DE19860895B4

DE19860895B4 - Modensprungfreie durchstimmbare und spektral reine Laserlichtquelle

Info

Publication number: DE19860895B4
Application number: DE1998160895
Authority: DE
Original assignee: Thorlabs GmbH
Current assignee: Thorlabs GmbH
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2018-12-29
Also published as: DE19860895A1

Abstract

Durchstimmbare Laserlichtquelle zur Gewinnung spektralgefilterter Laserstrahlung zur Auskopplung aus und zugleich Rückkopplung in einen Laserresonator, bei der das von einem Lasermedium (21) einschließlich einem Resonatorendspiegel ausgehende Strahlenbündel durch eine Kollimatoroptik (22) kollimiert wird und quer zu seiner Ausbreitungsrichtung durch ein winkeldispergierendes Element (23) winkeldispergiert wird, dann durch eine weitere Kollimatoroptik (24) fokussiert wird, im Fokus, in dessen Nähe oder in einer Abbildung des Fokus derart in der Weise durch einen Raumfilter (25) gefiltert wird, daß nur ein schmaler Wellenlängenbereich der Strahlung weitergelangt, dabei eine Reflexion des nicht-hindurchgelassenen Anteils der Strahlung zurück in den Resonator weitestgehend verhindert wird und schließlich nach der Filterung ebenfalls im Fokus oder einer Abbildung dieses Fokus durch einen teildurchlässig ausgebildeten Reflektor (26) ein Teil der Strahlung in den Laserresonator zurückreflektiert, ein anderer zur Nutzung der Laserstrahlung hindurchgelassen wird, wobei die Reflexion im Zusammenhang mit der Fokussierung senkrecht zur Dispersionsrichtung nach dem Prinzip eines weitgehend unabhängigen Retroflektors...

Description

Die Erfindung betrifft eine modensprungfreie durchstimmbare und spektral reine Laserlichtquelle entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche durchstimmbare Laserlichtquelle ist aus der DE 195 15 321 A1 bekannt. Die erfindungsgemäße durchstimmbare Laserlichtquelle soll sich durch hohe optische Stabilität sowie besondere Unterdrückung der breitbandigen spontanen Strahlung (ASE-Amplified Spontaneous Emission) und der Nebenmoden bei einfachem Aufbau auszeichnen. Anwendungsgebiet für eine derartige Lichtquelle ist u. a. die Nachrichtenübertragung.
Durchstimmbare Laserlichtquellen, insbesondere Halbleiterlaser, mit externem Resonator müssen zur stabilen Erzeugung der Strahlung zwei Bedingungen erfüllt finden:

• Durch ein frequenzselektives Element muß die gewünschte Wellenlänge bestimmt werden.
• Die optische Weglänge im Resonator muß ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge sein.

Durchstimmbare Laserlichtquellen sind in vielen Varianten bekannt. Als Beispiel ist in 1 eine Halbleiterlaseranordnung nach LITTROW gezeigt. Entsprechend abgewandelt wird dieser Aufbau auch für Farbstofflaser verwendet. Er besteht im wesentlichen aus der Laserdiode (1), einem Kollimator (2), einem Beugungsgitter (3) zur Dispersion der Laserstrahlung und einem in Dispersionsrichtung des Gitters drehbaren ebenen Spiegel (4). Die nach dem Kollimator (2) im wesentlichen ein paralleles Bündel bildende Laserstrahlung wird am Gitter (3) gebeugt und gelangt auf den drehbaren Spiegel (4). Nur die Laserwellenlängen, die derart gebeugt worden sind, daß sie den Spiegel (4) weitestgehend senkrecht treffen laufen hinreichend genau wieder auf demselben Weg zurück und werden auf die aktive Laserfacette abgebildet, wodurch eine optische Rückkopplung entsteht.
Damit läßt sich allein durch Drehen des Spiegels (3) der rückgekoppelte Wellenlängenbereich und damit die Hauptemissionswellenlänge der Anordnung wählen. Die nutzbare Laserstrahlung wird dagegen über die nullte Beugungsordnung des Gitters ausgekoppelt, wozu beispielsweise eine Optik (5) die Strahlung in einen Lichtwellenleiter fokussiert. Unabhängig von der Wellenlängeneinstellung erscheint die nutzbare Strahlung immer am selben Ort.
