DE2124722A1 - Anordnung zur Erzeugung von Laserhcht strahlen - Google Patents

Anordnung zur Erzeugung von Laserhcht strahlen

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DE2124722A1 DE19712124722 DE2124722A DE2124722A1 DE 2124722 A1 DE2124722 A1 DE 2124722A1 DE 19712124722 DE19712124722 DE 19712124722 DE 2124722 A DE2124722 A DE 2124722A DE 2124722 A1 DE2124722 A1 DE 2124722A1
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Description

Anordnung zur Erzeugung von Laserlichtstrahlen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung dreier modulierter Laserlichtstrahlen, deren Farben den drei Primärfarben entsprechen.
Anordnungen dieser Art können zur Projektion von Farbfernsehbildern, zur Erzeugung farbiger Hologramme und zur verschiedenen anderen Zwecken verwendet werden. In Optical Spectra, Ausgabe Ilovember/Dezember 1968, Seiten 34 und 35, ist eine Anordnung dieser Art beschrieben, die mit einem Kryptonlaser einen Rotlichtstrahl und mit einem Argonlaser einen Grünlichtstrahl und einen Blaulichtstrahl erzeugt. Durch die US-Patentschrift 3 303 276 ist eine solche Anordnung bekannt, bei der bestimmte Kombinationen von Halbleiterlasern oder von Gaslasern oder von Rubinlasern verwendet werden. In Electronics Design 11, vom 24. Hai 1969, Seiten 52 bis 54, ist eine Anordnung mit einem Helium-ITeonlaser zur Erzeugung eines Rotlichtstrahls und mit einem Argonlaser zur Erzeugung eines Grünlichtstrahls und eines Blaulichtstrahls beschrieben. Außerdem kann ein Kryptonlaser zur Erzeugung von Lichtstrahlen aller drei Primärfarben x verwendet werden.
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Die vorstehend beschriebenen Anordnungen ermöglichen zwar die Erzeugung von-Licht der drei Primärfarben mit Lasern, die Qualität dieser Farben ist jedoch nicht zufriedenstellend, weshalb sie verbesserungsbedürftig ist»
Die Aufgabe (fer Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Erzeugung dreier modulierter Laserlichtstrahlen zu schaffen, deren Farben den drei Primärfarben entsprechen, wobei die Farbqualität gegenüber bekannten Anordnungen verbessert ist.
Eine Anordnung der Eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen ersten Nd: YAG-Laser zur Erzeugung eines modulierten Lichtstrahls einer Wellenlänge von 0,659 Mikron, einen zweiten Nd:YAG~Laser zur Erzeugung eines modulierten Lichtstrahls einer Wellenlänge von 0,5300Mikron und einen dritten NdiYAG-Laser zur Erzeugung eines modulierten Lichtstrahls einer Wellenlänge von 0,4390 Mikron.
Ein NdiYAG-Laser! arbeitet mit einem lait Neodym dotierten Yttriumaluminiujajgranat» Die Lager arbeiten in der Nähe des infra- i roten Bereichs ujid erzeugen modulierte Lichtstrahlen der drei \ Primärfarbeis, Oejp erste Laser ist derart konstruiert, daß er bei
i:
einer Grundwelleiilänge von 1,319 Mikron arbeitet, durch einen Frequenzverdoppler jedoch Rotlicht einer Wellenlänge von 0,6595 Mikron liefert, JDer zweite Laser arbeitet bei einer Grundwellenlänge von 1,06 Mikron, liefert jedoch ein Grünlicbt einer Wellenlänge von 0,5300 Mikron. Der dritte Laser arbeitet bei einer Grundwellenlänge von 1,319 Mikron, liefert jedoch durch Verwendung eines Frequenzverdopplers und eines Frequenzmischers Blaulicht einer Frequenz von 0,4390 Mikron» Ferner enthält die erfindungsgemäße Anordnung Spiegel, die die drei unterschiedlich gefärbten Lichtstrahlen zu einem einzigen, dreifarbigen Lichtstrahl kombinieren.
Die Erfindung wird mit ihren weiteren Merkmalen und Vorteilen im folgenden anhand eines in den Figuren dargeatellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen?
