DE3937492A1 - Wellenleiterlaser mit mikrowellenanregung ueber tem-wellenleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellenleiterlaser mit einem in Richtung einer Resonatorachse einander gegenüberliegend im Abstand angeordnete Spiegel aufweisenden Resonator, welcher einen sich sowohl in Richtung der Resonatorachse als auch einer zu dieser senkrechten Querrichtung aus­ dehnenden Strahlenverlauf aufweist, mit einem sich in einer Wellenrichtung im wesentlichen in Richtung zu der Resonatorachse zwischen den Spiegeln erstreckenden op­ tischen Wellenleiter, welcher sich in einer Ebene parallel zur Richtung der Resonatorachse und zur Querrichtung er­ streckende, einander gegenüberliegende und parallel zuein­ ander verlaufende Wellenleiterflächen aufweist, welche den Strahlenverlauf durch Reflexion führen, und mit einem zwischen den Wellenleiterflächen liegenden und ein Laser­ gas beinhaltenden Gasentladungsraum.

Ein derartiger Wellenleiterlaser ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung 03 05 893 bekannt. Bei einem solchen Wellenleiterlaser erfolgt die Anregung des Lasergases durch eine Hochfrequenzentladung, wobei beide Wellenleiterflächen jeweils als Elektroden dienen, denen die Hochfrequenz zugeführt wird und über welche die Hoch­ frequenzanregung des Lasergases im Gasentladungsraum er­ folgt.

Eine derartige Anregung der Gasentladung bringt die üb­ lichen hochfrequenztechnischen Probleme hinsichtlich der Abstrahlung und Abschirmung mit sich und ist, insbesondere bei hohen einzukoppelnden Leistungen, sehr kostenintensiv und aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wellenleiterlaser der gattungsgemäßen Art mit einer kostengünstigeren Anregung für das Lasergas zu versehen.

Diese Aufgabe wird bei einem Wellenleiterlaser der ein­ gangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Mikrowellenquelle vorgesehen ist, daß von der Mikrowellenquelle Mikrowellen in einen zum optischen Wellenleiter führenden, zwei einander gegenüberliegende Bandleiter aufweisenden TEM-Wellenleiter einspeisbar sind, daß jeweils auf einer dem Gasentladungsraum gegenüber­ liegenden Seite einer jeden der Wellenleiterflächen eine vom Lasergas im Gasentladungsraum getrennte Überkopplungs­ struktur angeordnet ist, welche jeweils mit einem der Bandleiter verbunden ist, daß sich beide Überkopplungs­ strukturen gemeinsam in einer zur Wellenleiterfläche parallelen Überkopplungsrichtung erstrecken und gemeinsam in einem Streifenbereich in dem Gasentladungsraum längs der Überkopplungsrichtung eine im wesentlichen konstante Mikrowelleneinkopplung bewirken.

Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Anordnung wird es mit einfachen Mitteln erreicht, daß auch in einem Wellen­ leiterlaser eine Mikrowellenanregung möglich ist, wobei insbesondere die erfindungsgemäßen Überkopplungsstrukturen im Anschluß an den TEM-Wellenleiter für eine gleichmäßige Verteilung der Mikrowellen über den gesamten Gasent­ ladungsraum sorgen.

Besonders vorteilhaft im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung ist es, wenn sich die Überkopplungsstrukturen über ein Mehrfaches einer halben Wellenlänge der Mikrowellen in Überkopplungsrichtung erstrecken und somit die Möglichkeit bieten, über möglichst langgestreckte Bereiche eine kon­ stante Mikrowellenleistungseinkopplung zu erzielen. Bezüg­ lich der Ausbildung der Überkopplungsstrukturen wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn jede Überkopplungs­ struktur eine mit dem jeweiligen Bandleiter verbundene und sich in der Überkopplungsrichtung erstreckende elektrisch leitende Platte aufweist.

Vorzugsweise ist die leitende Platte dabei so angeordnet, daß sie mit ihrer Längserstreckung in der Überkopplungs­ richtung verläuft.

Besonders einfach läßt sich eine sukzessive und konstante Mikrowellenleistungseinkopplung in den Streifenbereich des Gasentladungsraums dadurch erreichen, daß die leitende Platte einer Überkopplungsstruktur in Richtung ihrer Längserstreckung einen spitzen Winkel mit der jeweiligen Wellenleiterfläche einschließen. In dem Bereich der leitenden Platte, welche einen großen Abstand von der Wellenleiterfläche aufweist, wird nur ein geringer Teil der zur Verfügung stehenden Mikrowellenleistung einge­ koppelt, während in dem Bereich, der einen geringen Ab­ stand von der Wellenleiterfläche aufweist, ein größerer Teil der Mikrowellenleistung in den Streifenbereich einge­ koppelt wird. Somit besteht die Möglichkeit, von der an­ kommenden Mikrowellenleistung zunächst einen kleinen Teil auszukoppeln und in den Streifenbereich einzukoppeln und sukzessive einen größeren Teil auszukoppeln, solange bis letztlich die gesamte vorhandene Mikrowellenleistung in den Streifenbereich eingekoppelt wird, so daß insgesamt über die Länge des Streifenbereichs in Überkopplungs­ richtung gesehen, eine konstante Mikrowellenleistung in diesen eingekoppelt wird.

