DE2627585B2 - Gasentladungslaser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasentladungslaser mit Resonatorspiegeln an den Enden des das stimulierbare Gasmedium enthaltenden Gasentladungsrohres und mit einem transversalen homogenen Magnetgleichfeld zur linearen Polarisation seiner Laserstrahlung.

Ein derartiger Gasentladungslaser ist aus »Review of Scientific Instruments«, 40, Mai 1969, S. 727-8 bekannt, wobei das genannte transversale Magnetfeld eine Stärke von 500 bis 1000 Gauss ( = 0,05 bis 0,1 T) über 3 bis 6 cm der Entladung aufweist. Das Magnetfeld wird dadurch erhalten, daß ein Dauermagnet in der Nähe des Gasentladungsrohres angeordnet wird. Dabei wird eine befriedigende lineare Polarisation des aus dem Laser austretenden Lichtes erhalten, wobei die Orientation und die Lage des Magnetfeldes, wie gefunden wurde, nicht kritisch sind. Untersuchungen, die zu der Erfindung führten, ergaben, daß bei diesen früher durchgeführten Versuchen sehr stark isotrope Reflektoren verwendet sein müssen, weil sonst starke Änderungen des Polarisationsgrades bei einer sich ändernden Orientation des Magnetfeldes in einer zu der Achse der Laserröhre senkrechten Ebene auftreten.

Derartige isotrope Reflektoren lassen sich schwer herstellen und sind somit kostspielig und also für vielfache Anwendung nicht attraktiv.

Auch ist es bekannt, daß Laser mit einer guten linearen Polarisation dadurch erhalten werden können, daß statt eines Magnetfeldes ein oder mehr Brewsterfenster im Laser angewendet werden. Dabei sind etwaige Spiegelanisotropien kaum bedenklich. Ein Problem bei der Konstruktion eines derartigen Lasers ist jedoch, daß der optischen Güte der Brewsterfenster hohe Anforderungen gestellt werden müssen und daß dennoch immer infolge zusätzlicher Verluste die Ausbeute niedriger sein wird.

Die Erfindung bezweckt, eine Laserkonstruktion zu schaffen, bei der mittels eines transversalen Magnetfeldes eine befriedigende lineare Polarisation des Laserlichts in einer vorhersagbaren Richtung erhalten wird, ohne daß der Isotropie der Reflektoren hohe Anforderungen gestellt v/erden.

Ein Gasentladungslaser der eingangs genannten Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichet, daß zwei phasenanisotrope (doppelbrechende) Reflektoren verwendet sind, wobei die Richtungen der Anisotropieachsen der beiden Reflektoren nahezu zusammenfallen oder nahezu senkrecht aufeinander stehen und die Richtung des Magnetfeldes nahezu mit einer der Anisotropieachsen dei Reflektoren zusammenfällt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der ungünstige Einfluß der Phasenanisotropie der Spiegel auf die lineare Polarisation des Laserbündels erheblich herabgesetzt wird, wenn die Anisotropieachsen der Laserspiegel mit der Richtung des (polarisierenden) transversalen Magnetfeldes wenigstens nahezu zusammenfallen (bzw. nahezu senkrecht auf dieser Richtung stehen). Unter den Anisotropieachsen der Laserspiegel sind also die Achsen zu verstehen, zwischen denen der optische Weglängenunterschied in der Laserröhre in Richtung der Achse der Laserröhre maximal ist. Die doppelbrechenden Eigenschaften entstehen, da die Schichten der Reflektoren nicht senkrecht aufgedampft werden. Die Aufdampfrichtung ist fast immer schief. Durch das Anbringen von Markierungen auf den Reflektoren während des Aufdampfverfahrens, legt man die Aufdampfrichtung der Reflektoren fest. Danach wird der maximale Weglängenunterschied (Phasenverschiebung) für einen Reflektor bestimmt und damit werden die Anisotropieachsen auch der übrigen markierten Reflektoren festgelegt.

Ein derartiges Mehrschichtenpaket wird dadurch hergestellt, daß abwechselnd dielektrische Schichten mit einer hohen und niedrigen Brechungszahl aufge-

jo dampft werden.

Indem nun die Spiegel mit den Anisotropieachsen in der gewünschten Richtung auf der Laserröhre angebracht werden, wird, wie auch Experimente bestätigt haben, ein Laser mit einer guten Linearität der Polarisation in einer zuvor festgelegten Richtung erhalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Eb zeigt
Fig. 1 verschiedene mögliche Orientationen der Anisotropieachsen in bezug auf das angelegte transversale Magnetfeld,

Fig. 2 die Weise, in der die Polarisation des Laserlichtes von dem Winkel φ abhängt, den das transversale Magnetfeld mit den Anisotropieachsen der Reflektoren einschließt.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Laser. Unmittelbar auf dem vorzugsweise zylinderförmigen Teil der Gasentladungsröhre, der die Laserröhre 1 bildet, sind Reflektoren 2 und 3 mit reflektierenden Mehrschichtenpaketen 6 und 7 mit Hilfe eines abdichtenden Kittes 8 befestigt. Senkrecht zu der Achse der Laserröhre 1 ist ein transversales Magnetfeld B angelegt. Auf den Reflektoren sind schematisch die Anisotropieachsen 4 und 5 angegeben. Die verschiedenen Orientationen der Anisotropieachsen und des Magnetfeldes, die nach der Erfindung angewandt werden können, sind in den Fig. la, b, c und d dargestellt.

Im Falle eines He-Ne-Lasers sind bei einem starken transversalen Magnetfeld ß von etwa 1000 Gauss

_bo (= 0,1 T) alle Lasermoden in Richtung dieses Magnetfeldes polarisiert. Ein derartiger Laser kann z. B. folgende Laserparameter besitzen:
Länge Laserrohr etwa 250 mm

Länge aktiver Ladung etwa 205 mm

Strom durch die Entladung 6,4 mA
Innendurchmesser Laserrohr ± 1,8 mm
Gasfüllung 15% Ne

85 % He

Gasdruck 2,3 Torr (= 306 Pa)

Resonatorkonfiguraticn nahezu hemisphärisch
Ausgangsleistung 1 bis 2 mW bei 6328 Ä

(= 632,8 nm)

Einer der Laserspiegel, und zwar der Ausgangsspiegel, weist eine Durchlässigkeit von etwa 1 % auf. Ein homogenes transversales Magnetfeld kann mit Hilfe zweier zu beiden Seiten der Laserröhre liegender Magnetpolschuhe erhalten werden.

Fig. 2 zeigt, wie die Polarisation des Laserlichtes von dem Winkel φ abhängt, den das transversale Magnetfeld mit den Anisotropieachsen der Reflektoren einschließt. Als Ordinate ist das Verhältnis der maximalen Intensität I_max zu der minimalen Intensität l_min des vom Laser stammenden Laserbiindels nach Durchgang durch einen Polarisator aufgetragen. Die hier dargestellten Messungen sind an einem He-Ne-Laser mit einem transversalen Magnetfeld von etwa 1Ü00Gauss (0,1 T)-überdie vollständige Länge (20 cm) der Gasentladung — durchgeführt, in diesem in Fi g. 2 dargestellten Fall verlaufen die entsprechenden Anisotropieachsen der Reflektoren nahezu zueinander parallel. Die Phasenanisotropie der Spiegel, die in dem optischen Weglängenunterschied längs der beiden Anisotropieachsen ausgedrückt werden kann, liegt hier in der Größenordnung von 1 A.

In der Situation, in der die entsprechenden Anisotropieachsen der Reflektoren nahezu zueinander parallel sind (Fig. 1 a und c), wird eine sehr gute lineare Polarisation (Verhältnis l_m

größer als 2000 : 1) in der Nähe von φ = 0 und φ = V₂ erhalten, d. h. daß das Magnetfeld zu einer der Anisotropieachsen parallel ist.

Es stellt sich heraus, daß die Anisotropieachsen sogar -iinen kleinen Winkel miteinander einschließen dürfen, ohne daß dadurch die Linearität der Polarisation beeinträchtigt wird. Dieser Winke! ist von der Größe der Spiegelanisotropien und von der gewünschten Linearität der Polarisation abhängig (sogar

ίο bei einem Winkel bis zu 10° ist in vielen Fällen das Verhältnis I_max : I_min größer als 500 : 1). Das Anbringen der Reflektoren ist dadurch verhältnismäßig einfach und das Festlegen der Anisotropierichtungen während der Herstellung nicht besonders kritisch.

Wenn die entsprechenden Anisotropieachsen der Reflektoren wenigstens nahezu senkrecht aufeinander stehen (Fig. Ib und d), stellt sich heraus, daß die Linearität der Polarisation durchschnittlich besser als in dem im vorhergehenden Absatz erwähnten Fall ist.

Ein Nachteil dieser den Fi g. 1 b und d entsprechenden Situation ist jedoch, daß der Winkel, bei dem das Verhältnis I_max : l_min maximal ist, sehr stark von φ = 0 bzw. φ = '^T/₂ abweichen kann, wenn die Anisotropieachsen nicht sehr genau zueinander senkrecht sind.

Die Erfindung ermöglicht es, einfache und preiswerte Gasentladungslaser mit einer sehr guten linearen Polarisation des Laserlichts in einer genau definierten Richtung herzustellen, dadurch, daß die festgelegten Anisotropierichtungen der Laserspiegel benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gasentladungslaser mit Resonatorspiegeln an den Enden des das stimulierbare Gasmedium enthaltenden Gasentladungsrohres und mit einem transversalen homogener. Magnetgleichfeld zur linearen Polarisation seiner Laserstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei phasenanisotrope (doppelbrechemde) Resonatorspiegel (6, 7) verwendet sind, wobei die Richtungen der Anisotropieachsen der beiden Spiegel wenigstens nahezu zusammenfallen oder nahezu senkrecht aufeinander stehen und die Richtung des Magnetfeldes mit einer der Anisotropieachsen der Spiegel nahezu zusammenfällt.