DE69523485T2

DE69523485T2 - Wellenlängenabstimmbare monomodige Laserquelle mit selbstausrichtendem externen Resonator

Info

Publication number: DE69523485T2
Application number: DE69523485T
Authority: DE
Inventors: Laurent Disdier; Philippe Graindorge; Bernard Laloux; Herve Lefevre; Philippe Martin
Original assignee: Photonetics SA
Current assignee: Yenista Optics Sa Lannion Fr
Priority date: 1994-09-13
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2015-09-14
Also published as: EP0917261B1; EP0702438A1; US5802085A; US5594744A; DE69510420D1; FR2724496B1; FR2724496A1; EP0917261A1; EP0702438B1; DE69510420T2; DE69523485D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine in der Wellenlänge abstimmbare Monomodlaserquelle mit einem externen Resonanzraum.
Es ist bekannt, daß ein optischer Resonanzraum einer Laserquelle eine oder mehrere Wellenlängen, die von einem Laserverstärkermedium entsandt werden, auswählt. Es handelt sich meistens um zwei Spiegel, von denen einer teilweise transparent ist und einen sogenannten Fabry-Perot- Resonanzraum bildet. Ein solcher Fabry-Perot-Resonarizraum wählt aus oder schwingt bei halben Wellenlängen gleich Untervielfachen der optischen Länge Lop des Resonanzraumes und somit im allgemeinen einander sehr ähnlich. Mehrere Wellenlängen sind nun in der Lage, von dem Verstärkermedium mit breitem Spektrum verstärkt zu werden. Auf diese Weise wird ein Multimodloser erhalten.
Bei gewissen Anwendungen werden Monomodlaser bevorzugt. Es ist nun erforderlich, einen optischen Resonanzraum einzusetzen, der ein komplementäres Auswahlmedium zu dem Fabry-Perot-Resonanzraum einbindet, beispielsweise einen seiner Spiegel durch eine rückstrahlende Streuvorrichtung zu ersetzen.
Die rückstrahlenden Streuvorrichtungen werden üblicherweise in der herkömmlichen Optik verwendet. Die bekannteste Vorrichtung ist wahrscheinlich das Flächengitter mit einem Schritt p, das nach der Littrow- Konfiguration verwendet wird.
Ganz allgemein weist ein Flächengitter mit einem Schritt p eine zu seinen Linien senkrechte Streuebene auf. Ein kollimierter Lichtstrahl mit einer Wellenlänge λ, der um einen Winkel θ&sub1; in bezug auf die Normale des Gitters geneigt und zu derStreuebene des Gitters parallel ist, erzeugt einen ebenfalls zu der Streuebene des Gitters parallelen kollimierfen Strahl, der eine um einen Winkel θ&sub2; in bezug auf die Normale geneigte Richtung aufweist, wobei 8, und 62 durch folgendes Verhältnis verbunden sind:
p sin θ&sub1; + p sin θ&sub2; = λ.
Die Littrow-Konfiguration, bei der sich dieses Gitter als rückstrahlendes Streusystem verhält, entspricht dem Fall, in dem θ&sub1; = θ&sub2; = θ ist, d. h.
2 p sin θ = λ
Fig. 1 stellt ein Gitter 1 dar, das nach der Littrow-Konfiguration eingesetzt wird, bei dem ein Ende 2 eines geführten Verstärkermediums 3 im Brennpunkt einer Kollimationsoptik 4 angeordnet wird, die einen parallelen kollimierten Strahl 5 mit der Wellenlänge λerzeugt:
Dieser Strahl ist zu der Streuebene des Gitters parallel, d. h. zu der auf den Linien 6 des Gitters 1 senkrechten Ebene, und bildet einen Winkel θ mit der Normalen 7 auf die Fläche des Gitters 1.
Unter diesen Bedingungen ist bekannt, daß, wobei p der Schritt des Gitters ist, wenn das Verhältnis 2p sin θ = λ überprüft wird, der Strahl 5 von dem Gitter 1 auf sich selbst zurückgesandt wird und somit einen Bildpunkt 8 erzeugt, der mit dem Ende 2 zusammenfällt.
Solche rückstrahlenden Streuvorrichtungen wurden beispielsweise verwendet, um eines der Rückstrahlsysteme eines Laserresonanzraumes zu bilden, um einen oder mehrere Strahlen auszuwählen, die von dem Resonanzraum erzeugt werden können. Aus dem französischen Patent FR 2 595 O13 sind beispielsweise abstimmbare Monomodlaserquellen bekannt, bei denen die Sendewellenlänge in dem breiten Spektrum eines Verstärkerwellenleifiers mit einem externen Resonanzraum ausgewählt wird, der ein rückstrahlendes Streugitter in Lifitrow-Konfiguration umfasst. Eine Bewegung, die die Winkelausrichtung dieserStreuvorrichtung ändert, ermöglicht es, die ausgewählte und von der abstimmbaren Laserquelle mitexternem Resonanzraum ausgesandte Wellenlänge zu variieren.
