DE1764055A1 - Aufbau eines Einblock-Lasers - Google Patents

Aufbau eines Einblock-Lasers

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Benjamin Dessus
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Alcatel Lucent SAS
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Compagnie Generale dElectricite SA
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Description

Patentanwälte
Dipl.-lng. L5i'V.7r-bef
Dipl.-lng. Z\W '-'"' : · ;fl
München 2, i:^-;iJi 1
Tel. 2öliJ89
27, ?1"rz
COMPAGNIE GENERAIE D'EIEGTRICITE 54, rue Ia Boetie, Paris (8), Frankreich
AUFBAU EINES EINBIiGCZ-LASERS
Die Erfindung betrifft laser und insbesondere Gaslaser.
Bei Gas-Iasern verwendet man in der Regel einen raumresonator aus zwei Spiegeln,zwischen denen ein geschlossenes Rohr mit Elektroden untergebracht ist, zwischen denen eine elektrische Gasentladung hervorgerufen wird. Die Endflächen des Rohres sind im Brewster-Winkel geschliffen, um Verluste infolge der Reflexion der Flächen möglichst zu verringern und den aus dem Rohr austretenden Laserstrahl geradlinig zu polarisieren.
Mit einem solchen Aufbau ist eine hohe Frequenz-
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Stabilität schwer zu erzielen, da die geringsten Längenänderungen des aus zwei Spiegeln bestehenden Hohlraum-Resonators eine nickt vernachlässigbare änderung der Frequenz bewirken. Diese Längenänderungen des Hohlraums können beispielsweise durch Erschütterungen hervorgerufen werden. Ausserdem bewirkt jede mangelhafte Ausrichtung der Spiegel eine Änderung der Laserleistung. Ba Spiegel und Rohr voneinander getrennt sind, wird die Stabilität des Lasers beeinträchtigt, wenn sich die Merkmale der umgebenden Luft wie Feuchtigkeitsgehalt, Wirbelbildung, Staub usw. ändern.
Es ist ebenfalls bekannt, dass bei Verwendung des Lasers als Frequenz-Normal der Betrieb auf eine einzige Frequenz auszurichten ist, was die Verwendung von Hohlräumen möglichst geringer Länge bedingt; dies wiederum erfordert eine um so grössere Präzision bei der Einstellung der Entfernung zwischen den Spiegeln.
Gegenstand der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Gas-Laser zu schaffen, der konatruktionsmässig frequenz- und leistungsstabil sowie dadurch gekennzeichnet ist, dass er ein Quarz-Laser-Rohr mit einer Anode und eine Kathode, aufweist, welches am Ende der Anodenseite durch einen senkrecht zur Rohrrichtung verlaufenden Spiegel verschlossen ist und dessen Ende auf der Kathodenseite entsprechend der ausgesandten Wellenlänge im Brewster-Winkel geschnitten ist, wobei eine Glasplatte mit parallelen Flächen dieses Rohrende abachliesst. Ein zweiter halbdurchläsaiger Spiegel ist
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parallel zum ersten Spiegel am Ende einer Muffe befestigt, die ihrerseits am Rohr auf der Kathodenseite derart befestigt ist, dass der Raum zwischen der Glasplatte und dem zweiten Spiegel praktisch von dem den Laser umgebenden Medium isoliert ist und die aus Rohr und Spiegeln bestehende Anordnung eine starre Einheit bildet.
Ein weiteres wichtiges.Merkmal der Erfindung liegt darin, dass die Muffe, welche den zweiten Spiegel trägt, aus einem piezoelektrischen Material besteht, das durch einen elektrischen Strom erregt werden kann, wodurch sich die Länge des von den beiden Spiegeln gebildeten Hohlraumes justieren und eine stabile Laserstrahl-Leistung und -Frequenz erzielen lässt.
Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die das Rohrende auf der Kathodenseite abschliessende Glasplatte aus einem eine unerwünschte Wellenlänge des Laserstrahls absorbierenden Glas bestehen kann. Bei einem Helium-Neon-Laser verwendet man daher ein Glas des Typs S 80 151, das die Wellenlänge 3,39/u stark absorbiert und die Wellen-
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länge 6 328 A hindurchlässt. Die im Brewster-Winkel angeordnete Glasplatte bietet ferner den Vorteil, den zweiten Spiegel vor Bombardierung durch Gas-Tonen infolge der elektrischen Entladung zwischen Anode und Kathode zu schützen und den Laserlichtstrahl geradlinig zu polarisieren, was bei optischen Messungen oft als vorteilhaftes Merkmal zu werten ist.
Die erf in dungs gemässe starre Laseranorcinung hat ferner 109818/1702
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den Vorteil, dass sie leicht zu handhaben ist, ohne dass die Kennwerte des Lasers irgendwie "beeinflusst werden.
Die Fig. zeigt ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Quarzrohr 1 weist einen mittleren, vorzugsweise sehr feinen Kanal 2 (Kapillar-Röhre) auf, in den zwei Querkanäle 3 und 4 münden. Zwei Aussenrohre 5 und 7 sind mit den Kanälen 3 und 4 verbunden und mit den Elektroden 6 und 7 ausgerüstet. Die Rohre 5 und 6 sind über Dichtungen 9 und 10 verbunden oder vorzugsweise im Rohr 1 eingelassen. Die Elektroden 6 und 7 liegen an einer Stromzufuhr 11, beispielsweise an einer Gleichstromquelle. Das Rohr 1 hat ein Teil 12 stärkeren und ein Teil 13 schwächeren Durchmessers. Es ist an einem Ende durch einen Spiegel 14 senkrecht zur Richtung des Kanals 1 abgeschlossen, während das andere Ende durch eine Glasplatte 15 mit parallelen Flächen verschlossen ist, die mit dem Kanal einen Brewster-Winkel bildet. Wie bereits ausgeführt, kann diese Platte als Polarisator und Filter verwendet werden, sofern ein entsprechendes Glas gewählt wird. Die Muffe 17 umgibt den schmaleren Teil 13 des Rohres 1. Sie besteht aus einen piezoelektrischen Material, beispielsweise aus piezoelektrischer Keramik, und ist mit Metallringen 18 und 19 versehen, die mit den Ausgangsklemmen eines elektrischen Signal-Generators 20 verbunden sind. Die Muffe 17 weist ferner einen Spiegel 16 auf, der senkrecht zum Kanal 2 angeordnet ist.
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Der aus dem Rohr 1, der Muffe 17 und den Spiegeln 14 und 16 "bestehende Hohlraum-Resonator "bildet somit eine starre Anordnung,die Erschütterungen und Verschiebungen erfahren kann, ohne das3 sich die Länge des Hohlraumes ändert. Beim erfindungsgemässen Laser ist ferner ein Photodetector 21 hinter dem Spiegel 14 angeordnet und mit einer Datenverarbeitungs-Schaltung 22 verbunden, die „" >n Signal-Gen er at or steuert.
Der erfindungsgemässe Laser arbeitet folgendermassen :
Bekanntlich ist die Ausgangsleistung eines Lasers von dessen Schwingungsfrequenz abhängig, und dieses Merkmal wird zur Stabilisierung des Lasers ausgenutzt. Hierzu wird die Länge des Hohlraumes mit der Frequenz von beispielsweise 5 kHz mittels eines piezoelektrischen Transduktors, bestehend aus einer Muffe 17 aus piezoelektrischer Keramik und den Elektroden 18 und 19 moduliert, wodurch eine Änderung der Hohlraumlänge und eine geringe Modulation der Ausgangsleistung erzielt werden. Die schwache Laserstrahlung, die durch den Spiegel 14 gelangt, wird vom Photo-Detektor 21 aufgefangen. Das so erhaltene Signal steuert nach Verarbeitung durch die Schaltung 22 die Länge des q.ue dtn Spiegeln 14 und 16 gebildeten Hohlraumes. Die Vorrichtung 22 dient zur Verarbeitung der vom Photo-Detektor 21 übertragenen Nachrichten und gewährleistet die Steuerung des Generators 20» der den Transduktor 17, 18, 19 erregt, so dass die Längenänderungen des Hohlraumes infolge der Ausdehnung des Quarzrohrea 1 und
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der Muffe 17 kompensiert werden. Andererseits gestattet die Erregung des Transduktors mit der Frequenz von 5 kHz die Modulation der Ausgangsleistung des Lasers. Durch diese Modulation erfolgt eine Frequenz-Auswanderung des Lasers auf einen Höchstwert in der Grössenordnung von 2,5 kHz von der Mittenfrequenz, wodurch eine ausgezeichnete Frequenz-Stabilität des von der erfindungsgemassen Vorrichtung ausgeeandten Laserstrahls erzielt wird.
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Claims (7)

Patentansprüche :
1. Laser aus einem Quarzrohr mit einem Längskanal und zwei zusätzlichen, verschlossenen Eohren, die je eine Elektrode aufweisen und durch Querkanäle mit dem Längskanal verbunden sind, dessen eines Ende ein senkrecht zur Achse des LängskamLs stehender Spiegel abschließt, während sein anderes Ende durch eine Glasplatte mit zueinander parallelen Flächen abgeschlossen ist, die mit der Achse des Längskanals einen Brewster Winkel bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser einen zwei· ten Spiegel (16) hat, der auf der Achse des Längskanals (2) senkrecht stehend auf der vom Längskanal abgewandten Seite der Glasplatte (15) angeordnet und von einer Muffe (17) gehalten is* die auf das Quarzrohr (1) aufgeschoben ist.
2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (17) aus einem piezoelektrischen Material besteht und Elektroden (18,19) aufweist, die an den in Achsrichtung des Lang kanals (2) liegenden Enden der Muffe (17) angeordnet und mit einem elektrischen Signal-Generator (20) verbunden sind.
3. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Quarzrohres (1), auf das die Muffe (17) aufgezogen ist, einen verringerten Außendurchmesser aufweist, wobei die Muffe (17) und der Spiegel (16) ein dichtes, die Glas-
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platte (15) umgreifendes Endstück bilden.
4. Laser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem piezoelektrischen Material um Keramik
y"
handelt.
5. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasplatte (15) aus einem Glas mit selektivem Absorptionsvermögen besteht und ihre Außenfläche optisch bearbeitet ist.
6. Laser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Spiegel (14,16) ein von Null verschiedenes Durchlaßvermögen aufweist, und daß der elektrische Signal-Generator (20) durch einen Photodetektor (21) gesteuert ist, der auf der Seite des ein von Null verschiedenes Durchlaßvermögen aufweisenden Spiegels (14) im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet ist.
7. Laser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Signal-Generator (20) Signale mit einer Frequenz von einigen Kilohertz aussendet, deren Amplitude über eine Informationsverarbeitungs-Schaltung (22) durch die Kennwerte der von dem Photodetektor (21) ausgesandten Signale gesteuert ist.
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