DE3621338A1

DE3621338A1 - Resonator fuer einen laser, insbes. fuer einen farbstofflaser

Info

Publication number: DE3621338A1
Application number: DE19863621338
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Phys Gellert
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1986-06-26
Filing date: 1986-06-26
Publication date: 1988-01-07

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Resonator für einen Laser, insbesondere für einen Farbstofflaser, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein derartiger Resonator ist etwa im Aufsatz von A.E. Siegman "Unstable Optical Resonators", Appl. Opt., vol 13, no. 2 (1974), S. 353-366 beschrieben. Der bekannte Resona tor weist zwei totalreflektierend ausgebildete Resonator spiegel auf, zwischen denen ein Lasermedium und ein ebenfalls totalreflektierend ausgebildeter, gelochter Spiegel angeordnet sind. Dieser Resonator ist instabil und liefert eine über den gelochten Spiegel seitlich ausgekoppelte Strahlung kleiner Bandbreite (von beispiels weise 0,01 A).

Strahlung grosser Bandbreite, beispielsweise grösser 1 A, lässt sich mit einem stabilen Resonator erzielen. Beim stabilen Resonator ist das Lasermedium zwischen einem totalreflektierenden und einem teildurchlässigen Spiegel angeordnet und es wird Strahlung grosser Band breite über den teildurchlässigen Spiegel ausgekoppelt. Die grosse Bandbreite der vom stabilen Resonator gelie ferten Strahlung kann durch den Einsatz von Prismen, Gittern und/oder Fabry-Perots begrenzt werden, wodurch Strahlung mittlerer Bandbreite erzeugt wird. Dies bedingt jedoch einen erheblichen Justieraufwand und teure optische Komponenten. Darüber hinaus steigen die optischen Verluste des Resonators.

Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, löst die Aufgabe, einen Resonator für einen Laser anzugeben, welcher in einfacher Weise Strahlung mittlerer Bandbreite liefert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform des Resonators nach der Erfindung und

Fig. 2 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Resonators nach der Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnen M ₁ und M ₃ zwei einen Hohlraum H der ersten Ausführungsform des Resonators begrenzende Resonatorspiegel. Im Hohlraum H sind ein vorzugsweise farbstoffhaltiges Lasermedium L vorgesehen sowie ein gelochter Spiegel M ₂.

Der Spiegel M ₁ ist eben und teildurchlässig ausgebildet und weist einen mit dem Reflexionsgrad eines teildurch lässigen Resonatorspiegels eines stabilen Resonators mit einer Bandbreite grösser 1 A vergleichbaren Reflexions grad auf, wobei der stabile Resonator vom Lasermedium L und den beiden Resonatorspiegeln M ₁ und M ₃ gebildet sein kann. Der Resonatorspiegel M ₃ ist schwach gewölbt ausgebildet und reflektiert ebenso wie der gelochte Spiegel M ₂ aus dem Lasermedium L austretendes Licht total. Der gelochte Spiegel M ₂ ist gegenüber der Resonator längsachse R gekippt angeordnet und weist eine ein wirk sames Modenvolumen WM begrenzende Apertur A auf. Mit SM ist ein Modenvolumen bezeichnet, welches bei Fehlen des gelochten Spiegels M ₂ durch den vom Lasermedium L und die beiden Resonatorspiegel M ₁ und M ₃ gebildeten stabilen Resonator bestimmt ist.

Die Wirkungsweise eines solchen Resonators ist nun wie folgt:

Durch eine nicht dargestellte Pumpvorrichtung, etwa eine Blitzlampe, in den Hohlraum H des Resonators einge brachtes und Moden bildendes Licht wird am Resonator spiegel M ₁ und am gelochten Spiegel M ₂ aus dem Hohlraum H ausgekoppelt. Hierbei weist die durch den Resonator spiegel M ₁ transmittierte Strahlung eine Bandbreite von 0,1 bis 1 A auf. Eine solche Strahlung mit einer mittleren Bandbreite lässt sich in einfacher Weise weder mit einem stabilen Resonator mit einem Modenvolumen SM erreichen noch mit einem durch das Lasermedium L, die beiden Resonatorspiegel M ₁ und M ₃ und den gelochten Spiegel M ₂ gebildeten instabilen Resonator, bei dem das am gelochten Spiegel M ₂ ausgekoppelte Licht eine Bandbreite kleiner 0,01 A aufweist. Diese überraschende Wirkungsweise des erfindungsgemässen Resonators könnte etwa damit zusammenhängen, dass der gelochte Spiegel M ₂ vergleichbar einem Raumfilter das durch den stabilen Resonator angeregte Modenvolumen SM vergleichsweise grosser Bandbreite derart beeinflusst, dass eine durch den Resonatorspiegel M ₁ ausgekoppelte Modenstruktur mittlerer Bandbreite entsteht. Vom Resonatorspiegel M 1 werden hierbei nur Strahlen des tatsächlich wirksamen Modenvolumens WM ausgekoppelt, was zu einer kreisförmigen Emission führt.

Vom gelochten Spiegel M ₂ wird hingegen eine ringförmige Emission ausgekoppelt, welche entweder vom Modenvolumen des instabilen Resonators herrührt oder vom Modenvolumen SM durch Reflexion in dieses hineingerät und dann ausge koppelt wird. Als Modenvolumen des instabilen Resonators wird hierbei eine Strahlführung verstanden, die nach einer oder sehr wenigen Reflexionen an den Resonator spiegeln M ₁ und/oder M ₃ und dem gelochten Spiegel M ₂ den Resonator verlässt.

Um einen besonders hohen Wirkungsgrad der durch den Resonatorspiegel M ₁ emittierten Strahlung mittlerer Bandbreite zu erzielen, ist es zweckmässig, den gelochten Spiegel M ₂ möglichst nahe am Resonatorspiegel M ₁ aufzu stellen und den Durchmesser des gelochten Spiegels M ₂ derart festzulegen und ihn derart gekippt anzuordnen, dass seine Projektion auf eine Ebene E senkrecht zur Resonatorlängsachse R am Ort des gelochten Spiegels M ₂ mindestens das Modenvolumen SM umfasst. Hierbei muss durch die Verkippung des gelochten Spiegels M ₂ gewährlei stet sein, dass die vom gelochten Spiegel ausgekoppelte Strahlung ungehindert, d.h. ohne an die nicht dargestellte Pumpquelle zu stossen, den Resonator verlassen kann.

Durch Variation des Durchmessers der Apertur A des geloch ten Spiegels M ₂ kann die Bandbreite der durch den Resona torspiegel M ₁ ausgekoppelten Strahlung reproduzierbar verändert werden. Eine Verkleinerung der Apertur A führt zu einer Verkleinerung des wirksamen Modenvolumens WM und damit zu einer grösseren Divergenz des Lichtstrahles als beim vergleichbaren instabilen Resonator. Hierdurch wird die Bandbreite vergrössert. Gleichzeitig wird jedoch weniger Leistung durch den Resonatorspiegel M ₁ ausgekop pelt. Bei der Festlegung des Durchmessers der Apertur ist daher zwischen Bandbreite der emittierten Strahlung und ausgekoppelter Leistung zu optimieren. Günstige Ergebnisse lassen sich erreichen, wenn das Verhältnis von Längserstreckung des Resonators zu Durchmesser der Apertur A zwischen 20 und 2000 liegt. Typische Werte sind Aperturdurchmesser von 1 bis 12 mm bei Resonator längen von 0,5 bis 2 m.

Verschiedene Wellenlängen lassen sich einstellen, wenn wie in der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Resonators gemäss Fig. 2 dargestellt ist, mindestens ein Prisma P ₁ oder mehrere Prismen P ₁, P ₂ zusätzlich zwischen Lasermedium L und Resonatorspiegel M ₃ einge baut werden. Dabei wird die spektrale Filterwirkung des gelochten Spiegels M ₂ sogar erweitert, da durch das Prisma bzw. die Prismen die zu verkleinernde Aus gangsbandbreite des Modenvolumens SM schon herabgesetzt ist.

Claims

1. Resonator für einen Laser, insbesondere für einen Farbstofflaser, mit einem die Weglänge eines Licht strahls vergrössernden, in Richtung einer Längsachse des Resonators von zwei Resonatorspiegeln (M ₁, M ₃) begrenzten Hohlraum (H), in dem ein Lasermedium (L) vorgesehen ist sowie ein zwischen Lasermedium (H) und einem ersten (M ₁) beider Resonatorspiegel vorge sehener und gegenüber der Resonatorlängsachse (R) gekippt angeordneter gelochter Spiegel (M ₂), dadurch gekennzeichnet, dass der erste Resonatorspiegel (M ₁) einem teildurchlässigen Resonatorspiegel eines stabilen Resonators vergleichbar ausgebildet ist.

2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Resonatorspiegel (M ₁) und der geloch te Spiegel (M ₂) unmittelbar nebeneinander aufgestellt sind, und dass der gelochte Spiegel (M ₂) einen solchen Durchmesser aufweist und derart gegenüber der Resona torlängsachse (R) gekippt angeordnet ist, dass seine Projektion auf eine Ebene (E) senkrecht zur Resonator längsachse (R) am Ort des gelochten Spiegels (M ₂) mindestens ein Modenvolumen (SM) des Hohlraumes (H) umfasst, welches durch den von den beiden Resonator spiegeln (M ₁, M ₃) und dem Lasermedium (L) bestimmten stabilen Resonator vorgegeben ist.

3. Resonator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Apertur (A) des gelochten Spiegels (M ₂) veränderbar ist.

4. Resonator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Längserstreckung des Resonators zum Durchmesser der Apertur (A) des gelochten Spiegels (M 2) zwischen 20 und 2000 liegt.

5. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Lasermedium (L) und zweitem Resonatorspiegel (M ₃) mindestens ein Prisma (P ₁) vorgesehen ist.