DE68914020T2 - Piezoelektrisch abgestimmter optischer Resonator und Laser, der diesen verwendet. - Google Patents
Piezoelektrisch abgestimmter optischer Resonator und Laser, der diesen verwendet.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf einen verbesserten piezo-elektrisch abgestimmten optischen Resonator und insbesondere auf einen piezo-elektrisch abgestimmten Ringlaser, sowie auf ein Verfahren zum piezo-elektrischen Abstimmen eines optischen Resonators.
- Mittels Laserdioden gepumpte monolithische Laser haben die Herstellung von frequenzstabilen Monomoden-Lasern ermöglicht Monomoden-frequenzstabile Laser haben viele Anwendungen in der kohärenten Kommunikation, dein Laserradar und der Erzeugung von sichtbarem Licht durch harmonische Konversion. Bei allen diesen Anwendungen ist die Möglichkeit zur schnellen Abstimmung der Oszillationsfrequenz des Lasers von großer Bedeutung.
- Die Abstimmung eines Lasers erfordert es, daß die optische Länge des Laser-Resonanzraums verändert wird. Bei nicht-monolithischen Lasern besteht ein übliches Verfahren darin, ein piezo-elektrisches Element zu verwenden, um einen der Spiegel, zwischen denen der Resonanzraum des Lasers festgelegt ist, zu verschieben Dieses Verfahren ist bei einem monolithischen Laser nicht anwendbar. Ein monolithischer Laser ist dadurch gekennzeichnet daß er einen Resonanzraum aufweist, der aus einem einzelnen Element besteht, das aus einem aktiven Lasermaterial hergestellt ist. Die Resonanzspiegel sind an Oberflächen des einzelnen Elementes angeformt. Somit können die Spiegel, die keine separaten Elemente sind, nicht in der üblichen Weise verschoben werden. Ein anderes Verfahren ist erforderlich, um die optische Länge des Resonanzraums zu verändern.
- Bisher wurde eine thermische Abstimmung zur Frequenzabstimmung verwendet. Die thermische Ausdehnung des monolithischen Elementes in Verbindung mit einer thermisch induzierten Veränderung des Brechungsindex führt zu einer Veränderung der optischen Länge des Resonators, die zur Frequenzabstimmung erforderlich ist Eine thermische Abstimmung ist naturgemäß sehr langsam, da thermische Zeitkonstanten selbst bei kleinen Objekten üblicherweise im Bereich von einer Sekunde liegen. Eine wesentlich schnellere Abstimmung mit Ansprechzeiten von weniger als einer Millisekunde ist erwunscht.
- Es ist bekannt, daß sich die Brechungsindizes von Materialien verändern, wenn eine Spannung angelegt wird. Es ist gleichfalls bekannt, daß sich selbst die stabilsten Materialien ausdehnen oder zusammenziehen, wenn eine Spannung angelegt wird. Eine Spannung kann auf ein Festkörperelement sehr schnell ausgeübt werden, wobei die einzige grundsätzliche physikalische Grenze die Schallgeschwindigkeit in dem Material ist. Die Anlegung einer Spannung an monolithische Laser ist somit ein Weg, um den Brechungsindex und die Abmessungen und somit die optische Länge schnell zu verändern, um so eine Abstimmung der Resonanzfrequenz zu erreichen.
- Aus Optics Letters, vol. 12, Nr. 12, Dezember 1987, Seiten 999 bis 1001 ist ein Verfahren zur piezo-elektrischen Abstimmung eines optischen Resonators bekannt, das die Schritte des Anlegens einer Spannung an ein piezo-elektrisches Element umfaßt, daß in kraftübertragender Weise mit einem Festkörperelement eines optischen Resonators derart verbunden ist, daß die angelegte Spannung ein resultierendes Kraftfeld in das Festkörperelement des optischen Resonators überträgt und eine spannungsbeeinflußte Veränderung des Brechungsindex und der Dimensionen wenigstens eines Teils des optischen Resonators erzeugt, um die Frequenz auf einen optischen Resonanzzustand des optischen Resonators abzustimmen. Diese Druckschrift offenbart ferner einen entsprechenden Laser, der einen piezo-elektrischen abgestimmten Resonator aufweist. Diese bekannte Anordnung verwendet einen Kleinstresonator Nd:Yag, der innerhalb eines temperaturstabilisierten Messingblockes befestigt ist. Der Nd:Yag-Resonator umfaßt eine Scheibe aus monolithischem Lasermaterial, die in einem Klemmanordnung gehalten ist, um eine erhebliche Vorspannkraft und somit eine Spannung auf die Laserscheibe zu übertragen. Die Scheibe ist in einem der Scheibenform angepaßten Hohlraum innerhalb des Messingblockes der Klemmanordnung gehalten, wobei die Laserachse horizontal ist. Von oben wird Druck auf die Scheibe durch einen piezo-elektrischen Wandler ausgeübt, der den Kristall nach unten gegen den Boden-Radius des Halters preßt. An das piezo-elektrische Element wird eine Spannung angelegt, um die Vorspannkraft zu modulieren, die auf den monolithischen Scheibenlaser ausgeübt wird, um den Laser im wesentlichen in einem Frequenzbereich von 90 GHz abzustimmen.
