DE19645029A1 - Verfahren zum Betrieb einer Laserstrahlungsquelle - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer Laserstrahlungsquelle

Info

Publication number
DE19645029A1
DE19645029A1 DE1996145029 DE19645029A DE19645029A1 DE 19645029 A1 DE19645029 A1 DE 19645029A1 DE 1996145029 DE1996145029 DE 1996145029 DE 19645029 A DE19645029 A DE 19645029A DE 19645029 A1 DE19645029 A1 DE 19645029A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser diode
laser
intensity
laser radiation
detector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE1996145029
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LaserSpec Analytik GmbH
Original Assignee
LaserSpec Analytik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LaserSpec Analytik GmbH filed Critical LaserSpec Analytik GmbH
Priority to DE1996145029 priority Critical patent/DE19645029A1/de
Publication of DE19645029A1 publication Critical patent/DE19645029A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/139Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0617Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium using memorised or pre-programmed laser characteristics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1025Extended cavities
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1039Details on the cavity length
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14External cavity lasers

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Laserstrahlungsquelle gemäß Patent­ anspruch 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Laserdiode.
Werden Laserdioden als spektroskopische Lichtquellen verwendet, ist es wichtig, die von ih­ nen emittierte Wellenlänge auf einen gewünschten Wert einstellen zu können. Dies geschieht üblicherweise durch Variation des Laserdiodenstromes und/oder der -temperatur. Dabei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß normalerweise nicht jede Wellenlänge innerhalb des Ver­ stärkungsprofils der Laserdiode erreicht werden kann. Darüberhinaus ist nicht bei jeder Wel­ lenlänge ein modenstabiler Betrieb gewährleistet. Zwar emittieren die für die Spektroskopie verwendeten Laserdioden vorwiegend in einer einzelnen longitudinalen Mode, d. h. bei einer einzelnen Wellenlänge, während alle übrigen longitudinalen Moden um einen Faktor 100 bis 1000 unterdrückt werden. Die Rückkopplung der Laserdiodenstrahlung von optischen Grenz­ flächen im Strahlengang kann jedoch zu spektralen Sprüngen zwischen verschiedenen longi­ tudinalen Moden, d. h. zwischen verschiedenen emittierten Wellenlängen führen. Diese Sprünge sind unkontrolliert und beeinträchtigen spektroskopische Messungen erheblich oder machen sie gänzlich unmöglich. Dies ist für spektroskopische Untersuchungen nicht akzepta­ bel.
Die Emission von Laserdioden kann jedoch durch kontrollierte Rückkopplung eines Teils des von ihnen ausgesendeten Lichtes in gezielter Weise beeinflußt werden. Die Charakteristika (Wellenlänge, spektrale Breite der Emission, emittierte Leistung) hängen in einem solchen gekoppelten System sowohl von der Laserdiode, als auch von den Eigenschalten der rückkop­ pelnden, erweiterten Kavität (extended cavitv) ab. In der Literatur, beispielsweise W.W Chow et al. "Semiconductor-Laser Physics", S. 257 ff., Springer-Verlag (1994), werden ver­ schiedene Kavitäten beschrieben, die unter dem Aspekt der spektralen Selektivität und der Stärke der Rückkopplung unterschieden werden. Ein Teil dieser Systeme erfordert eine Ver­ änderung der Laserdiode selbst, indem die Frontfacette des ursprünglichen Laserresonators entspiegelt und ein zusätzlicher externer Resonatorspiegel eingeordnet wird. Andere Systeme lassen die eigentliche Laserdiode unverändert und ordnen einen zusätzlichen externen Reso­ natorspiegel an, so daß ein gekoppelter Resonator entsteht. Auf diese Weise können Systeme aufgebaut werden, die es ermöglichen, mit Hilfe der drei Parameter Laserdiodentemperatur, -strom und Abstand des äußeren Reflektors von der Front- oder Rückfacette der Laserdiode (i.e. gemeinsamer Spiegel der beiden gekoppelten Resonatoren) nahezu jede Wellenlänge in­ nerhalb des Verstärkungsprofils der Laserdiode anzuwählen.