In diesen verschiedenen Vorrichtungen hängt die rückgestrahlte Wellenlänge von der Winkelausrichtung eines Gitters um eine zu seinen Linien parallele und somit zu der Streuebene senkrechten Achse ab. Diese Achse wird Auswahlachse genannt.
Es ist auch bekannt, daß solche abstimmbaren Laserquellen mit externem Resonanzraum mit einer sogenannten Littman-Metcalf-Konfiguration funktionieren können, bei der der eintreffende kollimierte Strahl einen Winkel 6, mit der Normalen auf das Gitter bildet. Ein zusätzlicher Spiegel ist mit seiner Normalen in einem Winkel 82 zu dem Gitter angeordnet. Die Wellenlänge λ, die dem Verhältnis λ = p sin θ&sub1; + p sin θ&sub2; folgt, wird von dem Gitter in einem Winkel θ&sub2; gestreut, sodann von dem Spiegel rückgestrahlt, der seinerseits nun senkrecht steht, und schließlich wieder in dem Gififier auf dem Rückweg gestreut und tritt wieder mit dem Eintrittswinkel 6, aus. Diese Wellenlänge Xwird somit in dem Resonanzraum ausgewählt. Die Abstimmbarkeit der Wellenlänge wird erzielt, indem die Ausrichtung der Einheit Gitter-Spiegel variiert wird, d. h. indem θ&sub1; variiert wird, oder indem nur die Ausrichtung des Spiegels variiert wird, d. h. indem θ&sub2; variiert wird, oder indem nur die Ausrichtung des Gitters variiert wird, d. h. indem θ&sub1; und θ&sub2; variiert werden, wobei θ&sub1;-θ&sub2; konstant gehalten werden.
Fig. 2 stellt ein Gitter 11 dar, das nach der Littman-Metcalf-Konfiguration eingesetzt wird, bei dem ein Ende 2 eines geführten Verstärkermediums 13 im Brennpunkt einer Kollimationsoptik 14 angeordnet wird, die einen kollimierten Hauptstrahl 15 mit einer Wellenlänge λ erzeugt.
Dieser Strahl ist zu der Streuebene des Gitters parallel, d. h. zu der zu den Linien 16 des Gitters 11 senkrechten Ebene, und bildet einen Winkel 6, mit der Normalen 17 zur Fläche des Gitters 11. Durch Brechung auf dem Gitter erzeugt der Strahl 14 einen sekundären kollimierten Strahl 18, der sich in der Streuebene befindet und einen Winkel θ&sub2; mit der Normalen 17 bildet. Ein ebener Spiegel 19 ist senkrecht zu dem Strahl 18 angeordnet, und der Strahl wird durch das gesamte System rückgestrahlt.
Es ist unter diesen Bedingungen bekannt, daß, wenn p der Schritt des Gitters ist, der Strahl 15, wenn das Verhältnis p sin θ&sub1; + p sin θ&sub2; = λ überprüft wird, nach einer ersten Brechung auf dem Gitter 11, einer Rückstrahlung auf dem Spiegel 19 und einer zweiten Brechung auf dem Gitter 11 auf sich selbst zurückfällt. Er erzeugt somit einen Bildpunkt 8, der mit dem Ende 2 zusammenfällt.
Die Einstellung solcher Vorrichtungen erfordert die genaue Positionierung des Gitters um eine Achse senkrecht zu der Auswahlachse und parallel zu der Streuebene. Diese letztgenannte Einstellung und ihre Stabilität sind sehr heikel und bedingen in den meisten Fällen die Qualität des erzielten Resultats.
Um diese Darlegung zu verdeutlichen, ist in Fig. 3A eine Ansicht der Fokalebene der Kollimationsoptik daügestellt, in der sich das Ende 2 eines geführten Verstärkermediums und das auf dem Rückweg von den Konfigurationen der Fig. 1 und 2 erzeugte Spektrum, wenn der Verstärker ein breites Spektrum entsendet, befinden. Auf diese Weise wird ein Spektrum erhalten, das sich von einer Wellenlänge λ&sub1; bis zu einer Wellenlänge λ&sub2; erstreckt, und bei dem die Wellenlänge λ am Ende 2 rückgestrahlt und somit in dem Resonanzraum ausgewählt wird.
Da in der Praxis die tatsächliche Drehachse nicht genau parallel zu den Linien des Gitters sein kann, ist die Verschiebung des Spektrums in der Fokalebene von einer Bewegung senkrecht zu dieser begleitet und führt, wenn die Wellenlänge λ' rückgestrahlt wird, zu einer Konfiguration, wie in Fig. 3B dargestellt, bei der die Rückstrahlung aufgrund des Versatzes des Spektrums nicht genau senkrecht zu diesem selbst, ebenso wie parallel zu diesem selbst, in der Fokalebene der Kollimationsoptik erzielt wird.
