DE1464678A1

DE1464678A1 - Laser

Info

Publication number: DE1464678A1
Application number: DE19621464678
Authority: DE
Inventors: Sandor Holly; Sorokin Peter Pitirimerich
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1961-10-10
Filing date: 1962-10-10
Publication date: 1969-02-06
Also published as: US3222615A; DE1464678C3; US3308395A; DE1464678B2; GB1017221A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. E. BÖHMER

BÖBUNGEN/WÜRTT. SINDtLFINGER STRASSE 49 FERNSPRECHER (070311 661750

HBbllngen» 5· Oktober 1962 \

bu-li

Anmelden International Business Machines Corporation Www York, V.St.v.A.

Amtl. Aktenzeichens Heuanaeldung Aktaaz.d.An«elderins Bootet 10 449 / 10 451

Di« Erfindung betrifft verbessert« Laser und Insbesondere verbesserte Feetkörperresonatoren von Lasern.

Mit Laset- werden Vorrichtungen bezeichnet» die durah angeregte Emission eine Strahlung in Infrarot«» sichtbaren oder Ultravlolett-Bsrelch des. elektronagnetisehen Vellcanspektruas erzeugen. Torrlohtungen dieser Art können eine Strahlung erzeugen» die stark gerichtet, kohtrent und dtonochromatiifQ'i 1st.

Festkurper->Iiaser_# d.h. Laser» deren aktives Element ein Kristall ist» amr «tin geeignetea Dotierungsmaterial esthftlt und in dem elektrocsag- ( n«tis-ehe Schwingungen erzeugt «erden» sind bereltr bekannt. Das aktl-T« Uament eines P»stk8rper*Lasers wird als Hohlrau« oder Resonator des La**r« bezelotoet. Ber frtlneste bekannte 9s3tk8rper-Laser ist der 8og«na»nte feibid&ser, dessen aktives Eleaent aus. »it Care» dotiertem Alustiniuaoxyd besteht. Der Kabinlaser erzeugt eine Ausgangsstrahlung in For» eines Iepula*», die Ib roten Bereich des sichtbaren Teils des elektroaagnetlsohen Vellenspektruas liegt. KIn bekannter Laser» dessen aktives Bleaent ein vlt dreiwertige» uran dotierter Kaixiumfluoridkriatall ist» erzeugt eine Ausgangsstrahlung Iu Infra- / rotbereich des elektroBagnetlsohem Vellenepektruas, und ein anderer bekannter Laser» dessen aktives Eleaent aus eines alt zweiwertigen Samarium dotierten Kalsiuafluorldkristall besteht» erzeugt eine Aus-

"²~ ■ 1464673

gangesfcraiilung, die ebenfalls im roten Bereich des sichtbaren Spektrums li£gt. Xn letzter Zeit sind andere lestkörper-Lasej? enfcwiokel worden« 2.3. ei» Laser mit einem rait dreiwertigem Uran dotierten Bariumtiianfttkriafcall»

Die in dem aktiven Element des Rubinlasers enthaltenen Chromatome, die dlo stimulierte Emission hervorrufen» haben vorwiegend drei 7er sohiedoaa Eaörgiessusfcände, nMalion einen Qrundasustand, einen aataat bilen iSustend und einen Änregungszustand. Die in den aktiven Elemen ton des KalziiHüfluorid~L^sers enthaltenen dreiwertigen Uran* und zweiwertigen Saöarlu.a:a.toBte haben vorwiegend vier SnergiesustXnde, nSralioh einen Qrundzustand, einen Anregung«* su stand, einen metastabilen Zustand und einen Endzustand. Ση den aktiven Sienenten mit drei E&ergiezuständen tritt «ine Flucreszens zwischen dem metnstabi len Susöürtd und dem ösnmdsustand auf, während in den aktiven Biemen ten ait vier Snergiszustänösn die Fluoreszenz swisehen dem Eatasta» bilen ZxzvZszid und d*ai SsidÄUstand auftritti, de? «twaa über dem Grund 2US5&RGL 2.l5»3t» Henn »ijae bestimmte Strahluagseßör^ie zur Siawirkung suf ssin* oder- m$hre?® Oberflächen der aktiven Lagerelement^ gsbraohi wird, weiten dt? Atome aus dtm Srundxustand in den A&regungssustand S<spumpfe« Aus &&m Anregungszustand gelang«» &1& Atome imoh einem nicl stritlil^nden ff^i^^ng in den met&stabilm Zustand. Bin fluorosxa&te? Übergang wird dann durch angeregte !mission zwischen Cam m«t&stt3llei Sustand und dem ömm^xustand in den fiktiven Elementen mit drei Inen 2ust£nä@n und zwischen dam metastabilen Zustand und dem Sndsustand j den aktiTön. Siebenten mit vier Efeergidsustttndsn bewirkt. Venn der Li im Euho£ust«ind ist^ d.h., wean keine ?u»penargie auf das aktive Sien einwirkt* harr sch i in den verschiedenen Suständin in dem aktiven El« eine solche verteilung, daas fast «11^ Atoa« des Materials ia Qrund2 stand sin4. üia dia gs^Jnscnfe-a angeregte Emission und die resultieren Schwingung zum !rreriche^i. das sehr intensiven, kohärenten Ausgangs 3$ erzeugen* muss bekanntlich aus aktiven Blement soviel Pumpenerjie au geführt Werdern» dass «in-5 Umkehrung der Beast sung3diohte in den beld Zustanden *s?*ichz wird, zwischen denen der fluoresxente übergang in dem aktiven Elczseni; «rseugt wird. Vird. der fluorassente Obergang zwischen d«m aet&stabilen Zustand und dem Orundzustand erzeugt, muss eine sehr gross· Zahl, nMnllch mehr als die Hilf te, der ursprünglich im Orundzustand vorhandenen aktiven Atsae in den Anr*tgungszustand ge

§02836/0535 BAD ORIGINAL - 3 -

• ' COPY

·. -3 - H64678 " "

pumpt werden. Diese angeregten Atome fallen dann in den metastabilen Zustand ab, bevor die Fluoreszenz erzeugt wird. In dem aktiven Laser« element mit vier Energiezustttnden 1st der Endzustand normalerweise nahe* zu nicht besetzt. Infolge der geringen Basetzungsdichte im Endzustand \ braucht nur eine relativ kleine Zahl von Atomen in den Anregungszustand gepumpt zu werden und in den metastabilen Zustand zurückzufallen* um eine umkehrung der Besetzungsdichte zwischen dem metastabilen Zustand und dem Endzustand zu erreichen. Um Schwingungen in aktiven Elementen mit vier EnergiszustHnden zu erzeugen* wird daher nur etwa I/500 der Puaspenergie benötigt* die erforderlich ist* uts Schwingungen in dsm aktiven Element mit drei Energie zuständen kapbeizuführea. Da in dem aktiven Element alt vier Enersieaust&nden beträchtlich weniger Puiapenorgie zur Erzeugung von Schwingungen nötig Ist_a hat sich gezeigt* dass ein Betrieb mit kontinuierlichen Wellen in den ?«stk8rpsr-Lasem mit aktiven Blsrnentan» die vier Snergiezuständ« haben* möglich ist, währ? in dem aktiven Element mit drei EnergiesustSndssi nur ein impulsform!· Ausgang erreicht worden 1st.

Obwohl es also möglich ist, eine kontinuierliche Ausgangswelle mit Lasern su erzeugen» die aktive Element« mit vier Snersiezustiadea verwenden, hat sich herausgestallte das3 der Staeipesiargiebedarf doch noch so gross ist» dass kontinuierliche Ausgangs3cfewingungcm fite- unbegrenzte Zeit praktisch nicht entstehen können. Die zum Stwid der Technik den aktiven Elemente der Laser haben di« Form ainee Fairj ferometers und sind &ls die ?abry»Perot-Eescn.aturen in dan Lasern, bekannt, Ia dem Fabry-Perot-Resonator werden die entsagengesetsSen Enden des aktiven Elements streng parallel zueinander gemacht und mit einem reflektierenden überzug versehen« co dass fl&e- die Strahlen zwischen den Enden des Eesonators wiederholt hin- und herlaufen. Dieser reflektierend* überzug besitzt auf mindestens einem der beiden .Enden eine geringe Durchlässigkeit« so dass ein Lichtausgang für den Laser gebildet wird. Die reflektierenden Oberflächen des Fabry-Psrot-Resonatoxe «erde dadurch hergestellt» dass entweder ein Silberfilm oder mehrere dielektrisch« Schichten auf jede der gegenüberliegenden Endflächen des Resonators aufgebracht werden* Die reflektierenden Enden des Resonators müssen hochgradig parallel sein, damit die zwischen ihnen reflektierten Strahler

··■-■' BAD

90980 6/0535

rf \

bei Hehrfaahreflexion sieht »ehr uad nehr abgel«mkt werden, d.h., dass ei« nicht «ism Wegkomponant© hnb*ii, die senkrecht mir durch die beiden !reflektierenden Sedtn tiindurdiigtiluaides Aa&se des Kristalls gerichtet ist. gAchteiXig dabei ist **., dae* seXS»t bei dar bestem Verfs&ran gun Auffcring&ri ©Inas $ Ibsrfllme od«s* ta*hrer«r di«ltktri^cb«r Sahiohten »ir. T«tl d«r Straiaea »Jbeorblsrt wird, «n« statt von dia. ^i r*fl*fktl€r*art^jiftr> Ofe«rfl£dbe» r«fl6lctl«rt tu «erden, wobei di« Ab&orpti£*% ijs uXti^ificl^t^im Ser«lah u*ts Spektrm® »»«trttoht-Xioii ist.