Bei spektroskopischen Anwendungen ist es wichtig, die absolute Wellenlänge der Laserdioden­ emission zu kennen. Dies ist prinzipiell möglich, da der Zusammenhang zwischen der emit­ tierten Wellenlänge und den genannten drei Parametern eindeutig ist. Nach entsprechender Kalibration kann dem Parameter-Tripel eine Wellenlänge zugeordnet werden. Die Schwierig­ keit besteht jedoch in einer genauen Bestimmung des Abstandes des äußeren Reflektors von der Frontfacette der Laserdiode bzw. der mangelnden Reproduzierbarkeit seiner Einstellung und nur schwer zu lösenden Problemen in Bezug auf seine Stabilität über längere Zeiten. Der Abstand muß so genau bekannt sein, daß zwischen den einzelnen Resonatormoden unter­ schieden werden kann (Abstand ca. 0,3 mm, notwendige Genauigkeit ca. 10 nm).
Im Stand der Technik sind bereits verschiedene Verfahren zur Wellenlängenkontrolle und -stabilisierung bekannt. So beschreibt die Publikation von Cassidy et al. in Appl. Optics, Vol. 27, S. 2688 (1988) ein Verfahren zur Stabilisierung einer Laserdiode auf eine gewünschte longitudinale Resonatormode und zur Vermeidung von Modensprüngen. Dabei wird die Po­ sition eines externen Reflektors, der an einem Hebelarm eines piezoelektrischen Verstellele­ ments befestigt ist, periodisch um eine Mittenposition variiert, die Variation der Ausgangslei­ stung des Lasers durch eine Detektionseinrichtung und einen Lock-In-Verstärker detektiert und dessen Ausgangssignal für eine Korrektur der Position des externen Reflektors verwen­ det. Dieses Verfahren erlaubt jedoch lediglich eine Modenstabilisierung im laufenden Betrieb der Laserdiode. Für die Einstellung der gewünschten Resonatormode nach Inbetriebnahme der Laserdiode muß ein Spektrometer oder ein anderes Wellenlängenmeßgerät herangezogen werden.
In der DE-OS 44 29 748 wird ein Verfahren zum Messen und Stabilisieren der Wellenlänge des von einer Laserdiode emittierten Lichts unter Verwendung eines Fabry-Perot-Resonators beschrieben. Dieses Verfahren erlaubt auch die Detektion von Modensprüngen der Laserdio­ de. Allerdings bietet auch dieses Verfahren nicht die Möglichkeit der anfänglichen Einstellung einer bestimmten, gewünschten Mode der Laserdiode. Überdies erfolgt die Stabilisierung durch Regelung des Injektionsstroms, was mit Nachteilen, insbesondere Ausgangs­ leistungsänderungen und Wellenlängenänderungen, verbunden ist.
Auch die DE-OS 33 11 808 beschreibt eine Interferometeranordnung zum Messen und Stabili­ sieren der Wellenlänge des von einer Laserdiode emittierten Lichts, vermag aber ebensowenig die Laserdiode auf eine gewünschte Mode anfänglich einzustellen. Ein Signal zur Stabilisie­ rung der Wellenlänge wird einem Treiberkreis der Laserdiode zugeführt, soll also letztlich auch eine Änderung des Injektionsstroms herbeiführen.
Schließlich offenbart die DE-OS 40 39 371 eine Einrichtung zur Stabilisierung der Wellen­ länge einer Laserdiode, bei der die emittierte Wellenlänge auf ein vorbestimmtes Transmissi­ onsmaximum eines Fabry-Perot-Interferometers eingeregelt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Emissionswellenlänge einer Laserstrahlungsquelle, insbesondere einer La­ serdiode auf einfache und kostengünstige Art eingestellt und kontrolliert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vor­ teilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß anstelle einer absoluten Messung der opti­ schen Resonatorlänge nL (n Brechungsindex, L geometrische Länge) anfänglich eine Kali­ brationsfunktion aufgenommen wird, die es erlaubt, nach Inbetriebnahme der Laserstrah­ lungsquelle zielsicher jede gewünschte longitudinale Resonatormode durch Vergleich einer aktuellen Messung mit der Kalibrationsfunktion einstellen zu können. Zu diesem Zweck wird die emittierte Laserstrahlung einem Element mit wellenlängenabhängiger Transmission bzw. Reflexion zugeführt und unmittelbar dahinter ihre Intensität durch einen Detektor gemessen. Zur Aufnahme der Kalibrationsfunktion wird während der Intensitätsmessung die optische Resonatorlänge über einen vorgegebenen Bereich variiert. Dabei finden