DE3115906A1 - Ringlaser - Google Patents

Ringlaser

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DE3115906A1
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ferromagnetic
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DE19813115906
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English (en)
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Rolf Dipl.-Phys. 3300 Braunschweig Gauert
Werner 3042 Munster Jungbluth
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
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    • 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
    • H01S3/083—Ring lasers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect

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Description

OMOiJUO i-ii. ι υ.
.··.: .--. .: Patentanwalt
Dipl.-lng. Harro Gralfs
Grails Patentanwalt Am Bürgerpark 8 D 3300 Braunschweig Germany
Am Bürgerpark 8 D 3300 Braunschweig, Germany Telefon 0531-74798 Cable patmarks braunschweig
G/WS - D 679
Deutsche Forschungs- und
Versuchsanstalt für Luft-
und Raumfahrt e.V.
Linder Höhe
5000 Köln 90
Ringlaser
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringlaser mit wenigstens drei Eckspiegeln, von denen ein Eckspiegel auf einem Substrat eine ferromagnetische Granatschicht trägt, die mit einer Vielzahl von Interferenzschichten abgedeckt ist und normal zur Schicht magnetisiert ist.
Bei einem bekannten Ringlaser der genannten Art (Naecon-Report, 1978, S. 544—548) wird über den die ferromagnetische Granatschicht tragenden Eckspiegel magneto-optisch ein Bias unter Verwendung des transversalen Kerr-Effektes eingebracht.
Aufgabe der Erfindung iet es, den Ringlaser so auszubilden, daß der die ferromagnetische Granatschicht tragende Eckspiegel als Faradayzelle in Reflexion arbeitet.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der die ferromagnetische Granatschicht tragende Eckspiegel mit zirkulär polarisierter Strahlung beaufschlagt ist. Zur Erzeugung der zirkulär polarisierten Strahlung kann vor dem die ferromagnetische Granatschicht tragenden Eckspiegel eine λ A-Verzögerungsplatte angeordnet sein. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Eckspiegel, die im Strahlengang dem die ferromagnetische Granatschicht tragenden Eckspiegel benachbart sind, mit einer Vielzahl von Interferenzschichten versehen, die derart angeordnet sind, daß durch eine 90°-Phasenverschiebung zirkulär polarisierte Strahlung in eine linear polarisierte Strahlung umgewandelt wird und umgekehrt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.
Pig. 1 zeigt das Prinzip eines Ringlasers, wie er der Erfindung zugrunde liegt.
Pig. 2 zeigt einen in erfindungsgemäßer Wei.se als Faradayspiegel wirkenden Eckspiegel in schematischer Darstellung.
Fig. 3 zeigt die Anordnung nach Fig. 2 in perspektivischer Darstellung.
Pig. 4 zeigt einen Ringlaser in abgewandelter Ausführungsform.
Der in Fig. 1 dargestellte Ringlaser arbeitet mit drei Eckspiegeln 2, 3 und 4 und einem zwischen den beiden Eckspiegeln 2 und 3 angeordneten Verstärkungsmedium in Form einer Gasentladungsröhre 1.
Der Eckspiegel 4 ist so ausgebildet, daß über ihn der gewünschte Bias erzeugt wird. Die Eckspiegel 2 und 3 sind hochreflektierende Spiegel.
Der Eckspiegel 4 trägt auf einem Substrat 5 eine strahlungsdurchlässige ferromagnetische Schicht 6 aus einer Granatverbindung, beispielsweise Yttrium-Eisen-Granat YIG. YIG hat eine große Verdet-Konstante. Es kommen aber auch andere ferromagnetische Granatverbindungen in Frage, die eine große Verdet-Konstante aufweisen. Die Granatschicht 6 kann auf ihrer Rückseite verspiegelt sein. Die Granatschicht 6 hat ein Reflexionsvermögen, das für Ringlaser nicht ausreicht. Auf diese Schicht ist daher eine Vielzahl dielektrischer Interferenzschichten 7 aufgetragen, durch die das nötige Reflexionsvermögen erzielt wird. Gegen die äußerste Schicht der Interferenzschichten 7 anliegend ist eine Λ /4-Platte vorgesehen, die in Fig.2 und 3 im Abstand wiedergegeben ist, um die Einwirkung dieser Platte auf den laufenden Strahl veranschaulichen zu können. Der Eckspiegel 4 wird von einem Magnetfeld D durchsetzt, durch das die Schicht 6 normal zu ihrer Ebene magnetisiert wird. Der Eckspiegel 4 wirkt als Faradayspiegel, bei dem der magneto-optische