DE1920879C - Optischer Sender oder Verstarker für kohärente Strahlung - Google Patents

Description

I 920 879 f.

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Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder Mittel angeregt wird, dringt die Anreg'ungsenergie IS

Verstärker für kohärente Strahlung von 1,5 μπι durch das Mantelmaterial in den Kern cm. Derjenige

Wellenlänge, dessen stimulierbares, Glasmedium Er"+ Teil der spontan aus dem Kern ausgesendeten Strah-

als Aktivatorion enthält, auf das Yb^:'+ oder Yb³⁺ zu- lung, der sich nicht in der Längsrichtung des Kernes sammen mit Nd"+ als Sensibilisatoren Anregungs- 5 fortpflanzt, wird in den Mantel eindringen un'd dort

energie übertragen. absorbiert werden. Auf diese Weise wird eine Er-

Aus »Glastechnische Berichte«, Bd. 39, Nr. 3 vom Schöpfung in der Besetzungsumkehr des stimulier-

März 1966, S. 104 bis 112, ist ein optischer Sender oder baren Mediums auf Kosten der sich in Längerichtuni

Verstärker für kohärentes Licht mit einem stimulier- des Kernes ausbreitenden Strahlung verhindert. Ein baren Glasmedium, das als Aktivator Er³⁺ mit einer io erfindungsgemäßes, stabförmiges, stimulierbares Mc-

Strahlung bei 1,54 μηι und als Sensibilisator Yb+³ dium, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, kann wie üblich

enthält, wobei die Kernfaser von einem Mantelgias mit zueinander parallel reflektierenden Stirnflächen

überzogen ist, bekannt. a:i den entgegengesetzten Stabenden versehen sein,

Aus »Applied Optics«, Bd. 5, Nr. 10 vom Oktober die den optischen Resonator begrenzen. Dabei kann 1966, S. 1487 bis 1499, ist es außerdem bekannt, 15 gegebenenfalls das Verhältnis von Stablänge zu

Yb³⁺ zusammen mit Nd³⁺ als Sensibilisatoren für seinem Durchmesser groß gewählt werden, so daß

Er+³ als Ak'ivatorion zu verwenden. bei fortlaufender Welle das Gerät als optischer Ver-

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad stärker wirkt.

derartiger Sender oder Verstärker für kohärentes Bei Verwendung eines erbiumdotierten Laserglas« Licht zu verbessern. ₂₀ mit Ytterbiumionen oder sogar Ytterbium- und Neo-Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch dvmionen zusammen als Anregungsenergieüberträga einen optischen Sender oder Verstärker der eingangs auf das Erbium wird hauptsächlich Strahlung der beschriebenen Art gelöst, der sich dadurch kenn- Wellenlänge 1,5 μπι emittiert, wobei die Leistung zeichnet, daß das stimulierbare Giasmedium von wesentlich größer ist als bei Verwendung von einem einer Absorberschicht für die kohärente Strahlung 25 nur mit Erbium dotierten stimulierbaren Medium umfangen wird, die Praseodym enthält und die das allein. Dabei wird in üblicher Weise eine Entladungskürzerwellige Anregungslicht ungehindert hindurch- blitzröhre zum Anregen der Laserionen des Erbiumtreten läßt. glaslasers verwendet. In beiden Fällen wird das Dadurch wird erreicht, daß das Mantelmaterial für Praseodymmantelmaterial verwendet. Beide Formen den größten Teil des sichtbaren Bereiches der elektro- 30 der Erbiumlaser arbeiten bei Zimmertemperatur, und magnetischen Strahlung und d»~s nahen Infrarot bis ihre Emission liegt im wesentlichen bei 1,5 μπι. VM 1,2 um der Anregungsfrequenz des Lasermaterials I_n unmittelbarem Kontakt mit dem langgestreckten durchlässig ist. Auf der anderen Seite ist es selektiv Kern aus Laserglas befinden sich das selektiv arbsorabsoibierend für die spontan ausgesendete Laser- bierende Mantelmaterial, das dreiwertiges Praseodym strahlung der Wellenlänge 1,5 μπι, die vom Laser- 35 als wesentlichen Bestandteil enthält. Das Praseodym kemmaterial in das den Kern umgebende Mantel- enthaltende Mantelmatcriai k-irtn ein Festkörper, wie material abgestrahlt wird, so daß eine Erschöpfung etwa klares Glas oder ein klares Kunststoffmaterial der Besetzungsumkehr in einem höheren oder ange- oder sine klare Flüssigkeit sein. Die Färbung kommt regten Energieniveau des angeregten Lasermateiials durch den Gehalt an Praseodymionen zustande, verhindert wird. 40 Ei_n verwendbarer Festkörper für die manteiför-Dic Erfindung wird im weiteren an Hand von Aus- mige Absorbersdiicht kann ein Glas ähnlich dem führungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figu- Einbettungsmaterial des Laserkernes, ein Epoxyharz ren beschrieben. Von den Figuren zeigt oder eine Chelatverbiudung sein, der dreiwertiges Fig. 1 einen! Querschnitt durch einen Laserstab, Praseodym enthält, oder auch eine F.ussigkeit, wie Fig. 2 eine graphische Darstellung der in Prozen 45 etwa Wasser, in der Praseodymchlorid gelöst ist. ten angegebenen Durchlässigkeit für das Manie!- Durch Verwendung eines praseodymdotierten material, welches dreiwertiges Praseodym enthält, Mantels wird das Laserkernmaterial durch das praseals Funktion der Wellenlänge im sichtbaren und odymdotierte Mantelmaterial hindurch besonders nahem Infrarotbereich des Spektrum:?. wirkungsvoll angeregt.