Nachteil derartiger Anordnungen, die in dieser oder ähnlicher Art weit verbreitet sind, ist zum einen die hohe Empfindlichkeit gegen schon geringfügige Dejustierungen. Da z. B. die optisch wirksame Facette eines Halbleiterlasers sehr klein ist, ist eine besondere Stabilität des Aufbaus hinsichtlich Verkippungen des Strahlenganges senkrecht zur Dispersionsrichtung nötig. Das betrifft die Lagerung des drehbaren Spiegels, die Stabilität der Gitterhaltung, des Lasers sowie des Kollimators. Bei derartigen Aufbauten sind drei Freiheitsgrade zu kontrollieren, wovon nur einer zwingend notwendig ist, nämlich die Drehung des Spiegels zur Wellenlängendurchstimmung. Die Verschiebung des Lasers senkrecht zur Dispersionsrichtung des dispergierenden Elementes sowie die zur Fokussierung notwendige Verschiebung des Laserchips entlang der optischen Achse sind in optimaler Stellung zu halten, ohne daß sie die Verstellung irgendeines Aussgangsparameters gestatten. Erschwerend ist dabei, daß diese beiden unabhängig verstellbaren Koordinaten nicht voneinander unabhängig optimierbar sind, sondern es naturgemäß innerhalb dieser zweidimensionalen Justiermöglichkeit nur eine optimale Stellung gibt. Oft wird für diese Aufgabe eine gesonderte Regelung benutzt.
Ein weiterer Nachteil derartiger Anordnungen besteht darin, daß nicht spektral gereinigte Strahlung, sondern ein Anteil des gesamten Strahlungsgemisches, das sich im Resonator befindet, einschließlich der spontanen Emission und mehr oder wenige starken Nebenmoden, als nutzbare Strahlung aus dem Resonator geführt wird. Da die Auskopplung der Strahlung zudem über einen anderen Zweig als die Rückkopplung erfolgt, können ohne zusätzliche Mittel kaum vermeidbare Reflexionen von der externen Anordnung in der die Laserstrahlung verwendet wird, die Strahlung im Resonator stark beeinflussen, wobei eine solche Rückkopplung üblicherweise nicht wellenlängenselektiv erfolgt. Dies gilt naturgemäß besonders bei Vorhandensein einer optischen Abbildung der Laserfacette auf eine zumindest teilreflektierende, nicht notwendig spiegelnde Fläche (z. B. Lichtwellenleiter und Empfängerflächen), da derartige Aufbauten ebenfalls als unerwünschte Retroreflektoren wirken können.
Es sind Lösungen bekannt, die entweder die Gewinnung weitgehend spektral reiner Strahlung erlauben, als auch solche, die mit besonderen Maßnahmen die Justiertoleranz eines solchen Laserresonators erhöhen und so den Aufbau eines vergleichsweise robusten Gerätes gestatten.
Den Stand der Technik zur Gewinnung spektral reiner Strahlung verkörpert in diesem Zusammenhang die DE 829 18 863 B1 . Bei dieser Erfindung wird im wesentlichen die Strahlung, die den Resonator schon verlassen hat, in eine Vorrichtung zu ihrer spektralen Reinigung geleitet, wobei insbesondere das zur Wellenlängenselektion des Lasers dienende dispergierende Element von dieser Vorrichtung ebenfalls unter zumindest weitgehend gleichen Bedingungen benutzt wird. Dadurch wird erreicht, daß unabhängig von der Wellenlängeneinstellung des Lasers automatisch die entsprechend gefilterte Strahlung die Anordnung verläßt. Nachteil ist jedoch noch, daß im wesentlichen nur das dispergierende Element doppelt benutzt wird und damit noch immer verschiedene zusätzliche Bauteile zur Umleitung der Strahlung in den Filtermechanismus und für diesen selbst erforderlich sind. In einer Variante ist in der genannten DE 29 18 863 B1 eine Anordnung beschrieben, bei der ein Teil der gefilterten Strahlung im Resonator verbleibt bzw. in diesen zurückgeführt wird. Auch hierbei sind jedoch bis auf das dispergierende Element noch Laser und Filtervorrichtung getrennt vorhanden. Darüberhinaus verläßt auch ein wesentlicher Anteil nichtgefilterter Strahlung den Resonator über einen notwendigerweise vorhandenen Teilerspiegel, wodurch dieser Anteil verloren geht.
Ebenfalls mit der Gewinnung spektral gereinigter Strahlung befaßt sich DE 42 16 001 A1 . Hierbei laufen Gesamtstrahlung im Resonator und spektral gereinigter Anteil unter verschiedenen Winkeln durch den Resonator, so daß diese getrennt werden können. Hierbei werden jedoch mehrere Bauteile unter streifendem Einfall betrieben, was die Anwendbarkeit dieser Erfindung beeinträchtigt. Außerdem durchläuft auch die spektral gereinigte Strahlung unmittelbar vor der Auskopplung noch einmal das Lasermedium, wodurch die spektrale Reinheit wieder in Frage gestellt wird.
Der Stand der Technik zur Erhöhung der Justiertoleranz bei Lasern mit externen Resonatoren wird im wesentlichen von zwei Lösungen bestimmt.
Die erste Lösung ist in P. Zorabedian and W. R. Trutna, Jr.: Interference-filter-tuned, alignment-stabilized semiconductor external-cavity laser, OPTICS LETTERS, Vol. 13, No. 10, pp 826...828, 1988 beschrieben. Zur justiertoleranten Rückkopplung der Laserstrahlung wird ein Katzenaugen-Retroreflektor (sammelnde Optik mit Spiegel in deren Brennebene) benutzt. Als selektives Element befindet sich im parallelen Strahlengang innerhalb des Resonators ein Interferenzfilter. Zur Durchstimmung der Laserwellenlänge ist dieses Filter drehbar gelagert.
Die Auskopplung der nutzbaren Strahlung erfolgt aus der dem externen Resonator abgewandten Facette des Laserchips.
Nachteile dieser Anordnung sind jedoch, daß die breitbandige spontane Emission sowie die Nebenmoden nicht ohne wesentliche weitere Mittel von der nutzbaren Strahlung zu trennen sind, sowie die Beschränkung durch die Eigenschaften eines Interferenzfilters.
Eine weitere Möglichkeit zum Aufbau eines justierstabilen Lasers mit externem Resonator beinhaltet die EP 0 525 752 A1 . Hierbei wird im Prinzip ebenfalls ein Katzenaugen-Retroreflektor angewandt, seine Wirkung jedoch auf eine Koordinate begrenzt. Durch eine geeignete Kombination aus Prismen und einer Zylinderoptik zur Strahlformung sowie den Einsatz eines Beugungsgitters als Reflektor ergibt sich, daß eine Abbildung der Laserfacette auf das Gitter nur senkrecht zur Dispersionsrichtung erfolgt. In Dispersionsrichtung ist das das Gitter treffende Strahlbündel jedoch weitestgehend parallel und relativ breit. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Gitter ohne Einschränkung zur Durchstimmung der Laserwellenlänge benutzt werden kann, andererseits die Anordnung weitgehend tolerant gegenüber einer Gitterkippung senkrecht zur Dispersionsrichtung ist. Auch dieser Aufbau gestattet ohne zusätzliche Mittel keine Abtrennung der breitbandigen spontanen Strahlung und der Nebenmoden aus dem nutzbaren Strahlungsanteil.
Eine durchstimmbare Laserlichtquelle und das entsprechende Verfahren ist in: Chelnokov, A. V.; Lourstioz, J.–M.; Gavrilovic, P.; „Ultrashort Pulses in diffraction limited beam from diodelaser-arrays with external cavity”, ELECTRONICS LETTERS 29 (1993) 10, 861–862 beschrieben.
Eine weitere Anordnung ist in: Foster, G. M.; Cush, R.; Reid, T. J.; Carter, A. C. „Four channel multiwavelength source with individually addressable elements”, ELECTRONICS LETTERS 29 (1993) 10, S. 930–931 beschrieben. Hier sind ein Laserarray und eine Koppelfaser jeweils in einer Katzenaugen-Retroreflektor Konfiguration angeordnet. Zusammen mit einem wellenlängenselektiven Element bilden sie einen external-cavity-laser bei dem jedes Element des Laserarrays einen eigenen abgestimmten Laser bildet und durch die gewählte Anordnung Justierprobleme vermindert werden. Zusätzlich erfolgt eine Filterung der ausgekoppelten Strahlung dadurch, daß die auskoppelnde Faser, die auch gleichzeitig als Resonatorspiegel wirkt, eine raumfilternde Wirkung hat.