Beispielsweise wird als Verstärkermedium eine Laserdiode verwendet, die ein Spektrum erzeugt, das sich in einem ersten Fall von 1.470 bis 1.570 nm und in einem zweiten Fall von 1.260 bis 1.340 nm erstreckt. Wenn die rückgestrahlte Wellenlänge verändert werden soll, die nun λ' wird, aufgrund des oben erwähnten Littrow-Verhältnisses, erfolgt dies durch die Drehung des Gitters, die, wenn sie um eine Ächse parallel zu den Linien 6 des Gitters erfolgt, eine einfache Translation des Spektrums λ&sub1;, λ&sub2; und das Zusämmenfallen der Wellenlänge λ' mit dem Ende 2 bewirken sollte.
Bei der Littman-Metcalf-Konfiguration stellt sich dasselbe Problem, wenn das Gitter 11 oder der Spiegel 19 oder beide einer Drehung um eine Achse parallel zu den Linien 16 des Gitters unterzogen werden.
Solche Vorrichtungen können auch Modensprünge erzeugen. Die Drehung der Gitterstreuvorrichtung ändert nämlich die ausgewählte Wellenlänge, jedoch muß diese Wellenlänge auch die Resonanzbedingung jedes optischen Resonanzraumes berücksichtigen, die angibt, daß die optische Länge Lop des Resonanzraumes gleich einer ganzen Zahl N mit halber Wellenlänge ist:
Lop = N·λ/2
Wenn die ausgewählte Wellenlänge verringert wird, muß somit gleichzeitig der Resonanzraum verkürzt werden, und umgekehrt verlängert werden, wenn die Wellenlänge größer wird, um bei derselben ganzen Zahl N zu bleiben und die Modensprünge zu verhindern.
Eine solche kontinuierlich abstimmbare Vorrichtung ohne Modensprung wurde mit einer Lifitrow-Konfiguration vorgeschlagen (F. Favre et D. Le Guen, "82 nm of continous tunobilify toran external cavitysemi-conducfor laser", Electronics Letters, Band 27, 183-184 [1991]), jedoch erfordert sie eine komplexe mechanische Einheit, die zwei Translationsbewegungen und zwei Rotationsbewegungen einsetzt.
In einem Artikel von 1981 beschreiben LIU und LITfMAN (Optics Letters, Band 6, Nr. 3, März 1981, Seiten 117-118) eine Vorrichtung, umfassend ein Gitter und einen Spiegel mit variabler Ausrichtung, verwendet für die Herstellung eines Monomodlasers mit variabler Wellenlänge. Die vorgeschlagene Geometrie ermöglicht es, eine Wellenlängenabtastung ohne Unterbrechung zu gewährleisten.
Überdies werden die Reflexionsdieder seit langem studiert. Insbesondere die japanische Patentanmeldung JP-A-57.099793 vom 21. Juni 1981 schlägt vor, ein solches Dieder zu verwenden, um eine rückstrahlende Streuvorrichtung in einem Glasfaserkommunikationssystem mit Wellenlängenmultiplexing herzustellen, wobei diese Längen feststehend sind.
Die Patentanmeldung JP-A-56 090642 beschreibt ein optisches Kommunikationssystem, das eine gemultiplexte Kommunikation durch Wellenlängendifferenzierung ermöglicht. Dieses System umfasst mehrere Halbleiterlaser, wobei jeder von ihnen ein Licht aussendet und dieses nach zwei Brechungen auf einem Gitter mit Hilfe eines Spiegels mit einer Wellenlänge empfängt, die durch die Position dieses Lasers festgelegt wird.
Die in diesem Dokument beschriebene Technik ist für eine Wellenlängenanpassung einer Laserquelle nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines abstimmbaren Laserresonanzraumes, der eine große Einstelltoleranz der rückstrahlenden Streuvorrichtung um eine Achse senkrecht zur Achse des sekundären kollimierten Strahls und parallel zur Streuebene bietet und somit eine große mechanische Stabilität aufweist und gleichzeitig eine kontinuierliche Abstimmbarkeit ohne Modensprung ermöglicht.
Die Erfindung ist durch den Anspruch 1 definiert. Verschiedene Ausführungsarten sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine in der Wellenlänge abstimmbare Monomodlaserquelle mit einem externen, selbsteinstellenden Resonanzraum, umfassend:
einen Resonanzraum mit einer teilweise reflektierenden Ausgangsfläche und eine rückstrahlende Streuvorrichtung, die eine Hauptkollimationsachse und eine Nebenkollimationsachse definiert,
einen Wellenleiter-Verstärker, der im Inneren des Resonanzraumes angeordnet ist.
Erfindungsgemäß umfasst die rückstrahlende Streuvorrichtung ein planes Gitter, das Streuebenen und ein orthogonales reflektierendes Dieder aufweist, dessen Schnittkante zu der Streufläche des Gitters, umfassend die Kollimationsachsen, parallel ist. Da ferner das Gitter und das Diederjeweils eine Ausrichtung aufweisen, umfasst die Lqserquelle Mittel zum Einstellen der Ausrichtung des Gitters und/oder des Dieders.