Modensprünge statt, die infolge der Wirkung des wellenlängenselektiven Elements zu Änderungen der Strahlungs­ intensität am Detektor Anlaß geben. Durch Aufzeichnen der Intensitätssprünge in Abhängig­ keit von der Resonatorlänge wird die Kalibrationsfunktion gewonnen, die eine Zuordnung zu einer bestimmten Resonatormode und in Kombination mit den Parametern Strom und Tempe­ ratur die Bestimmung der emittierten Wellenlänge erlaubt. Bei der Kalibration und der Ein­ stellung wird dabei nicht die optische Resonatorlänge selbst gemessen, sondern eine andere physikalische Stellgröße (z. B. die einem Piezo-Verstellelement zugeführte Piezo-Spannung), von der die Resonatorlänge abhängt. In weiterhin vorteilhafter Weise kann das System unter Zuhilfenahme der Kalibrationsfunktion auf die eingestellte Resonatormode stabilisiert wer­ den. Die Erfindung kann sowohl auf gekoppelte Resonatorsysteme wie auf einfache Systeme mit nur einem Resonator angewandt werden. Im übrigen bezieht sich die Erfindung auf Laser­ strahlungsquellen aller Art, vorzugsweise jedoch auf Laserdioden. Als wellenlängenselektives Element kann vorzugsweise ein Etalon, also im einfachsten Fall eine Glasplatte vorgegebener Dicke verwendet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen naher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines Aufbaus zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens;
Fig. 2A, B bevorzugte Ausführungsformen von Laserdioden mit externem Reflektor zur An­ wendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der durch den Detektor gemessenen Strahlungsintensität der Laserdiode von der externen Resonatorlänge;
Fig. 4 Ausgangswellenlängen der Laserdiode gemäß Fig.3.
In Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines Aufbaus zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens, d. h. zur Kalibrierung der Laserdiode und zu ihrer Stabilisierung im lau­ fenden Betrieb dargestellt.
Die Laserdiode 1 ist mit einem externen Reflektor 1A gekoppelt, der durch einen teilreflektie­ renden Spiegel, im einfachsten Fall eine Glasplatte (Reflektivität ca. 4%), gebildet wird. Da­ bei wurde die Frontfacette der Laserdiode unverändert gelassen, so daß ein System gekoppel­ ter Resonatoren gebildet wird. Durch Veränderung des Abstands des externen Reflektors 1A von der Laserdiode läßt sich die geometrische Länge L des externen Resonators einstellen. Entscheidend ist die Änderung der optischen Resonatorlange nL, die demzufolge auch durch eine Änderung des Brechungsindex n erfolgen kann. Durch Einstellung der Parameter Reso­ natorlänge, Diodenstrom und Temperatur läßt sich somit im Prinzip nahezu jede gewünschte Wellenlänge einstellen. Das Modenspektrum und das Emissionsverhalten eines derartigen ge­ koppelten Systems ist beispielsweise in der eingangs genannten Literaturstelle von W.W. Chow et al. beschrieben. Im Falle der Verwendung einer Glasplatte und ähnlicher Systeme als äußerer Reflektor ist bei der Beschreibung der resultierenden Emission zu beachten, daß diese Reflektoren Etalons sind und damit ihre Reflektivität spektral moduliert ist.
In den Fig. 2A, B sind praktische Ausführungsbeispiele für Laserdioden mit gekoppelten Re­ sonatoren dieser Art dargestellt. Die Laserdiode ist an einen als Wärmesenke dienenden Kup­ ferklotz 8 befestigt und bildet mit einem durch eine Glasplatte 1A gebildeten externen Reso­ natorspiegel einen gekoppelten Resonator. Die Glasplatte 1A ist an ein Piezo-Verstellelement 6 befestigt, so daß ihr Abstand zu der Laserdiode 1 durch Einstellen der dem Piezoelement zugeführten Spannung U variiert werden kann. In Fig. 2A ist die gesamte Anordnung zwischen zwei Kupferklötzen 9 eingeklemmt, während sie in Fig. 2B auf einem einzelnen Kupferklotz 9 angeordnet ist. In Fig. 2B ist das Piezo-Verstellelement 6 als ein sogenannter Piezo-Stack, d. h. mehrere übereinandergestapelte Piezoelemente, ausgebildet, die eine zentrale Bohrung auf­ weisen.
Dem Piezo-Verstellelement 6 wird eine Gleichspannung U von einer Gleichspannungsquelle 5 zur Festlegung der Mittenposition des Reflektors 1A zugeführt.
Um eine gewünschte Wellenlänge ohne Wellenlängenmeßgerät einstellen zu können, muß die Laserdiode zunächst kalibriert werden. Zu diesem Zweck wird die von der Laserdiode emittierte Strahlung einem Element 7 mit wellenlängenabhängiger Transmission zugeführt. Anstelle des in der Fig. 1 dargestellten Transmissionsbetriebs kann das Element 7 auch in Re­ flexion betrieben werden. Das Element 7 kann - wie dargestellt - ein Etalon sein, also in der einfachsten Form eine Glasplatte von bestimmter, vorgegebener Dicke. Das Element 7 kann aber auch beispielsweise ein Transmissionsgitter mit folgendem Strahlteiler oder ein Reflexionsgitter sein. In letzterem Falle muß die Gitterfunktion an die zu bestimmende Mo­ denvielfalt angepaßt sein. Unmittelbar hinter dem Element 7 wird die Strahlungsintensität durch einen Detektor 2, beispielsweise eine Photodiode gemessen. Die externe Resonatorlän­ ge wird über einen vorgegebenen Bereich durch Variation der dem Piezo-Verstellelement 6 zugeführten Gleichspannung aus der Gleichspannungsquelle 5 kontinuierlich verändert und das Ausgangssignal des Detektors 2 wird durch eine Datenaufzeichnungseinrichtung 4 aufge­ zeichnet. Die aufgezeichnete Funktion ist für jede Laserdiode charakteristisch und wird daher zur Kalibrierung verwendet. Sie wird im folgenden als charakteristische Funktion oder Kali­ brationsfunktion bezeichnet.
Zusätzlich kann zwischen das Element 7 und die Photodiode 2 ein für den jeweiligen Bereich angepaßter Kantenfilter eingebracht werden, der die Intensitätsmodulation des Elements 7 mit einer linearen spektralen Transmission multipliziert und damit - bei geschickter Wahl der Filterparameter - eine Eindeutigkeit der spektralen Übertragungsfunktion über den gesamten Bereich der Emission der jeweiligen Laserdiode herstellt.
In Fig. 3 ist ein Beispiel für eine Kalibrationsfunktion dargestellt.
Aufgetragen ist das Ausgangssignal des Detektors in Abhängigkeit von der Resonatorlänge. Bei bestimmten Resonatorlängen ereignen sich Modensprünge, die infolge der Wirkung des wellenlängenselektiven Elements von entsprechenden Sprüngen in der Intensität der auf den Detektor auftreffenden Strahlung begleitet sind. Ein Sprung auf eine andere Wellenlänge hat nämlich zur Folge, daß die neue Wellenlänge an einem anderen Punkt der charakteristischen Transmissions- bzw. Reflexionsfunktion des wellenlängenselektiven Elements liegt. In dem Beispiel der Fig. 3 wurde als wellenlängenselektives Element ein Etalon in der Form einer Glasplatte verwendet. Die Glasplatte wurde in Reflexion betrieben. Der Aufbau entspricht dem in Fig. 2A mit nicht entspiegelter Frontfacette der Laserdiode. Zwischen den Moden­ sprüngen in der Fig. 3 befinden sich mehr oder weniger ausgedehnte Bereiche, in denen das Signal konstant ist. In diesen Bereichen arbeitet die Laserdiode stabil in einer Mode des ge­ koppelten Resonators. In der Zeichnung sind einige dieser Bereiche mit der zugehörigen Wellenlänge bezeichnet. Die Kurve in Fig. 3 wurde durch wiederholtes Durchfahren eines vorbestimmten Resonatorlängenbereiches erzielt. Wie in der Fig. 3 zu sehen ist, ist auch die gemessene Funktion periodisch und reproduzierbar. Insbesondere ist die Reihenfolge des Auf­ tretens der Moden des gekoppelten Resonators immer dieselbe. Das bedeutet, daß auch bei Phasenänderungen und/oder Änderungen der Periode und der Amplitude der Airyfunktion des Etalons insbesondere durch Dickenänderung des Etalons durch Temperatureinflüsse oder durch Kippung oder Beleuchtung eines anderen Teils des Etalons als Folge von Positionsän­ derungen durch mechanische Fluktuationen oder Alterungsprozesse die richtige Kalibrations­ funktion durch einen mathematischen Anpassungsprozeß, beispielsweise durch Anpassung einer Airy-Funktion oder einer einfachen Sinus-Funktion an die Meßpunkte, gefunden werden kann. Jedem Wert der optischen Resonatorlänge kommt ein eindeutiger Wert der angepaßten charakteristischen Funktion zu. Diese Tatsache wird bei der Einstellung der gewünschten Re­ sonatormode ausgenutzt. Nachdem die Kalibrierungsfunktion für eine Laserdiode einmal auf­ gezeichnet worden ist, kann sie bei jeder künftigen Inbetriebnahme der Laserdiode verwendet werden, um eine gewünschte Resonatormode einzustellen, ohne daß ein Wellenlängenmeßge­ rät verwendet werden muß. Es muß dazu lediglich wie bei der Kalibrierung die Intensität der Laserdiode hinter dem wellenlängenselektiven Element gemessen und mit der anfänglich auf­ genommenen Kalibrierungsfunktion verglichen werden. Innerhalb jeder einzelnen Resona­ tormode kann dann die Feinabstimmung der Wellenlänge durch Variation der zusätzlichen Parameter Diodenstrom und Temperatur vorgenommen werden. Da auch dieser funktionelle Zusammenhang kalibriert werden kann, kann die Emissionswellenlänge der Laserdiode ohne Zuhilfenahme eines Wellenlängenmeßgerätes eingestellt werden.
