DE2138469A1 - Optischer Resonator mit einer Ausgangs-Kopplungseinrichtung - Google Patents
Optischer Resonator mit einer Ausgangs-KopplungseinrichtungInfo
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Description
Hewlett-Packard Comp«,
1501 Page Mill Road
Palo Alto
California 94304
Case 589.. '. -
27. JuIi 1971
OPTISCHER RESONATOR MIT EINER AUSGÄNGS-KOPPLUNGSEINRICHTUNG . . · .
Die Erfindung betrifft einen optischen Resonator mit
einer Ausgangs·*-Kopplungseinrichtung. ■■-· -
Bisher würde die Ausgangskopplung des Resonanzlichtes
von einem optischen Resonator mittels einer drehbaren
Verzögerungsplatte verändert, die in dem Weg des Resonanzlichtstrahles
angeordnet ist. Die Verzögerungsplatte ist dabei drehbar, um den Betrag des Resonanzlichtes veränderlich einzustellen/, der von einer' ersten
Polarisation in eine zweite orthogonale Polarisation gedreht
wurde. Im Weg des Resonanzlichtstrahles wurde ein
"polarisierenderStrählspalter angeordnet, um räumlich
Licht der ersten Polarisation von Licht der zweiten orthogonalen Polarisation zu trennen. Das getrennte Licht
der orthogonalen Polarisation würde von dem Lichtstrahl
ipr Resonator Licht ,der ersten
Pplarisation ? zurtickgehalten wurde.Ein derartiger verr
anderliiGhotrAusgangskpppler ist in· einem Artikel mit dem .
Titel "Laser Variable Output Coupler" in der Zeitschrift-"Applied Optics", Band 6, Nr. 3, Seite 578 vom März 1967
beschrieben. JEine der;-Schwierigkeiten dieses veränder- "
liehen Äusgangs'-Lichtkopplers ^besteht in dessen relativ : ^;
schmaler Bandbreite, .welche durch die sehmale Bandbreite ·
der Verzögerungsplatte und des polarisierenden Strahlspalters
bedingt ist. -Darüber hinaus -ist: :der bekannte ■ ■""■ :
Ausgangskoppler mechanisch verstellb^ar und* im Betrieb · '
relativ, langsam im Vergleich zu elöktronisch abstimmbar en:
Vorrich-feungeni , -· -■;-.;;. :'.-- .'.^~ ... <■ .■■. .■.■-.._ .-.-;-" :;-->
Es ist außerdem- bekannt, daß akustisch-optische, elektronischstimrabare Filter zur Änderung der Polarisätioii:
eines Lichtstrahles von einer ersten Polarisation in eiiie
" zweite orthogonale Polarisation verwendet werden- fcöhhehv1
wenn der-LiLcht strahl in das optische" Band des Filters- -Z--fällt.
Derartige Filter sind elektronisch abstimmbar,' da ' '
die Bandpaßfrequen2 des Filters durch Veränderung der; Frequenz
dier akustischen Welle in dem Filter veränderbar :
ist. Derartige Filter1 «ihd^in dem" Artikel "Acoüstö-Optlc7 ''-'■*
Tunable Filter"" in dem! "Jöurnäl; of- the^opi^ical 'Society of'"
America", B«nd 59, Nr. 6 vom Juni 1969, Seiten 74"4-s7'4f*1'-;-
und in einem Artikel mit dem Titel "Electronically Tunable Acousto-Optic Filter" in der Zeitschrift "Applied Physics
Letters", Band 15, Nr. 10, vom 15. Nov. 1969, Seiten
und 326 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ausgangs-Kopplungseinrichtung für optische Resonatoren
und diese verwendende Vorrichtungen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einem optischen Resonator mit
einem Weg für einen resonanten Lichtstrahl dadurch gelöst,
daß in dem Resonanz-Lichtweg des. Resonators eine akustisch-?
optische Einrichtung angeordnet ist, die den Resonanz-Lichtstrahl im wesentlichen kollinear an einer akustischen
Welle bricht und die Polarisation von wenigstens einem Teil des Resonanz-Lichtstrahles von einer ersten Polarisation
in eine zweite Polarisation bei einer bestimmten optischen Frequenz ändert, die eine Funktion der akustischen
Frequenz ist, und in dem Resonanz-Lichtweg eine die Polarisation analysierende Einrichtung angeordnet ist,
die Licht räumlich gemäß dem Polarisationszustand trennt
und Licht einer der getrennten Polarisationen aus dem
Resonanz-Lichtweg des optischen Resonators ablenkt, während sie Licht der anderen Polarisation im Resonanz-Lichtweg
zurückhält.
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u 2138489
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird die akustische Leistungsdichte der akustischen Welle in der akustisch-optischen Einrichtung verändert,
um den Betrag des von dem Lichtweg des optischen Resonators gekoppelten Resonanzlichtes zu verändern.
