DE1564637A1

DE1564637A1 - Optical resonator

Info

Publication number: DE1564637A1
Application number: DE19661564637
Authority: DE
Inventors: Viktor Baumgartner; Roess Dipl-Phys Dr Rer Dieter; Zeidler Dipl-Ing Guenter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-06-24
Filing date: 1966-06-24
Publication date: 1969-12-18
Also published as: DE1564637B2

Description

Optischer Resonator Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Resonator für optische Molekularverstärker (Zaser), bestehend aus einen. aktiven Material und zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des aktiven Materials angeordneten, den Resonator senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung seiner axialen Grundmoden begrenzenden Spiegeln.Optical resonator The invention relates to an optical resonator Resonator for optical molecular amplifiers (Zaser), consisting of a. active Material and two arranged on opposite sides of the active material, delimiting the resonator perpendicular to the direction of propagation of its basic axial modes Reflect.

Bei rvfolekularverstärkern beruht die Verstärkung der elektromagnetischen bzw. lichtelektrischen Leistung auf Der Ausnutzung von Absorptions- und Emiss iensvcrgiingen (ittcr.-ae, in der Materie. Da die innere Energie von Materie Moleküle) im allgemeinen nur in bestimmten -nergieterrz:: vorhanden ist, erfolgt die Abgabe. oder Aufnahme der inneren Energie in der Regel in diskreten Energiebetr@igen, die durch den gegenseitigen Abstand der betreffenden Energieterms, die an der Energieaufnahme cder -abgäbe beteiligt sind, bestimmt sind. Dabei ist der Abstand zv,eier Energieterins Ein und En durch die Beziehung Ein - En = h # frn gegeben. Hierin bedeuten h die Plancksche Konstante und fmn die durch die Differenz der Energieternss bestimmte Frequenz. Nach dieser Beziehung wird bei-Absorption-der Teilchen (z.B. Atom) im Energieterin En die Energie h # fmn zugeführt, das dabei in den höheren Energietern Ein übergeht. Bei Emission sendet das Teilchen, das sich in Energieterm Ein befindet, die Strahlungsenergie h # fnn aus und kehrt damit in den niedrigeren Energieterm En zurück. , Sind die Phasen und Richtungen der ausgesandten Strahlungsenergien verschieden, so wird von der sogenannten "spontanen Emission" gesprochen. Sie i:-t inkohärent und für eine Verstärkung nicht geeignet. Sie ist die Ursache des au: chens. Der Verst:irkirngsriechzni:;r-u" beruht viel- mehr rauf der sogenannten "induzierten E::ission". Sie wird durch folgenden Vorgang be schrieben. Trifft ein Strahlungsquant h # fmn auf ein angeregtes Teilchen im Energieterm En, so kann dieses unter Aussendung eine Strahlungsquanto ii # fmn in den niedrigeren Energieterm En übergehen. In diesen halle haben aber diese beiden Quanten irr Gegensatz zur spontanen -;-nissicn gleiche: Phase und gleiche Richtung. Die elel;trcrr!agnetiacrie N tr a;il ung ist kc?aiiren t und gegen der Quantenverdopplung verstärkt. Wird. von eine.... i=iternit tiererdeil Betrieb abgesehen, so wird für eine molekulare Verstärkung ein aktives Materic;l reit ;:#nigstens drei Energie terms benötige. In therr:@o- dyn-_^.mischcn Glei chge;-rieht ist die Anzahl der die v cr- uhicdenen -nergie terms hesi tzenden Teilehen durch die scgenarnte Boltzmann-Verteil ung bestimmt. Die Bol t--r"ir.?:- Ver teilung stellt eine Exponentialfunktion dar, nach der die.Anzahl der in den verschiedenen Energieterns vorhandenen Teilchen um so kleiner ist, je höher der betreffende Enerietern ist. Eine sich kontinuierlich vollziehende induzierte Emission setzt nun voraus, da2 die Teilchen eines bestimmten Energi eterra ständig dazu angeregt werden, in einen niedrigeren Energieterr: unter Abgabe von Strahlungsquanten h # An überzugehen, wobei dann die Frequenz fmn die Frequenz, der zu ver2tirkendeii nergie ist. Diese Anregung läßt sich dadurch erreichen, daß ein hinsichtlich des thermodynamischen Gleichgewichtes überbesetzter Energieterm %m oder ein unterbesetzter Energieterm En erzwungen wird. Beispielsweise kann von der zweiten Möglichkeit von einem drei Energieterms aufweisenden Molekularverstärker dadurch Gebrauch gemacht werten, daß das thermodynamische Gleichgewicht zwischen dem niedrigsten Energieterm En und dem Energie term Emil, der höher ist als der Energieturm Ein, durch Zuführung einer sogenannten "Pumpenergie" mit einer der: Abstand zwischen dem niedrigsten und dem höchoten Energietern entsprechenden Frequenz im gewünschten Sinne gestört wird.The amplification of the electromagnetic or photoelectric power is based on the use of absorption and emission processes (ittcr.-ae, in matter. Since the internal energy of matter, molecules) is generally only present in certain energy levels, the delivery takes place. or absorption of the internal energy, as a rule, in discrete amounts of energy, which are determined by the mutual spacing of the relevant energy terms that are involved in the energy absorption or output. The distance zv, eier energy tins Ein and En is given by the relationship Ein - En = h # frn. Here, h is Planck's constant and fmn is the frequency determined by the difference between the energy providers. According to this relationship, when the particles (eg atom) are absorbed in the energy provider En, the energy h # fmn is supplied, which is then transferred to the higher energy providers Ein. When emitted, the particle that is in the energy term Ein sends out the radiation energy h # fnn and thus returns to the lower energy term En. If the phases and directions of the emitted radiant energies are different, we speak of the so-called "spontaneous emission". They are incoherent and unsuitable for reinforcement. She is the cause of the also. The understanding: irkirngsriechzni:; ru "is based on more up the so-called "induced E :: ission". she is described by the following procedure. Arrives Radiation quantum h # fmn on an excited particle im Energy terms En, this can be done by sending out a Radiation quanto ii # fmn in the lower energy term Skip en. But these two have in this hall Quantum opposite to the spontaneous -; - nissicn same: Phase and same direction. The elel; trcrr! Agnetiacrie N tr a; il ung is kc? Aiiren t and against quantum doubling reinforced. Will. apart from a .... i = iternit tiererdeil operation, like that becomes an active material for molecular reinforcement; l riding;: # need at least three energy terms. In therr: @ o- dyn -_ ^. mischcn equals; -rieht is the number of the v cr- uhicdenen -nergie terms hesitating partaking through the Boltzmann distribution determined. The Bol t - r "ir.?: - Ver distribution represents an exponential function, according to the die.number of in the different energy terns the existing particles, the smaller the higher the relevant energy provider. One itself continuously executing induced emission now presupposes that2 the particles of a certain energy eterra constantly to it be stimulated into a lower energy level: under Emission of radiation quanta h # An to pass over, in which case the frequency fmn is the frequency of the energy to be dissipated. This excitation can be achieved by forcing an overcrowded energy term% m or an undercrowded energy term En with regard to the thermodynamic equilibrium. For example, use can be made of the second possibility of a molecular amplifier having three energy terms in that the thermodynamic equilibrium between the lowest energy term En and the energy term Emil, which is higher than the energy tower Ein, is achieved by supplying a so-called "pump energy" with one of the : Distance between the lowest and highest energy providers corresponding frequency is disturbed in the desired sense.

In op tischen Bereich stehen Pumpenergiequel len, deren Gesamtenergie gleiche Frequepz und gleiche Phase haben, mit ausreichender Leistung nicht zur Verfügung. Die durch die Lichtenergie angeregten Quantenübergänge erfolgen deshalb auch nicht gleichphasig. Hier kann die Synchronisation der Emission der Teilchen durch Selektion von nach Phase und Frequenz bestimmten angeregten Lichtwellen und deren Ausnutzung zur Steuerung von Quantenübergangen im Sinne einer stimulierten Emission herbeigeführt werden. Für die Durchführung dieser Selektion kommen optische Resonatoren der einleitend angegebenen Art zur Anaendung. als aktives Material können dabei neben gasförmigen und flüssigen Stoffen auch feste Stoffe, insbesondere Kristalle, verwendet %-;erden. Von den festcn Stoffen hat u.a. der Edelstein Rubin besondere Bedeutung erlangt. In der Regel wird von ihm als optischer Resonator in Gestalt eines Stabes-mit verspiegelten Stirnfli.ichen Gebrauch geracht. Nird ein solches Gebilde von einer rumplichtquelle bis zur Inversion ausgeleuchtet, so werden lediglich die angeregten Wellen, die läng:; der Stabachse des Rubins laufen, an den Endflächen reflektiert. Auf der.: Rückweg lösen sie in den angeregten Atomen, die sie durchqueren, weitere Wellen derselben Frequenz und Phase aus, so daß sich ein verstärkender 1'iellenzug ausbildet, der sich bei laufender Zufuhr von Pumpenergie weiter verstärkt und bei richtiger Dimensionierung des Resonators zur Ausbildung stehender Wellen führt: Eine Auskopplung der auf diese Weise erzeugten I:or::rcnten liehtenergie aus dem Resonator wird dadurch ermöglicht, daß einer der stirnseitigen Spiegel teildurchlässig ausgebildet ist. Wie umfangreiche Untersuchungen an derartigen optischen Resonatoren gezeigt haben, ist der Grad der Selektion trotz sorgfältigster Herstellung relativ klein. Insbesondere zeigt sich, daß der Querschnit tsbexnich, in der ::ich die: i n Lings richteng der Rescratorachse verlaufenden.. Grundmc,äen de2 betreffend= Rascnators darstellenden Wellen ausbilden, nur einen Bruchteil seiner geometrischen Querschnittsflüche einnimmt und daß sich darüber hinaus= im ges:.-@uten Querschnitt eine Fülle von Wellen höherer Ordnung au2bilden. Da der Rescrator dellen vom axialen Grundtyp vor allen anderen Wellentypen höherer Ordnung bevorzugt, führt diea insbeoendere bei optischen Molekularverstärkern für d0 Erzeugung von Riesenimpulsen zu einer stark unterschiedlichen Hnergiedichteverteilung im Resonatorquerschnitt und damit gerade bei Verwendung vcn aktiven Kristallen zu einer durch Überlastung bedingten erhöhten 5rtlichcn Bruchgefahr.In the optical area are pump energy sources, their total energy have the same frequency and phase, with sufficient power not available. The quantum transitions excited by the light energy therefore also do not take place in phase. Here the synchronization of the emission of the particles can be achieved through selection of excited light waves determined by phase and frequency and their utilization for the control of quantum transitions brought about in the sense of a stimulated emission will. Optical resonators are used to carry out this selection of the kind specified in the introduction. as an active material can thereby In addition to gaseous and liquid substances, also solid substances, especially crystals, uses% -; earth. Of the solid materials, the gemstone ruby, among others, has a special one Gained importance. Usually it is in shape as an optical resonator of a stick with mirrored faces. Not one of those Structures are illuminated from a source of rumplichtquelle up to the inversion, so only the excited waves that are long :; run along the rod axis of the ruby, on the end faces reflected. On the .: way back they dissolve in the excited atoms that they traverse, further waves of the same frequency and phase, so that a strengthening trajectory forms, which is further strengthened with the ongoing supply of pump energy and at Correct dimensioning of the resonator leads to the formation of standing waves: A decoupling of the energy generated in this way from the The resonator is made possible by the fact that one of the end mirrors is partially transparent is trained. Such as extensive investigations on such optical resonators have shown, the degree of selection is relative despite the most careful production small. In particular, it can be seen that the cross section tsbexnich, in the :: i the: i n lings directing the rescrator axis running .. basic mc, äen de2 = develop waves representing Rascnators, only a fraction of its occupies geometrical cross-sectional curvatures and that in addition = in the total: .- @ uten Cross-section forming an abundance of waves of higher order. Because the rescrator dents of the basic axial type is preferred over all other higher order wave types theea in particular in the case of optical molecular amplifiers for d0 generation of giant impulses to a very different distribution of energy density in the resonator cross-section and thus, especially when using active crystals, to overloading conditional increased risk of breakage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Verwirklichung eines optischen Resonators der einleitend beschriebenen Art einen Lösungsweg anzugeben, der die geschilderten Schwierigkeiten beseitigt.The invention is based on the object for the implementation of a optical resonator of the type described in the introduction to provide a solution, which eliminates the difficulties described.

Ausgehend von eine: optischen Resonator für optische Molekularverstärker (Zaser), bestehend aus einem aktiven Material und zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des aktiven Materials angeordneten, den Resonator senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung seiner axialen Grundmoden begrenzenden Spiegeln, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einschnürung des auf die axialen Grundmoden bezogenen wirksamen Querschnitts des Resonators auf einen Bruchteil seines geometrischen Querschnitts, die auf thermisch bedingte optische Krümmungen zurückzuführen ist, mittels geeigneter formgehung der den Spiegeln gegenüberstehenden Endflächen des aktiv E.i. Materials und/oder der Spiegel wenigstens annähernd beseitigt ist.Starting from a: optical resonator for optical molecular amplifiers (Zaser), consisting of one active material and two on opposite sides Sides of the active material arranged, the resonator perpendicular to the direction of propagation its basic axial modes limiting mirrors, this becomes the task solved according to the invention in that the constriction of the axial basic modes related effective cross section of the resonator to a fraction of its geometric Cross-section that can be traced back to thermal optical curvatures, by means of suitable shaping of the end faces of the opposite the mirrors active E.i. Material and / or the mirror is at least approximately eliminated.

Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß die Funktion eines für die Erzeugung von Laserstrahlen verwendeten optischen Resonators im wesentlichen durch thermische Effekte beherrscht wird. Insbesondere entsteht bei der :Ausleuchtung des Resonators im aktiven Material ein im allgemeinen senkrecht zur Resonatora chse verlaufender thermischer Gradient, der sich neben der bei festen aktiven Materialien beobachtbaren Deformation durch einen in der Querschnittsebene des Rescnators ortsabhängigen Brechungsindex auswirkt. Ein an sich gerader Resonator mit planparallelen Endflächen wirkt dadurch wie ein gekrümmter Resonator. Die Folge der sich im Innern des Resonators auf gekrümmten Bahnen ausbreitenden Lichtes zeigt sich in der bereits genannten starken Verkleinerung des an sich vorhandenen Querschnitts, in der: sich die i"lellen nullter Ordnung ausbreiten. Die i'crrgcbung der yndfliichen des aktiven Materials und/cder der Spiegel zur Beseitigung dieses Begrenzu ngs- effektes nach der Erfindung kann dadurch in vorteilhafter Weise einfach gehnl ten werden, daß tiie pur:ipl.iclitra:it?i1;e, eine thermi::clie Belastung darstellende Au"lc:uchtunu de s aktiven rla teri<ils für eine einfache Oymmetrie der dadurch bewirkten onti scher. Deformation bemessen ist. Bei räumlich getrennter Anordnung von Spiegel und al@tivcr". Material ist es zweckmäßig, primär durch die Krümmung der Spiegel die Kompensation des störenden iinflus:;es der optischen Krümmungen des aktiven Materials im De- triebszu;-tand herbeizuführen. in diesem Zusammenhang kann es mitunter von Vorteil sein, spräri2chv Z"Ipiegel zu verwenden und, so,#;cit eine aus- reichende Kompensation des störenden Einflusses der optischen Krümmungen des aktiven Materials im Betriebc- zustand Abweichungen von der sphärischen Krümmung der Spiegel, insbesondere in den Randbereichen erforderlich macht, diese durch zusätzliche, z@;rischen Spiegel und aktiver, Material angeordnete Korrekturplatten zu erzeugen. In einfachsten Fall können diese Platten Linsen mit kreiw- zylindrischer bzw. sphärischer Krümmung sein. An Stelle einer räumlich getrennten Anordnung der Spiegel und des aktiven Materials-können die Spiegel in vorteilhafter .`leise auf die im Sinn=e einer Kompensation des störenden Einflusses der optischen Krümmungen des Resona tort in Betriebszustand gekrümmten Endflüchen des aktiver. Materials derart aufgebracht werden, dai sie sich der temperaturabhängigen Verformung dieser Endflächen stets anpassen.The invention is based on the essential knowledge that the function of an optical resonator used for generating laser beams is essentially controlled by thermal effects. In particular, during the illumination of the resonator in the active material, a thermal gradient generally running perpendicular to the resonator axis arises which, in addition to the deformation observable in solid active materials, has an effect due to a location-dependent refractive index in the cross-sectional plane of the resonator. An inherently straight resonator with plane-parallel end faces thus acts like a curved resonator. The consequence of the light propagating in the interior of the resonator on curved paths is shown in the already mentioned strong reduction in the cross-section that is actually present, in der: the cells of the zeroth order spread out. The rendering of the surfaces of the active material and / or the mirror to remove this limitation effect according to the invention can thereby be advantageous Wise easy to think that tiie pure: ipl.iclitra: it? I1; e, a thermal load representing Au "lc: uchtunu de s active rla teri <ils for a simple symmetry of the thereby caused ontic. Deformation is sized. With a spatially separated arrangement of the mirror and al @ tivcr ". Material is convenient, primarily due to the curvature the mirror the compensation of the disturbing influence:; it the optical curvatures of the active material in the de- instinct to bring about; in this context it can sometimes be an advantage spräri2chv Z "Ipiegel to use and, so, #; cit an ex- sufficient compensation of the disruptive influence of the optical curvatures of the active material during operation state deviations from the spherical curvature of the Mirror required, especially in the edge areas makes this through additional, z @; ric mirrors and more active, material-arranged correction plates to be generated. In the simplest case, these plates can have lenses with circular be cylindrical or spherical curvature. Instead of a spatially separated arrangement of the mirrors and the active mirror material-can so on in the sense = e tort the optical curvatures of the resonators of a compensation of the disturbing influence curved in operating state Endflüchen the acti ver. Material advantageously .`leise be applied , because they always adapt to the temperature-dependent deformation of these end faces.

Zweckmäßig erhalten die Endflächen des aktiven Materials und/cder die Spiegel eine hinsichtlich der gewünschten Kompensation optimale Formgebung für eine vorgegebene thermische Betriebsbelastung des aktiven Materials.The end faces of the active material and / cder are expediently given the mirrors have an optimal shape for the desired compensation a given thermal operating load on the active material.

Bei einen bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der irfindung, bei dem das aktive Material ein stabförmiger Kristall, beispielsweise ein Rubinstab ist, dessen pumplichtmäßige Ausleuchtung rotationssymmetrisch erfolgt, sind die Endflächen konkav bzcr. die Spiegel gegen die Stabenden konvex gekrümmt.In a preferred embodiment of the invention, at where the active material is a rod-shaped crystal, for example a ruby rod is, whose pump light-like illumination is rotationally symmetrical, are the End faces concave or the mirrors are convexly curved towards the rod ends.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten: Fig. 1 das Schema eines optischen itolekularverst@ir'ter@ mit einer von einem rotationselliptischen Spiegel Gebrauch machenden Beleuchtungseinrictitunz; Fig. 2a, b eine schematische Darstellung des Strahlenverlaufs in einem optischen Resonator; Fig. 3a die schematische Darstellung des Strahlenverlaufs in einen hinsichtlich seiner Endflächen korrigierten optischen Resonators; rig. 3b eine schematische Darstellung des Strahlenverlaufs in einen optischen Resonator nach der Erfindung; ' Fig. 4 die schematische Darstellung eines weiteren optischen Resonators nach der Erfindung; Fig. 5 die schematische Darstellung der Weiterbildung eines optischen Resonators nach der Fig.On the basis of the exemplary embodiments shown in the drawing the invention will be explained in more detail below. In the drawing: Fig. 1 the scheme of an optical itolekularverst @ ir'ter @ with one of a rotational elliptical Mirror making use of lighting equipment; 2a, b a schematic Representation of the beam path in an optical resonator; 3a shows the schematic Representation of the beam path in a corrected with regard to its end faces optical resonator; rig. 3b shows a schematic representation of the beam path in an optical resonator according to the invention; 4 shows the schematic representation another optical resonator according to the invention; 5 shows the schematic Representation of the development of an optical resonator according to FIG.

Der schematisch dargestellte optische Molekularverstärker nach der Fig. 1 zeigt einen rotationselliptischen Hohlspiegel 1, in dessen Rotationsachse im Bereich zwischen den Brennpunkt 2 und dem nahen Hohlspiegelscheitel eine s-tabför#7.ige lumpliehtquellc 3 und Zwischen deal Erenn- punkt 4 und der ihnlnahen Hehlspiegelscheitel ein opti- soher ?esona tor 91 angeordnet ist, der hierbei vorzugs- @.cise aus einen an seinen Endflächen verspiegelten Rubin- si.ab besteht. Diese Anordnung, auf die in den. vreiteren i_guren Beug genommen ist, becirkt eine Abbildung der Iunpl ich tquelle 3 auf das aktive Material dein Re: onator- 5.. Da d:arch ergibt sich für den optischen Rc:scn#."tor 5 eine 1:insici:tlicl,seiner Achse rotations synnetrische iherri- rche Belastung, die eine entsprechend einfache Symmetrie der opti ochen Deformation des aktiven Material bewirkt. Dies hat der. Vorteil, dnü auch die Formgebung der End- fl.lichen des aktiven Stabes und/oder der Spiegel des optischen Resonators im Sinne einer Kompensation des störenden Einflusses -seiner optischen Krümmungen in.. Letriebs zustand von dieser einfachen Symmetrie G,:trf7,ucli machen können. Das Schena in der Pig. 2a zeigt einer. idealisierten optischen Resonator 6, auf dessen planparallele End- flüchen. die Spiegel 7 unmittelbar aufgesetzt sind. Die nr_eri@alb des Resonators 6 angegebenen Lichtstrahlen verlaufen achsparallel und treffen an den Endflächen auf die Spiegel -7 senkrecht auf. Dieser idealisierte S trahlenvexlauf- entspricht der genünschten Funktion eines selchen Res ena tors, bei dem lediglich die im bis zur Inversion gepumpten aktiven IR".iterial in Achsrichtung des Resona t.^,rs au2gelös ten Wellen durch @:t@inciige: Reflexic;n z!^isehen den Spiegeln 7 verst;irl:t ;erden sollen. In der Praxi; ;;ird dieser Strahlengang jedoch durch in wesentlichen z"#iei thermische Effekte :;t@irlc beeiritrl-:chtil;t. Der eine Effekt besteht, urie die Fig. 2b andeutet, in einer ken* e .-#ce:i Krümmung der Endflächen de:- Itc--on;ttor:; C -- und danit der auf sie unmittelbar aufgebrachten Spiegel (. Diese konvexe Krümmung beruht bei i=rii-;erdung einer Be- leuch tungsnirrich tung entsprechend der optischen l;iole- kularvers türleer nach der Fig. 1 darauf, da2 hier die Fumplichtnuelle vollständig in den optischen Resonator abgebilde t ;"ird, die hierbei im Bereich ihrer Achse die, höchste Temperatur entwickelt. Vrie die Fig. 2b leicht erkennen läßt, treffen hier nur achaparallele Vfellc:n in unmittelbarer Nähc der Stabachse de- üesonators ^enl:- recht auf die Spiegel 7 auf. Die Folge davon sind eine starke Anregung von Wellen höherer Grdnung, die: stets unter einen gevri^,en Winkel zur Achse des Resonator2 an den Spiegeln 7 reflektiert Werden. Zur VerLin:-cl-üu- licrung dieses Sachverhaltes ist in die Fig. 2b ein solcher, ni t 8 bezeichneter Lichtstrahl eingezeichnet. Der .Einflur der Krüm.lung der Endflächen infolge der uni; erm cidbaren thernischen Belastung eines solchen opti- ochen itesone tors im Betrieb kann, wie ciie F ig'. 3a zeigt, - dadurch aufgehoben uerden, daß die ",ndf).iiclicn des Re so- natcr:s 6 konkav in einem solchen I.23ße @@o@.gekrümm' worden, daß diese Krümmung unier der Einwirkung der ther:i::.hen Belastung im Betrieb öerade auf-ehoben i-"ira. In der Fig. >a i:-@ die^e Kompensation der Krümmung der Endflichen im P Betryebszus Land des ße;ionai:ors durch die ziiri-naiider naral7-c- len unterbrochenen Linien 9 angedeutet. Ja die auf die 5ndflächen unmittelbar aufgebrachten Spiegel ;' der therni- schon Verformung folgen, werden auf diese t';eire planparal-c-- le Spiegel im Betriebzustand geschaffen. 'Nie einschlägige, der Erfindung zugrunde liegende Unter- suchungen gezeigt haben; ist damit jedoch der s tijren<<e 1,#influß der tiier-mischen Belastung auf die gwünschte Funktion des Resonators noch nicht beseitigt- Dies hat seine Ursache in einem zweiten thermischen Effekt, der auf einem thermischen Gradienten des Brechungsindexe- des aktiven Materials beruht. Dieser Lher:nische Gradient hat nämlich zur Folge, daß eine parallel zur Resona-cor- aehse an einer Spiegelendfläc_he reflektierte '.Jolle auf einer gekr-immtsn Bahn im aktiven Material verläuft- und deshalb: unter edlem Winkel auf die gegenüberliegende Spiegelfläche auftrifft, der von 90 0 abwicht. In der Fig. 3a ist ein solcher Strahl dargestellt und mit 10 bezeichnet. Die Folge hiervon sind Strahlengänge ähnlich der Strahl 8 nach der Pig. 2b.The schematically illustrated optical molecular amplifier according to FIG. 1 shows an elliptical of revolution concave mirror 1, in its axis of rotation in the area between the focal point 2 and the near vertex of the concave mirror s-tabför # 7.ige lumpliehquellc 3 and intermediate deal Erenn- point 4 and the parapet near it an optimal soher? esona gate 91 is arranged, the preferred @ .cise made of a ruby mirror mirrored at its end faces si.ab exists. This arrangement, referred to in the. broaden i_guren inflection is taken, an illustration of the Iunpl i tquelle 3 on the active material your re: onator- 5 .. Since d: arch results for the optical Rc: scn #. "Gate 5 a 1: insici: tlicl, its axis rotationally synnetrical iherri- rche load that has a suitably simple symmetry causes the optical deformation of the active material. This has the. The advantage of this is that the shape of the end surface of the active rod and / or the mirror of the optical resonator in the sense of a compensation of the disturbing influence of its optical curvatures in .. Operating state of this simple symmetry G,: trf7, ucli can do. The Schena in the Pig. 2a shows one. idealized optical resonator 6, on whose plane-parallel end curses. the mirror 7 are placed directly. the nr_eri @ alb of the resonator 6 specified light rays run parallel to the axis and meet at the end faces perpendicular to the mirror -7. This idealized Radial vex flow corresponds to the desired function of a the same res ena tor, where only the im up to Inversion pumped active IR ".iterial in axial direction des Resona t. ^, rs waves resolved by @: t @ inciige: Reflexic; n z! ^ i see the mirror 7 amplified; irl: t; should be grounded. In practice; ;; However, if this beam path goes through in essential z "#iei thermal effects:; t @ irlc beeiritrl-: chtil; t. One effect, as indicated in FIG. 2b, is a ken * e .- # ce: i curvature of the end faces de: - Itc - on; ttor :; C - and then the mirror directly attached to it (. This convex curvature is due to i = rii-; grounding of a lighting in accordance with the optical l; iole- kularvers door empty according to Fig. 1, da2 here the Fumplichtnuelle completely in the optical resonator depicted t; "ird, which here in the area of their axis the, highest temperature developed. See Fig. 2b easily can be seen, only achaparallel Vfellc: n in immediate proximity of the rod axis de- üesonators ^ enl: - right on the mirror 7. The consequence of this is one strong excitation of waves of higher order, which: always at an angle to the axis of the resonator2 be reflected on the mirrors 7. To VerLin: -cl-üu- This fact is illustrated in FIG. 2b such, ni t 8 designated light beam is shown. The .einflur of the curvature of the end faces as a result of the University; permissible thermal load of such an optimal Even itesone tors in operation can, as ciie fig '. 3a shows - repealed by the fact that the ", ndf) .iicn of the Re so- natcr: s 6 has been concave in such a way as to be curved, that this curvature is subject to the action of the ther: i :: The load in operation has just been lifted i- "ira. In the figure> a i: - @ die ^ e compensation of the curvature of the finals im P. Betryebszus Land des ße; ionai: ors by the ziiri-naiider naral7-c- len broken lines 9 indicated. Yes the on them 5nd surfaces directly applied mirror; ' the therni- already follow deformation, are on this t '; eire planparal-c-- le mirror created in the operating state. '' Never relevant sub- searches have shown; However, it is the stijren << e 1, # Influence of the mixed animal load on the desired Function of the resonator not yet eliminated - this has its cause in a second thermal effect, the on a thermal gradient of the refractive index of the active material is based. This lher: niche gradient has the consequence that a parallel to the resona cor- aehse reflected on a mirror end surface a curved path in the active material and therefore: at a noble angle on the opposite one Mirror surface strikes, which deviates from 90 0. In the Such a beam is shown in FIG. 3a and is designated by 10. The consequence of this are ray paths similar to ray 8 according to the Pig. 2 B.

Der gekrümmte Verlauf der Lichtwellen innerhalb des Rescnators kann neben der Krümmung der Endflächen cntslrechend der Fig. 2b im Sinne einer Kompensation des störenden Einflusses der thermischer. Belastung dadurch in einfacher Weise berücksichtigt werden, daß die konkave Krümmung der Endflüchen des Resonators 6 entsprechend der Fig. 3b sczeit vergrößert wird, daß diese konkave Krümmung unter der Zinwirkung der thermischen Belastung rar teilweise aufgehoben wird. Die verbleibende konkave Krümmung, die in der rig. 3b durch die mit 9' bezeichneten unterbrochenen Linien angedeutet ist, maß hierbei gerade so gewühlt sein, da,ß die auf gekrümmten Bahnen verlaufenden, in i ig. 3b dargestellten Wellen : tet2 senkrecht auf die gekrümmten Spiegelendflächen auftreffen.The curved course of the light waves within the Rescnator can in addition to the curvature of the end faces cntslrechend of Fig. 2b in the sense of a compensation the disturbing influence of the thermal. Load taken into account in a simple manner be that the concave curvature of the end surfaces of the resonator 6 corresponding to the Fig. 3b is enlarged so that this concave curvature is under the effect of Zin the thermal load is rarely partially canceled. The remaining concave Curvature that is in the rig. 3b by the broken lines labeled 9 ' is indicated, measured here just so burrowed that, ß the on curved paths trending, in i ig. 3b shown waves: tet2 perpendicular to the curved Hit the mirror end faces.