- Probleme bei dem herkömmlichen spannungsabgestimmten Laser schließen die Tatsache ein, daß die Kiemmanordnung relativ groß ist. Die große Abmessung der Abstimmanordnung hat zwei Nachteile. Einerseits ist die Antwortzeit des Systems sehr langsam. Andererseits bewirkt die große Abmessung, daß der gesamte Modenlaser gegenüber akustischem Rauschen empfindlich wird, wodurch die Frequenzstabilität des Lasers reduziert wird.
- Desweiteren sei auf Optics Letters, vol. 12, Nr. 3, März 1987, Seiten 175 bis 177 hingewiesen, wodurch ein monolithischer Nd:Yag - nicht planarer Ringoszillator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 12 offenbart ist, der über eine Laserdiode gepumpt ist.
- Es ist beabsichtigt, einen piezo-elektrisch abgestimmten monolithischen Laser zur Verfügung zu stellen, der eine geringere Antwortzeit und eine verbesserte Frequenzstabilität auf Kosten eines geringeren Abstimmbereiches aufweist, und darüberhinaus ein verbessertes Verfahren zur piezo-elektrisohen Abstimmung eines optischen Resonators zur Verfügung zu stellen.
- Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten piezo-elektrisch abgestimmten optischen Resonator und einen Laser unter Verwendung eines solchen zu schaffen.
- Gemäß einem Merkmal der gegenwärtigen Erfindung umfaßt das optisch transparente Festkörperelement eines optischen Resonators eine Abstimmfacette und ein dünnes piezo-elektrisches Element, das in kraftübeftragender Weise mit der Abstimmfacette verbunden ist, um eine im wesentliche parallel zur Oberfläche der Facette gerichtete Vektorkraft in das optisch transparente Element über die Abstimmfacette zu übertragen, um eine spannungsbeeinflußte Veränderung des Brechungsindex des optisch transparenten Elementes zur Frequenzabstimmung des optischen Resonators zu erzeugen, wodurch die Größe und die Masse der piezo-elektrischen Abstimmanordnung wesentlich verkleinert wird, um die Abstimmgeschwindigkeit zu vergrößern und die Empfindlichkeit des sich ergebenden optischen Resonators gegenüber akustischem Rauschen zu reduzieren, während die Herstellung des abgestimmten Resonators vereinfacht wird.
- Gemäß einem anderen Merkmal der gegenwärtigen Erfindung ist ein piezo-elektrisch abgestimmtes Element des optischen Resonators mit Facetten versehen, wobei die Facetten angeordnet und dazu vorgesehen sind, optische Wellenenergie dazwischen und entlang eines geschlossenen Weges zu reflektieren, um einen monolithischen optischen Ring-Resonator zu bilden.
- Gemäß einem anderen Merkmal der gegenwärtigen Erfindung ist ein piezo-elektrisch abgestimmtes optisches transparentes Facettenelement aus einem Laser-Verstärkungsmaterial hergestellt und optisch gepumpt, um einen monolithischen piezo-elektrisch abgestimmten Laser zu bilden.