Eine weitere Anordnung eines durchstimmbaren justierstabilen Lasers ist in PCT/EP9U/01640 beschrieben.
Für die unterschiedlichen Anordnungen der Aufstellung des frequenzselektiven Elementes – z. B. nach LITTROW oder nach LITTMAN – und der übrigen Resonatoranordnung – z. B. Auskopplung in nullter Ordnung oder in einer höheren Ordnung, bzw. Verwendung von Retroreflektoren – sind unterschiedliche Verfahren bekannt, die eine weitgehende Übereinstimmung der eingestellten Wellenlänge und der Resonatorlänge ermöglichen. Die LITTMAN-Anordnung ist beispielhaft beschrieben in: Harvay, K. C.; Myatt, C. J., Opt. Lett. 12, 910–13, 1991 und Lefevre, H. et al., Photonetics S. A., US 5594744 A .
Zum einen wird passiv durch eine geeignete Anordnung des Pivotpunktes eine Verdrehung mit einer Längenänderung zwangsläufig erreicht z. B. beschrieben in: Koch, S.; Bitte, F.; Mischo, H. „Untersuchung neuer Halbleiter-Strahlungsquellen für die absolutmessende Distanz- und Formprüfung, Fraunhoferinstitut für Produktionstechnologie, Verbundprojekt Strahlenquellen für die Metrologie, (1998)”, zum anderen werden Wellenlänge und Resonatorlänge durch getrennte Einrichtungen eingestellt, wobei durch Einstelltabellen eine möglichst optimale Anpassung erreicht wird. Letztlich sind auch aktive Anordnungen bekannt, die Drehung und Längenänderung entkoppeln und durch Hilfsdetektoren die optimale Resonatorlänge bestimmen und durch Servomechanismen einstellen. Eine solche Lösung ist in „Shigenori Mattori, Takanori Saitoh, Shigeru Kinugawa and Koichiru Miyagi: Research Lab. Anritsu Corp.; Active Mode-Hop Suppression in External Cavity Lasers, Technical Digest, Symposium an Optical Fiber Measurements, (1998), NIST Special Publication 930” beschrieben.
In der DE 195 09 922 A1 ist eine Abstimmvorrichtung für einen Halbleiterlaser in LITTMAN-Anordnung offenbart. Die Relativbewegung eines Spiegels zu einem Gitter, durch die die Wellenlängen definiert werden, welche von dem Spiegel rückreflektiert werden, ist mechanisch über ein Schiebegelenk mit einer Bewegung eines Halbleiterlasers verbunden, um so für Modensprungfreiheit beim Abstimmen der Wellenlänge zu sorgen.
In der EP 0 801 451 A2 ist eine Abstimmvorrichtung beschrieben, bei der ein Halbleiterdiodenlaser zusammen mit einem Gitter und einem Resonatorendspiegel ebenfalls in LITTMAN-Anordnung bereitgestellt ist. Über einen großräumigen Hebel wird der Spiegel verkippt und hierbei mit Justiermitteln so genau kompensierbar, daß das modensprungfreie Wellenlängendurchstimmen über den gesamten Verstärkungsbereich des Halbleiterdiodenlasers sicher gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine modensprungfreie, abstimmbare, justierstabile, spektral reine Laserlichtquelle anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine durchstimmbare Laserlichtquelle mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
Durch diese Anordnung wird eine erheblich verbesserte Übereinstimmung von eingestellter Laserwellenlänge und Resonatorlänge gewährleistet. Gegenüber den bekannten Verfahren lässt sich durch die neue Anordnung in einem begrenzten Abstimmbereich für drei einzustellende Wellenlängen die Abweichung der Resonatorlänge von der Ideallänge zu null werden, im Zwischenbereich ergibt sich eine s-förmige Abweichung, die kleiner als 1% einer Wellenlänge bleibt. Durch veränderte Ausführungslängen an den den Gleichlauf bestimmenden Elementen ist eine einfache Anpassung an andere Gesamtlängen des Resonators möglich. Die neue Anordnung verwendet nur ein Einstellelement. Dies vereinfacht die technische Realisierung.