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung nach der Erfindung und
Fig. 2 ein CIE-Farbtondiagramm mit Kurven der drei Primärfarben, wenn sie mit drei verschiedenen Anordnungen erzeugt werden, wobei eine der Anordnungen nach der Erfindung ausgebildet ist.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die mit drei Nd:YAG-Lasern 20, 40 und 60 arbeitet. Der Laser 20 arbeitet bei einer Wellenlänge von 1,319 Mikron und gibt einei Ämplituden-modulierten Rotlichtstrahl einer Wellenlänge von 0,6595 Mikron ab. Der Laser 40 arbeitet bei einer Wellenlänge von 1,06 Mikron und gibt ein amplituden-moduliertes Grünlicht einer Wellenlänge von 0,5300 Mikron ab. Der Laser 60 arbeitet bei einer Grundwellenlänge von 1,319 Mikron und gibt ein «mpli-toden-moduliertes Blaulicht einer Wellenlänge von 0,4390 Mikron ab.
Der Laser 20 enthält einen Stab 21 aus Nd«YAG mit Abschlußflächen 22 und 23, die unter einem Brewster1 sehen Winkel geneigt sind. Die Pumpenergie wird dem Stab 21 von einer Pümpquelle 24 zugeführt, wozu beispielsweise eine mit einer Gleichspannungsquelle verbundene lü^nptonlampe vorgesehen ist. Der Stab 21 ist in einer optischen Kammer angeordnet, die durch zwei Spiegel 25 und 26 gebildet ist. Der Spiegel 25 ist so ausgebildet, daß er bei einer Wellenlänge von 1,319 Mikron und von 0,6595 Mikron einen Reflexions· grad von 1OO$o hat. Der Spiegel 26 ist so ausgebildet, daß er bei einer ./ellenlange von 1,319 Mikron einen Reflexionsgrad von ca. 10054 hat, bei einer Wellenlänge von 0,6595 Mikron jedoch zumindest teilweise und vorzugsweise zu 100^ durchlässig ist. Die Spiegel 25 und 26 können mehrschichtige dielektrische Anordnungen auf Glasunterlagen sein. Der Laser 20 enthält ferner einen Frequenzverdoppler 27. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist dieser Frequenzverdoppler in der optischen Kammer nahe dem Stab 21 in optischer Ausrichtung angeordnet. Der Frequenzverdoppler 27 enthält einen nicht linearen elektro-optischen Kristall wie z.B. Bariumnatriumniobat oder Lithiumniobat. Der Kristall ist im
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Inneren der optischen Kammer mit einem derartigen .Jchnitt versehen •und angeordnet, daß er als Frequenzverdoppler arbeitet, ,jcinc Temperatur ist mit einem Heizer 28 auf den für die Frequenzverdopplung optimalen Wert eingestellt. Elektroden 29 und 31 sind auf zwei Seiten des Kristalls vorgesehen und über Leitungen 32 mit einer Modulationssignalquelle 33 verbunden. Diese kann jede Quelle sein, die eine variable Spannung liefert„
Der Laser 20 arbeitet folgendermaßen. Wird ausreichende Pumpenergie den Stab 21 von der Pumpquelle 24 zugeführt, so wird an den Enden 22 und 23 des Stabes 21 Licht einer, Wellenlänge von 1,319 Mikron abgegeben und über den Frequenzverdoppler 27 geleitet, da es zwischen den Spiegeln 25 und 26 der optischen Kammer in beiden Richtungen reflektiert wird,- Wenn das Licht über den Frennenzverdoppler 27 geleitet wird, erzeugt dieser Licht einer Wellenlänge von 0,6595 Mikron (d.h. mit der doppelten Grundfreqnonz)„ Wenn die Amplitude des dem Frequenzverdoppler 27 von der Modulationssignalquelle zugeführten Signals erhöht wird, so wird die Amplitude des mit dem Frequenzverdoppler 27 erzeugten * Rotlichtes einer Wellenlänge von 0,6595 Mikron entsprechend verringert. 33a die Spiegel 25 und 26 beide für die Wellenlänge von 1,319 Mikron zu ca. 100;ό reflexionsfähig sind, bleibt das durch den Stab 21 abgegebene Licht der Grundwellenlänge von 1,319 Mikron innerhalb der optischen Kammer und wird nicht nach außen übertragen. JJa der Spiegel 26 jedoch zumindest teilweise für eine Wellenlänge von 0,6595 Mikron durchlässig ist, wird auch zumindest ein Teil des in der Kammer erzeugten Lichtes dieser Wellenlänge ausgekoppelt. Die Lichtabgabe des Lasers 20 besteht also aus einem amplituden-riodulierten Rotlicht strahl einer Wellenlänge von 0,6595 Mikron.
