DE2725833A1 - Gasentladungslaser und wiedergabevorrichtung zum auslesen von information, die mit einem derartigen gasentladungslaser versehen ist - Google Patents
Gasentladungslaser und wiedergabevorrichtung zum auslesen von information, die mit einem derartigen gasentladungslaser versehen istInfo
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Description
PHN. 8*4 2?. 12.2.1977.
VVÄ2?5833
Gasentladungslaser und Wiedergabevorrichtung zum Auslesen von Information, die mit einem derartigen Gasentladungslaser
versehen ist
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasentladungslaser mit einem Laserrohr mit einer an beiden Enden abgedichteten
longitudinalen Bohrung, wobei dieses Rohr mit einem Gas gefüllt ist, in dem ein aktives Lasermedium
aufgenommen ist, das in einem optischen Resonator, der durch mindestens zwei Mehrschichtenspiegel gebildet wird,
aktiviert wird, wobei diese Mehrschichtenspiegel aus einer Anzahl Schichten mit einer hohen und einer niedrigen
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komplexen Brechungszahl zusammengesetzt sind, die auf
einem Substrat angebracht sind.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers, auf
den Information, z.B. Bild- und/oder Toninf orination, in
einer optisch auslesbaren Informationsstruktur aufgezeichnet
ist, wobei diese Vorrichtung einen Gasentladungslaser der im ersten Absatz genannten Art und ein Objektivsystem
enthält, mit dessen Hilfe der Laserstrahl über den Aufzeichnungsträger einem strahlungsempfindlichen Detektionssystera
zugeführt wird.
Ein Gasentladungslaser der im ersten Absatz genannten Art ist aus der offengelegten niederländischen
Patentanmeldung 7 ^02 6°-1 bekannt, in der ein He-Ne-Gaslaser
beschrieben ist, bei dem die Mehrschichtenspiegel unmittelbar auf den Enden des Laserrohres befestigt sind, so dass
sie zugleich die Vakuumabdichtung des Entladungsraumes bilden. Das Laserrohr ist durch Querrohre mit Elektrodenräumen
ausserhalb des Laserrohres verbunden. In dem Laserrohr wird eine Entladung zwischen den Elektroden durch
das Anlegen eines Potentialunterschiedes zwischen den Elektroden eingeleitet, wobei durch stimulierte Emission
ein Laserstrahl erzeugt wird.
Gasentladungslaser haben einen grossen Anwendungsbereich. Sie werden häufig in Messvorrichtungen, wie
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Interferometern, u.dgl., verwendet. Auch finden sie
Anwendung in Vorrichtungen zum Auslesen von Aufzeichnungsträgern,
auf die Information, z.B. Bild- und/oder Toninformation, in einer optisch auslesbaren Informationsstruktur,
aufgezeichnet ist. Sie bilden darin eine monochromatische
Strahlungsquelle, die ein Lichtbündel emittiert, das auf den Aufzeichnungsträger fällt und von diesem in einem
Detektionssystem reflektiert wird. Eine derartige Vorrichtung ist u.a. in "Philips Technische Rundschau" 33, Nr. 7,
S. 198-202 beschrieben. Darin wird u.a. bemerkt, dass es notwendig ist, dafür zu sorgen, dass nicht eine zu grosse
Menge des an der Plattenoberfläche reflektierten und
modulierten Lichtes in den Laser zurückkehren kann. Diese Rückkopplung würde nämlich unerwünschte Schwankungen
in der Ausgangsleistung des Lasers herbeiführen.
Falsches Licht, das an Einzeiteilen der Vorrichtung,
wie dem Auskopplungsspiegel, reflektiert wird, kann an der Stelle des Detektors mit dem primären Bündel
interferieren und dabei zu sehr tiefer Modulation des
Detektorsignals führen.
Derartige Schwankungen der Ausgangsleistung und eine derartige Modulation sind in vielen Fällen auch bei
anderen Anwendungen, wie in Interferometern, unerwünscht.
