DE10002418A1 - Anordnung zur resonanten Frequenzverdopplung von Multimode-Laserstrahlung - Google Patents

Anordnung zur resonanten Frequenzverdopplung von Multimode-Laserstrahlung

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DE10002418A1
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Wolfgang Gries
Harald Kneipp
Eckard Zanger
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Newport Spectra Physics GmbH
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Laser Analytical Systems GmbH
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    • 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
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur resonanten Frequenzverdopplung von Multimode-Laserstrahlung mit Resonatoren, bestehend aus Spiegeln und einem optisch nichtlinearen Material. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Anordnung zu entwickeln, mit der eine dispersionsfreie Abstimmung der Länge eines passiven Resonators gewährleistet wird, um zu einer Verdopplung eines Multimode-Lasers zu gelangen, die für alle Moden der Laserstrahlung gleichzeitig resonant ist, wird dadurch gelöst, daß in den Strahlengang des Resonators (R), gebildet aus Spiegeln (M1 bis M4) und dem optisch nichtlinearen Material (BBO), Paare von zueinander gegensinnig angeordneten beweglichen Elementen aus optisch transparentem Material wie Prismen (P1, P2) eingebracht sind, wobei die beweglichen Elemente (P1, P2) mit Verstellelementen wie Piezoaktuatoren verbunden sind, so daß die optische Länge des Resonators (R) abstimmbar und eine Dispersionskompensation erreichbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur resonanten Frequenzverdopplung von Multimode-Laserstrahlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Zur Abstimmung der Länge eines passiven Resonators ist es für Single-Mode-Laserstrahlung bekannt, ein Prisma einzusetzen, das durch einen schnellen, kurzhubigen Piezoaktuator bewegt wird (E. Zanger, R. Müller, B. Liu, M. Kötteritzsch, and W. Gries: "Diode-pumped cw all solid­ state laser at 266 nm" in OSA Trends in Optics and Photonics, vol. 26 Advanced Solid-State Lasers, pp. 104-111).
Diese Anordnung ist jedoch für die Abstimmung eines Resonators zur Verdopplung eines Multimode-Lasers ungeeignet, da durch die Winkelablenkung am Abstimmprisma Dispersion entsteht, die dazu führt, daß der Resonator nicht für alle Moden der Laserstrahlung gleichzeitig resonant ist.
In der US 5,969,780 ist eine resonante Verstärkung von Laserstrahlung beschrieben. Es ist daraus bekannt, daß bei der resonanten Verdopplung der Laserstrahlung von Multimode-Lasern die absolute Länge bzw. der Modenabstand des Resonators an das Modenspektrum der Laserstrahlung anzupassen ist, d. h., die Resonatorlängen des Multimodelasers und des passiven Resonators müssen gleich sein, wenn die Modenabstände gleich sein sollen. Das beschriebene System zur Frequenzkonversion von Multimode-Lasern enthält dazu zwei aus jeweils mindestens zwei Spiegeln gebildete Resonatoren, wobei im ersten Resonator eine Energiequelle/Verstärkungselement und im zweiten Resonator ein optisch nichtlineares Material eingebracht sind. Die im ersten Resonator bewirkte Ausgangs-Mehrmoden-Strahlung mit Frequenzverdopplung der Eingangsstrahlung wird auf den zweiten Resonator geführt, und dort wird ein Teil der Mehrmodenstrahlung resonant verstärkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung zu entwickeln, mit der eine dispersionsfreie Abstimmung der Länge eines passiven Resonators gewährleistet wird, um zu einer Verdopplung eines Multimode-Lasers zu gelangen, die für alle Moden der Laserstrahlung gleichzeitig resonant ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach sind in den Strahlengang des Resonators, gebildet aus Spiegeln und dem optisch nichtlinearen Material, Paare von zueinander gegensinnig angeordneten beweglichen Elementen aus optisch transparentem Material wie Prismen eingebracht, wobei die beweglichen Elemente mit Verstellelementen wie Piezoaktuatoren verbunden sind, so daß die optische Länge des Resonators abstimmbar und eine Dispersions­ kompensation erreichbar ist.
Die dispersionsfreie Anpassung der Resonatorlängen gewährleistet, daß für alle Moden der Laserstrahlung Resonanz erreicht ist. Es wird darüber hinaus durch die Verwendung von mindestens zwei beweglichen Prismen auch die Resonatorgeometrie bei einer Bewegung der Prismen erhalten.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs­ beispiel einer Anordnung zur dispersionsfreien Abstimmung der Länge eines passiven Resonators näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt die schematische Darstellung einer Anordnung nach der Erfindung mit einem Ringresonator, gebildet aus Spiegeln M1 bis M4, einem Kristall BBO, zwei Prismen P1, P2.
Die Strahlung eines Multimode-Lasers MML wird über den Spiegel M4 in den Resonator R eingekoppelt.
Die Spiegel M1 bis M4, der Kristall BBO und die Prismen P1 und P2 sind so zueinander angeordnet, daß die Strahlung in dem so gebildeten Ring resonant umläuft. Dadurch entsteht eine Verstärkung der Intensität der umlaufenden Strahlung. Dies ermöglicht die effiziente Erzeugung der frequenzverdoppelten Strahlung im nicht­ linearen Kristall BBO, die über den Spiegel M1 aus dem Resonator R ausgekoppelt wird.
Die beiden Prismen P1 und P2 sind im Strahlengang des Resonators R so angeordnet, daß sich ihre Dispersion kompensiert. Eines der beiden Prismen P1, P2, zum Beispiel das Prisma P1, wird in bekannter Weise durch einen nicht dargestellten schnellen und kurzhubigen Piezoaktuator zur Kompensation schneller Störungen, wie zum Beispiel von akustischen Störungen, im Strahlengang bewegt.
Das zweite Prisma P2 wird zur Kompensation langsamer Drifterscheinungen des passiven Resonators und/oder eines Laserresonators, wie zum Beispiel einer thermischen Ausdehnung bzw. Längenänderung, durch einen nicht dargestellten langhubigen Piezoaktuator bewegt.
Die Bewegung der Prismen P1, P2 im Strahlengang erfolgt in der Zeichnungsebene. Dadurch wird der Glasweg der Strahlung und damit die optische Länge des Resonators länger bzw. kürzer.
Die Anordnung ist ebenso zur Abstimmung der optischen Länge von linearen Resonatoren einsetzbar.
Es sind auch Resonatoranordnungen mit mehr oder weniger als vier Spiegeln möglich.
Die Anordnung von zwei Prismen ist nicht zwingend erforderlich, es können auch mehrere Paare von zueinander gegensinnig angeordneten Prismen vorgesehen sein. Es muß sich lediglich um eine gerade Anzahl von Prismen handeln. Durch die wechselseitige Anordnung einer geraden Anzahl von Prismen läßt sich die geforderte Dispersionskompensation erreichen.
Die Prismen sind zweckmäßigerweise so gestaltet und angeordnet, daß die Strahlung zur Minderung von Reflexionsverlusten unter dem Brewsterwinkel auf die Prismen P1 und P2 trifft.
Die Prismen P1, P2 müssen nicht alle aus dem gleichen Material bestehen. Durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien (zum Beispiel Glassorten mit unterschiedlicher Dispersion) läßt sich der Parallelversatz der einzelnen Moden kompensieren.
Die Bewegung der Prismen P1, P2 muß nicht zwingend durch Piezoaktuatoren erfolgen. Auch andere Verstellelemente wie pneumatische oder magnetische Elemente sind möglich.
Bezugszeichenliste
BBO optisch nichtlineares Material (Kristall)
M1-M4 Spiegel
MML Multimode-Laser
P1, P2 Elemente aus optisch transparentem Material (Prisma)
R Resonator

