DE102004008673B4 - Narrow-band emitting laser arrangement with switching between predefinable laser wavelengths - Google Patents
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-
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- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
- H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
- H01S3/1618—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth ytterbium
-
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- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
- H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
- H01S3/1643—YAG
Abstract
Schmalbandig emittierende Laseranordnung mit Umschaltung zwischen vorgebbaren Laserwellenlängen, die in einem Resonator ein aktives Medium, frequenzselektive Elemente und einen Faraday-Rotator als Schaltmittel zur Wellenlängenumschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Resonator der Faraday-Rotator mit einem doppelbrechenden Filter und einem Etalon kombiniert ist, und die Bestromung des Faraday-Rotators zur Erzeugung unterschiedlicher Magnetfelder in mindestens zwei diskreten Stufen wiederholt erfolgt.Narrow-band emitting laser arrangement with switching between predefinable laser wavelengths, which has an active medium, frequency-selective elements and a Faraday rotator as switching means for wavelength switching in a resonator, characterized in that the Faraday rotator is combined with a birefringent filter and an etalon in the resonator, and the Faraday rotator is energized repeatedly to generate different magnetic fields in at least two discrete stages.
Description
Die Erfindung betrifft eine schmalbandig emittierende Laseranordnung gemäß der Gattung der Patentansprüche, insbesondere einen Festkörperlaser oder einen Farbstofflaser. Derartige Laseranordnungen kommen zur Anwendung in der Laserspektroskopie, bspw. bei der lasergestützten Diagnostik der physikalischen und chemischen Vorgänge bei Verbrennungsprozessen.The invention relates to a narrow-band emitting laser arrangement according to the preamble of the claims, in particular a solid-state laser or a dye laser. Such laser arrangements are used in laser spectroscopy, for example in laser-assisted diagnostics of the physical and chemical processes in combustion processes.
Bekanntlich werden zur Begrenzung der Bandbreite der von einem Laser emittierten Strahlung hochauflösende Reflexionsgitter eingesetzt (Lambda-Physik, Excimerlaser Compex 150T, 1993). Will man diese Laser bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen betreiben, die schnell gewechselt werden sollen (alternierender Zwei-Wellenlängen-Betrieb), so bewegt man das Reflexionsgitter mit einem Piezoversteller zwischen zwei Lagen, die den durch die Anwendung vorgegebenen Wellenlängen entsprechen, siehe
Aus der
Außerdem sind Ringlaser (
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine schmalbandig emittierende Laseranordnung zu schaffen, die ohne bewegte Teile und mit geringem Aufwand die Wellenlängenumschaltung von einer Wellenlänge zu einer anderen nach einem vorgegebenen Strom-Zeit-Regime ermöglicht.The present invention is therefore based on the object to provide a narrow-band emitting laser arrangement which allows without moving parts and with little effort, the wavelength switching from one wavelength to another according to a predetermined current-time regime.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst und durch vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Unteransprüchen ergänzt. Die Anwendung des optischen Faraday-Effektes vermeidet jegliche mechanisch beweglichen Teile und lässt die Bestromung des Faraday-Rotators auch in mehr als zwei Stufen zu. Dabei ist der Faraday-Rotator vorzugsweise zwischen den als doppelbrechendes Filter und als Etalon ausgebildeten frequenzselektiven Elementen angeordnet. Diese Kombination ermöglicht das Anschwingen einer einzigen longitudinalen Lasermode und damit eine extrem schmale Bandbreite der emittierten Strahlung (Δλ << 1 pm). Die Verwendung des doppelbrechenden Filters unter dem Brewsterwinkel führt zur Emission von linear polarisierter Strahlung. Zusätzlich kann durch Drehung des doppelbrechenden Filters um dessen Flächennormale die Wellenlänge des verwendeten Lasers durchgestimmt werden. Da einerseits nur geringe, im Gradbereich liegende Drehwinkel benötigt werden und andererseits eine schnelle, externe Ansteuerung erfolgen soll, weist der Faraday-Rotator einen aktivierbaren bzw. deaktivierbaren Magneten, im Gegensatz zum allgemein gebräuchlichen Permanentmagneten auf. Der Faraday-Rotator besteht deshalb aus einer entsprechend dimensionierten Spule (Elektromagnet), die einen geeigneten Kristall umgibt. Dieser dreht bei Stromdurchfluss in Abhängigkeit von dessen Stromstärke die Polarisationsebene der linear polarisierten Strahlung in gewünschter Weise um einen definierten Betrag; mit der Drehung ist eine Wellenlängenverschiebung entsprechend dem Modenabstand des eingesetzten Etalons verbunden. Bei einem an die Spule angelegten Strom von etwa 1 A ergibt sich eine Wellenlängenverschiebung von etwa 100 pm. Als laserndes Element kann eine Yb:YAG-Scheibe benutzt werden. Die Erfindung betrifft insbesondere auch Laser mit geringer Kleinsignalverstärkung, bei denen das bekannte Verfahren der Wellenlängenumschaltung durch Bewegung des Reflexionsgitters nicht anwendbar ist. Bei entsprechender Auslegung der das Magnetfeld erzeugenden Spule (Material, Aufbau, Geometrie) sowie der elektrisch/elektronischen Ansteuerung lässt sich eine Folgefrequenz für den alternierenden