In der DT-OS 26 22 56Ο ist beschrieben, dass,
indem in dem Strahlungsweg des Auslesebündels einer
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Auslesevorrichtung der im zweiten Absatz beschriebenen Art ein Strahlungsschwächendes Element angeordnet wird, die
zufälligen Intensitätsmodulationen in dem Auslesebündel, die auf unerwünschte Reflexionen in dem Strahlungsweg
zurückzuführen sind, erheblich herabgesetzt werden können. Das Strahlungsschwächende Element ist vorzugsweise auf dem
Substrat des Auskopplungsspiegels in Form eines Absorptionsfilters angebracht. Es stellt sich aber heraus, dass diese
Massnahme nicht optimal ist, während ausserdem die Verlustleistung
gross ist.
Die Erfindung bezweckt denn auch, einen Gasentladungslaser anzugeben, bei dem unerwünschte Schwankungen
in der Ausgangsleistung und unerwünschte Modulationen nahezu vermieden werden und der Auskopplungsspiegel auf
der Aussenseite eine sehr geringe Reflexion falschen Lichtes aufweist, während die Reflexion auf der Innenseite
des Auskopplungsspiegels im allgemeinen sogar noch etwas zunimmt und .die Verlustleistung minimal ist.
Der Gasentladungslaser nach der Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtenspiegel,
durch den der von dem Gasentladungslaser erzeugte Laserstrahl den Laser verlässt, (der sogenannte Auskopplungsspiegel)
mit einem Strahlungsschwächenden Film versehen ist, die zwischen den Schichten angeordnet ist, wobei zwischen
dem Strahlungsschwächenden Film und dem Substrat mindestens
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eine Schicht und höchstens fünf Schichten liegen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde,
dass in dem Mehrschichtenspiegel auf diese Weise ein Hohlraumresonator
gebildet wird, in dem das falsche reflektierte Licht eingefangen und von dem s tralilungsschwächenden Film
geschwächt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines derartigen Gasentladungslasers nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass auf das Substrat des Auskopplungsspiegels
nacheinander eine Schicht mit einer hohen komplexen
Brechungszahl, eine Schicht mit einer niedrigen komplexen Brecliungszahl, der Strahlungsschwächende Film, eine Schicht
mit einer niedrigen komplexen Brechungszahl und eine
Anzahl von Schichten mit abwechselnd einer hohen und
Anzahl von Schichten mit abwechselnd einer hohen und
einer niedrigen komplexen Brechungszahl aufgebracht sind.
Der iitrahlungsschwächende Film ist vorzugsweise
ein Metallfilm mit einer optischen Dicke zwischen 0,017\
und 0,03 7\ » wobei Λ die Wellenlänge des erzeugten Laserlichts darstellt. Dieser Film kann aber auch aus einem
und 0,03 7\ » wobei Λ die Wellenlänge des erzeugten Laserlichts darstellt. Dieser Film kann aber auch aus einem
Cermet bestehen. Bei einem Metallfilm mit einer optischen Dicke von 0,02 X wurden optimale Ergebnisse erzielt.
Ein derartiger Metallfilm kann vorzugsweise aus einem oder mehreren Metallen zusammengesetzt werden, die
aus der durch Ti, Ag, Cr, Al, Mg und Ni gebildeten Gruppe gewählt sind.
aus der durch Ti, Ag, Cr, Al, Mg und Ni gebildeten Gruppe gewählt sind.
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Ein Gasentladungslaser dei" beschriebenen Art
eignet sich besonders gut zur Anwendung in einer Vorrichtung
zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers der im zweiten
Absatz beschriebenen Art, weil dabei die genannten Schwankungen und Modulationen, die ohne die Anwendung der
Erfindung auftreten, die Wirkung beeinträchtigen würden.
Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
■ϊ Fig. 1 schematisch einen Gasentladungslaser nach
der Erfindung,
Fig. 2 ein Diagramm eines bekannten 21-Schichtenspiegels,
Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform eines
Auskopplungsspiegels nach der Erfindung, und Fig. k eine Anwendung des Gasentladungslasers in
einer Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers.
