CH616029A5

CH616029A5 -

Info

Publication number: CH616029A5
Application number: CH754177A
Authority: CH
Inventors: Gijsbertus Bouwhuis; Johannes Van Der Wal
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1977-06-20
Publication date: 1980-02-29
Also published as: JPS5424276B2; FR2356295A1; AU2610077A; DE2725833A1; ZA772910B; CA1081352A; FR2356295B1; US4132959A; BE855887A; DE2725833C2; NZ184421A; ES459907A1; AU506554B2; AT370918B; IT1085238B; ATA433077A; SE422128B; JPS5316596A; GB1557362A; NL7606693A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasentladungslaser mit einem Laserrohr mit einer an beiden Enden abgedichteten longitudinalen Bohrung, wobei dieses Rohr mit einem Gas 50 gefüllt ist, in dem ein aktives Lasermedium aufgenommen ist, das in einem optischen Resonator, der durch mindestens zwei Mehrschichtenspiegel gebildet wird, aktiviert wird, wobei diese Mehrschichtenspiegel aus einer Anzahl Schichten mit einer hohen und einer niedrigen Brechungszahl zusammengesetzt ss sind, die auf einem Substrat angebracht sind.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Verwendung dieses Gasentladungslasers in einer Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers, auf den Information, z. B. Bild-und/oder Toninformation, in einer optisch auslesbaren Infor- 60 mationsstruktur aufgezeichnet ist, wobei diese Vorrichtung ein Objektivsystem enthält, mit dessen Hilfe der Laserstrahl über den Aufzeichnungsträger einem strahlungsempfindlichen Detektionssystem zugeführt wird.

Ein Gasentladungslaser der im ersten Absatz genannten 65 Art ist aus der offengelegten niederländischen Patentanmeldung 7 402 691 bekannt, in der ein He-Ne-Gaslaser beschrieben ist, bei dem die Mehrschichtenspiegel unmittelbar auf den

Enden des Laserrohres befestigt sind, so dass sie zugleich die Vakuumabdichtung des Entladungsraumes bilden. Das Laserrohr ist durch Querrohre mit Elektrodenräumen ausserhalb des Laserrohres verbunden. In dem Laserrohr wird eine Entladung zwischen den Elektroden durch das Anlegen eines Potentialunterschiedes zwischen den Elektroden eingeleitet, wobei durch stimulierte Emission ein Laserstrahl erzeugt wird.

Gasentladungslaser haben einen grossen Anwendungsbereich. Sie werden häufig in Messvorrichtungen, wie Interfero-metern, und dergleichen, verwendet Auch finden sie Anwendung in Vorrichtungen zum Auslesen von Aufzeichnungsträgern, auf die Information, z. B. Bild- und/oder Toninformation, in einer optisch auslesbaren Informationsstruktur, aufgezeichnet ist. Sie bilden darin eine monochromatische Strahlungsquelle, die ein Lichtbündel emittiert, das auf den Aufzeichnungsträger fällt und von diesem in einem Detektionssystem reflektiert wird. Eine derartige Vorrichtung ist u. a. in «Philips Technische Rundschau» 33, Nr. 7, S. 198-202 beschrieben.

Darin wird u. a. bemerkt, dass es notwendig ist, dafür zu sorgen, dass nicht eine zu grosse Menge des an der Plattenoberfläche reflektierten und modulierten Lichtes in den Laser zurückkehren kann. Diese Rückkopplung würde nämlich unerwünschte Schwankungen in der Ausgangsleistung des Lasers herbeiführen.

Falsches Licht, das an Einzelteilen der Vorrichtung, wie dem Auskopplungsspiegel, reflektiert wird, kann an der Stelle des Detektors mit dem primären Bündel interferieren und dabei zu sehr tiefer Modulation des Detektorsignals führen.

Derartige Schwankungen der Ausgangsleistung und eine derartige Modulation sind in vielen Fällen auch bei anderen Anwendungen, wie in Interferometern, unerwünscht.

In der DE-OS 2 622 560 ist beschrieben, dass, indem in dem Strahlungsweg des Auslesebündels einer Auslesevorrichtung der im zweiten Absatz beschriebenen Art ein strahlungsschwä-chendes Element angeordnet wird, die zufälligen Intensitätsmodulationen in dem Auslesebündel, die auf unerwünschte Reflexionen in dem Strahlungsweg zurückzuführen sind, erheblich herabgesetzt werden können. Das strahlungsschwächende Element ist vorzugsweise auf dem Substrat des Auskopplungsspiegels in Form eines Absorptionsfilters angebracht. Es stellt sich aber heraus, dass diese Massnahme nicht optimal ist, während ausserdem die Verlustleistung gross ist.

