-
Modulierbarer Laser Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laser
zum Erzeugen modulierter Laserstrahlung mit zwei einen optischen Resonatorraum bildenden
Reflektoren, von denen mindestens einer ein mit einer dielektrischen Schicht überzogener
Spiegel ist, und mit einem im Resonatorraum angeordneten aktiven Lasermedium.
-
Es ist bekannt, daß ein Laser durch eine im optischen Resonatorraum
angeordnete Vorrichtung, wie ein elektro-optischer Kristall oder eine akustisch-optische
Vorrichtung modulieren kann, welche die effektive Verstärkung des Lasers entsprechend
einem angelegten Modulationssignal zu steuern gestattet. Es sind ferner relativ
billige und einfache Gaslaser, wie Helium-Neon-Laser bekannt.
-
Der optische Resonatorraum dieser weit verbreiteten Gaslaser enthält
meist Spiegel, die mit einem Dielektrikum beschichtet sind um das für einen Betrieb
solcher Laser mit gutem Wirkungsgrad erforderliche
hohe Reflexionsvermögen-zu
gewährleisten.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen
modulierbaren Laser anzugeben, der mindestens einen mit einer dielektrischen Schicht
überzogenen Spiegel enthält Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe.durch einen Laser
der eingangs genannten Art gelöst, der gekennzeichnet ist durch eine Moduliervorrichtung
zur Steuerung der Verluste des mit der die,lektrischen Schicht überzogenen Spiegels
beim Reflektieren der Laserstrahlung durch direkte Injektion elektrischer Ladungen
in die dielektrische Schicht des Spiegels entsprechend einem Modulationssignal.
-
Bei dem vorliegenden Laser wird die Modulation also durch effektive
Reflexionsvermögen eines Spiegels, der einen Teiles optischen Resonators des Lasers
bildet, entsprechend einem-zugeführten Modulationssignal gesteuert. Die durch den
mit einem-I)ielektrikum beschichteten Spiegel eingeführten Verluste werdenqdabei
durch direkte Injektion'elektrischer Ladungen in die dielektrische Schicht entsprechend
dem Modulationssignal geteuert.
-
Auf diese Weise wird ein modulierbarer Laser geschaffen, der einfach
im Aufbau und-Betrieb sowie preiswert in der Herstellung ist.
-
Die vorliegende Erfindung eignet sich- besonders gut für Gaslaser,
da durch sie eine einfache und billige Möglichkeit zur tlodulation solcher Laser
geschaffen wird; sie läßt sich jedoch auch bei 'ånderen Lasern als Gaslaser anwenden.
-
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer
ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2eine schematische Darstellung
einer Abwandlung der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung; Figur
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Abwandlung der Ausführungsform gemäß
Figur 1; Figur 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung; und Figur 5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform
der Er Adung.
-
Der in Figur 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte
Gaslaser enthält eine Entladungsröhre 10, die am linken Ende durch ein Brewster-Fenster
12 und am rechten Ende durch einen Spiegel 14 abgeschlossen ist. Die Entladungsröhre
10 bildet einen Entladungsraum, der mit einem simulierbaren Gas, wie einer Helium-Neon-Mischung
gefüllt ist. Der Entladungsraum besteht aus einer Bohrung 16, einem Kathodenbereich
18, in dem sich eine Kathode 20 befindet und einem Anodenbereich 22, in dem sich
eine Anode 24 befindet.
-
Links vom Brewster-Fenster 12 ist, wie dargestellt, ein Spiegel 26
30 angeordnet, daß er mit dem Spiegel 14 einen optischen Resonatorraum für die Entladungsröhre
10 bildet, der im wesentlichen koaxial zur Bohrung 16 verläuft. Gewöhnlich besteht
jeder der Spiegel 14 und 26 aus mehreren dielektrischen Schichten und benachbarte
Schichten bestehen aus Materialien unterschiedlicher Brechungsindizes. Die optische
Dicke jeder Schicht beträgt im wesentlichen eine viertel Wellenlänge der Strahlung
der Betriebsfrequenz des Lasers. Die dielektrische Schicht kann z.B. aus Zinksulfid,
Cadmiumsulfid und Thoriumoxid zusammengesetzt sein.
-
Einer der Spiegel des optischen Resonatorraums, z.B. der Spiegel 14,
kann teildurchlässig ausgebildet sein damit die Laserstrahlung austreten kann.
