DE2843011A1 - Beugungsbegrenzter laseroszillator - Google Patents
Beugungsbegrenzter laseroszillatorInfo
- Publication number
- DE2843011A1 DE2843011A1 DE19782843011 DE2843011A DE2843011A1 DE 2843011 A1 DE2843011 A1 DE 2843011A1 DE 19782843011 DE19782843011 DE 19782843011 DE 2843011 A DE2843011 A DE 2843011A DE 2843011 A1 DE2843011 A1 DE 2843011A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- mirror
- laser oscillator
- amplifier medium
- polarization
- oscillator according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1123—Q-switching
- H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1106—Mode locking
- H01S3/1112—Passive mode locking
- H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
- H01S3/1118—Semiconductor saturable absorbers, e.g. semiconductor saturable absorber mirrors [SESAMs]; Solid-state saturable absorbers, e.g. carbon nanotube [CNT] based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08018—Mode suppression
- H01S3/0804—Transverse or lateral modes
- H01S3/0805—Transverse or lateral modes by apertures, e.g. pin-holes or knife-edges
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08081—Unstable resonators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- 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
- H01S3/0818—Unstable resonators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- 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
- H01S3/082—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/10084—Frequency control by seeding
- H01S3/10092—Coherent seed, e.g. injection locking
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
- H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
- H01S3/1643—YAG
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
- H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER
PATENTANWÄLTE IN STUTTGART O Cl / O Π 1 1
ZoAoU I Λ
A 43 085 m Anmelder: Firma QUANTEL S.A.
u - 168 17, Avenue de 1'Atiantique
29. Sept. 1978 91400 ORSAY (France)
Bes chreibung Beugungsbegrenζter Laseroszillator
Die Erfindung betrifft einen beugungsbegrenζten Laseroszillator
mit einem Resonator aus zwei Spiegeln, zwischen denen ein optisches Verstärkermedium und eine Blende angeordnet
sind.
Bei den Laseroszillatoren unterscheidet man kontinuierliche und gepulste Laser. Die Erfindung bezieht sich insbesondere
auf gepulste Laser.
Ein kontinuierlicher Laser weist im wesentlichen ein optisches Verstärkermedium auf, das zwischen zwei Spiegeln angeordnet
ist. Eine solche Anordnung bildet einen optischen Oszillator, sobald die Verstärkung des optischen Verstärkermediums
die Verluste kompensiert, die auf der Durchlässigkeit der Spiegel, der Beugung und jeder anderen Absorption
im Resonator auftreten. Mit einem solchen System lassen sich nur geringe Ausgangsleistungen erzielen, da man keine Energie
speichern kann.
Ein gepulster Laser umfaßt neben dem optischen Verstärkermedium und den beiden Spiegeln des kontinuierlichen Lasers
zusätzlich einen optischen Schalter, der zwischen dem optischen Verstärkermedium und einem der Spiegel angeordnet ist.
Dieser optische Schalter kann aktiv oder passiv sein,und seine Durchlässigkeit ändert sich schnell im Lauf der Zeit.
Mit einer solchen Vorrichtung kann man sukzessive eine große Energie in dem optischen Verstärkermedium speichern, ohne
909815/0913 _5_
29u Sept.
daß es oszilliert? anschließend kann, man den optischen
Schalter öffnen (durchgängig machen)! und in kurzer Zeit
die im Oszillator gespeicherte Energie freisetzen.
Die ersten yorriehtuiigen dieser Art sandten das Licht in
einem relativ großen Raumwinkel aus, da der Durchmesser
des Bündels einer großen Fresnelzahl entsprach; dadurch konnten· auch» die Itichitwellen, die sich unter einem kleinen
Winkel auebreiteten r verstärkt werden.
Wenn man mit Λ die Wellenlänge des ausgesandten Lichtes und
mit L· die Länge des optischen Resonators bezeichnet, dann
ist bekannt.,, daß die Bedingung, unter welcher der Laser eine
ebene Licntcpielle aussendet,, darin liegt, daß der Durchmesser
B des Lichtbündels„ den man durch eine in den Resonator
eingesetzte Blende begrenzten kann, durch die folgende Beziehung
gegeben isti
Do- Wl L.