Die neue Anordnung kommt mit Festkörpergelenken in Form von Federgelenken aus. Damit ergeben sich eine hohe Steifigkeit und Spielfreiheit. Die Empfindlichkeit gegen Vibrationen nimmt ab. Durch geeignete konstruktive Gestaltung der Federgelenke sind unerwünschte Verkippungen des wellenlängenbestimmenden Elementes zu minimieren. Die ohnehin hohe Justierstabilität des durchstimmbaren Lasers mit Retroreflektoren wird durch das Einfügen der neuen Abstimmvorrichtung zur modensprungfreien Abstimmung nicht verschlechtert. Die Amplituden- und Frequenzstabilität wird zusätzlich erheblich verbessert.
Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Funktion der modensprungfrei durchstimmbaren, justierstabilen spektral reinen Laserlichtquelle beschrieben werden.
2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer spektral reinen Laserlichtquelle in einer modifizierten LITTMAN-Anordnung. Die Strahlung einer frontseitig entspiegelten Laserdiode (21) wird durch eine Kollimatoroptik (22) zu einem Parallelbündel geformt und trifft unter dem Einfallswinkel das frequenzselektive Element, hier ein Reflexionsgitter (23).
Die in erster Ordnung gebeugte Strahlung trifft auf eine weitere Kollimatoroptik (24), die die Strahlung auf ein als Raumfilter wirkendes Pinhole (25) fokussiert. Unmittelbar hinter dem Pinhole befindet sich der Resonatorspiegel (26), der als teildurchlässiger Spiegel ausgeführt ist. Die von diesem Spiegel reflektierte Strahlung gelangt wiederum durch den Kollimator (24) zum Gitter (23) und durch den Kollimator (22) zur Laserdiode (21) und führt so zu einer optischen Rückkopplung. Zur Wellenlängenabstimmung der so entstandenen Strahlungsquelle ist das Gitter drehbar und kann längs des optischen Weges verschoben werden. Dies geschieht in der Weise, daß sich proportional zur Wellenlängenänderung die optische Weglänge ändert.
Proportionalitätsfaktor ist die Zahl der ganzen Wellenlängen längs des optischen Weges von rückseitigem Laserspiegel in der Laserdiode (21) bis zum Resonatorspiegel (26). Dieser Zusammenhang wird für einen beschränkten Drehwinkelbereich des Gitters (23) durch die Halterung dieses Gitters in einer Gelenkkette nach 3 erreicht. Der am Festpunkt (30) angelenkte Arm (31) trägt an seinem freien Ende ein Gelenk (32), welches den Arm (33) mit Arm (31) verbindet. Am Arm (33) ist das Gitter (23) befestigt. Das freie Ende des Armes (33) stützt sich auf eine Auflage (34) und wird durch eine geeignete Halterung zwangsgeführt.
Wird der Arm (31) mit der Länge r um den Winkel g verdreht, so wird der Arm (33) mitgeschleppt und verdreht sich um den Winkel p. Das Gitter bewegt sich damit auf einer Kreisbahn mit dem Radius r und dreht sich dabei um den Winkel p wenn der durch den Arm (31) überstrichene Winkel g ist. Dabei wandert der Auftreffpunkt des einfallenden Strahles geringfügig auf dem Gitter. Dies äußert sich in einer noch geringeren Parallelversetzung des gebeugten Strahles.
Diese Parallelversetzung ist ohne Bedeutung, da durch die nachfolgende Kollimatoroptik jeder Parallelstrahl zum Brennpunkt geführt wird. Berechnet man die bei der Verdrehung um den Winkel g auftretende Wegänderung x, so führt das zu folgendem Zusammenhang: x = r sin(g) – r[1 – cos(g)]tan[α + arctan(r sin(g)/(s + r[1 – cos(g)]))] + cos[α – arcsin(lambdanull/d – sin(α))]{r sin(g) – r[1 – cos(g)]) tan(α + arctan(r sin(g)/(s + r[1 – cos(g)]))} [1]
Addiert man zu diesem Weg x eine Grundlänge l₀ und subtrahiert das n-fache der durch g eingestellten Wellenlänge, so erhält man die Abweichung vom Idealwert. Für einen vorerst frei wählbaren Wert für die Länge r des Armes (31) ist in der Darstellung in 4 die Abweichung d1 für einen Winkelbereich für g von ±0.35 Grad in Abhängigkeit von der Länge s des Armes (33) dargestellt. Man erkennt einen Bereich für die Länge s, bei der die Abweichung vom Sollwert offensichtlich gering ist. Die numerische Berechnung der Abweichung für den optimalen Wert für die Länge s des Armes (33) zeigt 5.