Vorzugsweise:

ist der Punkt A der Schnittpunkt der Kollimationsachsen und des Gitters, ist der Punkt B' das optische Ende des Resonanzraumes, das auf der Seite des reflektierenden Dieders angeordnet ist,
ist der Punkt C' der Schnittpunkt der Hauptkollimationsachse mit dem optischen Ende des Resonanzraumes, das sich auf derSeite des Verstärkermediums befindet,
ist der Punkt D der Schnittpunkt der Ebene, die die Brechungsfläche des Gitters enthält, mit der Parallelen zu der durch B' verlaufenden Schnittkante des Dieders,
- wobei der Winkel AC'D gleich 90º gehalten wird,
v wobei die Länge AD konstant gehalten wird,
um eine kontinuierlich abstimmbare Quelle zu verwirklichen.
So kann es eine Verschiebung der selbsteinstellenden Vorrichtung unter Einsatz einer einfachen Drehung ermöglichen, um eine kontinuierliche Abstimmbarkeit ohne Modensprünge zu erzielen.
Bei verschiedenen Ausführungsarten, die jeweils ihre spezifischen Vorteile darstellen, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die folgenden Merkmale, eventuell in Kombination, auf:
- Die Bewegungen des Gitters und des Dieders sind derart verbunden, daß sie gemeinsam beweglich und zueinander feststehend sind.
- Das Gitter und das Diede werden von einer Platte getragen, die um eine Drehachse, die durch den Punkt A verläuft, drehbar ist, wobei diese Platte mit einem Arm einer Achse fest verbunden ist, wobei dieser Arm einen Auflagerpunkt auf einer festen Translationsebene in bezug auf ein Gehäuse aufweist, wobei die Drehachse von einem Element getragen wird, das in einer Translationsbewegung parallel zur Kollimationsachse in bezug auf das Gehäuse beweglich ist, wobei die kontinuierliche Abstimmbarkeit der Quelle durch das Verschieben des beweglichen Elements und das Halten des Auflagerpunktes auf der Ebene erzielt wird.
- Eine Rückstellfeder, die an einem ihrer Enden an einem Arm der Platte und an dem anderen ihrer Enden an dem Gehäuse befestigt ist, sichert den Halt des Auflagerpunktes auf der Ebene.
- Das Gitter ist fest und das Dieder ist beweglich.
- Das Dieder wird von einer Stütze getragen, die um eine Achse beweglich ist, die zur Streuebene senkrecht steht und durch den Punkt D verläuft.
- Das Gitter wird von einem Gehäuse getragen, und ein Motor, der mit dem Gehäuse fest verbunden ist und einen Schieber, der mit der Stütze verbunden ist, steuert die Ausrichtung des Dieders.
Das Verstärkermedium ist eine Laserdiode.
- Eine der Seiten der Laserdiode ist schwach reflektierend und bildet eine Ausgangsfläche zu dem externen Resonanzraum.
- Das Verstärkermedium ist eine dopierte optische Faser.
- Ein Kollimationsstrahl, der durch gewöhnliche Reflexion durch das Gitter erzeugt wurde, bildet eine Nutzquelle.
Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben, worin:
Fig. 1 eine herkömmliche Montage der vorveröffentlichten Technik nach der Littrow-Konfiguration ist;
Fig. 2 eine herkömmliche Montage der vorveröffentlichten Techniknach der Littman-Metcalf-Konfiguration ist;
Die Fig. 3A und 3B eine schematische Darstellung des in die Ebene der Quelle rückgestrahlten Lichtspektrums ist; für zwei unterschiedliche Aus richtungen des Gitters der Fig. 1 oder des Gitters oder des Spiegels der Fig. 2;
Fig. 4 eine Darstellung des erfindungsgemäßen selbsteinstellenden ab stimmbaren Laserresonanzraumes in Aufsicht ist;
Fig. 5 eine Darstellung dieser Vorrichtung in Vorderansicht ist;
Fig. 6 eine Seitenansicht dieser Vorrichtung ist;
Die Fig. 4, 5, 6 auf demselben Blatt dargestellt und voneinander durch zu den kollimierten Strahlen parallele schraffierte Linien getrennt sind, um die Herstellung von Querverbindungen zwischen den Elementen dieser verschiedenen Figuren zu ermöglichen;
Fig. 7 einen erfindungsgemäßen kontinuierlich abstimmbaren und selbst einstellenden Laserresonanzraum darstellt;
Fig. 8 einen erfindungsgemäßen kontinuierlich abstimmbaren und selbst einstellenden Laserresonanzraum darstellt; unter kombinierter Verwendung zweier Translationen;