An Stelle die Spiegel unmittelbar auf die Endflächen des aktiven Materials aufzubringen, können sie auch in einest geringen Abstand hiervon angeordnet werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 4. Der Stab aus aktiven Material ist hierin mit 6' und die gegen das aktive Material 6' konvex gekrümmten Spiegel mit 7' bezeichnet. Die getrennte innOrdniung von aktiven I,:a teri@a und Spiegel gibt die Möglichkeit, die Ausschaltung des thernischen Einflusses auf die Funktion des ßesonators in vor: chiedener Weise auszuführen. Beisl AusfUhrungsbei- spiel nach der Pig. 4 wird von einen Stab ausgegangen, dessen Endflächen ir: therriisch unbclae:tetcn Zutand, r*i e bisher gebräuchliche Ausführungen, planparallel Zu- e12_Ünder ausgeführt sind. In diesem Falle muh die Krür.:- mung der Spiegel 7' nicht nur den gekrümmten Verlauf der Wellen innerhalb des aktiven Materials in Hinblick auf ei:: sen'crecj:tcs Auftreffen der Wellen auf die @piegcl- o''2erfliiche .eriicksichtigcn, sondern auch noch die Zins er.- wirkung der durch die unterbrochenen Linie<i 9" angedeu- teten konv ex gekrümmten Endflüchen des aktiven Stabes. in. gleicher Weise ist es na türlic:r möglich, pl;inparallcle Spiegel vorzusehen und die erforderliche Korrektur des Strahl enga ngs zwischen den Spiegeln beim Übergang der ;gellen in das aktive Material durch entsprechende konkave Kr ümr-ungen seiner Endflächen, und zwar unter Berücksich- tigung einer bes timmten thermischen Belastung in Betrieb herbeizuführen. Desgleichen besteht die Möglichkeit, sowohl durch gpkrüMmte Endflüchen des aktiven Materials als auch durch gekrümmte Spiegel den gewünschten Aus- gleich zeu er--ielen. m allger"cin en r;erczen bei einer 1,ncrd:iung ent:;prechend der Fig. 4 (:1C ,52)iegel 7 ' einc, aufweisen :1ti-äen, vlenn dl!: gewünschte de- strer.deil thernio--hen nein :'Oll. Solche Spiegel la-.sen sich in der Regel nur unier g,:n.-, e_r1he%#lic.i, _e.i^ .. iler.;##..s#-,li# ,. _@uf.,.r@a @.n. Eine äch,vierighei t zu ::ngchen, zeigt da s rach de=r 5. Bei die, ser: im # ,1 nach der rin, r. 4 i Gegensatz Zum .u.. "ür. #ra #ng.cbeic.pi( i#pi@.1u ,... .lür. rang. m , :i#, ..lü r.ran g.#be #bei@pi(.1##. c,ic. Spiegel 7'' ^phiirir^ii gekrUnmt. Die srjh@ri:;che Kriir.run;; ist in dieser: Fal;c: .^,o f es .-zulegen, du, tz' die: d£:L1:it er - y d(. rc -,#rr + @. ,s cht<,3 .; in einem gröeeren Bereich tim die @ch:>e des Re^cn@3tcr:) herur: der, gestellten Anforderungen genügt. Die @crtic s- serurg des ätrahlengangs gegen den iuPerer. Rand de,; :@tr(1;c: aus aktiver.: i@a terial hin kann dann mittels einer rtens auf einer Seite z;ii:chen der: aktlvpn tria terir@l :und einer:,. Sriegel 7" angeordneten Korrekturplatte 11 vcrgenerLven ';:öden. Instead of applying the mirrors directly to the end faces of the active material, they can also be arranged at a very small distance therefrom. A corresponding embodiment is shown in FIG. 4. The rod made of active material is shown here with 6 'and the mirrors that are convexly curved towards the active material 6' with 7 ' designated. The separate organization of active I,: a teri @ a and mirror gives the option of turning off the thermal influence on the function of the resonator to be carried out in different ways. Beisl Implementation Guide play after the pig. 4 is assumed to be a staff, whose end faces ir: thermal unbclae: tetcn state, r * ie designs that have been used up to now, plane-parallel e12_Ünder are executed. In this case the Krür muh.: - mung the mirror 7 'not only the curved course of the waves within the active material in view on ei :: sen'crecj: tcs impact of the waves on the @ piegcl- o 'circumspect, but also the interest. effect of the <i 9 "indicated by the broken line killed convex curved end faces of the active rod. in the same way it is of course possible, pl; inparallcle Provide mirrors and the necessary correction of the Beam enga ngs between the mirrors at the transition of the ; gel into the active material through appropriate concave Curvatures of its end faces, taking into account a certain thermal load in operation bring about. There is also the possibility both by curved end faces of the active material as well as curved mirrors to create the desired mark immediately. In general, there is a 1, ncrd: iung corresponding to; the Fig. 4 (: 1C, 52) iegel 7 ' einc, have: 1ti-äen, vlenn dl !: desired de- strer.deil thernio - hen no: 'Oll. As a rule, such mirrors can only be e_r1he% # lic.i, _e.i ^ .. iler.; ## .. s # -, l i # ,. _ @ uf.,. r @ a @ .n. One oh, four digits to :: ngchen, shows that rach de = r 5. At the, ser: im #, 1 after the rin, r. 4 i Contrast to .u .. "ür. # Ra # ng. C at c. Pi ( i # pi @ .1 u , ... .lür. rank. m ,: i #, ..lü r.ran g. # be # at @ pi (.1 ##. c, ic. Mirror 7 " ^ phiirir ^ ii curved. The srjh @ ri:; che Kriir.run ;; is in this: Fal; c:. ^, of es.-add, you, tz 'die: d £: L1: it er - y d (. rc -, # rr + @., s ch t <, 3rd ; in a larger area tim the @ch:> e des Re ^ cn @ 3tcr :) herur: the set requirements are sufficient. The @crtic s- serurg of the ätrahlengang against the iuPerer. Edge de ,; : @tr (1; c: from active .: i @ a terial can then use a rtens on one side z; ii: chen der: aktlvpn tria terir @ l : and one:,. Sriegel 7 "arranged correction plate 11 vcrgenerLven ';: desolate.