In Fig. 4 sind die in Fig. 3 beim Modensprungbetrieb erzielten Wellenlängen in ihrer natürli­ chen Reihenfolge mit ihrer jeweiligen Intensität eingetragen. Die Intensitätsänderung der Wellenlängen spiegelt den Verlauf der Übertragungsfunktion des Etalons wider. Wie man sieht, liegen die interessierenden Moden gerade innerhalb des halben freien Spektralbereichs des Etalons. Dieser Zustand kann durch geeignete Wahl der Dicke des Glasplättchens einge­ stellt werden.
Von Bedeutung ist auch, daß die Finesse des Etalons für die Zwecke der vorliegenden Erfin­ dung nicht zu gut sein darf. Eine gute Finesse bedeutet nämlich relativ scharfe Transmissions- bzw. Reflexionsspitzen, die von relativ breiten Bereichen niedriger Transmission bzw. Re­ flexion getrennt sind. Eine solche Übertragungsfunktion hat zur Folge, daß sich die in dem Bereich niedriger Transmission oder Reflexion liegenden Moden in der Intensität nicht signi­ fikant voneinander unterscheiden und somit nicht zuverlässig voneinander getrennt werden können. Der Idealfall ist ein Etalon mit nahezu sinusförmiger Übertragungsfunktion.
Weiterhin kann der Betrieb der Laserdiode auf die eingestellte Mode stabilisiert werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zu erwarten ist, daß anderenfalls durch spontane Fluk­ tuationen der optischen Resonatorlänge unerwünschte Modensprünge auftreten würden. Bei der Stabilisierung wird auch im laufenden Betrieb der Laserdiode 1 die Ausgangsstrahlung des wellenlängenselektiven Elements 7 kontinuierlich mit dem Detektor 2 gemessen. Das Ausgangssignal des Detektors wird nun dazu verwendet, den Laser zu stabilisieren. Zu diesem Zweck wird das Detektorsignal einer Steuereinheit 3 zugeführt, die mit der Gleichspannungs­ quelle 5 verbunden ist. Die Steuereinheit 3 reagiert auf Signaländerungen des Detektoraus­ gangssignals. Wenn sich infolge einer Instabilität die optische Resonatorlänge nL verändert, so kann dies zu einem Modensprung führen. Sobald die Steuereinheit 3 eine einen Moden­ sprung anzeigende Signaländerung registriert, erzeugt sie ein Signal, das die Gleichspan­ nungsquelle 5 dazu veranlaßt, an das Piezo-Verstellelement 6 eine geeignete Gleichspannung anzulegen, so daß dieses die Resonatorlänge derart ändert, daß die den Modensprung verursa­ chende Instabilität gerade kompensiert wird und wieder die vorherige Mode angenommen wird. Das Ausgangssignal des Detektors wird also dazu verwendet, eine der spontanen Län­ genänderung entgegengesetzte Längenänderung zu erzeugen. Die Richtung der zu erzeugen­ den Längenänderung wird durch die Steuereinheit 3 beispielsweise aus der Höhe der gemes­ senen Signaländerung bestimmt. Dazu ist erforderlich, daß die Steuereinheit 3 die Kalibrati­ onsfunktion in gespeicherter Form enthält, denn nur auf dieser Basis kann sie entscheiden, in welche Richtung eine spontane Längenänderung erfolgt ist.
