DE2051328A1

DE2051328A1 - Vorrichtung zur Wellenlangenselektion bei breitbandig emittierenden Lasern

Info

Publication number: DE2051328A1
Application number: DE19702051328
Authority: DE
Inventors: Fritz Peter Prof Dr 3550 Marburg Schmidt Werner Dr 7080 Aalen P Schafer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1970-10-20
Filing date: 1970-10-20
Publication date: 1972-04-27
Also published as: DE2051328B2; US3735278A; DE2051328C3

Description

FIRMA CARL ZEISS, 7920 HEIDENHEIM (3RENZ)

Vorrichtung zur Wellerilängenselektion bei breitband ig emittierenden Lasern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wellenlängenselektion bei breitbandig emittierenden Lasern, insbesondere Farbstoff- g lasern.

Die organischen Farbstoffamilien, welche einen Lasereffekt zeigen, haben starke und breite Absorptions- und Fluoreszenzbanden. Auch ihre Laseremission erstreckt sich über einen breiten Wellenlängenbereich. Die Emissipnsbande kann jedoch auf eine schmale Linie eingeengt werden, wenn man einen Resonator mit spektral selektiver Güte verwendet. Bei geeigneter Ausführung kann die selektierte Linie über einen Bereich von mehreren 100 nm verschoben werden.

Es ist beispielsweise bekannt, im Laseraufbau anstelle eines Resonatorspiegels ein Reflexions-Beugungsgitter in Littrow-Aufstellung einzusetzen. Bei dieser Anordnung wird von dem aus der | Laserküvette austretende und auf das Gitter treffende Licht nur ein schmaler, von der Stellung des Gitters abhängiger Wellenlängenbereich in sich zurückgebeugt, während Licht anderer Wellenlängen in einem Winkel zur Resonatorachse zurückgebeugt und nicht weiter verstärkt wird. Ein Teil des Laserlichtes verläßt den Resonator als nutzbares Ausgangsbundel in Richtung der nullten Beugungsordnung des Gitters. Durch Neigen des Gitters um eine zu seinen Furchen parallele Achse kann die Emissionswellenlänge verändert werden. Nachteilig dabei ist, daß auch das Ausgangsbündel seine Richtung ändert. Ein weiterer Nachteil liegt in der

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Divergenz des Laserbündels. Um nämlich mit Anordnungen des beschriebenen Beispiels, bei denen dispergierende Elemente mit Winkeldispersion benützt werden, schmale Emissions linien zu erzeugen, muß die Divergenz des Laserbündels im Resonator möglichst klein sein. Beim Farbstofflaser können jedoch Divergenzen von vielen m rad auftreten. Der vom Lösungsmittel als Wärmeenergie aufgenommene Teil des Pumplichtes ruft nämlich während der Pumpdauer in der Lösung Brechzahländerungen hervor, so daß das Lasermaterial optisch inhomogen wird. Je nach der Konzentration der aktiven Lösung und der von der Geometrie der Pumpvorrichtung abhängenden Pumplichtvert ilung in der Lösung wird im Resonator eine positive oder negative Linsenwirkung oder eine Prismenwirkung erzeugt. Während des Impulses bleibt also der Eintrittswinkel des Lichtes in das dispergierende Element räumlich und zeitlich nicht konstant, was große Emissionsbandbreite verursacht. Sie übertrifft die Bandbreite, die das Element bei beugungsbegrenzter Divergenz erzeugen würde, um ein Vielfaches.

Der Nachteil der großen Divergenz läßt sich vermeiden, wenn das Laserlichtbündel vor dem Eintritt in den Selektor mit einem Teleskopsystem aufgeweitet wird. Als Richtungsfilter kann zusätzlich eine Lochblende in den Fokus des strahlenaufweitenden Systems eingebaut werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Richtungsfilterung und Wellenlängenselekt^ion mit einer besonders einfachen Vorrichtung zu erzielen, die auch frei ist von dem Nachteil, daß das Ausgangslichtbündel seine Richtung ändert, wenn mit Hilfe des Selektörs die LaserwellenlMnge durchgestimmt wird$ Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im optischen Strahlengang hinter einem Richtungsfilter ein fokussierendes Element mit Wellenlängenabhängiger Brennweite vorgesehen ist, welches durch Reflexion die Lochblende in sich selbst abbildet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das fokussierende Element aus einem Linsensystem großer chromatischer

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Längsabweichung und kleinem öffnungsfehler, dem ein Autokolirnationsspiegel nachgeschaltet ist.

In einem ausgeführten Beispiel variiert die Brennweite des Linsensystems für Längenwellen zwischen X= 405 nm und A = 660 nm zwischen 50 und 120 mm.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das fokussierende Element aus einem Reflexions-Beugungsgitter mit Blazewirkung und wellenlängenabhängiger Brennweite, das beispielsweise in bekannter und einfacher Weise interferometrisch-holographiseh herstellbar ist und im folgenden als Fresnelscher Zonenspiegel bezeichnet wird.

