser als 8 ist.
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Um die von dem Laser emittierte Strahlung zwischen 5500 A
und 6300 A abstimmen zu können, findet man bei k = 8 in der Beziehung (3), dass die Strichzahl des Gitters nicht höher
als 396 Striche/mm sein darf.
Um den vorgegebenen Spektralbereich abzutasten ist es erforderlich,
das (
zu neigen.
zu neigen.
lieh, das Gitter mit einem Winkel zwischen 60,6° und 86,3°
Bei 6000 Ά ist die Auflösung für ein Bündel von 0,6 mm Durchmesser
R £& 1900.
Infolgedessen enthält in erster Annäherung die von dem Laser emittierte Strahlung nur eine einzige Komponente, die zwischen
5500 A und 6300 A abgestimmt werden kann und deren spektrale Feinheit in der Grössenordnung von λ./R ^ 3 A liegt.
Unglücklicherweise ist nun die Verwendung eines Beugungsgitters unter diesen Bedingungen durch das Materialverhalten des
Gitters im Laserstrom begrenzt, der aufgrund seiner Konzentration eine rasche Zerstörung des Gitters hervorruft.
Um diesem Nachteil abzuhelfen, hat man daran gedacht, der im voranstehenden beschriebenen Einrichtung ein Vergrosserungssystem
zuzuordnen, um Verbrennungen auf der Gitteroberfläche zu vermeiden, indem man eine grössere Anzahl von Gitterstrichen
beleuchtet.
Das Vergrosserungssystem wird zwischen die Färbstoffküvette
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und das Gitter eingesetzt.
Dieses Vergrosserungssystem kann von einem afokalen Linsensystem
(Appl. Opt. Band 11, Nr. 4, April 1972, S. 895, Aufsatz von T.W.Hänsch) oder von einem Prisma mit grossem Einfallswinkel
gebildet werden (Optical and Quantum Electronics - 1975,
S. 115 bis 119, Aufsatz von D.C.Hanna u.a.).
Die Verwendung eines afokälen Systems ruft das Entstehen erheblicher
optischer Aberrationen hervor, die sich auf die optische Qualität des Bündels auswirken und dessen spektrale
Feinheit beeinträchtigen.
Was die Verwendung eines Prismas mit grossem Einfallswinkel anbelangt, so treten dabei erhebliche Reflexionsverluste an
der Prismenfläche auf, die mit Bezug auf das einfallende Bündel stark geneigt ist. Diese Verluste liegen in der Grössenordnung
von 71% bei einem Bündel, dessen Polarisationsachse parallel zur Einfallsebene verläuft.
Es ist Aufgabe der Erfindung, den geschilderten Nachteilen
abzuhelfen und ein optisches Filterelement mit Beugungsgitter zu schaffen, welches trotz geringer Reflexionsverluste eine
gute Auflösung gewährleistet, wobei ein solches Filterelement insbesondere für kohärentes Licht bestimmt ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Beugungsgitter mit Bezug auf die Richtung des zu behandelnden
Bündels derart in dessen Strahlengang angeordnet wird, dass der Einfallswinkel des Bündels mit der angestrebten Auflösung
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verträglich ist und vorzugsweise wenigstens 80 beträgt und vom Beugungswinkel verschieden ist, und dass im Strahlenverlauf
einer vom Gitter abgebeugten, spektralen Komponente des Bündels wenigstens ein zusätzliches optisches Element angeordnet
ist, welches einen Teil des Lichtes dieser Komponente wieder auf das Gitter zurückwirft.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das
optische Filter zur Verfeinerung der spektralen Zerlegung im Hohlraum eines lichtemittierenden Lasers mit lichtverstärkendem
Medium und Ausgangsspiegel auf der dem Ausgangsspiegel
abgekehrten Seite des Mediums angeordnet.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Ansicht einen Laserhohlraum,
welcher mit einer ersten Ausführungsform eines optischen Filters gemäss der Erfindung ausgerüstet
ist;
Fig. 2 schematisch einen mit einer anderen Ausführungsform
eines optischen Filters ausgerüsteten Laserhohlraum;
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines optischen Filters
in einem Laserhohlraum und
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform eines optischen Filters gemäss der Erfindung in einem Laserhohlraum.
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Die Auflösung eines Gitters ist bekanntlich der Anzahl der
Gitterstriche proportional, welche durch ein vorgegebenes Strahlenbündel beleuchtet werden.