- Gemäß einem weiteren Merkmal der gegenwärtigen Erfindung besteht das optisch transparente, piezo-elektrisch abgestimmte Element des optischen Resonators aus einem magneto-optischen Material, und ein Magnet ist vorgesehen, um ein magnetisches Feld an das piezo-elektrisch abgestimmte Element anzulegen, um einen Farady- Dreheffekt darin zu erzeugen, um die in Resonanz befindliche optische Laserstrahlung, die sich in einer Richtung entgegen der optischen Ausgangsenergie innerhalb des optischen Resonators bewegt, vorzugsweise abzuschwächen.
- Andere Merkmale und Vorteile der gegenwärtigen Erfindung werden bei einer Durchsicht der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung verständlich in der:
- Fig. 1 ein Längsschnitt eines Laseroszillators ist,
- Fig. 2 ein Schnitt der Anordnung gemäß Fig. 1 entlang der Linie 2-2 in der Richtung der Pfeile ist,
- Fig. 3 eine vergrößerte Aufsicht des optischen Resonatorteils der Anordnung gemäß Fig. 2 ist, die durch die Linie 3-3 angedeutet ist,
- Fig. 4 eine Endansicht der Anordnung gemäß Fig. 3 ist, entlang der Linie 4-4 in der Richtung der Pfeile,
- Fig. 5 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 3 ist, entlang der Linie 5-5 in der Richtung der Pfeile,
- Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines alternativen piezoelektrisch abgestimmten Stablasers ist, der die Merkmale der gegenwärtigen Erfindung umfaßt.
- In den Fig. 1 und 2 ist ein Ringlaser-Oszillator 11 mit den Merkmalen der gegenwärtigen Erfindung dargestellt. Der Ringlaser- Oszillator 11 umfaßt einen Kristall 12 aus einem magnetoptischen Lasermaterial, wie etwa Nd:Yag, das zum Zwecke einer internen Reflektion eines Strahles von Laserstrahlung entlang eines geschlossenen Weges 13 mit Facetten versehen ist, um einen optischen Ringresonator zu bilden, der weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 genauer beschrieben ist.
- Der Kristall 12 ist vorgesehen, um einen Strahl 14 einer durch eine Laserdiode 15, wie etwa ein Modell F 4048, das kommerziell von Toshiba erhältlich ist, erzeugte optische Pumpstrahlung zu empfangen. Der Ausgangsstrahl 14 der Laserdiode 15 wird durch eine SELFOC-Gradienten-Brechungsindexlinse 16 auf eine Eingangs- Ausgangs-Fläche 17 des Kristalls 12 fokussiert. Die Linse 16 ist an dem Fenster der Laserdiode 15 mittels eines optischen Zementes befestigt und von diesem getragen.
- Ein Paar von Permanentmagneten 18 und 19 ist in einer den Kristall 12 überdeckenden Anordnung vorgesehen und derart polarisiert, daß eine starke Komponente eines Magnetfeldes H wie mit 5 KG in einer Richtung in dem Kristall 12 und parallel zu der Richtung des optischen Strahles 14 erzeugt wird, um einen Faraday-Dreheffekt im Kristall 12 zu erzeugen. Geeignete Magnete 18 und 19 bestehen aus einer Zusammensetzung aus die kommerziell als Typ Neigt Nr. 28 von I.G. Technology Corporation aus Volpariso, Indiana erhältlich ist.
- Die Laserdiode 15 wird von einem L-förmigen, thermisch leitfähigem Träger 21, wie etwa aus Kupfer, gehalten, der seinerseits von einer Basisplatten-Anordnung 22, wie etwa aus Kupfer, mittels eines thermo-elektrischen Kühlers 23 gehalten ist. Ein Thermistor 24 ist auf dem L-förmigen Träger 21 befestigt, um die Temperatur der Laserdiode 15 zu überwachen.
- Der Laserkristall 12 ist auf einer größeren Fläche eines thermisch leitfähigen Blockes 25, der etwa aus Kupfer bestehtmittels eines optischen UV-beständigen Zementes dazwischen befestigt. Der Block 25 ist auf einer größeren Fläche einer Heizung 26 mittels einer dazwischenliegenden dicken Schicht 27 eines relativ niedrig schmelzenden Punktlotes befestigt.
- Ein geeignetes Lot ist eine thermisch schmelzbare Legierung aus 52 Gew.-% Indium und 48 Gew.-% Zinn, die einen Schmelzpunkt von 130ºC aufweist und als Indalloy Nr. IE von der Indium Corporation of America, Utica, New York, erhältlich ist. Ein typisches Beispiel der Lötschicht 27 weist eine Dicke von 0,5 mm auf.
- Die Heizung ist von einer größeren Fläche des Blockes 28 aus thermisch isolierendem Material, wie etwa aus geschmolzenem Quarz getragen, die ihrerseits mit einer Basisplatte 22 über einen UV-beständigen optischen Zement verbunden ist. Der UV- beständige Zement verbindet gleichfalls die Heizung 26 mit dem Block 28.
- Über die Basisplatte 22 ist eine tassenförmige Kappe 29 aus einem thermisch leitfähigen Material, wie etwa aus Kupfer hermetisch aufgesiegelt. Die Kappe 29 wird auf der Basisplatte 22 durch eine Mehrzahl von Schrauben 21 gehalten, und die hermetische Dichtung wird durch einen zusammendrückbaren O-Ring 32 wie etwa aus Gummi, erreicht, die zwischen dem Rand der Kappe 29 und der Basisplatte 22 eingeschlossen ist.
- Die Basisplatte 22 und die Kappe 29 bilden eine evakuierbare Umhüllung 30 für den Ringlaser 11. Eine elektrische Durchführung 33 führt elektrische Leiter durch die Basisplatte 22 in die Umhüllung, um elektrische Verbindungen zu den verschiedenen elektrischen Elementen darin herzustellen.
- Ein optisch durchlässiges Fenster 34 ist in der Seitenwand der Kappe 29 vorgesehen, durch das der optische Ausgangsstrahl 35 des Lasers an die Umgebung gelangt. Das Vakuumgehäuse 30 ist evakuiert und mit trockenem Stickstoff befüllt oder wird alternativ unter Vakuum, d.h. bei 1 x 10&supmin;³ Torr gehalten. Das letztere ist bevorzugt, da so unerwünschte Wärmeaustauscheffekte durch Konvektion verhindert werden. Auf jeden Fall werden die optischen Flächen kontaminationsfrei durch die saubere Umgebung innerhalb des Gehäuses 30 gehalten.
- In den Fig. 1 bis 5 ist der piezo-elektrisch abgestimmte optische Ringresonator 12 genauer dargestellt. Ein piezo-elektrisches Abstimmelement 41 ist zum Beispiel durch einen Epoxydkleber mit der oberen freien Facette des Ringresonatorkristalls 12 verbunden, Das piezo-elektrische Abstimmelement 41 umfaßt in einer bevorzugten Ausführung eine quadratische Platte von piezoelektrischem Material, wie etwa PZT-5H, das kommerziell vor der Vernitron Piezoelectric Divison aus Bedfard, Ohio, erhältlich ist. Bei einer typischen Ausführung hat die Platte 41 eine Länge und Breite von jeweils 0,2 inch (5,1 mm) und eine Dicke vor) 0,01 inch (0,25 mm). Das piezo-elektrische Element 41 wird in der Richtung der dünnen Abmessung angeschlossen. Die zwei Hauptflächen der Platte (Folie) sind mit Silber beschichtet, um Elektroden zur Anlegung der Spannung über die dünne Abmessung der piezo-elektrischen Abstimmplatte 41 zur Verfügung zu stellen.
- Der Resonatorkristall 12 ist mit Facetten versehen, um eine planare parallele obere Facette 42 bzw. Bodenfacette 43 zu erzeugen, mit einer vorderen Eingangsfacette 44 und zwei Seitenfacetten 45 und 46 und einer Endfacette 47. Bei einem typischen Beispiel hat die Scheibe des Laserverstärkungsmaterials 12 eine Höhe von 2 mm, eine Länge von 4,988 mm und eine Breite von etwa 4,34 mm. Die Seiten- bzw. Endfacetten 45, 46 und 47 sind angeordnet und dazu vorgesehen, um den optischen Strahl 14 vollständig auf einem geschlossenen Weg 13 ohne Reflektion entweder von der oberen Facette 42 oder der Bodenfacette 43 darin zu reflektieren. Ein Teil des geschlossenen Weges 13 bei 48 (siehe Fig. 5) ist außerhalb der Ebene des übrigen geschlossenen Weges 13, um einen nicht-planaren Ringresonator der Art zu bilden, wie dies im US-Patent 4,578,793, das am 24. März 1986 herausgegeben ist, und gemäß einem Artikel, der in "Optics Letters", Vol. 12, Nr. 3, März 1987, Seiten 175-177 erschienen ist, zu bilden. Das durch die Magnete 18 und 19 angelegte Magnetfeld H erzeugt einen Faraday-Dreheffekt, und die innewohnende Polarisation führt dazu, daß der Verlust von sich gegenüber ausbreitenden optischen Wellen innerhalb des Resonators grundsätzlich anders ist, wodurch eine Oszillation nur in der Richtung mit niedrigem Verlust um den Ring 13 unterstützt wird. Wenn das Ende gepumpt wird, eliminiert der Ringoszillator 13 die Auswirkungen von räumlichem Lochbrennen, ist unempfindlich gegenüber optischer Rückkopplung und arbeitet in einer axialen Mono-Mode.
- Mit den beiden versilberten Oberflächen des piezo-elektrischen Elementes 41 sind dünne Drahtanschlüsse 49 und 51 verlötet, um die Anlegung eines elektrischen Feldes über die kurze Ausdehnung des Abstimmelementes 41, d.h. in der Richtung der Polung anzulegen. Dieses angelegte elektrische Feld führt dazu, daß das Abstimmelement versucht, seine Fläche zu vergrößern oder zu verkleinern, falls das angelegte elektrische Feld parallel oder anti-parallel zu der Richtung der Polung ist. Da das piezo-elektrische Element 41 mit dem starren Nd:Yag- Resonator 12 verbunden ist, kann es sich nicht zusammenziehen, als ob es frei wäre. Stattdessen übt es ein Feld von Schubkräften auf den Nd:Yag-Kristall aus. Dieses Kraftfeld befindet sich im wesentlichen in der Ebene der Facette 42, an die das Abstimmelement 41 gebondet ist. Das angelegte Kraftfeld F verändert den Brechungsindex, die Form und die Größe des Kristalls 12 in einem sehr geringen Maß. Diese Veränderungen des Brechungsindex, der Form und der Größe des Kristalls führen zu einer sich ergebenden Veränderung der optischen Länge des Resonators, was zu einer Frequenzveränderung im Laserausgang bei 35 führt.
- Bei einem typischen Beispiel betrug die Veränderung der Frequenz 1,5 MHz pro Volt angelegter Spannung über das piezo-elektrische Abstimmelement 41. Die Antwortzeit betrug weniger als 13 ms. Die sich ergebende Anordnung ist ein spannungsgesteuerter optischer Oszillator.
- Bei einer alternativen Ausführung, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein zweites piezo-elektrisches Abstimmelement 52 an die Bodenfacette 43 des Kristalls 12 gebondet. Wiederum ist eine Abstimmspannung über das zweite Abstimmelement 52 angelegt um eine resultierende Veränderung der Fläche des Abstimmelementes 52 zu erzeugen, wobei die Veränderung der Fläche als eine Abstimmkraft auf die Facette 43 in den Kristall übertragen wird, um den optischen Resonator 12 piezo-elektrisch abzustimmen.
- Bei einer weiteren Ausführung sind die piezo-elektrischen Abstimmelemente 41 und 52 mit beiden Hauptflächen 42 und 43 des Kristalls 12 verbunden, wie zuvor beschrieben, um den optischen Resonator 12 abzustimmen. In dem Fall, in dem die piezo-elektrischen Abstimmelemente mit beiden Hauptflächen des Kristalls 12 verbunden sind, werden die Spannungen den piezoelektrischen Elementen 41 und 52 derart zugeführt, daß eines der Abstimmelemente seine Fläche zu vergrößern sucht, während das gegenüberliegende Abstimmelement seine Fläche mit der angelegten Spannung zu verkleinern sucht
- Es sei nun auf Fig. 6 Bezug genommen, in der eine alternative Ausführung der gegenwärtigen Erfindung dargestellt ist. Bei der Ausführung gemäß Fig. 6 ist der optische Resonator von einem monolithischen Stab 54 aus Laserstärkungsmaterial, wie etwa Nd:Yag gebildet, wobei Spiegel 55 und 56 an dessen gegenüberliegenden Enden angeformt sind, um dazwischen einen monolithischen optischen Resonator zu bilden. Der Pumpstrahl 14 wird in die Achse des Stabes 54 eingeführt, um den Stab 54 kolinear zu pumpen. An einer Seite des Stabes 54 ist eine Abstimmfacette 55 gebildet, und das piezo-elektrische Abstimmelement 41 ist an die Abstimmfacette 55 gebondet, um die Abstimmkraft F durch die Abstimmfacette in den Stab 54 zu übertragen, um die Resonanzfrequenz des optischen Resonators abzustimmen, und somit die Ausgangsfrequenz des Lasers. In der Ausführung gemäß Fig. 1 können die Abstimmelemente 41 und 52 an gegenüberliegende Facetten des Stabes 54 gebondet sein.
