DE1614623C - Optischer Sender mit Eigenschwingungsbegrenz ung - Google Patents

Description

Die Figur zeigt einen optischen Sender (Laser) in schematischer Darstellung ohne die für die Energiezufuhr erforderliche Anregungsenergiequelle. Er besteht aus einem streng konzentrischen Resonator mit zwei sphärischen Spiegeln Sl und 5 2, einem in der Mitte zwischen den Spiegeln und parallel zu ihnen angeordneten plattenförmigen, räumlich selektiv sättigbaren Absorptionsfilter A b und zwei das stimulierbare Medium darstellenden stabförmigen Körpern M1 und M 2, die in der Resonatorachse auf beiden Seiten des Absorptionsfilters Ab vorgesehen sind. Das Absorptionsfilter Ab besteht beim Ausführungsbeispiel nach der Figur aus einer Glasplatte mit einer darauf aufgebrachten dünnen Farbschicht, die die gewünschten räumlich sättigbaren Eigenschaften aufweist.

In die Figur sind einerseits die Randstrahlen des Grundmodes GM und andererseits die Modenumhüllende MH der im Resonator neben dem Grundmode anregungsfähigen Moden höherer transversaler Ordnung angegeben. Auf Grund des streng konzentrischen Resonators ergibt der Grundmode GM im Bereich des Absorptionsfilters Ab einen Brennpunkt, während die Moden höherer transversaler Ordnung mit zunehmender Ordnungszahl in der Ebene des Absorptionsfilters Ab einen zunehmenden Durchmesser aufweisen. Die Durchmesser der Moden höherer transversaler Ordnung sind in der Figur durch gestrichelte Kreise angedeutet.

Wie der Verlauf des Grundmodes GM und der Verlauf der Modenumhüllenden MH längs der Resonatorachse erkennen lassen, haben der Grundmode und sämtliche Moden höherer transversaler Ordnung auf den Spiegeln S 1 und 5 2 den gleichen Durchmesser. Die Anbringung des Absorptionsfilters Ab in unmittelbarer Nähe eines der beiden Spiegel S1 oder S 2 hätte keine modenselektive Wirkung, weil der Unterschied der Querschnittsverteilung verschiedener Moden hier sehr gering ist. Dagegen ist diese Querschnittsverteilung im Bereich

ίο der Strahltaille, also in der Mitte zwischen beiden Spiegeln 5 1 und S 2, zwischen den verschiedenen Moden stark unterschiedlich. Außerdem hat hier der Grundmode GM einen Brennpunkt und ist somit durch die im Brennpunkt gegebene hohe Energiedichte gegenüber allen übrigen Moden — bei Sättigung des Absorptionsfilters Ab im Bereich dieses Brennpunktes und der damit gegebenen entdämpften Anregung — im Resonator stark bevorzugt.

Das Absorptionsfilter Ab wirkt praktisch wie eine in· der durch den Brennpunkt des Grundmodes GM gegebenen Querschnittsebene angeordnete Blende, die durch ihre konzentrische Öffnung den Grundmode hindurchtreten läßt und die Moden höherer transversaler Ordnung unterdrückt. Im Unterschied zu einer üblichen Blende hat das Absorptionsfilter Ab jedoch den außerordentlichen Vorteil der automatischen Funktion und den, daß hier kein scharfer Blendenrand entstehen kann und damit auch die ansonsten durch einen solchen Blendenrand gegebenen Beugungserscheinungen hier praktisch unterdrückt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

durch gelöst, daß da's Absorptionsfilter eine fre- Patentansprüche: · quenzabhängige Blende darstellt, indem "es erstens frequenzabhängig sättigbar ist und zweitens an

1. Optischer Sender (Laser) mit Eigenschwin- einem solchen Ort des Strahlenquerschnitts' angegungsbegrenzung durch ein sättigbares Absorp- 5 ordnet ist, der eine starke unterschiedliche räumtionsfilter, das zusammen mit dem stimulier- liehe Auffächerung der verschiedenen Eigenschwinbaren Medium innerhalb eines optischen Reso- gungen auf Grund der Wahl der Krümmung wenignators angeordnet ist, dadurch gekenn- stens eines der den optischen Resonator begrenzenzeichnet, daß das Absorptionsfilter (AB) den Spiegel zeigt.

eine frequenzabhängige Blende darstellt, indem io Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß

es erstens frequenzabhängig sättigbar ist und modenbegrenzte optische Resonatoren wie z. B. die

zweitens an einem solchen Ort des Strahlen- Grenzfälle des sogenannten konzentrischen Reso-

querschnitts angeordnet ist, der eine starke uri- nators oder des hemikonzentrischen Resonators eine

terschiedliche räumliche Auffächerung der ver- Querschnittsverteilung der verschiedenen im Reso-

schiedenen Eigenschwingungen (GM, MH) auf 15 nator existenzfähigen Moden transversaler Ordnung

Grund der Wahl der Krümmung wenigstens eines aufweisen, die längs der Resonatorachse variabel ist.