Beispielsweise ergibt sich bei einer Wellenlänge von 1 At* und
der Länge des Resonators von L, = 1 m ein Durchmesser D des
Bündels vom etwa 1 mm»
Da man Straiiliingsböndei mit hoher Qualität erzeugen will, versucht
man im Augenblick Bündel zu erzeugen, deren optische Qualität in die Nähe einer ebenen Welle kommt; dazu setzt man
Blenden in den Resonator ein. Bei einer solchen Anordnung wird jedoch das ¥alumen des optischen Verstärkermediums
29. Sept. 1978
schlecht aasgenutzt, da das durch die Blende durchgelassen
Itlchtbündal nur geringe Abmessungen hat.
Um den Wirkungskreis zu verbessern., hat man bereits daran gedacht,
das Volumen des optischen Verstärkermediums zu verringern, um es auf die tatsächlich nur benötigte Große zu
verkleinern. Jedoch ist eine solche Lösung in vielen Fällen nicht anwendbar, und zwar aus Gründen der mechanischen Festigkeit
des optischen Verstärkermediunis, aus Gründen der Kopplung und aus anderen Gründen.
Aus diesem Grunde zeigen die jetzt verwendeten Vorrichtungen
zwar ein Strahlenbündel hoher Qualität, sie haben jedoch einen ausgesprochen schlechten Wirkungsgrad, da ein Großteil
des gepumpten Verstärkermediunis nicht ausgenützt wird.
Eine ersta Lösung dieses Problems ist bereits vorgeschlagen worden. Es handelt sich um eine Anordnung, die man als "instabilen
Resonator" oder"beugungsgekoppeiten Oszillator" bezeichnet.
Eine solche Anordnung weist dieselben Hauptelemente auf wie ein klassischer Oszillator, jedoch einer der Spiegel
ist klein ausgebildet, so daß er eine Begrenzung des Strahlquerschnittes erzeugt. Dieser Spiegel ist oft gekrümmt.
Im Betrieb hat der Teil der Welle, der durch den kleinen Spiegel in den Resonator zurückgeworfen wird, eine gute
optische Qualität. Man erhält also am Ausgang eines derart aufgebauten Oszillators ein Bündel, welches das optische
Verstärkermedium gut ausnutzt und dessen optische Qualitäten sehr dicht an die einer ebenen Welle herankommen. Jedoch
zeigen sich auch bei dieser Anordnung eine Reihe von Machteilen.
909815/0912
U — IDO — / —
29. Sept. 1973
Durch die Anwesenheit eines kleinen Spiegels ergibt sich ein "Loch" in der räumlichen Verteilung des Strahlenbündels.
Der divergierende Charakter der Welle in dem Resonator macht außerdem das Einsetzen von optischen Frequenzselektionselementen
schwierig.
Der sehr geringe scheinbare Reflexionskoeffizient des kleinen
Spiegels führt dazu, daß das Verstärkermedium eine sehr große Verstärkung aufweist und damit eine große, schlecht
ausgenutzte gespeicherte Energie aufweist, denn die Oszillationsschwelle
des Systems ist aufgrund der Konstruktion sehr hoch. Ein beträchtlicher Teil der gespeicherten Energie
wird also verloren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laseroszillator zu schaffen, der ein Strahlungsbündel ausgezeichneter
optischer Qualität mit einem Wirkungsgrad liefert, welcher besser ist als bei bekannten Oszillatoren.
Diese Aufgabe wird bei einem beugungsbegrenzten Laseroszillator
der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Blende zwischen dem optischen Verstärkermedium
und dem Spiegel mit hohem Reflexionskoeffizienten angeordnet ist, daß der Resonator weiterhin einen zwischen der Blende
und dem optischen Verstärkermedium angeordneten Polarisator
sowie eine Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsebene des aus dem Oszillator austretenden Strahlenbündels und zu
dessen Transformation aufweist, die das Strahlenbündel durch Reflexion in das optische Verstärkermedium und auf den Polarisator
derart zurücklenkt, daß er beim erneuten Erreichen des optischen Verstärkermediums einen Querschnitt aufweist,
der etwa dem des optischen Verstärkermediums entspricht.