Hierzu ist es günstig, wenn die leitende Platte mit einem einen maximalen Abstand von der Wellenleiterfläche auf­ weisenden Endbereich mit dem jeweiligen Bandleiter ver­ bunden ist, so daß in diesem Bereich die größte Mikro­ wellenleistung zugeführt und dann sukzessive im Verlauf der Längserstreckung der leitenden Platte in den Streifen­ bereich eingekoppelt wird.

Bislang wurde lediglich darauf Bezug genommen, wie die leitende Platte mit ihrer Längserstreckung relativ zum Wellenleiter angeordnet ist. Um auch in Querrichtung eine gleichmäßige Mikrowellenleistungseinkopplung in den Streifenbereich zu erhalten, ist vorgesehen, daß die leitende Platte mit ihrer zur Längserstreckung im rechten Winkel verlaufenden Quererstreckung parallel zur Wellen­ leiterfläche verläuft, so daß in jeder Querrichtung stets eine konstante Mikrowelleneinkopplung erfolgt.

Die bislang beschriebenen Ausführungsbeispiele der er­ findungsgemäßen Lösung funktionieren grundsätzlich mit lediglich einer leitenden Platte bei jeder Überkopplungs­ struktur. Besonders vorteilhaft läßt sich die Überkopplung in den Streifenbereich jedoch dann anpassen, wenn eine der Überkopplungsstrukturen zwischen der leitenden Platte und der Wellenleiterfläche ein sich in Überkopplungsrichtung erstreckendes und in Mikrowellenausbreitungsrichtung stetig seine Dicke verringerndes dielektrisches Keil­ element aufweist.

Dieses Keilelement soll lediglich stetig seine Dicke redu­ zieren, in welcher Form dies erfolgt, kann von den jewei­ ligen geometrischen Verhältnissen und der jeweils in den Streifenbereich einzukoppelnden Leistung abhängig gemacht werden. Im einfachsten Fall ist vorgesehen, daß die Decke des Keilelements in Mikrowellenausbreitungsrichtung linear abnimmt.

Hinsichtlich der Ausbildung des Keilelements ist es be­ sonders vorteilhaft, wenn das Keilelement eine im wesent­ lichen der gesamten Längserstreckung der leitenden Platte entsprechende Länge aufweist.

Darüberhinaus ist es in Ergänzung dazu vorteilhaft, wenn das Keilelement eine der Quererstreckung der leitenden Platte der jeweiligen Überkopplungsstruktur entsprechende Breite quer zur Überkopplungsrichtung aufweist.

Im einfachsten Fall ist das Keilelement so angeordnet, daß die jeweilige leitende Platte auf dem Keilelement auf­ liegt. Andererseits ist es zweckmäßig, wenn das Keilele­ ment auf einer die Wellenleiterfläche tragenden Wellen­ leiterwand aufliegt.

Hinsichtlich der Art des Abschlusses der Überkopplungs­ strukturen an ihrem, einer Verbindung mit dem Bandleiter gegenüberliegenden Ende, wurden bislang keine Ausführungen gemacht. So ist es beispielsweise denkbar, Überkopplungs­ strukturen mit einem Kurzschluß abzuschließen.

Wenn jedoch Reflexionen der Mikrowellen vermieden werden sollen, ist es vorteilhaft, die Überkopplungsstrukturen mit einem Mikrowellensumpf abzuschließen.

Im konstruktiv einfachsten Fall umfaßt der Mikrowellen­ sumpf dabei ein Keilstück aus einem verlustbehafteten Dielektrikum.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde lediglich davon ausgegangen, daß eine der Überkopplungs­ strukturen so ausgebildet ist, daß deren leitende Platte in einem spitzen Winkel zur jeweiligen Wellenleiterfläche verläuft, während die andere Überkopplungsstruktur so aus­ gebildet sein kann, daß deren leitende Platte parallel zur jeweiligen Wellenleiterfläche verläuft.

Bei einem verbesserten Ausführungsbeispiel, bei welchem eine optimierte gleichmäßige Einkopplung der Mikrowellen­ leistung in den Streifenbereich erfolgt, ist vorgesehen, daß die beiden einander gegenüberliegenden Überkopplungs­ strukturen jeweils eine mit ihrer Längsrichtung in einem spitzen Winkel zur Wellenleiterfläche verlaufende leitende Platte aufweisen.

Ergänzend oder alternativ dazu ist aber auch denkbar, daß zur Erreichung des gleichen Zwecks die beiden einander gegenüberliegenden Überkopplungsstrukturen Keilelemente aufweisen.

Eine weitere Alternative, welche insbesondere für groß­ flächige geometrische Anordnungen geeignet ist, sieht vor, daß eine Überkopplungsstruktur zwar entgegengesetzt zu­ einander verlaufende Mikrowellenausbreitungsrichtungen aufweist, so daß somit eine Aufteilung der ankommenden Mikrowellenleistung in die beiden Richtungen erfolgt.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die leitende Platte der Überkopplungsstruktur in einem mittleren Bereich mit dem entsprechenden Bandleiter verbunden ist.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Ausbildung der leitenden Platte so, daß diese ausgehend von dem mittleren Bereich mit zwei jeweils in einem spitzen Winkel zur Wellenleiter­ fläche verlaufenden Abschnitten auf diese zu geneigt ist.

Zusätzlich oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, daß die Überkopplungsstruktur zwei sich in entgegengesetzte Richtungen erstreckende Keilelemente aufweist.

Insbesondere für große Ausdehnungen von Wellenleiter­ flächen und einer großen Ausdehnung des entsprechenden Resonators ist es günstig, wenn mehrere Sätze einander gegenüberliegender Überkopplungsstrukturen vorgesehen sind.

Vorzugsweise sind die Überkopplungsstrukturen dabei so angeordnet, daß die Überkopplungsrichtungen derselben parallel zueinander verlaufen.

Um eine möglichst gleichmäßige Anregung im Gasentladungs­ raum zu erreichen, ist vorgesehen, daß die den Überkopp­ lungsstrukturen zugeordneten Streifenbereiche im wesent­ lichen aneinander anschließen und somit keine toten Be­ reiche von nicht angeregtem Lasergas im Gasentladungsraum entstehen.

Eine optimale Anregung des erfindungsgemäßen Wellenleiters ist dann erreicht, wenn der Streifenbereich oder die Streifenbereiche sich in Querrichtung im wesentlichen über dem vom Resonatorstrahlengang durchsetzten Teilbereich des Gasentladungsraums erstrecken, so daß, was insbesondere bei einem sich mit großer Dimension in Querrichtung er­ streckenden Resonator von Bedeutung ist, über die gesamte Querrichtung angeregtes Lasergas zur Verfügung steht. Eine optimale Ausnützung des erfindungsgemäßen Wellenleiters ist dann gegeben, wenn sich der oder die Streifenbereiche im wesentlichen in Wellenleiterlängsrichtung über den gesamten Wellenleiter erstrecken.

Die Überkopplungsrichtungen der jeweils einander zugeord­ neten Überkopplungsstrukturen können relativ zum Wellen­ leiter prinzipiell beliebig liegen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Überkopplungsrichtungen parallel zur Resonatorachse oder senkrecht zur Resonatorachse ver­ laufen.

Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde hinsichtlich des Materials, aus welchem die die Wellen­ leiterfläche tragende Wand hergestellt ist, keine näheren Angaben gemacht, insbesondere bei der Herstellung des Wellenleiters hat es sich als besonders vorteilhaft er­ wiesen, wenn die die Wellenleiterfläche tragende Wellen­ leiterwand aus Metall ist.

Alternativ dazu ist es aber auch bei bestimmten Ausfüh­ rungen von Wellenleiterlasern möglich, wenn die die Wellenleiterfläche tragende Wellenleiterwand aus dielek­ trischem Material ist.

Eine besonders einfache und optimierte Anregung des Laser­ gases im Gasentladungsraum läßt sich dann erreichen, wenn bei Verwendung mehrerer Sätze von Überkopplungsstrukturen jeder Satz einer Überkopplungsstruktur mit einer eigenen Mikrowellenquelle verbunden ist, da sich in diesem Fall in einfacher Weise mehrere Mikrowellenquellen kleiner Leistung, also beispielsweise mehrere kommerziell erhält­ liche Magnetrons, zur Anregung des Lasergases zusammen verwenden lassen und dabei die Probleme, die üblicherweise beim Zusammenschalten mehrerer Magnetrons auf einen TEM- Wellenleiter auftreten, vermieden werden, da jedes Magne­ tron über einen separaten TEM-Wellenleiter die Mikrowellen dem Gasentladungsraum zuführt und somit auch eine Wechsel­ wirkung, die häufig zu Störungen und Leistungsminderungen der Magnetrons führt, nicht auftreten kann, da Kopplungs­ effekte zwischen den einzelnen Überkopplungsstrukturen gar nicht oder nur in geringem Maße auftreten.

Hinsichtlich des Resonators selbst wurden im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung keine genauen Angaben gemacht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Resonator so ausge­ bildet ist, daß er durch mehrfache Reflexionen an den Spiegeln mit einer Komponente in Richtung der Resonator­ achse und in der Querrichtung den sich sowohl in Richtung der Resonatorachse als auch in der Querrichtung ausdehnen­ den Strahlenverlauf erzeugt.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn es sich bei dem Resonator um einen instabilen Resonator handelt.

Vorzugsweise finden konfokale Resonatoren Verwendung, die insbesondere in Verbindung mit einem Wellenleiter vorzugs­ weise mit zylindrischen Spiegeln ausgestattet sind.