der den optischen Resonator begrenzenden Spie- Beim konzentrischen Resonator beispielsweise haben

gel (S 1, S 2) zeigt. sämtliche Moden transversaler Ordnung auf den den

2. Optischer Sender nach Anspruch 1, da- Resonator bildenden spärischen Spiegeln annähernd durch gekennzeichnet, daß das Absorptionsfilter 20 gleichen Durchmesser. Dagegen ist der Durchmesser (Ab) am Ort minimaler Querschnittsausdehnung verschiedener Moden transversaler Ordnung im Beder Grundschwingung (GM) in einer zur Reso- reich der Strahltaille, also in der Mitte zwischen den natorachse senkrechten Ebene angeordnet ist. beiden Spiegeln, stark unterschiedlich. Die Anord-

3. Optischer Sender nach Anspruch 1 oder 2, nung eines räumlich selektiv sättigbaren Absorpdadurch gekennzeichnet, daß das Absorptions- 25 tionsfilters an einem solchen Ort stark unterschiedfilter (Ab) in der Strahltaille engsten Querschnitts licher Querschnittsverteilung der verschiedenen eines konzentrischen oder hemikonzentrischen Moden transversaler Ordnung bedeutet somit einen optischen Resonators angeordnet ist. modenselektiven Effekt in der Weise, daß der Mode

mit dem kleinsten Durchmesser das Filter auf Grund

30 seiner höheren Energiedichte räumlich selektiv zuerst

sättigt und damit gegenüber Moden mit größerem Durchmesser an diesem Ort stark bevorzugt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Die bevorzugte Ausbildung dieses Modes führt prak-Sender (Laser) mit Eigenschwingungsbegrenzung tisch zur Unterdrückung der übrigen Moden, da durch ein sättigbares Absorptionsfilter, das zusam- 35 deren Energie auf Kosten dieses bevorzugten Modes men mit dem stimulierbaren Medium innerhalb eines stark gedämpft wird,
optischen Resonators angeordnet ist. Ein solches räumlich selektiv sättigbares Absorp-

Sättigbare Absorber haben vor allem als passive tionsfilter läßt sich u. a. mit organischen Stoffen Güteschalter bei Riesenimpulslasern Anwendung ge- verwirklichen. Beispielsweise kann ein solches Filter funden. Der Absorber hat dabei die Aufgabe, den 40 aus einer auf einem Glasträger aufgebrachten dünnen Resonator für die Ausbildung einer kohärenten Farbschicht oder aber aus einer mit einer geeigne-Strahlung so lange zu sperren, bis das stimulierbare ten organischen Farbstofflösung gefüllten Küvette Medium durch die ständige Energiezufuhr einen aus- bestehen.

reichend hohen Inversionswert erreicht hat. Wird Der auf diese Weise erzielten Selektion von Mo-

schließlich die Absorptionsfähigkeit des Absorbers 45 den transversaler Ordnung kommt zugute, daß der durch Sättigungserscheinungen erschöpft, dann gibt auf eine Ebene senkrecht zur Resonatorachse bezoder Absorber den optischen Resonator für die Aus- gene Durchmesser dieser Moden mit zunehmender bildung eines Laserlichtblitzes frei, d. h., die im sti- Ordnungszahl bei gleichzeitiger Abnahme der in mulierbaren Medium gespeicherte Energie entlädt einem Mode begrenzten Energie zunimmt. Somit sich in Form eines Riesenimpulses. 50 wird in einem modenselektiven Resonator nach der

Das Experimentieren mit sättigbaren Absorbern hat Erfindung die Selektion praktisch auf den Grundgezeigt, daß sich solche Absorber auch zur Kopplung mode beschränkt, während alle Moden höherer und Unterdrückung axialer Wellenformen bei einem transversaler Ordnung in wünschenswerter Weise Laseroszillator verwenden lassen. Für bestimmte An- unterdrückt werden.

wendungsfälle mit Hilfe von Laseroszillatoren er- 55 Die beste Wirkung ist durch das sättigbare Abzeugter kohärenter Strahlung wird die Forderung sorptionsfilter gegeben, wenn das Filter am Ort nach einer sogenannten modenreinen Strahlung er- minimaler Querschnittsausdehnung der Grundhoben. Hierunter wird ein Anschwingen des opti- schwingung in einer zur Resonatorachse senkrechten sehen Senders ausschließlich im Grundmode seines Ebene angeordnet ist. Unter dem Grundmode ist optischen Resonators verstanden. 60 dabei der Mode zu verstehen, der die höchste Güte

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für aufweist und daher im Resonator zuerst anschwingt, einen ausschließlich den Grundmode erzeugenden Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach

optischen Sender eine Lösung anzugeben, bei der zur der Erfindung ist das Absorptionsfilter in der Strahl-Unterdrückung der anregungsfähigen Moden höhe- taille engsten Querschnitts eines konzentrischen oder rer transversaler Ordnung in außerordentlich ein- 65 hemikonzentrischen Resonators angeordnet,
fächer Weise mit einem sättigbaren Absorptionsfil- An Hand eines in der Figur dargestellten Auster ausgekommen wird. führungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung da- noch näher erläutert werden.