Zwei-Wellenlängen-Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung von bis in den kHz-Bereich erreichen.According to the invention, this object is solved by the characterizing features of the first claim and supplemented by advantageous embodiments according to the subclaims. The application of the optical Faraday effect avoids any mechanically moving parts and allows the energization of the Faraday rotator in more than two stages. In this case, the Faraday rotator is preferably arranged between the frequency-selective elements designed as a birefringent filter and as an etalon. This combination allows the oscillation of a single longitudinal laser mode and thus an extremely narrow bandwidth of the emitted radiation (Δλ << 1 pm). The use of the birefringent filter at the Brewster angle results in the emission of linearly polarized radiation. In addition, by rotating the birefringent filter around its surface normal, the wavelength of the laser used can be tuned. Since on the one hand only small, lying in the degree range angle of rotation are needed and on the other hand, a fast, external control to take place, the Faraday rotator has an activatable or deactivatable magnet, in contrast to the commonly used permanent magnet. The Faraday rotator therefore consists of a suitably sized coil (electromagnet) surrounding a suitable crystal. This turns at current flow as a function of its current strength, the polarization plane of the linearly polarized radiation in the desired manner by a defined amount; with the rotation a wavelength shift is connected according to the mode spacing of the inserted etalon. With a current applied to the coil of about 1 A results in a wavelength shift of about 100 pm. As a lasing element, a Yb: YAG disc can be used. In particular, the invention also relates to lasers with low signal amplification, in which the known method of wavelength switching by movement of the reflection grating is not applicable. With appropriate design of the magnetic field generating coil (material, structure, geometry) and the electrical / electronic control can be a repetition frequency for the alternating two-wavelength operation of the inventive arrangement of up to reach the kHz range.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to the schematic drawing. Show it:
In
Zur Spule
Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass durch die Erhöhung des Tastverhältnisses von 1:2 auf 1:20 die maximale Stromdichte von 9,5 Amm–2 auf 100 Amm–2 erhöht werden kann, während die thermische Belastung gleich bleibt. Es werden höhere Frequenzen bei kleineren Zeitkonstanten erreicht. Mit den erreichbaren Magnetfeldern von z. B. 100 mT bei einem Spulenstrom von 1,4 A werden die gewünschten Wellenlängenumschaltungen ermöglicht. Die Parameter der Spule ergeben sich aus den geometrischen und physikalischen Dimensionen des Kristalls.From the table it can be seen that increasing the duty cycle from 1: 2 to 1:20 can increase the maximum current density from 9.5 Amm -2 to 100 Amm -2 while the thermal load remains the same. Higher frequencies are achieved with smaller time constants. With the achievable magnetic fields of z. B. 100 mT at a coil current of 1.4 A, the desired wavelength switching possible. The parameters of the coil result from the geometric and physical dimensions of the crystal.
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Laseranordnunglaser assembly
- 1111
- laserndes Elementlasing element
- 1212
- Laserstrahllaser beam
- 1313
- doppelbrechendes Filterbirefringent filter
- 1414
- Faraday-RotatorFaraday rotator
- 1515
- Etalonetalon
- 1616
- Auskopplungsspiegeloutcoupling mirror
- 1717
- Ansteuerelektronikcontrol electronics
- 18, 2118, 21
- Anschlüsseconnections
- 1919
- Kondensatorcapacitor
- 2020
- Diodediode
- 2222
- Masseanschlussground connection
- 2323
- Anpassungswiderstandmatching resistor
- 2424
- MasseDimensions
- 2525
- Transistortransistor
- 2626
- Leistungstransistorpower transistor
- 2727
- Messwiderstandmeasuring resistor
- 2828
- Anschlussbuchsesocket
- 2929
- Masseanschlussground connection
- 3030
- Messgerätgauge
- 3131
- Pulsgeneratorpulse generator
- 3232
- Mess- und AuswerteeinheitMeasuring and evaluation unit
- 131, 132131, 132
- planparallele Plattenplane parallel plates
- 141141
- SpuleKitchen sink
- 142142
- Kristallcrystal
- 310310
- Impulspulse
- 311, 312311, 312
- Impulsflankenpulse edges
Claims (6)
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DE200410008673 DE102004008673B4 (en) | 2004-02-20 | 2004-02-20 | Narrow-band emitting laser arrangement with switching between predefinable laser wavelengths |
Applications Claiming Priority (1)
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DE200410008673 DE102004008673B4 (en) | 2004-02-20 | 2004-02-20 | Narrow-band emitting laser arrangement with switching between predefinable laser wavelengths |
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DE200410008673 Expired - Fee Related DE102004008673B4 (en) | 2004-02-20 | 2004-02-20 | Narrow-band emitting laser arrangement with switching between predefinable laser wavelengths |
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- 2004-02-20 DE DE200410008673 patent/DE102004008673B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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Title |
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Tietze, U., Schenk, Ch.: Halbleiterschaltungstechnik. Sechste neu bearbeitete und erweiterte Auflage, Springer Verlag, Heidelberg, 1983,S.64-66 * |
Also Published As
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