DD255226A1

DD255226A1 - METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING LASER IMPULSES OF ADJUSTABLE WAVE LENGTH

Info

Publication number: DD255226A1
Application number: DD29787786A
Authority: DD
Inventors: Hartmut Lucht; Frank Weidner
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1986-12-18
Filing date: 1986-12-18
Publication date: 1988-03-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Farbstofflaser, die eine breite Anwendung in Optik und Spektroskopie besitzen. Erfindungsgemaess werden bei einem nach dem Prinzip der verteilten Rueckkopplung arbeitenden Laser durch ein oder mehrere doppelbrechende Prismen (1) vor dem Strahlteiler (5) im Strahlengang zwei in einem Abstand von einigen Millimetern zueinander parallel laufende Pumpstrahlen mit senkrecht zueinander stehender Polarisaton gebildet. Der eine der parallelen Pumpstrahlen wird durch den Strahlteiler (5) zu etwa 50% und der andere Pumpstrahl nur geringfuegig reflektiert. Die Strahlen des zu etwa 50% reflektierten Pumpstrahls erzeugen ueber Umlenkspiegel (6, 7) im aktiven Lasermedium (10) einen Laserstrahl. Der am Strahlteiler (5) geringfuegig reflektierte Pumpstrahl wird ueber einen der Umlenkspiegel (6, 7) auf das sich dem aktiven Lasermedium (10) unmittelbar anschliessende Verstaerkermedium (16) gelenkt. Fig. 1The invention relates to dye lasers having a wide application in optics and spectroscopy. According to the invention, in a laser operating according to the principle of distributed feedback by means of one or more birefringent prisms (1) in front of the beam splitter (5) in the beam path, two pump beams running parallel to each other at a distance of a few millimeters are formed with perpendicular polarization. The one of the parallel pump beams is reflected by the beam splitter (5) to about 50% and the other pump beam only slightly. The beams of the approximately 50% reflected pump beam generate via deflection mirror (6, 7) in the active laser medium (10) a laser beam. The pump beam, which is reflected slightly at the beam splitter (5), is directed via one of the deflecting mirrors (6, 7) onto the amplifier medium (16) immediately following the active laser medium (10). Fig. 1

Description

Characteristic of the known technical solutions

Neben konventionellen Hänschen-Farbstofflasem bzw. ähnlichen Farbstofflasem mit Resonator gewinnen Farbstofflaser mit verteilter Rückkopplung zunehmend an Bedeutung.In addition to conventional Hänschen dye lasers or similar dye lasers with resonator win dye lasers with distributed feedback increasingly important.

Sie besitzen bei Pumpimpulsen der Dauer als 3 ns großen Wirkungsgrad, wobei das Verhältnis der Laserstrahlung zur stimulierten Emission günstiger als bei den Lasern mit Resonator ist. (L. A. Mclntyre, M. H. Dunn: Optics communications 50, 1984, Nr. 3, S. 169). Ohne besonderen Aufwand gestatten die bekannten Farbstofflaser mit verteilter Rückkopplung die Erzeugung von ultrakurzen Laserimpulsen der Dauer weniger als 50 ps, wenn Anregungsimpulse mit Halbwertsbreiten von weniger als 10 ns benutzt werden und in Schwellennähe gepumpt wird. Mit speziellen Anordnungen dieser Laser lassen sich „bandbreitebegrenzte" Impulse von der Dauer von ca. 2ps erzeugen (A. Müller, Z. Bor: Laser- und Optoelektronik 1984, Nr. 3, S. 187). Für die Einführung von Farbstofflasern mit verteilter Rückkopplung in die Fluoreszenzspektroskopie mit hohem Automatisierungsniveau bestehen folgende Forderungen:They have at pump pulses of duration as 3 ns high efficiency, the ratio of the laser radiation to the stimulated emission is cheaper than the lasers with resonator. (L.A. McIntyre, M.H. Dunn: Optics Communications 50, 1984, No. 3, p. 169). Without much effort, the known distributed feedback dye lasers permit the generation of ultrashort laser pulses of duration less than 50 ps when excitation pulses having half-widths less than 10 ns are used and pumped near the threshold. Special arrangements of these lasers can be used to generate "bandwidth-limited" pulses with a duration of about 2 ps (A. Müller, Z. Bor: Laser and Optoelectronics 1984, No. 3, p 187) Feedback in fluorescence spectroscopy with a high level of automation has the following requirements:

— Automatisierbarer Durchstimmbereich von wenigstens 380 bis 800nm.- Automatable tunable range of at least 380 to 800nm.

— Die räumliche Lage der Strahltaille der Laserstrahlung bleibt im gesamten Durchstimmbereich unverändert und die Richtung der austretenden Laserstrahlung wird durch Brechung nicht wellenlängenabhängig.- The spatial position of the beam waist of the laser radiation remains unchanged throughout the tuning range and the direction of the exiting laser radiation is not wavelength dependent by refraction.