Die Aufijui>a der Erfindung i-eüc^t d«aimlb Äarin, aktive SXemente für Laser zu «lobaffen^ dl@ kein« BsacMahiung olt SlXbsr oder mehreren

-* ^ndi ^l>i?- denen di« Vtn?#^duns von

ist« so d*es «in einf*c2ier und Laser mit höii^r Wirkuneegr»4 stsr Verfügung eti^t.

Die Aufgab® wird gfftäes der irfiBdung d«dtUM3ii stdöet, dass die gesohXoi seno ßrenRflloh^ i.«ia?\imi am J.mr.trasediw« und des umgebenden optisch dünneren U&J^zi in ihre» Verlauf so festgeXegt ist* uäs^ die Koraalen afT *ίϊ\**>\Ίτα Pl*tth#rabechnitt# oder der Tesigenten der FXftehenabsehnit« te im Punkt dea j*u\jillgen Sti*ahXeneinfaXi9 einen Winkel sum SinfaXXs* «inkeX bilden» c?«?r mindestens aimKhernd gXeioh deta aMenxwinktl ist, so das« ia Laaiermediiui TotsArefXenion entsteht. INui aktive Elesent des Lasers mint d«Man&ch f-in«xt er>lolian Br^el^ungsindix und eine soXotio geometrisch* Fora «uf_# dass Strahlen üsdurch innerlich reflektiert «rerden» iaden ßie eufeix^iiMerlOXgfnd auf die jeweiXi^m Fliehen sit den kritisofcm Winkel überschreitenden Winkeln aaiff Allen, hia sie an einen Auagaagsbereioh an einer verheri?»sbimsten Steile auf der OberfXÜQhe diift aktiven EX^aents

Xn einen AusfUhrungsbeispieX hat das aktive EXeaent die Fora eines rechtwinkligen ParaXleXepipeds; bei den vormigswelse ein Material gewählt wird, dessen Breehjumesindex den Wert ]^; a beul tat. Das aktive Hemmt kann geaftsß einen weiteren Erfindungsgedanken aus einem mit dreiwertigem Uran dotierten KaXziusifXuoridlcristaXX bestehen. Der Brechungsindex des Kaliluaflucrldkrletalls ist l»*}5_$ woduroh sioh ein kritisoher Winkel von etwa 4^f Orad ergibt» so dass Strahlen, die auf die Fliehen des Prlaraas mit Winkeln auftrefen, die grosser

-5- S08306/0535^BAD

als 44 Orad sind« total reflektiert werden»

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Gegenstandes gemies dar Erfindung, besitat daa aktive Element des Laaers eine zylindrische oder gar eine hohlxjrlindrieohe For», die sur Aufnähen» der Pumpenergiequelle besonders geeignet ist. Zur Ankoppelung der Lichtenergie sind erflndungagealss vorgesehen ι

a) ein dielektrlaoher Streifen« der an einem FlaOhensntell der örenafliehe angebracht ist»

b) eine Llohtkopplungaplatte« deren Ebene in S-Riehtung en daa aktive !lament dee Lasers befestigt ist«

ο) eine Vandal eines Lichtleiters, dar das aktive Xleeent in Z~Rlohtung umgibt,

d) eine oder mehrere im aktiven Element des Lasers in Z-Riohtung verlaufende Muten.

Bin wesentlicher verteil der Erfindung besteht darin« dass ein Laser angegeben wird« in dessen Resonator eine totale Reflexion ausgewählter Strahlen stattfindet, bevor die Strahlen am Ausgang des Lasers ankomaen, so dass daher die benötigte Menge von Pumplieht sur Srseugung einer angeregten Emission gegenüber bisher erheblich verringert 1st. D*ο weiteren erübrigt ea sich bei Verwendung eine» aktiven Elements geniss der Erfindung Silberaohichten oder mehrere dielektrische Sohlohten an den Enden aufsabricgen. Die Anforderungen an die Parallelität der Bndfliohen sohlleealich sind nicht so streng wie bei den bisher bekannten Vorrichtungen.

Die Erfindung wird nachstehend en Rand von Au3fUhrungsbeispielen alt Hilfe der beiliegenden Zeichnungen nSher erl&utert* Bs seigern

FIs. 1 eine Darstellung eines Festkörper-Resonators als Laser, der

gemiss einer Ausführungeart der Erfindung in Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds mit quadratischem Querschnitt auegebildet ist.

Flg. 2 eine Draufsicht auf den in Flg. 1 dargestellten Festkörper-Resonator» ana der die Spannungsverteilung 1» Resonator beim

1464676

Anlegen der Pumpstrahlung; hervorgeht·

Pig.ca. «Inen duerschnitt In der Eben« 2a der In 71s. 2 gezeigt«* Darstellung des Festkörper-Resonators.

Pig, 2 den 3Vequ»nsib«reich der Äusgangsaignale ate in yig. 1, 2, Sa gezeigten Resonators

Flg. 4 einen weiter&a Schnitt durch das Parallelepiped mit eines: Pfad für dl* Intern reflektierten Strahlen

PIg. 5 ein AusfUhrungabeispiel eines Lasers unter Anwendung dos in Fig. I gazeigtan Festkörper-Resonators

Pig. 6 einen Strahlenweg in einsia Festkörper-Kesonafeor

. 7 Strahlenweg in einem Fastkörpar-Resonator, dessen die ?9ris eines regaliaMssigen Fünfecks hat.

Pig. 3 einen Strahlendes in einem Resonator, dessen Querschnitt; die Form einea nicht glaichwinklisen wad nicht gleichseitigen

fcs hat

Pig. 9 «inen FaGtkQrpsr-Heeonator runden ä3uersohaitts_f

TIg. 9a Strahlanwege in einer zur Längsachse das in ?ig. 9 gezeigte:

senkrechten

Fig. 10 einen Festkörper-Resonator la Tonn eines Hohls^lisdara

Fig.IOa die Dr stuf sieht des in Flg« 2 dargestellten tors

7ig,10i> «inen Längsschnitt durch den in ?lg* 10 dargeatellttn 7estkörper-Resonator

yig* II d&& Str&hl$n«#g in ein&r zur Längsachse senkrecht en £l*tn*

Pig. 12 ztncri 3trahl3nweg ähnlich dem in Pig. 2, aber bei eln«a kleineren

Pig. IJ die Cftite Q eines Fcstkiirper-Heaonators in Abhlngigkeit vom

2^ und 15 weitere Diagreisae ά%τ 3üte Q in Abhängigkeit vom Beflesionswlnkel 0

FIg* io Vellenfront;en in einem aus Kalziumfluorid besteaendtn Feetkörper-Resonator

309306/0535 ^EAD - 7 -

COPY

Pig, 17 Kellenfronten in einem «us Rutil bestehenden Festkörper* Resonator

Fig.l8a und c verschiedene AuBfÜhrungsforjnen zur Anwandung eines Teils der kohärenten Strahlung aus; einem Festkörper-Beso« nach der Erfindung

Fig» 19 eine Anordnung, bei der die kohärente Strahlung aus einem Festkörper-Resonator In einen Lichtleiter (optical fiber) «ingakoppelt wird

Fig, 20 und 20a einen Festkörper-Resonator, an dem aua Ableiten kohärenter Energie eine Lichtleiterplatte angebracht ist

Fig.21 einen Laser gemäße der Erfindung« in weichen »ine Futnpquelle innerhalb des Fe a tkörp*>r~He senators angeordnet 1st«

Ia Fig« 1 ist ein Au3führung3beispiel einae Fsstkörper-Rasonators 10 für «inen Lasser gemäse dar Erfindung dargestellt. Der Festkörper-Eesonator 10 ist «in rechtwinkliges Parallelepiped quadratisches Querschnitts mit den Scken a, b, o, d, e, f, g und h. Die Fiäuäe *-b~o-d liagt in der 3?»«ne λΖ* und die Fluchs a-o-e-g lia^i in der Eber.* YZ₁ während die Fiaiche b-d-f-h äsenkrecht zur Flachs a-b-o-d und die Fliöhe e-g«f~h ^enlcröcht zur Fläche a-o-e-g verlaufen, line eretö ^tirnfXäch« o~d~«»h des F«ßtkörper~Hesonators 10 liögt in der Ebene SY· Sie oder zweite Sti3?nflSche a-b-e-f verläuft zwar Im geseigteint Beispiel para

o-a-g-n
zur Stirnfläche /aber grundsätzlich braucht dies nicht der Fall au sein.

Di« Abmessungen des Elements 10 können z.B. 5 ώιπ ι 5 asi χ 2,5 ass sein.

Eine Pump strahlung 12 wird der ersten Stirnfläche o-d-g-h dös Festkörper Resonators 10 zugeführt, um die darin enthaltenen Atome anzuregen. Das Snergieniveau der angeregten Atome wird auf den Änregun^ssustand angehoben« wenn der Stirnfläche o-d-g-h so Ti el Energie zugeführt wird, dass ein gegebener Schwellwert für den Ftstkurper-Resoacbor 10 überschritten wird. Die angerg;an Atome fallen dann selbsttätig über einen nich&strahlenden Übergangs zustand wieder in den metastabilen Zustand zurück. Ein Fluoreszenz-Übergang zwischen dem metastabilen Zustand und dem Qrundzustand der Atome findet dann 3tatt, wenn der Festkörper-Hesonator 10

BAD ORIGINAL - 8 -

COPY 1·'- ·

9090 06/0535

ein Kristall mit vorwiegend drei. SnergiessustSnden ist, 2*3. Bubinkri3tall, und zwischen dem metastabilen. Zustand und dem Endzustand j wenn es sich um. einen Kristall mit vier Energie Mist&nda« z, B. siit dreiwertigem Uran oder Samariiaa dotierter kr.tata.il« In dem Kristall mit Tier¹ Sao^sieareiatSndeR rindet ein nichtstrahlender Übergang zwischen d«a Endaustand und dem zustand statt.

Um di© Atoms aazuregsö., ist sin 2föstk3?p4r-Reäonabor od«? «la Krist nait fa$jh«i!i Q vorteilhaft, dasit dia At-o«« d»a ÄaregUBgssustand Z arreioiiisn körnen· Sie Out* Q. kana dafcsi als Vsrfeiiltals dor der LicJätweil@n suai Snsz-gieY^rlust pro Toliuaensaiaiieit des Kristall definiert -Wm¹U^n₁ 3traahI«a_Ä die in dam Kristall aur eine kurze Stre jcurilckl^gsna 1>#υογ si^ Ia das d»a Kristall usigsfeende Mediusi sintrct tragen Ysvhäiraisraäesig wenis 2^ «2sg-sr*.g-ven &aX/jaioa bei^. ao dass 2i fUr der Kristall eia niMrigsö Q auisreißt* In »isafss KriBtall der jlr 1 3-s2^ig«ea Form s2»ij?ft siiae greas* Ansalal Yen Strsislsn auf di hen ³.md SfcimflScfcea des FesticiJrpör-Raaoiiaters 10 ^«tar Winkeln auf, di« gr6s3*r und kleiner als der icritiscfca Winkel sind* Aus ?ig orgil2t sich, dass, wemi des» Strahlwegj, der durah di« atarkm Linian darsestellt iss imd wenn de? Einfallswinkel des Strahls .gröaasr als der kritisch® tfinkel lst_A der Festkörper-Hssenator 10 «in nohea 0. fl die diese« tfeg 5.4 folgenden Stralslön bildet« Me Sta*aiilen werfen in diesem Falle an j«der dt·» viss* Flächen total reflektiert« wenn dlesi optisch glatt sind uad jawsiis im iiinkel von genau §0 Grad zu dm m grenzenden Pläshsn st;aii«n.

Wenn «nganoaEm«n wird» does dia Strnhlsn I^ dssa in Pig. 2 gszeigten * 14 ltaeas¹ polariaiiirt sind, wobei dia elektrischen Feldvektorea seni recht sur Seichsnsben® geriahtet sind« und dass die dsrahlan einen 1 fallwinicel von 45 flarad haben, as wird bei einem kleineren kritiacaer Winkel des Materials als k5 Orad der Strahl asit geringerem (etwa 1 1 zu 1 Million) öder keinem Snergieverlust intern reflektiert. Wenn da gen dia Strahlen Intern mit einem Winkel auffallen, der kleiner als der kritische Winkel ist* dann werden sie teilweise aua dem Feafekurp Resonator 10 hinausgeführt. Wenn die Strahlen intern mit einem Winke auffallen* de? au? wenig grosser als der kritische Winkel tat, dann gleicht die reflektierte Amplitude der Binfallsamplitude.

' COPY BAD ORIGINAL

-9- 909806/053 5

Aus Fig. 2 ergibt si oh« das a di«· Strahlen in d«m Pfad 14; deren Sin- ; fullawlakel tob 45 Orad grosser ale dor kritische Winkel des Materials de» ?*3tk8rper-He»onafcors XO ist, nacheinander von dan Fluchen a-o-e-g, e-g-f-h, b-d-f~n und a-b-o-d reflektiert werden. Da bei diesen strahlen wenig oder k»i» Inergieverlust eintritt« besitzt der Festkörper-Reson&tor 10 ein hohes <X für dia Strahlen im Pfad 14» Sbansa zeigt ?ig. S* dass es weitere Pfade gibt, z.B. die zua Pfad 14 parallel verlaufenden Pfads I4& und 14b« längs d^nca sich die Strahlen fortpflanzen,, wcfr&I die gleichen Sinfallawinkel auftreten. Durch Zuführung einsr geeigneten Pumpstrahlung 12 wird also ein rHuraliOiias H. P-FeId in dem Festkörper-Rosouafcor XO erzeugt. Dieses räumliche II.?-?eM «reist das in Pig. 2 und 2a angedeutet® Muster auf* wobei in Pig. 2a ein Querschnitt durch dan Fsatkßrper-Reaonator 10 in &sr Ebene 2a von fiß. 2 gezeigt wird. Hierin stellen die Linien, wie 2..B. dis Linien 14, 14* -and I4bj Hullpunkte stehender Weilen dar, so dass die Bereich» zwischen d«a Linien veränderliche SpaanungsfcöfiQii oder -grtuii^nten auf-

» via ea öuroh dl* Wellenkurv· i6 in Fig, Sa an£«d«ut^t wird. Spftnmingovsrtailung antl&sig der Diagonalen switches d-?n Punkten * und 4 des dursh den ?fad 14 In Fig. a gebilsiüfcsn Quadrate der durch dl« !feilankiir?« Ιβ angedsusatezi^ und die jawetligi

aar L.lüian, «li$ f.u «insr dieser diagonalen parallel und jeweils in €l3,«ia Aöstand ein«r haüLbsn Wallenläag« ^tr-

die W9ll©nkur?# 16

Die -in d*r Stirßfiaoh* oder der ??,üoli@ «-b-e-f d&m FeatkSrper-Kesonators in ?ig. 2 und 2a auftretend« Spannungsverteilung ist ebenfalls gleich der Spansuns&vertttilung in jede? des? sur Fläche a-b-e«f parallel v·?- lauf«aä*a 3bene das Körpers* Biases H.F*-?alc entsteht alao wie die yeld«r_e die von Hikrowell*n in ein«a Hohlraum ait; rtchtwlDkliger Seo-■etrie erzeugt werden. Allerdings gilt die Ausnahme, dass die für sinen Hohlraum sutreffende Sreazbedingusg 5_ « 0 bei χ · 0» a: * L und / » 0, y - L, wobei S ein elektrlsoher Feldvektor und L der Abstand vom üreprungspunkt 0 1st - hier also gleich der Hinge «iner Seite des FestkQrper-Resonatore 10 - ersetzt wird duroh die Bedingung» das £_ bei χ « 0, χ · L und y «· 0, y · L ein Maximalwert ist. So ergibt sich für die optischen TS-Typent

copy ■ -10- 909806/053S

JSl κ

J<jJol Hh ^ er

- Li ^fW * U

wobei B_ und B^ fiUenrails ^lektTisaii· F»14v«ktor®n, H » H_n, \»nd H

i K und X 'and η

sind» Fig. 2 sfcifffe zwar θΐ^β eisulga Wsll/in^pe,, die in dew per-R«sonato,T IC eraeugt wi2?d, aüep ββ köKKi&n auch ofeae weiteren eine Än-aahl von Welienr^yp^a glöicJaaeitig erzeuge

gt eliic graphlache Daratellung tob. Wsllsntypen, die In Festkörj 3*'~Heö-onator 10 eraeugi; werde», können. Jedig Wellentyp* wird duych einen der Pimkt© IS in FIg, ~j dargestellt» Die v«&rfcik*le» xeaü. iK&nfealen Abstände «wischen swei I»inaehi>a?t;®ß Pusktan i8 sind g

wobei & gleich der Auäbrei^ungs^s^ahwindigkeit der ötraSeüung is Material des FastkSrpiir-BaaoaaSQi-a ist* Bid masclwai* Anasai Ton Punkten .tu eiiiör Spalte ist gleietii I νχιά die maxiir-s.ltg Äns«hl von Punk in 2in<?r Seils ist sis*<& n. Dia jfeeqoe&s «in«r Mellaatyp· ist sl«i dem ?341%lsn Äiiaiaad, d«e Wallestypc-nFimkts vom Punkt 0 der gr&polsoh« Darstellung. 2%&® der lieacnanzfr-squar.zöa ddD? die Tr^qusüa je4cr W#ll in dem in M&» i« 2 ^nd 2% dair^atellttiii Körp-ar litest sich ml»ο durchs

dl* ^ll^HXag9₉|^ die ?reo[U*ns un£ β die

d»r Strahlen in dent aat*rial sind, Der kritisch· Winkel des ÄÄttriais ds« ?e3tkSrpe?*H»isona.tor9 10 wird in ?lg» Lizai* X «X3«d«utst. B% der c&erseä&lfct des FeatkSrp^r-Baaonmtorff 10 3ln 3uft£rat ist* b«l dem j«d· Sok* einen Winkel τοη 90° bildet, ist der lure ich der Strafelenieiskel* äi« «in hchas Q in da» Kristall

