DE2400346C2 - Ringlaser sowie magnetischer Vorspannungsspiegel zur Verwendung als reflektierendes Bauteil des optischen Hohlraumes eines Ringlasers - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ringlaser gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf einen magnetischen Vorspannungsspiegel zur Verwendung als reflektierendes Bauteil des optischen Hohlraumes eines Ringlasers.

Der Ringlaser ist eine Einrichtung, die als Drehgeschwindigkeits-Kreiselgerät arbeiten kann. Bei derartigen Ringlasern ist es allgemein bekannt daß die sich in dem Ring ausbreitenden zwei Laserstrahlen die Neigung aufweisen, für kleine Drehgeschwindigkeiten bei der gleichen optischen Frequenz einzurasten, wodurch sich ein Verlust der Drehgeschwindigkeitsinformation ergibt, die üblicherweise durch Feststellung der Überlagerungsfrequenz zwischen den Strahlen gewonnen wird. Weiterhin ist die Überlagerungsfrequenzinformation für einen bestimmten endlichen Bereich oberhalb des Einrastpunktes nicht linear auf die Drehgeschwindigkeit bezogen und stellt daher nicht genau die Drehgeschwindigkeit dar, bis die obere Grenze dieses nichtlinearen Bereiches überschritten wird. Es wurden verschiedene Vorspanntechniken entwickelt, um den in entgegengesetzten Richtungen laufenden Strahlen eine nichtreziproke Phasenverschiebung zu erteilen, um eine Einrastung zu vermeiden. Die Vorspannung bewirkt, daß jeder der Strahlen mit einer diskreten Frequenz schwingt die ausreichend von dem Einrastpunkt entfernt ist, so daß eine vorgegebene Frequenzaufspaltung zwischen den Strahlen selbst bei Fehlen einer Drehung vorhanden ist Hierdurch ergibt sich weiterhin der Vorteil, daß die Drehgeschwindigkeit in einfacher Weise dadurch bestimmt werden kann, daß festgestellt wird* ob die Überlagerung oder Schwe· bungsfrequenz gegenüber der normalen Vorspannfrequenz anwächst oder absinkt wenn sich der Ring dreht.

Es ist ein Ringlaser gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt (US-PS 39 27 946), bei dem als Vorspanneinrichtung ein magnetisch beschichteter Spiegel verwendet wird, der die Doppelfunktion der

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Erzielung der gewünscht-*;} nJchtreziproken Phasenverschiebung und der Bildung einer Ecke des optischen Hohlraumes des Ringlasers erfüllt. Dieser Vorspannungsspiegel schließt dünne magnetische und dielektrische Schichten ein, die auf einem Trägersubstrat angeordnet sind. Die Magnetisierung der magnetischen Schicht verläuft parallel zur Hauptoberfläche des Spiegels und senkrecht zur Ebene des Ringes und damit senkrecht zur Auftreffebene der Lichtstrahlen ausgerichtet, so daß sie mit dem planpolarisierten Licht in Wechselwirkung tritt, das parallel zur Ringebene ausgerichtet ist, um eine nichtreziproke Phasenverschiebung der in entgegengesetzten Richtungen laufenden Lichtstrahlen zu erzeugen, ohne daß die Polarisation verzerrt wird, d. h. ohne daß die Polarisation gegenüber der Ringebene gedreht wird oder daß eine elliptische Polarisation auftritt Die Wechselwirkung zwischen den Lichtstrahlen und dem magnetischen Feld, das zur Erzeugung des Vorspanneffektes verwendet wird, ist der quermagnetooptische Kerr-Effekt Es wurde jedoch festgestellt, daß dieser Effekt einen unerwünschten nichtreziproken Verlust oder eine differentielle Reflexion der in entgegengesetzten Richtungen verlaufenden Strahlen zusätzlich zu der nichtreziproken oder differentiellen Phasenverschiebung hervorruft, die den Lichtstrahlen erteilt wird.

