DE2913270A1

DE2913270A1 - Laseranordnung mit einem elektrooptischen gueteschalter und verfahren zum betrieb dieser anordnung

Info

Publication number: DE2913270A1
Application number: DE19792913270
Authority: DE
Inventors: Wolf Dipl Ing Bickel
Original assignee: Krautkraemer GmbH
Current assignee: Krautkraemer GmbH
Priority date: 1979-04-03
Filing date: 1979-04-03
Publication date: 1980-10-23

Description

LASERANORDNUNG MIT EINEM ELEKTROOPTISCHEN GÜTESCHALTER
UND VERFAHREN ZUM BETRIEB DIESER ANORDNUNG Die vorliegende Erdindung betrifft eine Laseranordnung mit einem elektrooptischen Güteschalter, der aus einem zwischen dem laser-aktiven Medium und dem jeweils undurchlässigen Resonatorspiegel angeordneten elektrooptischen Bauelement und einem zwischen diesem Bauelement und dem laser-aktiven Medium angeordneten Linearpolarisator besteht. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Betrieb dieser Anordnung und auf eine Verwendung der Anordnung zur Erzeugung kurzer akustischer Impulse.
Elektrooptische Güteschalter der vorstehend beschriebenen Art sind beispielsweise aus dem Buch: W. Koechner "Solid-State Laser Engineering", Springer Verlag 1976, S.411 ff.
bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung muß an dem elektrooptischen Bauelement - bei dem es sich beispielsweise um eine Pockelszelle oder um eine Kerrzelle handeln kann -während des gesamten Pumpvorganges des laser-aktiven Mediums eine Spannung liegen. Dadurch wird erreicht, daß der Laser während des Pumpens kein Licht abgibt. Denn die Spannung wird jeweils so gewählt, daß aufgrund der in der Ke-rrzelle erzeugten Doppelbrechung zwischen ordentl ichem und außerordentlichem Lichtstrahl eine Phasendifferenz von »/4 besteht. Das in die Kerrzelle eintretende 1 inearpolarisierte Licht wird dann zirkularpolarisiert, an dem Resonatorspiegel reflektiert, gelangt wiederum in die Kerrzelle und tritt dort als linearpolarisiertes Licht mit einer zur ursprüngichen Schwingunysebene senkrechten Schwingungsebene aus.
Lediglich während des relativ kurzen Auyenblicks, in dem ein Laserl lcht-Impuls erzeugt werden soll, 1 legt keine Spannung an der Kerrzelle, so daß das 1 inearpolarisierte Licht ohne Anderung der Schwingungsebene wieder in den Polarisator gelangt.
Aus der erwähnten Literaturstelle ist ebenfalls eine Anordnung bekannt, bei der an das elektro-optische Element nur dann eine Spannung gelegt werden muß, wenn der Laserlicht-lmpuls erzeugt werden soll. Bei dieser Anordnung sind jedoch relativ hohe Spannungen erforderlich, weil die Phasendifferenz zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Lichtstrahl nach durchlaufen der Kerrzelle j,/2 betragen muß. Außerdem ist bei diesem Güteschalter noch ein zweiter Linearpolarisator erforderlich.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laseranordnung mit einem Güteschalter der einyangs beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, daß an dem elektrooptischen Bauelement nur während einer möglichst kurzen Zeit eine Spannung liegt, die darüberhinaus einen möglichst kleinen Wert aufweisen soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem elektrooptischen Bauelement und dem Linearpolarisator eineh./4-Platte angeordnet ist.
Das Verfahren zum Betrieb einer derartigen Anordnung erfolgt dann derart, daß an das elektrooptische Bauelement nur dann eine Spannung gelegt wird, wenn die im laser-aktiven Medium gespeicherte Energie als Lichtimpuls abgegeben werden soll; die dabei erforderliche Spannung wird so gewählt, daß sich aufgrund der durch diese Spannung verursachten Doppelbrechung, zwischen ordentl ichem und außerordenl ichem Lichtstrahl eine Phasendifferenz von/4 ergibt.
Die Erfindung besitzt gegenüber den bekannten Anordnungen vor allem den Vorteil, daß aufgrund der geringen Spannung, die jeweils nur etne kurze Zeit an dem elektrooptischen Bauelement liegt, die Lebensdauer der elektrooptischen Bauelemente wesentlich zunimmt. Dieses hat sich besonders bei hohen Impulsfolgefrequenzen als vorteilhaft erwiesen. Außerdem erfordert die neue Anordnung keinen zusätzlichen Polar i sator.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erdindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen: Es zeigt: Fig. 1 schematisch eine Laseranordnung mit Güteschalter nach der Erfindung; Fig. 2 den Querschnitt einer Pockelszelle mit integrierter ~d/4-Platte; und Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der Pumplicht-Intensität (3 a), der an dem elektrooptischen Bauelement liegende Spannung (3 b) und des von dem Laser abgegebenen Lichtes (3 c).