Die Stabilisierung kann auch derart erfolgen, daß es nicht erst zu einem Modensprung kommt, sondern bereits dann, wenn sich der Arbeitspunkt auf der ansteigenden Flanke einer Intensitätsänderung befindet.
In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist der externe Reflektor 1A gleichzeitig der Auskoppel­ spiegel des gekoppelten Systems, ist also lediglich teilreflektierend. Alternativ dazu kann der externe Reflektor 1A auch - wie in der bereits erwähnten Publikation von Cassidy et al. - die hochreflektierende Seite des Resonators bilden, wobei die Auskopplung der Strahlung dann durch eine der Endflächen der Laserdiode erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch auf ein einfaches Resonatorsystem ange­ wandt werden, denn auch in einem einfachen Resonator finden Modenwechsel statt, die mit Intensitätsänderungen gekoppelt sind. Ein solches einfaches System kann beispielsweise eine unveränderte Laserdiode oder eine entspiegelte Laserdiode mit externem Reflektor sein.
Aus dem vorstehenden Absatz wird darüberhinaus ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur bei Laserdioden, sondern generell bei Laserstrahlungsquellen aller Art Anwendung finden könnte. In allen Anwendungsfällen kann die Variation der optischen Re­ sonatorlänge entweder durch eine geometrische Längenänderung, etwa durch Veränderung des Abstands der Resonatorspiegel oder durch Veränderung des Brechungsindex erreicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere von Bedeutung für andere durch­ stimmbare, einmodige Lasersysteme wie Farbstofflaser, Ti-Saphir-Laser, Alexandrit-Laser und andere Festkörperlaser. Die Grundvoraussetzung ist dabei jeweils, daß das Verstärkungs­ profil eine Anzahl verschiedener longitudinaler Moden umfaßt.

Claims (19)

1. Verfahren zum Betrieb einer Laserstrahlungsquelle (1), deren emittierte Laserstrahlung ei­ nem Element (7) mit wellenlängenabhängiger Transmission oder Reflexion zugeführt und die Intensität der aus dem Element (7) austretenden Laserstrahlung durch einen Detektor gemes­ sen wird, gekennzeichnet durch die VerfahrensschritteI
  • a. Kontinuierliches Verändern der optischen Resonatorlänge der Laserstrahlungsquelle durch eine Stellgröße über einen vorbestimmten Bereich und gleichzeitiges Messen der Intensität;
  • b. Aufzeichnen der Intensität in Abhängigkeit von der Stellgröße über einen vorgegebenen Bereich;
  • c. Einstellen einer gewünschten longitudinalen Resonatormode bei erneuter Inbetriebnahme der Laserstrahlungsquelle unter Verwendung der in Verfahrensschritt b. aufgezeichneten Funktion.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte
d. Betreiben der Laserstrahlungsquelle bei der in Verfahrensschritt c. eingestellten Resona­ tormode;
  • e. Kontinuierliches Messen der Intensität;
  • f. Zuführen des Ausgangssignals des Detektors zu einer Steuereinheit (3), die die Kalibrati­ onsfunktion in gespeicherter Form enthält und die gemessene Intensitätsänderung dazu ver­ wendet, die Stellgröße in geeigneter Weise zu verändern.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlungs­ quelle (1) eine Laserdiode ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode einen externen Reflektor (1A) aufweist und die Stellgröße die optische Resonatorlänge ist und die optische Resonatorlange durch Verändern der Stellung des externen Reflektors (1A) herbeigeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem externen Reflektor (1A) zugewandte Facette der Laserdiode (1) nicht entspiegelt ist, so daß die Laserdiode (1) mit dem externen Reflektor (1A) einen gekoppelten Resonator bildet.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem externen Reflektor (1A) zugewandte Facette der Laserdiode (1) entspiegelt ist.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Reflektor (1A) mit einem Piezo-Verstellelement (6) verbunden ist, das von einer Gleichspannungsquelle (5) angesteuert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (3) mit der Gleichspannungsquelle (5) verbunden ist und im Falle einer spontanen Änderung der opti­ schen Resonatorlänge ein Signal an die Gleichspannungsquelle liefert, das eine der spontanen Längenänderung entgegengesetzte Längenänderung erzeugt.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine Laserstrahlungsquelle (1);