Der Laser 40 enthält einen Stab 41 aus lld:YAG mit Abschlußflachen 42 und 43, die unter dem Brewster1sehen Winkel geneigt sind. Ferner sind eine Pümpquelle 44, eine optische Kammer mit Spiegeln 45 und 46, ein Frequenzverdoppler 47, ein Heizer 48, zwei Elektroden 49 und 51, Leitungen 52 und eine Modulati ons signalque.lle 53 vorgesehen Außei?Üen Spiegeln 45 und 46 stimmen diese Elementedes Lasers 40 mit den entsprechenden Elementen des Lasers 20
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üborciii. .Oer ..ivdogcl 45 ist so ausgebildet, daß er bei einer Wellenlänge von Ι,ϋό iiikron und von 0,13300 Mikron zu ca. 100,i reflc^ionGfähig ist. Dar Spiegel 46 ist so ausgebildet, daß or bei oiii3r Wellenlänge von 1,06 Ilikron zu ca. ΊΟΟ>ό reflexionsf&hig ist, bei .-iner .;ellonlänge von 0,5300 Ilikron jedoch zumindest teilweise und vorzugsweise zu ca. 100|ό durchlässig ist.
Der Laser 40 arbeitet in wesentlichen in derselben i/eise wie der Laser 20, jedoch nit einer üetriebswellenlllnge von 1,0C Iiikron anstell) von 1,319 Ilikron, da seine Spiegel andersartig ausgebildet sind. Da« an den Znden des Stabes 41 austretende Licht hat eine 'Jollenlänge von 1,06 Ilikron, das durch den Fr equenzver doppler 47 erzeugte Licht hat eine "./ellenlange von 0,5300 Mikron, das aus der optischen Kammer über den Spiegel 46 ausgekoppelte Licht ist ein aaplituden-modu3jerter Grünlichtstrahl einer Wellenlänge von 0,5300 Ilikron.
Der Laser όΟ enth-lit einen Stab 61 aus lId:YAG, dessen Abschlußxlächon 62 und 63 unter einem Browst er 'sehen Winkel geneigt sind. Ferner sind eine Punpquelle 64, eine optische Kammer mit Spiegeln 65 und 66, ein Frequenzverdo'ppler 67» ein Heizer 68, Elektroden 69 und 71, Leitungen 72 und eine Modulationssignalquelle 73 vorgesehen. Außer den spiegeln 65 und 66 stimmen diese Elemente des Lasers 60 mit clon entsprechenden Elementen des Lasers 20 überein. Der Spiegel 65 ist so ausgebildet, daß er bei einer Wellenlänge von 1,319 Ilikron, von 0,6595 Mikron und von 0,4390 Mikron zu ca. 1üO,-> reflexionsfähig ist. Der Spiegel 66 ist so ausgebildet, daß er bei einer Wellenlänge von 1,319 Mikron und von 0,6595 Iiikron zu ca. 100>ί reflexionsfähig, jedoch bei einer Wellenlänge von 0,4390 Ilikron zumindest teilweise und vorzugsweise zu 100^.'» durdilLssig ist. Der Laser 60 enthält ferner einen Frenueuzuischor 74 zur Mischimg des durch den Stab 61 abgegebenen Lichtes der Grundwellenlänge mit dem durch den Frequenzverdoppler 67 erzeugten Licht der doppelten Grundwellenlänge, wodurch Licht der dreifachen Grundwellenlänge erzeugt wird. Der Frenuenzmischer 74 ist im wesentlichen ein nicht linearer, elektro-optischer Kristall, beispielsweise Bariumnatriumniobat oder Lithiumniobat. Der Kristall ist in der optischen Kammer so geschnitten und
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orientiert, daß er als Frequenzmischer arbeitet. .Joino ι'η rip er a tür ist auf den für die Frequenzmischung optimalen Tert r.iit einen Heizer 75 eingestellt.
