DE1539793A1 - Vorrichtung zur Laser-Modulation durch Vibrationen - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORE DlPL.-lNG. GRALFS Dr. MANlTZ

PATENTANWÄLTE

18. Juli 1966 Il/Gl - 0 734-

Gompagnie Generale d'Electricity

54, Eue La Boetie, Paris 8

Frankreich

Vorrichtung zur Laser-Modulation durch

Vibrationen. %

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Modulation einer in einem optischen Hohlraum ausgelösten Laser-Emission und/ oder zur Steuerung des Auslöserhythmus des Lasers durch Vibrationen eines der Elemente des optischen Hohlraumes.

Es ist bekannt, dass ein geeigneter fester Stab (Rubin, durch Neodym vergütetes Glas usw.), der einer optischen *

Pumpwelle ausgesetzt wird und sich in einem optischen Hohlraum, im allgemeinen einem Perot-labry-Interferometer, befindet, eine Laser-Emission liefert, die ausgelöst wird, wenn dieser Hohlraum eine optische Renonanzüberhöhung aufweist, die eine gewisse Schwelle überschreitet. Es sind verschiedene Vorrichtungen zur Laser-Auslösung bekannt, die auf diesem Prinzip beruhen; sie umfassen z.B. ein Drehprisma oder einen undurchlässigen Schirm, der wegge-

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nommen wird, oder eine elektro-optische Zelle (Kerr-Zelle, Pockels-Effekt), oder auch irgendeine analoge Vorrichtung.

Wenn ein solcher Laser mit Wiederholung arbeiten soll, so ermöglichen die bekannten Vorrichtungen nur einen iä.ativ langsamen Wiederholungsrhythmus, z.B. einige Auslösungen oder einige zehn Auslösungen pro Sekunde. In vielen Anwendungen ist es zweckmässig, den Laser mit viel schnellerem Rhythmus arbeiten zu lassen, z.B. mit einigen zehn Kilohertz, wobei die Zeit zwischen zwei Auslösungen natürlich viel langer ist, als die Zeit, die notwendig ist, um das obere Niveau wiederaufzufüllen, (in der Grössenordnung von 1/U s) und die wiederum wesentlich langer ist, als die Dauer der ausgelösten Emission.

Die Verwendung einer Kerr-Zelle im Wechselbetrieb ist zwar im Prinzip geeignet, ergibt aber nur sehr mittelmässige Resultate: Die Kerr-Zelle selbst mit Fenstern mit normalem und nicht mit Brewsterschem Einfallswinkel weist aus technologischen Gründen Reflexionen an der Austritts- und an der Eintrittsseite auf, woraus sich Verluste im optischen Hohlraum ergeben. Im Wechselbetrieb weist sie beachtliche elektrische Verluste auf, sie wird erwärmt und es tritt eine Entgasung a&£- ein, die aucli noch den optischen Wirkungsgrad vermindert usw.

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Die Erfindung liefert dagegen eine einfache Möglichkeit, den Gütefaktor eines optischen Hohlraumes mit einem eventuell raschen Rhythmus unter dem Einfluss mechanischer Vibrationen zu verändern.

Gemäss der Erfindung umfasst ein Laser-Hohlraum, der einen für eine Laser-Emission geeigneten Stab, vorzugsweise ein Perot-Fabr.v-Interferometer, enthält, ein Hilfs-Interferometer vom Typ Perot-Fabry, das von einem Wandler durch Elektrostriktion, !Magnetostriktion oder analog gesteuert wird, wobei sich dieses Hilfs-lnterferometer vom Typ Perot-Fabry im Innern dieses Laser-Hohlraumes befindet·

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das er wähnte Hilfsinterferometer von einer festen Fläche, vorzugsweise einer polierten Seite des Stabs und einem vibrierenden Blatt gebildet, welches aus einer reflektierenden Oberfläche, z.B. einem Interferenzspiegel mit meheren di- ä elektrischen Schichten besteht; dieses Blatt wird von einem Elektrostriktion- oder Magnetostriktions-Wandler getragen. Dieses Hilfsinterferometer stellt ein im Durchlass arbeitendes Perot-Fabry-Interferometer dar.

