DE2306282A1 - Laser - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1123—Q-switching
- H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
23Q6282
Patentanwälte
DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS
DR.-ING. HANS LEYH
München 71,
Melchiorstr. 42
Unser Zeichen: A 12586
Ferranti Ltd.
Hollinwood-Lancashire
England
Laser
Die Erfindung betrifft einen Laser in Q-Sehaltuikj, mit einem Paar
rechtwinkeliger Prismen, deren Hypotenusen-Flächen aufeinander zu gerichtet und im wesentlichen normal zu der optischen Achse des
Lasers angeordnet sind und ihre rechtwinkeligen Scheitellinien im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen, um einen optischen
Hohlraum zu bilden, in welchem ein aktives Lasermaterial angeordnet ist, einer Einrichtung zum Anregen diesos aktiven Materials,
einem elektro-optisehen Q-Schaltgerät, das in dem optischen Hohlraum
angeordnet ist und mit einem Polarisator zur Strahlaufspaltung,
der zwischen dem aktiven Lasermaterial und derri Q-Schaltgerät angeordnet
ist.
Laser mit Q-Sehaltung werden häufig dann verwendet, wenn die Ausgangsstrahlung
in Impulsen gewünscht wird, beispielsweise bei der Entfernungsmessung. Wie bei den Lasern mit kontinuierlichem Ausgang
nimmt die Energie zu, die von modernen Lasern mit Q-Sehaltung
erzeugt wird. Dies führt zu Problemen bei Lasern, bei denen das
Lh/fi - 2 -
309P. 34/10ΛΛ
2 - A 12 586
(^Schaltelement ©Iss Kristall au© @in©m "Material alt solchen elektrooptischen
Eigenschaften ist, dag ©s als "Xeicht-Schalter" verwendet
werden kann·-Es wurS®.gefunden, da© fo@i hohen Energie-N&veaus." das
Material des Q~Seh®ittalstalls dBreh cSi® Strahlung beschädigt werden
ketale die dureh äi@s®s Material tiipö«S"©hgeht, ,wie @s der Fall
ist, w®nn des· optisch® Hohlraum-durch -sw©£ Reflektoren gebildet.
, b@i denen dUjrdti ©inen @in T@il ä©3r @infall©RÖ@n Strahlung
, ym dasi Ausg.aagsstratil au bilden« Dieses Pi?obl@m kann
®ίη Polarisator a-ur Strahlaufspaltung aag©©rösiat werden, wodurafo
Strahlung,die in ©tasse· Ebmn® polarisiert ist, durch dl©ü© hindurch
su ®ln®M R©flekfe©E in ä@ra Hohlraum läuft, während Strahlung,. di@ in
ain@r hiairzu sesskrsehfessi Ebea© polarisi®s"fe ist, au© d©m Hohlramn
heraus abgelenkt, wis-ct? raa~ d@a Äusgangsstrahl zu bild@no
Ein w@It@r©s Pirobl®» besteht in der H@rst®llung
©ptisehesi Eolilraöiass, ^?ss arforderlieh ist, w@ris Spisgol'benutst
t-i©rd@a0 luffises w@srd©& häufig anfeeE Bedingungen varw@nd©t, in denen
si© mechaföischen- St6ß®B aBsg©s@tst minäe soBc bsi beweglichen Gs=-
tandversiessusig, b©i welchen @® ©ehwierlg und t^wai" ist,
piegel g®sa«s aiassai-iehten -und'di© ÄöSriehfemig a«£s"®ehfe aus
B®i ham®xmg di© k@in© Q-Schaltkristall©" ^©rwenösn, wurde
di©s@a F^oblea. üniscb, V©CT?eadöag voa total reflektierenden
r®cht%yink®ligen Fs-ism©a als Eiid^Reflaktoran su lösen o In elektrooptischen
Lasern mit QhSchaltung konnt©n- soleh© Prisme.n bister j©·=
doeh alsfat verwandet tJQKü&n0 w@g©n des" Polarisatbns©ff®kt@, di@ .bei
des "totalen Innanrefl©2siosa aöftE'sfeon «ad die di© Q^Sehaltuagi, die
selbst won d@r F©l®rlsi@i1uffig -abhängt,
csin©B Laser mit
•Schaltisisg au sehaff©Hiff &®s di© vorgenannten E3acht®il© bei der
3 4/1044
- 3 - A 12 586
Q-Schaltelement mit seiner schnellen Achse parallel zur Scheitellinie
von einem der Prismen angeordnet 1st, und daß der Polarisator mit seiner Durchgangsfläche in einem beträchtlichen Winkel zu der
schnellen Achse und zu der langsamen Achse des Q-Schaltelementes
angeordnet ist.
