DE1564779C3 - Nach dem Prinzip der stimulierten Emission arbeitender optischer Sender - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen nach dem Prinzip der stimulierten Emission arbeitenden optischen Sender für kohärente Strahlung zur Erzeugung von Impulsen sehr hoher Leistung in einer vorgegebenen Fortpflanzungsrichtung^(Riesenimpulslaser), bestehend aus einem stabförmigen stimulierbaren Medium, vorzugsweise Rubin, einer Anregungslichtquelle und einem die Anregüngslichtquelle auf das stimulierbare Medium abbildenden Spiegelsystem, bei dem das stimulierbare Medium in einem mit einer Auskoppelvorrichtung versehenen optischen Resonator, insbesondere einem Fabry-Perot-Resonator, angeordnet ist, der zusätzlich wenigstens einen in seiner Lichtdurchlässigkeit steuerbaren optischen Schalter enthält.

Optische Sender dieser Art mit Rubin als stimulierbares Medium sind beispielsweise durch die Literaturstelle »Zeitschrift für Naturforschung«, 1964, Bd. 19a, Nr. 7/8, S. 1019 und 1020, bekannt. Als in seiner Lichtdurchlässigkeit steuerbarer optischer Schalter wird hierbei eine Farbstoffzelle verwendet. Der eine vollreflektierende Spiegel des Resonators vom Fabry-Perot-Typ ist durch das eine Ende des Rubinstabs, das zu einem 90°-Dachkantenprisma geschliffen ist, gebildet; der andere Spiegel wird von einer Planglasplatte gebildet, deren dem Rubinstab zugewandte Oberfläche mit einer Silberschicht von etwa 3% Durchlässigkeit bedampft ist

Ferner ist es durch die französische Patentschrift 1 318 620 bekannt, bei einer Laseranordnung mit einem quaderförmigen stimulierbaren Medium, bei der beide Resonatorspiegel teildurchlässig ausgeführt sein können, innerhalb des Resonators zwischen einem der beiden Spiegel und dem stimulierbaren Medium einem in seiner Lichtdurchlässigkeit steuerbaren optischen Schalter vorzusehen, mit dessen Hilfe es möglich ist, definierte Einzelimpulse zu erzeugen. Der optische Schalter besteht in diesem Fall aus einer elektrisch steuerbaren Kerrzelle in Verbindung mit einem Polarisator.

Wie die Praxis zeigt, lassen sich mit Hilfe solcher steuerbaren optischen Schalter kurze Impulse sehr hoher Spitzenleistung erzeugen. Die erzielbaren Impulsspitzenleistungen sind dabei mitunter so groß, daß Materialzusammenbrüche selbst bei so harten Stoffen wie Rubin auftreten, und zwar besonders an dem Ende des stabförmigen stimulierbaren Mediums, an dem der Riesenimpuls ausgekoppelt wird. Auch der für die Auskopplung erforderliche teildurchlässige Spiegel wird dabei sehr leicht beschädigt. Mit anderen Worten sind bei Riesenimpulslasern der in Rede stehenden Art die abgegebenen Impulsspitzenleistungen wegen der Gefahr von Materialzusammenbrüchen begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen optischen Sender der einleitend beschriebenen Art eine Lösung anzugeben, durch die trotz sehr hoher Ausgangsleistung das Risiko von Materialzusammenbrüchen wesentlich herabgesetzt ist und die Möglichkeit besteht, im praktischen Betrieb die Grenze für die maximal abgebbare Impulsspitzenleistung zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung darin gelöst, daß der impulsförmige Ausgangsstrahl sich aus zwei wenigstens annähernd gleiche Intensitäten aufweisenden impulsförmigen Teilstrahlen zusammensetzt, die von den an beiden Enden des stimulierbaren Mediums in entgegengesetzter Richtung austretenden und unabhängig voneinander ausgekoppelten kohärenten Strahlen gewonnen sind, und daß die gleiche Fortpflanzungsrichtung der den impulsförmigen Ausgangsstrahl bildenden beiden impulsförmigen Teilstrahlen mittels einer innerhalb oder außerhalb des Resonators vorgesehenen Optik herbeigeführt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung kann in vorteilhafter Weise dadurch realisiert werden, daß die Optik von den

beiden ebenen Stirnflächen des stabförmigen stimulierbaren Mediums, die in einem Winkel von etwa 45° zur Stabachse geneigt sind, gebildet wird, und daß parallel zum stabförmigen stimulierbaren Medium ein teildurchlässiger Spiegel auf seiten der aus dem stabförmigen stimulierbaren Medium austretenden impulsförmigen Strahlen angeordnet ist

Bei einer anderen möglichen bevorzugten Formgebung ist die eine Stirnfläche des stabförmigen stimulierbaren Mediums senkrecht zur Stabachse orientiert und eben ausgebildet, während seine andere, unter einem Winkel von 45° gegen die Stabachse geneigte Stirnfläche zur Realisierung der Optik eine Teilfläche eines 45°-Konus oder eines 45°-Prismas ist, dessen Grundfläche senkrecht zur Stabachse orientiert ist. Hierbei ist ein teildurchlässiger Spiegel auf seiten der und parallel zur erstgenannten Stirnfläche des stabförmigen stimulierbaren Mediums angeordnet.

Dadurch, daß die ausgekoppelten Impulse bei den vorstehend genannten Ausführungsformen gleiche Fortpflanzungsrichtung besitzen, genügt ein einziger teildurchlässiger Spiegel, um den erforderlichen optischen Resonator zu verwirklichen.

Bei einem erfindungsgemäßen optischen Sender mit einem Resonator vom Fabry-Perot-Typ sind die beiden auf einander gegenüberliegenden Seiten des stabförmigen stimulierbaren Mediums angeordneten, zueinander parallelen Spiegel des Resonators teildurchlässig ausgebildet Hierbei besteht die Optik aus zwei vollreflektierenden 45°-Umlenkspiegeln, vorzugsweise 45°-Prismen.

An Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.

Der Riesenimpulslaser nach der F i g. 1 verwendet einen Resonator vom Fabry-Perot-Typ, bei dem zwischen den beiden parallel zueinander angeordneten Resonatorspiegeln Ri und RV und senkrecht zu den Resonatorspiegeln das stabförmige stimulierbare Medium Ai sowie ein in seiner Lichtdurchlässigkeit steuerbarer optischer Schalter 5 angebracht sind. Außerhalb des Resonators ist auf Seiten des Resonatorspiegels Ri ein Umlenkspiegel Ui und auf seiten des Resonatorspiegels Al' ein Umlenkspiegel Ui' angebracht. Sie sind, bezogen auf die Achse des stabförmigen stimulierbaren Mediums, in einem Winkel von 45° geneigt. Die beiden Resonatorspiegel Ri und Ri' besitzen jeweils die gleiche Durchlässigkeit, so daß auch die beiden bei geöffnetem Schalter S ausgekoppelten Impulse /1 und Ii' wenigstens annähernd gleiche Intensität haben. Die Umlenkspiegel Ui und Ui' sind vollreflektierend und haben die Aufgabe, die beiden in entgegengesetzter Fortpflanzungsrichtung ausgekoppelten Impulse Ii und IV so umzulenken, daß sie nachher, wie der eingezeichnete Strahlengang andeutet, gleiche Fortpflanzungsrichtung besitzen. Die beiden Umlenkspiegel werden hierbei sehr hoch belastet. Es ist zweckmäßig, dafür totalreflektierende 45°-Prismen ohne zusätzliche Spiegelschicht zu verwenden.

Beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 4 weist der Riesenimpulslaser nur einen einzigen teildurchlässigen Resonatorspiegel R2 parallel zur Achse des stabförmigen stimulierbaren Mediums A2 auf. Zwischen dem Stab und dem Resonatorspiegel R2 ist der in seiner Lichtdurchlässigkeit steuerbare optische Schalter 5 im Strahlengang der Impulse /2' angeordnet Das stabförmige stimulierbare Medium Al besitzt an beiden Enden ebene Stirnflächen, die in einem Winkel von etwa 45° zur Stabachse geneigt sind. Die optische Resonanz kommt auf folgende Weise zustande: Der längs der Stabachse angeregte Laserstrahl wird an den beiden Enden des Stabes im Winkel von 90° zur Stabachse umgelenkt. Diese Umlenkung kommt durch eine Totalreflexion der angeregten Strahlung an den Stabenden zustande. Die auf diese Weise umgelenkten, gleiche Richtung aufweisenden Strahlen treffen auf den teildurchlässigen Resonatorspiegel R2 auf, über den die Auskopplung des Impulspaares 12 und 12' erfolgt.

Ebenfalls nur einen einzigen Resonatorspiegel weist die Anordnung nach der F i g. 3 auf. Die eine Stirnfläche des stabförmigen stimulierbaren Mediums A3 ist senkrecht zur Stabachse orientiert und eben ausgebildet, während seine andere, unter einem Winkel von 45° gegen die Stabachse geneigte Stirnfläche zur Realisierung der Optik eine Teilfläche eines 45°-Prismas P ist, dessen Grundfläche senkrecht zur Stabachse orientiert ist. Auf seiten der erstgenannten Stirnfläche des stabförmigen stimulierbaren Mediums A3 und parallel zu dieser ist ein teildurchlässiger Resonatorspiegel A3 vorgesehen. Die Laserschwingungen treten zum einen aus der erstgenannten Stirnfläche des stabförmigen stimulierbaren Mediums aus, zum anderen werden sie am entgegengesetzten Stabende durch das 45°-Prisma zweimal unter einem Winkel von 90° umgelenkt und treten aus dem oberen Teil der Grundfläche des Prismas parallel zur Stabachse aus. Die auf diese Weise gewonnenen Strahlen gleicher Fortpflanzungsrichtung werden durch den teildurchlässigen Resonatorspiegel A3 als Impulspaar /3 und B' ausgekoppelt. In einfacher Weise kann das Prisma Pan dem einen Stabende auch aus Glas, vorzugsweise Bleiglas, bestehen, das an dem Rubinstab durch ein geeignetes Bindematerial befestigt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Nach dem Prinzip der stimulierten Emission arbeitender optischer Sender für kohärente Strahlung zur Erzeugung von Impulsen sehr hoher Leistung in einer vorgegebenen Fortpflanzungsrichtung (Riesenimpulslaser), bestehend aus einem stabförmigen stimulierbaren Medium, vorzugsweise Rubin, einer Anregungslichtquelle und einem die Anregungslichtquelle auf das stimulierbare Medium abbildenden Spiegelsystem, bei dem das stimulierbare Medium in einem mit einer Auskoppelvorrichtung versehenen optischen Resonator, insbesondere einem Fabry-Perot-Resonator, angeordnet ist, der zusätzlich wenigstens einen in seiner Lichtdurchlässigkeit steuerbaren optischen Schalter enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der impulsförmige Ausgangsstrahl sich aus zwei wenigstens annähernd gleiche Intensitäten aufweisenden impulsförmigen Teilstrahlen zusammensetzt, die von den an beiden Enden des stimulierbaren Mediums in entgegengesetzter Richtung austretenden und unabhängig voneinander ausgekoppelten kohärenten Strahlen gewonnen sind, und daß die gleiche Fortpflanzungsrichtung der den impulsförmigen Ausgangsstrahl bildenden beiden impulsförmigen Teilstrahlen mittels einer innerhalb oder außerhalb des Resonators vorgesehenen Optik herbeigeführt ist

2. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik von den beiden ebenen Stirnflächen' des stabförmigen stimulierbaren Mediums, die in einem Winkel von etwa 45° zur Stabachse geneigt sind, gebildet wird, und daß parallel zum stabförmigen stimulierbaren Medium ein teildurchlässiger Spiegel auf Seiten der aus dem stabförmigen stimulierbaren Medium austretenden impulsförmigen Strahlen angeordnet ist (F i g. 2).

3. Optischer Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Stirnfläche des stabförmigen stimulierbaren Mediums senkrecht zur Stabachse orientiert und eben ausgebildet ist, während seine andere, unter einem Winkel von 45° gegen die Stabachse geneigte Stirnfläche zur Realisierung der Optik eine Teilfläche eines 45°-Konus oder eines 45°-Prismas ist, dessen Grundfläche senkrecht zur Stabachse orientiert ist, und daß ein teildurchlässiger Spiegel auf Seiten der und parallel zur erstgenannten Stirnfläche des stabförmigen stimulierbaren Mediums angeordnet ist (F i g. 3).

4. Optischer Sender nach Anspruch 1 mit einem Resonator vom Fabry-Perot-Typ, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auf einander gegenüberliegenden Seiten des stabförmigen stimulierbaren Mediums angeordneten, zueinander parallelen Spiegel des Resonators teildurchlässig ausgebildet sind und daß die Optik aus zwei vollreflektierenden 45°-Umlenkspiegeln, vorzugsweise 45°-Prismen, besteht (Fig.l).

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