9098 OB/053 S ^{BAD 0RIGINAL}

-U-

gleich der Differena zwischen J und 90° -$ . Es ergibt sich daraus« dass der Winkel von 45° dan "Keil* in dam eine angeregte Emission erzeugt werden k*an, In zwei Hälften teilt, da sinx gleich dem reik Wt d Bhid it bt ikh

ziproken Wert des Brechungsindex η ist« ergibt "ilkh weiterhin« dass bei Annäherung dos Brechungsindex n_Q des Haterials an sin 45° oder Π& beide Grsnsswinkel J und 90° ** X zu 45° konvergieren und so daher die Ansahl der optischen WellenCy^en mit hohen Q reduziert wird. Daraus ergibt sich sonit, dass der FsstkSrpoi'-Eesonator IO einen Brechungsindex haben muss, dessen Wert so nahe wie möglich an-*r-2 liegt, atber nicht damnter» Verwendbare Kristalle fsind Xalal-uaifluorid, Strositiumfluorid vsxid B&riuinfluorida deren SreomingsindlKea gleich 1,4^4, 1 bzw» 1,474 sind, die also eben etwas grosser als-rgi oder Ij 43Λ siad, Diese Brech\mg3indi3es gelten für Licht mit einer WelXenlSSng© von 5892,62 %, In dem Laser muss die Wellentype, in welcher- die angeregte Emission erfcl^fc, eine Frequenz haben, die nicht &ιπ· innerhalb des durch T und 90⁰ -X definierten Winkels (Fig, 3) liegt, sondern die sich aiüsserdsm innerhalb der Linienbreite^ _ , das optischen afccmisehen

^ _ , op

Übergangs befindet, der dis aum Aufbau effier kohärenten Schwingung in dieser Wsllentype benötigte Energie liefere. In J±&. J sind durch ringförmigen Bereich, , . die Wellentypsn erfasst« bei denen eiiss spontane Emission erfolgen kann. Der Schnittpunkt di?»3<ss ringförmigen Be-

rsiohs_{A t} , mit dem Winkelbereichr bis 90° »-r ist dar B^rsich Av φ Φ

Av φ_Γ Φ-

möglichen kohärenten Schiiitigungskrten in dem in I?ig. I^ 2 und Sa gezeigten Feet^rper-Resonator iO« In Fig. 3 ist er durch «lan aohraffi^r ten Bereich 15 hervorgehoben. Indem die .Dimension L hinreichend klein gewählt wird und der Brechungsindex des Materials* dadurch angepaast wird, dass der Festkörper-Resonator 10 in eitler PiUssigkelt alt dem Brechungsindex n, eiiagebettet vrird^ wobeift* ^r- \ ^, .,< äaxmx Itann die in dem schraffierten Bereich durch drS* Punld* IS angedsutetd Zahl von Well«ntypen auf einen relativ kleinen Wart« sogar· auf nur einen Punkt reduziert werden.*

Ist der Festkörper-Resonator von Luft umgeben oder im Takuum» dann lässt sich die Anzahl der Wellentypen M, die im schraffierten Bereich 15 eines Festkörper-Resonafcors liegen, leicht nach der folgenden Formel abschätzen:

Af . J6L UAU Δ rip ^4· Δ Mc? = f^_c - y'T BAD ORIGINAL

c^zVT

- 12 - ' COPY

9 0 9 8 0 6/0535

wenn ein nahe dem Vert -JTlliegender Brechungsindex angenommen wii PUr die folgenden Werte t

ΔΙ/ * ^cm" = O₁Z A (A= 40 000 η) V - 1' 10** -fjis -ΊΟ acc A) λ

lässt sich feststellen, dass T - (90 - Γ ) » 0,01 im Bogenmass od 0»57° und dass M etwa 90 Wellentypen ergibt. Wenn die Länge L der Seite des quadratischen Querschnitts des Pestkörper-Resonators auf 1 Millimeter reduziert wird, dann ist M gleich etwa 5 Welientypen. Daraus geht hervor, dass je kleiner die Abmessungen des Pestkörper-Rasonators 10 sind, um so besser die Wellentypen-Auswahl ist. Auase dem sind die Pumpenergie-Erfordernisse für die kleineren Abmessung« des Prismas weniger streng.

Ausser einem quadratischen Querschnitt kann der Kristall auch andori Formen, z.B. die eines rechtwinkligen Blocks haben, dessen x- und y· Abmessungen gleich L, bzw. L« und nicht beide gleich L sind. En ctellt sich dann heraus, dass die Resonanzfrequenzen in dem rechtwii Bloelc mit den Abmessungen L. und L_ gleich

Jli

\J

sind. Die Wellentypen lassen si4h nun in ähnlicher Weise wie in Pig. auftragen, aber der vertikale Abstand zwischen benachbarten Wellenty ist gleich 2£T> und der horizontale Abstand zwischen zwei benachbart Wellentypen iat gleich 2%.

Da es sehr schwierig ist, einen Pestkörper-Resonator 10 herzustellen dessen Plächen Winkel von genau 90° mit den angrenzenden PIKchen bil den, erscheinen im allgemeinen die Strahlenwege nicht _t wie sie in Fig. 2 und 2a dargestellt sind, d.h., ein von einem gegebenen Punkt im Pfad 14 τοη Flg. 2 ausgehender Strahl kehrt nicht zu dem gegebene! Punkt zurüok, nachdem er von jeder der vier Seiten des aktiven Elements 10 nur einmal reflektiert worden ist. Ein Beispiel für einen

COPY

BAD ORlGir

909806/0535

Festkörper-Resonator eines Lasers nach der Erfindung, dessen Fläahen nicht Winkel von genau 90° einschlieasen, ist im Querschnitt in 'tlg* dargestellt. Dieses aktive Element 20 hat vier Flächen, die durch die Geraden 22, 24« 26 und 28 dargestellt; sind. Die Geraden 22 und 23 bilden einen Winkel von 90°, die Oeraden 26 und 28 einen Winkel von 90°« die Qeraden 22 und 24 einen Winkel von 90° + Θund die Oeraden 24 und 26 einen Winkel vcn 90° - Q. In dem in Flg. 4 gezeigten Festkörper-Resonator 20 trifft ein vom Funkt 20 ausgehender Strahl auf die Fläche 22 mit einem Einfallswinkel Jj^ auf, der grosser ist als der kritische Winkel §_Q, wird von den Flächen 24, 26 und 28 reflektiert und trifft dann wieder auf die Fläche 22« aber jetzt mit einem Winkel ₂, der kleiner al3 der Winkel φ *, aber grosser als der kritische

Winkel <£ 1st, und nachdem er auf die Fläche 22 mit dem Winkel JJ₂ auf getroff en 1st, wird er wieder von jeder der anderen Flächen 24, 26 und 28 reflektiert, bevor er zum dritten Mal auf die Fläche 22 mit einem Einfallswinkal φ , dem kritischen Winkel, auftrifft. Da der Straixl auf die Fläche 22 mit dem kritischen Winkel £ _qM trifft, wird er aus dam aktiven Element 20 hinaus entlang der Fläche 22 in der durch den Pfeil 32 angegebenen. Richtung reflektiert, und es entsteht ein Strahlungsbündel mit einer Querächnittsflache, deren Breite durch die Fläche 22 des Festkörper-Resonators 22 bestimmt wird.

Obwohl in dienern Beispiel die Fläche 22 als Auagangsflache des Festkörper-Resonators 20 gewählt worden ist, kann ebenso als Ausgangsfläohe auch jede der anderen Flächen de3 Festkörper-Resonators je nach der Geometrie oder den UnVollkommenheiten im Aufbau dienen. Weiterhin versteht es sich, dass ein dem in Flg. 4 gezeigten Pfad folgender Strahl nicht vom Punlrt 30 auszugehen braucht, sondern von jedem beliebigen vor dem Punkt 30 gelegenen Punkt gekommen sein kann, da der in Fig. 4 gezeigte Pfad nur ein Teil eines vollständigen Pfades ist, der praktisch den ganzen Quersehntfcaberelch des aktiven Elements 20 bedecken kann. Da die Strahlen durch das aktive Element 20 nicht nur in der durch die Pfeile in dem aktiven Element angegebenen Richtung, sondern auch entgegengesetzt dazu wandern können, wird in dem aktiven Element 20 ein Schema von ttolle&typen erzeugt, das dem in Fig. 2 und 2a gezeigten gleioht, wobei die Lichtenergie aus dem aktiven Elenent entlang einer seiner Fläch· in der oben beschriebenen Weise austritt. Se zeigt sich» dass die Strahlen durch die aneinandergrenzendm Flächen mehrmals

BAD QRlGlNAL

909806/0535

COPY ί .

innerhalb des aktiven Elements reflektiert werden, bevor ale aus de« Element 20 austreten. Während die strahlen durch das aktive Element 20 wandern, «erden aie ständig durch an ein Ende dea aktiven Elemente 20 angelegte Fumpstrahlung in der oben in Verbindung alt Fig. 1« 2, 2a beschriebenen Welse erregt. Es können also sehr viele der Atoae leicht in den Erregungszustand angehoben werden« um danach eine fluoreszenz asu erzeugen« die in dem Pfad des Pfeils 32 festzustellen 1st. Da die Strahlung an jeder der Flächen des aktiven Elements total reflektiert werden« bevor der kritische Winkel erreicht 1st» ergibt sich, dass das aktive Element 20 des Lasers nach der Erfindung ein sehr leistungsfähiges Mittel zum Erzeugen einer kohärenten monochromatischen Strahlung darstellt.