Eine andere Ausführungsform ersetzt die Stützstelle (34) durch einen weiteren Arm (65). 6 zeigt diese Anordnung. Mit hinreichender Genauigkeit ist die Bewegung eines Punktes auf dem Arm (33) in der Nähe der Stützstelle (34) durch einen Kreisbogen anzunähern. Diese Näherung erlaubt die Verwendung des Armes (65) mit zwei Festkörpergelenken an dieser Stelle. Dadurch ist eine weitere Stützfunktion realisierbar, die die Steifigkeit des Abstimmsystems weiter erhöht.
Im allgemeinen ist für einen abstimmbaren Laser eine konstruktiv vorgegebene optische Weglänge vorhanden, auf die die Abstimmeinheit angepaßt werden muß. Durch eine geeignete Wahl der Länge des Armes (31) und der sich dann ergebenden Länge für die Länge des Armes (33) ist die angegebene Genauigkeit der Nachführung der Resonatorlänge zur eingestellten Wellenlänge realisierbar. Die Dimensionierung der Gelenkkette ist durch die Auswertung der Gleichung [1] für jede Wellenlänge und Länge des Armes (33) möglich.
7 zeigt eine weitere Anordnung, bei der die Auskopplung des Lichtes durch eine weitere Optik (72) erreicht wird, mit der eine Einkopplung der Strahlung in eine Lichtleitfaser erfolgt. Dabei befindet sich die teilreflektierende Fläche nicht notwendigerweise auf der ersten Oberfläche der Optik. Außerdem ist ein Polarisationsdreher (71) eingefügt, um abhängig von der Polarisationsrichtung und des Strahlprofiles der Laserstrahlung das Beugungsgitter (23) bei höchster Beugungseffektivität zu benutzen, wobei die in das Lasermedium (21) rückgekoppelte Strahlung dieses wieder mit der ursprünglichen Polarisationsrichtung trifft.
Eine weitere Anordnung zeigt 8. Es kann günstig sein, wenn das raumfilternde Element und die teilreflektierende Fläche nicht unmittelbar aufeinanderfolgen. In 8 sind das Pinhole (25) und die teilreflektierende Fläche (82) weit voneinander entfernt und durch die Optik (81) wird das Pinhole (25) auf die teilreflektierende Fläche (82) abgebildet.
Verzeichnis der Abbildungen
1 Prinzip eines herkömmlichen abstimmbaren Lasers nach LITTMAN
2 Prinzip eines abstimmbaren Lasers in modifizierter LITTMAN-Anordnung mit Gelenkkette zur Abstimmung und Auskopplung der gefilterten Strahlung durch Raumfilter und teilreflektierender Fläche
3 Prinzip der Gelenkkette zur Berechnung des Abstimmverhaltens
4 Abweichung von optischer Soll-Länge zu optischer Ist-Länge vs Abstimmwinkel und Armlänge
5 Optimierte Abweichung von optischer Soll-Länge zu optischer Ist-Länge vs Abstimmwinkel
6 Modifizierte Gelenkkette
7 Prinzip eines abstimmbaren Lasers mit Polarisationsdreher und Gelenkkette zur Abstimmung und Auskopplung der gefilterten Strahlung durch Raumfilter und teilreflektierender Fläche
8 Prinzip eines abstimmbaren Lasers mit Gelenkkette zur Abstimmung und Auskopplung der gefilterten Strahlung durch Raumfilter und Abbildung auf entfernte teilreflektierender Fläche

1: Lasermedium
2: Kollimator
3: dispergierendes Element, Gitter
4: Spiegel
5: Optik
6: LWL, Lichtleiter
21: Lasermedium
22: Kollimator
23: dispergierendes Medium, Gitter
24: Optik
25: Raumfilter, Pinhole
26: teilreflektierende Fläche
30: Gelenk
31: Gelenkarm 1
32: Gelenk
33: Gelenkarm 2
34: Auflage
65: Gelenkarm
66: Gelenk
67: Gelenk
71: Polarisationsdreher
72: Optik
81: Optik
82: teilreflektierende Fläche

Claims

