DE1961849A1 - Optischer Verstaerker - Google Patents

Optischer Verstaerker

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DE1961849A1
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Hans Dr-Ing Hagen
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
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Description

  • Optischer Verstärker Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Verstärker, bei dem die Weglänge des zu verstärkenden Lichtstrahls im stimulierbaren Medium ein Vielfaches der Eigenlänge des stimulierbaren Mediums beträgt, indem der parallel zur geometrischen Längsachse des stimulierbaren Mediums eingegebene zu verstärkende Lichtstrahl mehrfach an den Enden des stimulierbaren Mediums reflektiert wird.
  • Bei bekannten optischen Verstärkern dieser Art hat der zu verstärkende Lichtstrahl auf seiner ganzen Länge innerhalb des stimulierbaren Mediums gleichen Querschnitt. Das hat eine reduzierte Verstärkung durch Sättigung oder sogar Zerstörung des stimulierbaren Mediums wegen zu hoher Energiedichte zur Folge.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Verstärker der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, daß die genannten Nachteile nicht auftreten.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der Lichtstrahl ein divergierender Lichtstrahl ist.
  • Die Vergrößerung des Querschnittes des zu verstärkenden Lichtstrahles mit dessen zunehmender optischer Weglänge und damit zunehmender Verstärkung gemäß der Erfindung ist erwtlrischt, um eine reduzierte Verstärkung durch Sättigung oder eine Beschädigung des stimulierbaren Mediums infolge zu hoher Energiedichte zu vermeiden. Durch verschieden gewölbte Teilverspiegelungen für die Reflexion des zu verstärkenden Lichtstrahles kann die Geometrie und die Anzahl der Refelxionen in geeigneter Weise geändert und verschiedenen Bedingungen und Ansprüchen angepaßt werden.
  • Weitere Merkmale zur zweckmäßigen Ausgestaltung der oben gekennzeichneten Erfindung sind in den Patentansprüchen enthalten und in der nachfolgenden Beschreibung zweier AusfUhrungsbeispiele der Erfindung erläutert. Die beiden AusSührungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht Fig. 2 das zweite, aus der Lösung nach Fig. 1 entwickelte Ausführungsbeispiel in entsprechender Darstellung Fig. 3,4 mögliche Querschnittsformen für die Ausführungsbeispiele nach Fig. 1, 2 und Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung in noch weiter schematisierter Darstellung.
  • Bei dem zylindrischen, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Körper 1 handelt es sich um einen Körper aus einem in seinem physikalischen Aufbau üblichen Medium, z.B. Rubin.
  • Der zu verstärkende Lichtstrahl 2 wird in dem zylindrischen Körper 1 mehrere Male verstärkt. Der zu verstärkende Lichtstrahl 2 tritt bei der Lösung nach Fig. 1 in axialer Richtung des zylindrischen Körpers 1 durch eine Konkavlinse 3 im Spiegel 4 in den Körper 1 ein, gelangt nach dem Austritt am anderen Ende des zylindrischen Körpers 1 auf den Gegenspiegel 5, dessen Zentrum 6 zur Vermeidung von Rückkoppelungen mit geringem Reflexionsvermögen ausgestattet ist, um durch den zylindrischen Körper 1 zurück wieder auf den Spiegel 4 zu gelangen, um zum erneuten Durchgang unter weiterer Querschnittsvergrößerung am Gegenspiegel 5 vorbei oder durch eine entsprechende ringförmige Durchtrittsöffnung im Gegenspiegel 5 hindurch endgültig den zylindrischen Körper 1 zu verlassen. Die Zahl der Durchgänge kann im erforderlichen Umfang weiter vergrößert werden. Der Konkavlinse 3 ist die Blende 7 vorgeschaltet.
