DE19531455A1

DE19531455A1 - Strahlungsgepumpter Festkörper-Farbstofflaser

Info

Publication number: DE19531455A1
Application number: DE1995131455
Authority: DE
Inventors: Heinz A Prof Dr Klose; Joachim Prof Dr Rauchfus; Stefan Dr Zoepfel
Original assignee: GMS GES fur MES und SYSTEMTEC
Current assignee: GMS GES fur MES und SYSTEMTEC
Priority date: 1995-08-26
Filing date: 1995-08-26
Publication date: 1997-02-27

Description

Der Stand der Technik ergibt sich aus dem Artikel von M. V. Bondar, et al [1].

Hierin wird eine Apparatur beschrieben, die mittels Farbstoff dotierter Polymere La serfähigkeit im Bereich von 600 nm bis 700 nm aufzeigt. Eine ähnliche Apparatur im etwa gleichen Wellenlängenbereich ist in [2] von H. Misawa beschrieben, wobei hier die verwendeten Polymere aus Mikropartikeln und somit aus keinem makroskopi schen Körper bestehen.

Die Erfindung geht von einem Gegenstand der Gattung des Anspruchs 1 aus. Ein Gegenstand dieser Art mittels der angegebenen Pumpverfahren und einer Wellen länge kleiner 600 nm ist bisher nicht bekannt. Solche Laser werden insbesondere in Faserform von der Medizin, der Umweltschutzdiagnostik, von der interferometri schen und holographischen Meßtechnik, der Mikrosystemtechnik, der Raumfahrt sowie zur Steuerung und Überwachung industrieller Prozeßabläufe gefordert, da sie leicht, beweglich, flexibel, organverträglich und vielfach einsetzbar sind sowie in klei ne Öffnungen eingeführt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Aufbauten eines Festkörper-Farb stofflasers anzugeben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe unter Ausnutzung der physikalischen und chemischen Gegebenheiten durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 und den nachfolgenden Unter- und Nebenansprüchen gelöst.

Die Vorteile der Erfindung sind:

1. der sowohl kontinuierliche als auch gepulste Betrieb von Farbstofflasern auf Festkörperbasis.
2. der Wegfall eines Umpumpsystems für Farbstoffe.
3. die geringfügige Alterung des Materials und die fehlende, aber üblicherweise bei Farbstofflasern auftretende große Verschmutzung der Farbstoffflüssigkeit.
4. die Miniaturisierung des Laserkopfes bis in den Mikrometerbereich.
5. die Flexibilität von Fasern.
6. die vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten der aktiven Medien.
7. die relativ einfache Realisierung von Oberflächen mit optischer Qualität.

Zu den physikalischen und chemischen Gegebenheiten gehören die aus den von Flüssigkeits-Farbstofflasern her wohlbekannten Eigenschaften der eingesetzten Farbstoffe. Diese werden beim Festkörper-Farbstofflaser als Dotierung dem je weiligen Kunststoff in zu den von Flüssigkeitsfarbstofflasern her vergleichbaren Anteilen zugesetzt. Für den kontinuierlichen Laserbetrieb wird eine Erhöhung der Farbstoffdichte benötigt, so daß immer eine ausreichende Anzahl von Farbstoffzentren sich im angeregten, laserfähigen Zustand befinden, während die Triplettzustände oder sonstige Zustände in den Lasergrundzustand relaxieren. Zur Anregung kann gemäß Anspruch 1 eine Elektronenkanone verwendet werden, deren Elektronenstrahl direkt in den Festkörper-Farbstofflaser eindringt oder erst in Röntgen- und/oder Gammastrahlung konvertiert auf diesen einwirkt.

Wie aus dem Ausführungsbeispiel Fig. 1 bzw. Fig. 2 ersichtlich, ist dabei 1 die Ka thodenschneide, 2 die als Gitter ausgelegte Anode, die an ihren Rändern auf dem Keramiksubstrat 3 liegt. Zwischen der Anode 2 und dem Substrat 3 befindet sich das aktive Lasermedium 4. Das abgeschlossene Gehäuse, bestehend aus 1 und 3, kann auf Hochvakuum vollständig oder teilweise evakuiert werden. Fig. 2 unterscheidet sich von der Anordnung in Fig. 1 allein dadurch, daß eine zusätzliche Bremskathode, bestehend aus Material mit hoher Ordnungszahl, angebracht und über Widerstände mit der Kathodenschneide verbunden ist. Die Anregung kann in beiden Fällen so wohl von der Seite als auch von einem Ende der Faser bzw. des Mediums erfolgen. Wie aus dem Ausführungsbeispiel Fig. 3 hervorgeht, kann als Anregungsquelle auch eine Teilchenquelle schwerer Partikel oder eine UV-Laserquelle 19 dienen, wobei die Partikel bzw. die UV-Strahlung durch geeignete elektromagnetische bzw. opti sche Linsen 7 und 8 zu einem Strich 7 aufgeweitet und auf den Kerndurchmesser 9 der Faser bzw. des Mediums mittels 8 fokussiert werden, wie dies gemäß Ansprü chen 1 und 4 notwendig ist.

