DE2059069B2 - Hochbelastbarer resonanzreflektor fuer optische resonatoren in laseranordnungen - Google Patents

Hochbelastbarer resonanzreflektor fuer optische resonatoren in laseranordnungen

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DE2059069B2 DE19702059069 DE2059069A DE2059069B2 DE 2059069 B2 DE2059069 B2 DE 2059069B2 DE 19702059069 DE19702059069 DE 19702059069 DE 2059069 A DE2059069 A DE 2059069A DE 2059069 B2 DE2059069 B2 DE 2059069B2
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    • 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
    • H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
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Description

Die Frfindung bezieht sich auf einen hochbelastbaren Resonanzreflektor für optische Resonatoren in Laseranordnungen.
Bei Laserresonatoren sind besonders die Reflektoren einer hohen Strahlungsbelastung ausgesetzt, die einen Reflexionsfaktor nahe 1000Zo aufweisen. Beispielsweise werden selektive Reflektoren, die aus dielektrischen Schichten aufgebaut sind, von einer definierten Strahlungsdichte an zerstört. Solche Reflektoren sind daher bei Rieseniinpulslasein, bei denen mit Hilfe von Resonator-Güteschaltcrn sehr hoher Energiedichtc der ausgelösten Lichtimpulse in der Größenordnung von MW/cm2 auftreten, völlig ungeeignet.
An Stelle von dielektrischen Schichten können als selektive Reflektoren Glasplattensätze verwendet werden, bei denen die Glasplatten und die zwischen ihnen angeordneten Distanzringe interferrometrisch genau aufeinandergesprengt sind. Die Verwendung derartiger Reflektoren in Riesenampulslasem wird in »Quantum Electronic, Proceedings of the Third International Congress«, Bd. 2, Paris, New York (1964), auf den Seiten 1197 bis 1199 beschrieben. Mit solchen Glasplattensätzen lassen sich zwar hohe Belastungsgrenzen erreichen, doch ergeben sich sehr umfangreiche Anordnungen (große Plattenzahl), •vrnn ein hoher Reflexionsfaktor gefordert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen hochbelastbaren Resonanzreflektor der letztgenannten Art eine Lösung anzugeben, bei der auch mit einer geringen Anzahl von Glasplatten ein hoher Refiexionsfakior herbeigeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß wenigstens die in Richtung der einfallenden Strahlung letzte Glasplatte einen dielektrischen Spiegeibelag aufweist.
ίο Es ist zwar aus der deutschen Olfenlegungsschrih 1 589 5S4 ein optischer Resonator für Laser bekannt, bei dem zur Verlängerung der Betriebsdauer die diel· !arischen Überzüge auf den Außenseiten der Spiegel aufgebracht sind. Wegen des geringen Reis flexionsiaktors der einen unbeschichteten Spiegeloberfläche ist aber die Strahlungsbelastung der dielektrischen Spiegelbeläge nach wie vor hoch.
Der Erfmdung'liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein großer Teil der einfallenden Strahlung bereits an
den ersten Glasplatten in Richtung der einfallenden Strahlung reflektiert wird, so daß die Strahlungsbelastun» der Glasplatten um so geringer wird, je größer die Anzahl der ihnen entgegen der Richtung tier einfallenden Strahlung vorgelagerten Glasplatten ist. Die auf einige Prozent herab verminderte Strahlungsenergie im Bereich der in Richtung der einfallenden Strahlung letzten Glasplatten gibt somit die Möglichkeit, hier die partielle Reflexion durch Anbringen von zusätzlichen dielektrischen Spiegdschichten so zu erhöhen, daß bei vorgegebenem Reflexionsfaktor der Gesamtanordnung eine größere Anzahl von Glasplatten eingespart werden kann. Mit anderen Worten läßt sich nach der Lehre nach der Erfindung ein optischer Resonanzreflektor realisieren.
