DE4225781A1

DE4225781A1 - Laser mit einem instabilen Resonator

Info

Publication number: DE4225781A1
Application number: DE19924225781
Authority: DE
Inventors: Berthold Dr Burghardt
Original assignee: Lambda Physik AG
Current assignee: Lambda Physik AG
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1994-02-10

Description

Mit einem Excimerlaser erzeugte Laserstrahlen haben in der Regel (nach Verlassen des Resonators) einen rechteckförmigen Strahlquerschnitt, wobei der Strahl unterschiedliche, nämlich richtungsabhängige Divergenzen aufweist. In Richtung der größe ren Abmessung des rechteckförmigen Strahles ist eine größere (Winkel-)Divergenz gegeben als in der hierzu senkrecht stehen den Richtung der kürzeren Abmessung des rechteckförmigen Strahles.

Bei einer Reihe von Anwendungen eines Excimerlasers ist dieser richtungsabhängige Divergenzunterschied störend. Im Stand der Technik werden zur Überwindung dieses Nachteils externe Strahl blenden (also außerhalb des Resonators angeordnete Strahlblen den) vorgesehen. Hierdurch wird jedoch ein großer Anteil der Laserenergie ausgeblendet und geht verloren.

Bei einem sogenannten instabilen optischen Resonator wird ein Laserstrahl schon nach wenigen Reflexionen an den Spiegeln des Resonators erzeugt. Ein instabiler Resonator ist dann von Vor teil, wenn das aktive Medium eine hohe Verstärkungsrate auf weist, optisch gut homogen ist, und nur die Grundmode stabil erzeugt werden soll.

Wird ein üblicher instabiler Resonator bei einem Excimerlaser eingesetzt, dann läßt sich zwar die Divergenz der Laserstrah lung verbessern, jedoch bleibt der oben genannten Nachteil be stehen, daß nämlich unterschiedliche Divergenzen in den beiden senkrecht zueinander stehenden Richtungen erhalten bleiben. Wird dem instabilen Resonator eine Abbildungsoptik nachgeschal tet, dann wird hierdurch die Divergenz der Strahlung um den Aufweitungsfaktor der Optik verringert.

Die Erfindung setzt sich das Ziel, mit einfachen Mitteln unter schiedliche, richtungsabhängige Divergenzen eines Laserstrahls, insbesondere eines Excimerlaserstrahls, einander anzugleichen, ohne daß dabei Laserenergie verloren geht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sieht für den Laser einen instabilen optischen Resonator vor aus einem zylindri schen Rückspiegel (Endspiegel) und einem zylindrischen Auskop pelspiegel (Auskoppelfenster). Diese Rück- und Auskoppelspiegel werden so angeordnet und orientiert, daß die Zylinderachsen der beiden Spiegel zueinander parallel verlaufen, und zwar in der jenigen Richtung, in welcher der Laserstrahl ohne die zylinder förmige Ausgestaltung der Spiegel die geringere Divergenz auf weisen würde (also der Richtung der kürzeren Seite des Recht eckes bei rechteckförmigem Strahlquerschnitt).

Der Krümmungsradius des zylinderförmigen Rückspiegels ist dabei um einen Faktor größer als 1 größer als der Krümmungsradius des zylinderförmigen Auskoppelspiegels. Vorzugsweise beträgt dieser Faktor 3 bis 9.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Excimerlaser mit einem instabilen optischen Resonator in räumlicher Darstellung und

Fig. 2 schematisch Strahlengänge bei einem Resonator gemäß Fig. 1, von der Seite gesehen.

Ein Excimerlaser weist einen optischen Resonator 10 auf, dessen Komponenten in Fig. 1 dargestellt sind. Ein Rückspiegel 12 und ein Auskoppelspiegel 14 sind auf der optischen Achse 20 des Lasers angeordnet und schließen zwischen sich das laseraktive Medium 16 ein, im Falle eines Excimerlasers also den Raum, in dem die Gasentladung stattfindet.

Der Laserstrahl 18 verläßt über das Auskoppelfenster 14 den Re sonator 10.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind sowohl der Rückspiegel 12 als auch der Auskoppelspiegel 14 zylinderförmig. Beim Rück spiegel 12 braucht nur die eigentlich reflektierende Oberfläche zylinderförmig zu sein, während der Auskoppelspiegel 14 sowohl auf seiner dem laseraktivem Medium 16 zugekehrten Seite als auch auf der Austrittsseite des Strahls zylinderförmig ist.

Die Vorzeichen der Krümmungsradien der Spiegel sind so, wie es in den Figuren dargestellt ist, d. h. der Krümmungsradius R₂ des Rückspiegels 12 ist positiv und der Krümmungsradius R₁ des Aus koppelspiegels 14 ist negativ. Beide Spiegel haben einen ge meinsamen Krümmungsmittelpunkt P.

Mit dem dargestellten zylindrischen instabilen Resonator läßt sich die Divergenz des vom Resonator emittierten Strahls in einer Richtung verändern und an die Divergenz der anderen Richtung anpassen. Ein so erzeugter Laserstrahl kann dann mit Hilfe eines weiteren Zylinderteleskopes (in den Figuren nicht gezeigt) auf einen quadratischen Querschnitt gebracht werden, wobei dann in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen des Querschnittes jeweils eine zumindest annähernd gleiche Di vergenz des Strahles gegeben ist.

Bei einem Excimerlaser gemäß dem Stand der Technik mit einem stabilen Resonator hat der Laserstrahl typischerweise einen Querschnitt von 10 × 30 mm², wobei die Divergenz in Richtung der kürzeren Seite des Rechteckes (10 mm) 3 mrad beträgt und die Divergenz in Richtung der längeren Seite des Rechteckes (30 mm) 6 mrad beträgt.

Wird hingegen der Laserstrahl mit einem zylindrischen instabi len Resonator gemäß den Fig. 1 und 2 erzeugt, wobei das Verhält nis M = R₂/R₁ = 6 ist, dann ist bei einem Strahlquerschnitt von 10 × 30 mm² die Divergenz in der Richtung geringerer Abmessung des Strahlquerschnittes immer noch 3 mrad, jedoch ist die Di vergenz in Richtung der größeren Abmessung reduziert auf 1 mrad. Bei dem instabilen Resonator wird also die Divergenz um den Aufweitungsfaktor der Optik verringert. Für ein Aufweitungs verhältnis M = 6 und eine typische Resonatorlänge von 1200 mm ergeben sich die Krümmungsradien zu R₁ = -240 mm und R₂ = 1440 mm. Schaltet man ein Zylinderteleskop mit dreifacher Vergrößerung nach, so wird ein quadratischer Strahl mit 30 × 30 mm² Fläche erzeugt, bei dem in beiden zueinander senkrecht ste henden Richtungen die Divergenz 1 mrad beträgt.

Claims

Laser, insbesondere Excimerlaser, mit einem instabilen optischen Resonator (10) aus einem zylindrischen Rückspiegel (12) und einem zylindrischen Auskoppelspiegel (14), die derart angeordnet sind, daß die Divergenzen des Laserstrahls (18) in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen einander ange nähert sind.