yig. 5 zeigt die schematische Darstellung eines AusfUhrungsbeispiels eines Lasers« der ein aktives Element des in Fig. 1« 2 und 2a oder in Fig. 3 gezeigten Typs benutzt« wenn er bei extrem tiefen Temperaturen betrieben wird. Ein Festkörper-Resonator 34 befindet sich in einer Kammer 36 eines Dewar-Gefässes 38. Der Festkörper-Resonator wird in der Kammer 36 dadurch gehalten« dass er an einen leitenden Stab oder "kalten Finger" 40 befestigt ist. Das Dewar-Oefäss 38 nat einen äuaseren Behälter 42 und einen inneren Behälter 44, der teilweise mit flüssigem Helium 46 oder anderem verflüssigte« Gas gefüllt ist. In dem Zwischenraum 48 zwischen dem äusseren Behälter 42 und des Inneren Behälter 44 befindet sich vakuum. Da der leitende Stab oder kalte Finger 40 durch das flüssige Helium 46 im inneren Behälter 44 hindurohgeht« hat er eine Temperatur von etwa 4«2°K« de» Siedepunkt für flüssiges Helium bei atmosphärischem Druck« und daher lat die Temperatur des aktiven Elements 34 auch etwa gleich 4« 2⁰K. Wenn das aktive Element 34 bei 77⁰K betrieben werden soll« wird das flüssige Helium 46 durch flüssigen Stickstoff ersetzt« der bei 77⁰K siedet. Der leitende Stab oder kalte Finger besteht vorzugsweise aus Messing« so dass das aktive Element 34 eine nahe an der Temperatur des flüssig« Heliums liegende Temperatur hat. Um den leitenden Stab 40 leichter an dem aktiven Element 34 befestigen und die Temperatur dea aktiven Elements 34 auf etwa die des flüssigen Heliums senken zu können« befindet sich auf der Oberseite des aktiven Elements 34 eine dielektrische Schicht oder Chromplatte 50.

BAD ORiGiNAL

- 15 -

909806/0535

Pi« Kassier 36 weist ein «rat·« Fenster 52 auf, durch welches Pumplicht 54 eingestrahlt wird, um die untere Seite des aktiven Elements 34 zu beilohten. Durch tin zweites Fenster 56 in der Kammer 36 kann die kohärente Ausgangsstrahlung 58 nach Durchgang durch ein Filter zu einen Licht tmp finger 60 gelangen. Das Filter 62 soll nur das ge* wünscht« monochromatische, kohärente Licht durchlassen. Das Pumplicht 54 kann von einer beliebigen geeigneten Quelle geliefert werden, z.B. Quecksilberdampflampe oder Xenonentladungslampe, die unter Steuerung von aufgeladenen Kondensatoren (nicht gezeigt) betätigt wird, welche sich Jedesmal beim Zünden der Lampe entladen und sich euch automatisch wieder aufladen. Voraussetzung ist dabei, dass die Pumpstrahlung den erwünschten Anteil des elektromagnetischen tfellenspektrums liefert, der für das Material des aktiven Elements 34 geeignet ist.

Wenn im Betrieb des in Fig. 5 gezeigten Lasers das flüssige Helium das aktive Element ?4 auf etwa 4,2⁰K abgekühlt hat, wird die Intensität der Pumpstrahlung 54 erhöht, bis sie an der Oberfläche des aktiven Elements 34 den Schwellenwert übersteigt, bei dem Schwingungen in dem aktiven Element 34 erzeugt werden, die die kohärente Ausgangsstrahlung 58 erzeugen. Wenn das aktive Element 34 ein Rubinkristall oder das aktive Element des Rubinlasers ist, dann 1st die Ausgangsstrahlung impulsfurmigi aber wenn das aktive Element ein mit dreiwertigem Uran oder Samarium dotierter Kalziumfluorldkristall ist, dann 1st die Ausgangsstrahlung kontinuierlich.

Fig. 1, 2, 2a und 3 veranschaulichen den Resonator oder das aktive Element des Lasers nach der Erfindung in Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds, das in einer senkrecht zu vier seiner Flächen verlaufenden Ebene einen quadratischen oder annähernd quadratischen Querschnitt hat. Ss kunnen aber auch andere geometrische Formen als die in Fig. 1, 2, 2a und 3 gezeigten für die erfindungsgemässen Resonatoren oder aktiven Elemente verwendet werden.

In Fig. 6 ist ein aktives Element 64 in der geometrischen Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds gezeigt, dessen Querschnitt die Form eines gleichseitigen Dreiecks hat. Aus der Zeichnung geht hervor, dass ein Pfad 66 für intern reflektierte Strahlen in diesem Parallelepiped 64 ebenfalls ein gleichseitiges Dreieck mit dem Strahlenweg bildet, die auf die drei Flächen des aktiven Elements 64 mit einem

- 16 -

909806/0535 _BAD ORIGINAL

"^l6" H64678

Einfallswinkel von 30° auftreffen* Sin für das in Yig. 6 gezeigte aktive Element 64 verwendbares Material ist ein Rutilkristall mit dem Brechungsindex 2,85 und daher einem kritischen Winkel von etwa 21°.

Eine andere für den Resonator oder das aktive Element des erfindung gemXssen Lasers verwendbare geometrisch» Form ist in Pig. 7 dargestellt, wo der Querschnitt eines Festkörper-Resonators 68 die Form eines regelmäßigen Fünfecks hat. Sie Strahlen, die von den angeregten Atomen ausgehen* können einem ersten Pfad 70 folgen, um auf < Seiten des FUnfecks mit einem Einfallswinkel von 5^° aufzutreffen. Um die durch diesen Pfad 70 wandernden Strahlen auszunutzen, muss das aktive Element 68 z.B. aus Lithiumfluorid bestehen, das mit see] wertigem Uran dotiert sein kann. Der Breohungsindex von Lithiumfluo: ist 1,37, und daher ist der kritische Winkel etwa ^7°.

Die Strahlen können auch einem zweiten Pfad 72 folgen, der ein grunc legend anderes Schema als das des Pfades 70 bildet. Venn man den zw< ten, duroh gestrichelte Linien angedeuteten Pfad 72 verfolgt, ergibt sich, dass die diesem Pfad 72 folgenden Strahlen zeitweilig in einez Richtung wandern, die parallel einer gegebenen Seite des Fünfecks i£ und dann auf die Seite, die der gegebenen Seite benachbart ist, mit einem Einfallswinkel von 18° auftreffen, der kleiner 1st als der Eis fallswlnkel der Strahlen in dem ersten Pfad 70· Venn die Strahlen in dem zweiten Pfad 70 oder in parallel dazu verlaufenden Pfaden ausgenutzt werden sollen, muss das Material des aktiven Elements 68 einen kritischen Winkel von weniger als 18° haben und daher einen Brechung index, der noch höher 1st als der des Rutils.

Die Ausführungsbeispiele der aktiven Elemente für die Laser nach der Erfindung sind oben als Prismen beschrieben und gezeigt worden, durch die Querschnitte in einer Ebene geführt worden sind, welche senkrecht zu den Fliehen der Prismen steht, bei denen es sich mindestens im wesentlichen um gleichwinklige und gleichseitige Yleleoke handelt. Für aktive Elemente mit einer solchen geometrischen Form muss der Brechungeindex n_Q gleich !Γ ^seln* worin M gleich der

X )

Seltenzahl des Vielecks ist. Wenn das'aktive Element in «in Medium mit dem Brechungsindex n, eingetauscht wird, muss das Verhältnis J^ gleich 1 sein. _3AD ORIGINAL ⁿl

9 Q S G 0 6 / 0 5 3 B ■

Die in Pig. I, 2, 2a und 3 gezeigten aktiven Elemente der Laser nach der Erfindung sind als Laser mit hohem φ beschrieben worden, und in Verbindung mit dem in Fig. 4 veranschaulichten aktiven Element wird . die Art und Weise beschrieben, in der eine kohärente Strahlung aus dem aktiven Element austreten kann. Es dürfte selbstverständlich sein, dass die in den aktiven Elementen nach Pig. 1, 2, 2a, 6 und 7 erzeugte kohärente Strahlung aus dem aktiven Element dadurch ausgekoppelt werden kann, dass eine Störung auf oder in einem Teil einer Fläche des Elements erzeugt wird. Diese Störung kann z.B. die Form eines Höckers auf dem aktiven Element oder eine Nut in dem aktiven Element haben, um die Strahlung in das umgebende Medium in beliebiger bekannter Weise zu lenken. Die kohärente Strahlung kann auch dadurch aus dem aktiven Element ausgekoppelt werden, dass im Abstand von etwa einer Wellenlänge von dessen einer Fläche ein Körper 73 (Fig. 7) aus einem Material angebracht wird, dessen Brechungsindex dem des aktiven Elements gleicht und der eine beliebige geometrische Form hat, um die Strahlung durch ihn hindurch zu einem gewünschten Ort in bekannter Weise zu lenken.