Claims

P a t e n t a n s p c 1.) Op table resonator for optical molecular ver stronger (Iä:; er), consisting of an active: material and on opposite sides Pages of the active. en material arranged, the resonator tor perpendicular to his axial grand = the limiting mirrors, characterized in that the constriction of the fundamental modes related ;; irksaren cross section of the resonator to a Fraction of its geonetric cross-section: that is due to thermally induced optical Curvatures is due, by means of suitable shaping of the mirrors (7, 7 ', 7 ") opposite end faces of the active material (6, 6') and / or the Mirror (7, 7 ', 7' #),; is at least approximately eliminated.

2. Optical resonator according to claim 1, characterized in that,. da13 the pump-like illumination of the active material (6, 6 '), which represents a thermal load, is dimensioned for a simple symmetry of the optical deformation caused thereby. is. ^ - @ - 'ucl, vrp W. ".. C @: A1 '-'.- #': # C '_'` _ ;? vCr nach , lin` '#'?:. i geker.:lseichii :: t, das' die Spiegel (V e `;") i: 1 -, express. # hC ta. nd a v cri active _ r ei: ä und au:. 'c: 1 your hrü ::.:. ui? z @ die @ep (: n @ ": @@ _ url : "t *, rr, i: den yinfl: zsse of cp ti @: eh @: n M : at @ r 'al: @ (Ü i :. ". Bc- Cei. @.:. Rr:' in, na tn "" lach -1hu r @lL :: j, C @ a @ äl @ r @: I: fj @ .G @ C @ i :: C ", ''., Dc @., R däie Spieö, '(7 *"eint' `lvh @ i _. 'I: i ^ @: ^' 1: 1 '" .... :: u2 ': g and so - :. ei t for r ,, y nc @ j- ^ '; il des utörendßn Einflur :: @: 3 (: c: r optical @ CJLa.Jt. J> of the active .t. # L) # u r e. : ity'r.r.4., ..: ui # ttlna Curvatures cl h = ervcn espcndcj:. '(: in the <<: nd; - range, nrwcrderl- * Cll Clleae dur2 ::.:. ü:; i ± @ 12 @ 1: f: `-it - .. @.` Chn: ' :: p1Ct, C 1C1 (7 ' ) hn @ t active: t @ a. # ('Z'_111 (b Cr # I n : a vC KOrr '''. tu:. 'pla' te, n ( 11 i Il cr: ieug '- @ n # . '' ^ cC :: er _? C: @ '^ ?. t @ r ö 3C-1 claim 1!, thereby # @a! @ "J 1. r #. that the mirrors (7) on you. '.r1 Si-r: - . - ,,; ns ation des # ^ -j ' ör (pr. ° Influences o one Ci ...._ rnr # .. n .. # # er.1 # ii .. gen ir3Ctr; cbazus + @ # nhr-'rrten -; :; # "_. ^ eh eri r.:#:#un #niil :: chen of the active I # Ia teria? :. (6 ) such-: 1 are, gag s ± e ^: nature-dependent-_ ie the Ver_Gr: "t :: g of these end faces always" npac! En.

G. Op-Yi-: c @ # _ @? Econntc2 'nl; cl: cil: cr: the horr;, 2.' miserable , r "..;, s thereby y # ci @ lil: #t, dc. ' ei nc crtira # le t: _. ; _ @: c __ =:, el-: enn :, _ ül: .l / v ^ CICI '"he mirror (7, 7', V ') for a vo:.'@;et; c: üene drrz: active litaterial-7 .r @ iscte @. ' iie :: clza t <r after a .. the opposite of the following: ii C. j1 advised d n ß da. : s : # __ @ `#: _ i: C # .._ o .: tn-c: i @ ll (6, 6 °) e1: 1 S t: 1ft) @ r. iger Kris Lall, at f: piel :: - ;; i;.: e # cutilic; tr: b, -ist, dea: -icn '#umplic: it: älsil; e Aus ##.; @. 1: @ 1 @ n; ti-nBSyIIlretrlFlelr takes place and h ei: l-.r: dft '1: cn! aiv diC' harrow Geg-cil die crd cI: convex; geicrir.-iit are.