909815/0912
-8-
A 43 085 m
u - 168 - 8 -
29. Sept. 1978
Dadurch erhält man eine optimale Ausnutzung der im optischen Varstärkermedium gespeicherten Energie.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
umfaßt die Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsebene, zur Transformation und Reflexion des AusgangsStrahls des
Oszillators ein Polarisationsebenen-Rotationselement sowie
einen Spiegel.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der
näheren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines kontinuierlichen Lasers;
Fig. 2 eine graphische Darstellung von Betriebsgrößen des Lasers der Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines gepulsten Lasers;
Fig. 4 eine graphische Darstellung von Betriebsgrößen des Lasers der Fig. 3;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Emission eines Lasers ohne Blende;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Lasers mit Blende;
909815/0912 _9_
A 43 085 m
u - 168 - 9 -
28A3011
29. Sept. 1973
Fig. 7 einen beugungsgekoppalten Laser und
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lasers.
Obwohl der Stand der Technik bereits oben beschrieben worden
ist, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung kurz darauf zurückgekommen.
Die Fig. 1 zeigt einen kontinuierlichen Laseroszillator, der
ein Lichtverstärkungsmedium 1 und zwei Spiegel 2 und 3 aufweist, die zu beiden Seiten des Lichtverstärkungsmediums angeordnet
sind. Das Lichtverstärkungsmedium wird mittels einer Lichtquelle 4 gepumpt.
Der Betrieb des Lasers der Fig. 1 ist in der graphischen Darstellung
der Fig. 2 veranschaulicht, in welcher die Kurven A, B und C den zeitlichen Verlauf der Pumpleistung, der Besetzung
bzw. der ausgesandten Laserleistung darstellen. Diese
Graphik zeigt deutlich, daß aufgrund der Unmöglichkeit einer ausreichenden Energiespeicherung im Lichtverstärkungsmedium
die Ausgangsleistung C des Lasers begrenzt bleibt.
Die Fig. 3 zeigt einen gepulsten Laser, der zusätzlich zu den Elementen des Lasers der Fig. 1 noch einen optischen
Schalter 5 umfaßt. In der Darstellung der Fig. 4 erkennt man, daß bei einer Pumpleistung A1, die der der Fig. 2 entspricht,
die plötzliche öffnung des optischen Schalters 5 am Ende
einer vorbestimmten Pumpzeit, während welcher der optische Schalter geschlossen gehalten wird, zur Freisetzung der in
dem Lichtverstärkermedium gespeicherten Energie in Form eines Impulses C führt.
909815/0913
-10-
A 43 085 m
29. Sept. 1978
Wie man aus dar Darstellung der Fig. 5 erkennt, kann die Ausgangsstrahlung eines Lasers, sei es eines kontinuierlichen
oder eines gepulsten Lasers, einen relativ großen Raumwinkel erfassen. Das interessierende Strahlenbündel ist das
Bündel F1, welches sich senkrecht zu den den Resonator bildenden Spiegeln 2 und 3 ausbreitet. Diese Strahlung würde
man ausschließlich beobachten, wenn der Resonator eine Blende mit einem ausreichend geringen Durchmesser D /"-'Vr λ L
aufweisen würde.
Da jedoch der Nutzquerschnitt des Strahlenbündels und damit
auch des optischen Verstärkermediums und der Spiegel größer ist als D , können sich Strahlenbündel F2 unter einem kleinen
Winkel in dem Resonator ausbreiten.
Um die Ausbreitung von Bündeln der Art F2, die die Reinheit der Emission verringern, auf ein Minimum zu reduzieren, umfaßt
die in Fig. 6 dargestellte Anordnung eine Blende 6, die beispielsweise zwischen den Spiegel 2 und das Lichtverstärkermedium
1 eingesetzt ist. Wenn es sich um einen gepulsten Laser handelt, kann die Blende auch zwischen dem optischen
Schalter 5, der in Fig. 6 gestrichelt dargestellt ist, und dem Verstärkermedium angeordnet werden.
Die Blende 6 begrenzt in dem Verstärkermedium 1 ein Nutzvolumen
7, so daß der Rest des Verstärkermediums 1, obwohl auch er gepumpt ist, nicht ausgenützt werden kann; die in diesem
Teil gespeicherte Energie ist verloren.
Um diesem Nachteil abzuhelfen, wird in der Anordnung der Fig. 7 die Funktion eines der Spiegel des Resonators und der
Blende von einem Spiegele mit kleinen Abmessungen übernommen,
909815/0912
-11-
u - 168 - 11 -
29. Sept. 1978
der divergent ist. Man nennt eine solche Anordnung "mit
instabilem Resonator"; jedoch weist diese Anordnung die oben beschriebenen Nachteile auf.
instabilem Resonator"; jedoch weist diese Anordnung die oben beschriebenen Nachteile auf.
