DE3144396A1 - Verfahren und vorrichtung zur frequenzverdoppelung eines laserstrahles - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur frequenzverdoppelung eines laserstrahles

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DE3144396A1 DE19813144396 DE3144396A DE3144396A1 DE 3144396 A1 DE3144396 A1 DE 3144396A1 DE 19813144396 DE19813144396 DE 19813144396 DE 3144396 A DE3144396 A DE 3144396A DE 3144396 A1 DE3144396 A1 DE 3144396A1
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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
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Description

3U4396
Die Erfindung bezieht sich auf einen.frequenzverdoppelten Laser, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von zwei harmonischen Strahlen, die colinear, einander überlagernd und in Bezug zueinander 5 orthogonal polarisiert sind.
Der Ausgang eines Lasers kann dadurch frequenzverdoppelt werden, daß ein nichtlinearer Kristall außerhalb oder innerhalb der Laser-Resonatorkammer angeordnet wird. Da die Grundfrequenzleistung, die innerhalb der Kammer verfügbar ist, viel größer ist als die äußere Leistung, ist die Anordnung innerhalb der Kammer wesentlich wirkungsvoller zur Erzeugung des zweiten harmonischen Strahles als die äußere Anordnung.
Es bestehen jedoch Nachteile bei der inneren Anordnung. Bei den üblichen Ausbildungen wird entweder nur ein harmonischer Strahl oder eine Anordnung mit einem dritten Spiegel zum Zusammenführen der beiden harmonischen Strahlen verwendet. Die erste Ausführung hat einen geringen Wirkungsgrad aufgrund der Tatsache, daß sie nur die Hälfte der verfügbaren harmonLsciieiL Leistung benutzt. Die zweite Ausführung leidet an einer geringen Stabilität aufgrund der möglichen Interferenzwirkung der beiden kombinierten harmonischen Strahlen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorher beschriebenen Systeme zu überwinden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die von der zweiten harmonischen Frequenz oder Oberschwingungsfrequenz des von einem Laser emittierten Strahles Gebrauch macht.
Das System enthält eine Laserquelle, Mittel zur Erzeugung der zweiten harmonischen Frequenz der Grundschwingungsfrequenz, die von dem Lasermedium emittiert wurde, eine dichroitische.
3HA3CG
Brewster-Winkel-Polarisierungsplatte zum Durchlassen der Grundschwingungsfrequenz und zum Reflektieren deren zweiter harmonischen Frequenz,, Mittel zur Veränderung der Polarisation des von der dichroitischen Brewster-Platte reflektier· ten Strahles, einen stark reflektierenden Spiegel an der zweiten Harmonischen und einen dichroitischen Auslaßspiegel vom Durchlassen der zweiten harmonsichen Frequenz und zum Reflektieren der Grundfrequenz. Die Resonatorkammer wird vervollständigt durch einen Rückspiegel, der die Grundfrequenz stark reflektiert, und der hinter der Laserquelle angeordnet ist.
In der Anwendung der hier beschriebenen Erfindung wird ein Generator für die zweite Harmonische verwendet, um die Grundfrequenz der Laserquelle zu verdoppeln. Ein Viertelwellenlängenplättchen wird in Verbindung mit einem stark reflektierenden Spiegel verwendet zwecks Änderung der Polarisation des Strahles, der von der dichroitischen Brewster-Platte reflektiert wurde. Die Anordnung der Elemente ist derart, daß koinzidente Strahlen durch den Äuslaßspiegel hindurch emittiert werden, wobei jeder aer Strahlen die doppelte Grundfrequenz aufweist. Die emittierten Strahlen sind in Bezug zueinander orthogonal polarisiert,, so daß Interferenzeffekte vollständig eliminiert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Aus Gründen der besseren Anschaulichkeit sind die verschiedenen Strahlen in einem Abstand voneinander dargestellt, während tatsächlich die parallelen Strahlen zusammenfallen. Eine Laserquelle 10 emittiert einen Strahl 12 mit der gewünschten Grundschwingungsfrequen?. In dieser Ausführung der Erfindung wurde ein Yag-Laser verwendet, zwecks Emission
eines Strahles mit einer Wellenlänge,von 1064 nm. Diese Wellenlänge ist im infraroten Bereich.