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser ist:

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Fig.1 die schematische Darstellung eines praktischen Ausführungsbeispieles der Erfindung,

Fig.2 die Übertragungskurve eines Interferometers vom Typ Perot-Fabry.

Es ist bekannt, dass der Übertragungskoeffizient eines aus zwei Blättern mit parallelen Flächen bestehenden Interferometers durch die sogenannte "Airy-Formel" gegeben ist:

A =

+ m sin ρ

Dabei ist: m ein Koeffizient, der vom Material der Blätter und vom festen oder gasförmigen Medium zwischen den beiden

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Blättern abhängt; ρ gleich -r- 2 η e cos oC , wobei oC der Einfallswinkel der Lichtstrahlen ist; e die Dicke des Mediums zwischen den Blättern und η der Brechungsindex dieses Mediums.

Angenommen, das Lichtbündel fällt unter einem normalen Einfallswinkel ein und das Medium ist Luft (η =« 1), dann wird die Formel:

A =

K 009810/0771

Angenommen, e ist gleich 0,34-715 dhh» so zeigt die Berechnung, dass für einen mittleren /\, -Wert von 694-3 A eine Änderung von etwa 7 A notwendig wird, um von einem Maximum der repräsentativen Kurve von A (Fig.2) zum anderen zu gelangen.

Bei einem Rubinlaser, bei dem die mittlere Frequenz des Lichtbündels 694-3 A beträgt, ist die Breite des Fluoreszent-

bandes ungefähr 3 A, d.h. sie ist geringer, als der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Maxima der Kurve von Fig.2.

Das zeigt, dass bei richtiger Wahl der Dicke des Interferometers eine völlige Löschung der vom Laser ausgesandten Strahlen möglich ist.

Nimmt man ausserdem eine konstante Wellenlänge an, so kann man die Dicke des Interferometers so ändern, dass der Wert des Übertragungskoeffizienten über zwei aufeinanderfolgende Maxima geht.

Diese aufeinanderfolgenden Maxima können für zwei Dicken e. und βρ erreicht werden, z.B.: ·

= k K /2

= e^ +Ae - (k

Für einen mittleren Wert von e « 0,34-715 mm und von l\- 694-3 A

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zeigt die Berechnung, dass /\e gleich ·| = 0,34-715 λι ist; so würde eine Änderung der Dicke von etwa 0,35/U den Übergang des Übertragungskoeffizienten A von einem Maximum zum anderen hervorrufen, und dieser Übergang würde sich in der völligen Löschung des Lichtbündels äussern.

Fig.1 zeigt ein Ausfilhrungsbeispiel der Vorrichtung gemäss fe der Erfindung. Diese Vorrichtung umfasst ein Gestell 1, in der Art einer optischen Bank, auf der ein vollständig reflektierender Spiegel 2, ein teilweise reflektierender Spiegel 13 und ein Laser angebracht ist, der z.B. aus einem Sistall 10 besteht, der mit einer optischen Pumpvorrichtung, wie z.B. einer schematisch in 11 dargestellten Blitzlampe, ausgestattet ist.

Zwischen dem Laser und dem Spiegel 2 ist ein mit 5 bezeichneter Wandler angebracht, der ein Glasblatt 7 trägt, dessen eine Seite 8 mit Materialschichten bedeckt ist, die einen Interferenzspiegel bilden.

Der Wandler 5 ist eine Vorrichtung, die unter dem Einfluss einer elektrischen Steuervorrichtung Längenänderungen in Richtung der Achse 3 erfahren kann. Er wird z.B. aus einem Zylinder gebildet, der aus einem Material besteht, das durch die Wirkung eines magnetischen oder elektrischen Feldes Magnetostriktion oder Elektrostriktion aufweist; das-mag--

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netische oder elektrische Feld wird von einer nicht in der Figur dargestellten Vorrichtung erzeugt. Die Längenänderungen des Wandlers 5 führen dann zu einer Verschiebung des Blattes 7 entlang der Achse 3· Die Seite 9 des Kristall-Lasers 10 -j Kt sorgfältig poliert und bildet mit dem Blatt ein Interferometer mit jarallelen Seiten, dessen Eigenschaften oben beschrieben wurden.