Faradayeffekt ausgenutzt wird. Der Faradayeffekt äußert sich in einer Drehung der Polarisationsebene linear polarisierten Lichtes, die sich in einer Phasenverschiebung der zirkulären Wellen begründet· Der Eckspiegel 4 arbeitet in Reflexion und benötigt nur eine λ/4-Verzögerungsplatte, die von beiden umlaufenden Strahlen durchsetzt wird. Das Azimut der Polarisationsebene der von links bzw. rechts einfallenden Strahlung ist + 45° bzw. -45° zur Senkrechten. Hinter der ^-Platte hat sich rechtszirkular"polarisiertes (rcp) bzw. linkszirkular polarisiertes (lcp) Licht ergeben. Dieses Licht trifft auf den normal zur Oberfläche magnetisierten Spiegel Hier erfährt die rcp-Strahlung die Phasenverschiebung -<J>r, da sie entgegen
- -fr - JModOo
der Magnetfeld-Richtung läuft, und nach der Reflexion am hinteren Ende des Spiegels die Phasenverschiebung +φ,, da sie durch die Reflexion in lcp-Licht umgewandelt worden ist. Die resultierende Phasenverschiebung 1λ der von links einfallenden Zirkularen Welle ist also O1:
(1) S1 β φ, - φ * 2 Θρ Θρ = Faradaydrehwinkel.
Die von rechts einfallende Vfelle erleidet dasselbe Schicksal mit umgekehrtem Vorzeichen. Hier ist δ*
(3) δ~ β φ^ - φ, » -2 Q„
Als resultierende Phasenverschiebung £ ergibt sich zwischen den beiden Wellen
(5) Δ = S 1 - S 2 = H θρ.
Der über den Faradayspiegel 4 erzielbare Bias ist abhängig von der Anzahl der zur Erzielung des notwendigen Reflexionsvermögens aufgetragenen dielektrischen Interferenzschichten. Rechnungen zeigen, daß mit einer Schichtdicke von 5 um bei epitaktisch aufgewachsenen Schichten ein Bias von + 17°/s erreicht werden könnte, bei einem Reflexionsvermögen von ca. 99,1I £. Bei an der Rückseite verspiegelten Proben aus YIG mit einer Dicke von 5 um werden theoretische Werte von + 67°/s bei einem Reflexionsvermögen von 99,4 % erreicht.
Eine λ A-Verzögerungsplatte kann entfallen, wenn für die dem Paradayspiegel benachbarten Eckspiegel Spiegel verwendet werden, die zwischen ρ und s Komponente eine Phasenverschiebung von 90° bewirken. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt.
Der Aufbau des Eckspiegels 14 in Pig. 4 entspricht dem oben beschriebenen Aufbau des Eckspiegels 4 ohne die davor angeordnete λ/4-Platte. Die Phasenschiebung über die Eckspiegel 12 und 13 wird erreicht durch eine entsprechende Ausbildung des dielektrischen Vielschichtaufbaus (Applied Optics - Volume 19, No. 16 / 15. August 198O). Wie aus der Darstellung nach Fig. 4 ersichtlich, wird die aus der Gasentladungsröhre 11 im Uhrzeigersinn austretende linear polarisierte Strahlung ρ mit Hilfe des Spiegels 12 in links zirkulär polarisierte Strahlung lcp umgewandelt, die auf dem Paradayspiegel 14 auftrifft, diesen als rechts zirkulär polarisierte Strahlung rcp verläßt und über den Spiegel 13 dann durch Phasenverschiebung wieder in linear polarisierte Strahlung umgewandelt wird. Die entgegen dem Uhrzeigersinn umlaufende Strahlung wird durch die Phasenschiebung entsprechend in ihrer Polarisation geändert. Während bei der im Uhrzeigersinn umlaufenden Strahlung die Zustände lp/lcp/rcp/lp durchlaufen werden, ist die Reihenfolge der Zustände bei der entgegen dem Uhrzeigersinn umlaufenden Strahlung lp/rcp/lcp/lp.
Leerseite

Claims (3)

  1. Ansprüche
    Q.J Ringlaser mit wenigstens drei Eckspiegeln, von denen ein Eckspiegel auf einem Substrat eine ferromagnetische Granatschicht trägt, die mit einer Vielzahl von Interferenzschichten abgedeckt ist und normal zur Schicht magnetisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die ferromagnetische Granatschicht tragende Eckspiegel mit zirkular polarisierter Strahlung beaufschlagt ist.
  2. 2. Ringlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel vor dem die ferromagnetische Granatschicht tragenden Eckspiegel eine λ /1I-Verzögerungsplatte angeordnet ist.
  3. 3. Ringlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Eckspiegel, die im Strahlengang dem die ferromagnetische Granatschicht tragenden Eckspiegel benachbart sind, mit einer Vielzahl von Interferenzschichten versehen sind, die derart angeordnet sind, daß durch eine 90° Phasenverschiebung zirkular polarisierte Strahlung in eine linear polarisierte Strahlung umgewandelt wird und umgekehrt.
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