- Zu den Vorteilen des piezo-elektrisch abgestimmten optischen Resonators gemäß der gegenwärtigen Erfindung im Vergleich zu der herkömmlichen Klemmanordnung mit piezo-elektrischer Abstimmung gehören: Die Ansprechgeschwindigkeit des Systems der gegenwärtigen Erfindung ist schneller als die der herkömmlichen Klemmanordnung, da sie kleiner ist. Die Ansprechgeschwindigkeit wird durch die Schallgeschwindigkeit und die Abmessungen des Systems bestimmt. Die Antwortzeit kann nicht kürzer sein als die Zeit, die erforderlich ist, um Schall von einem Ende des mit mechanischen Systems zum anderen zu übertragen. Bei der gegenwärtigen Erfindung ist das abgestimmte System erheblich kleiner als bei der herkömmlichen Anordnung und besteht hauptsächlich aus dem Nd:Yag-Kristall 12, wobei es mit seiner sehr hohen Schallgeschwindigkeit erheblich schneller anspricht als größere Systeme wie das mit der Klemme.
- Die Empfindlichkeit eines Lasers gegenüber akustischem Rauschen hängt gleichfalls von seiner Größe ab. Kleine Objekte mit sehr großen inneren Schallgeschwindigkeit werden durch akustisches Rauschen wenig beeinträchtigt. Größere und komplexere Formen schwingen, wenn sie durch akustisches Rauschen angeregt werden. Ein großes akustisches Ansprechen auf Resonanzen ist vielfach für die Frequenz-Instabilität herkömmlicher Laser verantwortlich. Bei der gegenwärtigen Erfindung ermöglicht es die relativ kleine Größe der Anordnung, daß das System eine geringe Sensitivität gegenüber akustischem Rauschen besitzt.
- Ein weiterer Vorteil des piezo-elektrisch abgestimmten Resonators gemäß der gegenwärtigen Erfindung besteht darin, daß er einfacher hergestellt werden kann. Ein Stück von piezo-elektrischem Material wird einfach mit einer Abstimmfacette des monolithischer Resonators verbunden. Dies ist ein erheblicher Unterschied zu dem klemmenartigen Design, bei dem der gesamte Laser um die relativ große Klemmanordnung herum gebaut werden muß.
Claims (12)
1. Verfahren zum piezo-elektrischen Abstimmen eines optischen
Resonators, umfassend die folgenden Schritte:
- Anlegen einer Spannung an ein piezo-elektrisches
Element (41, 52), das in kraftübertragender Beziehung
mit einem Festkörperelement (12, 54) eines optischen
Resonators derart verbunden ist, daß die anglegte
Spannung ein resultierendes Kraftfeld auf das
Festkörperelement (12, 54) des optischen Resonators ausübt,
um eine durch die Spannung beeinflußte Veränderung
des Brechungsindex und der Abmessungen wenigstens
eines Teiles des optischen Resonators zu erzeugen,
um die Frequenz auf einen optischen Resonanzzustand
des optischen Resonators abzustimmen,
dadurch gekennzeichnet, daß
- das piezo-elektrische Element eine Grenzfläche
aufweist, die mit wenigstens einem Teil (42, 43; 53)
des Festkörperelementes (12, 54) des optischen
Resonators verbunden ist und dieses überdeckt, und
die angelegte Spannung eine Änderung der Fläche der
verbundenen Grenzfläche induziert, um das sich
ergebende Kraftfeld in den überdeckten Teil des
Festkörperelementes (12, 54) zu übertragen, um die
spannungsbedingte Veränderung des Brechungsindex und
der Abmessungen an wenigstens einem Teil des optischen
Resonators zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Festkörperelement
(12, 54) des optischen Resonators ein optisch transparentes
facettiertes Element eines Festkörpermaterials ist, bei
dem die Facetten (44 bis 47; 55, 56) vorgesehen und
angeordnet sind, um optische Wellenenergie dazwischen in
dem facettierten Element zu reflektieren, um einen
monolithischen optischen Resonator zu bilden, der durch die