In Fig. 1 ist schematisch ein Gasentladungslaser nach der Erfindung dargestellt. Unmittelbar auf dem
vorzugsweise zylindrischen Teil der Gasentladungsröhre, der das Laserrrohr 1 bildet, sind Mehrschichtenspiegel 2
und 3 mit Hilfe eines Zweikomponentenkitts 26 befestigt.
Diese Mehrschichtenspiegel 2 und 3 bestehen aus Substraten k
und 5» auf die Mehrschichtenpakete 6 und 7 z.B. durch Aufdampfen angebracht sind. Mit Hilfe der in Seitenrohren
liegenden Elektroden 2k und 25 wird eine Entladung in dem
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Laserrohr erzeugt. Durch stimulierte Emission wird ein
Laserstrahl erhalten, der über den Auskopplungsspiegel 3 den Laser verlässt. Der beschriebene Laser weist folgende
Laserparameter auf:
Länge Laserrohr etwa 250 mm
Länge der aktiven Entladung etwa 205 mm
Strom durch die Entladung 6,k mA
Innendurchmesser Laserrohr _+ 1»8 mm Gasfüllung 15 # Ne, 85 % He
Gasdruck 2,3 Torr
Resonatorkonfiguration nahezu hemisphärisch
ο Ausgangsleistung 1-2 mV bei 6328 A.
Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf He-Ne-Laser vom obenbeschriebenen Seitenrohrtyp beschränkt,
sondern auch bei sogenannten koaxialen Lasern und bei bekannten Lasern angewandt werden kann, bei denen
die Mehrschichtenspiegel des Resonators sich in einiger Entfernung von dem mit Brewsterfenstern verschlossenen
Laserrohr befinden.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Diagramm eines bekannten 21-Schichtenspiegels. Die erste Schicht -9 auf
dem Glassubstrat (s)8 ist im allgemeinen eine Schicht mit einer hohen komplexen Brechungszahl (h). Die nächstfolgenden
Schichten weisen abwechselnd eine niedrige (l) und eine hohe (h) komplexe Brechungszahl auf. Da die
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letzte Schicht auch meistens eine hohe komplexe Brechungszahl aufweist, ergibt sich, dass derartige Reflektoren
oft aus einer ungeraden Anzahl von Schichten bestehen. In der Regel werden Glas- oder Quarzsubstrate verwendet.
Wenn zwei parallele Oberflächen 10 und 11 betrachtet werden und wenn es erforderlich ist, dass die an diesen Oberflächen
reflektierten Lichtstrahlen gleichphasig sind, um einander
durch Interferenz zu verstärken, muss die optische Dicke der Schicht 12 vorzugsweise ein Viertel der Wellenlänge
in der betreffenden Schicht sein. Bei Anwendung einer Vielzahl von Schichten werden die aufeinanderfolgenden Oberflächen
Licht reflektieren und je die erste Reflexion verstärken. Die Höchstanzahl von Schichten wird durch die
Absorption und die Streuung in dem Material der Schichten bestimmt. Ein derartiger 21-Schichtenspiegel kann kurz
wie folgt bezeichnet werden: S(HL) H, wobei S das Substrat, H die Schichten mit einer hohen komplexen Brechungszahl
und L die Schichten mit einer niedrigen komplexen Brechungszahl darstellen. In diesem Falle bestehen die Schichten
mit einer hohen komplexen Brechungszahl aus TiOp und die Schichten mit einer niedrigen komplexen Brechungszahl aus
SiOp und weisen die Schichten eine optische Dicke auf, die gleich einem Viertel der Wellenlänge des Lichtes eines
He-Ne-Lasers ist, und zwar n.d = ^.6328 A, wobei η die
Brechungszahl des Materials der betreffenden Schicht und d die mechanische Dicke darstellt.
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In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsforin
eines Auskopplungsspiegels für einen Gasentladungslaser nach der Erfindung dargestellt. Auf ein Glassubstrat (S)8
ist eine Schicht mit einer hohen komplexen Brechungszahl (h) aus TiOp aufgebracht, auf der zwei durch einen Ti-FiIm
voneinander getrennte Schichten mit einer niedrigen komplexen Brechungszahl aus SiO„ (L M L) und anschliessend
ein Schichtenpaket der üblichen Zusammensetzung angebracht sind. Die TiOp- und SiOp-Schichten in der Nähe des Ti-Filmes
weisen eine derartige optische Dicke auf, dass die optische Impedanz, von der Substratseite her gesehen, angepasst ist,
so dass von der Substratseite her eine minimale Reflexion auftritt. Der Ti-FiIm weist eine optische Dicke von 0,02%
auf, wobei 7\ wieder die Wellenlänge des Laserlichtes darstellt. Die komplexen Brechungszahlen der genannten
für den Metallfilm geeigneten Metalle sind derart verschieden voneinander, dass zur Anpassung der optischen
Impedanz in der Nähe des Metallfilms die Schichten, die in der Nähe des Metallfilms liegen, eine optische Dicke
aufweisen, die in Abhängigkeit von der komplexen Brechungszahl des verwendeten Metalls sehr verschieden ist. Die
zwei durch den Ti-FiIm voneinander getrennten SiO2-Schichten
bilden zusammen einen Hohlraumresonator, in dem das über das Substrat zurückgekehrte Licht eingefangen
und geschwächt wird. Dadurch nimmt die Reflexion des
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1λ
Auskopplungsspiegels auf der Aussenseite erheblich (z.B. um einen Faktor 1θ) ab, während die Durchstrahlung durch
den Mehrschichtenspiegel nur wenig (weniger als 20$) abnimmt
und die Reflexion auf der Innenseite, wie Berechnungen zeigen, sogar noch etwas zunimmt.
Das Strahlungsschwächende Element nach der genannten DT-OS 26 22 560 ist ein Absorptionsfilter, das
z.B. bis zu 30 ^a schwächt. Eine Modulations tief e m wird
also auf 0,3 m geschwächt. Die Leistung V wird proportional auf 0,3 V geschwächt. Die Schwächung mit dem Auskopplungsspiegel
nach der Erfindung ist proportional zu (β)2, wobei R der Intensitätsreflexionskoeffizient ist. Dieser
ist im vorliegenden Beispiel etwa 10 $. Die Reflexion
ist ohne Anwendung der Erfindung nahezu 100 $ und nimmt von der Substratseite her durch Anwendung der Erfindung um
einen Faktor 10 ab. Eine Modulationstiefe m wird also
auf etwa 0,3 m geschwächt, während die Leistung V um 20 $
abnimmt und also gleich 0,8 V wird. Mit einem Auskopplungsspiegel nach der Erfindung wird also eine geringe Reflexion
von der Substratseite her bei einer verhältnismässig niedrigen Verlustleistung erhalten.
In Fig. h ist schematisch eine Vorrichtung zum
Auslesen eines Aufzeichnungsträgers dargestellt, auf den
Information, z.B. Bild- und/oder Toninformation, in einer optisch auslesbaren Informationsstruktur aufgezeichnet ist,
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wobei in dieser Vorrichtung die Anwendung eines Gasentladungslasers
der obenbeschriebenen Art grosse Vorteile bietet. In dieser Figur ist ein runder scheibenförmiger
Aufzeichnungsträger lh, der mit Informationsspuren 15
versehen ist, im Schnitt dargestellt. Der Aufzeichnungsträger
wird mit Strahlung beleuchtet, die von einem He-Ne-Laser 16 herrührt. Das Auslesebündel 17 wird vom
Objektiv 18 auf die Fläche der Informationsspuren zu einem
kleinen Strahlungsfleck 20 in der Grössenordnung der Informationsdetails in der Inforniationsstruktur fokussiert.