Als besonders geeignet hat sich ein instabiler optischer Resonator erwiesen, welcher sich von der Resonatorachse, auf welcher definitionsgemäß die Spiegelflächen im Schnittpunkt mit derselben senkrecht stehen, zu einer Richtung hin als Hälfte eines symmetrischen konfokalen op­ tisch instabilen Resonators erstreckt und der Laserstrahl somit auf der der Resonatorachse gegenüberliegenden Seite in der Querrichtung versetzt aus dem Resonator austritt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen­ stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne­ rischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Wellenleiterlasers mit einer gestrichelt angedeuteten Überkopplungs­ struktur;

Fig. 2 eine Variante des ersten Ausführungsbei­ spiels allerdings ohne Resonatorspiegel;

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 eines dritten Ausführungsbeispiels und

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 eines vierten Ausführungsbeispiels.

Ein erstes, als Ganzes mit 10 bezeichnetes Ausführungsbei­ spiel eines erfindungsgemäßen Wellenleiterlasers umfaßt einen als Ganzes mit 12 bezeichneten Resonator, welcher einen konvexen Spiegel 14 und einen konkaven Spiegel 16 aufweist. Der Resonator 12 ist dabei als optisch in­ stabiler Resonator ausgebildet, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Resonatorachse 18 in Fig. 1 von einem linken Rand des konvexen Spiegels 14 zu einem linken Rand des konkaven Spiegels 16 verläuft.

Eine Spiegelfläche 20 des konvexen Spiegels 14 steht dabei im Schnittpunkt mit der Resonatorachse 18 senkrecht auf dieser und gleiches gilt für eine Spiegelfläche 22 des konkaven Spiegels 16.

Eine Lasertätigkeit des Resonators 12 beginnt daher im Bereich der Resonatorachse 18 und führt zu einem sich in einer Querrichtung 24 ausbreitenden Strahlenverlauf auf­ grund von Reflexionen an den Spiegelflächen 20 und 22 und schließlich zu einem austretenden Laserstrahl 26, welcher sich in einer Austrittsrichtung 28 parallel zur Resonator­ achse 18 ausbreitet und in seiner Geometrie einmal durch die Ausdehnung der Spiegelflächen 20 und 22 senkrecht zur Querrichtung 24 und zur Resonatorachse 18 und ein andermal durch eine geringere Erstreckung des konvexen Spiegels 14 gegenüber dem konkaven Spiegel 16 in Querrichtung 24 be­ dingt ist.

Vorzugsweise sind die Spiegel 14 und 16 als zylindrische Spiegel mit in Richtung senkrecht zur Querrichtung 24 und zur Resonatorachse 18 gerade gerichteter Spiegelfläche ausgebildet und außerdem zueinander konfokal.

Zwischen den Spiegeln 14 und 16 erstreckt sich ein als Ganzes mit 30 bezeichneter Wellenleiter, welcher zwei parallel zueinander ausgerichtete Wellenleiterflächen 32 und 34 umfaßt, die sich jeweils in Ebenen parallel zur Querrichtung 24 und zur Resonatorachse 18 erstrecken und den Strahlenverlauf des Resonators 12 zwischen sich ein­ schließen. Die Wellenleiterflächen 32 und 34 sind dabei optisch reflektierend ausgebildet, so daß zwischen den Spiegeln 14 und 16 hin- und herverlaufende Strahlen 36 an diesen mehrfach reflektiert und somit durch die Wellen­ leiterflächen 32 und 34 geführt werden.

Der Resonator 12 mit dem Wellenleiter 30 ist ausführlich in der europäischen Patentanmeldung Nr. 03 05 893 be­ schrieben, auf welche vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Die Wellenleiterflächen 32 und 34 sind jeweils durch eine Wand 36 und 38 getragen. Im vorliegenden Beispiel sind die Wände 36, 38 aus Metall hergestellt und zur Ausbildung der Wellenleiterfläche 34 für die Laserstrahlen 36 reflek­ tierend ausgebildet.

Zwischen den Wänden 36 und 38 des Wellenleiters 30 wird ein Gasentladungsraum 40 gebildet, welcher das jeweilige Lasergas enthält. Beispielsweise kann es sich bei diesem Lasergas um nicht strömendes Lasergas handeln, welches lediglich durch Diffusion zu den Wänden 36 und 38 des Wellenleiters 30 gekühlt wird.

Die Anregung des Lasergases im Gasentladungsraum 40 er­ folgt im dargestellten Ausführungsbeispiel über Mikro­ wellen, welche von einem als Mikrowellenquelle dienenden Magnetron 42 erzeugt und in einen TEM-Wellenleiter 44 ein­ gespeist werden, welcher einen ersten Bandleiter 46 und einen zweiten Bandleiter 48 umfaßt.

Der erste Bandleiter 46 ist mit einer ersten Überkopp­ lungsstruktur 50 verbunden, während der zweite Bandleiter mit einer zweiten Überkopplungsstruktur 52 verbunden ist.