— Der Farbstofflaser erzeugt pro Pumpimpuls nur einen Laserimpuls und nicht eine Kette von Impulsen.The dye laser generates only one laser pulse per pump pulse and not a chain of pulses.

— Die Halbwertsbreite dieses Impulses ist möglichst unter 50ps.- The half width of this pulse is less than 50ps if possible.

— die spektrale Breite des Impulses ist kleiner als 1Ä.- the spectral width of the pulse is less than 1Ä.

— Der Leistungsumwandlungswirkungsgrad ist größer als 10%.- The power conversion efficiency is greater than 10%.

— Die Strahldivergenz ist kleiner als 25 mrad. "- The beam divergence is less than 25 mrad. "

Farbstofflaser mit verteilter Rückkopplung entsprechend den DD-WP 219088 und DD-WP 218535 genügen diesen Forderungen mit Ausnahme des Impulsverlaufes und der Strahldivergenz.Distributed feedback dye lasers according to DD-WP 219088 and DD-WP 218535 satisfy these requirements except for pulse timing and beam divergence.

Dieser Laser gestattet nur in Schwellennähe die Generation von Einzelimpulsen der Halbwertsbreite unter 50ps.This laser allows only near the threshold generation of single pulses of half width below 50ps.

Da die Schwelle für die einzelnen Farbstoffe jedoch unterschiedlich ist, ist der Betrieb in Schwellennähe im gesamten Durchstimmbereich schwer zu automatisieren. Femer bedingt der Betrieb in Schwellennähe, daß nur eine geringe Laserleistung zur Verfügung steht. Da die Laserstrahlung zu gleichen Anteilen an beiden Seiten aus dem aktiven Lasermedium tritt, kommt ferner nur eine Hälfte der erzeugten Laserstrahlung zur Nutzung.However, as the threshold for the individual dyes is different, near-threshold operation is difficult to automate throughout the tuning range. Furthermore, the operation near the threshold requires that only a small laser power is available. Furthermore, since the laser radiation comes out of the active laser medium in equal proportions on both sides, only one half of the generated laser radiation is used.

Die Anordnung entsprechend dem DD-WP 219 088 zeigt im gesamten Durchstimmbereich nur in der Mitte des aktiven Mediums gute räumliche Kohärenz.The arrangement according to DD-WP 219 088 shows in the entire tuning range only in the middle of the active medium good spatial coherence.

Bei einem N₂-Laser mit einer spektralen Bandbreite von 0,8Ä als Pumplichtquelle entsteht folglich nur auf einer Länge von ca. 1 bis 4 mm eine Interferenzstruktur mit ausreichender Sichtbarkeit. Dieser kurze Resonatorbereich führt zu einer großen Strahldivergenz.In the case of an N ₂ laser with a spectral bandwidth of 0.8 Å as the pumping light source, an interference structure with sufficient visibility therefore only arises over a length of approximately 1 to 4 mm. This short resonator region leads to a large beam divergence.

A. Müller und Z.Bor geben in ihrer Arbeit eine Übersicht über Möglichkeiten zur Erzeugung von ultrakurzen Einzelimpulsen bei hoher Leistung und geringer Divergenz. Sie fordern für eine Durchstimmbarkeit im gesamten Spektralbereich die Auswechselung von Gittern und Küvetten für Laser und Verstärker, was sehr aufwendig ist und sich nicht automatisieren läßt.A. Müller and Z.Bor give an overview of the possibilities of generating ultrashort single pulses at high power and low divergence. They require the replacement of gratings and cuvettes for lasers and amplifiers for tunability in the entire spectral range, which is very complicated and can not be automated.

Dies ist auch der Grund dafür, daß Laser in Standardspektrometern noch keine breite Anwendung finden.This is also the reason why lasers are not widely used in standard spectrometers.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den Einsatz von Farbstofflasern mit hohem Automatisierungsniveau, zum Beispiel in der Fluoreszenzspektroskopie, zu ermöglichen.The aim of the invention is to enable the use of dye lasers with a high level of automation, for example in fluorescence spectroscopy.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Laserimpulse einstellbarer Wellenlänge mit einem Durchstimmbereich von 380 nm bis 800 nm und einer Halbwertsbreite von weniger als 50 ps zu erzeugen, wobei ein Leistungsumwandlungswirkungsgrad von mehr als 10% und eine Strahldivergenz von weniger als 25mrad gewährleistet sind.It is an object of the present invention to provide adjustable wavelength laser pulses having a tuning range of 380 nm to 800 nm and a half width of less than 50 ps, providing a power conversion efficiency of greater than 10% and a beam divergence of less than 25 mrad.

