DE3144396C2 - - Google Patents

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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling 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
    • H01S3/108—Controlling 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 using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Frequenz­ verdoppelung eines Laserstrahles entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Vorrichtung dieser Art, jedoch mit einem dritten Spiegel (Kristall G. P), ist in der Literaturstelle JP-Z.: Japan. J. Appl. Phys., Vol. 15 (1976), No. 8, S. 1595-1596 beschrieben. In dieser Literaturstelle ist ausgeführt, daß bei dieser Art von Frequenzverdoppelung zwischen den beiden harmonischen Strahlen eine Interferenz durch einen sog. "phase mismatch" auftreten kann. Dieser "phase mismatch" muß auf Null reduziert werden, was durch Justieren der Lage der verschiedenen Elemente der Vorrichtung erreicht wird.
Ähnliche Vorrichtungen zur Frequenzverdoppelung eines Laserstrahles sind in den Literaturstellen "IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-10, No. 2, 1974, S. 253-262" und "IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-11, No. 7, 1975, S. 365- 367" sowie in den US 41 27 827 und US 39 75 693 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der eine Interferenz zwi­ schen den beiden harmonischen Strahlen vermieden ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag sind die beiden Strahlen automatisch orthogonal, d. h. senkrecht zueinander polarisiert, so daß kein "phasen-mismatch" auftritt. Demzufolge ist die Lage der Elemente der Vorrichtung unkritisch.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Aus Gründen der besseren Anschaulichkeit sind die verschiedenen Strahlen in einem Abstand voneinander dargestellt, während tatsächlich die parallelen Strahlen zusammenfallen.
Ein Laser 10 emittiert einen Strahl 12 mit der gewünschten Grundfrequenz. Bei dieser Ausführung der Erfindung wurde ein YAG-Laser verwendet zur Emission eines Strahles mit einer Wellenlänge von 1064 nm. Diese Wellenlänge ist im infraroten Bereich.
Ein Generator 16 in Form eines nicht linearen Kristalls ist zur Erzeugung der zweiten Harmonischen in der Laser-Resona­ torkammer im Pfad des von dem Laser 10 ausgesandten Strahles 12 angeordnet. Der Kristall kann beispielsweise aus Kaliumtitanylphosphat bestehen. Zwischen dem Laser 10 und dem Kristall 16 ist eine dichroitische Brewster-Platte 18 angeordnet, um die Polarisation der Grundfrequenz auf­ rechtzuerhalten. 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 Polarisierung, entweder p oder s.
Eine Viertelwellenlängenplatte 20 für die zweite harmonische 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 Endspiegel 24 angeordnet, durch den das Licht mit 532 nm Wellenlänge hin­ durchgeht und der alle Strahlen mit 1064 nm Wellenlänge reflektiert. Am anderen Ende der Vorrichtung ist ein End­ spiegel 26 vorgesehen, der die Strahlen mit 1064 nm Wellen­ länge zu 100% reflektiert.
Im Betrieb emittiert der YAG-Laser einen Strahl 12 mit ei­ ner Wellenlänge von 1064 nm. Der Strahl passiert die Brewster-Platte 18, und ein Teil desselben wird durch den nicht linearen Kristall 16 frequenzverdoppelt. Ein zweiter frequenzverdoppelter Strahl wird entlang der Laserachse in der umgekehrten Richtung durch den 1064 nm-Strahl erzeugt, der von dem Endspiegel 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 Endspiegel 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 Viertel­ wellenlängenplättchen 20 hindurch und wieder zurück. Dadurch entsteht eine 90°-Drehung der Polarisation. Dieser reflek­ tierte 532 nm-Strahl kann nicht in Interferenz treten mit dem 532 nm-Strahl, der von dem 1064 nm-Strahl erzeugt wurde, welcher zum Endspiegel hin gerichtet ist, weil seine Polarisierung um 90° gegenüber derjenigen dieses 532 nm- Strahls gedreht ist. Auf diese Weise wird eine Interferenz und die dadurch entstehende Instabilität mit Leistungs­ verlust bei 532 nm vermieden.
Offensichtlich kann die hier vorgeschlagene Technik auch dazu verwendet werden, andere Grundfrequenzen zu verdoppeln.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Frequenzverdoppelung eines Laserstrahles innerhalb einer Laser-Resonatorkammer, auf deren Achse folgende Komponenten angeordnet sind:
  • - zwei Endspiegel (24, 26), die die Laser-Resonatorkammer begrenzen,
  • - ein Laser (10),
  • - ein nicht linearer Kristall (16) zur Frequenzverdoppelung eines vom Laser (10) emittierten Strahles (12), wobei die frequenz­ verdoppelten Strahlen in entgegengesetzten Richtungen entlang der Achse der Laser-Resonatorkammer laufen, und
  • - ein Reflektor (18) zwischen dem Laser (10) und dem nicht linearen Kristall (16) zur Frequenzverdoppelung, der Strahlung der doppel­ ten Grundfrequenz aus der Laser-Resonatorkammer heraus reflektiert und Strahlung der Grundfrequenz durchläßt,
gekennzeichnet durch
  • - zwei koinzidente, linear polarisierte Ausgangstrahlen (14) der doppelten Frequenz, die die Laser-Resonatorkammer durch einen (24) der beiden Endspiegel (24, 26) verlassen und deren Polarisations­ ebenen senkrecht aufeinander stehen,
  • - Mittel (20) zum Drehen der Polarisationsebene der von dem Reflektor (18) reflektierten Strahlung und Mittel (22) zum Zurückführen der Strahlung zum Reflektor (18) mit einer um 90° gedrehten Polarisationsebene, und
  • - einen Endspiegel (24), der die Strahlung der Grundfrequenz reflektiert und Strahlung der doppelten Frequenz durchläßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Endspiegel (26), der in der Lage ist, den Strahl (12) mit der Grundfrequenz zu reflektieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückführung des Strahles mit der gedrehten Polarisation ein Spiegel (22) vorgesehen ist und daß eine Viertelwellenlängenplatte (20) zwischen dem Reflektor (18) und dem Spiegel (22) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (10) einen Strahl mit einer Wellenlänge von 1064 nm emittiert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (18) eine dichroitische Brewster-Platte ist.
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