Beim ersten Ausführungsbeispiel wird die erste Überkopp­ lungsstruktur 50 durch eine sich an ein Endstück 54 des ersten Bandleiters 46 in dessen Ebene anschließende dielektrisch leitende Platte 56 gebildet. Das Endstück 54 ist dabei im Abstand über der Wand 38 und parallel zu dieser angeordnet und die leitende Platte 56 erstreckt sich von dem Endstück mit einer Längserstreckung 58 auf die Wand 38 zu, so daß die Längserstreckung 58 mit der Wand 38 einen spitzen Winkel α einschließt. Außerdem ver­ läuft die leitende Platte 56 mit ihrer senkrecht auf der Längserstreckung stehenden Quererstreckung 60 parallel zur Wand 38.

Vorzugsweise erfolgt der Anschluß der leitenden Platte 56 an den ersten Bandleiter 46 so, daß die Längserstreckung 58 der leitenden Platte 56 im rechten Winkel zu einer Längsrichtung 62 des Endstücks angeordnet ist.

Zweckmäßigerweise endet beim in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiel die leitende Platte 56 mit ihrem dem End­ stück 54 abgewandten Ende 64 in geringem Abstand über einer sich in der Querrichtung 24 erstreckenden und der Spiegelfläche 20 zugewandten Breitseitenkante 66 der Wand 38.

Die zweite Überkopplungsstruktur 52 umfaßt die als metal­ lische Platte ausgeführte Wand 36, an deren sich in der Querrichtung 24 erstreckende und der Spiegelfläche 22 zugewandte Breitseitenkante 68 sich der zweite Bandleiter 48 in Fortsetzung anschließt.

Die beiden einander gegenüberliegenden Überkopplungs­ strukturen 50 und 52 führen nun zu einer sukzessiven Einkopplung von längs des TEM-Wellenleiters 44 zugeführten Mikrowellen in einer Überkopplungsrichtung 70, welche parallel zu den Wellenleiterflächen 32 und 34 in Richtung der Längserstreckung 58 verläuft. Gleichzeitig fällt mit der Überkopplungsrichtung 70 die Mikrowellenausbrei­ tungsrichtung 72 zusammen, da die an dem TEM-Wellenleiter in dessen Längsrichtung 62 ankommenden Mikrowellen sich im rechten Winkel nun in Richtung der Längserstreckung 58 mit ihrer Mikrowellenausbreitungsrichtung 72 fortsetzen. Durch die in dem Winkel α auf die Wand 38 zulaufende leitende Platte 56 wird eine sukzessive Einkopplung der Mikrowellen in den Gasentladungsraum 40 erreicht und somit in einem zwischen den beiden Überkopplungsstrukturen 50 und 52 liegenden Streifenbereich 74 eine im wesentlichen in Über­ kopplungsrichtung gleichförmige Mikrowellenanregung des Lasergases erzielt, wobei sich dieser Streifenbereich 74 in der Querrichtung 24 mindestens über die Ausdehnung des Resonators in der Querrichtung 24 erstreckt.

Vorzugsweise liegt die Überkopplungsrichtung 70 parallel zur Resonatorachse 18 und auch parallel zu einer Wellen­ leiterlängsrichtung 76, die ebenfalls durch den Verlauf der optischen Achse des Wellenleiters und somit durch den Verlauf der Resonatorachse 18 definiert ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einem zwischen der leitenden Platte 56 und der Wand 38 liegenden Zwischenraum 76 lediglich Luft vorhanden, welche als Dielektrikum wirkt so daß die metallische Wand 38 wie über einen Kondensator an die leitende Platte 56 ange­ koppelt ist.

Bei einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels, darge­ stellt in Fig. 2, ist in dem Zwischenraum 76 ein keil­ förmiges Dielektrikum 78 eingesetzt, welches einerseits auf der Wand 38 aufliegt und andererseits die leitende Platte 56 trägt.

Auch mit diesem gegenständlichen Dielektrikum, anstelle von Luft als Dielektrikum in dem Zwischenraum 76, ist eine Ankopplung der metallischen Wand 38 wie über einen Konden­ sator an die leitende Platte 56 und somit an den ersten Bandleiter 46 gegeben.

Zusätzlich ist, wie in Fig. 2 vorgesehen, auch im Bereich des Endes 64 der leitenden Platte 56 ein über die gesamte Quererstreckung 60 derselben ausdehnendes Keilstück 80 aus einem verlustbehafteten Dielektrikum vorgesehen, welches in der Mikrowellenausbreitungsrichtung 72 eine zunehmende Dicke aufweist und den Abstand zwischen der Wand 38 und dem Ende 64 der leitenden Platte 56 vollständig ausfüllt. Dieses Keilstück 80 dient damit als Mikrowellensumpf, welcher Mikrowellenreflexionen an dem Ende 64 der leiten­ den Platte 56 und der Breitseitenkante 66 der Wand 38 ver­ hindert.

Vorzugsweise erstreckt sich das Keilstück lediglich über eine geringe Distanz entgegengesetzt zur Mikrowellenaus­ breitungsrichtung 72 und nimmt im Verlauf dieser Er­ streckung in seiner Dicke auf 0 ab.

Alternativ zum Vorsehen eines Mikrowellensumpfes ist es auch denkbar, das Ende 64 der leitenden Platte 56 und der Breitseitenkante 66 der Wand 38 elektrisch leitend mitein­ ander zu verbinden und somit einen Kurzschluß vorzusehen, mit welchem die erste Überkopplungsstruktur 50 abge­ schlossen ist.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 3 sind dieselben Teile, insoweit als sie mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß bezüglich deren Beschrei­ bung auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel sind die mit einem ersten TEM-Wellenleiter 44a verbundenen Überkopp­ lungsstrukturen 50a und 52a jeweils mit einem dielek­ trischen Keilelement 78a versehen, so daß beiderseits des zwischen diesen liegenden Streifenbereichs 74a eine in der Mikrowellenausbreitungsrichtung 72a zunehmende Einkopplung in diesen Streifenbereich 74a erfolgt und somit insgesamt in dem Streifenbereich 74a in der Überkopplungsrichtung 70a eine gleichmäßige Mikrowelleneinkopplung erfolgt. Zusätzlich zu dem ersten Satz von Überkopplungsstrukturen 50a und 52a ist ein zweiter Satz von Überkopplungs­ strukturen 50b und 52b vorgesehen, welche mit einem zweiten TEM-Wellenleiter 74b verbunden sind und auch diese beiden Überkopplungsstrukturen 50b und 52b sind jeweils mit einem Keilelement 78b versehen. Allerdings erstreckt sich die Mikrowellenausbreitungsrichtung 72b dieses zweiten Satzes von Überkopplungsstrukturen 50b und 52b entgegengesetzt zur Mikrowellenausbreitungsrichtung 72a, jedoch parallel zu diesen. Dadurch erfolgt ebenfalls eine gleichmäßige Anregung des Lasergases in einem Streifen­ bereich 74b des Gasentladungsraums 40. Vorzugsweise ist die Erstreckung der beiden Überkopplungsstrukturen in ihren Querrichtungen 60a und 60b so gewählt, daß beide Sätze von Überkopplungsstrukturen 50a, 52a und 50b, 52b zugeordnete Streifenbereiche 74a und 74b aufweisen, die aneinander anschließen und damit im wesentlichen den gesamten, vom Resonator durchsetzten Bereich des Gasent­ ladungsraums 40 ausfüllen.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 4 ist die erste Überkopplungsstruktur 50′ so ausgebildet, daß sie zwei Abschnitte 56v, 56h einer elektrisch leiten­ den Platte umfaßt, die sich ausgehend von einem im wesent­ lichen mittig zur Überkopplungsstruktur 50′ geführten End­ stück 54 des TEM-Wellenleiters 44, welches im Abstand zur Wellenleiterfläche 34 angeordnet ist, mit ihrer Längser­ streckung 58v und 58h in der Überkopplungsrichtung 70 er­ strecken und dabei in Richtung auf die Wand 38 zu ver­ laufen, so daß sie mit ihren jeweiligen Enden 64v und 64h in geringem Abstand von der Wand 38 stehen.

Damit ist auch ausgehend von dem Endstück 54 jedem Ab­ schnitt 56v, h eine eigene Mikrowellenausbreitungsrichtung 72v und 72h zuzuordnen, welche ausgehend von dem Endstück 54 entgegengesetzt zueinander gerichtet sind, jedoch parallel zur Überkopplungsrichtung 70 verlaufen.

Zwischen den Abschnitten 56v, h und dem Endstück 54 ist ein dielektrischer Doppelkeil 82 vorgesehen, welcher zwei Keilelemente 78v und 78h umfaßt, die zwischen der jewei­ ligen Abschnitt 56v, h und der Wand 38 liegen.

Ähnlich wie beim zweiten Ausführungsbeispiel ist die Über­ kopplungsstruktur 52′ vereinfacht ausgebildet, d. h. sie umfaßt die leitende Wand 36 als elektrisch leitende Platte, an welche mittig der zweite Bandleiter 48 heran­ geführt und leitend mit dieser verbunden ist.

Über den TEM-Wellenleiter 44 herangeführte Mikrowellen­ leistung wird ausgehend von dem Endstück 54 in die beiden Mikrowellenausbreitungsrichtungen 52v und 52h jeweils zur Hälfte aufgeteilt und während ihres Verlaufes in den Mikrowellenausbreitungsrichtungen 52v, h sukzessive in den Streifenbereich 74′ des Gasentladungsraums eingekoppelt, so daß im wesentlichen über die gesamte Wellenleiterlängs­ richtung eine im wesentlichen gleichmäßige Anregung des Lasergases in diesem Streifenbereich 74′ erfolgt.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 5 sind zwei Sätze gleichartiger Mikrowelleneinkopplungs­ strukturen 50a′, 52a′ und 50b′ und 52b′ vorgesehen, die jeweils einander gegenüberliegen. Die Überkopplungs­ strukturen 50a′ und 50b′ sind im wesentlichen identisch wie die Überkopplungsstruktur 50′ des dritten Ausführungs­ beispiels ausgeführt, so daß bezüglich deren Beschreibung und Funktion auf die Ausführungen zum dritten Ausführungs­ beispiel verwiesen werden kann.