Die Erfindung bezweckt denn auch, einen Gasentladungslaser anzugeben, bei dem unerwünschte Schwankungen in der Ausgangsleistung und unerwünschte Modulationen nahezu vermieden werden und dessen Auskopplungsspiegel auf der Aussenseite eine sehr geringe Reflexion falschen Lichtes aufweist, während die Reflexion auf der Innenseite des Auskopplungsspiegels im allgemeinen sogar noch etwas zunimmt und die Verlustleistung minimal ist.

Der Gasentladungslaser nach der Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtenspiegel, durch den der von dem Gasentladungslaser erzeugte Laserstrahl den Laser verlässt, mit einem strahlungsschwächenden Film versehen ist, die zwischen den Schichten angeordnet ist, wobei zwi-chen dem strahlungsschwächenden Film und dem Substrat mindestens eine Schicht und höchstens fünf Schichten liegen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in dem Mehrschichtenspiegel auf diese Weise ein Hohlraumresonator gebildet wird, in dem das falsche reflektierte Licht eingefangen und von dem strahlungsschwächenden Film geschwächt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines derartigen Gasentladungslaser nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf das Substrat des Auskopplungsspiegels nacheinander eine Schicht mit einer hohen komplexen Brechungszahl, eine Schicht mit einer niedrigen komplexen Brechungszahl der Strahlungsschwächende Film, eine Schicht mit einer niedrigen komplexen Brechungszahl und eine Anzahl von

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Schichten mit abwechselnd hoher und niedriger komplexer Brechnungszahl aufgebracht sind.

Der strahlungsschwächende Film ist vorzugsweise ein Metallfilm mit einer optischen Dicke zwischen 0,01 X und 0,03 X, wobei X die Wellenlänge des erzeugten Laserlichts darstellt. Dieser Film kann aber auch aus einem Cermet bestehen. Bei einem Metallfilm mit einer optischen Dicke von 0,02 X wurden optimale Ergebnisse erzielt.

Ein derartiger Metallfilm kann vorzugsweise aus einem oder mehreren Metallen gebildet bzw. zusammengesetzt werden, die aus der durch Ti, Ag, Cr, AI, Mg und Ni gebildeten Gruppe gewählt sind.

Ein Gasentladungslaser der beschriebenen Art eignet sich besonders gut zur Anwendung in einer Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers der im zweiten Absatz beschriebenen Art, weil dabei die genannten Schwankungen und Modulationen, die ohne die Anwendung der Erfindung auftreten, die Wirkung beeinträchtigen würden.

Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Gasentldungslaser nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm eines bekannten 21-Schichtenspiegels,

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform eines Auskopplungsspiegels nach der Erfindung, und

Fig. 4 eine Anwendung des Gasentladungslasers in einer Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers.

In Fig. 1 ist schematisch ein Gasentladungslaser nach der Erfindung dargestellt. Unmittelbar auf dem vorzugsweise zylindrischen Teil der Gasentladungsröhre, der das Laserrohr 1 bildet, sind Mehrschichtenspiegel 2 und 3 mit Hilfe eines Zweikomponentenkitts 26 befestigt. Diese Mehrschichtenspiegel 2 und 3 bestehen aus Substraten 4 und 5, auf die Mehrschichten-pakete 6 und 7 z. B. durch Aufdampfen angebracht sind. Mit Hilfe der in Seitenrohren liegenden Elektroden 24 und 25 wird eine Entladung in dem Laserrohr erzeugt. Durch stimulierte Emission wird ein Laserstrahl erhalten, der über den Auskopplungsspiegel 3 den Laser verlässt. Der beschriebene Laser weist folgende Laserparameter auf:

Länge Laserrohr etwa 250 mm

Länge der aktiven Entladung etwa 205 mm Strom durch die Entladung 6,4 mA

Innendurchmesser Laserrohr +1,8 mm

Gasfüllung 15% Ne, 85% He

Gasdruck 2,3 Torr

Resonatorkonfiguration nahezu hemisphärisch

Ausgangsleistung 1 -2 mW bei 6328 Â.

Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf He-Ne-Laser vom obenbeschriebenen Seitenrohrtyp beschränkt, sondern auch bei sogenannten koaxialen Lasern und bei bekannten Lasern angewandt werden kann, bei denen die Mehrschichtenspiegel des Resonators sich in einiger Entfernung von dem mit Brewsterfenstern verschlossenen Laserrohr befinden.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Diagramm eines bekannten 21-Schichtenspiegels. Die erste Schicht 9 auf dem Glassubstrat (S)8 ist im allgemeinen eine Schicht mit einer hohen komplexen Brechnungszahl (H). Die nächstfolgenden Schichten weisen abwechselnd eine niedrige (L) und eine hohe (H) komplexe Brechungszahl auf. Da die letzte Schicht auch meistens eine hohe komplexe Brechnungszahl aufweist, ergibt sich, dass derartige Reflektoren oft aus einer ungeraden Anzahl von Schichten bestehen. In der Regel werden Glas- oder Quarzsubstrate verwendet. Wenn zwei parallele Oberflächen 10 und 11 betrachtet werden und es erforderlich ist, dass die an diesen Oberflächen reflektierten Lichtstrahlen gleichphasig sind, um einander durch Interferenz zu verstärken, muss die optische Dicke der Schicht 12 vorzugsweise ein Viertel der Wellenlänge in der betreffenden Schicht sein. Bei Anwendung einer Vielzahl von Schichten werden die aufeinanderfolgenden Oberflächen Licht reflektieren und je die erste Reflexion verstärken. Die Höchstanzahl von Schichten wird durch die Absorption und die 5 Streuung in dem Material der Schichten bestimmt. Ein derartiger 21-Schichtenspiegel kann kurz wie folgt bezeichnet werden: S(HL)10H, wobei S das Substrat, H die Schichten mit einer hohen komplexen Brechungszahl und L die Schichten mit einer niedrigen komplexen Brechungszahl darstellen. In diesem Falle io bestehen die Schichten mit einer hohen komplexen Brechungszahl aus TÌO2 und die Schichten mit einer niedrigen komplexen Brechungszahl aus SÌO2 und weisen die Schichten eine optische Dicke auf, die gleich einem Viertel der Wellenlänge des Lichtes eines He-Ne-Lasers ist, und zwar n.d = Vi • 6328 À, wobei n die 15 Brechungszahl des Materials der betreffenden Schicht und d die mechanische Dicke darstellt.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Auskopplungsspiegels für einen Gasentladungslaser nach der Erfindung dargestellt. Auf ein Glassubstrat (S)8 ist eine Schicht 20 mit einer hohen komplexen Brechungszahl (H) aus TÌO2 aufgebracht, auf der zwei durch einen Ti-Film 13 voneinander getrennte Schichten mit einer niedrigen komplexen Brechnungszahl aus SÌO3 (L M L) und anschliessend ein Schichtenpaket der üblichen Zusammensetzung angebracht sind. Die TÌO2-25 und Si02-Schichten in der Nähe des Ti-Filmes weisen eine derartige optische Dicke auf, dass die optische Impedanz, von der Substratseite hergesehen, angepasst ist, so dass von der Substratseite her eine minimale Reflexion auftritt. Der Ti-Film weist eine optische Dicke von 0,02 X auf, wobei X wieder die 3o Wellenlänge des Laserlichtes darstellt. Die komplexen Brechungszahlen der genannten für den Metallfilm geeigneten Metalle sind derart verschieden voneinander, dass zur Anpassung der optischen Impedanz in der Nähe des Metallfilms die Schichten, die in der Nähe des Metallfilms liegen, eine optische 35 Dicke aufweisen, die in Abhängigkeit von der komplexen Brechungszahl des verwendeten Metalls sehr verschieden ist. Die zwei durch den Ti-Film voneinander getrennten Si02-Schichten bilden zusammen einen Hohlraumresonator, in dem das über das Substrat zurückgekehrte Licht eingefangen und 40 geschwächt wird. Dadurch nimmt die Reflexion des Auskopplungsspiegels auf der Aussenseite erheblich (z. B. um einen Faktor 10) ab, während die Durchstrahlung durch den Mehrschichtenspiegel nur wenig (weniger als 20%) abnimmt und die Reflexion auf der Innenseite, wie Berechnungen zeigen, sogar noch 45 etwas zunimmt.

Das strahlungsschwächende Element nach der genannten DE-OS 2 622 560 ist ein Absorptionsfilter, das z. B. bis zu 30% schwächt. Eine Modulationstiefe m wird also auf 0,3 m geschwächt. Die Leistung V wird proportional auf 0,3 V 50 geschwächt. Die Schwächung mit dem Auskopplungsspiegel nach der Erfindung ist proportional zu (R)'/!, wobei R der Inten-sitätsreflexionskoeffizient ist. Dieser ist im vorliegenden Beispiel etwa 10%. Die Reflexion ist ohne Anwendung der Erfindung nahezu 100% und nimmt von der Substratseite her durch 55 Anwendung der Erfindung um einen Faktor 10 ab. Eine Modulationstiefe m wird also auf etwa 0,3 m geschwächt, während die Leistung V um 20% abnimmt und also gleich 0,8 V wird. Mit einem Auskopplungsspiegel nach der Erfindung wird also eine geringe Reflexion von der Substratseite her bei einer verhält-60 nismässig niedrigen Verlustleistung erhalten.