In Fig. 8 ist der erfindungsgemäße Laser dargestellt. Ein
Lichtverstärkermedium 9 ist zwischen einem ersten Spiegel 10 und einem zweiten Spiegel 11 angeordnet, welch letzterer den Ausgangsspiegeldes Oszillators darstellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen gepulsten
Laser, bei dem zwischen dem ersten Spiegel 10 und dem Lichtvers tärkermedium 9 ein optischer Schalter 12 eingeschaltet
ist. Zwischen diesem und dem Verstärkermedium ist eine Blende 13 angeordnet, die diese Anordnung zu einem beugungsbegrenzten Oszillator macht.
Lichtverstärkermedium 9 ist zwischen einem ersten Spiegel 10 und einem zweiten Spiegel 11 angeordnet, welch letzterer den Ausgangsspiegeldes Oszillators darstellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen gepulsten
Laser, bei dem zwischen dem ersten Spiegel 10 und dem Lichtvers tärkermedium 9 ein optischer Schalter 12 eingeschaltet
ist. Zwischen diesem und dem Verstärkermedium ist eine Blende 13 angeordnet, die diese Anordnung zu einem beugungsbegrenzten Oszillator macht.
Um den Wirkungsgrad eines solchen Oszillators zu vergrößern, v/eist dieser außerdem einen Polarisator 14 zwischen der Blende
13 und dem Verstärkermedium 9 auf, und auf dem Austrittsweg des Laserstrahles befindet sich eine Vorrichtung 15 zur
Drehung der Polarisationsebene der Strahlung und zur Rücksendung des Strahlenbündels.
Drehung der Polarisationsebene der Strahlung und zur Rücksendung des Strahlenbündels.
Diese Vorrichtung 15 umfaßt in der dargestellten Ausführungsform ein Lambdaviertelblättchen 16 (Viertelwellenlängonblättchen)
und einen gekrümmten Spiegel 17, dessen Krümmung derart ausgebildet ist, daß der Durchmesser des Strahles bei
der Rückkehr in das Verstärkermedium etwa gleich groß ist
wie der Durchmesser des Verstärkermediums selbst.
der Rückkehr in das Verstärkermedium etwa gleich groß ist
wie der Durchmesser des Verstärkermediums selbst.
In der beschriebenen Ausführungsform ist das Lambdaviertelblättchen
getrennt vom Spiegel 17 ausgebildet. Seine Wirkung beruht auf der natürlichen Doppelbrechung bestimmter opti-
909815/0912
-12-
29. Sept. 1973
scher MaterialiGn, wie beispielsweise des Quarzes, oder auch
der Doppelbrechung, die in optischen Medien aufgrund von mechanischen oder elektromagnetischen Spannungen induzierbar
ist. Man kann auch die aufgrund der gleichen Effekte induzierte Doppelbrechung in dielektrischen Schichten verwenden,
die gleichzeitig den Spiegel 17 bilden. In diesem Falle
fallen Lambdaviertelblättchen und Spiegel 17 zusammen.
Die Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsebene und zur Rücksendung des Lichtes kann auch ein Drehelement verwenden,
das eine natürliche Drehung aufweist, wie dies in einigen optischen Medien der Fall ist, wie beispielsweise im Quarz.
Möglich ist auch die Verwendung von Substanzen, die eine durch den Faradayeffekt induzierte Drehung aufweisen.
In der in Fig. 8 dargestellten Anordnung kann ferner eine
Optik 18 vorgesehen sein, die in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist. Sie dient dazu, den Durchmesser des Lichtbündels
an die Abmessungen des Verstärkermediums 9 anzupassen.
Der Polarisator 14 kann ein Glan-Thomson-Prisma sein, ein
dielektrischer Polarisator oder dergl. Der Spiegel 10 ist ein
Spiegel mit hohem Reflexionskoeffizient, der den oszillierenden Resonator bildet.
Die Blende 13 führt zur optischen Qualität des Strahlenbündel.