Wenn infolgedessen bei Littrow-Anordnung eine gute Auflösung
des Gitters erzielt werden soll, hat man bisher ein Vergrösserungssystem
verwendet.
Erfindungsgemäss wird anstelle der Verwendung eines Vergrösserungssystems
das Gitter derart angeordnet, dass das senkrecht auf den Ausgangsspiegel des Lasers auftreffende Bündel auf das
Gitter unter einen grossen Einfallswinkel oC fällt.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist in einen Laserhohlraum ein lichtverstärkendes Medium 1 angeordnet, welches aus einer mit
einem organischen Farbstoff gefüllten Küvette besteht, deren Seitenflächen 2 und 3 mit Bezug auf die Fortpflanzungsrichtung
des Bündels 4 geneigt sind.
Auf der Fläche 2 der Küvette ist der Ausgangsspiegel 5 des
Lasers angeordnet. Auf der dem Spiegel 5 gegenüberliegenden Seite der Küvette ist ein Beugungsgitter 6 aufgestellt, welches
derart orientiert ist, dass der Einfallswinkel oC des Bündels 4
gross ist, d.h. annähernd 90° beträgt.
Das Beugungsgitter 6 umfasst Gitterstriche 7, deren Dichte
das Auflösungsvermögen des Gitters bestimmt.
Ein totalreflektierender Spiegel 8 ist senkrecht mit Bezug auf eine Strahlung der Wellenlänge \ angeordnet, welche vom
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Gitter 6 abgebeugt wird und eine Komponente des einfallenden Bündels darstellt.
Bei der Lichterregung des verstärkenden Mediums 1 in der Küvette
trifft das von diesem Medium in Richtung auf das Beugungsgitter 6 emittierte Licht auf dieses unter einem grossen Einfallswinkel
auf.
Die verschiedenen, spektralen Komponenten dieser Fluoreszenzstrahlung
v/erden von dem Gitter 6 unter Beugungswinkeln oO'
reflektiert, welche durch die voranstehende Beziehung (1) gegeben sind.
Der senkrecht zur Richtung dieser Strahlung der Wellenlänge Tt
welche vom Gitter 6 abgebeugt wird, angeordnete Spiegel 8 reflektiert diese Strahlung gemäss dem Einfallswinkel dieser
Strahlung und das Gitter 6 wirft diese reflektierte Strahlung in die den Farbstoff enthaltende Küvette zurück, in welcher
die Strahlung eine preferenzielle Verstärkung erfährt.
Unter diesen Umständen erscheint auf dem Ausgangsspiegel 5 eine Strahlung der Wellenlänge i\or deren spektrale Feinheit
von der Anzahl der Striche 7 des Gitters 6 abhängt, welche von dem Bündel beleuchtet sind.
Der totalreflektierende Spiegel 8 ist vorteilhafterweise so angeordnet, dass seine Winkelstellung mit Bezug auf das Gitter
6 regulierbar ist, und zwar so, dass die Einstellung der vom
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Laser ausgestrahlten Wellenlänge verbessert wird, indem man den Spiegel 8 relativ um eine Achse drehbar macht, die parallel
zu den Strichen oder Rillen des Gitters 6 verläuft.
Um das Funktionieren der beschriebenen Einrichtung zu erläutern, wird das Beispiel eines Rhodamin -Lasers 6G gewählt, dessen
Fluoreszenz-Emissionsbereich sich zwischen 55OÖ und 6300 A
erstreckt.
Es werde angenommen, dass man ein Beugungsgitter verwendet, dessen Strichzahl pro Millimeter 3168 beträgt. Es wird die
Ordnung k = 1 ausgenutzt.
Dieses beispielsweise ausgewählte Gitter entspricht einem
Gitter mit 396 Strichen pro mm, bei dem die Ordnung k = 8 ausgenutzt wird.
Die von der Farbstoffküvette ausgehende Fluoreszenzstrahlung,
welche senkrecht zum Ausgangsspiegel 5 des Lasers verläuft,
fällt unter einem Winkel von 87,13° auf das Gitter 6. Wenn man annimmt, dass diese Strahlung einen kreisförmigen Querschnitt
von 0,5 mm besitzt, wird dabei eine Länge L des Gitters 6 in der Grössenordnung von 10 mm beleuchtet.
Mit Hilfe eines totalreflektierenden Spiegels 8, welcher senkrecht
zur abgebeugten Strahlung mit einer Wellenlänge von Λ,_ =
6000 A angeordnet ist, erhält man eine Strahlungsemission des Lasers, deren spektrale' Feinheit in der Grössenordnung von
\/R 2i' 0,16 A liegt.