Im Gegensatz dazu sind auch die Überkopplungsstrukturen 52a′ und 52b′ spiegelsymmetrisch bezüglich des Gasent­ ladungsraums 40 ausgeführt, d. h. sie sind ebenfalls mit Doppelkeilen 82a und 82b versehen, so daß über beide ein­ ander gegenüberliegende Doppelkeile 82a oder b des jewei­ ligen Satzes von Überkopplungsstrukturen 50a′, 52a′ oder 50b′ 52b′ eine im wesentlichen konstante Einkopplung in die diesen Sätzen von Überkopplungsstrukturen jeweils zugeordneten Streifenbereiche 74a′ und 74b′ erfolgt, die ebenfalls über die Wellenleiterlängsrichtung im wesent­ lichen konstant ist.

Zu jedem Satz von Überkopplungsstrukturen 50a′, 52a′ und 50b′, 52b′ ist jeweils ein TEM-Wellenleiter 44a und 44b geführt, welcher jeweils mit einem diesem zugeordneten Magnetron 42a, b in Verbindung steht, so daß jeder Satz von Überkopplungsstrukturen 50a′, 52a′ oder 50b′, 52b′ mit einem eigenen Magnetron 42a oder 42b versorgt wird.

Vorzugsweise sind die beiden Streifenbereiche 74′a und 74′b so gewählt, daß sie im wesentlichen den gesamten, vom Resonator durchsetzten Teilbereich des Gasentladungsraums, insbesondere in der Querrichtung 24 erfassen.

Claims (30)

1. Wellenleiterlaser mit einem in Richtung einer Resona­ torachse einander gegenüberliegend im Abstand ange­ ordnete Laserspiegel aufweisenden Resonator, welcher einen sich sowohl in Richtung der Resonatorachse als auch in einer zu dieser senkrechten Querrichtung aus­ dehnenden Strahlenverlauf aufweist, mit einem sich in einer Wellenleiterlängsrichtung im wesentlichen in Richtung zu der Resonatorachse zwischen den Spiegeln erstreckenden optischen Wellenleiter, welcher sich in einer Ebene parallel zur Richtung der Resonatorachse und zur Querrichtung erstreckende, einander gegen­ überliegende und parallel zueinander verlaufende Wellenleiterflächen aufweist, welche den Strahlen­ verlauf durch Reflexion führen, und mit einem zwischen den Wellenleiterflächen liegenden und ein Lasergas beinhaltenden Gasentladungsraum, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mikrowellenquelle (42) vorgesehen ist, daß von der Mikrowellenquelle (42) Mikrowellen in einen zum optischen Wellenleiter (30) führenden, zwei ein­ ander gegenüberliegende Bandleiter (46, 48) auf­ weisenden TEM-Wellenleiter (44) einspeisbar sind, daß jeweils auf einer dem Gasentladungsraum (40) gegen­ überliegenden Seite einer jeden der Wellenleiter­ flächen (32, 34) eine vom Lasergas im Gasentladungs­ raum (40) getrennte Überkopplungsstruktur (50, 52) angeordnet ist, welche jeweils mit einem der Band­ leiter (46, 48) verbunden ist, daß sich beide Über­ kopplungsstrukturen (50, 52) gemeinsam in einer zur Wellenleiterfläche (32, 34) parallelen Überkopplungs­ richtung (70) erstrecken und gemeinsam in einem Streifenbereich (74) in dem Gasentladungsraum (40) längs der Überkopplungsrichtung (70) eine im wesent­ lichen konstante Mikrowelleneinkopplung bewirken.

2. Wellenleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Überkopplungsstrukturen (50, 52) um ein Mehrfaches einer halben Wellenlänge der Mikrowellen in Überkopplungsrichtung (70) erstrecken.

3. Wellenleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Überkopplungsstruktur (50, 52) eine mit dem jeweiligen Bandleiter (46, 48) ver­ bundene und sich in der Überkopplungsrichtung (70) erstreckende leitende Platte (56, 36) aufweist.

4. Wellenleiterlaser nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitende Platte (56, 36) einer Überkopplungsstruktur (50, 52) in Richtung seiner Längserstreckung (58) in der Überkopplungsrichtung (70) verläuft.

5. Wellenleiterlaser nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitende Platte (56) einer Über­ kopplungsstruktur (50) in Richtung ihrer Längser­ streckung (58) einen spitzen Winkel (α) mit der jeweiligen Wellenleiterfläche (34) einschließt.

6. Wellenleiterlaser nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitende Platte (56) mit einem einen maximalen Abstand von der Wellenleiterfläche (34) aufweisenden Endbereich mit dem jeweiligen Band­ leiter (46) verbunden ist.

7. Wellenleiterlaser nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Platte (56, 36) mit ihrer zur Längserstreckung (58) im rechten Winkel verlaufenden Quererstreckung (60) parallel zur Wellenleiterfläche (32, 34) verläuft.

8. Wellenleiterlaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Über­ kopplungsstrukturen (50) zwischen der leitenden Platte (56) und der Wellenleiterfläche (34) ein sich in Überkopplungsrichtung (70) erstreckendes und in Mikrowellenausbreitungsrichtung (72) stetig seine Dicke verringerndes dielektrisches Keilelement (78) aufweist.

9. Wellenleiterlaser nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke des Keilelements (78) in Mikrowellenausbreitungsrichtung (72) linear abnimmt.

10. Wellenleiterlaser nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (78) eine im wesentlichen der gesamten Längserstreckung (58) der leitenden Platte (56) der jeweiligen Überkopplungs­ struktur (50) entsprechende Länge aufweist.

11. Wellenleiterlaser nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement eine der Quererstreckung (60) der leitenden Platte (56) der jeweiligen Überkopplungsstruktur (50) entsprechende Breite quer zur Überkopplungsrichtung (70) aufweist.

12. Wellenleiterlaser nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige leitende Platte (56) auf dem Keilelement (78) aufliegt.

13. Wellenleiterlaser nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (78) auf einer die Wellenleiterfläche (34) tragenden Wellen­ leiterwand (38) aufliegt.

14. Wellenleiterlaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Über­ kopplungsstrukturen (50) mit einem Mikrowellensumpf (80) abgeschlossen ist.

15. Wellenleiterlaser nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mikrowellensumpf ein Keilstück (80) aus einem verlustbehafteten Dielektrikum umfaßt.

16. Wellenleiterlaser nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einander gegenüberliegenden Überkopplungsstrukturen (50, 52) jeweils eine mit ihrer Längserstreckung (58) in einem spitzen Winkel (α) zur Wellenleiterfläche (32, 34) verlaufende leitende Platte (56) aufweist.

17. Wellenleiterlaser nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüber­ liegenden Überkopplungsstrukturen (50, 52) Keil­ elemente (78) aufweisen.

18. Wellenleiterlaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überkopp­ lungsstruktur (50′) zwei entgegengesetzt zueinander verlaufende Mikrowellenausbreitungsrichtungen (72v, h) aufweist.

19. Wellenleiterlaser nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitende Platte (56v, h) der Über­ kopplungsstruktur (50′) in einem mittleren Bereich mit dem entsprechenden Bandleiter (46) verbunden ist.

20. Wellenleiterlaser nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die leitende Platte ausgehend von dem mittleren Bereich mit zwei jeweils in einem spitzen Winkel (α) zur Wellenleiterfläche (34) verlaufenden Abschnitten (56v, h) auf diese zugeneigt ist.

21. Wellenleiterlaser nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Überkopplungsstruktur (50′) zwei sich in entgegengesetzte Richtungen er­ streckende Keilelemente (78v, h) aufweist.

22. Wellenleiterlaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sätze (50a, 52a; 50b, 52b; 50′a, 52′a; 50′b, 52′b) einander gegenüberliegender Überkopplungsstrukturen vorgesehen sind.

23. Wellenleiterlaser nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überkopplungsrichtungen (70) der Sätze von Überkopplungsstrukturen (50a, 52a; 50b, 52b; 50′a, 52′a; 50′b, 52′b) parallel zueinander ver­ laufen.

24. Wellenleiterlaser nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die den Überkopp­ lungsstrukturen zugeordneten Streifenbereiche (74a, 74b; 74′a, 74′b) im wesentlichen aneinander an­ schließen.

25. Wellenleiterlaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der oder die Streifenbereiche (74, 74a, 74b, 74′a, 74′b) in Querrichtung (24) im wesentlichen über den vom Resonatorstrahlengang durchsetzten Teilbereich des Gasentladungsraums (40) erstrecken.

26. Wellenleiterlaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der oder die Streifenbereiche (74, 74a, 74b, 74′a, 74′b) im wesentlichen in Wellenleiterlängsrichtung (76) über den gesamten Wellenleiter (30) erstrecken.

27. Wellenleiterlaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überkopp­ lungsrichtung (70) parallel oder senkrecht zur Resonatorachse (18) verläuft.

28. Wellenleiterlaser nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wellenleiterfläche (32, 34) tragende Wellenleiterwand (36, 38) aus Metall ist.

29. Wellenleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wellenleiter­ fläche (34) tragende Wellenleiterwand (38) aus dielektrischem Material ist.

30. Wellenleiterlaser nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Satz (50a, 52a; 50b, 52b; 50′a, 52′a; 50′b, 52′b) von Überkopplungs­ strukturen eine eigene Mikrowellenquelle (42) zuge­ ordnet ist.