DE3517814A1 - Laseranordnung - Google Patents

Description

• A.Mozer-K.Wünstel-O.Hildebrand-K.Lösch 1-1-1-5
• Laseranordnung Die Erfindung betrifft eine durchstimmbare einmodige Laseranordnung.
• Ein solcher Laser ist bekannt (DE 32 28 586).
• Der bekannte Laser weist auf der aktiven Schicht einen Film aus piezoelektrischem Material und eine darauf befindliche Gitteranordnung auf. Ein an diesem Gitter angelegtes Hochfrequenzfeld im Frequenzbereich von f = 20 GHz erzeugt im piezoelektrischen Film eine akustische Oberflächenwelle, die gegenüber dem Licht in der aktiven Schicht als Gitter wirkt. Die Wellenlänge der akustischen Welle und somit auch die Wellenlänge des Laserlichts sind über die Frequenz des Hochfrequenzfeldes durchstimmbar.
• Ein Nachteil dieses Lasers besteht darin, daß ein Hochfrequenzfeld in einem Frequenzbereich benötigt wird, dessen Handhabung technologisch sehr aufwendig ist.
• Ferner unterliegt der verwendete piezoelektrische Film schnellen Alterungserscheinungen und beschränkt somit die Lebensdauer des Lasers. Letztlich ist der einmodige Betrieb des Lasers mit hoher Güte nicht denkbar, da beim Modutieren jedesmal die Einschwing- und Abklingerscheinungen des Laser-Prozesses auftreten.
• A.Mozer-K.Wünstel-O.Hildebrand-K.Lösch 1-1-1-5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Betrieb durchstimmbare Laseranordnung zu schaffen, die bis in den Höchstfrequenibereich modulierbar ist, und deren Monomode dennoch eine hohe Güte aufweist.
• Die Aufgabe wird bei einer gattungsmäßigen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Anordnung ein stets longitudinal einmodiges Emissionsspektrum aufweist, da der Laser ausserhalb des Laserkreises moduliert wird und somit immer im Dauerstrichbetrieb arbeitet. Durch die gewählte Anordnung kann über die gesamte Verstärkungskurve durchgestimmt werden. Die Art der Auskopplung bewirkt eine schwache Rückwirkung des Laserlichts von der Faser auf den Laser.
• Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Laseranordnung und Fig. 2 eine Erweiterung der in Fig. 1 dargestellten Laseranordnung.
• In Fig. 1 sind die wesentlichen Komponenten der erfin- A.Mozer-K.Wünstel-O.Hildebrand-K.Lösch 1-1-1-5 dungsgemäßen Laseranordnung 1, die aus dem Laserkreis 2 mit den beiden Ringoszillatoren 3 und 4 und dem optischen I Scha Schatteo 13 besteht, zu erkennen.
• Der optische Weg des Ringoszillators 3 verläuft zwischen den Spiegeln 6 bis 9. Zwischen den Spiegeln 9 und 6 ist der laseraktive Bereich 5 angeordnet. Die Spiegel 6 und 7 sind halbdurchlässige Spiegel, der Spiegel 8 ist teildurchlässig und der Spiegel 9 reflektiert nahezu 100%.
• Der optische Weg des Ringoszillators 4 verläuft zwischen den Spiegeln 8, 9, 10 und 12. Zwischen den Spiegeln 9 und 10 liegt der laseraktive Bereich 5 und der halbdurchlässige Spiegel 6. Zwischen den Spiegeln 10 und 12 liegt der elektrooptische Bereich 11, zwischen den Spiegeln 8 und 12 liegt der teildurchlässige Spiegel 7. Die Spiegel 10 und 12 reflektieren nahezu 100%.
• An den halbdurchlässigen Spiegel 6 und 7 werden die beiden Ringoszillatoren 3 und 4 verkoppelt. Aus dem reflektierten Lichtanteil an den Spiegeln 6 und 7 bildet sich der Ringoszillator 3, wohingegen der transmittierende Anteil an den Spiegeln 6 und 7 den Ringoszillator 4 angibt.
• Die laseraktive Schicht 5 ist an den beiden optisch offenen Enden, die zwischen den Spiegeln 9 und 6 liegen, entspiegelt. Dafür übernehmen die Ringoszillatoren die Funktion eines herkömmlichen Resonators, sie bewirken, daß diskrete Wellenlängen aus dem Spektrum der Verstärkungskurve des Lasers schwingen. Die Verstärkungskurve ist die Einhüllende aller diskreten spektralen Linien, die der Laser in einem bestimmten Betriebszustand emittiert. In einem Ringoszillator können nur solche Frequenzen schwingen, die den Resonanzbedingungen des Oszilla- A.Mozer-K.Wünstel-O.Hildebrand-K.Lösch 1-1-1-5 tors genügen. Diese Frequenzen werden als Moden bezeichnet. Im vorliegenden Fall sind die zwei Ringoszillatoren 3 und 4 so gekoppelt, daß sie einen gemeinsamen Bereich aufweisen, und ihre Phasenbeziehung ist so gewählt, daß die beiden Modenkämme in diesem Bereich interferieren.
• Die Phasenbeziehung zwischen den beiden Ringoszillatoren 3, 4 wird über den elektrooptischen Bereich 11 eingestellt. Die optischen Wege der beiden Oszillatoren sind verschieden lang, wodurch sich auch unterschiedliche Abstände zwischen den Moden in den jeweiligen Modenkämmen einstellen. Durch die Interferenz entsteht nun das gewünschte einmodige Spektrum. Durch Anlegen einer Spannung am elektrooptischen Bereich 11 wird dort der Brechungsindex verändert, was zu einer Änderung der optischen Länge des Ringoszillators 4 führt. Hierdurch verändert sich das Modenspektrum des Ringoszillators 4 und somit auch das Interferenzbild des Laserkreises 2. Es wird sich eine andere Mode ausbilden. Der durchstimmbare Bereich erstreckt sich dabei über die Breite der Verstärkungsskurve des Lasers.
• Durch den teildurchlässigen Spiegel 8 wird das Licht aus dem Laserkreis 2 ausgekoppelt und durchläuft danach den optischen Schalter 13. Die Anordnung des Schalters 13 außerhalb des Laserkreises 2 bewirkt, daß der Laserkreis 2 im Dauerstrich betrieben werden kann. Die Modulation der Laseranordnung 1 erfolgt durch den optischen Schalter 13. Der Schalter besteht aus einer Umschaltvorrichtung mit 2 Ausgangszweigen. Einer der beiden Zweige geht in eine Faser über und stellt den Ausgang 14 der Laseranordnung 1 dar. Der zweite Zweig führt in einen sogenannten Sumpf 15, in dem das Licht absorbiert wird. Bei der Modulation wird der Lichtstrahl abwechselnd in den Ausgang 14 oder in den Sumpf 15 gelenkt.
• A.Mozer-K.Wünstel-O.Hildebrand-K.Lösch 1-1-1-5 In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier ist der Sumpf 15 durch eine Empfängerdiode 16 ersetzt, über die Intensität und Frequenz der emittierten Laserstrahlung detektiert und an die Laserregelung 17 und die Regelung des elektrooptischen Bereichs 18, zur Kontrolle und Regelung von Intensität und Frequenz weitergeleitet wird.
• Die Güte, d.h. die Schmalbandigkeit, wird am besten sein, wenn die Laseranordnung ständig in der gleichen Mode schwingt. Trotzdem ist es möglich, die Gleichspannung, die am elektrooptischen Bereich 11 zur Einstellung der Mode anliegt, mit Rechteckimpulsen zu überlagern. Jede angelegte Spannung erzeugt ihre eigene Mode. Es kann somit nacheinander Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittiert werden. Die Laseranordnung arbeitet dabei aber immer im Monomode-Betrieb.
• Die zusätzliche Anbringung eines zweiten elektrooptischen Bereichs für den Ringoszillator 3 ist in der Regel nicht notwendig, da alle Einstellungen in genügend hoher Geschwindigkeit und genügend großem Umfang vom elektrooptischen Bereich 11 durchgeführt werden können.
• Zwischen hoher Güte und hohem Leistungsausgang muß bei der Wahl des Reflexionskoeffizienten des teildurchlässigen Spiegels 8 entschieden werden, da sich diese Größen entgegenstehen. Ein Reflexionskoeffizient von 0,9 bewirkt eine hohe Güte aber einen geringen Leistungsausgang des Lasers. Ein Reflexionskoeffizient von 0,3 bewirkt eine geringe Güte mit großer Leistung.
• Die es gesamte Laseranordnung kann in integrierter Bauweise aufgebaut sein, da die einzelnen Einheiten, wie laser- A.Mozer-K.Wünstel-O.Hildebrand-K.Lösch 1-1-1-5 aktiver Bereich 5, elektrooptischer Bereich 11, optischer Schalter 13 oder Detektordiode 16 sowie die Lichtleiter auf der Basis von Halbleiterverbindungen aus Elementen der dritten und fünften Hauptgruppe des Periodensystems, aufgebaut sind. Die Anordnung läßt sich aber auch unter Verwendung diskreter Bauelemente aufbauen.