Die Vorrichtung gemäss der Erfindung arbeitet folgendermassen: Wenn sich der Wandler 3 in Ruhestellung befindet, ist der Abstand zwischen dei. Schichten 8 und 9 derart, dass das durch die.i^ Schichten gebildete Interferoneter eine Übertragungsstärke gleich null hat, und zwar für da3 ganze Lumineszensband des Lasers 10 oder für den grössten Teil des Bandes: Die Unterbrechung des Durchganges der Lichtstrahlen bewirkt, dass die Spiegel 2 und 13 nicht mehr als Interferometer arbeiten, und die von der Lampe 15 erzeugte optische Pumpwelle ruft die Inversion der Besetzung des f Energieniveaus des Kristalls hervor. Ein durch eine (nicht dargestellte) Steuervorrichtung des Wandlers gegebenes Signal hat eine Verschiebung des Blattes 7 zur Folge; wenn diese Verschiebung über dem Wert von 0,35^ liegt, z.B. in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, so wird das durch die Seiten 3 und 9 gebildete Interferometer durchlässig und die Resonanzbedingungen sind gegeben, so dass die Laser-Emission ausgelöst wird.

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Claims (7)

Pate nt anspräche

1. Vorrichtung zur Modulation des Gütefaktors eines optischen Hohlraumresonators, dadurch gekennzeichnet , dass ein im Durchlass arbeitendes Hilfsinterferometer vom Typ Perot-labry und dass wenigstens ein durchlässiges Blatt vorgesehen sind, das auf einem Wandler angebracht ist, der diesem Blatt eine Vibrationsbewegung in Richtung der optischen Achse des Hohlraumes verleihen kann»

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,dass die Oberfläche des durchlässigen Blattes einen Interferenzspiegel mit mehreren Schichten umfasst.

3. Vorrichtung zur Modulation des Gütefaktors eines optischen Hohlraumresonators mit einem Kristall-Laser, dadurch gekennzeichnet , dass ein im Durchlass arbeitendes Hilfsinterferometer vom Typ Perot-Fabry vorgesehen ist, das im Hohlraum auf dem Weg des Laser-Lichtbündels angebracht ist und dass das Hilfsinterferometer ein erstes durchlässiges Blatt umfasst, das gegenüber einem zweiten Blatt verschiebbar ist, und dass eine Wandlervorrichtung vorhanden ist, die mechanisch mit dem ersten Blatt verbunden ist und dieses erste Blatt verschieben kann, wodurch der Übertragungskoeffizient des Hilfsinterferometers verändert wird,

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4. Vorrichtung nach. Anspruch 3_t dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlervorrichtung diesem ersten Blatt eine lineare Hin- und Herbewegung längs der Symmetrieachse des Hilfsinterferometers verleihen kann.

5« Vorrichtung zur Modulation des Gütefaktors eines optischen Hohlraumes, in dem sich ein Kristall-Laser befindet, dadurch gekennzeichnet ₅ dass sie ein im Durchlass arbeitendes H' Ifsinterferometer vom 9?yp Perot-Fabry umfasst, das von einer der geschliffenen Stirnflächen des Kristalls und einem Interferenzspiegel mit mehreren Schichten gebildet wird, der parallel zu der Stirnfläche des Kristalls angeordnet ist, und dass eine Wendevorrichtung vorhanden ist, die mechanisch mit dem Spiegel verbunden ist und diesen Spiegel verschieben kann, wodurch der Übertragungskoeffizient des Hilfsinterferometers verändert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , dass die Wandel vorrichtung dem Spiegel eine Vibrationsbewegung verleihen kann, deren Amplitude wenigstens gleich dem Abstand ist, der zwischen zwei Gipfeln der Airy-Kurve besteht, die der mittleren Wellenlänge des Lichtstrahles des Lasers entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5j dadurch g e k e η η -

BAD ORDINAL 009810/0771

seicLaet , dass iev Wandler ein KagaetostrlEtions« wandler ist»

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ORmihlAL 009810/0771

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