Claims (6)

1. Anordnung zur resonanten Frequenzverdopplung von Multimode-Laserstrahlung mit Resonatoren, bestehend aus Spiegeln und einem optisch nichtlinearen Material, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlengang des Resonators (R), gebildet aus Spiegeln (M1 bis M4) und dem optisch nichtlinearen Material (BBO), Paare von zueinander gegensinnig angeordneten beweglichen Elementen aus optisch transparentem Material wie Prismen (P1, P2) eingebracht sind, wobei die beweglichen Elemente (P1, P2) mit Verstellelementen wie Piezoaktuatoren verbunden sind, so daß die optische Länge des Resonators (R) abstimmbar und eine Dispersions­ kompensation erreichbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus optisch transparentem Material (P1, P2) nicht parallele Endflächen aufweisen.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus optisch transparentem Material mit lokal veränderlichem Brechungsindex (P1, P2) bestehen.
4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (P1, P2) so gestaltet sind, daß ein möglicher Parallelversatz der Strahlung beim Durchgang durch diese Elemente (P1, P2) kompensiert ist.
5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (P1, P2) aus Materialien unterschiedlicher Dispersion gebildet sind.
6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichet, daß die Strahlung unter dem Brewsterwinkel auf die Elemente (P1, P2) geführt ist.
DE10002418A 2000-01-20 2000-01-20 Anordnung zur resonanten Frequenzverdopplung von Multimode-Laserstrahlung Withdrawn DE10002418A1 (de)

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Date Code Title Description
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: SPECTRA-PHYSICS GMBH, 64291 DARMSTADT, DE

8110 Request for examination paragraph 44
8181 Inventor (new situation)

Inventor name: KNEIPP, HARALD, DR., 14554 SEDDINER SEE, DE

Inventor name: ZANGER, ECKARD, DR., 14554 SEDDINER SEE, DE

Inventor name: GRIES, WOLFGANG, PALO ALTO, US

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