DE2335389A1

DE2335389A1 - Laser mit transversalmoden- und frequenzselektion

Info

Publication number: DE2335389A1
Application number: DE19732335389
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Rer Nat Schmidt
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1973-07-12
Filing date: 1973-07-12
Publication date: 1975-02-06

Description

Das Hauptpatent DBP... (P 23 o7 123.Ο-35) betrifft Laser mit einer auf eine oder mehrere transversale Schwingungsformen und auf eine oder mehrere Wellenlängen festgelegten Emission, die aus einer zwischen zwei Resonatorspiegeln angeordneten aktiven Lasersubstanz und einer Einrichtung, um diese anzuregen bestehen, und die sich dadurch auszeichnen, dass zwischen der laseraktiven Substanz und einem der beiden Resonatorspiegeln zwei Fabry-Perot-Etalons kippbar angeordnet sind, deren Kippachsen sowohl zueinander als auch zur Resonatorachse senkrecht sind.

Bei den in der Anmeldung P 23 o7 123.0-33 beschriebenen Interferenz-Transversalodenfilter wird die Wellenlänge dadurch abgestimmt, das beide Fabry-Perot-Etalons um zu einander und zur Resonatorachse senkrechte Achsen so geneigt werden, dass jedes Fabry-Perot-Etalon für seine Soll-Wellenlänge ein Transmissionsmaximum in Richtung der Resonatorachse hat. Sind die beiden Fabry-Perot-Platten von verschiedener Dicke, dann müssen beim kontinuierlichen Durchstimmen unter Beibehaltung der Grundmoden-Selektion die Kippwinkel nach verschiedenen Funktionen der Wellenlänge verändert werden. Wenn die beiden Fabry-Perot-Etalons gleiche Dicke haben, folgen die Kippwinkel der gleichen Funktion der Wellenlänge. Dadurch ist es in diesem Falle zwar möglich, die Wellenlänge durch Betätigung eines einzigen Bedienungsknopfes durchzustimmen. Wegen der erforderlichen Präzision der Einstellung gleicher Kippwinkel sind die Anforderungen an die Mechanik dieses Bedienungsknopfes aber relativ hoch.

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In der vorliegenden Anmeldung ist eine die Bedxenungsmechanik vereinfachende Vorrichtung für ein Interferenz-Transversalmodenfilter "beschrieben, die sich dadurch auszeichnet, dass einer der Resonatorspiegel als Dachkantprisma ausgebildet ist und dass zwischen dem anderen Eesonatorspiegel und der laseraktiven Substanz ein einziges Fabry-Perot-Etalon kippbar um eine Achse angebracht ist, die zur Dachkante des als Resonatorspiegel verwendeten Dachkantprismas um 4-5° geneigt ist.

Die Erfindung geht aus von folgender Überlegung: Von einem auf ein Dachkantprisma senkrecht auftreffendem divergentem Lichtbündel mit ovalem Querschnitt ist die Divergenz in einer Ebene E^ gross und in einer dazu senkrecht stehenden Ebene E2 klein. Die Dachkante sei so angeordnet, dass sie die Winkelhalbierende zwischen den Ebenen E^ und E2 bildet. Bei der Reflexion an der Dachkante wird das Bündel um 9o° um seine Achse gedreht. Das bewirkt, dass nach der Reflexion in der Ebene E2 die Divergenz gross ist und in der Ebene E^ klein. Wenn nun in einem Laserresonator ein Resonatorspiegel als Dachkantprisma ausgebildet ist, und zwischen der laseraktiven Substanz und dem anderen Resonatorspiegel ein Fabry-Perot-Etalon eingebaut ist, das eine Kippachse in der Ebene E/| hat, dann wird die Divergenz eines Lichtbündels beim Durchgang durch das Fabry-Perot-Etalon in der Ebene Ei beschnitten, während die Divergenz in der Ebene E2 unverändert bleibt. Nach der Reflexion am Dachkantprisma wird beim zweiten Durchgang des Lichtbündels durch das Fabry-Perot-Etalon seine Restdivergenz beschnitten. Dadurch wird wie bei dem der Anmeldung P 23 07 123.0-33 zugrunde liegenden Interferenz-Transversalmoden-Filter die mögliche Fortpflanzungsrichtung auf die Schnittgerade der beiden Ebenen Ei und E2 festgelegt, die mit der Resonatorachse zusammenfällt. Der zur Grundmoden-Selektion mindestens notwendige Kippwinkel entspricht dem in

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der Anmeldung P 23 o7 123.0-33 angegebenen Wert. Entgegen zur Anmeldung P 23 ο 7 123.0-33 ist bei der vorliegenden Anmeldung zur Änderung der Wellenlänge unter Beibehaltung der Grundmoden-Selektion jedoch nur noch eine Winkelverstellung notwendig.

Zur Verhinderung von Elliptizitäten, welche bei der Reflexion an den Spiegelschichten des schräggestellten Fabry-Perot-Etalons oder am Dachkantprisma auftreten, wenn die Polarisationsebene weder parallel noch senkrecht zur Einfallsebene liegt und welche zu erhöhten Resonatorverlusten führen, kann mit Vorteil eine optisch aktive Planplatte oder eine Platte aus doppelbrechendem Material in das Resonatorsystem gesetzt werden.

Für den EaIl, dass die Polarisationsebene parallel oder senkrecht zur Dachkante des Dachkantprisma liegt, also um 4-5° gegen die Einfallsebene am Fabry-Perot-Etalon geneigt ist, wird die optisch aktive Planplatte vor das Fabry-Perot-Etalon gesetzt, so dass die Polarisationsebene beim Durchgang durch das Fabry-Perot-Etalon senkrecht oder parallel zur Einfallsebene liegt. Beim Rücklauf wird die Drehung wieder rückgängig gemacht .

Für den Fall, dass die Polarisationsebene parallel oder senkrecht zur Einfallsebene des Fabry-Perot-Etalons liegt, kann eine optisch aktive Planplatte, welche die Polarisationsebene des Lichtes um 4-5° dreht, vor das Dachkantprisma gesetzt werden, so dass keine Elliptizitäten bei der Reflexion am Dachkantprisma auftreten können. Anstelle der optisch aktiven Planplatte kann eine Platte aus doppelbrechendem Material verwendet werden, welche beim zweimaligen Durchgang die bei der Reflexion im Prisma entstehende Elliptizität kompensiert.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung der Divergenzebenen eines auf ein Dachkantprisma auftreffenden Lichtbündels mit ovalem Bündelquerschnitt.

Fig. 2 die schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer vor dem Fabry-Perot-Etalon angebrachten optisch aktiven Platte.

Fig. 3 die schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer vor dem Dachkantprisma angeordneten optisch aktiven Platte.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Dachkantprisma bezeichnet, mit 2 dessen Dachkante, mit 3 der Querschnitt eines auf das Prisma

I auf treffenden divergenten Lichtbundels 11 und mit 4· der Querschnitt des vom Prisma 1 reflektierten Lichtbundels 12. Beim hinlaufenden Bündel 11 ist die Divergenz groß in der mit Ei bezeichneten Ebene und klein in der dazu senkrechten Ebene E2. Bei der Reflexion wird der Querschnitt des Lichtbündels

II an der Dachkante um 9°° um seine Ebene gedreht. Dadurch wird für das rücklaufende Bündel 12 die Divergenz in der Ebene E2 groß und in der Ebene E^ klein.

In der in Fig. 2 schematisch gezeichneten erfindungsgemässen Vorrichtung ist das Dachkantprisma 1 als Reflektor eingebaut. Der andere Reflektor ist mit 5 bezeichnet. Die Laserküvette ist mit 6 gekennzeichnet. Zwischen dem Reflektor 5 und der Laserküvette 6 sind ein in Richtung 1o kippbares Fabry-Perot-Etalon 7 und eine optisch aktive Platte 8 angebracht. Die Kippachse 9 des Fabry-Perot-Etalons 7 liegt in der Ebene E^ des auf das Dachkantprisma auftreffenden , in der Fig. 2 nicht eingezeichneten Bündels 11. Beim Durchgang durch das Fabry-Perot-Etalon 7 wird die Divergenz eines vom Reflektor 5 kommenden Bündels in der Ebene Ei beschnitten, während die Divergenz in der Ebene Eg unverändert bleibt. Nach der Reflexion am Dachkantprisma 1 wird das um 9o° um seine Achse gedrehte Bündel beim Durchgang durch das Fabry-Perot-Etalon 7 in der Ebene E2 beschnitten.