Dor Laser 60 arbeitet ähnlich wie der Laser 20. üc.b aus dem Stab 6' austretende Licht einer wellenlänge von 1,319 L'ikron wird über den Frequenzverdoppler 67 geleitet, der Licht einer "Jellenlängs von 0,6595 Mikron erzeugt. Das durch den Stab 61 bei einer Wellenlänge von 1,319 Mikron abgegebene Licht und das durch den Frequenzverteiler 67 bei einer Vfellenlänge von 0,6595 L'ikron erzeugte Licht v/erden durch den Frequenzmischer 74 geleitet, der Licht einer Wellenlänge von 0,4390 Mikron erzeugt. Wenn die Amplitude de-α Spannungssignals der Modulationssignalquelle 73 an Frequenzverdoppler 67 erhöht wird, so wird die Amplitude des Lichtes von 0,6595 Mikron Wellenlänge und damit des Lichtes von 0,4390 Mikron Vfellenlänge entsprechend verringert. Da die Spiegel 64 und 65 für eine Wellenlänge von 1,319 Mikron und von 0,6595 Mikron zu oa. 100% reflexionsfähig sind, verbleibt das Licht dieser beiden Wellenlängen im Inneren der optischen Kammer. Da der Spiegel 65 jedoch zumindest teilweise für eine Wellenlänge von 0,4390 Mikron durchlässig ist, wird das aus dem Kristall 74 austretende Licht dieser Wellenlänge aus der optischen Kammer ausgekoppelt.
Die Anordnung enthält ferner einen voll reflektierenden Spiegel 81, einen dichroitischen Spiegel 82 und einen trichoitischen Spiegel 83, die so angeordnet sind, daß sie das aus den verschiedenen Lasern austretende Licht in einen einzigen , dreifarbigen Lichtstrahl zusammenfassen. Der Spiegel 81 ist für das Rotlicht voll reflexionsfähig und so angeordnet, daß er das Rotlicht des Lasers 20 in der Richtung auf den Spiegel 82 reflektiert. Der Spiegel 82 ist für das Rotlicht voll durchlässig und für das Gründlicht voll reflexionsfähig und so angeordnet, daß er das Rotlicht des Spiegels 81 und das Gründlicht des Lasers 40 zu einem einzigen Strahl aus rotem und grünem Licht kombiniert. Der Spiegel 83 ist voll durchlässig für das Rotlicht und das Grünlicht und voll reflexionsfähig für das Blaulicht und derart angeordnet, daß er das Rotlicht und das Grünlichfc des Spiegels 82 und das Blaulicht des
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Lasers 6θ zu einem einzigen Lichtstrahl aus rotem, grünem und blauem Lacorlicht kombiniert.
In Fiß. 2 ist ein Crj-Parbtondiagramin 90 mit drei Kurven 91, 92 und 93 dargestellt. Die Kurve 91 entspricht den drei Primärfarben, die durch drei Ud:YAG-Laser gemäß der Erfindung erzeugt v/erden. Die Kurve 92 entspricht den drei Primärfarben, die durch einen Kryptonlaser für Rotlicht und einen Argonlaser für Grünlicht und Blaulicht erzeugt werden» Die Kurve 93 entspricht den drei Primärfarben, die mit bekannten Farbfernsehsj^stemen durch Anwendung von jSlektronenkanoneii und mit einem Bildschirm mit Leuchtpunkten der drei Prinürfarben erzeugt werden.
Ks ist zu erkennen, daß die durch ITd:YAG-Laser erzeugten Primärfarben denen der anderen Systeme überlegen sind« Dies trifft insbesondere für den Blaubereich zu, in dem bisher gute Farbreproduktionen am schwierigsten zu erzeugen waren.
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Claims (1)

  1. Pate η tan.sprüche
    'Anordnung zur Erzeugung dreier modulierter Laserlichtstrahlen, deren Farben den drei Primärfarben entsprechen, gekennzeichnet durch einen ersten Nd:YAG-Laser (20) zur Erzeugung eines
    modulierten Lichtstrahls einer Wellenlänge von 0,6595 Mikron, einen zweiten lld:YAG-Laser (40) zur Erzeugung eines modulierten Lichtstrahls einer Wellenlänge von 0,5300 Mikron und einen dritten lldiYAG-Laser (6θ) zur Erzeugung eines modulierten Lichtstrahls einer Wellenlänge von 0,4390 Ilikron.
    2« Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (81, 82, 83) zur Zusammenfassung der drei Laserlichtstrahlen zu einem einzigen Lichtstrahl vorgesehen sind.