Vorzugsweise liegt die Durchgangsebene des Polarisators in einem Winkel von 45° zu der schnellen und zu der langsamen Achse des
Q-Schaltelementes.
Die Bezeichnung "in einem beträchtlichen Winkel" bedeutet, daß der
fragliche Winkel eine Größe hat, die sich von O° oder von 90° nicht
nur unwesentlich unterscheidet.
Die schnelle und die langsame Achse des Q-Schaltelernentes sind die
Achsen, welche die Polarisierungs-Richtungen in dem Kristall darstellen,
in welchen die durch den Kristall hindurchgehende Strahlung sich entsprechend mit maximaler bzw. mit minimaler Geschwindigkeit
ausbreitet.
Die Durchgangsebene des Polarisators ist die Ebene, in der die durch
den Polarisator in Richtung auf das benachbarte rechtwinkelige Prisma hindurchgehende Strahlung beim Austritt aus dem Polarisator polarisiert
wird.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend
anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, die schematisch in Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Laser zeigt.
In der Zeichnung ist ein Laserstab L in einem optischen Hohlraum angeordnet,
der durch zwei rechtwinkelige Prismen Pl und P2 begrenzt ist. Die beiden Prismen sind mit ihren Hypotenusen-Flächen Hl und
2 aufeinander zu gerichtet und im wesentlichen normal zu der optischen
Achse X des Lasers angeordnet. Die Scheitelkanten Al und A2, an denen
309934/10ΛΛ
Ä 12 586
diet
Am we@.@s&liehen eenk
_Ql©lstg"io©li©©' f?
soiss μ wra Φ&μ Material
309
- 5 - A 12 586
Dia auf das Nicoische Prisma N fallende Strahlung tritt polarisiert
aus dar Durchgangsebene das Prismas aus und gaht durch das Q-Schalt-βlernent Q. Dia linaar polarisierte Strahlung, die auf das Q-Eles»nt
füllt, Kann betrachtet werden, als habe sie swei Komponenten, die
längs der schnellen und der langsamen Achse polarisiert sind und sich längs der Achse X des Q-Schaltkristalls mit unterschiedlichen
Geschwindigkeiten ausbreiten. Die «wischen den beiden Komponenten
auftretende Phasenverschiebung hängt ab von der Größe des an das Q-Elernent angelegten elektrischen Feldes.
Hegen der gewählten Orientierung der Prismen relativ zu dem Q-Schaltkristall fallen die beiden Komponenten auf die erste reflektierend«
Fläche des Prismas P2, wobei die Polarisierungsebene der einen Komponente in und die Polarisierungsebene der anderen Komponente normal
zur Einfallebene liegt. Der Einfall auf die zweite reflektierende Fläche erfolgt ebenso.
Da die totale innere Reflexion eine Phasenverschiebung zur Folge hat,
die unterschiedlich ist für das Licht, das in der Einfalleebene polarisiert ist und das Licht, das normal zur Einfallsebene polarisiert
ist, wird durch jede Reflexion eine weitere differenzielle Phasenverschiebung zwischen den beiden Komponenten erzeugt.
