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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Laserquelle, die an eine Wellenlänge angepasst
werden kann, eventuell kontinuierlich, die ein Extrahieren des Ausgangslichtstrahls
unter optimierten Bedingungen mit minimalen Verlusten erlaubt.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung ist es möglich,
einen Laser zu erzielen, dessen Hintergrundrauschen, das sich aus
dem ASE-Senden (Amplified Spontaneous Emission) ergibt, spektral
gefiltert wird und daher eine bessere Effizienz bei der Sendewellenlänge des
Lasers ergibt.
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Da
ein Laser in einem Resonanuzhohlraum gebildet wird, in dem ein verstärkendes
Milieu vorgesehen ist, sind verschiedene Mittel bekannt, um den Nutzstrahl
oder Quellenstrahl zu extrahieren.
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Das
Herkömmlichste
ist die Anwendung eines teilweise durchsichtigen Spiegels an einem
Ende des Hohlraums. Der von diesem Spiegel übertragene Strahl ist der Quellenstrahl.
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Diese
Anordnung ist jedoch nicht immer zufrieden stellend, insbesondere,
wenn man einen Strahl ohne Hintergrundrauschen (ASE) erzeugen will.
Bekannterweise muss man dafür
in den Hohlraum ein Diffraktionsnetz einfügen, das dieses Rauschen herausfiltert.
Der Ausgangsstrahl muss daher nach seiner Diffraktion auf dem Netz
abgenommen werden, bevor er das verstärkende Milieu ein weiteres
Mal durchquert hat.
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Man
kann daher in den Hohlraum eine zusätzliche halbtransparente Platte
einführen
und einen Strahl ohne ASE durch Reflexion auf einer ihrer Flächen erzielen.
Diese Anordnung verursacht jedoch hohe Strahlverluste durch Reflexion
auf der anderen Seite der Platte.
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Die
Auflagen sind bei anpassbaren Quellen mit externem Hohlraum noch
strenger. Die Variation der Wellenlänge des Ausgangsstrahls wird
im Allgemeinen durch Rotation des in dem Hohlraum platzierten Netzes
erzielt. Verschiedene Mittel wurden in Betracht gezogen, um den
Nutzstrahl ohne ASE zu extrahieren, sie bedingen jedoch eine Rotation
der Richtung des bei der Variation der Wellenlänge erzeugten Strahls.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, eine Laserquelle mit anpassbarem
externem Hohlraum vorzuschlagen, bei der die Abnahme des Nutzstrahls optimiert
ist und die Nachteile der früheren,
weiter oben genannten Lösungen
vermieden sind.
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Die
Erfindung betrifft daher eine Laserquelle mit externem Hohlraum,
der an eine Wellenlänge
angepasst werden kann, die ein verstärkendes Milieu, einen Resonanzhohlraum,
ein im Hohlraum angeordnetes Diffraktionsnetz, das zwei Reflektoren
umfasst, von welchen einer drehbar ist, sodass das Variieren der
Wellenlänge
erlaubt wird, und Mittel zum Extrahieren eines Quellenstrahls umfasst.
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Erfindungsgemäß umfassen
die Mittel zum Extrahieren eines Quellenstrahls einen Strahlenteiler,
der einen ersten Sekundärstrahl
(23) und einen zweiten Sekundärstrahl erzeugt, und reflektierende Mittel,
die jeden der Sekundärstrahlen
zum Strahlenteiler zurücksenden,
wobei der Strahlenteiler und die reflektierenden Mittel ein Sagnac-Interferometer
bilden, das einen reziproken und einen nicht reziproken Ausgang
hat, wobei der Quellenstrahl an dem nicht reziproken Ausgang des
Sagnac-Interferometers
erhalten wird.
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Vorzugsweise,
in den verschiedenen Ausführungsformen,
die jede ihre eigenen Vorteile aufweist:
- – wird der
Strahlenteiler der Mittel zum Extrahieren des Quellenstrahls zwischen
dem verstärkenden
Milieu und dem Netz angeordnet;
- – ist
das verstärkende
Milieu ein Wellenleiter, der einer Kollimationsoptik zugeordnet
ist, die den Strahl, den er erzeugt, kollimiert;
- – ist
die externe Seite des Wellenleiters vollständig reflektierend und der
nicht reziproke Strahl ist der einzige von der Quelle gesendete
Strahl;
- – ist
einer der Reflektoren des Resonanzhohlraums ein totaler, auf eine
Dimension selbstausgerichteter Reflektor;
- – ist
der Strahlenteiler selbstausgerichtet;
- – bildet
das Diffraktionsnetz mit einem der Reflektoren des Resonanzhohlraums
ein Littman-Metcalf-System;
- – ist
der drehbare Reflektor auch translatorisch derart beweglich, dass
die ständige
Variation der Wellenlänge
gewährleistet
ist;
- – umfasst
sie mehrere verstärkende
Wellenleiter, die in Bezug auf die dispergierende reflektierende Vorrichtung
winkelig versetzt sind und das Senden der Quelle auf mehreren Wellenlängen erlauben.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen genauer
beschrieben. Darin zeigen:
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1 die Seitenansicht eines
erfindungsgemäßen Lasers,
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2 die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Lasers,
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3 eine Platte mit parallelen
Flächen,
die als selbstausrichtender Strahlenteiler verwendet werden kann.