Claims (8)

1. A.Mozer-K.WUnstel-O.Hildebrand-K.Losch 1-1-1-5 Patentansprüche t1/. Durchstimmbare einmodige Laseranordnung, g e -k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Laserkreis (2) aus zwei sich teilweise überLagernden Ringoszillatoren (3, 4), von denen wenigstens ein Ringoszillator (3, 4) einen Bereich mit veranderlicher optischer Länge aufweist.
2. 2. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich mit veränderlicher optischer Länge ein elektrisch steuerbarer elektrooptischer Bereich (11) ist.
3. 3. Laseranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen optischen Schalter (13) außerhalb des Laserkreises (2) zur Modulation der Anordnung.
4. A.Mozer-K.Wünstel-O.Hildebrand-K.Lösch 1-1-1-5 4. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Schalter (13) eine regelbare Verzweigung ist, wobei der eine Zweig den Ausgang (14) der Laseranordnung (1) darstellt und der andere Zweig in einen Sumpf (15) führt.
5. 5. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g-ekennzeichnet, daß dem anderen Zweig ein Detektor (16) zur Ermittlung der Lichtintensität und Lichtfrequenz nachgeschaltet ist, und der Detektor (16) mit der Lasersteuerung (17) und der Steuerung (18) des elektrooptischen Bereichs (11) gekoppelt ist.
6. 6. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch integrierte Bauweise.
7. 7. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Aufbau aus diskreten Komponenten.
8. 8. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Halbleiterverbindungen überwiegend aus Halbleiterelementen der dritten und fünften Hauptgruppe des Periodensystems bestehen.