Erfindungsgemäß wird das bei einem Verfahren zur Erzeugung von Laserimpulsen einstellbarer Wellenlänge nach dem Prinzip der verteilten Rückkopplung mit ausreichend kohärenter Anregungsstrahlung dadurch erreicht, daß aus der Anregungsstrahlung zwei Pumpstrahlen mit senkrecht zueinander stehender Polarisation gebildet werden. Der eine der Pumpstrahlen wird über einen Strahlteiler in zwei Teilstrahlen zerlegt, die auf das aktive Lasermedium gelenkt werden. Der andere Pumpstrahl mit zum ersten Pumpstrahl senkrechter Polarisation wird auf das sich dem aktiven Lasermedium unmittelbar anschließende Verstärkermedium gelenkt.According to the invention, the wavelength which can be set in a method for generating laser pulses is achieved according to the principle of distributed feedback with sufficiently coherent excitation radiation in that two pumping beams with polarization perpendicular to one another are formed from the excitation radiation. One of the pump beams is split by a beam splitter into two sub-beams, which are directed to the active laser medium. The other pump beam with polarization perpendicular to the first pump beam is directed onto the amplifier medium immediately adjacent to the active laser medium.

Die beiden Pumpstrahlen mit senkrecht zueinander stehender Polarisation können bis zum Strahlteiler in einem Abstand von einigen Millimetern parallel zueinander verlaufen.The two pump beams with polarization perpendicular to each other can run parallel to one another at a distance of a few millimeters up to the beam splitter.

Ein Teilstrahl der Pumpstrahlung des Lasermediums und der Pumpstrahl für das Verstärkermedium verlaufen auch nach dem Strahlteiler in einem Abstand von einigen Millimetern parallel zueinander.A partial beam of the pumping radiation of the laser medium and the pumping beam for the amplifier medium extend parallel to each other even after the beam splitter at a distance of a few millimeters.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Laserimpulsen einstellbarer Wellenlänge mit einer ausreichend kohärenten Anregungsstrahlquelle, der eine Zylinderlinse, ein Strahlteiler und zum aktiven Lasermedium symmetrisch angeordnete Umlenkspiegel nachgeordnet sind, wobei das aktive Lasermedium nach dem Prinzip der verteilten Rückkopplung arbeitet, zeichnet sich dadurch aus, daß vor dem Strahlteiler in dem Pumpstrahlengang doppelbrechende Prismen oder ein doppelbrechendes Prisma angeordnet sind, derart, daß hinter den Prismen oder dem Prisma zwei in einem Abstand von einigen Millimetern parallel laufende Pumpstrahlen mit senkrecht zueinander stehender Polarisation erzeugt werden, daß der Strahlteiler eine Beschichtung besitzt, die den Strahl mit der einen Polarisation zu ca. 50% reflektiert, den anderen Strahl jedoch nur geringfügig reflektiert, daß die beiden Teilstrahlen mit ca. 50% Intensität über die auf Schwenkarmen angeordneten ¹ Umlenkspiegel auf das aktive Lasermedium gerichtet werden und dort ein Interferenzstreifenmuster und damit verbunden einen Laserstrahl erzeugen, daß in Richtung des Laserstrahles unmittelbar im Anschluß zum aktiven Lasermedium ein Verstärkermedium angeordnet ist, und daß der Strahl mit geringen Reflexionsverlusten am Strahlteiler und zum ersten Strahl senkrechter Polarisation über einen der Umlenkspiegel auf dieses Verstärkermedium gerichtet ist. Durch die fehlende räumliche Trennung des Laser- und Verstärkermediums können beide Medien, z. B. bei einer Farbstofflösung, in einer Küvette enthalten sein. Ferner erfolgt das Pumpen des Verstärkermediums im gesamten Durchstimmbereich über einen derfürdie Lasergeneration benutzten Umlenkspiegel. Dies sichert im gesamten Durchstimmbereich die zeitliche Synchronisation von Laser- und Verstärkermedium. Die Zylinderlinse fokussiert beide Pumpstrahlen auf einen schmalen linienförmigen Bereich im aktiven Medium, der durch das Laser- und das Verstärkermedium reicht. Da die Pumpstrahlung nur in einer Richtung fokussiert wird, bleibt die seitliche Ausdehnung der Pumpstrahlung erhalten, die in der Regel einige Millimeter beträgt. Die Pumpstrahlen für das Lasermedium und der Pumpstrahl für das Verstärkermedium überlagern sich beim Durchstimmen mehr oder weniger stark. Eine Überlagerung beider Pumpstrahlen kann, besonders im Verstärker durch Interferenzbildung und damit zur Lasergeneration durch verteilte Rückkopplung führen und so die Verstärkung mindern. Dies wird durch die senkrecht zueinander stehende Polarisation beider Pumpstrahlungen verhindert. Gleichzeitig wird dabei gesichert, daß die Anteile der Pumpstrahlung für das Lasermedium, die beim Durchstimmen durch die auftretenden Toleranzen in das Verstärkermedium gelangen, auch das Verstärkermedium pumpen und so der Verstärkung nutzbar werden.An inventive device for generating laser pulses of adjustable wavelength with a sufficiently coherent excitation beam source, a cylindrical lens, a beam splitter and the active laser medium symmetrically arranged deflecting mirror are arranged downstream, wherein the active laser medium operates on the principle of distributed feedback, characterized in that before the beam splitter in the pump beam path birefringent prisms or a birefringent prism are arranged such that behind the prisms or the prism two at a distance of a few millimeters parallel pumping beams are generated with perpendicular polarization, that the beam splitter has a coating that the Beam with the one polarization to about 50% reflected, the other beam but only slightly reflected that the two partial beams with about 50% intensity on the arranged on pivot arms ¹ deflecting mirror on the active La be directed sermedium and there generate an interference fringe pattern and associated with a laser beam, that in the direction of the laser beam immediately after the active laser medium, an amplifier medium is disposed, and that the beam with low reflection losses at the beam splitter and the first beam perpendicular polarization on one of the deflecting mirror on this amplifier medium is directed. Due to the lack of spatial separation of the laser and amplifier medium both media, for. B. in a dye solution, contained in a cuvette. Further, pumping of the gain medium throughout the tuning range occurs via one of the deflection mirrors used for the laser generation. This ensures the temporal synchronization of laser and amplifier medium throughout the tuning range. The cylindrical lens focuses both pump beams on a narrow line-shaped area in the active medium, which extends through the laser and the amplifier medium. Since the pump radiation is focused only in one direction, the lateral extent of the pump radiation is maintained, which is usually a few millimeters. The pump beams for the laser medium and the pump beam for the amplifier medium are superimposed when tuning more or less. A superposition of both pump beams can, especially in the amplifier by interference and thus lead to the laser generation by distributed feedback and thus reduce the gain. This is prevented by the perpendicular polarization of both pump radiation. At the same time it is ensured that the proportions of the pump radiation for the laser medium, which reach the tuning medium by the tolerances occurring in the amplifier medium, also pump the amplifier medium and thus the gain can be used.