  • Die Lösung nach Fig. 2 ist aus der Lösung nach Fig. 1 heraus entwickelt worden, mit dem Ziel, Ein- und Austritt des zu verstärkenden Lichtstrahles am gleichen Ende des zylindrischen Körpers 1 zu haben. Die Zuführung des zu verstärkenden Lichtatrahles erfolgt durch eine Linse 8 und tiber den Ablenkspiegel 9 von der Seite her. Dem Ablenkspiegel 9 ist die Blende 7 und der erste Umlenkspiegel 4 nachgeordnet. Der Umlenkspiegel 4 ist hier, wie der Umlenkspiegel am anderen Ende des zylindrischen Körpers konvex gekrümmt, während die entsprechenden Spiegel bei der Lösung nach Fig. 1 konkav gekrümmt sind. Im übrigen arbeitet diese Lösung nach den gleichen Grundsätzen wie die Lösung nach Fig. 1.
  • Gemäß den für beide Lösungen Möglichen Querschnittsdarstellungen von Fig. 3, 4 sind dem zylindrischen Körper 1 die Blitzlampen 10; der Reflektor 11, sowie der Kühlmittelraum 12 zugeordnet. Der Reflektor 11 ist als Gefluse der ganzen Vorrichtung ausgebildet.
  • Die Vergrößerung des Quersohnittes des zu verstärkenden LichtÇtrahleE mit zunehmender optischer Weglänge und damit zunehmender Verstärkung ist erwünscht, um reduzierte Verstärkung durch Sättigung oder Beschädigung des stimulierbaren Mediums durch zu hohe Energiedichte zu vermeiden. Durch verschieden gewölbte Teilverspeigelung kann die Geometrie und die Zahl der Reflexionen verändert und verschiedenen Ansprechen und Bedingungen angepaßt werden.
  • Statt besondere Spiegel vorzusehen, können die Enden des zylindrischen Körpers 1 selbst durch geeignete Formgebung und Verspiegelung den gleichen Zweck erfüllen wie die getrennt angeordneten Spiegel 4, 5 der Ausführungsbeispiele.
  • Um Rückkoppelungen auf der Eintrittsseite zwischen dem eintretenden und einem Teil des verstärkten, reflektierten Lichtstrahles zu vermeiden muß das Zentrum 6 des Gegenspiegels 5 ein geringes Reflexionsvermögen haben. Eine weitere Einschränkung der Ruckkoppelung kann durch Fokusierung des eintretenden Liehtstrahles durch die Blende 7 auf der Eintrittsseite erzielt werden.
  • Die Anzahl der Durchgänge m bei den Lösungen nach Fig. 1, 2 hängt von den Verhältnis der nutzbaren zur verdeckten Fläche der beiden Spiegel 4, 5 ab, sowie von dem kleinstmöglichen Strahlquersohnitt auf der Eintrittsseite, Der prozentuale Verlust an nutzbarer Querschnittsfläche ist proportional dem Größenwert von (di/di+2)2, es ist daher zweokmäßig, diesen Wert für alle Reflexionen konstant zu halten.
  • Für alle Fälle ist dm/do = (di+2/di)m/2. Für hohe Leistungsvprstärkung darf an keiner Stelle des Strahlenganges die kritische Energiedichte, die zur Selbstzerstörung des stimulierbaren Mediums führen wUrde, erreicht oder gar überschritten werden. In diesem Fall muß das Quersohnittsverhältnis (di+l/di)2 gleich oder größer sein als die numerische Verstärkung für einen einfachen Durchgang, sobald die kritische Energiedichte erreicht ist.
  • Dabei bedeuten: di = Strahldurchmesser für den i-ten Durchgang d = Eintritts-Strahldurchmesser dm = Strahldurchmesser beim m-ten Durchgang m = Anzahl der Durchgänge Fig. 5 zeigt eine Schaltung verschiedaner Elemente, die es ermöglicht, den gleichen optischen Weg des zu verstärkenden Lichtstrahls innerhalb des gleichen zylindrischen Körpers 1 zweimal zu benützen. Der zu verstärkende Lichtstrahl 2 wird in einem Polarisator 13 z.B. in vertikaler Richtung orientiert. Er tritt durch den zylindrischen Körper 1 und wird verstärkt. Anschließend tritt er durch ein >/4-BlSttchen 14, d.h. ein Blättchen, durch das die Polarisationsrichtung geändert wird, und trifft auf den Spiegel 15. Von dort reflektiert tritt er wieder durch das Blättchen 14, durch dessen zweimaligen Durchtritt die Polarisation um 900 gedreht wurde.
  • Der nun horizontal orientierte Strahl tritt in entgegengesetzter Richtung wieder durch den zylindrischen Körper 1 und wird in dieser Ebene weiter verstärki;t Nach dem Austritt aus dem zylindrischen Körper trifft er auf den für diese Orientierungsrichtung wirksamen Analysator 16 und wird zur Seite abgestrahlt.