Aufgrund der gewählten Orientierung, die gewährleistet, daß dl«
Vektoren der Komponenten entweder normal zu oder in der Einfallsebene liegen und nicht geneigt zu dieser sind, können si« beide in
Richtung der Einfallsebene und normal zu dieser zerlegt werden, wodurch zwei Vektoren entstehen mit unterschiedlicher Phase und gegebenenfalls auch Größe, wobei die differenziellen Phasenverschiebungen einfach additiv z.u nehmen sind.
Λ 12 586
Sahaltelement wo eine weitere diffarensleiie Phasenverschiebung hinzukommt.
Damit eine. Laserwirkung entsteht, rauS die Strahlung, die auf
das polarisierende Prisma, H fällt in der Durchgangsebene des Polarisator
s linear polarisiert sein« Wenn dies nicht der Fall 1st, ergeben
eich swei Folgen*
1. kann ein Teil der Strahlung von der Trennebene des Polarisators
reflektiert werden und einest .unerwünschten" Ausgangsstrahl bilden.
2. kann der hierdurch entstehende Energievorlust ausreichen, eine
Laserwlrkuag su verhindern» .
Die linear polarisiert® Strahlung-, die durch das üicolsehe Prisma N.,
ISuft, wird während ihres Durchganges dtasrsh den Basars tab L verstärkt
"und si© tritt aus, um in das Prisma PS einzutreten· Sei ihrem Durchgang
dusreh das Prism® wird sie ailtptiseh polarisiert oder falls si©
bereits b@i ihs?©is Bugehgeng 'torch ά&η Las©rstafe @liiptiseh polarisiert
worden ist, wird aim differesisiffill® Phas@sv@rsehlebung verändert« Die
Strahlung läuft dana gias-tiek dur@h Sen L@s@r@tab L amf- das Prisma M.
Die Komponente der Strahlung $ Si© auf das Nicolscha Prisma fällt/
die In der B'orchgangs@b®n© dieses Prismas polarisiert ist, wird dursla
das Prisma übertragen, vm Sie IjsssrtStigkoit aufrecht su erhalten,
wlhrend di@ Komponent® <ä@r Strahliang, die in der senkrechten Ebene
hiersu polarisiert ist, asas ctem &ptis<sU@n Raum felnsiws reflektiert
wird mau Sen Aissgaagestraiil % bl!<ä@fee ... ·
polarisiert ist, Schiebung, die bai
Q-Sehaltelemeitt und beim Hull oder eist
Q-Sehaltelemeitt und beim Hull oder eist
angehalten aMsaj,
auf den Polarisator fallend® S
Ebene senkrecht
so dafi kein«
so dafi kein«
®sf den" Polarisator ■
Phasenvesr-
Phasenvesr-
Sferahlmng äureh das
P2 entsteht, esst-
polarisiert iß einer
Wol&xls&kowB min 0
Sie® wirä erreicht.
1 -
309 8 34/104 4
- 7 - λ 12 586
Durchgang der Strahlung durch da» Q-Schaltelemant und einmal durch
das Prisma P2 ein ungerades vielfaches von TV ist* Diese Sttingungen
ergeben sich aufgrund der relativen Ausrichtung der Prismen Pl und P2 und .des Q-Schaltelementes. Andere Ausrichtungen des Q-Sehalt*
elementes und der Prismen würden su dem Problem fuhren, zwei Vektoren
unterschiedlicher Phasen und Amplituden zusammenzufassen.
Bei einer anderen Ausrichtung dieser Elemente kann die an das Q-Element angelegte Schaltspannung unzweckmäßig hoch sein und die
Spannungsänderung zum Umschalten des Lasers von Sin nach Aus kann eine andere sein als die Halbwellen-Spannung, wobei su bemerken ist» daß aus rein geometrischen Betrachungen die Differenz
der Phasenverschiebung infdfce der Reflexion an den beiden Flächen
des Prismas 180° beträgt.
Bei Verwendung eines Materials fUr das Q-Schalteleiäent, das in. Ab«
Wesenheit eines elektrischen Feldes nicht dopp«lbr«cliend ist; so
ist es notwendig, daß bei Verwendung ©Infacthar Splogslreflektoren
die das Feld erzeugende Spannung awf «i.ßea Weä*% verändert wird, der
notwendig ist, um das Q-El&rmnt auf 'KnIl Volt $u sperren. Um
die Schaltgeschwindigkeit äss Q-Eiemaiit«» sw ashßima, kann
Polarität der angelegten Spannung umgekehrt vn&xäBn, womit der Schalter öffnet. Die Verwendung von Prismen anstelle einfacher Spiegel
macht es erforderlich, da£ eine dauernd« Vorspannung vorhanden ist,
deren Stärke von der Differenz der Phasenverschiebung abhingt, die
durch das Prisma P2 eingeführt wird. Wenn demzufolge die Spannung,
die notwendig ist, um den Schalter su öffnen,dieselbe Polarität wie,
aber eine kleinere Stärke als diejenige, die notwendig ist, um den
Schalter zu sperren hat, dann kann die erstere Spannung auf Null gehalten werden, um den Steuerkreis des Q-Elamentes su vereinfachen·
Xn manchen Fällen hat ein Material (für das Q-£lement), derArt, die
das Anlegen eines elektrischen Feldes erfordert, um den Durchgang «iner Strhalung durch sich selbst su sperren, den Machteil, daß das
' 309834/1044
A 12 586
Feld und damit die ■
teil kann beseitigt
dee Priemes F2 mit
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s.B.
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#£®se» Fall
98^4/1044
Claims (4)
- - 9 - A 12 586AnsprücheLaser ait Q-Schaltung, mit einen Paar rechtwinkeliger Priemen, deren Hypotenusen-Flächen aufeinander au gerichtet und im wesentlichen normal zur optischen Achse des Lasers angeordnet sind und deren Scheltellinien, an denen der rechte Winkel anliegt, im wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind« um einen optischen Hohlraum su bilden, einen aktiven Laseraaterial« das in dem optischen Hohlraum angeordnet ist, einer Einrichtung zum Anregen des aktiven Lasermaterials, einem elektrooptischen Q-Schaltelement in dem optischen Hohlraum und mit einem Polarisator sur Strahlaufspaltung, der «wischen dem aktiven Lasermaterial und den Q-Slement angeordnet ist« dadurch gekennzeichnet , da» das Q-Schaltelement mit seiner schnellen Achse parallel sur Scheitellinie von einem der Prismen (Pl bsw. P2) angeordnet ist und daß der Polarisator (N) mit seiner Durchgangsebene in einem wesentlichen Winkel su der schnellen und su der langsamen Achse des Q-Elementes angeordnet 1st.
- 2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet « das durch den Polarisator (M) ein Ausgangsstrahl (Z) von der Strahlung abgelenkt wird« dessen Energie durch die Winkel zwischen der Durchgangsebene des Polarisators einerseits und der schnellen Achse und der langsamen Achse des Q-Schaltelementes andererseits bestimmt ist.
- 3. Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daO die Durchgangsebene des Polarisators in einem Winkel von im wesentlichen 45° zur schnellen und sur langsamen Achse des Q-Schaltelementes angeordnet ist.
- 4. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Polarisator ein Nicolsches- 10 -303 8Vf/Λ OHH'iO - ' A 12 586Prisma ist·S. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e kennzeichnet , daß das aktive Lasermaterial ein Feststoff ist, und daß die Einrichtung zum Anregen des Lasermaterials wenigstens eine Lichtquelle mit hoher Intensität aufweist.834-//ΙΟΛΗ-
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
8263 | Opposition against grant of a patent | ||
8281 | Inventor (new situation) |
Free format text: WARD, RONALS DOUGLAS, DUNFERMLINE, FIFE, SCHOTTLAND, GB |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: FERRANTI INTERNATIONAL PLC, GATLEY, CHEADLE, CHESH |