Die Erfindung ist nicht auf aktive Elemente beschränkt, deren Querschnitte regelmässige Vielecke sind. In Fig. 8 ist ein aktives Element 74 dargestellt, das die geometrische Form eines Prismas hat, dessen Querschnittsbereich die Form eines Sechsecks hat, das weder gleichwinkl. noch gleichseitig ist. Vier der sechs Seiten des Sechsecks sind gleich lang und mit L, bezeichnet, und die übrigen beiden Seiten, die einander gegenüberliegen, haben je die Länge Lp, die grosser als die Länge der Seiten L- ist. Obwohl die Seiten Lp länger als die Seiten L, dargestellt sind, können sie auch kürzer sein. Die zwischen den Seiten L, in Fig. 8 gebildeten Winkel sind 90°, und daher treffen die'Linien eines Pfades J6, wenn sie parallel zu den Seiten L_ gezogen werden, die Seiten L, mit einem Winkel von 4-5°, so dass die Strahlen, die entlang des Pfades 76 wandern, auf jede der Seiten L^ mit einem Winkel von 45° auf treffen. Das aktive Element mit der in Fig. 8 gezeigen geometrischen Form kann daher aus demselben Material hergestellt werden wie die in Fig. I, 2, 2a und 4 gezeigten aktiven Elemente, z.B. aus Kalziumfluorid, das den Brechungsindex 1,43 und damit einen kritischen Winkel von etwa 47° hat. Wie bei den in den anderen Figuren gezeigten aktiven Elementen sind die nützlichen Strahlen zur Emissionsanregung ~ in einem Laser nicht auf die im Pfad 76 wandernden Strahlen beschränkt. Aus den obenstehenden Erläuterungen geht hervor, dass die Strahlen auch, auf anderen Pfaden wandern können» die mehrfache interne Reflexion

COPY \ BAD ORIGIMAL"

-ie - 1464676

bewirken, bevor die Strahlen den kritischen Winkel oder eine Störm auf oder in dem aktiven Element erreichen und nach den Brechungsprinzipien aus dem aktiven Element hinausübertragen werden.

In Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel eines Festkörper-Resonators : dargestellt. Das aktive Element 10 ist mit zylindrischer Form dargestellt, der die Längsachse Z, den Radius R, die Länge L, die Man1 fläche 12 und die Endflächen 14 besitzt. Die Pumpenergie, die eine] der beiden Endflächen oder beiden zugeführt werden kann, wird, durcl Pfeile 16 angedeutet. Die Dielektrizitäts-Konstante des Festkörper-Resonators soll mit ^bezeichnet werden, und die Dielektrizitäts-Koi stante des umgebenden Mediums, z.B. Luft, sei £_Q. Die Abmessungen ] und R unterliegen keinen Einschränkungen, aber das aktive Element darf sich nicht in der Z-Richtung verjüngen und ist in der Ebene Rj die senkrecht zur Z-Achse des Kristalls liegt, kreisförmig. Die Auf fläche 12 des aktiven Elements 10 muss hochglanzpoliert sein und se eine optisch glatte Oberfläche bilden, d.h., die OberflächenunregeQ mässigkeiten müssen kleiner sein als die entsprechende Lichtwellenlänge J^ . Beim Anlegen von Pumpenergie 16 an den Festkörper-Resonat 10 werden Strahlen erzeugt, die intern in der R/£ Ebene verlaufen durch die Mantelfläche 12 reflektiert werden. Das Reflexionsvermöge ist dabei von dem Winkel abhängig, mit dem diese Strahlen auf die 5 12 auftreffen. Fig. ^. zeigt eine Ebene R, φ des Festkörper-Resonato 10, in der der Strahlenweg auf den Punkt 18 seiner Mantelfläche unt dem Winkel 0 a auffällt. Der kritische Winkel eines gegebenen Mat aus dem der Festkörper-Resonator 10 hergestellt ist, wird wiederum mit Q^ bezeichnet» Äusserdem zeigt Fig. la einen Strahlenweg mit dem Winkel @u , der ebenfalls auf den Punkt 18 der Mänteiflache tri Der WiIuCeIQ₁ ist darstallungsgemäss grosser als der kritische Wink

len, die auf den Punkt 18 unter einem Winkel auftreffen, der grösse: ist als 0 , z.B. mit dem Winkel ® ,, werden daher total reflektie: und keine Energie gelangt aus dem aktiven Element hinaus, während d: Strahlen, die auf den Punkt 20 mit einem kleineren Winkel als dem k] tischen Winkel, z.B. mit dem Winkel O ₂ auf treffen, teilweise aus de Festkörper-Resonator 10 austreten.

COPY ' EA- CRlQiNAL 9Q9806/0535

vis ■

-&- H64678

Der Brechungsindex des Festkörper-Resonators 10 hat den Wert:

η -it

Da die Strahlen, die auf die Mantelfläche 12 des Festkörper-Reso-

auftreffen iators 10 mit einem kleineren als dem kritischen Winkel, nicht total intern reflektiert werden, können diese Strahlen keine Wellentypen mit hohem Q im Festkörper-Resonator erzeugen. Andererseits werden •lie Strahlen, die auf die Mantelfläche 12 mit einem den kritischen Winkel überschreitenden Winkel auftreffen, total reflektiert, so dass Wellentypen mit relativ hohen Q-Werten entstehen. Aus Fig. 9a geht hervor, dass der wesentliche Teil des zylindrischen Festkörper-Aesonators auf einen Hohlzylinder reduziert werden, wie er in Fig. 10,10a und 10b dargestellt ist. Die Wandstärke des Hohlzylinders, d.h. der Anstand zwischen den zylindrischen Aus sen- und Innenflächen •jestimmt sich durch den kritischen Winkel des Materials, aus dem der Festkörper-Resonator 10 besteht.

Fig. 11 zeigt eine Wellentype, bei der der kritische Winkel gleich 0 -, ist. Der Fig. 11 ist zu entnehmen, dass ohne weiteres ein Zylinder, dessen Querschnitt einen Radius R sin£) -, besitzt aus einem zylindrischen Festkörper-Resonator entfernt werden kann, ohne dass die Betriebsweise gestört wird.

Fig. 12 zeigt einen Schnitt durch einen Festkörper-Resonator, bei dem die Strahlen auf die Mantelfläche unter einem Winkel €k auf treffen, der grosser als der Winkel ©.-, ist. Der Zylinder, der aus dem zylindrischen Festkörper-Resonator entfernt werden kann, ist Her grosser als der in Fig. 11. Daher hat der in Fig. 12 gezeigte hohl zylindrische Festkörper-Resonator eine geringere Wandstärke als der nach Fig. 11, ?renn angenommen wird, dass der Aussendurchmesser in beiden Fällen gleich 2R ist. Die maximale Zahl von Wellentypen, die in einen Würfel des Volumens Eins über ein Frequenzintervall Δ f hinweg aufrechterhalten werden können, lässt sich mit Hilfe der Gleichung N = 8tf f 4^fc" bestimmen, wobei f die Arbeitsfrequenz und c die Lichtgeschwindigkeit in dem Würfel sind. Es gibt sehr viele Wellentypen, die für ein Gebilde praktischer Grosse die Grenzbedingungen erfüllen. Der Energieverlust pro Volumeneinheit und der Betrag der elektromagnetischen Energi der Lichtwellen sind aber für jede Wellentype anders. Das Verhältnis

909306/0536 ; - 21 - COPY.

beider Werte, d.h. der zur jeweiligen Wellentype gehörende Q-Wert, ist bestimmend für die Auswahl einer geeigneten Wellentype. Beim Laserbetrieb brauchen in dem Pestkörper-Resonator nur einige wenige Wellentypen, vorzugsweise aber nur eine, erzeugt zu werden. In den AusführungsformeZn des Pestkörper-Resonators gemäss der Erfindung werden die Wellentypen, deren Ausbreitungsvektoren eine Komponente in der Z-Richtung haben, nicht zur Resonanzbildung im Pestkörper-Resonator herangezogen, da sie einen niedrigen Q-Wert und damit einen grossen Energieverlust bewirken. In den oben beschriebenen erfindungsgemässen Pestkörpern sind deshalb nur die in den zur Z-Richtung des aktiven Elements senkrechten Ebenen auftretenden Wellentypen von Interesse. Im letzten Falle also die Wellentypen in der Ebene R^ φ wo allein der Einfallswinkel die Wellentype festlegt. Anders ausgedrückt, eine bestimmte Wellentype hat nur einen bestimmten Einfallswinkel. Dieser Winkel soll mit© bezeichnet werden. Wellentypen, deren Einfallswinkel kleiner .sind als der kritische Winkel 0 . der gleich arc sin-y £sL ist, können ebenfalls ausgeschlossen werden, da hier der

Energieverlust ziemlich gross ist.

Beim Betrieb von Lasern, deren Pestkörper-Resonator gemäss einem Erfindungsgedanken eine zylindrische Form hat, sind daher die Wellentypen von Interesse, die durch Strahlen mit Einfallswinkeln zwischen dem kritischen Winkel & und 90° verursacht werden. Der Q-Wert dieser Wellentypen ist eine Punktion von<S?> und wird ausgedrückt durch:

ο -

worin C*> die Kreisfrequenz, W die in dem Volumen gespeicherte EM-Energie des Lichtes, P der auf Fehlern in der Oberfläche des Pestkörper-Resonators beruhende Energieverlust und P die von Atomen in dem betrachteten Volumen absorbierte Energie ist. Q ist daher proportional der in dem Volumen des Pestkörper-Resonators gespeicherten elektromagnetischen Energie, wenn jeweils nur eine bestimmte Wellentype in Betracht gezogen wird. Die in einem Volumen gespeicherte elektromagnetische Energie ist proportional der Summe der gleichphasigen Ebenenbereiche multipliziert mit dem Quadrat der Amplitude. Ausserdem ist die Energie bei der Q Wellentype proportional der Länge einer

- 21 - 90 9806/0 53 5

gleichphasigen Linie in der Ebene R , W. Die Länge einer dieser gleichphasigen Linien ist gleich

Dagegen ist Q umgekehrt proportional dem Energieverlust. Ein Teil dieses Energieverlustes P ist proportional dem Volumen, wobei das

^v 2

Volumen bei einem Wellentyp als proportional cos 0 angesehen werden kann. Der andere Teil des Energieverlustes P₀ ist durch Fehler in der Oberfläche des aktiven Elements bedingt, d.h. durch mangelhafte Glätte, Kratzer und andere Formveränderungen. Wenn P grosser ist als P , dann ist Q proportional ctg ©Hjos 0. Wenn dagegen P viel kleiner ist als P . dann ist Q proportional zu ■— -

_v, v«^ *„„ -o, *,. w*w* ™*«*α. ~- sin φ. Kurven,

die diese beiden Funktionen darstellen, sind in Fig. IJ gezeigt. Da, wie schon erwähnt,- die einzig interessierenden Q-Werte diejenigen sind, die zwischen dem kritischen Winkel<§) und 90° liegen, zeigt Fig. 14 eine graphische Darstellung des Q-Wertes eines Festkörper-Resonators, dessen kritischer Winkel etwa 44 beträgt, z.B. Kalziumfluorid. Der kritische Winkel ist natürlich eine Funktion der Frequenz, und daher ist die Abschlusslinie bei dem kritischen Winkel jeweils nur für eine Arbeitsfrequenz vertikal. Die aktiven Atome in dem Laser geben jedoch ihre Energie in einem Frequenzband endlicher Bandbreite ab, wodurch die Q-Kurve leicht abgewandelt wird, wie es Fig. 15 zeigt. Im Betrieb des Lasers stellt sich deshalb eine Wellentype ein, der ein Winkel @zugeordnet ist, der mindestens dem Winkel , d.h. dem Spitzenwert von Q (Fig. 15) entspricht, um eine angeregte

Emission in dem Laser zu erzeugen.

Es muss aber beachtet werden, dass eine Grenzbedingung für Aibeitswinkel existiert, die grosser sind, als der kritische Winkel Ä · Diese Grenzbedingung lautet:

worin η eine ganze Zahl Tt- « die Oberf lachen -Wellenlänge

s sin ® , f-f—l

A^ die Wellenlänge im Material, die ihrerseits A_o"y -ψ-ist, und R der Radius des zylindrischen Festkörper-Resonators ist. Der Winkel © , der die Gleichung (1) erfüllt und der dem kritischen Winkel © _Q am nächsten kommt, ist der Arbeitswinkel, der die Wellenbype d3- Festkörper-Resonators festlejttv Erfahrungsgemäss weicht der

BAD ORIGINAL

als einige Sekunden ab.

Pig. 16 und 17 zeigen We 11 en ty pens ehernen in Form von gleichphasigen Linien in der Ebene R _; ψ für zwei zylindrische Pestkörper-Resonatoren mit gleichem Aussenradius, von denen der in Pig. 16 gezeigte Pestkörper-Resonator aus Kalziumfluorid mit dem Brechungsindex 1,4^ und der in Fig. 17 aus Rutil mit dem Brechungsindex 2,82 besteht.. Die Linien zwischen den Innen- und Mantelflächen stellen gleichphasige Linien für die Arbeitsfrequenz dar. Gemäss Pig. 16 und 17 ist der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Wellenfronten an den Mantelflächen gleich , und an den Innenflächen gleich

/ ^ Γ jr*\ ιέ"" ' *

wobei Jlg gleich Jv, ₀ V "TT "¹^ ^sin ^ gleich τ/ ητ- sind. Dies gilt sowohl bei Kalziumfluorid als auch bei Rutil.

In den Fig. l8, 19 und 20 werden verschiedene Beispiele für die Ausführung einer Vorrichtung zum Entnehmen der Energie aus dem erfindungsgemässen Pestkörper-Resonator gezeigt. In dem Beispiel nach Fig. l8a ist eine Nut in die Mantelfläche bzw. Aussenfläche in einer zur Z-Achse parallel verlaufenden Richtung eingeschnitten. In einem weiteren Beispiel werden an Stelle einer Nut mehrere Nuten, z.B. bis zu mehreren hundert Nuten in Form eines Strichgitters parallel zur Z-Achse auf der Aussenfläche eingeschnitten, vergl. Fig. l8b. Bei richtiger Herstellung erzeugt das Strichgitter eine im wesentlichen parallele Strahlfläche. Dieses Strichgitter könnte auch als Filter wirksam sein, um so das durch die atomischen Schwingungen hervorgerufene Frequenzband bei der Ausstrahlung einzuengen. Diese Nuten können auch je nach Bedarf mit einem verlustarmen·Material geeigneter Dielektrizitätskonstante ausgefüllt werden. Die Intensität der Ausgangsstrahlung kann dadurch gesteuert werden, dass an die Aussenfläche des Festkörper-Resonators ein Streifen aus einem Material mit einer mittleren Dielektrizitäts-Konstanten £*J gelegt wird, um die erforderlichen Bedingungen zu erfüllen, nach denen die Dielektrizitäts-Konstan des Lasermaterials gleich £ und die des umgebenden Materials, z.B. Luft, gleich £' _Q ist. Der Materialstreifen wird auf die Aussenfläche in der zur Z-Achse parallelen Richtung angelegt. Ein Querschnitt durch den Streifen 2.6 und einen Teil des Festkörper-Resonators ist in Fig. l8c dargestellt. Die Intensität der Strahlung hängt natürlich von der Breite w des Materialstreifens mit der Dielektrizitats-Konstante* <£' ab, da der belastete Q-Wert des Festkörper-Resonators sinkt, wenn

909806/053 Z ^n original /

die Breite dieses Materials vergrössert wird.

Pig. 19 zeigt einen Laser, dessen Pestkörper-Resonator einen Lichtleiter verwendet, um die Lichtenergie auszukoppeln. In Pig. I9 hat der Pestkörper-Resonator 28 die Form eines Hohlzylinders, worin konzentrisch ein zylindrischer Tragkörper 50 angeordnet ist, in dessen Aussenfläche eine wendelförmig vom oberen Teil des Tragkörpers 50 zu dessen unterem Teil verlaufende Nut 52 eingeschnitten ist. Der Tragkörper 50 besteht aus einem verlustarmen dielektrischen Material, z.B. Glas, dessen dielektrische Konstante etwas kleiner als die des Pestkörper-Resonators 28 ist. Der untere Teil des Tragkörpers 50 dient als Sitz für den hohlzylindrischen Festkörper-Resonator 28 und ist so ausgebildet, dass die Lage des Hohlzylinders leicht justiert werden kann. In der Nut 52 verläuft ein Lichtleiter 54, dessen Durchmesser die Grössenordnung der entsprechenden Lichtwellenlänge hat. Die Nut hat eine solche Ganghöhe, dass zwischen zwei benachbarten Windungen eine vernaehlässigbare gegenseitige Kopplung besteht. Der Abstand zwischen der Innenfläche des Pestkörper-Resonators 28 und dem Lichtleiter 54 muss die Grössenordnung einer Wellenlänge haben. Der Lichtleiter 54 kann am unteren Ende 36 verjüngt sein, damit von diesem Ende aus eine verlustlose Reflexion stattfindet und so nahezu die ganze aus dem Pestkörper-Resonator 28 austretende kohärente Strahlung am oberen Ende 58 des Lichtleiters 54 austreten kann. Soll an beiden Enden des Lichtleiters die Strahlung austreten, darf nicht ein Ende verjüngt sein. Der Brechungsindex des Lichtleiters 54 muss wesentlich höher als der des Pestkörper-Resonators 28 sein. Der Zwischenraum zwischen dem Pestkörper 28 und dem Tragkörper 50 ist mit einem Material ausgefüllt, dessen Brechungsindex etwa gleich dem des Tragkörpers 50 ist.

In Fig. 20 und 20a ist eine andere Vorrichtung dargestellt, die zum Entnehmen der kohärenten Strahlung aus dem Festkörper-Resonator des Lasers dient. Pig. 20 zeigt die Draufsicht auf einen Pestkörper 40 und eine Lichtkopplungsplatte 42, deren eines Ende am Pestkörper 40 anliegt. Die Platte 42 ist in einer Ebene angeordnet, die durch die Z-Achse des Pestkörpers 40 hindurchgeht. Das dem Pestkörper 40 abgewandte Ende der Lichtkopplungsplatte 42 ist z.B. in einem Winkel von 450 abgeschrägt, damit die Strahlung leicht aus der Platte

__2if_ 909806/0535 bad original

in belibiger Form austreten kann. Der Pfad eines der durch die Platte hindurchtretenden Strahlen wird mit 44 in Fig. 20 gezeigt. Fig. 20a zeigt, die Seitenansicht der Anordnung.