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Die Polarisationsebene des Lichtbündels ist durch die, Brewster-Penster 2o,21 der Küvette 6 vorgegeben. Da die Kippachse 9 des Pabry-Perot-Etalons 7 zur Dachkante 2 des Dachkantprismas 1 um 45° geneigt ist, kann die Polarisationsebene entweder parallel bzw. senkrecht zur Dachkante des Dachkantprismas 1 liegen und ist dann um 4-5 gegen die Einfallsebene am Pabry-Perot-Etalon geneigt. In anderen möglichen Pail liegt die Polarisationsebene parallel oder senkrecht zur Einfallsebene des Fabry-Perot-Etalons 7 und ist um 45° zur Einfallsebene am Dachkantprisma 1 geneigt. In beiden Pällen treten Elliptizitäten auf, \\relche die Resonatorgüte beeinträchtigen. Der erste Pail ist in Pig. 2 dargestellt. Die als gestrichelter Doppelpfeil 14- dargestellte Polarisationsebene liegt parallel zur Dachkante 2 und parallel zur x-Achse des Fabry-Perot-Etalons 7» welches so geneigt ist, dass zwischen der Polarisationsebene 14- und der Einfallsebene ein Winkel von 4-5° besteht. Zur Vermeidung von störender Elliptizität ist vor dem Fabry-Perot-Etalon 7 die optisch aktive Planplatte 8 angebracht, welche die Polarisationsebene 14- des Laserlichtes vor dessen Eintritt in das Fabry-Perot-Etalon um 4-5° in die neue Ebene 15 dreht. Nach Reflexion des Lichtes am Reflektor

5 wird bei seinem Rücklauf vor dem Eintritt in die Laserküvette

6 beim nochmaligen Durchgang durch die optisch aktive Planplatte 8 die Drehung der Polarisationsebene wieder rückgängig gemacht. Der zweite Pail ist in Abb. 3 dargestellt. Die Polarisationsebene 14- liegt parallel zur Einfallsebene des Lichtes am Fabry-Perot-Etalon 7* in. welche auch die x-Achse fällt.

Das Dachkantprisma 1 ist so geneigt, daß zwischen seiner Einfallsebene und der Einfallsebene am Pabry-Perot-Etalon ein Winkel von 4-5° besteht. Die optisch aktive Platte 8 ist zwischen Laserküvette 6 und Prisma 1 angeordnet, wodurch wieder beim zweimaligen Durchgang die bei der Reflexion im Prisma entstehende Elliptizität kompensiert wird.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Laser mit einer auf eine oder mehrere transversale Schwingungsformen und auf eine oder mehrere Wellenlängen festgelegten Emission, bestehend aus einer zwischen zwei Resonatorspiegeln angeordneten aktiven Lasersubstanz und einer Einrichtung, um diese anzuregen, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Resonatorspiegel als Dachkantprisma (1) ausgebildet ist dass zwischen dem anderen Rssonatorspiegel (5) und der laseraktiven Substanz ein einziges Fabry-Perot-Etalon (7) kippbar um eine Achse (9) angebracht ist, die zur Dachkante (2) des als Resonatorspiegel verwendeten Dachkantprismas (1) um 4-5° geneigt ist.

2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei zur Dachkante (2) paralleler oder senkrechter Polarisationsebene vor das I'abry-Perot-Etalon eine optisch aktive Planplatte (8) angeordnet ist.

3. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei zur Einfallsebene am Fabry-Perot-Etalon (7) paralleler oder senkrechter Polarisationsebene vor dem Dachkantprisma eine optisch aktive Platte (8) angeordnet ist.

4-. Laser nach den Ansprüchen 1-3, d.g.d. anstelle der optisch aktiven Planplatte eine Platte aus doppelbrechendem Material verwendet wird.

Brd/Ac ο
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