Fig. 9 einen erfindungsgemäßen kontinuierlich abstimmbaren und selbst einstellenden Laserresonanzraum darstellt; unter Verwendung einer ein fachen Rotationsbewegung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Gitter 21, das mit einem geführten Verstärkermedium 23 arbeitet, umfassend ein inneres Ende 22, das dem Gitter 21 gegenüberliegt, und das mit Hilfe einer Kollimationsoptik 24 einen kollimierten Strahl 25 mit einer Wellenlänge λ erzeugt. Dieser von dem Gitter 21 gestreute Strahl 25 liefert einen gebrochenen Strahl 28. Dieses Gitter ist ein ebenes Gitter, das ein graviertes Gitter oder ein holographisches Gitter sein kann, das mit Reflexion oder Transmission arbeitet. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf den Fall eines Reflexionsgitters.
Streuebene wird die Ebene genannt, die zu den Linien 26 des Gitters 21 senkrecht steht und das Ende 22 des geführten Verstärkermediums 23 enthält.
Diese Vorrichtung umfasst ferner ein orthogonales Dieder 29, das den Strahl 28 reflektiert der auf sich selbst zurückfällt und sodann nach Brechung am Gitter 21 mit dem Strahl 25 zusammenfällt. Das optische Kollimationssystem 24 fokalisiert des Rückstrahlbild bei 221.
Diese Vorrichtung liefert einen divergierenden Strahl 231 durch die Ausgangsfläche 232 des Verstärkermediums 23.
Das orthogonale Dieder 29 besteht aus zwei ebenen Spiegeln, die genau einen Winkel von 90 aufweisen. Es kann aus zwei zusammengesetzten ebenen Spiegeln odervon einem gleichschenkelig-rechtwinkeligen Prisma gebildet sein, dessen Eingangsfläche, die der Hypothenuse des gleichschenkelig-rechtwinkeligen Dreiecks1 entspricht, entspiegelt ist.
Vorzugweise ist das geführte Verstärkermedium 23 eine Laserdiode oder auch eine dopierte optische Faser, die ein inneres Ende 22 aufweist.
So wird nur die Wellenlänge des durch das Gitter 21 gestreuten Strahls 25 senkrecht zu der Schnittkante 291 des Dieders 29 rückgestrahlt und erzeugt, ein das Ende 22 überlagerndes Bild 221. Dadurch wird die Auswahl der Wellenlänge erzeugt und die Streuung des Gitters 21 ausgenutzt.
Die Ausrichtung des Dieders 29 um seine Schnittkante 291 in bezug auf die Streuebene des Gitters 1 l erfordert keine besondere Genauigkeit. Es ist nämlich bekannt, daß bei dem orthogonalen Dieder 29 ein in eine zu der Schnittkante 291 parallele Ebene einfallender kontinuierlicher Strahl in eine zu der Einfallsebene parallele Eberie zurückgesandt wird. Die Genauigkeit der Parallelität hängt von der Genauigkeit des rechten Winkels ab, der von den beiden Reflexionsflächen des Dieders 29 gebildet wird, das von seiner Konstruktion her mit einer sehr guten Genauigkeit (von einigen. Bogensekunden beispielsweise) befestigt wird. So stellt die von dem Gitter 21 und dem Dieder 29 gebildete Einheit eine selbsteinstellende rückstrahlende Vorrichtung dar.
Das Dieder 29 gleicht auch die Instabilitäten der Ausrichtung des Gitters 21 um zu der Streuebene parallele Achsen aus.
Die Bewegung der selbsteinstellenden rückstrahlenden Vorrichtung insgesamt oder die getrennten Bewegungen dieser Bauteile ermöglichen es, die Länge des Resonanzraumes in demselben Verhältnis wie die Wellenlängenänderung zu ändern, um eine kontinuierliche Abstimmbarkeit ohne Modensprung zu gewährleisten. Fig. 7 beschreibt eine auf diese Weise erhaltene kontinuierlich abstimmbare selbsteinstellende Laserquelle. Ein geführtes Verstärkermedium 33 weist ein inneres Ende 32 auf, das im Brennpunkt einer Kollimationsoptik 34 angeordnet ist, die einen kollimierten Strahl 35 erzeugt. Dieser Strahl wird auf einem ebenen Gitter 31 gestreut. Der gestreute Strahl 38 wird auf einem orthogonalen Dieder 39 mit einer Schnittkante 391 rückgestrählt. A wird der Schnittpunkt der Mittelachse 351 des kollimierten Strahls 35 mit dem Gitter 31 genannt. B wird der Schnittpunkt der Mittelachse 381 des kollimierten Strahls 38 mit der Schnittkante 391 genannt, die eines der physischen Enden des Resonanzraumes darstellt. Wenn das Dieder ein gleichschenkelig-rechtwinkeliges Prisma mit einem Brechungsindex nd ist, wird das optische Ende des Resonanzraumes auf der virtuellen Linie 392 verschoben, und 8' ist der Schnittpunkt dieser Linie 392 mit der Mittelachse des kollimierten Strahls 38. Die geometrische Länge AB' ist somit gleich der optischen Länge des zwischen A und B befindlichen Teils des Resonanzraumes.