dessen zulässige Strahlbelastung diejenige von dielektrischen Spiegelschichten weit üb rsteigt. ohne auf die hervorragenden Reflexionseigenschaften derartiger Schichten verzichten zu müsse.1.. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, beide Flächen der letzten Glasplatte und gegebenenfalls weiterer Flächen der dieser letzten Glasplatte entgegen der Richtung der einfallenden Strahlung vorgelagerten Glasplatten mit einem dielektrischen Spiegelbelag zu versehen. Hierbei müssen dann diese dielektrischen Spiegelbeläge in ihrer Aufeinanderfolge entgegen dt_r Richtung der einfallenden Strahlung einen abnehmenden Reflexionsfaktor aufweisen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nimmt der Reflexionsfaktor der entgegen der Richtung der einfallenden Strahlung aufeinanderfolgenden dielektrischen Spiegelbeläge nach einer geometrischen Reihe ab.
Wie bereits einleitend schon angedeutet worden ist. kommt solchen hochbelastbaren Resonanzrefiektoren eine besondere Bedeutung bei Riesenimpulslasern zu. Sie bilden hierbei einen oder beide Reflektoren des optischen Resonators, in dessen Innern das von einer Pumpenenergiequelle gepumpte aktive Material angeordnet ist. Mit Hilfe eines die Güte des optischen Resonators steuernden sogenannten Güteschalters wird das aktive Material bei minimaler Güte des optischen Resonators von der Pumpenenergiequelle bis zu hohen Werten der Inversion seiner Energieniveaus gepumpt und anschließend durch schlagartige Erhöhung der Güte des optischen Resonators auf maximale Werte eine impulsförmige stimulierte Emission hoher Energiedichte ausgelöst. Die selektiven Eigenschaften der Resonanzreflektoren ge-
„Uhrleisten dabei eine Anregung der Emission in einem gewünschten Mode.
Der bei Riesenimpulslasern erforderliche Gute- »challer kann auf die verschiedenste Weise realisiert werden. Bei mechanischer Ausführung des Güteschal- 5 ters ist es üblich, einen der beiden Reflektoren des optischen Resonators als Drehspiegel auszubilden. Der optische Resonator hat dann in der Drehstellung NuIl des Drehspiegels, in der beide Reflektoren mit ihr:n Reflektorflächen senkrecht zur optischen Achse .ο des Resonators ausgerichtet sind, seine maximale Güte, während in einer anderen Drehstellung des Drehspiegels diese Güte praktisch Null ist. Wird der Drehspiegel mit konstanter Geschwindigkeit um eine Achse senkrecht zur Resonatorachse gedreht, dann 15 «ibt der Riesenimpulslaser mit jeder Umdrehung linen oder mehrere Riesenimpulse ab. Der Drehspiegel kann beispielsweise ein 45 -Prisma sein, das cbenfalls hohen Strahlungsbelastungen gewachsen ist. jedoch ,eine frequenzselektiven Eigenschaften au,- * ι · · ic cmI 1 die Erfindung im folgenden AusführungsbeBp.ds soll^^ ^ ^ ^^ bc.
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Durch die ertindungsgemäBe Ausführung eines aus mehreren über Distanzringe aneinandergesprengten Glasplatten bestehenden Resonanzreflektors ist es möglich. Resonanzreflektoren mit einem Reflexionsfaktor bei der Frequenz der emittierenden Strahlung von annähernd 100« 0 bei geringer Anzahl von Platten, also in kompakter Anordnung, zu realisieren. Somit kann ein Resonanzretlektor nach der hrfindune in außerordentlich vorteilhafter Weise als Dreh-
spieiel-Rcsonator-Güteschalter mit hohem Reflexionsfaktor bei einem Riesenimpulslaser zur Anwenduim gelangen. Gegenüber einem 45 -Prisma wird mit Hilfe des Resonanzreflektors nach der Erfindung nicht nur ein modcnselektiver Effekt eriecht, sondern darüber hinaus auch noch die Schaltgeschwindigkcit eines solchen Drehspiegel-Resonator-Güteschalters erhöht. Der Reflexionsfaktor einer solchen Resonanzreflektors hat scharfe Maxima als Funktion der Frequenz und der Richtung. Expenmentcll wurde dieser Sachverhalt dadurch bestätigt, daß ein breitbandiger Drehspiegel 45-Prisma) je Umdrehung drei unmittelbar aufeinanderfolgende Riesenimpulse lieferte, während der resonante Drehspiegel wegen der erhöhten Schaltgeschwmdigkeit pro Umdrehung nu, einen Impuls bei entsprechend höherer Spitzenleistung ergab. Somit wird bei Verwcndune eines Drehspiegel in Form e.nes Resonanzreflektors nach der Erfindung der Resonator nach Richtung und Frequenz eingescha tet. Beim Drehen verschieben sich die Resonanzfrequenzen sehr rasch und bewirken dadurch eine wesentlich größere Schaltgeschwindigkeit der Rückkopplung tür eine definierte Frequenz.