Der nichtreziproke Verlust tritt als Folge davon auf, daß die entgegengesetzt gerichteten Lichtstrahlen differentiell an den Vorspannungsspiegel reflektiert werden, und es wird angenommen, daß dieser Effekt dem Vorhandensein der magnetischen Schicht in dem Spiegel zugeordnet werden muß, die durch einen Brechungsindex gekennzeichnet ist, der sowohl reelle als auch imaginäre Teile aufweist Dieser nichtreziproke Verlust oder diese differentielle Reflektivität stört den Ringbetrieb, weil es anzunehmen ist, daß eine unerwünschte Änderung der inneren Vorspannung bei Vorhandensein von Rückstreuungen auftritt Dies wird anhand der folgenden Bemerkungen weiter verständlich. Aus der Rückstreuung eines der schwingenden Lichtstrahlen in dem Ring ergibt sich typischerweise, daß ein Teil des rückgestreuten Anteils in den anderen Lichtstrahl eingekoppelt wird, was eine grundlegende Ursache für eine Modeneinrastung ist, wobei die Amplitude der Rückstreuung proportional zur Amplitude des Lichtstrahls ist von dem sie hervorgerufen wird. Jeder Lichtstrahl kann als ein diskreter Phaser betrachtet werden, wobei die Trennung zwischen diesen Lichtstrahlen die Größe der Oberlagerungsfrequenz darstellt In gleicher Weise kann der rückgestreirte Anteil jedes Lichtstrahls durch einen Phasenvektor dargestellt werden, der immer senkrecht zu dem Phasor steht, mit dem er koppelt Der resultierende Vektor, der von dem ursprünglichen Phasor und dem rückgestreuten Phasenvektor erzeugt wird, stellt daher den entsprechenden Lichtstrahl dar, der sich in jeder Richtung ausbreitet Es ist verständlich, daß, wenn die rückgestreuten Anteile von der gleichen Phase und Amplitude sind, jeder ursprüngliche Phasor im gleichen Ausmaß beeinflußt wird und die Überlagerungsfrequenz daher konstant bleibt Andererseits wird, wenn die in entgegengesetzten Richtungen verlaufenden Lichtstrahlen eine ungleiche Amplitude aufweisen, wie es durch eine differentielle Reflexion hervorgerufen wird, die an einem magnetischen Vorspannspiegel erfolgt, ein großer Anteil der Rückstreuung von dem stärkeren Lichtstrahl in den schwächeren Lichtstrahl eingekpppelt und umgekehrt, mit dem Ergebnis, daß die Frequenzaufspaltung zwischen den Lichtstrahlen geändert wird und somit die nominelle Vorspannung stört Eine ausführliche Beschreibung dieser Kopplungserscheinung ist der US-Patentschrift 36 97 181 zu entnehmen, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ringlaser bzw. einen Vorspannungsspiegel der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die nichtreziproken Verluste unter Aufrechterhaltung einer geeigneten nichtreziproken Phasenverschiebung und absoluten

ίο Reflektivität weitgehend kompensiert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Ringlaser gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen und bei einem magnetischen Vorspan nungsspiegel zur Verwendung als reflektierendes Bauteil des optischen Hohlraums eines Ringlasers durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 5 angegebenen Maßnahmen gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausfühiungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen -,loch näher erläutert In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf einen üblichen Ringlaser, der eine Ausführungsform eines gegenüber nichtreziproken Verlusten kompensierten magnetisch(-a Vorspannungsspiegel einschließt,

F i g. 2 eine Polarkoordination-Darstellung zur Darstellung der Phasen und Amplitudenreflexionseigen- schäften eines magnetischen Vorspannungsspiegels,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Änderung der Totalreflexion und der differentiellen Reflektivität und der Phasenverschiebung als Funktion der Dicke der dieelektrischen Schicht für einen elektrisch beschichte ten magnetischen Vorspannungsspiegel,

Fig.4 eine Draufsicht einer Ausführungsform des magnetischen Vorspannungsspiegels.

Der in F i g. 1 dargestellte Ringlaser umfaßt einen eine geschlossene Schleife bildenden optischen Hohl raum mit einem aktiven Lasermedium 10, dus Brewster-Winkel-Endfester aufweist und das so ausgerichtet ist daß es planpolarisierte, im Uhrzeigersinn (CW) uiid im Gegenuhrzeigersinn (CCW) verlaufende Lichtstrahlen liefert, die parallel zur Ebene des optischen Hohlraums des Ringlasers ausgerichtet sind, der durch die Eckenspiegel 11 — 14 definiert ist die die sich entgegengesetzt ausbreitenden Strahlen entlang eines geschlossenen Umlaufweges 15 umlenken. Wie es für den Fachmann verständlich ist hängt die Wellenlän ge der Lasermoden, die in einem Schwingungszustand gehalten werden, von der Länge der geschlossenen Schleife des Hohlraumes ab. Bei Fehlen jeder Drehung des Rings um eine Achse, die senkrecht zur Ebene dieses Ringes ausgerichtet ist, octer bei Fehlen anderer nichtrezip'oker Phaseneffekte innerhalb des Ringhohlraumes durchlaufen die sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreitenden Strahlen beim Umlauten in dem Hohlraum die gleiche Weglänge und schwingen somit mit der gleichen Frequenz. Bei Vorhandensein

ω einer Drehung oder innerer nichtreziproker Phaseneffekte durchlaufen die sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreitenden Strahlen jedoch eine unterschiedliche Weglänge und schwingen bei unterschiedlichen Frequenzen.

Der Spiegel 12 ist ein magnetisches Vorspannelement von der Art, wie sie in der US-PS 39 27 946 beschrieben ist, wobei die Magnetisierung in einer Richtung parallel zur Ebene des Spiegels und senkrecht zur Ringlaserebe-

ne ausgerichtet ist, wie dies durch den Pfeil 16 gezeigt ist. Die gezeigte Ausrichtung der Lichtpolarisation und der Magnetisierung des Vorspannungsspiegels ergibt einen quermagnetooptischen Kerr-Effekt-Betrieb, der eine Ausbreitung der Lichtstrahlen um don geschlosse- > nen Hohlraumweg ohne eine Verzerrung der Polarisation oder eine Einführung einer Faraday-Drehung ermöglicht. Durch die Wirkung des Vorspannungsspiegels 12 werden selbst ohne eine Ringdrehung nichtreziproke Phasenverschiebungs-Effekte von dem Vorspan- w nungsspiegel erzeugt, so daß die sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreitenden Lichtstrahlen einer Laser-Schwingungsmode auseinander aufgespalten werden und bei unterschiedlichen Frequenzen schwingen, wobei die Größe der Frequenzaufspaltung unter i-> anderem von der Größe der Magnetisierung in dem Vorspannungsspiegel 12 abhängt. Eine Ringdrehung bewirkt dann, daß sich die Frequenzaufspaltung um einen Wert ändert, der proportional zur Drehgeschwindigkeit des Ri[igtf> im, wobei uic Anuciuiig ciiic :-■"» Vergrößerung oder Verringerung gegenüber der Vorspannfrequenz in Abhängigkeit von der Drehrichtung hervorruft, so daß sowohl die Geschwindigkeit als auch die Drehrichtung in einfacher Weise bestimmt werden kann. Die Messung der momentanen Überlagerungsfrequenz wird in üblicher Weise so durchgeführt, daß man einen kleinen Teil der Energie in jedem Lichtstrahl aus dem Hohlraum austreten läßt, beispielsweise durch die Verwendung eines Spiegels 14. der eine Reflektivität von etwas weniger als 100% aufweist. Der Erregungsteil des sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Lichtstrahls wird beispielsweise an einem Spiegel 17 reflektiert und wird teilweise durch einen Strahlspalter 19 auf einen Photodetektor 20 weitergeleitet. In gleicher Weise wird der Erregungsteil des sich im Gegenuhrzeigersinn ausbreitenden Lichtstrahls an einem Spiegel 18 reflektiert und wird darauffolgend teilweise an dem Strahlspalter 19 auf den Photodetektor 20 reflektiert, der diesen Lichtstrahl mit dem sich im Uhrzeigersinn ausbreitenden Lichtstrahl mischt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das eine Frequenz gleich dem Frequenzunterschied zwischen den Lichtstrahlen aufweist.

F i g. 2 ist eine Polarkoordinatendarstellung der Reflexions- und Phaseneigenschaften eines magneti- <5 sehen Vorspannungsspiegels. R stellt die Größe der Reflexion an dem nichtmagnetischen metallischen oder dielektrischen Spiegel für einen Lichtstrahl dar, der unter einem bestimmten willkürlichen Phasenwinkel Φ angenommen ist. Dies heißt mit anderen V/orten, daß im Fall eines nichtmagnetischen Spiegels und unter der Annahme, daß küine nichtreziproken Phasenverschiebungseffekte in dem Ring vorhanden sind, so daß die sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreitenden Lichtstrahlen mit der gleichen Frequenz schwingen, jeder der Strahlen durch einen Vektor R mit einem Winkel Φ dargestellt werden kann. Das gewünschte Ergebnis im Fall eines magnetischen Vorspannungsspiegels würde darin bestehen, daß der Absolutwert der Reflektivität R entsprechend den gestrichelten Vektor- «> linien 21 und 22 modifiziert würde, die senkrecht zu R ausgerichtet sind, um eine resultierende gleiche Reflektivität für die sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreitenden Lichtstrahlen hervorzurufen, die durch Rccw und Rcw dargestellt sind, und die jeweils um *>5 —ΔΦ und +ΔΦ gegenüber R für eine gesamte nichtreziproke oder differentielle Phasenverschiebung von 2 ΔΦ phasenverschoben sind. Das Vorhandensein des magnetischen Materials in dem Vorspannungsspiegel 12 bewirkt jedoch, daß die Vektoren 21, 22 tatsächlich gegenüber R verkippt sind, wie es durch die Vektoren 2Γ und 22' dargestellt ist, so daß die sich ergebenden Vektoren /?/wrr»und Rmcw, die die jeweiligen sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreitenden Lichtstrahlen darstellen, nicht reziprok phasenverschoben sind und eine ungleiche Amplitude aufweisen. Daher ruft der magnetische Vorspannungsspiegel 12, der die gewünschte nichtreziproke Phasenverschiebung ergibt, gleichzeitig eine differentielle Reflektivität oder einen nichtreziproken Verlust hervor, der, wie es weiter ' oben erläutert wii de, mit hoher Wahrscheinlichkeit bei Vorhandensein von Rückstreuungen eine sich ändernde innere Vorspannung ergibt. Eine Kompensation zur Beseitigung oder wirksamen Aufhebung des nichtreziproken Verlustes wird bei der hier beschriebenen Ausführungsform dadurch erreicht, daß die Dicke einer dielektrischen Schicht, die über der magnetischen

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ausgewählt wird.

F i g. 3 ist eine graphische Darstellung der Reflexionsund Phasenverschiebungseigenschaften einer Ausführungsform des magnetischen Vorspannungsspiegels. Die dargestellten Kruven beziehen sich auf einen Vorspannungsspiegel, der ein Trägersubstrat umfaßt, das auf einer Oberfläche mit einer ferromagnetischen Schicht beschichtet ist, wie z. B. Eisen mit einer Dicke von 2C Λ A, auf die acht Schichten von Zinksulfid und Kryolit als typische dielektrische Materialien aufgeschichtet sind. Die äußeren von der magnetischen ₍ Schicht entfernten sieben Schichten sind vorzugsweise in ihrer Dicke so eingestellt, daß sich eine maximale Lichtreflektivität ergibt, wie es ausführlicher in Verbindung mit F i g. 4 erläutert wird. Die der magnetischen Schicht benachbarte Schicht ist andererseits in der Dicke so eingestellt, wie es erforderlich ist, um nichtreziproke Verlusteffekte aufzuheben oder im wesentlichen zu beseitigen, und zwar in Übereinstimmung mit geeigneten üblichen Maßnahmen in bezug auf die absolute oder Totalreflektivität und die differentielle Phasenverschiebung, wie es im folgenden erläutert wird.

Die Reflexions- und Phaseneigenschaften nach F i g. 3 sind als Funktion der Phasendicke der dielektrischen Schicht benachbart zur magnetischen Schicht des Vorspannungsspiegels aufgetragen. Die Phasendicke irgendeiner Schicht ist selbstverständlich auf die Lichtwellenlänge, den Weg des Lichtes durch die Schicht und den Brechungsindex dieser Schicht bezogen. Es ist aus der graphischen Darstellung zu erkennen, daß die absolute oder Totalreflektivität R einen Maximalwert Rmtx erreicht, der in diese.ii Fall angenähert mit der Phasendicke zusammenfällt, bei der eine Überkreuzung der differentiellen Reflektivität AR _>; und der nichtreziproken Phasenverschiebung ΔΦ Sj auftritt, eine Phasendicke, die bei ungefähr 73° liegt Die allgemeine Form der verschiedenen Kurven bleibt ungefähr für andere dielektrische und magnetische Materialien, Kombinationen hiervon und Anzahl von ; Schichten gleich, obwohl die Absolutwerte, die Nullach- ΐ sen-Oberkreuzungen und die Neigungen sich in ':.\ gewissem Ausmaß ändern. In jedem Fall kann eine ■ ; nichtreziproke Verlustkompensation wie im dargestell ten Fall erzielt werden, weü es zu erkennen ist, daß die c Kurve für die differentielle Reflektivität AR die ^ Nullachse bei einem bestimmten Wert der Phsjsendicke ί für die dielektrische Schicht benachbart zur magneti- Z- schen Schicht überkreuzt, und zwar in dem dargestellten :

Fall ungefähr bei 27°. Es ist zu erkennen, daß die absolute Reflektivität an diesem Punkt etwas niedriger ist, jedoch weiterhin größer als 96% ist und daher für einen Ringlaserbetrieb ausreichend ist, während die differentielle Phasenverschiebung ΔΦ verglichen mit ihrem Wert am Punkt der maximalen Reflexion vergrößert ist. Eine Abweichung von der exakten dargestellten Phasendicke zur Erzielung eines nichtreziprokeif. Verlustes von Null kann zugelassen werden, um eine etwas vergrößerte absolute Reflexion oder nichtreziproke Phasenverschiebunp zu erzielen, wenn dies erwünscht ist, und dies hängt selbstverständlich von der Neigung dor AR-Kur\e in der Nähe der Nullachsen-Überkreuzung ab, d. h. für eine Kurve für die differentielle Reflektivität, die eine geringe Neigung in der Nähe der Nullachsen-Überkreuzung aufweist, können größere Abweichungen erfolgen, um eine spezielle Totalreflexion oder nichtreziproke Phasenverschiebung zu erzielen, wenn dies erwünscht ist, ohne einen n

ren. Die in Fig. 3 dargestellten Kurven wurden durch eine Computer-Berechnung von Gleichungen gewonnen, die die absolute Reflektivität und die differentielle Reflektivität und die Phasenverschiebung als Funktionen der Phasendicke der dielektrischen Schicht, die als die unabhängige Variable betrachtet wurde, definieren. Ein entsprechend der aufgezeichneten Daten aufgebauter Vorspannungsspiegel kann dadurch zur Bestätigung der theoretischen Messungen getestet werden, daß die Intensität und die relative Phase von Lichtstrahlen gemessen wird, die auf den Vorspannungsspiegel so gerich Jt werden, wie sie gerichtet werden, wenn der Vorspannungsspiegel in den Ringlaser eingesetzt ist.

In F i g. 4 ist ein Vorspannungsspiegel mit Einrichtungen zur Erzielung einer nichtreziproken Phasenverschiebung ohne gleichzeitige nichtreziproke Verluste oder mit zumindest weitgehend verringerten Verlusten dargestellt, das ein Träger- oder Substratelement 23 aus einem Material wie z. B. Quarz, Glas oder Aluminium, eine magnetische Schicht 24 aus ferromagnetischem Material, wie z. B. Eisen, und eine Anzahl von dielektrischen Schichten 25a—25/" mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex umfaßt. Die dielektrischen und magnetischen Schichten haben typischerweise eine Dicke von ungefähr 3000 A und können auf dem Substrat entsprechend üblicher Techniken abgeschieden werden, jede der dielektrischen Schichten 25a—25e weist eine derartige Phasendicke für die Wellenlänge und den Lichtweg der durch sie verläuft auf, daß das von der hinteren Oberfläche jeder Schicht reflektierte Licht in Phase mit dem von der vorderen Oberfläche reflektierten Licht ist Die abwechselnd hohen und niedrigen Brechungsindizes der aufeinanderfolgenden Schichten ergeben eine geeignete Impedanzanpassung zur Sicherung der gewünschten Reflexionseigenschaftea Somit wird, wenn der Vorspannungsspiegel in dem Ring so ausgerichtet ist, daß die Uhrzeigersinn- und Gegenuhrzeigersinn-Strahlen zuerst auf die Schicht 25a mit dem hohen Brechungsindex, die einen Brechungsindex höher als der Luftweg der Ringstrahlen aufweist, auftreffen, von der vorderen Oberfläche dieser Schicht reflektiertes Licht mit einer Phasenverschiebung von 180° reflektiert, während der Teil des Lichtes, der von der hinteren Oberfläche an der Grenzschicht der Schichten 25a und 256 reflektiert wird, mit einer Phasenverschiebung von Null reflektiert wird. Das von der hinteren Oberfläche reflektierte Licht durchläuft jedoch eine zusätzliche Phasenlänge von

180° beim zweimaligen Durchlaufen der Schicht 2Sa(V₄ Wellenlänge dick) und ist daher in Phase mit dem um 180" phasenverschobenen Licht, das von der vorderen Oberfläche reflektiert wird. In gleicher Weise wird das von der hinteren Oberfläche der Schicht 25 an der Grenzschicht mit der vorderen Oberfläche der Schicht 25c mit hohem Brechungsindex mit einer 180°-Phasenverschiebung reflektiert, worauf nach dem Zurücklaufen zur Grenzschicht der Schichten 25a und 256 das Licht in Phase mit dem von dieser Grenzschicht reflektierten Licht ist. Die gleiche Wirkung erfolgt an den Grenzschichten jeder der Schichten 25a bis 25e. wodurch die Gesamtreflexion von diesen Schichten maximal gemacht wird. Die Phasendicke der letzten dielektrischen Schicht 25f ist jedoch nicht zur Maximierung der Totalreflektivität ausgewählt, sondern vielmehr, wie es weiter oben erläutert wurde, so, daß der nichtreziproke Verlust oder die differentielle Reflektivität der sich in entgegengesetzten Richtungen ausbreitende" Lichtstrahlen vs

iii^ert oder \virks2m beseiti"*

wird, selbst unte·· Inkaufnahme einer gewissen Verschlechterung der Gesamtlichtreflexion. Die Reflektivität der magnetischen Schicht ist typischerweise kleiner als 70% und sogar so niedrig wie 40% und ist daher

2> allgemein an sich ungeeignet für die Konstruktion eines Ringlaser-Eckenspiegels, wenn nicht gewisse Maßnahmen getroffen werden, wie z. B. die dielektrischen Schichten zur Vergrößerung der Gesamtreflektivität auf ungefähr 90% und vorzugsweise auf mehr als 95%.

Im Hinblick auf die niedrige Reflektivität der magnetischen Schicht und ihrer effektiv größeren Dic!:e, die sich aus ihrer größeren Absorption pro Einheit der Dicke als den dielektrischen Schichten ergibt, erfolgt der größte Teil der Lichtreflexion an der magnetischen Schicht in

Jj der Nähe der vorderen Oberfläche oder lediglich nach einem geringfügigen Eindringen in die Schicht. Daher ist die Phasenbeziehung zwischen dem von den vorderen und hinteren Oberflächen der magnetischen Schicht reflektierten Licht von geringer oder keiner Bedeutung.

Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß jede der dielektrischen Schichten 25.3—25e unter Ausschluß der der magnetischen Schicht 24 benachbarten Schicht 25/" eine Phasendicke für einen Durchlauf der Lichtwellenlänge und Lichtwegrichtung von 90° aufweist, was einer

J- gesamten Vorwärts- und Rückwärts-Phasendicke von 180° entspricht, um die Absolut- oder Total-Reflektivität zur Kompensation der geringen Reflektivität der magnetischen Schicht zu verbessern. Die dielektrische Schicht 25f benachbart zur magnetischen Schicht 24

>o weist andererseits eine gesamte Vorwärts- und Rückwärts-Phasendicke auf, die so ausgewählt ist, daß der nichtreziproke Verlust beseitigt wird, der durch das Vorhandensein der magnetischen Schicht 24 eingeführt ist, während die Dicke der letzteren ausreichend groß gemacht ist, so daß im wesentlichen kein Licht von der hinteren Oberfläche dieser Schicht reflektiert wird.

Wie es in der US-PS 39 27 946 erläutert ist, kann die magnetische Schicht aus einem Material hergestellt sein, das eine Rechteckschleifen-Hysteresis-Eigenschaft auf weist, so daß es einen hohen Grad von magnetischer Remanenz aufweist, wobei in diesem Fall der Vorspannungsspiegel nur einmal zu Anfang magnetisiert werden muß, um die remanente Magnetisierung auszubilden. Im Fall von anderen Materialien mit niedriger Remanenz

ö5 müssen jedoch Einrichtungen zur kontinuierlichen Magnetisierung des Vorspannungsspiegels vorgesehen sein. In jedem Fall kann es, selbst wenn das Material einen hohen Remanenzgrad aufweist, erwünscht sein,

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ρ 24 00 346

R; 9 ΙΟ

Maßnahmen vorzusehen, wie z. B. einen Magnet in der indizes, deren Werte in Klammern angegeben sind, und

: Nähe des Vorspannungsspiegels, um die Magnetisie- die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung

j:·', rung umzukehren, um eine Vorspannungsumkehr zu geeignet sind, sin·; Zinksuifid (2,3), Germanium (4,0) und

;';■ erzielen. Silberchlorid (2,06). Materialien, die relativ niedrige

?': In bezug auf die dielektrischen Schichten 25a—25f 5 Brechungsindizes haben, und die ebenfalls zur Verwen-

£{ gilt, daß die Reflexionskoeffizienten der jeweiligen dung mit der Erfindung geeignet sind, sind Kryolith

Yh Oberflächen um so größer sind, je größer der (1,3—1,33), Magnesiumfluorid (MgF₂) (1,38—1,40) und

r Unterschied in den Brechungsindizes der benachbarten Kalziumfluorid (1,23—1,28).

fei Schichten ist. Miterialien mit relativ hohen Brechungs-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   1, Ringlaser mit Einrichtungen, die einen optischen Hohlraum in Form einer geschlossenen Schleife bilden und eine aktive Lasereinrichtung zur Lieferung von in entgegengesetzten Richtungen umlaufenden Lichtstrahlen einschließen, die sich entlang eines geschlossenen Umlaufweges im optischen Hohlraum ausbreiten und parallel zur Auftreffebene der Lichtstrahlen auf einem lichtreflektierenden mehrschichtigen Frequenzvorspannelement planpolarisiert sind, wobei das Frequenzvorspannelement einen Teil der den optischen Hohlraum bildenden Einrichtungen darstellt, den Lichtstrahlen eine nichireziproke Phasenverschiebung erteilt und eine is in eine Richtung senkrecht zur Auftreffebene der in entgegengesetzten Richtungen umlaufenden Lichtstrahlen magnetisierbare Schicht sowie eine Vielzahl von dielektrischen Schichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex aufweist, die übereinander auf der magnetisierbaren Schicht aufgeschichtet sind, wobei die Lichtstrahlen zuerst auf die dielektrischen Schichten und dann auf die magnetisierbare Schicht auftreffen, dadurch gekennzeichnet, daß die der magnetisiert^- ren Schicht (24) benachbarte dielektrische Schicht (25i^ eine Stärke aufweist, die in Abhängigkeit von dem Brechungsindex dieser benachbarten dielektrischen Schicht {25f) und der Wellenlänge der Lichtstrahlen sowie dem Auftreffwinkel der Lichtstrahlen auf das lichtreflektierende mehrschichtige Frequenzvorspannelement (12) derart bestimmt ist, daß im wesentlichen nichtreziproke Verluste beseitigt werden, die an dem mehrschichtigen Frequenzvorspannelement (12) aufgrund des Vorhandenseins der magnetisierbaren Schieb" (24) auftreten, während die von dieser hervorgerufene nichtreziproke Phasenverschiebung aufrechterhalten wird, und daß die übrigen dielektrischen Schichten (25a—25e) jeweils eine Phasenstärke von ungefähr 180° für die gesamte Vorwärts- und Rückwärts-Weglänge der sich durch sie hindurch ausbreitenden in entgegengesetzten Richtungen umlaufenden Lichtstrahlen derart aufweisen, daß die absolute Reflexion ties lichtreflektierenden mehrschichtigen Frequenzvorspannelementes (12) gegenüber der der magnetisierbaren Schicht (24) vergrößert ist
2. 2. Ringlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbare Schicht (24) aus einem magnetisch sättigbarem Material aufgebaut so ist
3. 3. Ringlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbare Schicht (24) eine in Abhängigkeit von ihrer Lichtabsorptionseigenschaft bestimmte Stärke derart aufweist, ss daß Licht, das nicht von dem den dielektrischen Schichten (25a-25/? benachbarten Oberflächenbereich der magnetisierbaren Schicht (24) reflektiert wird, beim Hindurchlaufen durch die magnetisierbare Schicht (24) im wesentlich absorbiert wird.
4. 4. Ringlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der magnetisierbaren Schicht (24) in der Richtung der Lichtstrahlausbreitung derart ist, daß lediglich von der vorderen Oberfläche der magnetisierbaren Schicht (24) und von dem Bereich etwas hinter den dielektrischen Schichten (25a—25/Ji nicht jedoch von der gegenüberliegenden Oberfläche der magnetisierbaren Schicht (24) reflektiertes Licht die nichtreziproken Verlust- und Phaseneffekte hervorruft

   5, Magnetischer Vorspannungsspiegel zur Verwendung als reflektierendes Bauteil des optischen Hohlraums eines Ringlasers, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannungsspiegel (12) ein Substrat

   (23) einschließt, das mit einem Film aus magnetisierbarem Material (24) beschichtet ist, auf dem eine Anzahl von dielektrischen Schichten (25g -25JJ mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex abgeschieden ist, daß die der magnetisierbaren Schicht (24) benachbarte dielektrische Schicht (25$ einen derartige Stärke aufweist, daß die differentiel-Ie Reflektivität der auf den Vorspannungsspiegel (12) auftreffenden in entgegengesetzten Richtungen umlaufenden Lichtstrahlen, die durch die magnetisierbare Schicht (24) hervorgerufen wird, die den Lichtstrahlen eine differentielle Phasenverschiebung erteilt im wesentlichen aufgehoben ist, und daß die Stärke jeder der übrigen dielektrischen Schichten (25a—25ς; derart ist, daß die Reflektivität des Vorspannungsspiegels (12) gegenüber der der magnetisierbaren Schicht (24) vergrößert und so die niedrige Reflektivität der magnetisierbaren Schicht

   (24) kompensiert ist