Wie in der Interferometrie wird hier die optische Länge eines Elements als das Produkt seiner geometrischen Länge und des Brechungsindexes des Mediums, aus dem es sich zusammensetzt, bezeichnet.
Das andere physische Ende des Resonanzraumes ist die Ausgangsfläche 331 des geführten Verstärkermediums 33. Mit C wird der Schnittpunkt der Mittelachse des Strahls 35 mit der Ausgangsfläche 331 bezeichnet und mit C' jener mit dem optischen Ende 322 des Resonanzraumes, der aufgrund des Indexes des Verstärkermediums 33 und jenes der Kollimationsoptik 34 zurückgesetzt ist. Die geometrische Länge AC' ihrerseits ist gleich der optischen Länge des zwischen A und C befindlichen Teils des Resonanzraumes. ·
Die optische Länge Lop des Resonanzraumes ist somit:
Lap = (AB' + AC')
Der Punkt D ist als Schnittpunkt der Ebene, die die Brechungsfläche 31 l des Gitters 31 enthält, mit der Geraden 392 definiert, die zu der Schnittkante 391 parallel ist und durch B' verläuft. Das Dreieck AB' D ist bei B' rechtwinkelig, da der gestreute Strahl 38 selbst zu der Schnittkante 391 senkrecht steht.
Die kontinuierliche Abstimmbarkeit wird erzielt, wenn die Bewegung des Dieders und des Gitters die beiden folgenden Bedingungen erfüllt:
- der Winkel AC' D ist gleich 90º;
- die Länge AD ist konstant.
Diese Bedingungen sind hergestellt, wenn die Punkte C' und B' auf einem Halbkreis 393 mit dem Durchmesser DA bleiben, wobei dieser Durchmesser eine konstante Länge beibehält.
Die Resonanzbedingung des Resonanzraumes ist nämlich:
Lop = (AC' + AB') = N λ/2
worin Lop die optische Länge des Resonanzraumes ist,
I die ausgewählte Wellenlänge ist,
N eine ganze Zahl ist. Weil
AB' = AD sin θ&sub2; ist, da der Winkel AB'D im Prinzip ein rechter Winkel ist, und
AC' = AD sin θ&sub1; ist, da der Winkel AC' D nach der ersten, oben erwähnten Bedingung ein rechter Winkel ist,
ergibt sich:
AD (sin θ1 + sin θ&sub2;) = N λ/2
Das Streugesetz des Gitters lautet:
p (sin θ&sub1; + sin θ&sub2;) = λ
Da p der Schritt des Gitters ist, ergibt sich:
2 AD/p = N
Die zweite Bedingung (Länge AD = konstant) führt somit zu einem konstanten Wert von N, unabhängig von X, und somit zu einer kontinuierlichen Abstimmbarkeit ohne Modensprung.
Diese beiden Bedingungen können insbesondere bei zwei Ausführungsarten erhalten werden.
Bei einer ersten Ausführungsart sind das Gitter und das Dieder auf einer gemeinsamen Stütze montiert, die einer kombinierten Translationsbewegung des Punktes A parallel zu AC und des Punktes D parallel zu C'D unterworfen ist, wobei das rechtwinkelige Dreieck AB'D nicht verformt und somit einer Drehung unterzogen wird.
Dieses Resultat wird erzielt, wenn, wie in Fig. 8 dargestellt, das Gitter 41 und das Dieder 49 vorzugsweise von einer selben mit einem Arm 402 verbundenen mechanischen Stütze oder Drehplatte 401 getragen werden. Dieser Arm liegt auf einer festen Translationsebene 403 mit einer Achse 404 senkrecht zur Achse des Strahls 45 auf, die in bezug auf das Gehäuse 405 mit Hilfe der von der Mikrometerschraube 407 gesteuerten Einstellmittel 406 positioniert wird und einstellbar ist. Der Auflagerpunkt 408 des Armes 402 auf der Translationsebene 403 befindet sich in der Ebene, die die Brechungsfläche des Gitters 41 und die Drehachse 409 des Gitters 41 enthält. Diese Drehachse 409 definiert mit dem Auflagerpunkt 408 eine Achse 410. Am anderen Ende der Stütze 401 ist eine Befestigung 411 mit dem Gehäuse 405 mit Hilfe einer Feder 412 verbunden, deren zweites Ende an einem von dem Gehäuse 405 getragenen Finger 413 befestigt ist.
Die Drehplatte 401 ist selbst auf dem beweglichen Element einer auf dem Gehäuse 405 befestigten Translationsplatte 414 befestigt.
Die Feder 412 übt auf die Platte 401 eine Rückstellkraft aus, die den Finger 402 mit der Ebene 403 in Kontakt hält. Der Motor 415, der die Zylinderstange 416 steuert, kann die Verschiebung des beweglichen Elements 414 aus der Tanslaftionsbewegung durch Drücken auf den Finger 418, der mit diesem beweglichen Element verbunden ist, erzeugen:
So treibt der Motor 415, der die Verschiebungen des beweglichen Elements aus der Translationsbewegung 414 erzeugt, die von dem Gitter 41 und dem Dieder 49 gebildete Einheit an, wobei nun die Länge des Resonanzraumes der Quelle geändert wird.
Gleichzeitig erzeugt der auf der Bezugsebene 403 aufliegende Arm 402 die Drehung der von dem Gitter 41 und dem Dieder 49 gebildeten Einheit um die Achse 409.
Der Abstand AD zwischen der Drehachse 409 und dem Auflagerpunkt 408 bleibt während dieser Bewegung konstant. Die Achse 409 entspricht dem Punkt A der vorhergehenden Erklärung, und der Punkt 408 dem Punkt D.
Das Dieder 49 wird auf der Drehplatte 401 derart positioniert, daß das Dreieck AB' D bei B' rechtwinkelig ist. Dies führt somit zu einer Montage, die die Bedingungen für die kontinuierliche Abstimmbarkeit einhält, die unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben sind.
Eine zweite Ausführungsart verwendet ein festes Gitter und das Dieder ist auf einer beweglichen Stütze montiert, die sich um die Achse, die senkrecht zur Streuebene verläuft und durch D geht, drehen kann.
Das Gitter 51, das geführte Verstärkermedium 53 und das Kollimationsziel 54 sind auf einem Gehäuse 501 befestigt. Das Dieder 59 ist auf einer beweglichen Stütze 502 befestigt, die sich um eine exzentrische Achse 503 dreht, damit die Gerade 592, die zu der Schnittkante 591 parallel ist, die durch den Punkt B' geht, der das optische Ende des Resonanzraumes darstellt, auch durch die Achse 503 verläuft.
Diese Achse 503 ist auf einer Einheit von Translationsbewegungen 504 und 505 befestigt, die es ermöglichen, sie im Schnittpunkt D der Senkrechten 506 zur Achse des Resonanzraumes, die durch C' geht, und der Geraden 507, die durch die Fläche des Gitters 51 verläuft, zu positionieren. Ein Motor 508, der auf dem Gehäuse 501 befestigt ist, betätigt eine Stange 509, die die Drehung um die Achse 503 der Stütze 502 und des daran befestigten Dieders 59 antreibt. So bleibt der gebrochene Strahl 58, der in dem Resonanzraum ausgewählt wird, zur Schnittkante 591 senkrecht.
Während einer Drehung der beweglichen Stütze 502 verschiebt sich der Strahl 58 seitlich auf dem Dieder 59 sowie B' entlang der Geraden 592. Diese Verschiebung des Strahls ist eine geometrische Translation desselben, die keine Translation mechanischer Teile voraussetzt.
Diese zweite Methode zur Erzielung einer kontinuierlichen Abstimmbarkeit ist somit besonders aus der Sicht der mechanischen Anordnung praktisch, da sie eine einfache mechanische Drehung einsetzt.
Diese abstimmbare Quelle liefert einen divergierenden Strahl 532 am Ausgang 531 des Verstärkermediums 53, jedoch ist es auch möglich, einfach den kollimierten Strahl 533 zu verwenden, der der gewöhnlichen Reflexion des Strahls 55 auf dem Gitter 51 entspricht. Diese gewöhnliche Reflexion, die auch nullte Ordnung des Gitters genannt wird, bewahrt eine feststehende Ausrichtung, da das Gitter am Gehäuse befestigt ist und nur das Dieder während der Wellenlängeneinstellung beweglich ist.
Bei jeder der Ausführungsarten ist das geführte Verstärkermedium vorzugsweise eine Laserdiode, deren eine fläche, die ihr inneres Ende 2, 22, 32, 42, 52 darstellt, durch Entspiegelungsbehandlung sehr geringfügig reflektierend gemacht wurde. Ihr Reflexionsgrad ist vorzugsweise kleiner als 101 Diese Fläche ermöglicht die Entsendung eines Lichtflusses, der zu der rückstrahleriden Streuvorrichtung gerichtet ist.
Die andere ihrer Flächen, die die Ausgangsfläche darstellt, ist teilweise reflektierend. Sie entsendet einen divergierenden Strahl, der den Ausgangsstrahl der Quelle darstellt. Er kann auf jede herkömmliche Weise verwendet und insbesondere an einen optischen Stecker nach dem Durchlaufen eines Isolators gekoppelt werden, welcher die Störungen verhindert, die durch in die Quelle zurückkehrende Nebenreflexionen · erzeugt werden könnten.
Dioden, die zwischen 1.470 und 1.570 nm entsenden, einerseits, oder Dioden, die zwischen 1.260 und 1.340 nm entsenden, andererseits, ermöglichen es, gute Ergebnisse zu erzielen.
So wird aus der Gesamtheit der Lichtstrahlen, die im Inneren des Resonanzraumes entsandt werden, jener, der der von dem Streusystem 11, 21 durchgeführten Auswahl entspricht, ausgewählt und ist somit in der Lage zu schwingen, um eine Laseremission zu erzeugen.
Die hinter den in den Ansprüchen erwähnten technischen Merkmalen eingesetzten Bezugszeichen sollen nur das Verständnis dieser letztgenannten erleichtern und schränken keineswegs deren Schutzumfang ein.