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten der
35 1ι
darstellende Reson"Reflexionsfaktors gleichzeitig die
]cm"su"t; , W den -,mpulsförmigen Laserstrahl/. ^koppiun ^^ ^ ^.^
^r- ^r ' ; bcslchenden Drehspiegels Di isi R"s.°"a"Z , ' ,"7 was bei der wringen Anzahl der P-akllSL: '"" ' , dadurch erreicht wird, dal.,
)^rwJn^J,rVchtuna letzte Platte auf beiden Seiten die 'n.„^ clielektrischen Spieaelbelag versehen ist. mit en ^" ^ Drehriegels DS ist boden-
Der Glas f£^ „^^^η. die ihrerseits von sutig in c η .1 ass t, ^ ^± ßci Drehung
£ in der aneeuebenen l^rehricluung l^J^ ^ Drehspicgc,s OS cn
Laserstrahl emutiert.
Ρ , f„ F i o 2 im Schnitt dargestellte Dreh-Wie f^m D-- mm mu besteht er aus
spiegel LK nacn ^ und 4 die über Distanz_
™™ΡΜ™£ an'einander(,esprengt sind. Die m ngc I - u Laserstrahls/, letzte Glas-
ic^11"=^ C nI b a idcn F1ä-hen mit einem dielekplatte 4 . ι ., vcrschen Dabci ist der
lrl^c'\en ^^L'de = s dielektrischen Spiegelbelags = Reflex °"s'j^°r ^ , ]s dcr Reflexionsfaktor des
c;h^^ ™liegelbelaes 5' und auf diese We.se d elek π eher,Jp..gl ^ bdder Spicgd.
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Sase ^ eilier ZnS-Kombider Reflexionsfaktor für den ^ ^ ^ ^ Spiege,be, 5
^« Glasflächen waren auf '/... um eben-"ind auf 2 Sekunden parallel aneinanderge-
55 spiengt
4« nngc
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Hochbelastbarer Resonanzreflektor für optische Resonatoren in Laseranordnungen, bestehend aus mehreren, über Distanzringe aneinundergesprengten Glasplatten, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die in Richtung der einfallenden Strahlung letzte Glasplatte (4) einen dielekt' -hen Spiegelbclag (5. 5') aufweist.
2. Resonanzrefiektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Flächen der letzten Glasplatte (4) und gegebenenfalls weitere Flächen der dieser letzten Glasplatte entgegen der Richtung der einfallenden Strahlung vorgelagerten Glasplatten nr' einem dielektrischen Spiegelbelag (5. 5') verseilen sind und daß diese dielektrischen Spiegelbeläge in ihrer Aufeinanderfolge entgegen der Richtung der einfallenden Strahlung einen abnehmenden Reflexionsfaktor aufweisen.
3. Resonanzreflektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsfaktor der entgegen der Richtung der einfallenden Strahlung aufeinanderfolgenden dielektrischen Spiegelbeläge (5, 5') nach einer geometrischen Reihe abnimmt.
4. Resonanz.,eflektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrischen Spiegelbelüge so bemessen sind, daß der Reflexionsfaktor des Resonanzreflektors bei der Frequenz der einfallenden Strahlung annähernd 1000O beträgt.
5. Verwendung eines Resonanzreflektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Riesenimpulslaser als Drehspiegel-Resonator-Güteschalter (DS).
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