Fig. 21 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lasers gemäss der Erfindung, bei dem eine Pumpquelle 48 innerhalb eines hohlzylindrischen Festkörpers 26 des Lasers angeordnet ist. Die Pumpquelle 48 kann eine sehr starke Blitzlampe oder eine kontinuierliche Strahlung aussendende Entladungsröhre sein. Eine Nut 50 ist auf der Aussenfläche des Festkörpers 46 eingeschnitten und verläuft entlang einer zur Z-Achse 46 parallelen Linie. Zwischen der Pumpquelle 48 und dem Festkörper-Resonator 46 ist ein Filter 52 angeordnet, durch das jede unerwünschte Strahlung aus der Pumpquelle herausfiltriert wird, bevor sie auf den Festkörper auftrifft. Der Festkörper 46 ist konzentrisch von einer Hülse 54 umgeben, die eine stark reflektierende Innenfläche hat, um in den Festkörper 46 die Pumpstrahlung zurückzuleiten, die evtl. durch den Festkörper 46 hindurch aus der Quelle 48 herausgedrungen ist. In der Hülse 54 befindet sich parallel zur Z-Achse des Festkörpers 46 ein Schlitz 56, der in bezug auf die Nut 50 so angeordnet ist, dass die Ausgangsstrahlung aus der Nut 50 durch die Hülse 54 hindurchdringen kann. Die Ausgangsstrahlung wird durch einen geeigneten Lichterapfänger 58 festgestellt, der 'in der Bahn der Ausgangsstrahlung angeordnet ist. Zwischen dem Lichtempfänger 58 und der Nut 50 ist ein Filter 60 vorgesehen, das unerwünschte Störfrequenzen ausfiltert.

Bei den oben erwähnten aktiven Elementen handelt es sich um Festkörper-Elemente oder Kristalle, Die aktiven Elemente der Erfindung können aber auch aus Flüssigkeiten bestehen, die die richtigen Brechungsindizes haben und sich in geeigneten Behältern befinden. Der Brechungsindex des Behälters kann gleich dem der Flüssigkeit sein.

Auch die zuletzt beschriebenen AusfUhrungsformen des Pestkörper-Resonators können bei extrem tiefen Temperaturen betrieben werden, Indem wie oben schon beschrieben, ein Ende des zylindrischen aktiven Elements an einem "kalten Finger" eines Dewar-Qefässes befestigt wird.

Zusammenfassend sei festgestellt, dass beliebige Formen des Festkörper-Resonators zur Erzeugung einer kohärenten Strahlung verwendet

909806/0535 _{AD 0BiG}iNAL - 25 -

werden können, wenn nur sichergestellt ist, dass die Strahlen innerhalb des Pestkörpers oft genug reflektiert werden. Hierzu müssen die reflektierenden Flächen des Pestkörpers im optischen Sinne hinreichend glatt sein und der Brechungsindex im Zusammenwirken mit der Lage der reflektierenden Pläohen muss dabei so gewählt sein, dass Mehrfachreflexionen stattfinden können.

BAD ORIGINAL
909806/0535

Claims

Docket IO 449 / 10 451 Böblingen, 5* Oktober 1962 bu-li

Patentansprüche

Laser, Ib dessen Medium dl· bei Anregung der darin enthaltenen Atone durch eine Pumpenergie entstehenden Lichtstrahlen infolge innerer Reflexion stehende Wellen bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Gfrenzfllche zwischen dem als optisch dichten Medium wirkenden Lasermedium und dem umgebenden optisch dünnen Medium in ihren Verlauf so festgelegt ist, dass die Normalen der einzelnen 71Kohen>Abschnitte oder der Tangenten der Plächenabsohnltte im Funkt des Jeweiligen Strahleneinfalia einen Winkel zum Einfallswinkel bilden, der mindestens annlhernd gleich dem Orenzwinkel ist, eo dass in Lasermedium Totalreflexion entsteht.

Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Grenzfläche das Lasermedium nach Art eines Polyeders umsohlieast, dessen Querschnitt in der Bbene des inneren Strahlengangs ein Polygon bildet«

Laser nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermedium durch die geschlossene QrenzflKohe nach Art eines Prismas umschlossen wird, dessen Querschnitt la der Bbene des Inneren Strahlengang· ein regelmlssiges Tleleck bildet, ao dass sich der Brechungsindex B₀ des Lasermediums in Abhängigkeit von der Seitenzahl N aus der Gleichung

ⁿo

sin

BAD ORiGaNAL

ergibt.

- 26 - 909806/0535

Laser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermedium durch eine Grenzfläche in Gestalt eines Parallelepipeds umschlossen wird, dessen Grundfläche parallel zur Strahlengangebene liegt.

Laser nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermedium durch eine Grenzfläche in Gestalt eines rechtwinkligen Parallelepipeds umschlossen wird, so dass sich dessen Höhe senkrecht zur Strahlengangebene in der Richtung Z erstreckt.

Laser nach dem Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermedium einen Brechungsindex gleich dem Wert y 2^ aufweist.

Laser nach mindestens einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekenn-

das
zeichnet, dass rechtwinklige Parallelepiped durch ein sechseckiges Prisma ersetzt wird, das längs einer Diagonalen in der Strahlengangebene aus dem rechtwinkligen Parallelepiped herausgeschnitten ist.

Laser nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Grenzfläche das Lasermedium in Gestalt eines Zylinders umschliesst, dessen Grundflächen parallel zur Strahlengangebene liegen und dessen Achse sich in hierzu senkrechter Richtung Z erstreckt.

Laser nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Grenzfläche das Lasermedium in Gestalt eines Hohlzylinders umschliesst, dessen Wandstärke abhängig von dem Brechungsindex und damit abhängig vom Grenzwinkel des Lasermediums ist.

^j Laser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekenn- ° zeichnet, dass das Lasermedium aus einer Fluoridverbindung, insbe-

cx> sondere aus mit dreiwertigem Uran oder zweiwertigem Samarium do-CT5 tierten Kalziumfluorid besteht.

ο*· Laser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn-

cn zeichnet, dass sich das Lasermedium im flüssigen Zustand befindet.

Laser nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Plüssig-

BAD ORIGINAU

keitsbehälter die gleiche Dielektrizitätskonstante wie die Flüssigkeit besitzt.

Laser nach dem Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenergiequelle im Innern des Hohlzylinders angeordnet ist.

Laser nach dem Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder mit einer die Pumplichtstrahlen reflektierenden Hülle umgeben ist.

Laser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis lh, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auskopplung des kohärenten Lichtstrahls an einem im wesentlichen in Z-Richtung verlaufenden Flächenteil der Grenzfläche ein Materialstreifen angeordnet ist, dessen Dielektrizitätskonstante etwa einem Mittelwert entspricht, der sich aus der Dielektrizitätskonstanten des Lasermediums und der des umgebenden Mediums ergibt.

Laserauskopplungsvorrichtung nach dem Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Materialstreifen direkt auf der Grenzfläche aufsitzt.

Laserauskopplungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Materialstreifen etwa im Abstand einer Wellenlänge vor der Grenzfläche angebracht ist.

Laser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis lh, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auskopplung des kohärenten Lichstrahls an der Grenzfläche eine Lichtkopplungsplatte angebracht ist, deren Ebene in Z-Richtung und normal zum Grenzflächenabschnitt ihrer Befestigung gerichtet ist.

Laser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auskopplung eines kohärenten Lichtstrahles die im wesentlichen in Z-Richtung verlaufenden Grenzflächenabschnitte von einem fadenförmigen Lichtleiter wendelartig umgeben sind..

OAD ORIGINAL - 28 - 909 806/0 53 5

Auskopplungsvorrichtung nach Anspruch 19* dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiterdurchmesser etwa einer Wellenlänge entspricht.

Auskopplungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 19 und

20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganghöhe des Lichtleiters so gewählt ist, dass die Kopplung zwischen zwei benachbarten Windungen zu vernachlässigen ist und dass die Lichtleiterwendel sich in Z-Richtung über die Gesamtlänge der Grenzfläche erstreckt.

Auskopplungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 19 bis

21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Lichtleiters zum Zwecke eines reflexionsfreien Abschlusses verjüngt ausläuft.

Laserauskopplungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines hohlzylinderartig gebildeten Lasermediums die Lichtleiterwendel auf einem verlustarmen, zylindrischen Tragkörper aufgebracht ist, dessen Dielektrizitätskonstante etwas kleiner als die des Lasermediums ist und der in den Hohlzylinder eingeschoben ist, wobei der Abstand zwischen der Innenwand des Hohlzylinders und der Lichtleiterwendel dem Wert einer Wellenlänge entspricht.

Laser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auskopplung eines kohärenten Lichtstrahles die Grenzfläche eine in Z-Richtung verlaufende Nut aufweist.

Laser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auskopplung eines kohärenten Lichtstrahles die Grenzfläche mehrere in Z-Richtung verlaufende Nuten aufweist, die nach Art eines Strichgitters angeordnet sind.

LaserEuakopplungsvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 24 und 25» dadurch gekennzeichnet, dass die Nut oder die Nuten n»it einem dielektrischen Material ausgefüllt sind.

Laser nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 und nach den Ansprüchen 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betrieb des Lasers eine Kühlung bis herunter zur Temperatur eines flüssigen

Gases vorgesehen ist. 909806/0535