DE4216001A1 - Resonator for tunable laser of either dye or solid state type - has reflecting element, e.g. prism or mirror, to tune device - Google Patents

Resonator for tunable laser of either dye or solid state type - has reflecting element, e.g. prism or mirror, to tune device

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DE4216001A1 DE19924216001 DE4216001A DE4216001A1 DE 4216001 A1 DE4216001 A1 DE 4216001A1 DE 19924216001 DE19924216001 DE 19924216001 DE 4216001 A DE4216001 A DE 4216001A DE 4216001 A1 DE4216001 A1 DE 4216001A1
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • 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
    • H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H01S3/1055—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length one of the reflectors being constituted by a diffraction grating

Abstract

A resonator system for tunable lasers has a laser medium (1), a 100 per cent reflecting mirror (2), a strip incidence grating (3), a deflection prism (4) that can be pivoted around a point (5) and a further deflection mirror (8). The beam is deflected and leaves the resonator in a specific direction. An alternative version replaces the deflection prism with a mirror that can be moved to tune the resonator. A third version omits the grating and has direct reflection control. ADVANTAGE - Uses few resonator elements and eliminates adverse effect of amplified spontaneous emission.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung ist anwendbar auf breitbandig emittierende und daher schmalbandig durchstimmbare Laser wie Farbstofflaser, Farbzentren­ laser, Halbleiterlaser.The invention is applicable to broadband emitting and therefore narrow-band tunable lasers such as dye lasers, color centers lasers, semiconductor lasers.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind verschiedene Resonatoranordnungen für breitbandig emittie­ rende, durchstimmbare Schmalbandlaser bekannt (Autorenkollektiv, Wissensspeicher Lasertechnik, Fachbuchverlag Leipzig 1982).There are different resonator arrangements for broadband emittie known, tunable narrowband lasers known (collective of authors, Knowledge storage laser technology, specialist book publisher Leipzig 1982).

Eine oft gebräuchliche Resonatoranordnung enthält als Grundelemen­ te eine Kombination aus einem Gitter in streifendem Einfall ange­ ordnet und einem drehbar gelagerten Spiegel, einen Auskoppelspie­ gel und eine Küvette mit dem breitbandig emittierenden Laserme­ dium, z. B. einem Laserfarbstoff.An often used resonator arrangement contains as basic elements a combination of a grating in grazing incidence was suggested arranges and a rotatably mounted mirror, a Auskoppelspie gel and a cuvette with the broadband emitting laser dium, e.g. B. a laser dye.

Die mittels des Auskoppelspiegels aus dem Resonator ausgekoppelte Strahlung enthält sowohl Licht der mittels Beugungsgitter und dem drehbar gelagerten Spiegel (Durchstimmspiegel) eingestellten Wel­ lenlänge als auch störende, breitbandige, spontane Strahlung (ASE - amplified spontaneous emission), die im Bereich der maximalen Ver­ stärkung des Lasermediums am intensivsten ist. Befindet sich nun die mittels Gitter und Durchstimmspiegel eingestellte Wellenlänge am Rande des Verstärkungsbereichs des Lasermediums oder wird der Laserstrahl weiter verstärkt, so verschlechtert sich das Verhält­ nis der Intensitäten zwischen ASE und eingestellter Wellenlänge auf Grund der nichtlinearen Verstärkung im Lasermedium.The one coupled out of the resonator by means of the coupling mirror Radiation contains both light from the diffraction grating and the rotatable mirror (tuning mirror) set Wel length as well as disturbing, broadband, spontaneous radiation (ASE - amplified spontaneous emission), which is in the range of the maximum ver strengthening of the laser medium is most intense. Is now the wavelength set by means of a grating and a tuning mirror at the edge of the gain area of the laser medium or the If the laser beam is further intensified, the ratio deteriorates the intensities between ASE and the set wavelength due to the non-linear amplification in the laser medium.

Um die schmalbandige Laserstahlung von der störenden ASE zu säu­ bern, sind in der Literatur verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden. Am zweckmäßigsten ist es, die Wellenlängeneinstellelemente des Resonators mehrfach zu benutzen (siehe folgende Patente: DE-AS 29 18 863, H 01 S 3/02 bzw. DD-A1 2 28 117, H 01 S 3/02).To clean the narrow band laser radiation from the annoying ASE Various arrangements are proposed in the literature been. It is most convenient to use the wavelength adjustment elements to use the resonator several times (see the following patents: DE-AS 29 18 863, H 01 S 3/02 or DD-A1 2 28 117, H 01 S 3/02).

Hierbei werden Wellenlängeneinstellelemente hauptsächlich als im Resonator befindliche als auch dem Resonator nachgeschaltete akti­ ve oder passive Filter verwendet. In diesen beiden Fällen wie auch in allen anderen bekannten Anordnungen wird jedoch die Strahlung auf der optischen Achse des Resonators geführt, auf der auch die ASE liegt.Here, wavelength adjustment elements are mainly used as in Resonator located and downstream of the resonator acti ve or passive filters used. In both of these cases as well in all other known arrangements, however, the radiation guided on the optical axis of the resonator, on which also the ASE lies.

Ziel der ErfindungAim of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Resonator so auszuge­ stalten, daß er nur wenige Resonatorelemente enthält und diese so angeordnet sind, daß die Strahlführung zur Auskopplung der Laser­ strahlung außerhalb des Kanals der ASE geführt wird, um den stö­ renden Einfluß der ASE in der Laserstrahlung auszuschalten.The aim of the invention is to design the resonator in this way design that it contains only a few resonator elements and so are arranged that the beam guide for decoupling the laser radiation is conducted outside the channel of the ASE to avoid the interference to eliminate the influence of ASE in laser radiation.

Darlegung des Wesens der ErfindungState the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Resonator unter Ver­ wendung eines zusätzlich reflektierenden Elements (Spiegel) so auszugestalten, daß bei der Auskopplung der Laserstrahlung der Ka­ nal der ASE vermieden wird.The invention is based, the resonator under Ver an additional reflective element (mirror) To design that when the laser radiation of the Ka nal the ASE is avoided.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der vom Wel­ lenlängen-selektiven Element zurückgeworfene Strahl nicht auf der Achse des Eingangsstrahls liegt und unter einem Winkel in das La­ sermedium zurückgeführt wird. Zu diesem Zweck wird das Wellenlän­ geneinstellelement so ausgeführt, daß der zurückgeworfene Strahl nicht auf dem Eingangsstrahl liegt, entweder in der Art und Weise, daß der Ausgangsstrahl parallel oder unter einem Winkel zum Ein­ gangsstrahl liegt. Der Ausgangsstrahl wird mit Hilfe eines Spie­ gels wieder in das Lasermedium gelenkt, so daß der Ausgangsstrahl in das Anregungsgebiet eintritt und verstärkt wird, wobei der Strahl das Anregungsgebiet unter einem Winkel durchsetzt. Das führt zu einer Verbesserung der Strahlqualität des verstärkten La­ serstrahls. Der verstärkte Laserstrahl wird mittels der Reflexion an der Küvetteninnenwand aus dem System ausgekoppelt, ohne daß eine Auskopplung der störenden ASE erfolgt.The object is achieved in that the Wel length-selective element is not reflected on the beam Axis of the input beam lies and at an angle into the La medium is returned. For this purpose the wavelength Geneinstellelement executed so that the reflected beam doesn't lie on the input beam, either in the way that the output beam is parallel or at an angle to the on gear beam lies. The output beam is made using a spie gels directed back into the laser medium so that the output beam enters the stimulation area and is strengthened, the Beam passes through the excitation area at an angle. The leads to an improvement in the beam quality of the reinforced La serstrahls. The amplified laser beam is generated by means of reflection coupled out of the system on the inner wall of the cuvette without a The disturbing ASE is decoupled.

AusführungsbeispielEmbodiment

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:The invention is intended to be illustrated below using exemplary embodiments are explained in more detail:

Fig. 1 zeigt eine Resonatoranordnung mit Lasermedium 1, einem 100% reflektierenden Spiegel 2, einem Gitter in streifender Inzidenz 3, einem Umlenkprisma 4, das in Pfeilrichtung 6 um den Punkt 5 dreh­ bar angeordnet ist, und einem Umlenkspiegel 8, der den vom Umlenk­ prisma und Gitter zurückgeworfenen Strahl in das Lasermedium lenkt und von dort den Laserresonator in Pfeilrichtung 7 verläßt. Fig. 1 shows a resonator arrangement with laser medium 1 , a 100% reflecting mirror 2 , a grating in grazing incidence 3 , a deflecting prism 4 , which is arranged in the direction of arrow 6 around the point 5 bar, and a deflecting mirror 8 , which from the deflection the prism and the grating direct the beam back into the laser medium and from there leave the laser resonator in the direction of arrow 7 .

Fig. 2 zeigt ähnlich wie Fig. 1 eine Resonatoranordnung mit La­ sermedium 1, einem 100% reflektierenden Spiegel 2, einem Gitter in streifender Inzidenz 3. Jedoch im Unterschied zur Fig. 1 befindet sich anstelle des Umlenkprismas ein Durchstimmspiegel 9, der so angeordnet ist, daß der Strahl für die eingestellte Wellenlänge nicht direkt wie üblich in das Lasermedium zurückgeworfen wird, sondern unter einem Winkel zum Eingangsstrahl reflektiert und mit Hilfe des Umlenkspiegels 8 in das Lasermedium gelenkt wird. Die Laserstrahlung verläßt den Resonator wie in Fig. 1 in Pfeil­ richtung 7. FIG. 2 shows, similar to FIG. 1, a resonator arrangement with laser medium 1 , a 100% reflecting mirror 2 , a grating with grazing incidence 3 . However, in contrast to Fig. 1, instead of the deflection prism, there is a tuning mirror 9 which is arranged such that the beam for the set wavelength is not reflected directly into the laser medium as usual, but is reflected at an angle to the input beam and with the aid of the deflection mirror 8 is directed into the laser medium. The laser radiation leaves the resonator in the direction of arrow 7 in FIG. 1.

Fig. 3 zeigt ähnlich wie Fig. 1 und 2 eine Resonatoranordnung mit Lasermedium 1 und einem 100% reflektierenden Spiegel 2. Jedoch im Unterschied zu den beiden anderen Figuren bildet hier das Wel­ lenlängeneinstellelement ein Gitter annähernd in Autokollimation, von dem der Strahl für die eingestellte Wellenlänge ebenfalls wie in Fig. 2 nicht direkt in das Lasermedium zurückgeworfen wird, sondern unter einem Winkel zum Eingangsstrahl reflektiert und mit Hilfe des Umlenkspiegels 8 in das Lasermedium gelenkt wird. Die Laserstrahlung verläßt den Resonator wie in Fig. 1 und 2 in Pfeilrichtung 7. Fig. 3 is similar to Fig. 1 and 2, a resonator with laser medium 1 and a 100% reflecting mirror 2. However, in contrast to the other two figures, the wavelength adjustment element forms a grating approximately in autocollimation, from which the beam for the set wavelength is also not reflected directly into the laser medium, as in FIG. 2, but is reflected at an angle to the input beam and with With the aid of the deflection mirror 8 is directed into the laser medium. The laser radiation leaves the resonator as in FIGS. 1 and 2 in the direction of arrow 7 .

Claims (8)

1. Abstimmbarer Laserresonator mit einem breitbandig emittierenden Lasermedium, einem der spektralen Einengung und Durchstimmung dienenden Element (im folgenden Durchstimmelement genannt) und einem zusätzlichen reflektierenden Element, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vom Durchstimmelement zurückgeworfene Strahl parallel oder unter einem Winkel zum Eingangsstrahl verläuft und mit Hilfe des zusätzlichen reflektierenden Elements unter einem Winkel zum ursprünglichen Strahl in das Lasermedium zur weiteren Verstärkung gelenkt wird.1. Tunable laser resonator with a broadband emitting laser medium, one of the spectral constriction and tuning element ( hereinafter called tuning element) and an additional reflecting element, characterized in that the beam reflected by the tuning element runs parallel or at an angle to the input beam and with The additional reflective element is directed into the laser medium at an angle to the original beam for further amplification. 2. Abstimmbarer Laserresonator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Durchstimmelement ein Gitter in Littrowan­ anordnung ist.2. Tunable laser resonator according to claim 1, characterized records that the tuning element is a grid in Littrowan arrangement is. 3. Abstimmbarer Laserresonator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Durchstimmelement aus einem Gitter in strei­ fender Inzidenz in Kombination mit einem Spiegel besteht.3. Tunable laser resonator according to claim 1, characterized records that the tuning element from a grid in Strei fender incidence in combination with a mirror. 4. Abstimmbarer Laserresonator nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel in Anspruch 3 durch ein Gitter annähernd in Autokollimation ersetzt wird.4. Tunable laser resonator according to claim 1 and 3, characterized characterized in that the mirror in claim 3 by a grating is approximately replaced in autocollimation. 5. Abstimmbarer Laserresonator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Durchstimmelement aus einem Gitter in strei­ fender Inzidenz in Kombination mit einem Umlenkprisma besteht.5. Tunable laser resonator according to claim 1, characterized records that the tuning element from a grid in Strei fender incidence in combination with a deflecting prism. 6. Abstimmbarer Laserresonator nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkprisma so ausgebildet ist, daß es den Strahl in einer Art und Weise auf das Gitter zurückwirft, so daß das zusätzliche reflektierende Element ersetzt wird.6. Tunable laser resonator according to claim 1 and 5, characterized characterized in that the deflecting prism is designed so that it throws the beam back onto the grid in a way so that the additional reflective element is replaced. 7. Abstimmbarer Laserresonator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zusätzliche reflektierende Element aus einem Spiegel besteht.7. Tunable laser resonator according to claim 1 to 6, characterized ge indicates that the additional reflective element is made of a mirror. 8. Abstimmbarer Laserresonator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zusätzliche reflektierende Element aus einem Aufweitungssystem besteht, das so ausgebildet wird, daß es die Funktion des reflektierenden Elements zusätzlich über­ nimmt.8. Tunable laser resonator according to claim 1 to 6, characterized ge indicates that the additional reflective element is made of an expansion system that is designed so that it also functions over the reflective element takes.
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