Der Spiegel 11 ist der Austrittsspiegel des Resonators und
weist einen geringen Reflexionskoeffizienten auf. Die Position
des Lambdaviertelblättchens 16 und des Spiegels 17 sind
909815/0912 -13-
-^m -,3- 28A3011
29. Sept. 1978
derart gewählt, daß die Welle, die nach der Reflexion am Spiegel 17 koaxial zu dar vom Laser ausgesandtcn Welle verläuft,
eine Polarisation aufweist, die senkrecht auf der der ausgesandten Welle steht.
Der erfindungsgemäße Oszillator arbeitet in der folgenden Weise: Wenn man Energie in das Verstärkermedium 9 pumpt,
dann varhält sich dieses zusammen mit den Spiegeln 10 und 11 und dem optischen Schalter 12 wie ein Verstärkermedium eines
klassischen gepulsten Lasers. Beim Öffnen des optischen Schalters 12 sendet der Laser einen Lichtimpuls aus, und
die Strahlung wird durch die Blende 13 begrenzt.
Der Polarisator 14 führt zu einer genau definierten Polarisation des ausgesandten Laserstrahls. Nach dem Durchlaufen
des Verstärkermediums 9 tritt ein Teil dieses Lichtes durch den Austrittsspiegel 11 und gelangt zum Lambdaviertelblättchen
16. Anschließend wird dieser Teil der Strahlung durch den Spiegel 17 reflektiert, der zusammen mit dem Lambdaviertelblättchen
zu einer Drehung der Polarisationsebene des Lichtes führt. Da der Spiegel 17 ein divergenter Spiegel ist,
wird das an diesem Spiegel reflektierte Strahlenbündel zu einem divergenten Strahlenbündel, das beim Erreichen des
Verstärkermediums 9 einen Querschnitt hat, der dem des Verstärkermediums entspricht, so daß die gesamte, in dem Verstärkermedium
gespeicherte Energie ausgenutzt werden kann. Am Ausgang des Verstärkermediums 9 fällt das derart verstärkte
Lichtbündel auf den Polarisator 14, da es jedoch jetzt eine Polarisation hat, die gegenüber der verschieden ist,
die es beim Durchgang durch den Austrittsspiegel 11 hatte, wird das Strahlenbündel durch den Polarisator reflektiert
und verläßt den Resonator in Form einer Strahlung mit stark
909818/0912
-14-
A 43 085 m 0 Q / O Π 1 1
u - 168 - 14 - *ö4JU I 1
29. Sept. 1973
vergrößerter Leistung.
Eine solche Strahlung kann leicht transformiert werden, beispielsweise in ein paralleles Strahlenbündel, indem man
ein in der Zeichnung nicht dargestelltes klassisches optisches System verwendet.
Mit der beschriebenen Anordnung kann man ein Strahlenbündel erhalten, dessen optische Qualität genau so gut ist wie die
des Ausgangsstrahlenbündels sines beugungsbegrenzten Oszillators, der eine Blende verwendet. Jedoch weist das Strahlenbündel
eine wesentlich höhere Energie auf. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann man also den Wirkungsgrad eines beugungsbegrenzten
Laseroszillators erheblich steigern, indem man das erregte Volumen besser ausnützt.
Diese Anordnung weist zudem noch die folgenden Vorteile auf:
Das erzeugte Strahlenbündel hat kein "Loch" und zeigt eine
optische Qualität, die der des klassischen, beugungsbegrenzten Oszillators entspricht. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung
kann man leicht eine Frequenzselektion im Resonator erreichen, indem man in diesen Einbauelemente einführt. Die
erfindungsgemäße Anordnung kann ebenso bei einem festen Verstärkermedium
wie bei einem flüssigen oder gasförmigen Verstärkermedium Anwendung finden.
Im folgenden wird ein genaues Beispiel eines beugungsbegrenzten, gepulsten Laseroszillators beschrieben, dessen Wirkungsgrad
gemäß der Erfindung erhöht ist. Es handelt sich um einen Impulslaser im Infrarotbereich, dessen Pulsdauer zwischen
einigen Nanosekunden und einigen Zignanosekunden einstellbar
909815/0912
-15-
A 43 085 ία
29. Sept. 1978
ist. Die Durchschnittsleistung des Lasers liegt zwischen
10 und 20 MW,und die Breite der Strahlen ist zwischen 50 MHz und 3000 MHz justierbar. Der Laser benutzt den übergang
des Neodymions in einem Yttriira-Aluminium-Grar.atkristsli
bei 1,06 u. Dar durch die Elemente 10 bis 16 gebildete Resonator erzeugt Lichtimpulse, deren Dauer eine Funktion der
drei folgenden Parameter ist:
Inversion der Besetzung im Verstärkermedium; Länge des Resonators;
überspannung des Resonators.