In Fig. I ist eine Lascranordnung 10 aus einem 5° Die ausgesendete Wellenlänge des dreiwertigen

langgestreckten Kern 12 aus einem stimulierbaren Erbiumlaserglases liegt in der Nähe von 1,5 μηι im

Giasmedium und einem als Absorberschicht dienen- Infrarot, während der größte Teil der zum Anregen

den selektiv absorbierenden Mantel 14, der den verwendeten Wellenlängen im sichtbaren Spektrum

Kern auf dessen ganzer Länge in unmittelbarem Kon- Hegt. Der größte Teil der Wellenlänge der zum An-

takl umgibt, gezeigt. Diese mantelförmigc Absorber- 55 regen verwendeten Energie für das dreiwertige

schicht enthält dreiwertiges Praseodym. Ytterbium liegt im Bereich des Spektrums zwischen

In einer in Fig. I gezeigten Anordnung soll die 0,88 und 1,2 μπι, während er für Neodym im

kohärente Strahlung nur in nahezu axialer Richtung Sichtbaren zwischen 0,48 und 0,9 μηι liegt. Daraus

austreten. Dazu muß der Brechungsindex des Man- folgt für die gewünschte Charakteristik des Mantel-

telmaterials zum vorbestimmten Brechungsindex des 60 materials bei Verwendung eines die obengenannten

Kernes 12 eine Kleinigkeit größer gewählt werden, Bestandteile enthaltenden Laserkemmaterials, daß es

damit für die ausgesendete Wellenlänge an der im 1 ,.^im-Bereich des Spektrums stark absorbieren

inneren Mantelfläche keine Totalreflexion eintritt. Es sollte, wä'hrend es für Strahlung im sichtbaren Be-

gcniigt, wenn das Mantclmatcrial nur eine Ab- reich und im nahem Infrarot bis hin zu 1,02Mm oder

weichung von ein bis zwei Tausendslei des Weites 63 noch etwas weiter gut durchlässig sein sollte, damit

des Kernniaterials aufweist. die optische Anregungsenergie wirkungsvoll ausge-

Wiiiiii das st'imulicrbare Medium in dieser Weise nutzt werden kann. Außerdem soll das Mantelmate-

aufßcbiiul ist und durch geeignete, hier nicht gezeigte rial möglichst viel von der spontan ausgesendeten, sich

abweichend von der Längsrichtung ausbreitenden Laserstrahlung mit der Wellenlänge 1,5 μΐπ absorbieren. Wie in F i g. 4 an Hand einer Absorptionskurve für Praseodym enthaltendes Mantelglas gezeigt ist, ist die Absorption im l,5^in-Bereich relativ gut. Gleichzeitig ist eine gute Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich vorhanden. Das Manteiglas war etwa I mm dick und setzte sich wie folgt zusammen: ZnO 12,39 Gewichtsprozent, AI₂O., 7,13 Gewichtsprozent, La₂O₃ 8,5 Gewichtsprozent', P.,O₅ 67,98 Gewichtsprozent und Pr₂O₃ 4,0 Gewichtsprozent.

Es soll hier noch erwähnt werden, daß für die Kombination Ytterbium-Erbium-Ionen ebenso wie für Neodymionen, wenn es gewünscht wird, als Glasbasis auch eine andere als die obenerwähnte benutzt werden kann, wobei keine Schwierigkeiten auftreten, vorausgesetzt, daß die verwendeten Gläser von hoher Durchlässigkeit für den Bereich der Anregungsstrahlung für die die Energie übertragenden Ionen sind. Zum Beispiel können anorganische Glä^rer, wie Silikat-, Phosphat-, Borat-, Arsentrisulfid-, Aluminiumsilikat- und Germanatgläser verwendet werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Optischer Sender oder Verstärker für kohärente Strahlung von 1,5 jim Wellenlänge, dessen stimulierbares Glasmedium Er¹⁺ als Aktivatorion enthält, auf das Yb³⁺ oder Y^:1+ zusammen mit Nd^:l+ als Sensibilisatoren. Anregungsenergie übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Glasmedium (12) vun einer Absorberschicht (14) für die kohärente Strahlung umfangen wird, die Praseodym enthält und die das kürzerwellige Anregungslicht ungehindert hindurchtreten läßt.

2. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberschicht (14) aus Glas oder organischem Kunststoff besteht, die bis zu 30 Gewichtsprozent Praseodymoxid enthält.

3. Optischer Sender oder Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (14) aus einer Flüssigkeit besteht, die bis zu 30 Gewichtsprozent Praseodymchlorid enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen