DE2725833C2

DE2725833C2 - Auskopplungsspiegel eines Gasentladungslasers

Info

Publication number: DE2725833C2
Application number: DE2725833A
Authority: DE
Inventors: Gijsbertus Bouwhuis; Johannes van der Eindhoven Wal
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1977-06-08
Publication date: 1985-04-18
Also published as: NL7606693A; FR2356295B1; AU506554B2; ATA433077A; DE2725833A1; JPS5424276B2; FR2356295A1; ZA772910B; US4132959A; JPS5316596A; ES459907A1; AT370918B; NZ184421A; SE7707040L; CA1081352A; AU2610077A; IT1085238B; GB1557362A; SE422128B; BE855887A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Auskopplungsspiegel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Auskopplungsspiegel ist aus dem Buch von H. Weber und G. Herziger: »Laser, Grundlagen und Anwendungen«, Physik Verlag, Weinheim 1972, Seiten 230 bis 232, bekannt. Hierbei sind auf einem Glassubstrat abwechselnd Schichten mit niedriger und hoher Brechungszahl aufgedampft. Ein Problem bei diesen Spiegeln ist die Reflexion des von der Substratseite in den Spiegel zurückkommenden Laserlichtes.

Gasentladungslaser haben einen großen Anwendungsbereich. Sie werden häufig in Meßvorrichtungen, wie lnterferometern, und dgl, verwendet. Auch finden sie Anwendung in Vorrichtungen zum Auslesen von Aufzeichnungsträgern, auf die Information, z. B. BiId- 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«, VoL 33. 1973/74 Nr. 7, S. 198—201 beschrieben. Darin wird 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 Einzelteilen 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 Detekt^rsignals führen. Derartige Schwankungen der Ausgangsleistung und eine derartige Modulation sind in vielen Fällen auch bei anderen Anwendungen, wie in lnterferometern, unerwünscht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Auskopplungsspiegel für einen Gasentladungslaser zu schaffen, der auf seiner Außenseite (Substratseite) eine sehr geringe Reflexion falschen Lichtes aufweist, während die Reflexion auf seiner Innenseite groß und die Verlustleistung minimal sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Auskopplungsspiegel eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden'*?eil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Mit »optischer Impedanz« Z= E/Hist dabei der Quotient aus elektrischer Feldstärke E und magnetischer Feldstärke H zu verstehen; vgl. dazu das Buch von C. Zwikker »Fysische materiaalkunde«, Wetenschappelijke Uitgeverij, Amsterdam/1968.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß in dem Auskoppelspiegel auf diese Weise ein Hohlraumresonator gebildet wird, in dem das falsche reflektierte Licht eingefangen und von dem strahlungsschwächenden Film geschwächt wird. Das zurückkommende Laserlicht wird daher nicht wieder abgestrahlt

Eine bevorzugte Ausführungsform eines derartigen Auskopplungsspiegels nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß auf das Substrat nacheinander eine Schicht mit einer hohen Brechungszahl, eine Schicht mit einer niedrigen Brechungszahl, der strahlungsschwächende Film, eine Schicht mit einer niedrigen Brechungszahl und eine Anzahl von Schichten mit abwechselnd hoher und niedriger Brechungszahl aufgebracht sind.

Der Strahlungsschwächende Film ist vorzugsweise ein Metallfilm mit einer optischen Dicke zwischen 0,01 A und 0,03 A, wobei A die Wellenlänge des erzeugten Laserlichtes ist. Dieser Film kann aber auch aus einem Cermet bestehen. Bei einem Metallfilm mit einer optischen Dicke von 0,02 A wurden optimale Ergebnisse erzielt.

Ein derartiger Metallfilm kann vorzugsweise aus einem oder mehreren Metallen aus der durch Ti, Ag, Cr, Al, Mg und Ni gebildeten Gruppe bestehen.

Ein Gasentladungslaser mit einem Auskopplungsspiegel der beschriebenen Art eignet sich besonders gut zur Anwendung in einer Vorrichtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers, weil dabei die genannten Schwankungen und Modulationen, die bei Verwendung bekannter Spiegel auftreten, die Wirkung beeinträchtigen würden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen üblichen Gasentladungslaser, in dem der erfindungsgemäße Auskopplungsspiegel

verwendet werden kann,

Fl g. 2 einen Aufbau eines bekannten Auskoppelspiegels mit 21 Schichten,

F i g. 3 einen Auskopplungsspiegel nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei dem Gasentladungslaser nach F i g. 1 sind unmittelbar auf dem vorzugsweise zylindrischen Teil einer Gasentladungsröhre, die das Laserrohr t bildet, Mehrschichtenspiegel 2 und 3 mit Hilfe eines Zweikomponentenkitts 26 befestigt Diese Mehrschichtenspiegel 2 und 3 bestehen aus Substraten 4 und 5, auf die Mehrschichtenpakete 6 und 7 z. B. durch Aufdampfen aufgebracht sind. Mit Hilfe der in Seitenrohren liegenden Elektroden 24 und 25 wird eine Entladung in dem Laserrohr 1 erzeugt Durch stimulierte Emission wird ein Laserstrahl erhalten, der über einen der Mehrschichtenspiegel, den Auskoppk.ngsspiegel, den Laser verläßt Der beschriebene Laser weist folgende Parameter auf:

Länge Laserrohr

Länge

der aktiven Entladung

Strom

durch die Entladung

Innendurchmesser

Laserrohr

Gasfüllung

Gasdruck

Resonatorkonfiguration

Ausgangsleistung

250 mm
205 mm
6,4 mA

±1,8 mm

15% Ne, 85% He

300Pa

nahezu

hemisphärisch

1-2 mW

bei 632,8 nm

10

15

20

25

30

Es versteht sich, daß sich die Verwendung des erfindungsgemäßen Auskopplungsspiegels nicht auf He— Ne-Laser vom obenbeschriebenen Seitenrohrtyp beschränkt.