Für eine gute Funktion der Farbstofflaser ist es notwendig, daß die Laserschwelleder I.Mode des Lasermediums unter der Schwelle der Superstrahlung des Verstärkers liegt und der Abstand der Schwelle zwischen der 1. und 2. Mode möglichst groß ist. Dies kann unter der BedingungFor a good function of the dye laser, it is necessary that the laser threshold of the I.Mode of the laser medium is below the threshold of the super radiation of the amplifier and the distance of the threshold between the 1st and 2nd mode is as large as possible. This can be on the condition

erreicht werden. Hierbei ist die Sichtbarkeit (Maß für die Modulation des Mediums), K die Dämpfungsrate des Resonators und L die Resonatorlänge im Lasermedium. Da die Pumpimpulse für das Laser- und Verstärkermedium gleichen zeitlichen Verlauf besitzen, ist es zur Erzielung der zeitlichen Synchronisation zwischen Laser und Verstärker vorteilhaft, das Verhältnis beider Pumpenergien zueinander einstellen zu können. Hierbei ist zu sichern, daß die Zeit, die zum Erreichen der Laserschwelle notwendig ist, wenigstens um die Laufzeit des Laserlichtes zum Verstärkermedium kleiner ist als die Zeit, die zum Erreichen der Schwelle für Superlumineszenz des Verstärkers erforderlich ist. Da der Zeitpunkt des Erreichens der Laserschwelle nur durch das zeitliche Integral der Pumpleistung bestimmt wird, kann der geforderte zeitliche Ablauf der Generation durch ein geeignetes Verhältnis der Energien der Pumpstrahlen für das Laser- und Verstärkermedium erzielt werden.be achieved. Here, the visibility (measure of the modulation of the medium), K is the damping rate of the resonator and L is the resonator length in the laser medium. Since the pump pulses for the laser and amplifier medium have the same time course, it is advantageous for achieving the temporal synchronization between the laser and the amplifier to be able to set the ratio of the two pump energies to one another. It should be ensured hereby that the time necessary to reach the laser threshold is at least the transit time of the laser light to the amplifier medium smaller than the time required to reach the threshold for superluminescence of the amplifier. Since the time of reaching the laser threshold is determined only by the temporal integral of the pump power, the required timing of the generation can be achieved by a suitable ratio of the energies of the pump beams for the laser and amplifier medium.

Das kann dadurch erreicht werden, daß bei unpolarisierter Pumpstrahlung im Strahlengang vor den doppel brechenden Prismen oder doppelbrechenden Prisma ein Polarisator angeordnet ist, deren Polarisationsrichtung zwischen 0° und 90° zur Laserstrahlebene bei dem Winkel steht, derfürdie gesamte Anordnung maximale Ausgangsleistung ergibt.This can be achieved by arranging, with unpolarized pump radiation in the beam path in front of the double refractive prism or birefringent prism, a polarizer whose polarization direction is between 0 ° and 90 ° to the laser beam plane at the angle giving maximum output power to the entire array.

Bei Pumplasern mit polarisierter Strahlung ist es vorteilhaft, am Pumplaser die Polarisationsrichtung zwischen 0° und 90°For pump lasers with polarized radiation, it is advantageous, at the pump laser, the polarization direction between 0 ° and 90 °

einzustellen, die ebenfalls maximale Ausgangsleistung ergibt. which also gives maximum output power.

Beim Pumpen des Lasermediums weit über der Schwelle und bei Pumpenenergien wesentlich länger als 500 ps kommt es im Lasermedium zurGenerationvon Impulsketten.When pumping the laser medium well above the threshold and at pump energies much longer than 500 ps, the pulse medium is generated in the laser medium.

Bei der Verstärkung dieser impulse im Verstärkermedium kommt es zu einer Unterdrückung der dem ersten Impuls nachfolgenden impulse infolge geringer Verstärkung dieser Impulse. Dieses ist ein Ergebnis der Verarmung der Besetzung des angeregten Niveaus durch den I.Impuls. Durch einen halbdurchlässigen Spiegel (z.B. 10% Reflexionsvermögen) kann die Unterdrückung der nachfolgenden Impulse noch verstärkt werden. Der Abstand des Spiegels hinter dem Verstärkermedium ist dabei so zu wählen, daß der zurückreflektierte Teil des 1 .Impulses den Übergang von Laser-zu Verstärkermedium erreicht, ohne daß der 2. Impuls erscheint.In the amplification of these pulses in the amplifier medium, there is a suppression of the pulses following the first pulse due to low amplification of these pulses. This is a result of the impoverishment of the excited state occupation by the I.Impulse. Through a half mirror (e.g., 10% reflectivity), the suppression of the subsequent pulses can be enhanced. The distance of the mirror behind the amplifier medium is to be chosen so that the back-reflected part of the first pulse reaches the transition from laser to amplifier medium without the second pulse appearing.

Bei einem typischen Abstand der Impulse von ca. 50 ps bleibt dieser Abstand sehr klein. Um zusätzliche Reflexionsverluste an Oberfläche zu vermeiden, ist es daher vorteilhaft, das Verstärkermedium in einen strahlungsdurchlässigen Behälter einzuschließen, der etwa den gleichen Brechungsindex η wie das Verstärkermedium besitzt und die Austrittsfläche des des Verstärkermediums einschließenden Behälters als halbdurchlässigen Spiegel auszubilden. Falls die Medien Lösungen sind, wird der Behälter als Küvette bezeichnet.At a typical pulse spacing of about 50 ps, this distance remains very small. In order to avoid additional reflection losses on the surface, it is therefore advantageous to enclose the amplifying medium in a radiation-transmissive container which has approximately the same refractive index η as the amplifying medium and form the exit surface of the container enclosing the amplifying medium as a semitransparent mirror. If the media are solutions, the container is called a cuvette.

Wenn T der zeitliche Abstand der beiden ersten Impulse der Impulskette ist, ist der Abstand des Spiegels zum Übergang vom Laser- zum Verstärkermedium entsprechend der BeziehungWhen T is the time interval of the first two pulses of the pulse train, the distance of the mirror to the transition from the laser to the gain medium is according to the relationship

zu wählen. Bei einer Halbwertsbreite des ersten Impulses der Größe T₁ ist die Dicke der Behälterwand entsprechend der Beziehungto choose. At a half width of the first pulse of size T ₁ , the thickness of the container wall is according to the relationship

zu wählen.to choose.

Um Brechung an den Austrittsflächen und damit eine Änderung der Richtung des Laserstrahles mit der Wellenlänge zu vermeiden, als auch die gewünschte Spiegelwirkung zu erwirken, sind die Austrittsfläche des Verstärkermediums und die Oberflächen der sich anschließenden Behälterwand plan und stehen zum Laserstrahl senkrecht.In order to avoid refraction at the exit surfaces and thus a change in the direction of the laser beam with the wavelength, as well as to obtain the desired mirror effect, the exit surface of the amplifier medium and the surfaces of the adjoining container wall are flat and perpendicular to the laser beam.

Bei steigender Repetitionsrate der Laserschüsse zeigt das Laser- und Verstärkermedium die Eigenschaft eines fallenden Leistungsumwandlungswirkungsgrades.With increasing repetition rate of the laser shots, the laser and amplifier medium exhibits the property of decreasing power conversion efficiency.

Um diesen Abfall zu vermindern, ist es vorteilhaft, das Laser- und Verstärkermedium in den Behälter an einen Antrieb zu koppeln und diese Medien senkrecht zur Laserstrahlebene zyklisch zu verschieben. So wird bei Betrieb des Lasers stets ein anderer Bereich der Medien gepumpt.In order to reduce this drop, it is advantageous to couple the laser and amplifier medium in the container to a drive and to move these media cyclically perpendicular to the laser beam plane. Thus, when operating the laser, a different area of the media is always pumped.

Das doppelbrechende Prisma ist vorteilhaft ein Calcit-Prisma. Es besitzt parallele Eintritts- und Austrittsflächen, einen Winkel zwischen der c-Achse (optische Achse) und der Eintrittsfläche von 48° 30' und ist so angeordnet, daß die Eintrittsfläche senkrecht zum Pumpstrahi steht.The birefringent prism is advantageously a calcite prism. It has parallel entrance and exit surfaces, an angle between the c-axis (optical axis) and the entrance surface of 48 ° 30 'and is arranged so that the entrance surface is perpendicular to the Pumpstrahi.