Ein Generator 16 in Form eines nichtlinearen Kristalls ist zur Erzeugung der zweiten Harmonischen in der Laser-Resonatorkammer im Pfad des von der Laserquelle 10 ausgesandten Strahles 12 angeordnet. Der Kristall kann beispielsweise aus Kaliumtitanylphosphat bestehen. Zwischen der Laserquelle 10 und dem Kristall 16 ist eine dichroitische Brewster-Platte 18 angeordnet, um die Polarisation der Grundfrequenz aufrechtzuerhalten. Die dichroitische Brewster-Platte 18 läßt im wesentlichen 100% des p-polarisierten 1064 nm-Strahles 12 durch und reflektiert im wesentlichen 100% eines 532 nm-Strahles 14 in willkürlicher Polarisiertung,entweder ρ oder s.
Eine Viertelwellenlängenplatte 20 an der zweiten harmonischen Frequenz ist oberhalb der dichroitischen dielektrischen Brewster-Platte 18 im Pfad des von diesem reflektierten Lichtes angeordnet. Die optische Achse der Platte 20 ist.in _ einem Winkel von 45° zu der Polarisation des harmonischen Strahls geneigt. Ein Spiegel 22 reflektiert den Strahl 14, der die Viertelwellenlängenplatte 20 durchläuft, zurück durch die Viertelwellenlängenplatte hindurch auf die Brewster-Platte 18. Der Spiegel 22 und die Viertelwellenlängenplatte 20 können in der Praxis aufeinander angeordnet werden.
Am vorderen Ende der Vorrichtung ist ein Auslaßspiegel 24 angeordnet, durch den das Licht mit 532 nm Wellenlänge hindurchgeht und der alle Strahlen mit 1064 nm Wellenlänge reflektiert. Am anderen Ende der Vorrichtung ist ein Rückspiegel 26 vorgesehen, der die Strahlen mit 1064 nm Wellenlänge zu 100% reflektiert.
31U396
Im Betrieb emittiert der Yag-Laser einen Strahl 12 mit einer Wellenlänge von 1064 nm. Der Strahl passiert die Brewster-Platte 18, und ein Teil desselben wird durch den nichtlinearen Kristall 16 frequenzverdoppelt. Ein zweiter frequenzverdoppelter Strahl wird entlang der Laserachse in der umgekehrten Richtung durch den 1054 nm-Strahl erzeugt, der von dem Auslaßspiegel 24 reflektiert wird. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, zeigt ein Pfeil senkrecht zum Strahl 12 oder 14 die Polarisation des betreffenden Strahls an«, Zwei koinzidente Strahlen 14 werden durch den Auslaßspiegel 24 hindurchgelassen und sind in Bezug aufeinander orthogonal polarisiert. Diese Wirkung wird erreicht durch Verwendung der vorher beschriebenen dichroitischen Brewster-Platte 18, der Viertelwellenlängenplatte 20 und des Spiegels 22. Der 532 nm-Strahl, der von der dichroitischen Brewster-Platte 18 reflektiert wird, läuft aufgrund der Orientierung der Brewster-Platte 18 und des Spiegels 22 durch das Viertelwellenlängenplättchen 20 hindurch und wieder zurück. Dadurch entsteht eine 90°-Drehung der Polarisation. Dieser reflektierte 532 nm-Strahl fcann nicht in Interferenz treten mit dem 532 nm-Strahl, der von dem 1064 nm-Strahl erzeugt wurde, welcher zum Auslaßspiegel hin gerichtet ist, weil seine Polarisierung um 90° gegenüber derjenigen dieses 532nm-Strahls gedreht ist. Auf diese Weise wird eine Interferenz und die dadurch entstehende Instabilität mit Leistungsverlust bei 532 nm vermieden.
offensichtlich kann die hier vorgeschlagene Technik auch dazu verwendet werden, andere Grundfrequenzen zu verdoppeln.
Leerseite

Claims (1)

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    Kanzlei: Waldpromenade 23 Telefon: München (0S9) 8 50 50 Tsleigramroe: Germarfcpat Gauting
    Ihre Zsldisn:
    CtolneZsIsSien: Q 1237
    Quantronix Corporations, Smithtovin, NoY05 U.S.A.
    Verfahren und Vorrichtung zur Frequenzverdoppelung eines
    Laserstrahls
    Patentansprüche
    1. Vorrichtung zur Frequenzverdoppelung eines Laserstrahls innerhalb einer Laser-Resonatortcaromer mit einem Ausgang , -der — zwei koinzidente Strahlen von unterschiedlicher Polarisation aufweist, gekennzeichnet durch
    - einen Laser (10)
    - Mittel (16) zur Verdoppelung der Grundfrequenz eines vom Laser (10) emittierten Strahles (12) derart, daß frequenzverdoppelte Strahlen in entgegengesetzten Richtungen entlang der Laserachse laufens
    - einen Reflektor (18) zwischen dem Laser und den FrequenzverdoppelungsmitteiiniB der in der Lage ist, die zweite Harmonische der Grundfrequenz zu reflektieren und die Grundfrequenz durchzulassen,
    - Mittel (20) zum Drehen der Polarisation eines von dem Reflektor reflektierten Strahles
    Bankverbindung: Hypobonft ßcsÄg Koalo KIr. 3750123448 (BLZ 7CO 230 01)
    - Mittel (22) zum Zurückführen des Strahles mit der um 90° gedrehten Polarisation entlang der Laserachse, und
    - einen Auslaßspiegel (24), der in der Lage ist, einen Strahl mit der Grundfrequenz zu reflektieren und Strahlen der zweiten Harmonischen dieser Grundfrequenz durchzulassen.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (20) zur Veränderung der Polarisation in der Lage sind, eine 90°-Drehung der Polarisation durchzuführen.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Rückspiegel (26), der in der Lage ist, einen Strahl (12) mit der Grundfrequenz zu reflektieren und der zusammen mit dem Auslaßspiegel (24) die Resonatorkammer begrenzt, wobei der Rückspiegel (26), der Laser (10), der Reflektor (18), die Mittel (16) zur Verdoppelung der Grundfrequenz und der Auslaßspiegel (24) entlang der Laserachse angeordnet sind,
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    zur Rückführung des Strahls mit der gedrehten Polarisation
    ein Spiegel (22) vorgesehen ist, und daß eine Viertelwellenlängenplatte (20) zwischen dem Reflektor (18) und dem Spiegel (22) angeordnet ist.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdoppelung der Grundfrequenz ein nichtlinearer Kristall (16) vorgesehen ist.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (10) so beschaffen ist, daß er einen Strahl (12) mit einer Wellenlänge von etwa 1064 nm emittiert.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (18) einedichroitische Brewster-Platte ist.
    3U4396
    δ» Vorrichtung nach Anspruch I0 dadurch, gekennzeichnet, daß der Laser (10) zwischen eine« Röckspiegel (26) und dem Reflektor (1.8) angeordnet ist„ wobei der Rückspiegel (26) dazu bestimmt ist» die Strahlen rast, der Grundfrequenz zu reflektieren C
    9„ Verfahren.zur Erzeugung von zwei koinzidenten frequenzver·* doppelten Laserstrahlen von unterschiedlicher Polarisierung aus einem Laserstrahl mit vorgegebener Grundschwingungsfrequenz, dadurch gekennzeichnet,, daß eine Laserquelle vorgesehen wird, die einen Strahl mit -Grundfrequenz innerhalb einer Resonatorkaramer emittiert» die durch einen Auslaßspiegel begrenzt ist, der in der Lage ist» die Grundfrequenz zu reflektieren und deren zweite harmonische Frequenz durchzulassen, und einen Röckspiegel, der di© Grundfrequenz stark reflektiert,, daß die zweite Harmonische der genannten Grundfrequenz erzeugt wird, derart, daß erste und zweite frequenzverdoppelte Strahlen in entgegengesetzten Richtungen entlang einer Laserachse innerhalb der Resonatorkammer laufen,, daß die Polarisation eines aer beiden frequenzverdoppelten Strahlen um etwa 90° gegenüber dem anderen gedreht wird und schließlich der frequenzverdoppelte Strahl mit gedrehter Polarisation und der andere frequenzverdoppelte Strahl mit einem koinzidenten Pfad den Äuslaßspiegel passieren.
    10. Verfahren nach Anspruch 95 dadurch gekennzeichnet,, daß die Polarisation eines aer frequenzverdoppelten Strahlen dadurch gedreht wird, daß dieser zweimal durch ein Viertelwellenlängenplättchen geführt" wird.
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