Weiterhin kann erfindungsgemäß die Frequenz der akustischen
Welle in dem akustisch-optischen Filter geändert werden, um die Frequenz des Resonanzlichtes zu verändern, das aus
dem Resonanz-Lichtweg des optischen Resonators ausgekoppelt wird.
Vorteilhafterweise weist die Polarisations-Analysiervorrichtung
ein'doppelbrechendes Polarisierungsprisma auf, wodurch eine optische Breitband-Charakteristik erhalten
wird.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es stellen
Fig. 1 ein Liniendiagramm eines optischen Masers, der eine akustisch-optische Ausgangs-Kopplungsvorrichtung
nach der Erfindung verwendet;
Fig. 2 ein Diagramm der prozentualen Lichttransmiseion
bei der optischen Bandpaßfrequenz eines akustischoptischen Filters über der akustischen Leistungs-
- 4 109887/1744
dichte in dem akustischr-optischen Element, und zwar
sowohl für Licht der Polarisation des Eingangslichtes als auch für Licht der zu dem Eingangslicht
orthogonalen Polarisation;
Fig. 3 ein Diagramm der Bandpaß-Wellenlänge λ in Ängström
über der Frequenz der akustischen Welle in dem akustisch-optischen Filter der Fig. 1 zur Erläuterung
der Abstimmbarkeit des Filters;
Fig. 4 ein Liniendiagramm einer anderen Ausführungsform
eines Teiles der Anordnung nach Fig. 1, der mit den
Linien 4-4 abgegrenzt ist;
Fig. 5 ein Block-Liniendiagramm einer anderen Ausführungsform eines Teiles der Anordnung nach Fig. 1, der
durch die Linien 5-5 in Fig. 1· abgegrenzt ist;
Fig. 6 ein Block-Liniendiagramm eines Ringlasers mit erfindungsgemäßen
Merkmalen und
Fig. 7 ein Block-Liniendiagramm eines anderen Ringlasers
mit erfindungsgemäßen Merkmalen.
In Fig. 1 ist ein Laser oder optischer Maser 1 dargestellt.
Der optische Maser 1 weist ein Paar Spiegel 2 und 3 auf,
die an entgegengesetzten Enden eines optischen Lichtweges 4
eines Resonanz-Lichtstrahles angeordnet sind. Eine Verstärkungsvorrichtung
5, beispielsweise eine Verstärkerröhre mit einem Verstärkermediura wie HeJiüm>Bieön£ Argon r *öder ;
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gewissen organischen Farbmischlingen, wird durch herkömmliche elektrische» optische oder chemische Einrichtungen
angeregt, um eine kohärente Schwingung eines Resonanzlichtstrahles
zu erzeugen, der den Strahlenweg 4 des optischen Resonators durchläuft, welcher zwischen den Spiegeln 2
und 3 ausgebildet ist.
In dem Strahlenweg 4 des Resonanz-Lichtstrahles ist ein
akustisch-optisches Lichtfilter 6 angec inet. Das akustischoptische Lichtfilter 6 weist ein optisch anisotropes Medium
?, beispielsweise einen doppelbrechenden Kristall auf. Geeignete doppelbrechende Kristalle enthalten LiNbO3,
PbMoO,, oder CaMoO.. An einem Ende des Kristalles 7 ist
4 4
ein akustischer übertrager 8 angeordnet, um eine akustische
Schubwelle zu erzeugen, die von der optischen Eingangsfläche
des Kristalles 7 längs des Kristalles in einer zu dem Strahlenweg 4 kollinearen Richtung reflektiert wird.
Die akustische Welle hat eine Frequenz f-.f die durch das
Ausgangs$ignal eines abstimmbaren Radiofrequenz-Öszillators
9 bestimmt wird, das einem Leistungsverstärker 11 und von
dort dem akustischen übertrager 8 zur Bestimmung der Frequenz
der akustischen Welle in dem Kristall 7 zugeführt wird. Die akustische Leistungsdichte der akustischen Welle
in dem Kristall ? wird veränderbar gesteuert durch eine
veränderbare Spannung, die von einem Potentiometer 12 ahge™
leitet wirdf aas dutch einet B*fcteri*~ 13 gespeist
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Die abgeleitete Spannung wird dem Eingang zur Verstärkungsregelung
des Leistungsverstärkers 11 zugeführt..
In dem akustisch-optischen Filter 6 wird der Resonanz-,
Lichtstrahl kollinear an der akustischen Welle gebrochen, um die Polarisation von wenigstens einem Teil des Resonanz-Lichtstrahles in dem optischen Durchgangsband des optischen Filters 6 von einer ersten Polarisation zu einer zweiten orthogonalen Polarisation zu ändern.
Lichtstrahl kollinear an der akustischen Welle gebrochen, um die Polarisation von wenigstens einem Teil des Resonanz-Lichtstrahles in dem optischen Durchgangsband des optischen Filters 6 von einer ersten Polarisation zu einer zweiten orthogonalen Polarisation zu ändern.
In dem Strahlengang 4 des Resonanz-Lichtweges ist ein
doppelbrechendes strahlspaltendes und die Polarisation
analysierendes Prisma 15 angeordnet. Das Prisma 15 dient zur räumlichen Trennung von einfallendem Licht nach Maßgabe der Polarisation des Lichtes. Wenn also das Filterelement 6 derart angeordnet ist, daß es einfallendes Licht einer vertikalen Polarisation aufnimmt und innerhalb des Bandpasses des optischen Filters 6 Licht kollinear in die horizontale Polarisation beugt> dann würde das Prisma 15 beispielsweise als Glan-Taylor-Prisma oder Rochon-Prisma oder McNeille-Strahlspalter angeordnet, um Licht der ersten oder vertikalen Polarisation zu reflektieren und dagegen Licht der orthogonalen oder horizontalen Polarisation als Ausgangslichtstrahl 16 hindurchzulassen. Auf diese Weise dient das Prisma 15 dazu, aus dem optischen Strahlengang
doppelbrechendes strahlspaltendes und die Polarisation
analysierendes Prisma 15 angeordnet. Das Prisma 15 dient zur räumlichen Trennung von einfallendem Licht nach Maßgabe der Polarisation des Lichtes. Wenn also das Filterelement 6 derart angeordnet ist, daß es einfallendes Licht einer vertikalen Polarisation aufnimmt und innerhalb des Bandpasses des optischen Filters 6 Licht kollinear in die horizontale Polarisation beugt> dann würde das Prisma 15 beispielsweise als Glan-Taylor-Prisma oder Rochon-Prisma oder McNeille-Strahlspalter angeordnet, um Licht der ersten oder vertikalen Polarisation zu reflektieren und dagegen Licht der orthogonalen oder horizontalen Polarisation als Ausgangslichtstrahl 16 hindurchzulassen. Auf diese Weise dient das Prisma 15 dazu, aus dem optischen Strahlengang
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Licht einer optischen, in das.Durchlaßband des Filters 6
fallenden Frequenz abzulenken.
Der Betrag des von dem Resonanz-Lichtstrahl 4 abgelenkten
Lichtes und damit der optische Resonator wird durch die akustische Leistungsdichte in dem optischen Filter 6 bestimmt.
Bei einem typischen Beispiel wäre die akustische Leistungsdichte relativ gering, so daß ein relativ kleiner
Anteil, beispielsweise 1 bis 2 % des einfallenden Lichtstrahles 4 in die horizontale Polarisation gebeugt wird,
um durch den Polarisations-Analysator 15 als Ausgangsstrahl 16 hindurchzugelangen. Der Betrag des aus dem
Resonator ausgekoppelten Ausgangslichtes wird durch die akustische Leistungsdichte.in dem akustischen Filter 6
gemäß der Leistungsverstärkung des Verstärkers 11 bestimmt und ist mittels des Potentiometers 12 verstellbar.
Der optische Resonator und das spezielle Verstärkungsmedium 5 können in der Lage sein, Lichtstrahlen bei verschiedenen
optischen Frequenzen über ein relativ weites Band optischer Frequenzen, beispielsweise innerhalb des
Bereiches der optischen Frequenzen, die den optischen Wellenlängen 5 500 bis 7 000 Angstrom entsprechen, zu
unterhalten. Die optische Bandpaßfrequenz des akustischoptischen Bandpaßfilters ist beispielsweise über den
relativ breiten Bereich der vorgenannten optischen Weg-
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längen im Falle eines LiNbO3 Kristalles 7 veränderbar,
indem die Frequenz des durchstimmbaren Radiofrequenz-Oszillators über einen relativ breiten Bereich von Frequenzen
von 550 bis 1 050 MHz verändert wird. Wenn die Bandpaßfrequenz des durchstimmbaren Filters 6 einer Resonanzlinie
des optischen Masers 1 entspricht, erscheint im Ausgangsstrahl 16 ein Ausgangssignal. Die optische
Frequenz des Ausgangsstrahles 16 ist in der Praxis frequenzmäßig von der Resonanz-Lichtstrahlenfrequenz f etwas
durch die akustische Frequenz f wegen des Betriebes des
akustisch-optischen Filters 6 versetzt. Indessen ist diese
Frequenzversetzung in der Regel sehr klein im Vergleich zu der optischen Frequenz, so daß die Frequenzdifferenz f
in der Regel vernachlässigbar ist.
In Fig. 2 und 3 sind die Bandpaß- und Abstimmeigenschaften des akustisch-optischen Filters 6 im einzelnen dargestellt.
Fig. 2 gibt die prozentuale Transmission innerhalb des Durchlaßbandes des akustisch-optischen Filters 6 und Fig.
die Durchstimmbarkeit der optischen Wellenlänge im Durchlaßband
des Filters als Funktion der Frequenz der akustischen
Welle f - wieder. Es ist ersichtlich, daß bei einer relativ
a 1
niedrigen akustischen Leistungsdichte in dem Kristall 7 im
wesentlichen das gesamte auf das Filter 6 auftreffende
Licht durch dieses hindurchgelangt und von dem.Polarisations—
analysator zu dem Spiegel 3 reflektiert wird und somit im Weg des Resonanz-Lichtstrahles des optischen Resonators ver-
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bleibt. Bei einer niedrigen Leistungsdichte in dem Filter wird ein relativ kleiner Betrag des einfallenden Lichtes
in die rechtwinklige Polarisation gedreht, durch die akustische Frequenz geändert und durch den Polarisationsanalysator
15 hindurch als Ausgangs-Lichtstrahl 16 weitergegeben. Das Filter 6 ist im Falle von LiNbO- von 5 500
Angström bis 7 000 Sngström durchstimmbar, indem die
Frequenz der akustischen Welle f von 550 MHz bis 1 050 MHz
verändert wird.
Das akustisch-optische Filter 6 ist in der vorgenannten Zeitschrift "Journal of the Optic Society of America"
beschrieben und macht von der kollinearen akustisch-optischen Beugung an einem optisch doppelbrechenden Medium
Gebrauch. Für den Kristall 7 wird eine Kristallorientierung gewählt, so daß ein-kleiner Anteil des einfallenden,
linear polarisierten Lichtstrahles 4 an der akustischen Welle von einer Eingangspolarxsatxon in eine zweite rechtwinklige
Polarisation gebeugt wird. Bei einer gegebenen akustischen Frequenz erfüllt nur ein kleiner Bereich der
Lichtfrequenzen die erforderliche' Bedingung für die Momentenvektoren, um kumulativ in die zweite Polarisation
gebeugt zu werden. Wenn die akustische Frequenz geändert wird, ändert sich das Band der Lichtfrequenzen, die das
akustisch-optische Element von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation bringt. Die Beugung in die
zweite orthogonale Polarisation erfolgt über die photo-
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elastische Konstante des Kristallmateriales und ist nur
dann kumulativ, wenn die Bedingung erfüllt ist:
- k
a
a
wobei die Indizes und die gewöhnlichen und beson-
o, e a -
deren optischen Wellen und die akustische Welle bezeichnen. Dies ist erfüllt, wenn die optischen und akustischen
Frequenzen f und f die Gleichung erfüllen:
Dabei bedeutet das Verhältnis der optischen Geschwindigkeit
im Vakuum zu der akustischen Geschwindigkeit in dem Medium und Δη bedeutet die Doppelbrechung des Kristalles.
Die Bandbreite bei halber Leistungsdichte des optischen Durchlaßbandes des optischen Filters wird durch die Gleichung
bestimmt:
"1
B.W. ^
Δη
cm"1 Gl. (2)
wobei B.W. die Bandbreite bei der halben Leistungsdichte in Welleneinheiten pro Zentimeter des Durchlaßbandes, L
die Exnwirkungs länge der optischen und akustischen F.elder innerhalb des Kristalles und Δη die Doppelbrechung des
Kristalles ist.
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In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Die Ausführungsform der Fig. 4 ist im wesentlichen
die gleiche wie diejenige der Fig. 1 mit der Ausnähme, daß das Prisma 15 geändert ist, um Licht der zur
Polarisation des Resonanz-Lichtstrahles 4 orthogonalen Polarisation als Ausgangs-Lichtstrahl 16 zu reflektieren
und Licht der Polarisation des Resonanz-Lichtstrahles 4
hindürchzulassen. Die Endfläche 21 des Prismas 15 ist mit einer reflektierenden Beschichtung zur Reflexion des
Resonanz-Lichtstrahles 4 beschichtet, so daß die reflektierende Beschichtung 21 als ein Endspiegel des optischen
Resonators wirkt. Daher hat die Ausführungsform der Fig.
den Vorteil, daß kein·getrennter Spiegel 3 erforderlich
ist.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Die Ausführungsform der Fig. 5 ist im wesentlichen
die gleiche wie diejenige der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß der Teil der Vorrichtung der Fig. 1 ersetzt
wurde, der durch die Linie 5-5 in Fig. 1 umrahmt ist. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 entspricht das akustischoptische
Filter 6 dem Filtertyp, der in dem genannten Artikel der Zeitschrift "Applied Physics" vom 15. Nov. 1969
beschrieben ist. In dem akustisch-optischen Filter hat der doppelbrechende Kristall 7 Endflächen, die mit 90°
zur Längsachse des Kristalles geschnitten sind, und der
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/3
akustische übertrager 8 ist an dem abgelegenen Ende des
Kristalles 7 befestigt. Eine lichtreflektierende Beschichtung
ist an der Zwischenfläche des akustischen Übertragers
ι .
8 an dem Kristall 7 vorgesehen, so daß die reflektierende
Beschichtung einen Endspiegel des optischen Resonators begrenzt, um den resonanten Lichtstrahl über den Strahlenweg
4 des optischen Resonators zu reflektieren. Der doppelbrechende Kristall T kann, braucht aber nicht, akustisch
resonant zu sein. Falls es angestrebt wird, den akustischen
Resonator über ein relativ breites Band akustischer -Frequenzen,
beispielsweise von 550 bis 1 050 MHz kontinuierlich durchzustimmen, wird der Kristall 7' vorzugsweise
nicht akustisch resonant ausgeführt. Das die Polarisation analysierende Prisma 15" ist in dem Resonanz-Lichtstrahlenweg
4 derart angeordnet, daß Licht der einfallenden Polarisation hindurchgelangt und durch das akustisch-optische
Filter 6' von der ersten Polarisation in die orthogonale
Polarisation umgesetztesLicht reflektiert wird. Das von
der ersten in die zweite Polarisation gebeugte Licht, beispielsweise
Licht der horizontalen Polarisation, wird durch das Prisma 15'' aus dem Weg des akustisch-optischen Resonators
als Ausgangs-Lichtstrahl 16 abgelenkt.
In Fig. 6 ist ein optisches Ringmaser-System 22 dargestellt,
welches Merkmale der Erfindung aufweist. Dieses Ringmaser-System 22 ist im wesentlichen das gleiche wie dasjenige,
- 13; -
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was vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben
wurde. Im Unterschied zu dem vorbeschriebenen System arbeiten die Spiegel 23 mit dem Polarisierungsprisma 15
zusammen, so daß der optische Resonanz-Strahlenweg 4 eine geschlossene Schleife bildet. Das Polarisierungsprisma
15 ist an einer .der Ecken des Ringresonatorweges
4 angeordnet. Seine Polarisation ist derart ausgerichtet, daß das.Licht innerhalb des Durchlaßbandes des Filters 6,
welches nicht von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugt wurde, von dem Prisma 15 reflektiert
und in dem Strahlenweg 4 des optischen Resonators zurückgehalten wird. Andererseits wird Licht, welches von der
ersten (beispielsweise vertikalen) Polarisation in die zwe.ite (beispielsweise horizontale) Polarisation gebeugt
wurde, durch das Filter 6 und das Polarisationsprisma 15 als Ausgangsstrahl 16 weitergeleitet.
Licht, welches sich in dem Ringresonatorweg 4 im Gegenuhrzeigersinn ausbreitet und sich innerhalb des Durchlaßbandes
des Filters 6 befindet und von der ersten (beispielsweise vertikalen) in die zweite (beispielsweise
horizontale) Polarisation gebeugt wurde, tritt aus dem optischen Weg des Resonators über das Prisma 15 als Ausgangsstrahl
16' aus. Wie bei dem optischen Maser 1 der Fig. 1 ist die Frequenz des aus dem optischen Resonator
als Ausgangsstrahlen 16 und 16' ausgekoppelten Lichtes
- 14 -
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durch die Abstimmung der akustischen Frequenz des abstiminbaren
Radiofrequenz-Oszillators 9 und der Betrag
des aus dem optischen Resonator.in den Strahlen 16 und
16' ausgekoppelten Lichtes veränderbar durch Veränderung der Verstärkung des Leistungsverstärkers 11, um die
Leistungsdichte der akustischen Welle iii dem doppelbrechenden Kristall 7 zu verändern. Die räumlich versetzten Aus-'gangsstrahlen
16 und 16' sind bezüglich der optischen Frequenz um das Doppelte der akustischen Frequenz versetzt,
wobei die eine Frequenz in der Frequenz heraufgesetzt und die andere in der Frequenz um f herabgesetzt
In Fig. 7 ist eine andere Ausführungsform eines optischen
Ringmasers 25 im Vergleich zu dem Ringmaser der Fig. 6 dargestellt. Der optische Maser 25 ist im wesentlichen
der gleiche wie derjenige der Fig. 6 mit der Ausnahme, daß ein Paar akustisch-optischer Filter 6' und 611 mit
hinreichender Leistung betrieben werden, so'daß die akustische
Leistungsdichte in den Filtern 6' und 611 relativ
hoch ist, um innerhalb des Durchlaßbandes im wesentlichen 100 % Beugung des Lichtes der einfallenden Polarisation
in Ausgangslicht einer orthogonalen Polarisation zu bewirken.
Falls beispielsweise das auf den Kristall 7 einfallende Licht vertikal polarisiert ist, wird das Ausgangslicht
innerhalb des Durchlaßbandes der Filter 6' oder
- 15 -
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/6
611 horizontal polarisiert. Das Prisma 15 zur Polarisationsanalyse ist derart angeordnet, daß es Licht der zweiten
(beispielsweise horizontalen) Polarisation reflektiert, um die Polarisation des zurückgehaltenen Lichtes in dem
Resonanz-Lichtstrahlenweg 4 des optischen Ringresonators zu bestimmen.
Angenommen Licht einer horizontalen Polarisation innerhalb des Durchlaßbandes der akustisch-optischen Filter 6' und
gii breitet sich im Gegenuhrzeigersinn aus und fällt auf
das erste akustisch-optische Filter 6'. Dieses Licht wird
im wesentlichen vollständig in die vertikale Polarisation umgesetzt und freguenzmäßig durch die akustische Frequenz
f herabgesetzt. Dieses Licht breitet sich weiterhin a
vertikal polarisiert im Gegenuhrzeigersinn durch das Lasermedium 5 aus und tritt in das zweite akustisch-optische
Filter 6'' ein, wobei der Kristall 7 die identische
Orientierung wie das erste akustisch-optische Filter 61
hat, um die optische Frequenz des Lichtes innerhalb des Durchlaßbandes des Filters 6' durch die akustische Frequenz
f frequenzmäßig heraufzuschalten, während gleichzeitig
el '
die Polarisation des Lichtes von der vertikalen in die
horizontale Polarisation geändert wird. Dieses Licht wird dann von dem Prisma 15 im Uhrzeigersinn zurück im Resonanzschleifenweg
4 reflektiert.
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Ein kleiner Anteil des Lichtes innerhalb des Durchlaßbandes der Filter 6' und 611, welcher durch das Filter 61 frequenzmäßig
erniedrigt und nicht erhöht und durch das· zweite Filter 6" in bezug auf die Polarisation gebeugt wurde,
gelangt aus dem optischen Resonator über das Prisma 15 als Aüsgangsstrahl 16. Umgekehrt wird der im Gegenuhrzeigersinn
umlaufende Resonanz-Lichtstrahl, der durch das akustischoptische Filter 611 frequenzmäßig heraufgeschaltet ist,
und der also nicht vollständig herabgeschaltet und durch das akustisch-optische Filter 61 in bezug auf die Polarisation
gebeugt ist, von dem im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Resonanz-Lichtstrahl durch Polarisierung des Prismas
15 als Ausgangs-Lichtstrahl 16' getrennt. Die optische'
Frequenz wird heraufgeschaltet, falls der einfallende
Polarisationsvektor des Lichtes in der Richtung des kleineren BeugungsIndexes liegt und die Licht- und Akustikwellen
sich in der gleichen Richtung ausbreiten. Wenn entweder die Polarisation oder die relativen Richtungen der
Lichtausbreitung und der akustischen Wellen geändert sind, nicht aber beides zμgleich, wird die,optische Frequenz
herabgeschaltet. Wenn beide.verändert sind, wird die optische
Frequenz heraufgeschaltet.
In dem Ringlaser-System sind beide Kristalle in der gleichen
Weise ausgerichtet und .die akustischen Wellen breiten sich
in beiden in der gleichen Richtung aus. Daher wird Licht
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109887/174Λ *
AS
welches sich in der einen Richtung ausbreitet, in einem Kristall heraufgeschaltet und gelangt durch das Laseraktivierungsmedium
und wird dann in dem zweiten Kristall auf die ursprüngliche Frequenz herabgeschaltet. Das sich
in der entgegengesetzten Richtung ausbreitende Licht trifft
zunächst auf den zweiten Kristall und wird dann herabgeschaltet. Es läuft durch das Laseraktivierungsmedium und trifft
auf den ersten Kristall, wo es wiederum auf die ursprüngliche Frequenz heraufgesetzt wird.
"Licht" bedeutet in diesem Zusammenhang elektromagnetische Strahlung und nicht nur das sichtbare Spektrum. Desgleichen
ist der Ausdruck"optisch" nicht auf das sichtbare Spektrum
begrenzt.
Die Vorteile kollinearer Beugung sind:
1. Die scharfe Winkeltoleranz-Charakteristik der Bragg'sehen
Beugung wird gemildert. Eine winkelmäßige Abweichung des einfallenden Lichtstrahles führt nur zu einer Verschiebung
zweiter Ordnung in dem Durchlaßband und zwar als cos des Winkels zwischen dem akustischen Vektor K
und dem einfallenden optischen Vektor K;
2. der Umfang der Wechselwirkung zwischen den akustischen
und optischen Strahlen wird durch die kollineare Ausbreitung verstärkt; dadurchkann die Wirksamkeit der
Lichtumsetzung auf nahezu 100 % erhöht und die erforder-
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liehe akustische Leistung für eine wirksame Umsetzung
wesentlich herabgesetzt werden.
