DE2807104A1

DE2807104A1 - Polarisationsvorrichtung

Info

Publication number: DE2807104A1
Application number: DE19782807104
Authority: DE
Inventors: Jay Morgan Eastman; Stanley J Refermat
Original assignee: University of Rochester
Current assignee: University of Rochester
Priority date: 1977-02-28
Filing date: 1978-02-20
Publication date: 1978-08-31
Also published as: US4084883A; FR2382117B1; FR2382117A1; GB1561876A

Description

PATENTANWALT DIPL-INQ. _{8000 M0NCHEN 22}

KARL H. WAGNER gewürzmühlsrasse 5

78-LK-3O37

UNIVERSITY OF ROCHESTER, Rochester, N.Y. , U.S.A.

Polarisationsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte optische Vorrichtung, und insbesondere auf eine reflektierende Dünnfilmpolarisationsverzögerungsvorrichtung sowie eine Laser-Vorrichtung zur Verwendung derselben.

Die Erfindung liefert eine verbesserte Laser-Vorrichtung, wenn die Polarisationsverzögerungsvorrichtung zusammen mit einem Körper aus Laser-Material zur Rotation polarisierten Lichts verwendet wird.

Die Erfindung ist zur Verwendung bei aktiven Spiegel-Laser-Vorrichtungen geeignet, um Laser-Lichtenergie mit extrem hohen Energiedichte-Niveaus zu verstärken und in einem stark gerichteten Strahl zu halten.

Die Energiedichte (Leistungsdichte) -Niveaus, welche Lasermaterialien halten können, sind durch die Natur dieser Materialien begrenzt. Darüber hinaus werden bei den hohen Energie-Niveaus Nichtlinearitäten eingeführt. Stirnflächengepumpte Laser, wie sie beispielsweise in US-PS 3 986 130 sowie den dort genannten Patenten und in US-PS 3 424 991 beschrieben sind, sind in der Lage, hohe Energieniveaus zu enthalten. Jedoch selbst diese Niveaus werden durch die nichtlinearen Effekte und andere vorübergehende Phänomene, die bei hohen Energieniveaus auftreten, begrenzt. Es wurde festgestellt, daß die Energieniveaus in Glas erhöht werden

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TELEFON: (QW) 29K27 TELEGRAMM: PATUW MONCHEM . TELEX: S-22038p«fwd

können, wenn die einfallenden und austretenden Lichtwellen in zueinander orthogonalen Ebenen polarisiert sind. Die Interferenz zwischen dem eintretenden und austretenden Licht wird reduziert; auf diese Weise wird das Glas in die Lage versetzt, höhere Energieniveaus ohne nichtlineare Brechungseffekte zu führen, die zu einer Strahlensteuerung in Größenordnungen führen können, die nicht tolerierbar sind. Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, einen verbesserten reflektierenden Polarisator-Rotator zur Verwendung als Reflektor in derartigen aktiven Spiegelverstärkern vorzusehen, wobei dieser nicht nur die Reflexion, sondern auch die Verdrehung oder Rotation der Polarisationsebene des Laserstrahls in einem solchen Verstärker gestattet, sondern auch für andere Zwecke immer dort, wo ein optisches Element, welches Reflexion und Polarisationsrotation vorsieht, benötigt wird. Solche anderen Anwendungsfälle können bei verschiedenen optischen Systemen vorliegen, insbesondere solchen, wo große Öffnungen oder Aperturen und Wellenplatten zur Aufprägung einer Verzögerung oder von Phasenbeziehungen zwischen polarisierten Komponenten erforderlich sind, die in orthogonalen oder anderen Phasenbeziehungen vorliegen.

Auf dem Gebiet der Optik gibt es verschiedene Formen von reflektierenden-durchlässigen Polarisatoren (vgl. US-PS 2 982 178; 3 069 974;- 3 610 729 und 3 622 225). Es sind auch Mittel vorgesehen, um beide Komponenten polarisierten Lichtes in einer Weise zu reflektieren, um eine vorbestimmte Größe einer Phasendifferenz dazwischen vorzusehen. Beispiele solcher Vorrichtungen sind der Fresnel-Rhombus und das Halbwellenverzögerungsprisma; vgl. dazu M.P. Lostis in J. Phys. Rad., 1957, S. 51S-52S. Diese Vorrichtungen verwenden die Differenz der Phasenänderung bei totaler Innenreflexion für gegenseitig orthogonal linear polarisierte Lichtkomponenten. Ein anderes Verfahren verwendet eine absorbierende Substrat/Film-Kombination zur Erreichung der gewünschten Phasenverzögerung (Azzam u.a. in J. Opt. Soc. Amer., 65, Nr. 3, S.252, 1975). Es waren jedoch keine Mittel verfügbar, um die Polarisationsebene nur mittels einer Anordnung dünner Interferenzfilme zu verdrehen, unabhängig von der Materialdoppelbrechung oder dem Phänomen der totalen Innenreflexion» Speziell sind keine derartigen

Mittel in einer einheitlichen Vorrichtung verfügbar, die zur Verwendung in Laser-Vorrichtungen geeignet ist, und zwar insbesondere Laservorrichtungen der aktiven Spiegelbauart. Die Verzögerung von Licht durch die Benutzung dünner Filme wurde in US-PS 2 409 407 vorgeschlagen. Derartige dünne Filme wurden jedoch nur in individuellen optischen Elementen,wie beispielsweise Prismen für Kompensationszwecke benutzt. Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Polarisationsrotator vorzusehen, der in der Lage ist, sowohl die p-Polarisationskomponente als auch die s- oder orthogonale Polarisationskomponente zu reflektieren, wobei die p-Polarisatxonskomponente parallel zu oder in der Einfallsebene (d.h. einer Ebene, die den Einfallsstrahl enthält und normal, d.h. senkrecht zur ebenen Stirnfläche des Körpers aus Lasermaterial verläuft, auf der die Vorrichtung am Einfallspunkt angeordnet sein kann) verläuft, während die s- oder orthogonale Polarisationskomponente senkrecht zu dieser Einfallsebene in einem räumlichen Sinn verläuft. Somit werden die beiden Komponenten erzeugt und reflektiert, so daß polarisiertes Licht innerhalb des Körpers aus Lasermaterial aufgebaut werden kann und von dem Körper zu anderen Komponenten reflektier- wird, wie beispielsweise zusätzlichen Laser-Verstärkern in der >trahllinie eines Lasersystems.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine optische Vorrichtung vorzusehen, die ankommendes linear polarisiertes Licht in abgehendes Licht umwandelt, welches linear polarisiert is^Jz und orthogonal zum einfallenden Licht verläuft. Gemäß einem weiteren Ziel der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Verwendung bei der Erzeugung von Hochleistungs-Laser-Energie vorgesehen. Die Erfindung setzt sich auch zum Ziel, eine verbesserte Polarisatr.ons-Rotationsvorrichtung (Rotator) vorzusehen. Die Erfindung sieht ferner einen verbesserten Polarisationsrotator zur Verwendung in einer Laser-Vorrichtung vor.

Kurz gesagt, liegt die Erfindung bei Verwendung in einer Laser-Vorrichtung mit einem Körper aus Laser-Material mit Stirnflächen auf entgegengesetzten Seiten desselben in der Form eines durchlässigen-reflektierenden Polarisationsrotators vor, der auf einer

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dieser ebenen Stirnflächen angeordnet ist. Das Licht fällt auf den Polarisationsrotator nach Durchgang durch den Körper aus Laser-Material auf. Der Polarisationsrotator selbst weist einen Polarisator auf, der eine Vielzahl von dünnen Filmen (Schichten) enthalten kann, die auf der Stirnfläche des Lasermaterialkörpers abgeschieden sind, auf dem der Polarisationsrotator angeordnet ist. Es ist ebenfalls ein Reflektor vorgesehen, der auch aus einer Vielzahl dünner Filme bestehen kann. Den Reflektor und den Polarisator trennend ist sandwichartig dazwischen eine Lage oder Lagen angeordnet, die ebenfalls ein dünner Film oder dünne Filme sein kann oder können, und zwar aus einem Material, welches eine vorbestimmte Phasenverzögerung auf das Licht ausübt, welches durch den Polarisator übertragen und durch den Reflektor reflektiert wird. Dieses reflektierte Licht wird durch die Phaseneinsteil lage und den Polarisator wiederum übertragen. Das durch den Polarisator reflektierte Licht und das vom Reflektor reflektierte Licht werden beide durch den Körper aus Lasermaterial übertragen. Der Polarisator reflektiert eine der Polarisationskomponenten und überträgt die andere oder orthogonale Polarisationskemponente. Die durch den Polarisator reflektierten Polarisationskomponenten können die s-Komponente sein, während die Polarisationskomponente, die durch den Polarisator übertragen und durch den Reflektor reflektiert wird, die p-Komponente sein kann. Die Phasendifferenz zwischen den einfallenden und austretenden p-Komponenten kann 180° sein, wobei in diesem Falle das linear polarisierte Licht, reflektiert durch den Polarisationsrotator und erzeugt in dem Körper aus Lasermaterial, orthogonal polarisiert ist bezüglich des einfallenden linear polarisierten Lichtes. Irgendeine vorbestimmte Phasendifferenz zwischen s- und p-Wellen oder Polarisationskomponenten kann durch Steuerung der Dicke der Phaseneinstellage oder -lagen erhalten werden. Der Polarisationsrotator kann auch eine gesonderte Vorrichtung sein, die in der Strahllinie eines Stab-Laser-Verstärkersystems angeordnet ist und dazu dient, zirkulär polarisiertes Licht für die Verstärkung in den Stabverstärkern vorzusehen.

Die erwähnten sowie weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Aus-

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führungsbeispiels anhand der Zeichnung, wobei weitere erfindungsgemäße Merkmale insbesondere den Ansprüchen und dieser Beschreibung entnommen werden können. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines aktiven Spiegelflächenpumpen-Laserverstärkers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils der Laservorrichtung der Fig. 1, wobei der Polarisationsrotator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt einen aktiven Spiegelflächenpumpen-Laserverstärker 10. Der Verstärker besitzt einen Körper aus Lasermaterial 12, welches in der Form einer Scheibe oder Platte vorgesehen sein kann. Das Material des Körpers 12 kann ein mit Neodym dotiertes Glas sein. Die Endflächen oder Endstirnflächen 14 und 16 des Körpers 12 sind planar (eben). Der Körper selbst kann Querabmessungen besitzen und hat bei rechteckiger Gestalt eine Länge von 15 bis cm und eine Breite von 10 bis 15 cm. Die Dicke kann annähernd 1,4 cm betragen. Eine Reihe von Blitzlampen 18 erzeugt die Pumpbeleuchtung. Diese Lampen können in Rohren angeordnet innerhalb eines Reflektors 20 vorgesehen sein. Auf der Rückseite oder Rückstirnfläche 16 des Körpers 12 aus Lasermaterial befindet sich ein Polarisationsrotator 22.

Dieser Polarisationsrotator (Drehvorrichtung) sieht eine hohe Reflexionskraft für das Laserlicht vor, wie dies schematisch durch den Einfallsstrahl 24 dargestellt ist, der an der hinteren Stirnfläche 16 durch den Polarisationsrotator reflektiert wird. Das reflektierte Laserlicht ist durch den Strahl 26 gezeigt. Das Laserlicht befindet sich in der Form eines Strahls, der von einem Laser-Oszillator oder einem anderen aktiven Spiegelverstärker geliefert wird, und zwar angeordnet in der Anordnung gemäß dem erwähnten US-Patent 3 986 130. Die Pumpbeleuchtung wird durch den Polarisationsrotator übertragen, der eine hohe Transmission oder

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Durchlässigkeit bei der optischen Pumpstrahlungswellenlänge (beispielsweise von 0,35 bis 0,9 Mikrometer, erzeugt durch die Blitzlampen 18, die Xenon-Lampen sein können) besitzt. Das einfallende oder ankommende Licht ist linear polarisiert. Es wird als linear polarisiertes Licht reflektiert, wobei eine Polarisationsebene orthogonal zur Polarisationsebene des einfallenden Lichtes verläuft, und zwar mit Verstärkung infolge der durch die Blitzlampen 18 gelieferten Pumpenergie. Die Reflexion und lineare Polarisation orthogonal zu der einfallenden Polarisationsebene wird erreicht durch den Polarisationsrotator 22,der schematisch gezeigt ist,und zwar in Fig. 2 mehr ins einzelne gehend. Die Polarisationsebene des einfallenden Lichtes in diesem Ausführungsbeispiel liegt auf einem Winkel von 45° gegenüber der Einfallsebene .

Der Polarisationsrotator ist, wie in Fig. 2 gezeigt, durch einen Dünnfilmpolarisator 28, eine Phaseneinstellage oder -lagen 3O und einen Dünnfilmreflektor 32 vorgesehen. Der Dünnfilmpolarisator besteht aus einer Vielzahl von Lagen (25 Lagen im folgenden Beispiel). Der Reflektor kann auch durch eine Vielzahl von Lagen (wiederum 25 Lagen im folgenden Beispiel) gebildet sein. Nur 3 Lagen sind in Fig. 2 aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung gezeigt. Die Phaseneinstellage ist als eine einzige Lage dargestellt, obwohl sie durch eine Vielzahl von Lagen gebildet sein kann. Jede der Lagen des Polarisators 28, der Phaseneinstellmittel 30 und des Reflektors 32 besteht aus einem dünnen Film aus dielektrischem Material. Diese dünnen Filme (Schichten) können auf der Stirnfläche 16 des Körpers 12 des Lasermaterials durch bekannte Abscheidungsverfahren abgeschieden werden. Verfahren zur Konstruktion des Dünnfilmpolarisators 28 können in der folgenden Literaturstelle gefunden werden: Buchman, Holmes und Woodberry, 61 J.Op.Soc. of America, 1604-1616 (1971). Verfahren zur Konstruktion des Dünnfilmreflektors 32 sind in folgender Literaturstelle zu finden: "Thin Film Optical Filters" von H.A. MacLeod, herausgegeben von der American Elsiver Publishing Co., New York, 1969, Kapitel 5 mit dem Titel "Multilayer High Reflectance Coatings".

Das einfallende Licht 24 wird durch den Polarisator 28 reflektiert und übertragen. Der Polarisator 28 reflektiert die s-Polarisations-

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komponente oder -welle des einfallenden Lichts, angedeutet bei R . Dies ist die Komponente, deren elektrischer Vektor in einer Ebene senkrecht zur Einfallsebene liegt, welche als die Ebene definiert ist, die einfallende und reflektierte Strahlen enthält und normal (senkrecht) zur Oberfläche verläuft. Die Polarisationskomponente orthogonal zur s-Komponente wird durch den Polarisator übertragen. Dies ist die sogenannte p-Polarisationskomponente oder -welle, die als T angegeben ist. Der Reflektor 32 ist derart konstruiert, daß er die p-Welle reflektiert und auch jedes Licht bei der Laserwellenlänge (in diesem Beispiel ist die Wellenlänge 1,06 Mikrometer) unabhängig von dessen Polarisation. Die durchgelassene oder übertragene Komponente T wird für die Zwecke dieses Beispiels als 100% übertragen angenommen, und die R -Komponente wird als 100% reflektiert angenommen.

Die p-Welle wird durch den Polarisator und die Phaseneinsteillagen übertragen, sodann vom Reflektor 32 reflektiert und wiederum durch die Phaseneinstellage und den Polarisator in das Laserglas des Körpers 12 übertragen. Die Phase der p-Welle wird bezüglich der s-Welle derart verzögert, daß eine vorbestimmte Phasendifferenz zwischen der reflektierten s-Welle R und der reflektierten Welle R vorgesehen wird, wie sie im Laser-Glaskörper 12 existieren. Vorzugsweise beträgt diese zeitliche Phasendifferenz 180°, was eine Verdrehung oder Rotation der Polarisationsebene derart zur Folge hat, daß die einfallenden und austretenden Linearpolarisationen orthogonal sind. Da die reflektierten Wellen R und R ebenfalls um vorbestimmte Winkel, vorzugsweise O bzw. 18O° bezüglich ihrer entsprechenden Komponenten im einfallenden Licht 24 verdreht werden, wird das Licht innerhalb des Laser-Glaskörpers 12 linear polarisiert, so daß die einfallenden und reflektierten Wellen in Orthogonalrichtungen polarisiert sind. Diese orthogonale Linearpolarisation der einfallenden und reflektierten Wellen reduziert in effektiver Weise die Energie des Flusses oder Fluß-Niveaus innerhalb des Laser-Glaskörpers durch Vermeidung von Interferenzeffekten, und auf diese Weise ist die Erhöhung des Niveaus möglich, ohne daß nichtlineare Effekte oder eine Schädigung des Glases auftritt, wie dies der Fall sein würde.

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wenn sowohl die einfallende als auch die reflektierte Beleuchtung im Laser-Glaskörper linear polarisiert wäre, mit parallelen Polarisationsebenen.

Die Phasenänderung oder Phasendifferenz φ wird, wie man aus einer Betrachtung der Fig. 2 erkennt, durch die folgende Gleichung definiert:

[₂ φ _tp (pol.) + <j>_Rp (refl.) + 2 J]- f _Rg (pol.)f =

dabei ist:

7 . (pol.) die Phasenänderung bei der Übertragung für die p-Welle durch den Polarisator 28;

φ (refl.) die Phasenänderung bei Reflexion für die p-Welle Kp

vom Reflektor 32;

φ ρ (pol) ist die Phasenänderung bei Reflexion vom Polarisator

Γ ist die optische Dicke der Phaseneinstellage,/= 2 -^- nt, wobei η der Brechungsindex und t die physikalische oder körperliche Dicke ist.

Die Gleichung für φ ist eine Annäherung. In der Gleichung wird angenommen: die Gesamtreflexion der s-Komponente vom Polarisator 28 ist R = 100%, die Gesamtdurchlässigkeit oder Transmission der p-Komponente durch den Polarisator 2 8 ist T = 100%, und die Gesamtreflexion der p-Komponente durch den Reflektor 32 ist R = 100%. Ebenfalls wird die Einfallsebene der Polarisation als mit 45 gegenüber der Einfallsebene orientiert angenommen.

Die Phasenänderungen hängen von den Brechungsindices ab und den Dicken der dünnen im Reflektor, Polarisator und Phaseneinstelllage verwendeten Filmen. Diese Phasenänderungen können durch bekannte Verfahren berechnet werden und sind in den obigen Literaturstellen diskutiert.

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- sr-

Gemäß einem speziellen Beispiel können die folgenden Lagen aus abwechselnd einen hohen Brechungsindex und einen niedrigen Brechungsindex aufweisendem Material verwendet werden, um einen reflektierenden Polarisationsrotator vorzusehen, der eine Phasendifferenz von 180° zwischen der reflektierten s-Welle R und der

reflektierten p-Welle R im Laser-Glasmaterial 12 erzeugt (d.h. die einfallenden und reflektierenden resultierenden linearpolarisierten Vektoren (Wellen) sind in Orthogonalebenen polarisiert. Im Polarisator 12 befinden sich 25 dünne Filmlagen, die abwechselnd aus einem einen hohen Brechungsindex und einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Material bestehen. Die erste auf der Stirnfläche 16 abgeschiedene Lage besteht aus Material mit einem hohen Brechungsindex. Das Material mit einem hohen Brechungsindex des Polarisators besitzt eine Viertelwellenlänge optischer Dicke von 0,95 Mikrometer. Die einen niedrigen Brechungsindex aufweisenden Lagen haben eine Viertelwellenlänge optische Dicke von 1,12 Mikrometer. Die Phaseneinstellage ist ein einen niedrigen Brechungsindex aufweisendes Material und besitzt eine Viertelwellenlänge optische Dicke von 1,95 Mikrometern. Der Reflektor besitzt 25 Dünnfilmlagen. Die erste dieser Lagen ist auf der Phaseneinstelllage 30 abgeschieden. Im Reflektor haben die einen hohen Brechungsindex besitzenden Lagen eine Viertelwellenlängen-optische Dicke von 1,O7 Mikrometer. Die einen niedrigen -Brechungsindex aufweisenden Lagen im Reflektor besitzen eine Viertelwellenlängen-cptische Dicke von 1,27 Mikrometer. Das Substrat (d.h. das Medium, welches das Interface mit der letzten Lage des Reflektors 38 bildet, d.h. an diesem anstößt) ist im vorangehenden Beispiel Luft, die einen Brechungsindex von 1,0 besitzt. Das Laserglas, welches eir- Interface mit der ersten Lage des Polarisators bildet, weist einen Brechungsindex von 1,52 auf. Der Einfallswinkel des einfallenden Lichtes 24 beträgt 27,7°.

Das zur Erzeugung der Dünnfilmlagen verwendbare dielektrische Material kann im Falle von Lagen mit niedrigem Brechungsindex Siliziumdioxid sein. Das einen hohen Brechungsindex aufweisende Material kann entweder Tantalpentoxid, Zirkondioxid oder Titandioxid sein. Der Brechungsindex des einen niedrigen Index aufweisenden Materials kann 1,46 sein, wohingegen das einen hohen

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Index besitzende Material einen Brechungsindex von 2,0 bis 2,2 aufweisen kann, wobei 2,1 im Falle der oben erwähnten beispielhaften Konstruktion verwendet wird.

Die Phasenänderung bei Reflexion $< , φ , die verschiedene Phasenänderung ^ und die Verzögerung oder Phasenänderung s, dazwischengelegt durch die Phaseneinstellage 30, können durch die Auswahl der Viertelwellenlängendicke und den Brechungsindex der Lagen geändert werden, auf welche Weise irgendeine vorbestimmte Phasendifferenz zwischen den p- und s-Wellen vorgesehen werden kann. Jeder Polarisationsgrad, wie beispielsweise für elliptische Polarisation und auch für Zirkular- oder Linear-Polarisation, kann durch die Auswahl der dielektrischen Dünnfilmlagen vorgesehen werden, die die erforderlichen Brechungsindices und -dicken aufweisen.

Der Polarisationsrotator 22 kann, wie in der Zeichnung gezeigt, auf dem einfallenden Medium angeordnet sein, durch welches das Licht hindurchläuft, welches reflektiert wird und seine Polarisationskomponenten durch den Polarisationsrotator 32 verdreht erhält. Alternativ kann der Polarisationsrotator (Drehvorrichtung) 2 2 auf irgendeinem anderen Substrat angeordnet werden, so daß das einfallende Medium Luft und nicht Glas, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, ist. Die Interface- oder Grenzschicht zwischen dem Substrat und dem Rotator 22 könnte die freie Oberfläche 34 der letzten Lage des Reflektors 32 sein. Im Falle, daß der Polarisator verwendet wird, um orthogonale Linearpolarisationen zwischen einfallendem und reflektiertem Licht innerhalb eines Mediums, wie beispielsweise dem Laserglas, zu erzeugen, wird die Konstruktion gemäß Fig. 2 bevorzugt, wo der Polarisator mit dem Laserglasmedium eine Grenzfläche oder Interface bildet, insofern als diese Konstruktion die erforderliche Phasenänderung der Polarisationskomponente im einfallenden Licht bezüglich der Polarisationskomponenten im reflektierten Licht vorsieht, und zwar bezüglich der Polarisationskomponenten im reflektierten Licht für die Orthogonalität der linearen einfallenden und reflektierten Beleuchtung innerhalb des Laserglasmediums.

Der Polarisationsrotator kann auf einem Substrat derart angeordnet

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sein, daß er eine Oberfläche unter einem Winkel von 45° gegenüber einem einfallenden linear polarisierten Laserstrahl besitzt. Der austretende Strahl aus dem Rotator befindet sich dann auf einem Winkel von 45° gegenüber der Oberfläche (d.h. es besteht ein Winkel von 90 zwischen den einfallenden und austretenden Strahlen). Der austretende Strahl ist dann zirkulär polarisiert und kann an andere Laser-Verstärker zur Verstärkung angelegt werden, und zwar mit dem Vorteil des verbesserten "B"-Integralsystems .

Aus der Beschreibung erkennt man, daß die erfindungsgemäße Laser-Vorrichtung und der erfindungsgemäße optische Polarisationsrotator zahlreiche Vorteile aufweisen und auch abgewandelt werden können.

Die Erfindung sieht somit eine Dünnfilm-Polarisationsverzögerungsvorrichtung zur Verwendung bei einem aktiven Spiegellaser vor. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet die Phasenverzögerung von Licht mit unterschiedlichen Größen, wobei sich diese Verzögerung durch Interferenzeffekte innerhalb von Dünnfilmanordnungen in der Vorrichtung ergibt. Ein die Erfindung verwendender Polarisationsrotator besteht dabei aus einem Dünnfilmreflexions/Transmissions-Polarisator, einem Dünnfilmreflektor und einer Phaseneins tellschicht, die eine oder mehrere Dünnfilmlagen aufweisen kann. Die Phaseneinstellage ist sandwichartig zwischen dem Dünnfilmpolarisator und dem Dünnfilmreflektor angeordnet. Die dünnen Filme bilden den Polarisator, die Phaseneinstellage und den Reflektor und können aufeinanderfolgend auf den ebenen Stirnflächen eines Körpers aus Laser-Glas angeordnet werden, wobei die den Polarisator bildenden Filme oder Schichten zuerst abgeschieden werden. Die s-Polarisationskomponente des einfallenden Lichtes, die linearpolarisiertes Laserlicht sein kann, wird durch den Polarisator reflektiert und die p-Komponente des einfallenden Lichtes wird durch den Polarisator und die Phaseneinstellagen zum Reflektor durchgelassen.Dia durch die Anordnung eingeführte Verzögerung wird mit der Phasenabstimmlage abgestimmt, welche die gewünschte Phasenverschiebungsgröße zwischen den reflektierten s- und ρ-Komponenten vorsieht. Die Phasenverschiebung kann (zeitweise) 180 betragen,

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so daß einfallendes linearpolarisiertes Licht im Laser-Glas orthogonal polarisiert wird, wodurch Interferenzeffekte im Laser-Glas vermieden werden.

JIo

Leerse ite

Claims

Patentansprüche

1. J Laservorrichtung mit einem Körper aus Lasermaterial mit Stirnflächen auf entgegengesetzten Seiten desselben, wobei durch eine dieser Stirnflächen linear polarisiertes Laserlicht empfangen und sodann nach Reflexion an der anderen der Stirnflächen übertragen wird, ein durchlassender, reflektierender Polarisationsrotator, angeordnet auf der erwähnten anderen Stirnfläche zur Erzeugung einer Verdrehung oder Rotation der Polarisationsebene des reflektierten Lichts derart, daß das einfallende und reflektierte Licht in orthogonalen Richtungen polarisiert sind, wobei der Polarisationsrotator gekennzeichnet ist durch:

Polarisatormittel, angeordnet auf der erwähnten Stirnfläche zum Reflektieren einer der p- und s-Polarisationskomponenten des erwähnten linear polarisierten einfallenden Lichts und Übertragung der anderen der p- und s-Polarisationskomponenten, Reflektormittel zum Reflektieren der anderen der p- und s-Komponenten des erwähnten linear polarisierten Lichts, und Phaseneinstellmittel, sandwichartig zwischen den Polarisiermitteln und den Reflektiermitteln zur Einstellung der Phase der p- und s-Komponenten innerhalb des Körpers derart;, daß das reflektierte Licht in einer Richtung im wesentlichen orthogonal zum einfallenden Licht polarisiert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatormittel, die Phaseneinstellmittel und die Reflektormittel jeweils in der Form von Lagen ausgebildet sind, die aufeinanderfolgend in der oben erwähnten Reihenfolge auf der erwähnten anderen Stirnfläche des Körpers angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatormittel durch einen mehrlagigen reflektierenden-durchlässigen Polarisator gebildet sind, und daß die Reflektormittel ein mehrlagiger Reflektor sind, und wobei schließlich die Phaseneinstellmittel durch eine einzige Lage von

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vorbestiinmter Dicke und aus einem Material gebildet werden, welches bei der Wellenlänge des erwähnten Lichtes durchlässig ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen des Polarisators jeweils aufeinanderfolgend als dünne Filme auf der erwähnten anderen Stirnfläche des Körpers abgeschieden sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator für die s-Polarisationskomponente reflektierend und für die p-Polarisationskomponente durchlässig ist, so daß die elektrischen Feldvektoren des empfangenen und durchlässigen Lichtes sämtlich orthogonal zueinander liegen.

6. Polarisationsverzögerungsvorrichtung, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Linearpolarisierung einfallenden Lichtes, gekennzeichnet durch Polarisatormittel, welche eine Polarisationskomponente des einfallenden Lichts reflektieren und die Orthogonalpolarisationskomponente davon durchlassen,

Reflektormittel zum Empfang und Reflektieren von den Polarisatormitteln die erwähnte eine Polarisationskomponente zurück durch die Polarisatormittel, und

Phaseneinstellmittel, sandwichartig zwischen den Polarisatormitteln und den Reflektormitteln zur Erzeugung einer vorbestimmten Phasenbeziehung zwischen der erwähnten einen Polarisationskomponente, die von den Polarisatormitteln reflektiert wird, und der Orthogonal-Polarisationskomponente, die von den Reflektormitteln reflektiert wird.

7. Vorrichtung, insbesondere nach einem oder mehreren

der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Substrat, auf dem die Polarisator-, Reflektor- und Phaseneinstellmittel durch aufeinanderfolgende abgeschiedene dünne Filmlagen gebildet sind.

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8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein durchlässiges Medium ist, durch welches das einfallende Licht läuft, und wobei die erwähnten Lagen, welche die Polarisatormxttel bilden, zuerst darauf abgeschieden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatormxttel und die Reflektormittel jeweils aus einer gesonderten Vielzahl der erwähnten dünnen Filmlagen bestehen, und daß die Phaseneinstellage mindestens eine dünne Filmlage aufweist.

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