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Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung umfasst wie diejenige der Fig. 1 eine mit Farbstoff gefüllte Küvette als lichtverstärkendes
Medium 1, die im Hohlraum eines Lasers angeordnet ist. Ferner sind ein Ausgangsspiegel 5 und ein Beugungsgitter
6 vorgesehen, wobei das letztere mit Bezug auf die Richtung des Lichtbündels 4 unter einem grossen Einfallswinkel angeordnet
ist.
Die Anordnung umfasst ausserdem einen totalreflektierenden Spiegel 9, der im Strahlengang einer Strahlung der Wellenlänge
/I angeordnet ist, die ihrerseits vom Gitter 6 abgebeugt
ist. Die Anordnung des Spiegels 9 ist dabei derart, dass die abgebeugte Strahlung entlang einer Fortpflanzungsrichtung
10 zum Gitter zurückreflektiert wird, wobei die Richtung 10 mit dem Spiegel 9 und dem Gitter 6 eine Littrow-Anordnung
darstellt.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 2 wird das Gitter 6 zweimal vom
Strahlenbündel getroffen. Man kann stattdessen auch zwei getrennte Gitter verwenden, die entsprechend angeordnet werden.
Eine solche Anordnung ermöglicht es, das vom Laser ausgestrahlte Strahlenspektrum aufgrund der Tatsache noch zu verfeinern,
dass das Beugungsgitter nacheinander als Diskriminatorelement und als Littrow-Anordnung wirkt.
Die Anordnung gemäss Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, dass der Spiegel 8 durch ein zusätzliches
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Beugungsgitter 11 ersetzt ist, welches bezüglich des Gitters
so angeordnet ist, dass sich relativ zu einer bestimmten Wellenlänge der vom Gitter 6 abgebeugten Strahlung eine
Littrow-Anordnung ergibt.
Die Anordnung nach Pig. 4 schliesslich umfasst ebenso wie die
Anordnung nach Fig. 3, ein zusätzliches Beugungsgitter 12, welches bezüglich des Beugungsgitters 6 derart angeordnet ist,
dass es die Strahlung einer bestimmten Wellenlänge, welche vom Gitter 6 abgebeugt ist, unter grossem Einfallswinkel empfängt.
Hierdurch wird das Bündel noch stärker verbreitert. Die Anordnung nach Fig. 4 enthält weiterhin einen totalreflektierenden
Spiegel 13, der senkrecht im Strahlenverlauf des von dem zusätzlichen Gitter 12 zurückgeworfenen Bündels liegt.
Die Anwendung zweier Gitter 6 und 12 ermöglicht es also, eine noch stärkere Verbreiterung oder Entfaltung derjenigen
Strahlung zu erzielen, die man isolieren und im Medium 1 verstärken möchte.
Die soeben beschriebenen Anordnungen gemäss der Erfindung
weisen gegenüber bekannten Einrichtungen folgende Vorteile auf:
Sie ermöglichen es, eine sehr gro.sse Auflösung zu erhalten.
Wenn man im Hinblick auf Fig. 1 annimmt, dass die Abmessung des Gitters 6 senkrecht zu den Gitterstrichen 40 mm beträgt
und das Gitter 6 so angeordnet ist, dass der Einfallswinkel des Bündels 4 88,57° anstatt 87,13° wie im weiter oben be-
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schriebenen Beispiel beträgt, so beleuchtet das aus der Farbstoff küvette stammende Lichtbündel von 0,5 mm Durchmesser alle
Gitterstriche. Bei Anwendung der Gleichung (2) erhält man in diesem Fall eine Auflösung R 5^126 720.
Die von dem Laser emittierte Bandbreite liegt alsdann für eine Wellenlänge von A. = 6000 A in der Nähe von 5x10 A.
Wenn man eine klassische Gitteranordnung zur Erzielung einer solchen Auflösung verwenden würde, müsste man ein Vergrösserungssystem
mit einer Vergrösserung von 80 einsetzen.
Auf diese Weise ist die Auflösung durch die Abmessung des Gitters senkrecht zu seinen Strichen fixiert.
Die erfindungsgemässe Einrichtung gestattet es, eine Laserstrahlenemission
in einem grossen Spektralbereich zu erhalten.
Die Abstimmeigenschaft in der Wellenlänge der von dem Laser
emittierten Strahlung wird nach der Formel (1) berechnet, wobei man, wie dies bei den zitierten Beispielen geschehen
ist, Überlappungen der verschiedenen Ordnungen berücksichtigt.