In Fig. 4 ist schematisch eine Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers dargestellt, auf den Information, z. B. Bild- und/oder Toninformation, in einer optisch auslesbaren Informationsstruktur aufgezeichnet ist, wobei in dieser 65 Vorrichtung die Anwendung eines Gasentladungslasers der oben beschriebenen Art grosse Vorteile bietet. In dieser Figur ist ein runder scheibenförmige Aufzeichnungsträger 14, der mit Informationsspuren 15 versehen ist, im Schnitt dargestellt. Der

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Aufzeichnungsträger wird mit Strahlung beleuchtet, die von einem He-Ne-Laser 16 herrührt. Das Auslesebündel 17 wird vom Objektiv 18 auf die Fläche der Informationsspuren zu einem kleinen Strahlungsfleck 20 in der Grössenordnung der Informationsdetails in der Informationsstruktur fokussiert. Die Hilfslinse 10 sorgt dafür, dass die Pupille des Objektivs gefüllt wird. Da Auslesebündel wird von der Informationsstruktur reflektiert und durchläuft zum zweiten Mal das Objektiv 18 und wird auf dem Detektor 21 abgebildet. Ein transversales Magnetfeld in dem Laser bewirkt, dass der austretende Laserstrahl parallel zu diesem Magnetfeld polarisiert ist. Dadurch kann mit einer 'A X-PIatte 22 und einem polarisierenden Spiegel 23 eine Trennung zwischen dem einfallenden und dem reflektierten Licht erhalten werden. Diese Trennung ist jedoch nicht völlig effektiv; es kehrt doch noch Licht in den Laser zurück. Wie bereits angegeben ist, ist es erforderlich, dafür zu sorgen, dass nicht eine zu grosse Menge des an den optischen 5 Elementen und an der Oberfläche des Informationsträgers 14 reflektierten und somit domulierten Lichtes in den Laser zurückkehren und von dem Auskopplungsspiegel wieder in derr Vorrichtung reflektiert werden kann. Dies kann durch Anwendung eines Gasentladungslasers nach der Erfindung io erzielt werden. Derartige Gasentladungslaser eignen sich auch besonders gut zur Anwendung in Interferometern, weil auch dort Schwankungen und Modulationen in dem Laserstrahl nicht erwünscht sind.

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1 Blau Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Gasentladungslaser mit einem Laserrohr mit einer an beiden Enden abgedichteten longitudinalen Bohrung, wobei dieses Rohr mit einem Gas gefüllt ist, in dem ein aktives Lasermedium aufgenommen ist, das in einem optischen Resonator, der durch 5 mindestens zwei Mehrschichtspiegel gebildet wird, aktiviert wird, wobei diese Mehrschichtenspiegel aus einer Anzahl von Schichten mit einer hohen und einer niedrigen Brechungszahl zusammengesetzt sind, die auf einem Substrat angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtenspiegel, durch 10 den der von dem Gasentladungslaser erzeugte Laserstrahl den Laser verlässt, mit einem strahlungsschwächenden Film versehen ist, der zwischen den Schichten angeordnet ist, wobei zwischen den strahlungsschwächenden Film und dem Substrat mindestens eine Schicht und höchstens fünf Schichten liegen. 15
2. Gasentladungslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Substrat des Auskopplungsspiegels nacheinander eine Schicht mit einer hohen komplexen Brechungszahl, eine Schicht mit einer niedrigen komplexen Brechungszahl, der strahlungsschwächende Film, eine Schicht mit einer 20 niedrigen komplexen Brechungszahl und eine Anzahl von Schichten mit abwechselnd hoher und niedriger komplexer Brechungszahl aufgebracht sind.
3. Gasentladungslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der strahlungsschwächende Film ein 25 Metallfilm mit einer optischen Dicke zwischen 0,01 X und 0,03

X ist, wobei X die Wellenlänge des erzeugten Laserlichtes ist.
4. Gasentladungslaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallfilm eine optische Dicke von 0,02 X aufweist. 30
5. Gasentladungslaser nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallfilm aus einem oder mehreren Metallen aus der durch Ti, Ag, Cr, AI, Mg und Ni gebildeten Gruppe gebildet bzw. zusammengesetzt ist.
6. Verwendung des Gasentladungslasers nach Anspruch 1 35 in einer Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers, auf dem Information, z. B. Bild- und/oder Toninformation,

in einer optisch auslesbaren Informationsstruktur aufgezeichnet ist, wobei diese Vorrichtung ein Objektivsystem enthält, mit dessen Hilfe das Auslesebündel über den Aufzeichnungsträger 40 einem strahlungsempfindlichen Detektionssystem zugeführt wird.

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