Claims (12)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e
    Optischer Verstärker, bei dem die Weglänge des zu verstKrkenden Lichtstrahls im stimulierbaren Medium ein Vielfaches der Eigenlänge des stimulierbaren Mediums beträgt, indem der parallel zur geometrischen Längsachse des stimulierbaren Mediums eingegebene zu verstärkende Lichtstrahl mehrfach an den Enden des stimulierbaren Mediums reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl ein divergierender Lichtstrahl ist.
  2. 2. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Divergenz des zu verstärkenden Lichtstrahles mit den als Reflexionsfläohen ausgebildeten Endflächen des stimulierbaren Mediums erreicht wird.
  3. 3. Optischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Divergenz des zu verstärkenden Lichtstrahles mit Reflexionsflächen auBerbalb des stimulierbaren Mediums erreicht wird.
  4. 4. Optischer Verstärker nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen an jedem Ende des stimulierbaren Mediums in einer Ebene konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  5. 5. Optischer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeiohnet, daß die Reflexionsflächen an dem Ende des stimulierbaren Mediums, an dem der zu verstärkende Lichtstrahl eintritt, ein Durchtrittsfenster für den Lichtstrahl auf we i s e n .
  6. 6. Optischer Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Durchtrittsfenster eine Blende vorgeschaltet ist.
  7. 7. Optischer Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Blende ein Ablenkspiegel vorgeschaltet ist der deft senkrecht zur Längsachse des stimulierbaren Mediums ankommenden zu veritärkenden Lichtstrahl in die Richtung der Längsachse des stimulierbaren Mediums ablenkt.
  8. 8. Optischer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium einen über seine Länge konstanten, kreisförmigen Querschnitt hat.
  9. 9. Optischer Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, das die Kühlung des stimulierbaren Mediums und die Versträkungslampen umschließt.
  10. 10. Optischer Verstärker naoh Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verstärkungslampen gleichmäßig auf den Umfang des stimulierbaren Mediums verteilt angeordnet sind.
  11. 11. Optischer Verstärker zur Verstärkung elektromagnetischer Strahlen in einem zylindrischen Körper nach einem der AnsprU che 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für den auslosanden und in der Vorrichtung zu verstärkenden Lichtstrahl ein polarisierter Lichtstrahl verwendet wird, so daß der gespiegelte und zurucklaufende Lichtstrahl in einer anderen Polarisationsebene im gleichen zylindrischen Körper weiter verstärkt, der den zylindrischen Körper verlassende Lichtstrahl in einem Analysator von dem auslösenden Lichtstrahl getrennt wird.
  12. 12. Optischer Verstärker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsebene um 900 gedreht wird, um eine Verdoppelung der Strahlweglänge zu erhalten.
    L e e r s e i t e
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2405569A1 (fr) * 1977-10-04 1979-05-04 Quantel Sa Oscillateur laser limite par la diffraction a haut rendement

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0522479A (ja) * 1991-07-17 1993-01-29 Matsushita Graphic Commun Syst Inc 画像通信装置

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