angelegte Spannung abgestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das optisch transparente
facettierte Element (12, 54) aus einem
Laser-Verstärkungsmaterial hergestellt ist, umfassend die Schritte:
- Optisches Pumpen des Laser-Verstärkungsmaterials,
um Laserübergänge und eine Aussendung von
Laserstrahlung zu erzeugen;
- Abstimmen der ausgesendeten Laserstrahlung auf
Resonanz innerhalb des monolithischen optischen
Resonators und
- Auskoppeln eines Teils der Resonanz-Laserstrahlung
aus dem monolithischen Resonator, um eine
monolithische Laserquelle von Laserstrahlung zu schaffen,
deren Frequenz in Abhängigkeit von der Amplitude der
angelegten Spannung abstimmbar ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, umfassend den Schritt:
- Anordnen und Vorsehen der Facetten (44, 45, 46, 47;
55, 56) des facettierten Elementes des
Festkörper-Verstärkungsmaterials, um die optische Wellenenergie
dazwischen und entlang eines geschlossenen Weges (13)
zu reflektieren, um einen optischen Ringlaser zu
bilden, der durch die angelegte Spannung abgestimmt
ist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, umfassend den Schritt:
- Anordnen einer der Facetten des facettierten Elementes
(12, 54) des Festkörper-Laserverstärkungsmaterials
außerhalb des geschlossenen Weges (13) der Resonanz-
Laserstrahlung und im wesentlichen diesen überdeckend,
um eine Abstimm-Facette (42, 55') festzulegen und
- Verbinden des piezo-elektrischen Elementes (41, 52)
mit der Abstimm-Facette (42, 43; 55), durch die die
piezo-elektrisch erzeugten Abstimm-Kraftfelder auf
den Ringlaser übertragen werden, um diesen in seiner
Frequenz abzustimmen.
6. Piezo-elektrisch abgestimmter optischer Resonator umfassend:
- Optische Resonatormittel, um optische Wellenenergie
darin in Resonanz zu bringen, umfassend ein optisches
transparentes Festkörperelement (12, 54), um dadurch
die in Resonanz befindliche optische Wellenenergie
zu leiten, wobei das transparente Element eine
Abstimmfacette (42, 43; 55') aufweist, um dadurch
Abstimmkräfte zur Abstimmung der Resonanzfrequenz
der in Resonanz befindlichen optischen Wellenenergie
passieren zu lassen, und
- piezo-elektrische Mittel umfassend ein
piezo-elektrisches Element (41, 52), das in kraftübertragender
Beziehung mit der Abstimm-Facette (42, 43; 55') des
optisch transparenten Elementes (12, 54) der optischen
Resonatormittel verbunden ist und auf eine an dem
piezo-elektrischen Element (41, 52) angelegte Spannung
reagiert, um resultierende Kraftvektoren zu
übertragen, um ein durch die Spannung beeinflußte
Veränderung des Brechungsindex und eine Veränderung der
Abmessung des optisch transparenten Elementes zu
erzeugen, um die Frequenz eines optisch in Resonanz
befindlichen Zustandes der optischen Resonatormittel
abzustimmen,
dadurch gekennzeichnet, daß
- das piezo-elektrische Element (41, 52) mit der
Abstimmfacette (42, 43; 55') verbunden ist und
- derart angeordnet ist, daß die sich ergebenden
Kraftvektoren überwiegend parallel zur Oberfläche
der Abstimmfacette (42, 43; 55') in das optisch
transparente Element (12, 54) durch die Abstimmfacette
(42, 43; 55') übertragen werden.
7. Optischer Resonator gemäß Anspruch 6, bei dem das optisch
transparente Element (12, 54) der optischen Resonatormittel
mit Facetten (44 bis 47; 55, 56) versehen ist, die
angeordnet und dazu vorgesehen sind, um optische Wellenenergie
dazwischen innerhalb der Facettenelemente (12, 54) zu
reflektieren, um einen monolithischen optischen Resonator
zu schaffen, der durch die an die piezo-elektrischen Mittel
angelegte Spannung abstimmbar ist.
