DE2907268A1 - Gasentladungslaser zum erzeugen linear polarisierter strahlung - Google Patents
Gasentladungslaser zum erzeugen linear polarisierter strahlungInfo
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Description
. 9056
- Va/FP
."Gasentladungslaser zum Erzeugen linear polarisierter
Stx-ahlung·".
Die Erfindung bezieht sich, auf eine». Gasentladung·;
laser zum Erzeugen linear polarisierter Strahlung, der
ein LaserroÄr mit an jedem Ende einem Reflektor enthält,
deren optische Achsen mit der Achse des Laserrohres zusammenfallen, wobei diese Reflektoren wenigstens
durch je ein Substrat gebildet werden, auf dem eine Anzahl abwechselnd aus zwei dielektrischen Materialien
mit verschiedenen Breclxungszahlen bestehender
Schichten angebracht ist, und wobei von diesen Reflektoron
mindestens einer anisotrop reflektiert.
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-er- c pun. 9056
4-7-1978
Ein derartiger Gasentla-
dungslaser-i-st -aus-der DE-PS 2.6 2? 585
bekannt. Durch, das Anlegen eines transversalen Magnetfeldes,
dessen Richtung senkrecht auf der Achse des Laserrohres steht, wird, wie in dieser Patentanmeldung
beschrieben ist, ein linear polarisierter Lichtstrahl aus dem Laser erhalten. Dadurch, dass ausserdera zwei
anisotrope Reflektoren verwendet werden, bei denen die Richtung der Anisotropieachsen nahezu mit der Richtung
des transversalen Magnetfeldes zusammenfallen, wird ein Lichtstrahl mit einer sehr guten Polarisation aus
dem Laser erhalten. Unter den Anisotropieachsen der Reflektoren sind die senkrecht aufeinander stehenden
Achsen zu verstehen, zwischen denen der Unterschied in Phase und/oder in Intensität des nach Reflexion in
den Richtungen dieser Achsen linear polarisierten Lichtes maximal ist. "Zum Erzeugen des transversalen Magnetfeldes
soll in der Nähe des Laserrohres ein System von Dauermagneten angeordnet werden. Ein derartiges System
von Magneten zum Erzeugen des transversalen Magnetfeldes ist kostspielig und die Ausrichtung in bezug
auf die Reflektoren erfordert zusätzliche Vorgänge.
Ausserdem kann das Magnetfeld .Instabilitäten und Rauschen
in der Gasentladung des Lasers hervorrufen.
Es ist auch bekannt, dass Laser mit einer guten linearen Polarisation durch Anwendung eines Brewsterfensters
in dem Laser erhalten werden können» Ein Problem bei der Konstruktion eines derartigen Lasers
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PHN". 9O56." - # - 4-7-1978.
besteht jedoch, darin, dass der optischen Qualität der
Brewsterfenster sehr strenge Anforderungen gestellt
werden müssen, während ausserdetn infolge zusätzlicher
Verluste an diesen Fenstern der Wirkungsgrad des Lasers niedriger sein wird» überdies ist das Anbringen kostspielig
und für Massenherstellung ungeeignet.
Aus der US-PS 4 009 933 ist es bekannt, !raser
(Infrarotlaser, z.B. CO.-Laser mit einem polarisierenden
Reflektor zu versehen. Dieser besteht aus einem Substrat, auf dem ein elektrisch leitendes und reflektierendes
Gitter angebracht ist. Die Räume zwischen den Streifen
des Gitters sind kleiner als die halbe Wellenlänge der
zu reflektierenden Strahlung. Es ist klar, dass ein derartiger Reflektor für einen Laser im sichtbaren Spektrum
(z.B. einen He—ife—Laser mit einer "Wellenlänge von 6328 a)
sich nicht oder sehr schwer herstellen lässt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung* besteht daher darin, einen linear polarisierten Gasentladungslaser
anzugeben, bei dem kein Magnetfeld erforderlich ist, die optischen Verluste gering sind und eine sehr
gute lineare Polarisation des Laserstrahls erhalten wird.
Bei einem derartigen Gasentladungslaser zum Pirzeugen
linear polarisierter Strahlung, der ein Laserrohr
und ein System von zwei Reflektoren enthält, deren optische
Achse mit der Achse des Laserrohres zusaminenfäll t f
wobei diese Reflektoren wenigstens durch je ein Substrat ge-
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-X- PHN.9056
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bildet werden, auf dem eine Anzahl eine Dicke von vorzugsweise
einer Viertelwellenlänge aufweisender abwechselnd aus zwei dielektrischen Materialien mit verschiedenen
Brechungszahlen bestehender Schichten angebracht
ist, und wobei von diesen Reflektoren mindestens einer anisotrop reflektiert, wird diese Aufgabe nach der
Erfindung· dadurch gelöst, dass mindestens eine der Schichten des anisotropen Reflektors derart stark anisotrop
ist, dass der Unterschied in Reflexion des Reflektors für in zwei zueinander senkrechten Richtungen polarisiertes
Licht mindestens 0,5 fo ist. Die doppe lbi"e chende (n)
Schicht(en) bildet (bilden) einen Teil des reflektierenden
Schichtensystenis des Reflektors. Dadurch, dass mindestens
eine der Schichten derart stark anisotrop ge —
macht wird, dass die Reflexion des Reflektors nur in einer Ri.chtung g&nxlgend ist, um stimulierte Emission zu
erhalten, wird nur ein in dieser Richtung polarisieir'ter
Lichtstrahl von dem Laser erzeugt. Die Vorteile eines derartigen Lasers zum Erzeugen linear polarisierten
Lichtes im Vergleich zu einem beliebig polarisierten Laser in Vereinigung mit einem polarisierenden Filter sind
die geringe Verluste und die sehr gute lineare Polarisation. Wenn nämlich ein in einer Richtung polarisierender
Filter in Vereinigung mit einem Laser verwendet wird, geut das in den übrigen Richtungen polarisierte
von dem Laser erzeugte Licht verloren. Dies ist nach
der vorliegenden Erfindung nicht der Fall. Der Laser erzeugt nur linear polarisiertes Licht. Die Verluste
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PICs. 905»
sind somit viel geringer.
Der Gasentladungslaser nach der Erfindung kann
z.B. ein Ar-f Kr- oder He-Cd-Laser sein. Er kann aber
auch ein Laser zum Erzeugen von Strahlung mit einer viel kleineren Wellenlänge, wie z.B. ein He-Ne-Laser
mit einer Wellenlänge von 6328 A sein. Die dielektrischen
Materialien der Schichten des Reflektors sind bei einem He-Ne-Laser z.B. Silizitimdioxid (SiO„) mit einer mittleren
Brecliungszahl von 1,^6 und Titandioxid (TiO5) mit
einer mittleren Brechungszahl von 2,21.
Wie bereits in der
DE-PS 26 27 585 beschrieben ist, hängt das " '
Ausmass der Anisotropie mit der Aufdampfrichtung bei
der Herstellung des Reflektors zusammen. Es hat sich
"t5 als möglich erwiesen, die Schichten mit einer hohen
Brecliungszahl derart stark anisotrop zu machen, dass der gewünschte Reflexionsunterschied erhalten wird.
Dies ist dadurch möglich, dass diese Schichten derart aufgedampft werden, dass die sich ablagernden Material-
JgP teilchen schräg einfallen. Dadurch ist es möglich:, die
optische Dicke für eine Polarisationsrichtung etwa gleich l/H Λ ZVi machen, wodurch die Schicht sehr gut
reflektiert, und die optische.Dicke für die andere Richtung gleich nahezu 1/2 λ zu machen, wodurch die
Schicht schlecht reflektiert. Die Reflexion des gesamten
Reflektors wird dadurch anisotrop (λ = die Wellenlänge in dem Material der Schichten),
Vorzugsweise werden drei der Schichten des aniso-
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-^- PHN.9056
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a 29Q7268
tropan Reflektors mit einer höheren Brechuiigszahl derart
stark anisotrop gemacht, dass der Unterschied in Reflexion dieses Reflektors für in zwei zueinander senkrechten
Richtungen polarisiertes Licht mindestens 3 °/° ist,
In diesem Falle sind die Schichten für in einer Richtung polarisiertes Licht etwa l/h A. dick und weisen
eine davon abweichende optische Dicke in der zu dieser Richtung senkrechten Richtung auf, so dass in dieser
Richtung die Reflexion schlechter ist. Der Laser ist in diesem Falle sehr stabil linear polarisiert.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
dass der Reflektor wie folgt zusammengesetzt ist:
S(H1 .2L)X H L H9
wobei
wobei
■ S das Substrat des Reflektors ist, H1 „ für doppelbrechende Schichten mit hohen
Brechungszahlen steht,
L für Schichten mit einer niedrigeren Brechungszahl steht,
H für Schichten mit einer hohen Brechungszahl steht, und
χ den Wert 2, J, k- oder 5 aufweist.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematise].! und im Schnitt einen Gasentladungslaser
nach der Erfindung,
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_ ff- 1S PHK,9056.
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Flg. 2 schematisch und in Ansicht den Austrittsreflektor, und
Fig. 3 die Reflexion als Funktion der Wellenlänge
in zwei zueinander senkrechten Richtungen.
In Pig* 1 ist schematisch ein Schnitt durch einen polarisierten Gasentladungslaser nach der Erfindung· dargestellt.
Dieser Laser ist aus einer rohrförmigen Umhüllung 1 mit einer Lange von etwa 250 msn aufgebaut, die an
beiden Enden mit Platten 2 und 3 verschlossen ist5 die mit
je einer mittleren Öffnung versehen sind. Die Platte 3
bildet zugleich die Anode des Lasers. Auf den Platten
und 3 sind zwei Reflektoren 4, und ^ angebracht, deren
optische Achse mit der Achse des Laserrohres 10 zusammenfällt und die zusammen den Laserresonator bilden. Die Reflektoren
4 und 5 bestehen aus den Substraten 6 und 8 mit
Mehrschichtenspiegeln 7 und 9· Das Laserrohr 10 weist einen Innendurchmesser von 1,8 mm auf. In der XJmIiUJ lung
ist weiter eine koaxial liegende hohle Kathode 11 angeordnet, die elektrisch mit der Platte 2 verbunden ist. Der
Reflektor· k_ bildet den Austx-ittsreflektor des Lasers, d.h.
den Reflektor, durch den der erzeugte linear polarisierte Laserstrahl heraustritt. Der Reflektor J- ist als ein
hohlor Reflektor atjsgebilde fc. Die Gasfüllung1 des Lasers
besteht aus 15% Ne und 85 cfo He mit einem Druck von 2,3
Torr. Die Ausgangs1eis Lung dieses Lasers beträgt 1-2 mW
' bei einer Wellenlänge von 6328 %..
In Fig. 2 ist der Reflektor 4_ in Ansicht schematJ.sch
dargestellt. Auf einem Glassubstrat 6 (s) .-.,:?.nd
abwechselnd Schichten 14 aus Si0„ mit einer niedrigen
Brechungsxahl (l) von etwa 1,46 und Sel lichten I3 aus
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- sr - jo PHN. 9056.
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TiO „ rait einer höheren Brechutigscahl (H; von etwa 2,21
angebracht« Dadurch, dass eine Anzahl der TiOp-Schiehteri
derart angebracht werden, dass stark doppeibrechende Schichten erhalten werden, reflektiert dieser Reflektor
nur in einer Richtung polarisiertes Licht in genügendem Masse, um stimulierte Emission zu erhalten. Dadurch wird
von dem Laser 100 0Jo linear polarisiertes Licht erzeugt.
Die in der Figur schematisch dargestellten Schichten weisen der Deutlichkeithalber einen anderen Durchmesser
auf. Tatsächlich ist dies nicht der Fall.
Fig. 3 stellt die Reflexion R (in c/o) eines Reflektors
mit den doppelbrechenden Schichten nach Fig. 2 als Funktion der Wellenlänge \ (in X) dar. Die volle Linie A
gibt die Reflexion von Licht an. dass linear in einer Riehtung polarisiert ist, in der die optische Dicke der doppelbrochenden
Schichten 1 /h A. ist. Die Reflexion bei ^ = 6328
X ist 9858 iat wodurch der Laser in dieser Richtung polarisiertes
Licht erzeugt. Die gestrichelte Linie B gibt die Reflexion von Licht an, das linear in einer Richtung
polarisiert ist, in der die optische Dicke der doppelbrechenden Schichten von 1/4 X abweicht. Die Reflexion
bei X = 6328 Α ist in diesem Falle 93»8 $, was genügend
ist, um stimulierte Emission zu erhalten·-
Die Erfindung wird nunmehr an Hand einiger Bei — spiele von Lasern nach der Erfindung näher erläutert.
Beispiel 1.
Ein He-Ne-Gasentladungslaser ( Ά. = 6328 X mit
der in Pig.1 beschriebenen Konstruktion ist mit einem
Austritv.srefloktor unch Fig. 2 versehen, der aus
einem Glassubstrat (s) besteht, auf dem nahezu isotrope
TiO,, »Schichten (ll), SiO^-Schichten. (l) und doppelbrediende
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·*%- PHN.9056
Ti0o-Schichten (H1 ~) angebracht sind. Die anisotropen
Schichten weisen nur*für eine Polarisationsrichtung eine Dicke von einer Vierte!wellenlänge auf. Die
Schichten werden auf folgende ¥eise angebracht.
| Nummer | der | der | Schicht: | O | 1 | ,2 | 2 | 3 | ,2 | 1 | 4 | 5 | ,2 | 6 |
| S | H1 | L | H1 | L | H1 | |||||||||
| Material: | 7 | 8 | 9 | 10 | 1 | 12 | L | |||||||
| Schicht: | ||||||||||||||
| Nummer | 13 | |||||||||||||
Material: H1 o L H L H
Dies kann kurz wie folgt geschrieben werden: S(H. L)* HLH.
Die Brechungs2aiii in zwei zueinander senkrechten Richtungen
war für die H1 „-Schichten nt = 2,15 und η =
I jft 1 tt
2,25. Der Reflexionsunterschied R in diesen zwei Richtungen
wird dadurch 1,2 fo (R1 = 98,8 fo und R = 97^6 ¥0)
Der Reflexionsurtterschied ist dadurch derart gross, dass
ein 100 fc linear polarisierter Lichtstrahl von dem
Laser erzeugt wird.
Beispiel 2.
Beispiel 2.
Ein He-Ne-Laser ist mit einem Reflektor der fol~
genden Form versehen:
S(H1 2L) (HL)1* H.
Die doppelbrechende H1 „-Schicht ist schräg aufgedampft,
so dass für eine Polarisationsrichtung die Schicht eine Dicke von 1/4X und für die zu dieser Richtungsenkrechte
Richtimg eine erheblich jrössere optische
909838/063?
-VtT- * PHN. 9056
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Dicke (z.B. gleich i/2 Ti ) aufweist. Dadurch, ist die
Reflexion R1 in der ersten Richtung 98,8 °/o und die
Reflexion R„ in der anderen Richtung 97 f°· Es ist also
nur stimulierte Emission von Licht möglich, das linear in der ersten Richtung polarisiert ist.
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Claims (2)
- vim. so 5^-2307288PATENTANSPRÜCHE.Π J Gaseatladungslaser zum Erzeugen linear polarisierter Strahlung, der ein Laserrohr mit an jedem Ende einem Reflektor enthält, deren optische Achsen mit der Achse des Laserrohres zusammenfallen, wobei diese Reflektoren wenigstens durch je ein Substrat gebildet werden, auf dem eine Anzahl abwechselnd aus zwei dielektrischen Materialien mit verschiedenen Breehungszalilen bestehender Schichten angebracht ist, und wobei "von diesen Reflektoren mindestens einer anisotrop reflektiert, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dex* Schichten des anisotropen Reflektors derart stark anisotrop istf dass der Unterschied in Reflexion des Reflektors für in zwei zueinander senkrechten Richtungen polarisiertes Licht mindestens 0,5 f» ist.
- 2. Gasentladungslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei der Schichten des anisotropen Reflektors derart stark anisotrop sind,- dass der Unterschied in Reflexion dieses Reflektors für1 in zwä zueinander senkrechten Richtungen polarisiertes Licht mindestens 3 c/> ist.3· Gasentladungslaser nach Anspruch. 2, dadtirch gekennzeichnet, dass der Reflektor wie folgt zusarmneugesetzt ist;S(H1" 2L)X HLH909838/G6373-7-2 -. 290726«S das Substrat des Reflektors ist, Hr für doppelbrechende Schichten mit hohen Brechungszahlen steht,L für Schichten mit einer niedrigeren Brechungszahl steht,H für Schichten mit einer hohen Brechungszahl steht, und
χ den Wert 2, 3> h oder 5 aufweist.909838/0637
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