F i g. 2 zeigt schematisch einen Aufbau eines bekannten Auskopp-Mungsspiegels mit 21 Schichten. Die erste Schicht 9 auf dem Giassubstrat 8 (S) ist im allgemeinen eine Schicht mit einer hohen Brechungszahl (H). Die nächstfolgenden Schichten weisen abwechselnd eine niedrige (L) und eine hohe (H) Brechungszahl auf. Da die letzte Schicht auch meistens eine hohe Brechungszahl aufweist, ergibt sich, daß derartige Reflektoren oft aus einer ungeraden Anzahl von Schichten bestehen, z. B. aus 21 Schichten. In der Regel werden Glas- oder Quarzsubstrate verwendet Wenn zwei parallele Oberflächen 10 und 11 betrachist werden und wenn es erforderlich ist, daß die an diesen Oberflächen reflektierten Lichtstrahlen gleichphasig *ind, um einander durch Interferenz zu verstärken, muß die optische Dicke der dazwischenliegenden 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 Materia! der Schichten bestimmt. Ein derartiger Auskoppelungsspiegel mit 21 Schichten kann kurz wie folgt bezeichnet werden: S(HL)¹⁰H, wobei S das Substrat, H die Schichten mit einer hohen Brechnungszahl und L die Schichten mit einer niedrigen Brechungszahl darstellen. In diesem Falle bestehen die Schichten mit einer hohen Brechungszahl aus TiO₂ und die Schich- 6-> ten mit einer niedrigen Bmhungszahl aus SiO₂ und weisen die Schichten eine optische Dicke auf, die gleich einem Viertel der Wellenlänge des Lichtes eines He-Ne-Lasers ist, und zwar
η ■ d=-^ ■ 6328 A,

wobei π die Brechungszahl des Materials der betreffenden Schicht und d die mechanische Dicke darstellt

In F i g. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Auskopplungsspiegels eines Gasentladungslasers dargestellt Auf ein Glassubstrat 8 (S) ist eine Schicht mit einer hohen Brechungszahl (H) aus T1O2 aufgebracht, auf der zwei durch einen Ti-Fihn 13 voneinander getrennte Schichten mit einer niedrigen Brechungszahl aus SiO₂ (L M L) und anschließend ein Schichtenpaket der üblichen Zusammensetzung aufgebracht sind. Die TiO₂- und SiO₂-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 fvsist eine optische Dicke von 0,02 λ auf, wobei λ wieder dk; 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 Brecbungszahl des verwendeten Metalls sehr verschieden ist Die zwei durch den Ti-FiIm voneinander getrennten SiOrSchichten bilden zusammen einen Hohlraumresonator, in dem das über das Substrat zurückgekehrte Licht eingefangen und geschwächt wird. Dadurch nimmt die Reflexion des Auskopplungsspiegels auf der Außenseite erheblich (z. B. um einen Faktor 10) ab, während die Durchstrahlung durch den Auskoppelspiegel nur wenig (weniger als 20%) abnimmt und die Reflexion auf der Innenseite, wie Berechnungen zeigen, sogar noch etwas zunimmt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Auskopplungsspiegel eines Gasentladungslasers mit einem Substrat (8), auf dem auf der dem Inneren des Gasentladungslasers zugewandten Seite eine Anzahl von ersten Schichten (H) mit einer hohen Brechungszahl und eine Anzahl von zweiten Schichten (L) mit einer niedrigen Brechungszahl angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schichten (H, L) in der Nähe des Substrates (8) ein strahlungsschwächender Film (13) aus Metall oder Cermet angeordnet ist, wobei zwischen diesem Film (13) und dem Substrat (8) mindestens eine Schicht und höchstens fünf Schichten lie- gen und die Schichten in der Nähe des strahlungs-Echwächenden Films (13) und zwischen dem Film (13) und dem Substrat (8) eine derartige optische Dicke aurwet>en, daß die optische Impedanz — von der Subsiratseite her gesehen — für das Laserücnt so angepaßt ist, daß für von der Substratseite in den Spiegel zurückkommendes Laserlicht eine minimale Reflexion auftritt

2. Auskopplungsspiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Substrat (8) nacheinander eine der ersten Schichten (H) mit einer hohen Brechungszahl, eine der zweiten Schichten (L) mit einer niedrigen Brechungszahl, der stiahlungsschwächende Film (13), eine der zweiten Schichten (L) mit einer niedrigen Brechungszahl und eine Anzahl von Schichten (H L) mii abwechselnd hoher und niedriger Brechungszahl aufgebracht sind.

3. Auskopplungsspicgel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der strahlungsschwächende Film (13) ein Metallfiim mit einer optischen Dicke zwischen 0,01 A und 0,03 A ist, wobei A die Wellenlänge des erzeugten Laserlichtes ist.

4. Auskopplungsspiegel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfiim eine optische Dicke von 0,02 A aufweist.

5. Auskopplungsspiegel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm aus einem oder mehreren Metallen aus der durch Ti, Ag, Cr, Al, Mg und Ni gebildeten Gruppe besteht.

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