eine Einrichtung (1A, 5, 6) zur Änderung der optischen Resonatorlänge der Laserstrahlungs­ quelle (1);
ein Element (7) mit wellenlängenabhängiger Transmission;
einen Detektor (2) zum Abfühlen der Strahlungsintensität der Laserstrahlungsquelle;
eine mit dem Detektor verbundene Datenaufzeichnungsvorrichtung (4) zum Aufzeichnen der Intensitätsfunktion.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (3), die an ihrer Eingangsseite mit dem Ausgang des Detektors und an ihrer Ausgangsseite mit der Einrich­ tung (1A, 5, 6) zur Änderung der Resonatorlänge verbunden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (7) ein Zweistrahl-Interferometer, ein Fabry-Perot-Interferometer, ein Etalon, insbesondere eine Glasplatte, oder ein Gitter ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Element (7) und dem Detektor (2) ein Kantenfilter angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Laserstrahlungsquelle (1) eine Laserdiode ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode einen ex­ ternen Reflektor (1A) aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die dem externen Reflek­ tor (1A) zugewandte Facette der Laserdiode (1) nicht entspiegelt ist, so daß die Laserdiode (1) mit dem externen Reflektor (1A) einen gekoppelten Resonator bildet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die dem externen Reflek­ tor (1A) zugewandte Facette der Laserdiode (1) entspiegelt ist.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtung (5, 6, 7) zur Änderung der optischen Resonatorlänge ein mit dem ex­ ternen Reflektor (1A) verbundenes Piezo-Verstellelement (6) enthält, das durch eine Gleich­ spannungsquelle (5) betrieben wird.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzselektiv mes­ sende Bauelement (3) mit der Gleichspannungsquelle (7) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeich­ net, daß der externe Reflektor (1A) eine Glasplatte ist.
DE1996145029 1996-10-31 1996-10-31 Verfahren zum Betrieb einer Laserstrahlungsquelle Ceased DE19645029A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996145029 DE19645029A1 (de) 1996-10-31 1996-10-31 Verfahren zum Betrieb einer Laserstrahlungsquelle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996145029 DE19645029A1 (de) 1996-10-31 1996-10-31 Verfahren zum Betrieb einer Laserstrahlungsquelle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19645029A1 true DE19645029A1 (de) 1998-05-07

Family

ID=7810367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1996145029 Ceased DE19645029A1 (de) 1996-10-31 1996-10-31 Verfahren zum Betrieb einer Laserstrahlungsquelle

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19645029A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1330000A1 (de) * 2002-12-06 2003-07-23 Agilent Technologies Inc Bestimmung des Arbeitspunktes für einen Laser mit Modenauswahl
WO2004066460A1 (de) * 2003-01-23 2004-08-05 Nlg - New Laser Generation Gmbh Laserresonator und frequenzkonvertierter laser
DE10336839A1 (de) * 2003-08-11 2005-03-24 Technische Universität München Vorrichtung und Verfahren zur Stabilisierung einer kohärente Strahlung emittierenden Strahlungsquelle

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3311808A1 (de) * 1983-03-31 1984-10-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München Kompakter, miniaturisierter, optischer spektrumanalysator als monitor fuer halbleiterlaser-lichtquellen
DE3442188A1 (de) * 1984-11-17 1986-05-28 ANT Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang Anordnung zum stabilisieren und regeln eines halbleiterlasers
DE4039371A1 (de) * 1990-12-10 1992-06-11 Zeiss Carl Fa Einrichtung fuer den betrieb einer laserdiode
DE4429748A1 (de) * 1993-09-13 1995-03-16 Fagor S Coop Ltda Interferometer und Verfahren zum Messen und Stabilisieren der Wellenlänge des von einer Laserdiode emittierten Lichts

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3311808A1 (de) * 1983-03-31 1984-10-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München Kompakter, miniaturisierter, optischer spektrumanalysator als monitor fuer halbleiterlaser-lichtquellen
DE3442188A1 (de) * 1984-11-17 1986-05-28 ANT Nachrichtentechnik GmbH, 7150 Backnang Anordnung zum stabilisieren und regeln eines halbleiterlasers
DE4039371A1 (de) * 1990-12-10 1992-06-11 Zeiss Carl Fa Einrichtung fuer den betrieb einer laserdiode