-
Soweit beschrieben, entspricht der Laser gemäß Figur 1 dem Stand der
Technik. Wenn die Kathode 20 und die. Anode 24 mit einer geeigneten, nicht dargestellten
Spannungsquelle verbunden werden, tritt zwischen ihnen eine Gasentladung auf, die
durch die Bohrung 16 geht. Das Licht der Laserfrequenz, das zwischen den Spiegeln
14 und 26 durch die Bohrung 16 hin- und hergeworfen wird, erfährt bei jedem Durchgang
Bne Verstärkung. Auf diese Weise wird Laserstrahlung erzeugt, deren Intensität sowohl
vom Reflexionsvermögen der Spieael 14 und 26 als auch vom Verstärkungsfaktor des
Lasermediums pro Durchgang abhängt.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Oberfläche einer äußeren
dielektrischen Schicht 28 des Spiegels 26 mit zwei beabstandeten leitenden Überzügen
versehen, die niedergeschlagene Elektroden 30 bzw. 32 enthalten. Die Elektroden
sind mit Anschlüssen zur Zuführung eines Modulationssignals verbunden. Die Größe
des elektrischen Feldes, das im Betrieb zwischen den Elektroden 30 und 32 auftritt,
hängt sowohl von der Amplitude des angelegten Modulationssignals als auch dem Abstand
zwischen den Elektroden 30 und 32 ab und bewirkt, daß elektrische Ladungen (Elektronen)
direkt in die dielektrische Schicht- 28 injiziert werden. In der Praxis können kleine
Elektrodenabstände von beispielsweise nur 0,1 mm und Modulationsamplituden zwischen
10 und 100 Volt verwendet werden. Bei größerem Elektrodenabstand soll die Modulationsspannung
entsprechend größer gewählt werden, so daß elektrische Feldstärken in der Größenordnung
von 103 bis 104V/cm gewährleistet sind.
-
Die injizierten elektrischen Ladungen haben eine-Zunahme der Verluste
zur Folge, die die Laserstrahlung bei der Reflexion an dem mit dem Dielektrikum
beschichteten Spiegel erleidet und die Verluste nehmen mit dem Betrag der injizierten
Ladung zu. Mit einer Zunahme der Reflexionsverluste des Spiegels 26 nimmt das Relexionsvermögen
des optischen Resonators und damit die Intensität der Laserstrahlung entsprechend
dem Modulationssignal ab.
-
Die Einrichtung gemäß Figur 1 stellt also einen einfachen, billigen
modulierbaren Laser dar, der eine amplitudenmodulierte Laserstrahlung für Modulationssignale
mit Frequenzen bis zu einigen MHz zu liefern vermag.
-
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 ist der Spiegel 56 von der Entladungsröhre
10 getrennt. Wie die in Figur 2 und' 3 dargestellten Abwandlungen zeigen, kann der
Spiegel 26 jedoch mechanisch an der Entladungsröhre 10 befestigt sein, so daß sich
ein einteiliger modulierbarer Gaslaser ergibt. Wie Figur 2 zeigt, kann der Spiegel
26 wie bei Figur 1 außerhalb des gasgefüllten Entladungsraums der Entladungsröhre
10 bleiben, mit dieser jedoch durch eine Röhre 34 verbunden sein, die am Brewster-Fenster
12 angebracht ist. Andererseits kann der Spiegel 26 sich auch innerhalb des gasgefüllten
Raumes der Entladungsröhre 10 befinden, wie es in Figur 3 dargestellt ist, wobei
dann das Brewster-Fenster ent fällt. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3,soll
die Maximalamplitude des Modulationssignals zwischen den Elektroden 30 und 32 unter
dem Wert gehalten werden, bei dem eine Entladung im Lasergas'zwischen den Elektroden
30 und 32 auftritt.
-
Figur 4 zeigt eine weitere Möglichkeit für die Injektion elektrischer
Ladungsträger in die dielektrische Schicht des einen der Spiegel des optischen Resonators.
Hier ist ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 44 vorgesehen, mit dem die Oberfläche
einer äußeren dielektrischen Schicht 38 eines Spiegels 40 mit einem Elektronenstrahl
42 beschossen werden kann, der durch ein zwischen ein Gitter 44 und eine Kathode
46 des Elektronenstrahlerzeugungssystems 36 angelegtes Modulationssignal intensitätsmoduliert
ist.Die Elektronen des Strahls 42, die direkt in die dielektrische Schicht 38 injiziert
werden, fließen über eine geerdete Elektrode 48 ab, die sich hinter der dielektrischen
Schicht 38 befindet. Sowohl der Spiegel 40 als auch das Elektronenstrahlerzeugungssystem
36 sind in einem Kolben 50 untergebracht. Der Kolben 50 ist in Figur 4 getrennt
von der Entladungsröhre
10 dargestellt, er kann jedoch auch an
dieser befestigt sein, ähnlich wie es in Figur 2 dargestellt ist.
-
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 ist der Spiegel 26 in einem
Kolben 52 angeordnet, der mit einem nichtstimulierbaren Gas gefüllt ist, in welchem
durch ein an die Elektroden 30 und 32 angelegtes Modulationssignal eine Gasentladung
54 erzeugt werden kann. Die Gasentladung streift, wie dargestellt, die Oberfläche
der dielektrischen Schicht 28, so daß sowohl positive Ionen als auch Elektronen
in einer von der Amplitude des angelegten Modulationssignals entsprechenden Anzahl
in die dielektrische Schicht 28 injiziert werden. Der modulierbare Laser gemäß Figur
Skann entsprechend Figur 2 durch Andrehen des Kolbens 32 an der Entladungsröhre
10 als einheitliche Struktur ausgebildet werden.