Ebenso kann die Faser bzw. das Medium 9 von einer oder mehreren nicht kohären den beliebigen Photonenquellen wie z. B. Blitzlampen, Bogenlampen, Entladungs lampen und stillen Entladungslampen 10, die von einem Spiegel umgeben sein kön nen, angeregt werden. Entsprechend Fig. 4 kann die Faser bzw. das Medium 9 mit dem Brechungsindex n₉ auch von einem transparenten Körper 11 mit dem Bre chungsindex n₁₁ umgeben sein, in dem lichtführende Fasern 10 mit dem Bre chungsindex n₁₀ eingebettet werden, wobei die Bedingung von n₁₀ n₁₁ und n₉ n₁₁ eingehalten werden muß. Ebenso kann gemäß Fig. 5 eine Leucht- oder lichtführende Faser 12, die von einer Lichtquelle 13 gepumpt wird, und die an ihren Enden teildurchlässig verspiegelt ist, die Laserfaser 9 anregen. Eine hohe Effizienz wird dann erreicht, wenn die Durchmesser der Fasern 9 und 12 vergleichbar sind und für die Brechungsindizes die Bedingung n₁₀ n₁₁ eingehalten wird.

Gemäß Anspruch 5 entsprechend Fig. 6 kann die Faser 14 zu einem Ring bzw. Spu le angeordnet werden, wobei ihre Enden am Stoßpunkt 15 verspiegelt sein können und/oder eine Koppelfaser 16 angebracht ist. Diese Anordnung wird entweder paral lel zur Ring- bzw. Spulenachse oder durch eine Pumpquelle in der Ring- bzw. Spule angeregt wird. Als Sonderfall kann auch eine Anregung durch die Koppelfaser 16 er folgen.

Neben dem Waveguide-Resonator kann auch ein Spiegelresonator gemäß An spruch 3 nach Fig. 7 verwendet werden, wobei die Spiegel in Spiegelhalterung 20 senkrecht zum aktiven Medium 17 angebracht sind. Außerdem können durch Auf dampfen dielektrischer Schichten 18 an bzw. in den Enden der aktiven Faser bzw. des Mediums nach Fig. 8 diese Resonatorspiegel hergestellt werden.

Literatur

[1] M. V. Bondar, O.V. Prehonskaya und E. A. Tikhonov: "Amplification of light by dyed polymers as the laserpumping frequency changes", Opt. Spektrosk. 74, 352-359 (Februar 1993).

[2] R. Fujisawa, K. Sasaki, N. Kitamura, H. Masuhara: "Simultaneous Manipula tion and Lasing of a Polymer Microparticle Using a GW 1064 nm Laser Beam", Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32 pp. L 788-L 790 (Juni 1993).

Claims

1. Strahlungsgepumpter Festkörper-Farbstofflaser dadurch gekennzeichnet, daß in Kunststoffen unterschiedlicher Art Farbstoffe eingebracht werden, die durch Strahlung unterschiedlichster Art wie Elektronen-, oder Protonen-, oder Deute ronen-, oder Alpha-, oder Gamma-, oder Röntgen- oder durch kohärente oder in kohärente oder beliebig geartete Photonenstrahlung oder sonstiger künstlicher oder natürlicher Kernstrahlung oder durch eine beliebige Kombination der ge nannten Strahlungsarten zur Abgabe von kurzwelliger Laserstrahlung kontinuier lich oder gepulst angeregt werden.

2. Strahlungsgepumpter Festkörper-Farbstofflaser nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Resonator durch das sogenannte waveguide Verfahren erzeugt wird.

3. Strahlungsgepumpter Festkörper-Farbstofflaser nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Resonator durch zwei Spiegel beliebiger Krümmungsra dien oder planer Spiegel oder einer Kombination aus beiden Arten aufgebaut ist.

4. Strahlungsgepumpter Festkörper-Farbstofflaser nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß sein aktives Volumen als Faser oder lichtführender Körper aus gebildet ist.

5. Strahlungsgepumpter Festkörper-Farbstofflaser nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß sein aktives Volumen als ringförmiger Körper mit beliebiger Windungszahl ausgebildet ist, wobei dessen Stoßenden mindestens teilweise wie der zusammengeführt und verspiegelt oder unverspiegelt mit oder ohne Auskopp lungsfaser gestaltet werden.

6. Strahlungsgepumpter Festkörper-Farbstofflaser nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß eine dielektrische ebene oder gekrümmte Verspiegelung im Faserquerschnitt als Resonatorspiegel eingebracht wird.

7. Strahlungsgepumpter Festkörper-Farbstofflaser nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß entweder in das aktive Volumen Farbstoffe derart eingebracht werden, daß eine Laserwirkung bei drei dominanten Wellenlängen möglich ist, oder drei außerordentlich eng benachbarte, unterschiedlich dotierte Fasern Laser strahlung bei drei dominanten Wellenlängen ergeben, so daß in beiden Fällen eine Farbmischung bis hin zum weißen Licht realisiert werden kann.