Ein paralleler Strahlenversatz zweier Strahlen mit senkrechter Polarisation zueinander kann auch durch 2 hintereinandergestellte Rochon- oder Senormont-Prismen erzeugt werden, wobei der Abstand der zwei Teilstrahlen durch den Abstand der beiden Prismen verstellt werden kann.A parallel beam offset of two beams with perpendicular polarization to each other can also be generated by 2 Rochon or Senormont prisms arranged one behind the other, wherein the distance of the two partial beams can be adjusted by the distance of the two prisms.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. Show it:

Fig. 1: eine schematische Anordnung gemäß der Erfindung,1 shows a schematic arrangement according to the invention,

Fig. 2: eine im Vergleich zur Figur 1 weitere Ausführungsform der Prismenanordnung zur Erzeugung strahlversetzter und senkrecht zueinander polarisierter PumpstrahlenFIG. 2 shows a further embodiment of the prism arrangement in comparison to FIG. 1 for producing beam-offset and perpendicularly polarized pump beams

In Figur 1 wird ein TEA-N₂-LaSeTaIsPUmPIiChIqUeIIe benutzt. Bei einer Wellenlänge von 337,1 nm, einer Linienbreite von 0,08 nm und einer Impulshaibwertsbreite von 500 ps liefert dieser Lasereine Leistung von ca. 200 kW.In Figure 1, a TEA-N ₂ LaSeTaIsPUmPIiChIqUeIIe is used. At a wavelength of 337.1 nm, a linewidth of 0.08 nm, and a pulse width of 500 ps, this laser delivers approximately 200 kW of power.

Der Pumplaserstrahl wird über die Zylinderlinse 2, das doppelbrechende Calcit-Prismä 1, die Umlenkspiegel 6 und 7 und über das gleichschenklige 100°-Prisma 18 auf den laseraktiven Farbstoff 19, der sich in der Quarzküvette 13 befindet, gelenkt. Das Calcit-Prisma besitzt parallele Eintritts- und Austrittsflächen, einen Winkel zwischen der c-Achse (optische Achse) und der Eintrittsfläche von a = 48° 30' und ist so angeordnet, daß die Eintrittsfläche senkrecht zum Laserstrahl steht. Im Calcit-Prisma 1 wird der Pumpstrahl in den außerordentlichen und ordentlichen Strahl zerlegt. Der ordentliche Strahl behält die Richtung des Pumpstrahles. Die Schwingungsrichtung der Feldstärke ist senkrecht zur Laserstrahlebene (Zeichenebene). Der außerordentliche Strahl erfährt im Prisma eine Ablenkung und verläßt das Prisma zum ordentlichen Strahl parallelversetzt. Die Schwingungsrichtung der Feldstärke ist in der Laserstrahlebene. Bei einer Länge des Calcitprismas von 32 mm ist der Versatz der beiden Strahlen ca. 4mm. Die Achse des außerordentlichen Strahles ist in der Figur 1 punktiert dargestellt und gelangt über den Strahlteiler 5 und den Umlenkspiegel 6 auf den Bereich 16 der Farbstofflösung 19 in der Küvette 13. Der Bereich 16 ist das Zentrum des Verstärkermediums. Der Strahlteiler 5 ist eine 1 mm starke Quarzscheibe, die mit dielektrischen Schichten derart belegt ist, daß der außerordentliche Strahl nur zu einem geringen Anteil reflektiert wird. Die Achse des ordentlichen Strahles 3 ist in Figur 1 ausgezogen dargestellt und gelangt über den Strahlteiler 5, die Umlenkspiegel 6 und 7 auf den Bereich 10 der Farbstofflösung 19 in der Küvette 13. Der Bereich 10 ist das Zentrum des Lasermediums. Der Strahlteiler 5 sichert dabei angenähert gleiche Intensitätsanteile für beide Teilstrahlen. Die Spiegel 6 und 7 sind symmetrisch zur Küvette 13 entsprechend dem DD-WP 219088 auf Schwenkarmen 8 und 9 montiert, die sich beim Durchstimmen des Lasers um die Achsen A und B spiegelbildlich gleichförmig bewegen.The pump laser beam is guided via the cylindrical lens 2, the birefringent calcite prism 1, the deflection mirrors 6 and 7 and via the isosceles 100 ° prism 18 to the laser-active dye 19, which is located in the quartz cuvette 13. The calcite prism has parallel entrance and exit surfaces, an angle between the c-axis (optical axis) and the entrance surface of a = 48 ° 30 'and is arranged so that the entrance surface is perpendicular to the laser beam. In calcite prism 1, the pump beam is split into the extraordinary and ordinary ray. The ordinary beam retains the direction of the pump beam. The direction of vibration of the field strength is perpendicular to the laser beam plane (drawing plane). The extraordinary ray undergoes a deflection in the prism and leaves the prism parallel to the ordinary ray. The direction of vibration of the field strength is in the laser beam plane. At a length of the calcite prism of 32 mm, the offset of the two beams is about 4mm. The axis of the extraordinary beam is shown in dotted lines in FIG. 1 and reaches the region 16 of the dye solution 19 in the cuvette 13 via the beam splitter 5 and the deflection mirror 6. The region 16 is the center of the amplifier medium. The beam splitter 5 is a 1 mm thick quartz disk, which is covered with dielectric layers such that the extraordinary beam is reflected only to a small extent. The axis of the ordinary beam 3 is shown in solid lines in FIG. 1 and reaches the region 10 of the dye solution 19 in the cuvette 13 via the beam splitter 5, the deflection mirrors 6 and 7. The region 10 is the center of the laser medium. The beam splitter 5 ensures approximately equal intensity components for both partial beams. The mirrors 6 and 7 are symmetrically mounted to the cuvette 13 according to the DD-WP 219088 on pivot arms 8 and 9, which move in a mirror image uniformly when tuning the laser about the axes A and B.