DE4429748A1 (de) * 1993-09-13 1995-03-16 Fagor S Coop Ltda Interferometer und Verfahren zum Messen und Stabilisieren der Wellenlänge des von einer Laserdiode emittierten Lichts

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOSHER, M.G. u.a.: External-cavity frequency- stabilization of visible and infrared semicon- ductor lasers for high resolution spectroscopy. In: Optics Communications, 1991,Vol. 85,S.355-359 *
CASSIDY, D.T., BONNELL, L.J.: Trace gas detection with short-external-cavity InGaAsP diode laser transmitter modules operating at 1.58 mum. In: Applied Optics, 1988, Vol. 27, No. 13,S.2688-2693 *
Firmenschrift: LASER 2000 NEWS, Laserdioden und Zubehör, Ausgabe 2, 1994, S. 32-35 *
HEMMERICH, A. u.a.: Optically stabilized narrow linewidth semiconductor laser for high resolution spectroscopy. In: Optics Communications, 1990, Vol. 75, No. 2, S. 118-122 *
RUPRECHT, P.A., BRANDENBERGER, J.R.: Enhancing diode laser tuning with a short external cavity. In: Optics Communications, 1992, Vol. 93, S.82-86 *
WITTGREFE, F., HOOGERLAND, M.D., WOERDMAN, J.P.: Semiconductor lasers for spectroscopy. In: Meas. Sci.Technol., 1991, Vol. 2, S. 340-311 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1330000A1 (de) * 2002-12-06 2003-07-23 Agilent Technologies Inc Bestimmung des Arbeitspunktes für einen Laser mit Modenauswahl
US6901094B2 (en) 2002-12-06 2005-05-31 Agilent Technologies, Inc. Operating point determination for mode-selection laser
WO2004066460A1 (de) * 2003-01-23 2004-08-05 Nlg - New Laser Generation Gmbh Laserresonator und frequenzkonvertierter laser
DE10336839A1 (de) * 2003-08-11 2005-03-24 Technische Universität München Vorrichtung und Verfahren zur Stabilisierung einer kohärente Strahlung emittierenden Strahlungsquelle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60215008T2 (de) Auswerten und anpassen von laserverlusten auf der basis der am verstärkungsmedium anliegenden spannung
DE60217496T2 (de) Steuersystem für einen abstimmbaren laser
DE69632652T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung eines modengekoppelten Lasers
DE3017509C2 (de) Halbleiterlaservorrichtung
DE69732254T2 (de) Abstimmbarer diodenlaser mit externem resonator
DE3311808C2 (de) Halbleiterlaseranordnung mit einem Fabry-Perot-Interferometer
DE4332633C2 (de) Durch einen externen Resonator gesteuerter Halbleiterlaser
DE60033874T2 (de) Verfahren zur Erzeugung von Licht und Lichtquelle
DE102012101144A1 (de) Hochleistungs-Lasereinrichtung mit exakt korrigierbarer Laserstärke
DE112018006226T5 (de) Optischer Frequenzkamm-Aufbau und Verwendung eines externen Hohlraums zur Dispersionskompensation und Frequenzeinstellung
AT393763B (de) Einrichtung zur konstanthaltung der luftwellenlaenge von laserlicht
DE19645029A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Laserstrahlungsquelle
EP1393418B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur regelung der mittenwellenlänge eines lasers, insbesondere eines halbleiterlasers
DE60313277T2 (de) Laser mit externem Resonator und verbessertem Einzelmodenbetrieb
DE102016202210B4 (de) Laseranordnung, Verfahren zum Steuern eines Lasers und Messverfahren
DE10018778A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Selbstkalibrierung eines diodengepumpten Festkörperlasers, insbesondere eines durchstimmbaren, diodengepumpten Festkörperlasers
DE69907618T2 (de) Störunanfälliges Lasersystem
DE19615396A1 (de) Verfahren zur Einstellung und Kontrolle der longitudinalen Resonatormode einer Laserstrahlungsquelle
DE3421851A1 (de) Verfahren zur wellenlaengen- und ggf. leistungsstabilisierung oder -regelung von halbleiterlichtquellen
DE19633569A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Wellenlänge monochromatischer Lichtquellen
DE19548647C2 (de) Durchstimmbare, justierstabile Halbleiterlaserlichtquelle sowie ein Verfahren zur optisch stabilen, weitgehend kontinuierlichen Durchstimmung von Halbleiterlasern
DE10237695A1 (de) Lasermodul für optische Übertragungssysteme und Verfahren zum Stabilisieren einer Ausgangswellenlänge eines Lasermoduls
DE10226666A1 (de) Durchstimmbare Laserquelle
EP1775805A1 (de) Frequenzstabilisierter Gaslaser
DE60313183T2 (de) Kompensation von modensprüngen in durchstimmbaren lasern mit mehreren sektionen

Legal Events

Date Code Title Description
ON Later submitted papers
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection