DE3013301C2

DE3013301C2 -

Info

Publication number: DE3013301C2
Application number: DE19803013301
Authority: DE
Inventors: Heinrich 6900 Heidelberg De Karning; Franz Dipl.-Phys. 6901 Waldhilsbach De Prein; Karl-Heinz 6901 Bammental De Vierling
Original assignee: Eltro Gesellschaft fur Strahlungstechnik 6900 Heidelberg De GmbH
Current assignee: Eltro Gesellschaft fur Strahlungstechnik 6900 Heidelberg De GmbH
Priority date: 1980-04-05
Filing date: 1980-04-05
Publication date: 1987-10-29
Also published as: DE3013301A1

Description

Die Erfindung betrifft einen querangeregten Laser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a cross-excited laser according to the preamble of claim 1.

Ein solcher Laser ist aus der DE-OS 27 53 304 bekannt. Dieser aus zwei optischen Kanälen bestehende und durchaus zweckmäßige Laser sieht je doch nicht die Möglichkeit der Verwendung als Ringlaser vor.Such a laser is known from DE-OS 27 53 304. This one out of two optical channels existing and quite useful lasers ever sees but not the possibility of using it as a ring laser.

Elektronik 1978, Heft 12, Seiten 85, 86, enthält eine Resonatoranordnung mit vier Spiegeln, deren optische Flächen einander so zugekehrt sind, daß sich eine Art ringförmiger Strahlenverlauf ergibt. Mit dieser Anordnung lassen sich gegenüber den sonst üblichen Resonatoren mit nur zwei sich gegenüberliegenden Spiegeln wesentlich höhere Lichtleistungen erzielen.Elektronik 1978, issue 12, pages 85, 86, contains a resonator arrangement with four mirrors, the optical surfaces of which face each other so that there is a kind of ring-shaped beam path. With this arrangement can be compared to the usual resonators with only two opposite mirrors achieve significantly higher light outputs.

Die DE-OS 28 21 330 behandelt ein Ringlaser-Gyroskop, bei dem sich an einem Umlenkspiegel zwei verschiedene Wellenlängen auskoppeln lassen, jedoch handelt es sich hierbei um Resonanzfrequenzen mit gegensinnig um laufenden Lichtstrahlen, aus deren Differenz dann auf die Umdrehungsge schwindigkeit des Laserkörpers geschlossen werden kann.DE-OS 28 21 330 deals with a ring laser gyroscope, in which have two different wavelengths coupled out in a deflecting mirror, however, these are resonance frequencies with opposite directions running light rays, from their difference then to the rotation speed of the laser body can be closed.

Schließlich ist es aus der US-PS 38 57 109 auch noch bekannt, gleichzeitig zwei verschiedene Wellenlängen aus einem Resonator auszukoppeln.Finally, it is also known from US-PS 38 57 109, at the same time coupling two different wavelengths out of one resonator.

Die Aufgabe der Erfindung wird in der Schaffung einer Möglichkeit ge sehen, bei einem gattungsgemäßen Laser gleichzeitig an verschiedenen Orten unterschiedliche Wellenlängen emittieren zu können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Auf diese Weise erhält man einen Mehr-Wellenlängen-Laser mit gleichzeitig und synchron zueinander erzeugten Wellenzügen.The object of the invention is to create a possibility ge see, with a generic laser simultaneously on different Locations to be able to emit different wavelengths. This task is according to the invention indicated by the characterizing part of claim 1 Features solved. In this way, a multi-wavelength laser is obtained with wave trains generated simultaneously and synchronously with each other.

Um eine inhomogene Energieverteilung im Strahl korrigieren bzw. homogen machen zu können, sind die optischen Umlenkelemente gemäß Anspruch 4 austauschbar und weisen eine von der planen Oberfläche abweichende und den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend angepaßte - z. B. zylindrische oder asphärische - Formgebung auf. Die optischen Flächen lassen sich in der Regel nicht von vornherein angeben, sondern jede einzele kann gezielt ausgewählt sowie in dem System erprobt und festgelegt werden. Die An wendung ist etwa bei einem Laser vorstellbar, bei dem ein Teilstrahl ausgekoppelt und auf seine optische Qualität, d. h. im wesentlichen auf seine homogene Intensitätsverteilung hin, überprüft sowie mittels adap tiven optischen Elementen ausgeregelt wird. Dieser Vorgang läßt sich auch automatisieren.To correct an inhomogeneous energy distribution in the beam or homogeneously to be able to make the optical deflection elements according to claim 4 interchangeable and have a different from the flat surface and adapted to the respective needs - e.g. B. cylindrical or aspherical shape. The optical surfaces can be in usually do not state from the outset, but each one can target selected and tested and determined in the system. The An Application is conceivable, for example, for a laser in which a partial beam uncoupled and its optical quality, d. H. essentially on its homogeneous intensity distribution, checked and checked using adap tive optical elements is corrected. This process can also be done automate.

Was die totalreflektierenden Umlenkelemente anbetrifft, so können die selben gemäß Anspruch 5 in vorteilhafter Weise durch einen Prismenblock oder einen Tripelspiegel ersetzt werden. Im Fall der Verwendung eines Tripelspiegels nach Anspruch 6 ist es von Vorteil, wenn derselbe stirn seitig mit dem Strahlengang ausgesetzten flächigen Bereichen und aus dem Strahlengang herausgehaltenen Kanten angeordnet ist. Zum Abstimmen der Resonatorlänge ist es darüber hinaus sinnvoll, daß die optischen Umlenk elemente und/oder die ihrer Halterung dienenden Stirnseiten nach Anspruch 7 mit Hilfe eines Piezoantriebs verstellbar ausgebildet sind. Die Ver stellrichtung verläuft jeweils senkrecht zur Ebene der Umlenkelemente bzw. Seiten.As far as the totally reflecting deflection elements are concerned, they can same according to claim 5 in an advantageous manner by a prism block or a triple mirror can be replaced. In the case of using a Triple mirror according to claim 6, it is advantageous if the same forehead flat areas exposed to the beam path and from the Beam path held edges is arranged. To vote the Resonator length it also makes sense that the optical deflection elements and / or their end faces serving as claimed 7 are designed to be adjustable with the aid of a piezo drive. The Ver The direction of adjustment is perpendicular to the plane of the deflection elements or pages.

Auch die übrigen Unteransprüche enthalten Weiterbildungen der Erfindung.The other subclaims also contain developments of the invention.

Im folgenden werden an Hand einer Zeichnung Ausführungsbeispiele der Er findung näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander ent sprechenden Teile dieselben Bezugszahlen aufweisen. Es zeigtIn the following, embodiments of the He Finding explained in more detail, the ent in the individual figures speaking parts have the same reference numerals. It shows

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Ringlaser mit zwei Strahlengängen, unter 45° zu ihnen angeordneten Umlenkmitteln und zwei Auskoppelstellen, Fig. 1 is a longitudinal sectional view of a ring laser with two beam paths, at 45 ° to them arranged deflection means and two output coupling,

Fig. 2 einen Ringlaser gemäß Fig. 1 mit vier Strahlen gängen und entsprechend vielen Auskoppelstellen, Fig. 2 transitions a ring laser of FIG. 1 with four beams, and a corresponding number of output coupling,

Fig. 3 einen Ringlaser gemäß Fig. 1 mit unter zwei ver schiedenen Winkeln angeordneten, den Strahlen verlauf nach Art eines Parallelogramms bewirkenden Umlenkmittel, Fig arranged. 3 a ring laser of FIG. 1 with change under two different angles, the beam extending in the manner of a parallelogram causing deflection means,

Fig. 4 die beiden Stirnseiten des Gehäuses (Träger platte und Prismenblock) mit zueinander jeweils starr justierten Spiegeln - in Seitenansicht und Fig. 4, the two end faces of the housing (carrier plate and prism block) with each mirror rigidly adjusted to each other - in side view and

Fig. 5 eine Stirnfläche des Gehäuses, bei der die total reflektierenden Spiegel durch einen Tripelspiegel ersetzt sind. Fig. 5 is an end face of the housing, in which the totally reflecting mirrors are replaced by a triple mirror.

Die Grundanordnung gemäß Fig. 1 zeigt den Laser 1, dessen Gehäuse 2 den Resonator- oder Entladungsraum 5 umgibt, in dem das Elektrodensystem 10 bis 14 angeordnet ist. Die beiden Stirnwände 8 und 9 des Gehäuses dienen im wesentlichen der Halterung der Spiegel 18 bis 21. Das mit einer nach außen führenden Spannungszuführung versehene Elektrodensystem 10 bis 14 besteht aus der in der Längsachse des Gehäuses 2 angeordneten Mittelelek trode 11, die an ihrer Außenkontur zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende Entladungsflächen 12 und 13 besitzt, die jeweils mit einer ihr im Bereich der inneren Längswand des Gehäuses gegenüberliegenden Elek trode 10 und 14 bzw. deren Entladungsflächen 3 und 4 zusammenwirken und dadurch Verstärkungsbereiche 30 bzw. 31 bilden.The basic arrangement according to FIG. 1 shows the laser 1 , the housing 2 of which surrounds the resonator or discharge space 5 in which the electrode system 10 to 14 is arranged. The two end walls 8 and 9 of the housing essentially serve to hold the mirrors 18 to 21 . The provided with an externally leading voltage supply electrode system 10 to 14 consists of the arranged in the longitudinal axis of the housing 2 Mittelelek electrode 11 , which has on its outer contour two in opposite directions discharge surfaces 12 and 13 , each with one in the inner region Longitudinal wall of the housing opposite elec trode 10 and 14 or their discharge surfaces 3 and 4 cooperate and thereby form reinforcement areas 30 and 31, respectively.

In Höhe der Freiräume zwischen den Elektroden sind an den Stirnwänden 8 und 9 - im Fall des mit ausgezogener Linie gezeichneten Strahls der Wellenlänge λ ₁ - die drei totalreflektierenden optischen Elemente 18 bis 20, z. B. Spiegel, und das teildurchlässige optische Element 21, das ebenfalls ein entsprechend ausgebildeter Spiegel sein kann, befestigt. Die Spiegelflächen sind dabei einander zugekehrt und jeweils unter 45° zum Strahlenverlauf angeordnet. Wird das Gas im Resonatorraum angeregt, so entsteht nach der Emission ein der ausgezogenen Linie entsprechender sogenannter Ringlaser, der durch den teildurchlässigen Spiegel 21 ausge koppelt wird. Bei einem Ringlaser mit zwei Wellenlängen λ ₁ und g ₂muß für den Vorgang der Auskopplung ein weiterer totalreflektierender Spiegel, z. B. der Spiegel 20, durch einen teildurchlässigen Spiegel ersetzt werden. Ein Ausführungsbeispiel mit vier verschiedenen auskoppelbaren Wellenlängen λ ₁ bis λ ₄ ist in Fig. 2 aufgezeigt. Die Transmission beträgt hier jeweils 85% und die Reflexion 15%. Selbstverständlich können die Prozentanteile von Transmission und Reflexion in anderen Ausführungsbeispielen auch anders - z. B. bei den vier optischen Elementen auch untereinander dif ferierend - ausgebildet sein. At the level of the free spaces between the electrodes are on the end walls 8 and 9 - in the case of the beam drawn with a solid line of wavelength λ ₁ - the three totally reflecting optical elements 18 to 20 , z. B. mirror, and the partially transmissive optical element 21 , which can also be a correspondingly trained mirror, attached. The mirror surfaces face each other and are arranged at 45 ° to the beam path. If the gas is excited in the resonator chamber, a so-called ring laser, which corresponds to the solid line, is formed after the emission and is coupled out by the partially transparent mirror 21 . In a ring laser with two wavelengths λ ₁ and g ₂ , another totally reflecting mirror, e.g. B. the mirror 20 , can be replaced by a partially transparent mirror. An exemplary embodiment with four different wavelengths λ ₁ to λ _{4 that} can be coupled out is shown in FIG. 2. The transmission here is 85% and the reflection 15%. Of course, the percentages of transmission and reflection can also be different in other exemplary embodiments - e.g. B. with the four optical elements also among themselves dif ferierend - formed.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 bildet der Strahlenverlauf ein Parallelogramm. Dies kommt zustande, weil jeweils nur die in der Diago nale einander gegenüberliegenden Spiegel 18 und 20 sowie 19 und 21 bzw. deren Gitter mit dem Strahlenverlauf denselben Winkel bilden. Hier wird Laserstrahlung mit den unterschiedlichen Wellenlängen λ ₁ und g ₂ über die in diesem Fall zu 80% durchlässigen Spiegel 18 und 20 ausgekoppelt. Anstelle der Gitter können auch andere wellenselektive optische Elemente, z. B. Prismen, verwendet werden. Auch die Gitterkonstanten lassen sich bei den den einzelnen Wellenlängen zugeordneten Spiegeln unterschiedlich ge stalten. Das Verstellen der optischen Umlenkelemente und/oder der sie tragenden Seitenwände erfolgt mit Hilfe des Piezoantriebs 23 (Fig. 1) und zwar jeweils senkrecht zur Ebene dieser Elemente bzw. Seiten.In the exemplary embodiment in FIG. 3, the beam path forms a parallelogram. This comes about because only the opposing mirrors 18 and 20 and 19 and 21 or their gratings form the same angle with the beam path in the diagonal. Here, laser radiation with the different wavelengths λ ₁ and g _{2 is} coupled out via the mirrors 18 and 20 which are 80% transparent in this case. Instead of the grating, other wave-selective optical elements, e.g. B. prisms can be used. The grating constants can also be designed differently for the mirrors assigned to the individual wavelengths. The optical deflection elements and / or the side walls carrying them are adjusted with the aid of the piezo drive 23 ( FIG. 1), in each case perpendicular to the plane of these elements or sides.

Fig. 4 zeigt die Stirnwand 9 für sich gezeichnet. Sie kann aus Glas, (Glas-)Keramik, Quarzgut, Kunststoff, Germanium, CdTe oder Zinkselenid bestehen. Bei einem anderen, zeichnerisch nicht dargestellten Ausfüh rungsbeispiel, ist keine Ausnehmung vorgesehen; in diesem Fall muß der "Spiegel" transparent sein und nur geringe Absorption aufweisen. Es ist auch denkbar, die ganze Stirnwand aus transparentem Material zu fertigen und nur die Stelle, an der die Totalreflexion erwünscht ist, entsprechend auszubilden. Die Befestigung dieser totalreflektierenden Stelle kann z. B. durch Aufdampfen einer Goldschicht erfolgen. Ebensogut können auch die totalreflektierenden Spiegel und die (teil-)durchlässigen Schichten in der Wand eingelassen sein. Eine solchermaßen ausgebildete Platte kann als Modenblende verwendet werden. Fig. 4 shows the end wall 9 drawn for itself. It can consist of glass, (glass) ceramics, quartz, plastic, germanium, CdTe or zinc selenide. In another exemplary embodiment, not shown in the drawing, no recess is provided; in this case the "mirror" must be transparent and have little absorption. It is also conceivable to manufacture the entire end wall from transparent material and to design only the point at which total reflection is desired. The attachment of this totally reflecting point can, for. B. by vapor deposition of a gold layer. The totally reflecting mirrors and the (partially) transparent layers can also be embedded in the wall. Such a plate can be used as a mode diaphragm.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können die totalreflektierenden Spiegel der Stirnwand 9 auch durch einen Prismenblock 15 (Fig. 4) oder einen Tripelspiegel 16 (Fig. 5) ersetzt sein, wobei letzterer so in den Strahlengang eingefügt wird, daß nur seine flächigen Bereiche 16′ , nicht dagegen seine Prismenkanten 16′′ optisch wirksam sind.In a further exemplary embodiment, the totally reflecting mirrors of the end wall 9 can also be replaced by a prism block 15 ( FIG. 4) or a triple mirror 16 ( FIG. 5), the latter being inserted into the beam path in such a way that only its flat areas 16 ′ , not against it its prism edges 16 '' are optically effective.

Claims

1. Cross-excited laser with

a) an electrode system, which is divided into a central electrode ( 11 ) with two electrical discharge surfaces ( 12, 13 ) and two of these two surfaces ( 12, 13 ) respectively opposite outer electrodes ( 10, 14 ), each between a reinforcement area ( 30 or 31 ) is located on a surface ( 12 or 13 ) and the adjacent outer electrode ( 10 or 14 ),
b) optical deflection elements ( 19, 20 ) which are arranged at one end of the reinforcement regions ( 30, 31 ) and which deflect the laser beam from one reinforcement region ( 30 ) into the other reinforcement region ( 31 ),
c) two further optical deflecting elements ( 18, 21 ) which are arranged at the other end of the amplification regions ( 30, 31 ) and one of which is guided to be partially transparent for coupling out laser light,

characterized by the following features:

d) all four optical elements ( 18, 19, 20, 21 ) are arranged so that their surfaces, which the laser beam strikes, face one another and are arranged at an angle to the beam path, so that a closed ring resonator results,
e) at least two of the four optical deflecting elements are designed such that in a first deflecting element ( 21 ) a first wavelength ( λ 1 ) is partially transmitted, while all other wavelengths of the rotating laser beam are reflected totol, and that in a second optical Deflection element ( 20 ) from the first wavelength ( λ 1 ) different second wavelength ( λ 2 ) is partially passed, while all other wavelengths of the rotating laser beam are totally reflected.

2. Laser according to claim 1, characterized in that the respective wavelengths ( g ₁ , λ ₂ , λ ₃ , λ ₄ ) assigned areas or surface areas of the optical deflection elements ( 18 to 21 ) at comparatively far apart wavelengths ( λ ₁ , λ ₂ , λ ₃ , λ ₄ ) are designed as grids and are provided with different grating constants.

3. Laser according to claim 1 or 2, characterized in that in each case the diagonally opposite optical deflection elements ( 18; 20 or 19; 21 ) with the beam path in the resonator branches include the same angle ( Fig. 4).

4. Laser according to one of claims 1 to 3, characterized in that the optical deflecting elements ( 18 to 21 ) are arranged interchangeably and a different from the flat surface according to the respective needs - z. B. cylindrical or aspherical - shape.

5. Laser according to one of claims 1 to 4, characterized in that two of the total reflective optical deflection elements ( 19; 20 ) as a prism block ( 15 ) or triple mirror ( 16 ) are formed ( Fig. 5).

6. Laser according to claim 5, characterized in that the triple mirror ( 16 ) on the end face with the beam path exposed flat areas ( 16 ' ) and from the beam path edges ( 16'' ) is provided ( Fig. 6).

7. Laser according to one of claims 1 to 6, characterized in that the optical deflecting elements ( 18 to 21 ) and / or their end faces ( 8; 9 ) are designed to be adjustable with the aid of a piezo drive ( 23 ) ( Fig. 1).