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Die
Laserquelle mit externem Hohlraum, die an die Wellenlänge angepasst
werden kann, umfasst ein verstärkendes
Milieu 30, einen Resonanzhohlraum, ein Diffraktionsnetz 29,
das in dem Hohlraum angeordnet ist und zwei Reflektoren 21 und 30'', von welchen einer drehbar ist,
sodass er das Variieren der Wellenlänge erlaubt.
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Die
Mittel zum Extrahieren des Quellenstrahls umfassen einen Strahlenteiler 20,
der einen ersten Sekundärstrahl 23 und
einen zweiten Sekundärstrahl 24 erzeugt,
die zueinander parallel sind, und reflektierende Mittel 21, 25, 26,
die jeden der Sekundärstrahlen
zum Strahlenteiler zurücksenden.
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Dieser
Strahlenteiler 20 und die reflektierenden Mittel 21, 25, 26 bilden
ein Sagnac-Interferometer, das einen reziproken Ausgang 28 und
einen nicht reziproken Ausgang 27 hat. Dabei wird der Quellenstrahl
an dem nicht reziproken Ausgang des Sagnac-Interferomters erhalten.
Dieses Sagnac-Interferometer ist auf die Unifarbe eingestellt.
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Das
verstärkende
Milieu, vorzugsweise ein verstärkender
Wellenleiter 30, dessen internes Ende 30'' im Brennpunkt der Kollimationslinse 31 der
Mitte 31'' platziert ist,
erzeugt einen kollimierten Eingangsstrahl 22. Die externe
Seite 30'' dieses verstärkenden Wellenleiters 30 ist
vollständig
reflektierend, und der Teiler 20 ist unausgeglichen. Man
bildet daher einen Laserhohlraum zwischen der vollständig reflektierenden
Seite 30'' und dem totalen,
selbstausrichtenden Reflektor 21 durch den reziproken Ausgang,
wo der Strahl 28 dem Eingangsstrahl 22 überlagert
wird. Der nicht reziproke versetzte Ausgang 27 bildet den
Ausgang des Lasers und bildet daher den gesendeten Strahl.
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Das
Vorhandensein eines Netzes 29 in der Littman-Metcalf-Konfiguration
mit dem totalen selbstausrichtenden Reflektor 21 in dieser
Laserquelle erlaubt es, am nicht reziproken Ausgang 27 spektral
das kontinuierliche Störhintergrundrauschen der
ASE-Strahlung zu filtern und daher die Emissionslinie des Lasers
zu isolieren.
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Die
Sendewellenlängeneinstellung
kann entweder durch Drehung des Netzes oder durch Drehung des totalen
Reflektors 21 oder auch durch Drehung der vom Netz 29 und
dem totalen Reflektor 21 gebildeten Einheit erzielt werden,
und der gefilterte nicht reziproke Strahl 27 bleibt stabil,
weil er zum Eingangsstrahl parallel ist. Dieser Strahl kann eventuell in
einem Monomod-Lichtwellenleiter gekoppelt werden.
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Eine
koordinierte Bewegung der Drehung und/oder der Translation des reflektierenden
Dieders
21 mit der Bewegung des Netzes
29 erlaubt
es, eine Laserquelle mit kontinuierlicher Anpassfähigkeit
herzustellen. Eine solche koordinierte Bewegung ist zum Beispiel
im französischen
Patent
FR-2 724 496 beschrieben.
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Eine
solche Laserquelle kann auch mit mehreren verstärkenden Milieus oder Wellenleitern 30 hergestellt
werden, die in der Brennebene der Linse 31 platziert sind.
Man bildet daher eine Multiwellenlängenquelle, gebildet aus der Überlagerung
mehrerer Laserstrahlen, wobei jede einem Wellenleiter entspricht
und eine Wellenlänge
hat, die von dem Winkel abhängt,
unter welchem dieser Wellenleiter von der reflektierenden dispergierenden
Vorrichtung her gesehen wird.
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Der
Eingangsstrahl 22 wird vom selbstausrichtenden Teiler 20 in
zwei parallele Strahlen getrennt: Ein erster getrennter Strahl 23 und
ein zweiter getrennter Strahl 24, die sich im freien Raum
ausbreiten. Der erste getrennte Strahl 23 wird von dem selbstausrichtenden
Reflektor 21 reflektiert und bildet einen reflektierten
getrennten Strahl 23'', der zum Strahlenteiler 20 gelenkt
wird, der ihn teilweise reflektiert und teilweise überträgt. Der übertragene
Strahl 23" wird
in der zum Eingangsstrahl 22 entgegengesetzten Richtung
und parallel dazu zurückgesendet.
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Der
vom Teiler 20 reflektierte Strahl ist ein Strahl 23''',
der überlagert
ist und die entgegengesetzte Richtung zum Eingangsstrahl 22 hat.
Analog wird der Strahl 24 erzeugt, ausgehend vom Eingangsstrahl 22 durch
Reflektieren auf dem Teiler 20, selbst vom totalen Reflektor 21 reflektiert,
und bildet den Strahl 24'', der auf den
Teiler 20 zurückgesendet wird,
der ihn in zwei Strahlen, jeweils 24'' und 24''' teilt,
die mit den Strahlen 23'' und 23''' interferieren und
dabei zwei Ausgangsstrahlen, jeweils 27 und 28, die
zueinander parallel verlaufen, erzeugen. Der Strahl 28 wird
durch die Interferenz der Strahlen 23''' und 24''' erzeugt,
die jeder eine einzige Reflexion auf dem Teiler 20 erfahren
haben. Dieser Strahl 28, reziprok genannt, wird dem Eingangsstrahl 22 überlagert und
hat die entgegengesetzte Richtung.
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Der
Strahl 27 hingegen wird von den Interferenzen des Strahls 23'', der keiner Reflexion auf dem Teiler 20 unterworfen
wurde, und des Teils 24'', der zwei Reflexionen
auf eben diesem Teiler unterworfen wurde, erzeugt. Dieser Unterschied
in der Anzahl der von jedem der Strahlen erfahrenen Reflexionen
führt eine
Phasenverschiebung von n Radiant ein, und der Ausgang 27 wird
nicht reziproker Ausgang genannt.
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Die
Anwendung eines totalen selbstausrichtenden Reflektors 21 erleichtert
das Einstellen der Vorrichtung und verbessert daher ihre Leistung.
Ausgehend von einem Eingangsstrahl 22 erzeugt man daher
zwei Strah len, jeweils reziprok 28 und nicht reziprok 27,
die zueinander parallel verlaufen und auf den Eingangsstrahl selbstgerichtet
sind. Der reziproke Strahl 28 wird dem Eingangsstrahl 22 überlagert, während der
nicht reziproke Strahl 27 versetzt wird.
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Der
Teiler 20 ist in der Energie unausgeglichen, was die Verteilung
der einfallenden Energie auf die zwei Ausgangsstrahlen 27 und 28 erlaubt.
Da R und T dabei jeweils die Reflexions- und Energieübertragungskoeffizienten
des Teilers 20 sind, findet man am nicht reziproken Gatter
(1–4 RT)
die eingehende Energie. Bei R = 90% und T = 10%, erzielt man zum Beispiel
am nicht reziproken Gatter (1–4
RT) = 64%.
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Der
selbstausrichtende Teiler 20 kann vorteilhafterweise ein
Periskopteiler sein, der aus einer Teilschnittstelle 20'' und aus zwei Spiegeln 25 und 26 parallel
zu dieser besteht.
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Die
Figuren und die Beschreibung wurden unter Verwendung eines Dieders
als selbstausrichtender Reflektor, das das Selbstrichten in einer
Dimension gewährleistet,
erstellt. Analoge Ergebnisse können
mit einem Katzenauge erzielt werden, das heißt mit einer zylindrischen
Linse, verbunden mit einem in ihrer Brennebene platzierten Spiegel.
Das Dieder kann aus Flachspiegeln bestehen, kann aber auch aus einem
gleichschenkeligen Rechteckprisma hergestellt werden, das mit totaler
interner Reflexion funktioniert.
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Weiter
oben ist erwähnt,
dass der selbstausrichtende Teiler 20 ein Periskopteiler
sein kann. Er kann auch eine Platte mit parallelen Seiten sein.
Eine solche Platte 40 ist in 3 dargestellt.
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Ihre
Eingangsseite 41 ist teilweise mit einer entspiegelnden
Beschichtung 42 und einer vollständig reflektierenden Beschichtung 43 behandelt
bzw. überzogen.
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Ihre
Ausgangseite 44 ist teilweise mit einer teilweise reflektierenden
Beschichtung 45 und auf einer anderen Zone mit einer entspiegelnden
Beschichtung 46 behandelt bzw. überzogen.
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Daher
wird ein einfallender Strahl 47 teilweise bei 48 übertragen,
und der restliche Strahl wird nach zwei Reflexionen bei 49 übertragen.
Man erzielt daher die gewünschte
Funktion.