Zur Ermittlung einer guten räumlichen Kohärenz ist es vorteilhaft, daß im gesamten Durchstimmbereich die axialen Pumpstrahlen 3 möglichst gut die Mitte des Lasermediums (Punkt C) treffen.To determine a good spatial coherence, it is advantageous that the axial pumping beams 3 meet the center of the laser medium (point C) as well as possible in the entire tuning range.

In Figur 1 ist die Spiegelstellung unter Benutzung des Farbstoffes Coumarin 1 in Ethanol für eine Wellenlänge von 478 nm abgebildet. Die Darstellung zeigt, daß für die Mitte des Lasermediums (Punkt C) stets ein Teilstrahl 4 des gesamten Pumplaserstrahles (ordentlicher Strahl) existiert, für die beste räumliche Kohärenz gegeben ist; Dies gilt im gesamten Durchstimmbereich, da sich auf Grund der Spiegelung am Strahlteiler beide von der Zylinderlinse 2 erzeugten Brennlinien im Lasermedium kreuzen. Bedingt durch die Linienbreite des N₂-Lasersvon 0,08nm und der vom Punkt C in beiden seitlichen Richtungen sich schnell verschlechternden Kohärenz ist die entstehende Resonatorlänge ca. 2 bis 4mm lang. Die im Resonator entstehende Laserstrahlung tritt in den Richtungen 14 und 15 zu beiden Seiten aus der Laserküvette. Der Anteil der Laserstrahlung in Richtung 15 wird nicht verstärkt und kann z.B. zur Wellenlängeneichung benutzt werden. In Richtung 14 beginnt mit schlechter werdender Sichtbarkeit der Interferenzstruktur der Übergang vom Laser zum Verstärker, so daß nicht nur der parallel versetzte Pumpstrahl (außerordentlicher Strahl) den Verstärker pumpt, sondern im Eintrittsbereich des Verstärkers auch die nicht kohärenten Anteile der Pumpstrahlen für das Lasermedium. Die Ausdehnung des Verstärkers beträgt etwa 6 bis 7 mm. Die Oberflächen 11 und 12 der 3 mm starken Küvettenwandsind poliert und stehen senkrecht zur Grenzfläche zwischen der Farbstofflösung 19 und der Basisfläche des Prismas 18 und damit senkrecht zum Laserstrahl 14. Durch Einschwenken des Glan-Thomson-Polarisators 17 und Einstellen der Polarisation auf den Winkel mit maximaler Ausgangsleistung kann auch die Generation von nur einem Laserimpuls gesichert werden. Bei dieser Einstellung dient eine Streakkamera zur Messung des Laserimpulses. Die Küvette befindet sich in einer Aufnahme, die über eine Spindel senkrecht zur Laserstrahlebene durch einen Motor bewegt wird. So wird ermöglicht, sowohl unterschiedliche KammernFIG. 1 shows the mirror position using the dye coumarin 1 in ethanol for a wavelength of 478 nm. The illustration shows that for the center of the laser medium (point C) there is always a partial beam 4 of the entire pump laser beam (ordinary beam) for which best spatial coherence is given; This applies throughout the tuning range, since due to the reflection at the beam splitter, both focal lines generated by the cylindrical lens 2 intersect in the laser medium. Due to the line width of the N ₂ laser of 0.08 nm and the coherence rapidly deteriorating from the point C in both lateral directions, the resulting resonator length is about 2 to 4 mm long. The laser radiation generated in the resonator occurs in directions 14 and 15 on both sides of the laser cuvette. The proportion of laser radiation in direction 15 is not amplified and can be used, for example, for wavelength calibration. In direction 14, as the interference structure becomes less visible, the transition from the laser to the amplifier begins, so that not only the pumping beam (extraordinary beam) offset in parallel pumps the amplifier, but also the noncoherent portions of the pumping beams for the laser medium in the entrance area of the amplifier. The extension of the amplifier is about 6 to 7 mm. The surfaces 11 and 12 of the 3 mm thick cuvette wall are polished and perpendicular to the interface between the dye solution 19 and the base surface of the prism 18 and thus perpendicular to the laser beam 14. By pivoting the Glan-Thomson polarizer 17 and adjusting the polarization with the angle Maximum output power can also be the generation of only one laser pulse secured. With this setting, a streak camera is used to measure the laser pulse. The cuvette is located in a receptacle which is moved via a spindle perpendicular to the laser beam plane by a motor. This allows for both different chambers