Die zur Konstruktion des Resonators verwendeten Elemente sind
die folgenden:
TO - Spiegel mit einem Reflexionskoeffizienten R-~"99 %
bei 1,06 u
12 - Optischer Schalter in Form einer Pockelszeile
vom Typ Quantel QS 301
13 - Blende zur Selektion der Transversalmcden mit
einem Durchmesser von 1 mm
14 - Glan-Thomson-Polarisatcr
9 - Verstärkarkopf mit einer Yttrium-Aluminium-Granatstange
mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Lange von 75 mm, die in einem Kopf der Type
Quantel HH 305 angeordnet ist
11 - Spiegel mit geringem Reflexionskoeffizienten
'. R--8 %.
Die Vorrichtung 15 zur Drehung der Polarisationsebene umfaßt ein Lambdaviertelblättchen 16 und einen Spiegel 17 mit einem
Reflexionskoeffizienten R -99 %, welcher eine solche Krümmung
aufweist, daß das Strahlenbündel bei der Rückkehr in
das Verstärkermedium einen Durchmesser von 5 mm aufweist,
909815/0912
-16-
A 43 08b m
U - 168
29. Sept. 1978
- 16 -
d.h. einen Durchmesser, der dem Verstärkermedium 9 entspricht.
Die Ausgangsimpulse weisen die folgenden Eigenschaften auf:
Dauer 2 bis 30 Nanosekunden
Energie 50 bis 150 mJ
Dauer 2 bis 30 Nanosekunden
Energie 50 bis 150 mJ
Zirkularsymmetrie der beugungsbegrenzten Welle
Energieverteilung in einer Pseudo-Gauss-Hüllkurve
Geringer Modulationsgrad.
Energieverteilung in einer Pseudo-Gauss-Hüllkurve
Geringer Modulationsgrad.
Die folgende Vergleichstabelle zeigt die Eigenschaften eines gepulsten, beugungsbegrenzten Lasers, eines gepulsten Lasers
mit instabilem Resonator und eines beugungsbegrenzten Lasers gemäß der Erfindung.
Gepulster Laser Gepulster Laser Gepulster Laser
beugungsbegrenzt | xnstabiler Resonator |
gemäß der Er findung |
|
Verwendetes Verstärker medium |
Yttrium- Aluminium- Granat |
Yttrium- Alumini um Gran at |
Yttrium- Aluminium- Gr an at |
Ausgesandte Wellenlänge |
1 ,06 /U | 1 ,06 /U | 1 ,06 μ |
Impulsdauer | 2 bis 20 ns | 10 ns | 2 bis 20 ns |
Maximal energie |
3 bis 10 mJ | 1 50 mJ | 50 bis 150 mJ |
Strahl breite |
0,0015 bis 0,1 cm"1 |
0,1 cm" | 0,0015 bis 0,1 cm"1 |
Räumliche Verteilung |
Zirkular, Pseudo-Gauss |
ringförmig | Zirkular, Pseudo-Gauss |
Divergenz | 0,4 bis 0,5 mRad für 95 % der Energie |
0,5 mRad für 80 % der Energie |
0,4 bis 0,5 mRad für 95 % der Energie |
909815/0912
-17-
u-16 8 -17- AO40U I I
29. SeDt. 1973
Obwohl in der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform die Vorrichtung 15 zur Drehung der Polarisationsebene
ein Lambdavierte!blättchen 16 umfaßt, welches vom Ausgangsspiegel
11 des Resonators getrennt ist, kann das Lambdaviertelblättchen
anstelle des Ausgangsspiegels 11 verwendet werden, der dann wegfallen kann.
Obwohl in der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform die
Vorrichtung zur Drehung der Polarisationsebene und zum Zurückwerfen des Strahles einen divergenten Spiegel 17 umfaßt,
kann man auch einen ebenen Spiegel oder einen irgendwie gekrümmten Spiegel allein oder zusammen mit einer Optik 18 verwenden,
je nachdem welche Divergenz des Lasers und welcher Abstand zwischen dem Laserund dem Spiegel 17 vorliegen oder
wenn man-ein Bündel bestimmter Divergenz oder ein paralleles
Bündel im Bereich des Verstärkermediums erhalten will.
909815/0912
Claims (11)
- Patentansprüche :Beugungsbegrenzter Laseroszillator mit einem Resonator aus zwei Spiegeln, zwischen denen ein optisches Verstärkermedium und eine Blende angeordnet sind, d a du r c h gekennzeichnet , daß die Blende (13) zwischen dem optischen Verstärkermedium (9) und dem Spiegel mit hohem Reflexionskoeffizienten angeordnet ist, daß der Resonator weiterhin einen zwischen der Blende (13) und dem optischen Verstärkermedium (9) angeordneten Polarisator (14) sowie eine Vorrichtung (15) zur Drehung der Polarisationsebene des aus dem Oszillator austretenden Strahlenbündels und zu dessen Transformation aufweist, die das Strahlenbündel durch Reflexion in das optische Verstärkermedium (9) und auf den Polarisator (14) derart zurücklenkt, daß er beim erneuten Erreichen des optischen Verstärkermediums (9) einen Querschnitt aufweist, der etwa dem des optischen Verstärkermediums entspricht.
- 2. Laseroszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen optischen Schalter (12) aufweist und damit im Impulsbetrieb betreibbar ist.
- 3. Laseroszillator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (15) zur Drehung der Polarisationsebene, zur Transformation und Reflexion des Ausgangsstrahles des Oszillators ein auf dem Weg des vom Resonator des Oszillators ausgesandten Strahles angeordnetes Polarisationsebenen-Rotationselement (16) sowie einen Spiegel (17) umfaßt.909818/0917'u - 168 - 2 -29. Sept. 1978
- 4. Laseroszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsebenen-Rotationselement (16) ein Lambdaviertelblättchen mit natürlicher Doppelbrechung oder ein Lambdaviertelblättchen mit mittels mechanischer oder elektromagnetischer Spannungen induzierbarer Doppelbrechung ist.
- 5. Laseroszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsebenen-Rotationselement (16)eine natürliche oder eine durch den Faraday-Effekt induzierbare Drehfähigkeit aufweist.
- 6. Laseroszillator nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsebenen-Rotationselement (16) von dem Spiegel (17) getrennt ist.
- 7. Laseroszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (17) eine dielektrische Beschichtung aufweist und daß das Polarisationsebenen-Rotationselement (16) ein Element mit in der dielektrischen Beschichtung des Spiegels (17) induzierter Doppelbrechung ist.
- 8. Laseroszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (17) ein divergierender Spiegel ist.
- 9. Laseroszillator nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spiegel (17) ein optisches System (18) zur Anpassung des Strahles zugeordnet ist.
- 10. Laseroszillator nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsebenen-Rotationselement (16) von dem Austrittsspiegel (11) des Oszil-909815/0912 -3-A 43 085 m 28 A3 0 1 1u - 168 - 3 -29. Seot. 1973lators getrennt ist.