In Fig. 1 ist ein laser-aktives Medium 1, das z.B. aus Neodymglas oder noedymdotiertem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) bestehen kann, zwischen einem lichtundurchlässigen Pesonatorsoiegel 2 und einem teildurchlässigen Auskopplungsspiegel 3 dargestellt. Der zwischen dem laser-aktiven Medium 1 und dem Resonatorspiegel 2 angeordnete Güteschalter besteht aus einem Linearpolarisator 4 (z.B. aus Kalkspat) einer"L/4 Platte 5 (z.B. aus Quarz) und einer Pockelszelle 6, die beispielsweise einen Kalium-Dihydrogen-Phosphat(KDPiKristall enthält. Die Pump,einrichtung und sonstige zum Betrieb des Lasers erforderliche Geräte sind nicht dargestellt.
Ein von dem laser-aktiven Medium 1 ausgesandter Lichtstrahl tritt hinter dem Polarisator 4 als 1 inearpolarisierter Licht strahl in die z/4-Platte 5 ein und wird von dieser zu zirkularpolarisiertem Licht umgewandelt, das dann durch die Pockelszelle 6 hindurchgeht, von dem Resonatorspiegel 2 reflektiert wird und von der A/4-Platte 5 wieder in linearpolarisiertes Licht, mit einer zur ursprünglichen Schwingungsebene senkrechten Schwingungsebene umgewandelt wird.
Wird nun eine Spannung an die Pockelszelle 6 gelegt, die zwischen ordentl ichem und außerordentlichem Strahl eine Phasendifferenz von 1/4 verursacht, so wird die Wirkung der Sl/4-Platte 4 kompensiert. Es gelangt das reflektierte Licht wieder in das laser-aktive Medium 1 und die Laseranordnung wirkt als Oszilator.
Die gleiche Wirkung erreicht man auch dann, wenn die Platte 5 anstatt zwischen dem Polarisator 4 und der Pockelszelle 6, zwischen letzterer und dem Resonatorspiegel 2 angeordnet wird.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die ;L/4-Platte 5 mechanisch mit der Pockelszelle verbunden ist. Eine entsprechende Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist mit 7 das Gehäuse der Pockelszelle mit 11 der KDP-Kristall, mit 9 die nur schematisch angedeuteten Elektroden, mit 5 die ft/4-Platte und mit 8 das Austrittsfenster der Zelle bezeichnet worden.
Fig. 3a bis 3c geben den zeitlichen Zusammenhang zwischen dem Pumpvorgang (Fig. 3a), dem Verlauf der an die Pockelszelle gelegten Spannung (Fig. 3b) und dem ausgestrahlten Laserimpuls (Fig. 3c) wieder. Während eines Zeitraums t2-to von etwa 100>s wird das laser-aktive Medium mit Pump-Licht bestrahlt. Kurz vor Ende des Pumpvorganges wird dann zum Zeitpunkt tal t1 die mit U24 bezeichnete Spannung an die Pockelszelle gelegt, die dann zum Aufbau des in Fig. 3c dargestellten Laserimpulses führt.
Die vorliegende Erfingung hat sich besonders in Vorrichtungen zur Erzeugung hochfrequenter akustischer Schwingungen in Form kurzer akustischer Impulse hoher Energien bewährt.
Da die Wirkungsweise derartiger Vorrichtungen beispielsweise aus der DE-PS 1 772 530 bekannt ist, kann eine entsprechende Beschreibung hier entfallen.
Sofern statt der obenerwähnten YAG-Laser, Rubin-Laser benutzt werden, kann aufgrund der bereits vorhandenen Polarisation des Laserlichtes, der Linearpolarisator 4 (Fig. 1) auch entfallen.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Laseranordnung mit einem elektrooptischen Güteschalter, der aus einem zwischen dem laser-aktiven Medium und dem jeweils undurchlässigen Resonatorspiegel angeordneten elektrooptischen Bauelement und einem zwischen diesem Bauelement und dem laser-aktiven Medium ar)geordneten Linearpolarisator besteht, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß entweder zwischen dem elektrooptischen Bauelement (6) und dem Lineapolarisator (4) oder zwischen dem elektrooptischen Bauelement (6) und dem undurchlässigen Resonatorspiegel (2) eine /4-Platte (5) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die ,/4-Platte (5) als Fenster des elektrooptischen Bauelements (6) ausgebildet ist.
3. Verfahren zum Betrieb der Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an das elektrooptische Bauelement (6) nur dann eine Spannung gelegt wird, wenn die im laser-aktiven Medium (1) gespeicherte Energie als Lichtimpuls abgegeben werden soll; und daß die dabei erforderliche Spannung derart gewählt wird, daß sich aufgrund der durch die Spannung verursachten Doppelbrechung, zwischen ordentl ichem und außerordentlichem Stahl eine Phasendifferenz von /t/4 ergibt.
4. Verwendung der Anordnung nach Anspruch 1 und des Verfahrens nach Anspruch 2 zur Erzeugung kurzer energiereicher akustischer Impulse durch Bestrahlung eines festen oder flüssigen Materials mit Laserlicht.