Die Hilfslinse 10 sorgt dafür, dass die Pupille des Objektivs gefüllt wird. Das Auslesebündel wird von der
Informationsstruktur reflektiert und durchläuft zum zweiten
Mal das Objektiv 18 und wird auf dem Detektor 21 abgebildet, Ein transversales Magnetfeld in dem Laser bewirkt, dass
der austretende Laserstrahl parallel zu diesem Magnetfeld polarisiert ist. Dadurch kann mit einer -ς }[ -Platte 22 und
einem polarisierenden Spiegel 23 eine Trennung zwischen
dem einfallenden und dem reflektierten Licht erhalten
werden. Diese Trennung ist jedoch nicht völlig effektiv; es kehrt doch noch Licht in den Laser zurück. Wie bereits
angegeben ist, ist es erforderlich, dafür zu sorgen,
dass nicht eine zu grosse Menge des an den optischen Elementen und an der Oberfläche des Informationsträgers
reflektierten und somit modulierten Lichtes in den Laser
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zurückkehren und von dem Auskopplungsspiegel wieder in der Vorrichtung reflektiert werden kann. Dies kann durch
Anwendung eines "Gasentladungslasers nach der Erfindung erzielt werden. Derartige Gasentladungslaser eignen sich auch
besonders gut zur Anwendung in Interferometern, weil auch
dort Schwankungen und Modulationen in dem Laserstrahl nicht erwünscht sind.
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Claims (1)
- PHN.8427. 12.2.77.PATENTANSPRÜCHE :1. Gasentladungslaser mit einem Laserrohr mit einer an beiden Enden abgedichteten longitudinalen Bohrung, wobei dieses Rohr mit einem Gas gefüllt ist, in dem ein aktives Lasermedium aufgenommen ist, das in einem optischen Resonator, der durch mindestens zwei Mehrschichtenspiegel gebildet wird, aktiviert wird, wobei diese Mehrschichtenspiegel aus einer Anzahl von Schichten mit einer hohen und einer niedrigen Brechungszahl zusammengesetzt sind, die auf dem Substrat angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrschichtenspiegel, durch den der von dem Gasentladungslaser erzeugte Laserstrahl den Laser verlässt, (der sogenante Auskopplungsspiegel) mit einem strahlungsschwächenden Film versehen ist, der zwischen den Schichten angeordnet ist, wobei zwischen den Strahlungsschwächenden Film und dem Substrat mindestens eine Schicht und höchstens fünf Schichten liegen.2. Gasentladungslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Substrat des Auskopplungsspiegels nacheinander eine Schicht mit einer hohen komplexen Brechungszahl, eine Schicht mit einer niedrigen komplexen Brechungszahl, der Strahlungsschwächende Film, eine Schicht mit einer niedrigen komplexen Brechungszahl und eine Anzahl von Schichten mit abwchselnd einer hohen und einer niedrigen komplexen Brechungszahl aufgebracht sind.709852/0797ORIGINAL INSPECTEDPHN. 8427. 12.2.77.3· Gasentladungslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsschwächende Film ein Metallfilm mit einer optischen Dicke zwischen 0,01 ?· und 0,03 Λ ist, wobei Ά die Wellenlänge des erzeugten Laserlichtes ist.k. Gesantladungslaser nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Metallfilm eine optische Dicke von 0,02 >s aufweist.5. Gasentladungslaser nach Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallfilm aus einem oder mehreren Metallen aus der durch Ti, Ag, Cr, Al, Mg und Ni gebildeten Gruppe zusammengesetzt ist.6. Auskopplungsspiegel zur Anwendung in einem Gasentladungslaser nach einem der vorstehenden Ansprüche.7. Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers, auf den Information, z.B. Bild- und/oder Toninformation, in einer optisch auslesbaren Informationsstruktur aufgezeichnet ist, wobei diese Vorrichtung einen Gasentladungslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und ein Objektivsystem enthält, mit dessen Hilfe das Auslesebündel über den Aufzeichnungsträger einem strahlungsempfindlichen Detektionssystem zugeführt wird.709852/0797
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