    3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Laser (20) bei einer Grundwellenlänge von 1,319 Mikron arbeitet und mit einem Frequenzverdoppler (27) zur Erzeugung von Licht einer Wellenlänge von 0,6595 Ilikron versehen ist, daß der zweite Laser (4θ) bei einer Grundwellenlänge von 1,06 Mikron arbeitet und mit einem Frequenzverdoppler (47) zur Erzeugung von Licht einer Wellenlänge von 0,5300 Ilikron versehen ist und daß der dritte Laser (60) bei einer Grundwellenlänge von 1,319 Mikron arbeitet und mit einem Frequenzverdoppler (67) und einem Frequenzmischer (74) zur Erzeugung von Licht einer Wellenlänge von 0,4390 Ilikron versehen ist.
    4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Laser (20) eine optische Kammer (25, 26) mit einer Resonanzwellenlänge von 1,319 Hikron aufweist, die Licht einer Wellenlänge von 0,6595 Ilikron auskoppelt, jedoch Licht einer Wellenlänge von 1,319 Mikron nicht auskoppelt, daß in der optischen Kammer (25, 26) ein Stab (21) aus Hd:YAG, eine Pumpquelle (24), ein Frequenzverdopplerkristall (27) angeordnet sind und daß eine mit dem Frequenzverdoppler-i kristall (27) vorgesehene Kodulationssignalquelle (33) vorgesehen ist. 10 9 8 5 0/1619
    5. 'Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
    optische Kammer aus zwei Spiegeln (25, 26) gebildet ist, von denen der erste (25) zu ca. 100^j für eine Wellenlänge von 1,319 Ilikron und eine Wellenlänge von 0,6595 I-Iikron reflexionsfähig ist, während der andere für eine Wellenlänge von 1,319 Mikron zu ca. 100^ reflexionsfällig und für eine Wellenlänge von 0,6595 I-Iikron zumindest teilweise durchlässig ist.
    6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Laser (40) folgende Teile umfaßt:
    a) zwei eine optische Kammer bildende Spiegel (45, 46), von denen der erste (45) für eine Wellenlänge von 1,06 Mikron · und eine Wellenlänge von 0,5300 Mikron zu ca. 100% reflexionsfähig ist, während der zweite (46) für eine Wellenlänge von 1,06 I-Iikron zu ca. .100?o reflexionsfähig und für eine Wellenlänge von 0,5300 Ilikron zumindest teilweise durchlässig ist,
    b) einen Stab (41) aus Hd:YAG, der in der optischen Kammer (45, 46)angeordnet ist,
    c) eine Pumpquelle (44) zum Pumpen des Stabes (41), so daß dieser Licht einer Wellenlänge von 1,06 Mikron abgibt,
    d) eine Frequenzverdoppler (47) in der optischen Kammer (45,46), der das von dem Stab (41) abgegebene Licht empfängt und Licht einer Wellenlänge von 0,5300 Mikron abgibt und
    e) cine Modulationssignalquelle (53), die an den Frequenzverdoppler (47) angeschlossen ist und die Amplitude des von ihm abgegebenen Lichtes ändert.
    7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Laser (6o) folgende Teile umfaßt: a) zwei eine optische Kammer bildende Spiegel (65, 66), von denen der erste (65) zu ca. 100?o reflexionsfähig für eine Wellenlänge von 1,319 Mikron, von 0,6595 Mikron und von 0,4390 Ilikron ist, während der zv/eite (66) zu ca. 100?$ reflexionsfähig für eine Wellenlänge von 1,319 Mikron und von 0,6595 Ilikron, jedoch zumindest teilweise durchlässig für eine Wellenlänge von 0,4390 Mikron ist,
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    - Vb - 2 1 2A722
    AQ
    b) einen Stab (61) aus ITd:YAG, der in der Kammer (65, 66) angeordnet ist,
    c) eine Pumpquelle (64) zum Pumpen des Stabes (61), so daß dieser Licht einer Wellenlänge von 1,319 Nikron abgibt,
    d) einen in der Kammer (65, 66) angeordneten FrequenzvordOTypler (6?) zur Erzeugung von Licht einer Wellenlänge, von 0,6595 I-Iikron,
    e) eine mit dem Frequenzverdoppler (67) verbundene liodulationssignalquelle (73) zur Änderung der Amplitude des durch den Frequenzverdoppler (67) abgegebenen Lichtes und
    f) einen Frequenzraischer (74), der in der Kammer (6^,63) angeordnet ist und das Licht einer Wellenlänge von 1,319 Mikron mit dem Licht einer Wellenlänge von 0,5595 Ilikron mischt und somit Licht einer Wellenlänge von 0,4390 Kikron erzeugt.
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    M .t
    Lee rs e ι te
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