- 11. Laseroszillator nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Polarisationsebenan-Rotationselement (16) mit dem Austrittsspiegel (11) des Oszillators zusammenfällt.90981 B/09ia
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7729757A FR2405569A1 (fr) | 1977-10-04 | 1977-10-04 | Oscillateur laser limite par la diffraction a haut rendement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2843011A1 true DE2843011A1 (de) | 1979-04-12 |
Family
ID=9196062
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19782843011 Ceased DE2843011A1 (de) | 1977-10-04 | 1978-10-03 | Beugungsbegrenzter laseroszillator |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4276519A (de) |
JP (1) | JPS5950237B2 (de) |
DE (1) | DE2843011A1 (de) |
FR (1) | FR2405569A1 (de) |
GB (1) | GB2007013B (de) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57196165A (en) * | 1981-05-28 | 1982-12-02 | Iwatsu Electric Co Ltd | Light intensity modulation measuring device |
US4573157A (en) * | 1983-12-08 | 1986-02-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Phase-conjugate resonator with a double SBS mirror |
JPS60171143U (ja) * | 1984-04-19 | 1985-11-13 | セイレイ工業株式会社 | 脱穀部のクリンプ網装置 |
IT1180931B (it) * | 1984-11-30 | 1987-09-23 | Quanta System Srl | Laser utilizzante un risuonatore instabile a branca negativa |
JPS62224204A (ja) * | 1986-03-25 | 1987-10-02 | 株式会社クボタ | 脱穀装置 |
IL78936A (en) * | 1986-05-27 | 1990-02-09 | Electro Optics Ind Ltd | Laser apparatus |
DE3621338A1 (de) * | 1986-06-26 | 1988-01-07 | Bbc Brown Boveri & Cie | Resonator fuer einen laser, insbes. fuer einen farbstofflaser |
US4858239A (en) * | 1988-05-26 | 1989-08-15 | Elop Electrooptics Industries Ltd. | Laser system |
JPH0327926U (de) * | 1989-07-28 | 1991-03-20 | ||
EP0889563B1 (de) * | 1998-03-03 | 2004-12-15 | Contraves Space AG | Quantenoptische Verstärker für optische Freiraum-Kommunikationssysteme |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1303116B (de) * | 1964-06-16 | American Optical Corp | ||
US3426294A (en) * | 1965-02-10 | 1969-02-04 | American Optical Corp | Laser q-switching |
US3500241A (en) * | 1967-10-23 | 1970-03-10 | Bell Telephone Labor Inc | Arrangement for passive transmission pulsing of a q-switched laser |
DE1961849A1 (de) * | 1969-04-23 | 1971-06-16 | Hagen Hans Dr Ing | Optischer Verstaerker |
-
1977
- 1977-10-04 FR FR7729757A patent/FR2405569A1/fr active Granted
-
1978
- 1978-09-29 GB GB7838746A patent/GB2007013B/en not_active Expired
- 1978-10-03 US US05/948,259 patent/US4276519A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-10-03 DE DE19782843011 patent/DE2843011A1/de not_active Ceased
- 1978-10-04 JP JP53122499A patent/JPS5950237B2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2007013B (en) | 1982-02-10 |
JPS5950237B2 (ja) | 1984-12-07 |
FR2405569A1 (fr) | 1979-05-04 |
JPS5460885A (en) | 1979-05-16 |
US4276519A (en) | 1981-06-30 |
FR2405569B1 (de) | 1980-06-20 |
GB2007013A (en) | 1979-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2429551C3 (de) | Optische Vorrichtung zur Formung optischer Impulse | |
EP0314171A2 (de) | Modengekoppelter Laser | |
DE60201174T2 (de) | Kompakter ultraschneller laser | |
DE69202401T2 (de) | Ramanlaser. | |
DE2843011A1 (de) | Beugungsbegrenzter laseroszillator | |
DE4101403C2 (de) | Halbleiterlaser-gepumpter Festkörperlaser | |
DE19512984C2 (de) | Abstimmbarer optischer parametrischer Oszillator | |
DE3021230A1 (de) | Akustooptischer pulslaser | |
EP1286434B1 (de) | Laserverstärkersystem | |
DE1234340C2 (de) | Anordnung zur verbesserung der monochromasie eines optischen senders oder verstaerkers fuer kohaerente elektromagnetische strahlung | |
DE1292768B (de) | Anordnung zur inneren Modulation der Strahlung eines quantenmechanischen Senders | |
DE3886915T3 (de) | Raman-hohlraumlaser. | |
DE69006849T2 (de) | Festkörperringlaser. | |
DE10063976A1 (de) | Resonator, regenerativer Verstärker für ultrakurze Laserpulse und mehrschichtiger Spiegel | |
DE2260244A1 (de) | Lasergenerator mit einzigem transversalem schwingungstyp | |
DE69108810T2 (de) | Gepulster Laser. | |
EP0152570B1 (de) | Gaslaser insbesondere TE-Laser | |
DE1285638B (de) | Anordnung zur Steuerung der Richtung der Emission eines optischen Senders oder Verstaerkers | |
DE4009116A1 (de) | Festkoerperlaseranordnung | |
DE102017126453A1 (de) | Verfahren zur Laserverstärkung | |
DE3317065C2 (de) | ||
DE4311454C2 (de) | Raman-Laser und dessen Verwendung | |
DE1564779C3 (de) | Nach dem Prinzip der stimulierten Emission arbeitender optischer Sender | |
DE1614612C3 (de) | Optischer Sender für kohärente Strahlung | |
DE1774161B2 (de) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8131 | Rejection |