Um sich hiervon freizumachen, ist es wünschenswert, ein Gitter zu verwenden, welches ein Verhältnis k/m so gross als möglich
zusammen mit einer grossen Anzahl von Gitterstrichen aufweist,
wobei man weiterhin bei einer niedrigen Ordnung k arbeitet.
Unter diesen Bedingungen werden die Beugungsverluste in den
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verschiedenen anderen Ordnungen auf ein Minimum reduziert.
Die erfindungsgemasse Anordnung gestattet es, die Auflösung
und infolgedessen die von dem Laser emittierte Bandbreite zu verändern, wobei man die gleiche Anordnung verwenden kann.
Es genügt zu diesem Zweck, den Strahleneinfallswinkel auf das Gitter zu modifizieren, wodurch man die Anzahl der überdeckten Gitterstriche ändert.
Da die Verdrehung des Gitters eine Veränderung des Beugungswinkels der betrachteten spektralen Komponente mit sich bringt,
muss man den totalreflektierenden Spiegel (Spiegel 8 in Fig. 1)
einer Verdrehung um einen Winkel unterwerfen, der sich leicht ausgehend von der Gleichung (1) errechnen lässt, um die
Strahlung der gegebenen Wellenlänge zu erhalten.
Die Verluste durch Spiegelreflexion des aus der den Farbstoff enthaltenden Küvette austretenden Bündels, welches auf das
Gitter auftrifft, können auf ein Minimum reduziert werden,
wenn man den Blaze-Winkel des Gitters entsprechend berechnet.
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Le e rs e § te
Claims (9)
1. Optisches Filter für ein Bündel kohärenten Lichtes mit
einem im Strahlengang des Bündels angeordneten Beugungsgitter, dadurch gekennzeichnet, dass das Beugungsgitter
(6) mit Bezug auf die Richtungs des Bündels (4) derart
in dessen Strahlengang angeordnet ist, dass der Einfallswinkel des Bündels wenigstens 80 beträgt und vom Beugungswinkel
verschieden ist, und dass im Strahlenverlauf einer vom Gitter (6) abgebeugten, spektralen Komponente
des Bündels (4) mindestens ein zusätzliches optisches Element (8,9,11,12,13) angeordnet ist, welches einen
Teil des Lichtes dieser Komponente wieder auf das Gitter
(6) zurückwirft.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das zusätzliche optische Element ein totalreflektierender
Spiegel (8,9) ist.
3. Filter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der totalreflektierende Spiegel (8) senkrecht zur
Richtung der vom Gitter (6) abgebeugten spektralen Bündelkomponente liegt.
4. Filter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der totalreflektierende Spiegel (9) bezüglich des Beugungsgitters (6) derart angeordnet ist, dass er die
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ORIGINAL INSPECTED
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von diesem Gitter herrührende Strahlung wenigstens einmal auf ein weiteres Beugungsgitter reflektiert, das
mit dem Spiegel (9) eine Littrow-Anordnung bildet.
5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Beugungsgitter von einer Verlängerung des
Beugungsgitters (6) gebildet ist, welches das der spektralen Zerlegung zu unterziehende Bündel (4) empfängt.
6. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche optische Element ein weiteres Beugungsgitter
(11) ist, welches mit Bezug auf das Beugungsgitter (6)
so angeordnet ist, dass es mit diesem für die betreffende Bündelkomponente eine Littrow-Anordnung bildet.
7. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche optische Element wenigstens ein weiteres
Beugungsgitter (12) umfasst, welches die vom Beugungsgitter
(6) zurückgeworfene Komponente des einfallenden und abgebeugten Bündels (4) verbreitert, sowie einen
totalreflektierenden Spiegel (13), der senkrecht zur
Richtung des von dem weiteren Gitter (12) verbreiterten Bündels angeordnet ist.
8. Filter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des zusätzlichen optischen
Elements (8,9,11,12,13) mit Bezug auf das das
einfallende Bündel (4) empfangende Beugungsgitter (5) verstellbar ist.
0 9886/0
A 42 971 ϊα
17.JuIi 1978 - 3 -
9. Filter nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass es zur Verfeinerung der spektralen Zerlegung im Hohlraum eines lichtemittierenden Lasers
mit lichtverstärkendem Medium (1) und Ausgangsspiegel (5) auf der dem Ausgangsspiegel (5) abgekehrten Seite
des Mediums (1) angeordnet ist.
86/0811
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