der Küvette 13 in den Strahlengang zu bringen, als auch bei Betrieb eines Farbstoffes in einer Kammer die Küvette zyklisch hoch und herunter zu bewegen. Dies sichert einen ständig sich ändernden Arbeitsbereich in der Farbstoff lösung.bring the cuvette 13 in the beam path, as well as when operating a dye in a chamber, the cuvette cyclically up and down to move. This ensures a constantly changing workspace in the dye solution.

In Figur 2 sind Prismenanordnungen dargestellt, die die gleiche Wirkung wie das Calcit-Prisma erzielen.FIG. 2 shows prism arrangements which achieve the same effect as the calcite prism.

Die obere Anordnung stel It die Auf reihung von zwei Senormont-Prismen dar. Die untere Anordnung ist eine Aufrei hung von zwei Rochon-Prismen. Der Abstand der zwei entstehenden parallelen Strahlen kann durch Änderung des Abstandes D der beiden Prismen verändert werden.The upper arrangement represents the arrangement of two Senormont prisms. The lower arrangement is an expansion of two Rochon prisms. The distance of the two resulting parallel beams can be changed by changing the distance D of the two prisms.

Claims

1. A method for generating laser pulses of adjustable wavelength according to the principle of distributed feedback with sufficiently coherent excitation radiation, characterized in that from the excitation radiation two pumping beams are formed with mutually perpendicular polarization, that of a pump beam via a beam splitter (5) in two partial beams is split, which are directed to the active laser medium (10) and the other pump beam with the first pumping beam perpendicular polarization is directed to the active laser medium (10) immediately adjoining the amplifier medium (16).

2. A method for generating laser pulses of adjustable wavelength according to claim 1, characterized in that the two pump beams with mutually perpendicular polarization to the beam splitter (5) at a distance of a few millimeters parallel to each other and after the beam splitter (5) to the laser - And amplifier medium, a partial beam of the pump radiation of the laser medium and the pump beam for the amplifier medium (16) at a distance of a few millimeters parallel to each other.

3. An apparatus for generating laser pulses of adjustable wavelength according to the principle of distributed feedback with a sufficiently coherent excitation beam source, a cylindrical lens, a beam splitter and the active laser medium symmetrically arranged deflecting mirror are arranged downstream, characterized in that in front of the beam splitter (5) in the pump beam path birefringent prisms or a prism (1) are arranged to produce two pumping beams parallel to each other at a distance of a few millimeters with polarization perpendicular to each other, such that the beam splitter (5) has a size such that both pump beams pass through it, that the beam splitter has a Has coating that reflects one of the parallel pumping beams to about 50% and the other pump beam reflects only slightly, that one of the two deflecting mirror (6,7) for reflecting a Teilpumpstrahles the active laser medium (10) and the pumping beam of an amplifier medium (16) is formed and that the amplifier medium (16) immediately after the active laser medium (10) in the laser beam direction (14) is arranged.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that in the direction of the laser beam generated in the active laser medium (14) behind the amplifier medium (16), the outlet surface (12) of a both media enclosing container (13) is designed as a semipermeable mirror that the container material about has the same refractive index as the amplifier medium, that the distance of the semitransparent mirror to the transition between laser and

tc
Amplifier medium of the relationship - = - (T - time interval of the first two pulses of the

Pulse chain, c - speed of light, η refractive index of the container), and that the thickness of the container _wall results from Τ _Ί - half _{width of} the first pulse).

5. Apparatus according to claim 3 and 4, characterized in that in the laser beam direction, the exit surface of the amplifier medium (16) and the surfaces of the adjoining container wall (11,12) are flat and perpendicular to the laser beam.

6. Apparatus according to claim 3 to 5, characterized in that the semipermeable mirror is formed as a coated or u η coated transition surface between the container wall and air.

7. Apparatus according to claim 3 to 6, characterized in that the active laser medium (10) and the amplifier medium (16) in the cuvette (13) are arranged in a receptacle which is movable via a spindle perpendicular to the laser beam plane by a motor.

8. Apparatus according to claim 3 to 7, characterized in that the birefringent prism is a calcite prism having parallel entrance and exit surfaces, an angle between the c-axis and the entrance surface of 48 ° 30 'includes and is arranged in that the entry surface is perpendicular to the pumping beam.

9. Apparatus according to claim 3 to 8, characterized in that the birefringent prisms are two successively arranged Rochon or Senormont prisms, wherein the distance of the two partial beams by the distance of the two prisms is adjustable to one another.

For this 2 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a dye laser which has a wide application in optics and spectroscopy.