Bei einigen doppelbrechenden Kristallen sind die Vektoren
K für die Phasengeschwindigkeit und die Gruppengeschwindigkeit nicht kollinear. Der Winkel zwischen beiden kann etwa
im Falle von Quarz 20° betragen. In einem derartigen Fall kann der Lichtstrahl entweder mit der Phasengeschwindigkeit
oder der Gruppengeschwindigkeit kollinear sein, wobei sich entsprechende Vorteile und Nachteile ergeben.
Falls der Lichtstrahl mit- der Phasengeschwindigkeit kollinear ist; wird der Vorteil der cos-Abhängigkeit der Mittenfrequenz
der Bandbreite bei Abweichungen mit dem Nachteil in Kauf genommen, daß der Lichtstrahl schnell aus dem akustischen Strahl
herauswandert, da sich die Energie in der Richtung der Gruppengeschwindigkeit ausbreitet und nicht mit dem Lichtstrahl
kollinear ist. Daher können in diesem Fall Schmalbandeigenschaften mit dem Nachteil einer größeren akustischen öffnung
oder einer höheren akustischen Leistung erhalten werden.
Wenn der Lichtstrahl andererseits in bezug auf die Gruppengeschwindigkeit
kollinear gemacht wird, wird der Vorteil der wirkungsvollen Verwendung der akustischen Energie erhalten,
aber der.Winkel zwischen,.dem akustischen Vektor K und dem
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optischen Vektor K ist nicht länger Null und die Verschiebung der Mitte des optischen Durchlaßbandes bei einer
Divergenz des optischen Strahles ist eine Funktion des cos des Winkels zwischen den akustischen und optischen Vektoren
K, die nicht länger Null ist. Dies führt zu einem breiteren Durchlaßband bei der gleichen winkelmäßigen Divergenz. Bei
Grenzfällen, bei denen die Ausbreitung weder genau kollinear mit der Phasen- oder der Gruppengeschwindigkeit ist, sind
entsprechende Kompromisse zu schließen. Bei solchen doppelbrechenden
Kristallen, bei denen die Phasengeschwindigkeit und die Gruppengeschwindigkeit kollinear sind, führt die
nicht kollineare Ausbreitung des Lichtes in dem Filter zu ähnlichen nachteiligen Wirkungen für das Filter. Daher '
bedeutet "im wesentlichen kollinear" in dieser Anmeldung, daß die Licht- und akustischen Vektoren K hinreichend kollinear
sind, um die Vorteile einer wirkungsvollen Verwendung der akustischen Leistung zu erhalten und sich mit den erforderlichen
Durchlaßband-Filtereigenschaften zu vertragen.
Wie aus Gleichung (2) ersichtlich ist, hängt die Bandbreite
des akustisch-optischen Filters umgekehrt mit der Länge des Wechselwirkungsweges L durch den Kristall zusammen. In
akustisch-optischen Resonanzfiltern kann die Weglänge relativ kurz und somit die Bandbreite relativ groß sein. In
solchen Fällen können die Vektoren K für die optischen und akustischen Wellen eine beträchtliche Divergenz aufzeigen,
- 20 - .
109887/174 4
während dennoch die Vorteile der kollinearen Beugung
erhalten bleiben, da die akustisch-optische Wechselwirkung relativ hoch ist und die Wechselwirkung nur mit
dem cos des Winkels der Abweichung abfällt.
Ä -L
109887/1744
Claims (1)
- Hewlett-Packard Comp.
1501 Page Mill Road
Palo Alto
California 94304
USA
Case 58927. Juli 1971Patentansprüchel.J Optischer Resonator mit einem Weg für einen resonanten Lichtstrahl, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Resonanz-Lichtweg des Resonators eine akustischoptische Einrichtung (16) angeordnet ist, die den Resonanzlichtstrahl im wesentlichen kollinear an einer akustischen Welle bricht und die Polarisation von wenigstens einem Teil des Resonanz-Lichtstrahles von einer ersten Polarisation zu einer zweiten Polarisation bei einer bestimmten optischen Frequenz ändert, die eine Funktion der akustischen Frequenz ist, und in dem Resonanz-Lichtweg eine die Polarisation analysierende Einrichtung (15) angeordnet ist, die Licht räumlich gemäß dem Polarisationszustand trennt und Licht einer der getrennten Polarisationen aus dem Resonanz-Lichtweg des optischen Resonators ablenkt, während sie Licht der anderen Polarisation im Resonanz-Lichtweg zurückhält..109887/17442. Resonator nach Anspruch 1, dadurch g.eke nn ζ e i ch net, daß eine -Einrichtung (12, 13) zur Veränderung' der akustischen Leistungsdichte der akustischen Welle in der akustisch-optischen Einrichtung vorgesehen ist, die den Betrag des resonanten Lichtes, welches von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation abgelenkt ist, und damit den Betrag des aus dein Lichtweg gebeugten Lichtes verändert .3. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (9) zur Veränderung der Frequenz der akustischen Welle in der akustische-optischen Einrichtung vorgesehen ist, die die Frequenz des resonanten Lichtes, das von der ersten Polarisation in die zweite Polarisation gebeugt ist, und damit die Frequenz des von dom Lichtweg abgelenkten Lichtes verändert.4. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Polarisation analysierende Einrichtung ein doppelbrechendes.Polarisationsprisma aufweist.5. Resonator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k en η ζ e i c h η e f , daß die akustisch-optische Einrichtung ein optisch anisotropes Medium (7) und eine Einrichtung (B, 11) zur Anregung der akustischen Welle in dem anisotropen Medium aufweist. '1098-87/174.46. Resonator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß das optisch anisotrope Medium einen doppelbrechenden Kristall aufweist.7. Resonator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß er einen.Ringresonator (Fig. 7) aufweist, der Lichtweg eine geschlossene Resonanz-Lichtweg Schleife bildet und die akustisch-optische Vorrichtung (6) ein Paar akustisch-optische Elemente (6', 611) aufweist, die tandemartig in der geschlossenen Schleife angeordnet sind und von denen jedes Element ein optisch anisotropes Medium enthält, das eine akustische Welle trägt und den Resonanz-Lichtstrahl an der akustischen Welle kollinear beugt.i. Resonator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Resonator aus einem Ringresonator besteht (Fig. 7), der Lichtweg eine geschlossene Lichtwegschleife zur Ausbildung gegenläufiger Resonanz-Lichtstrahlen ist, die die Polarisation analysierende Einrichtung (15) das von der geschlossenen Schleife abgelenkte Licht in erste und zweite Ausgangsstrahlen trennt und jeder Strahl einem der gegenläufigen Resonanz-Lichtstrahlen entspricht, und die akustisch-optische Vorrichtung (6) in dem Ringresonator derart in bezug auf die die Polarisation analysierende Einrichtung angeordnet ist,109887/1744daß die optischen Frequenzen der ersten und zweiten Ausgangsstrahlen durch eine Frequenz getrennt sind, die eine Funktion der Frequenz der akustischen Welle in der akustisch-optischen Einrichtung ist.9. Resonator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die die Polarisation analysierende " Einrichtung einen Polarisationsstrahlspalter aufweist.10. Resonator nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeich, net, daß der Strahlspalter ein Polarisierungsprisma ist.109887/1744
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (11)
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|---|---|---|---|---|
| US3767286A (en) * | 1971-07-23 | 1973-10-23 | J Kusters | Acousto-optic filter having means for damping acoustic resonances |
| US3996525A (en) * | 1975-05-12 | 1976-12-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Acousto-optically tuned laser |
| US4133612A (en) * | 1977-07-06 | 1979-01-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Endless fiber interferometer rotary motion sensor |
| US4138196A (en) * | 1977-07-06 | 1979-02-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Fiber interferometer rotary motion sensor |
| WO1980002819A1 (en) * | 1979-06-14 | 1980-12-24 | G Machulka | Laser device for manufacturing printing plates |
| US4474467A (en) * | 1981-12-28 | 1984-10-02 | Itek Corporation | Wavefront sensor using a surface acoustic wave diffraction grating |
| US4687958A (en) * | 1985-03-12 | 1987-08-18 | Zygo Corporation | Apparatus to transform a single frequency, linearly polarized laser beam into a high efficiency beam with two, orthogonally polarized frequencies |
| LU88089A1 (fr) * | 1992-03-24 | 1993-10-17 | Communaute Economique Europeenne (Cee) | Dispositif de synchronisation sans fluctuation temporelle pour un laser a couplage actif des modes |
| US5272560A (en) * | 1992-03-30 | 1993-12-21 | Hewlett-Packard Company | Variable spectral width multiple pass optical noise source |
| US5463493A (en) * | 1993-01-19 | 1995-10-31 | Mvm Electronics | Acousto-optic polychromatic light modulator |
| US20060182156A1 (en) * | 2005-02-15 | 2006-08-17 | Geraint Owen | Tuning a laser |
-
1970
- 1970-08-07 US US61948A patent/US3666349A/en not_active Expired - Lifetime
-
1971
- 1971-07-23 CA CA118,934A patent/CA948748A/en not_active Expired
- 1971-07-26 GB GB3505671A patent/GB1356421A/en not_active Expired
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- 1971-08-06 CH CH1163171A patent/CH537593A/de not_active IP Right Cessation
- 1971-08-06 JP JP46059522A patent/JPS5247679B1/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19732759A1 (de) * | 1997-07-30 | 1999-02-18 | Laser & Med Tech Gmbh | Vorrichtung zur Verbesserung des Sperrverhaltens akusto-optischer Modulatoren (AOM) für die aktive Güteschaltung von Lasern |
| DE19732759C2 (de) * | 1997-07-30 | 2000-03-09 | Stefan Seidel | Vorrichtung zur Verbesserung des Sperrverhaltens eines akusto-optischen Modulators |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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