Durchstimmbare Laserlichtquelle zur Gewinnung spektralgefilterter Laserstrahlung zur Auskopplung aus und zugleich Rückkopplung in einen Laserresonator, bei der das von einem Lasermedium (21) einschließlich einem Resonatorendspiegel ausgehende Strahlenbündel durch eine Kollimatoroptik (22) kollimiert wird und quer zu seiner Ausbreitungsrichtung durch ein winkeldispergierendes Element (23) winkeldispergiert wird, dann durch eine weitere Kollimatoroptik (24) fokussiert wird, im Fokus, in dessen Nähe oder in einer Abbildung des Fokus derart in der Weise durch einen Raumfilter (25) gefiltert wird, daß nur ein schmaler Wellenlängenbereich der Strahlung weitergelangt, dabei eine Reflexion des nicht-hindurchgelassenen Anteils der Strahlung zurück in den Resonator weitestgehend verhindert wird und schließlich nach der Filterung ebenfalls im Fokus oder einer Abbildung dieses Fokus durch einen teildurchlässig ausgebildeten Reflektor (26) ein Teil der Strahlung in den Laserresonator zurückreflektiert, ein anderer zur Nutzung der Laserstrahlung hindurchgelassen wird, wobei die Reflexion im Zusammenhang mit der Fokussierung senkrecht zur Dispersionsrichtung nach dem Prinzip eines weitgehend unabhängigen Retroflektors nach dem Katzenaugenprinzip erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung auf eine erwünschte Laserwellenlänge durch eine zwangsläufige gekoppelte Drehung und Translation des winkeldispergierenden Elementes erfolgt.
Durchstimmbare Laserlichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das winkeldispergierende Element (23) auf einer Gelenkkette montiert ist, derart, daß die Gelenkkette eine solche Bewegung des winkeldispergierenden Elementes (23) ermöglicht, die eine weitgehende Übereinstimmung der aufgrund des durch den Drehwinkel des winkeldispergierenden Elementes (23) überstrichenen Wellenlängenbereiches für Modensprungfreiheit notwendige Längenänderung des optischen Weges mit der durch die gleichzeitig ablaufende Translationsbewegung des winkeldispergierenden Elementes (23) tatsächlich erlangte Längenänderung des optischen Weges gewährleistet.
Durchstimmbare Laserlichtquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkkette einen Gelenkarm (33) umfasst, an dem das winkeldispergierende Element (23) befestigt ist, und der an einem freien Ende ein Gelenk (32) aufweist, das ihn mit einem weiteren Gelenkarm (31) verbindet.
Durchstimmbare Laserlichtquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkarm (33), an dem das winkeldispergierende Element (23) befestigt ist, sich an einem anderen freien Ende auf eine Auflage (34) abstützt.
Durchstimmbare Laserlichtquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkarm (33), an dem das winkeldispergierende Element befestigt ist, an einem anderen freien Ende über ein weiteres Gelenk (66) mit einem dritten Gelenkarm (67) verbunden ist.
Durchstimmbare Laserlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lasermedium ein Halbleiterlaser dient.
Durchstimmbare Laserlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Lasermedium (21) eine Zeile von Halbleiterlasern dient.
Durchstimmbare Laserlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Austrittsfacette des Halbleiterlasers weitgehend entspiegelt ist.
Durchstimmbare Laserlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das winkeldispergierende Element (23) ein Beugungsgitter ist.
Durchstimmbare Laserlichtquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung gesehen vor dem Beugungsgitter (23) ein 90-Grad-Polarisationsdreher (71) angeordnet ist, um abhängig von der Polarisationsrichtung der Laserstrahlung das Beugungsgitter (23) bei höchster Beugungseffektivität zu benützen, wobei die in das Lasermedium (21) rückgekoppelte Strahlung dieses wieder mit der ursprünglichen Polarisationsrichtung trifft.
Durchstimmbare Laserlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektor (26) die teilreflektierende, nicht notwendig erste Fläche einer Auskoppeloptik (72) dient.
Durchstimmbare Laserlichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektor (26) die teilreflektierende Stirnfläche eines Lichtwellenleiters dient und damit die nutzbare, spektralgefilterte Laserleistung an dessen Ausgang zur Verfügung steht.