Zur Erhöhung der spektralen Auflösung läßt man das Lichtbündel vorteilhafterweise außerhalb der optischen Achse auf das fokussierende Element treffen.

Die mit der Vorrichtung erzielten Vorteile liegen insbesondere in ihrem einfachen Aufbau und in der Richtungskonstanz des aus dem Resonator durch einen Zonenspiegel ausgekoppelten Bündels bei Änderung der Wellenlängeneinstellung, da der Selektor nur entlang und parallel der optischen Achse verschoben wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 3 der beigefügten Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert; "

Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das mit wellenlängenabhängiger Brennweite fokussierende Element aus einem Linsensystem besteht, dem ein Autokolimationsspiegel nachgeschaltet ist;

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechenden erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das Lichtbündel außerhalb der opti-

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sehen Achse auf das fokussierende Linsensystem fällt;

Fig. 3 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das mit wellenlängenabhängiger Brennweite fokussierende Element aus einem interferometrisch-holographisch hergestellten Fresnelschen Zonenspiegel besteht.

Im einzelnen ist in den Figuren der beigefügten Zeichnung mit 1 eine Pumplichtquelle für den Farbstofflaser bezeichnet, mit 2 die Laserküvette und mit 3 und 4 ein aus einer Sammellinse und einer Lochblende bestehendes Richtungsfilter mit strahlaufweitender Wirkung bezeichnet.:

In der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Anordnung ist mit 5 ein chromatisches Linsensystem mit wellenlängenabhängiger Brennweite und mit 6 ein dahinter aufgestellter Autokolimationsspiegel bezeichnet. Die Gruppe 5* 6* welche die^Blende 4 im Licht der gewünschten Wellenlänge auf sich selbst abbildet, wird in diesem Ausführungsbeispiel zum Durchstimmen und Einengen der Emissionsbande längs der optischen Achse in Pfeilrichtung 7 verschoben.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Darstellung wird zur Erhöhung der spektralen Auflösung das Lichtbündel außerhalb der optischen Achse auf das fokussierende Linsensystem 8 und den dazugehörenden Spiegel 9 geführt.

In der Fig. j5 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, bei der das mit wellenlängenabhängige Brennweite fokussierende Element aus einem interferometrisch-holographisch hergestellten Fresnelschen Zonenspiegel besteht. Auch in dieser Anordnung kann zur Erhöhung der spektralen Auflösung das LiQhtbündel außerhalb der optischen Achse geführt werden. In Luft als umgebendem Medium wird dieser Fresnel'sehe Zonenspiegel für Wellenlängen um A ~ /L/n

■-. 5 -

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benutzt. Mit 1 ist die Wellenlänge des Lichtes bezeichnet, das zur Erzeugung des als Fresnelsche Zonenplatte ausgebildeten HoIogrammes verwendet wurde, mit η die Brechzahl des für den Zonenspiegel verwendeten Glases und des Photolacks, in welchem das Hologramm erzeugt wurde. Wird der Zonenspiegel mit Glas verkittet, so kann er für Wellenlängen um χ benutzt werden. Die Emissions-

a °

b>ende des Lasers wird auch in der der Fig. 3 entsprechenden Anordnung durch Verschieben des Zonenspiegels entlang der optischen Achse durchgestimmt und eingeengt, da dessen Brennweite f eine Punktion der das Hologramm erzeugenden Wellenlänge .? und der vom Laser auf den Spiegel-auftreffenden Wellenlänge /L ist, die sich mathematisch wie folgt ausdrückt:

h ■ t (

209818/0867 . ₆ .

Claims

Patentansprüche

fIy Vorrichtung zur Wellenlängenselektion bei breitbandig emittierenden Lasern, insbesondere Farbstofflasern, dadurch gekennzeichnet, daß im optischen Strahlengang hinter einem Richtungsfilter (J)A) ein fokus si er end es Element mit wellenlängenabhängiger Brennweite vorgesehen ist, welches durch Reflexion die Lochblende (4) in sich selbst abbildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fokussierende Element aus einem Linsensystem (5) großer chromatischer Längsabweichung und kleinem ö*f fnungs fehler besteht, dem ein Autokolimationsspiegel (6) nachgeschaltet ist.
J). Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennweite des Linsensystems (5) für Wellenlängen zwischen λ= 405 nrn und A = 656 nm zwischen 50 und 120 mm variiert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fokussierende Element aus einem interferometrisch-holographisch hergestellten Fresnel'sehen Zonenspiegel (10) mit wellenlängenabhängiger Brennweite besteht.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Laser kommende Lichtbündel außerhalb der optischen Achse auf das fokussierende Element trifft.

Brei/Hg
I5IO7O

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