8. Optischer Resonator gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem das
optisch transparente facettierte Element (12, 54) aus einem
Laser-Verstärkungsmaterial besteht, umfassend:
- Optische Pumpmittel (15) zum optischen Pumpen des
Laserverstärkungsmaterials, um Laserübergänge und
die Emission von Laserstrahlung zu erzeugen, um einen
optischen Resonanzzustand der optischen
Resonatormittel zu erreichen und
- Mittel zum Auskoppeln eines Teils der in Resonanz
befindlichen Laserstrahlung aus dem monolithischen
optischen Resonator, um eine monolithische Laserquelle
von Laserstrahlung zur Verfügung zu stellen, deren
Frequenz in Abhängigkeit von der Amplitude der an
die piezo-elektrischen Mittel angelegten Spannung
abstimmbar ist.
9. Optischer Resonator nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die
Facetten (44 bis 47; 55, 56) angeordnet und dazu vorgesehen
sind, um optische Wellenenergie dazwischen und entlang
eines geschlossenen Weges (13) innerhalb des
Facettenelementes (12, 54) zu reflektieren, um einen monolithischen
optischen Ringresonator zu schaffen.
10. Optischer Resonator gemäß Anspruch 9, bei dem die
Abstimmfacette (42, 43, 55') des Facettenelementes aus
Laserverstärkungsmaterial außerhalb des geschlossenen Weges (13)
der in Resonanz befindlichen Laserstrahlung angeordnet
ist und diesen im wesentlichen überdeckt und
- bei dem das piezo-elektrische Element (41, 52) mit
der Abstimmfacette (42, 43; 55) verbunden ist und
diese überdeckt.
11. Optischer Resonator gemäß Anspruch 9 oder 10 umfassend:
- Magnetmittel (18, 19) zur Anlegung eines magnetischen
Feldes an den monolithischen Laserring-Resonator,
um einen Faraday-Dreheffekt darin zu erzeugen, um
die in Resonanz befindliche optische Laserstrahlung,
die sich in einer Richtung entgegen der optischen
Ausgangsenergie innerhalb des optischen Resonators
bewegt, vorzugsweise abzuschwächen.
12. Ringlaser umfassend:
- Ein facettiertes Element (12, 54) aus optisch
transparentem Lasermaterial;
- eine Mehrzahl von Facetten (44 bis 47, 55, 56) des
Elementes aus Lasermaterial, das angeordnet und
orientiert ist, um optische Energie innerhalb des
Elementes entlang eines nicht-ebenen geschlossenen
Strahlenganges (13) innerhalb des Elementes (12, 54)
zu reflektieren, um einen optischen Ringresonator
zu bilden;
- eine intern reflektierende Facette (44) als Koppler,
der dazu dient, Eingangs- und Ausgangs- optische
Energie in den Ringresonator entlang divergierender
Eingangsstrahlenwege (14) und Ausgangsstrahlenwege
(35) einzukoppeln und aus diesem auszukoppeln;
- einen Magnet (18, 19) zur Anlegung eines magnetischen
Feldes an das facettierte Element (12, 54), um einen
Faraday-Dreheffekt darin zu erzeugen, um die darin
sich innerhalb des Resonators in einer Richtung
entgegen der der optischen Ausgangsenergie
fortbewegende Wellenenergie vorzugsweise abzuschwächen;
und
- eine Quelle (15) für optische Pumpenergie, die die
Pumpenergie auf eines der facettierten Elemente durch
die Kopplungsfacette (44) und über den
Eingangsstrahlenweg (14) überträgt;
dadurch gekennzeichnet, daß
- eine Schicht (41, 52) aus piezo-elektrischem Material
mit einer der Abstimmfacetten (42, 43) des
facettierten Elementes (12, 54) verbunden ist, um Kraftvektoren
zum Abstimmen vorzugsweise in der Ebene der Fläche
der Abstimmfacette und durch diese zu übertragen als
Reaktion auf eine angelegte Spannung, um die Frequenz
der optischen Ausgangsenergie abzustimmen.
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|---|---|---|---|
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Representative=s name: WITTE, WELLER & PARTNER, 70178 STUTTGART |