Claims

1. In der Wellenlänge abstimmbare Monomodlaserquelle mit einem externen selbsteinstellenden Resonanzraum, umfassend:

einen Resonanzraum mit einer teilweise reflektierenden Ausgangsfläche (232) und eine rückstrahlende Streuvorrichtung (31, 39), die für einen Strahl (35) eine Hauptkollimationsachse (351) und eine Nebenkollimationsachse (381) definiert,

einen Wellenleiter-Verstärker (33), der im Inneren des Resonanzraumes angeordnet ist, und den genannten Strahl (35) erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß die rückstrahlende Streuvorrichtung ein planes Gitter (31) umfaßt, das ebene Streuflächen und ein orthogonales reflektierendes Dieder (39) aufweist, dessen Schnittkante (391) zu der Streufläche des Gitters, das die Kollimationsachsen (351, 381) umfaßt, parallel ist, und daß das Gitter (31) und das Dieder (39) jeweils eine Orientierung aufweisen und die Laserquelle Mittel (401-407, 411-416, 418, 502, 504-505, 508-509) zum Einstellen der Orientierung des Gitters (31) und/oder des Dieders (39) aufweisen.

2. Kontinuierlich abstimmbare Monomodiaserquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit

einem Punkt A, der der Schnittpunkt der Kollimationsachsen (351, 381) und des Gitters (31) ist,

einem Punkt B', der das optische Ende des Resonanzraumes ist, das auf der Nebenkollimatiorisachse (381) zentriert und auf der Seite des reflektierenden Dieders (39) angeordnet ist,

einem Punkt C', der der Schnittpunkt der Hauptkollimationsachse (351) mit dem optischen Ende des Resonanzraumes ist, das sich auf der Seite des Verstärkermediums (33) befindet, einem Punkt D, der der Schnittpunkt der Ebene (311), die die Brechungsfläche des Gitters (31) enthält, mit der Parallelen (392) zu der durch 8' verlaufenden Schnittkante des Dieders (39) ist,

- der Winkel AC'D gleich 90º gehalten und - die Länge AD konstant gehalten Wird,

um eine kontinuierlich abstimmbare Quelle zu verwirklichen.

3. Abstimmbare Monomodlaserquelle nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen des Gitters (31) und des Dieders (39) derart verbunden sind, daß sie gemeinsam beweglich und zueinander feststehend sind.

4. Kontinuierlich abstimmbare Monomodlaserquelle nach Anspruch 3, durch gekennzeichnet, daß das Gitter (41) und der Dieder (49) von einer Platte (401) getragen werden, die um eine Drehachse (409), die durch den Punkt A geht, drehbar ist, wobei diese Platte (401) mit einem Atm (402) mit einer Achse (410) fest verbunden ist, wobei dieser Arm (402) einen Auflagerpunkt (408) auf einer festen Translationsebene (403) · in bezug auf ein Gehäuse (405) aufweist, wobei die Drehachse (409) von einem Element (414) getragen wird, das um eine Translationsbewegung parallel zur Kollimationsachse (45) in bezug auf das Gehäuse (405) beweglich ist, wobei die kontinuierliche Abstimmbarkeit der Quelle durch das Verschieben des beweglichen Elements (414) und das Halten des Auflagerpunktes (408) auf der Ebene (403) erzielt wird.

5. Kontinuierlich abstimmbare Monomodlaserquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstellfeder (412), die an einem ihrer Enden an einem Arm (411) der Platte (401) und an dem anderen ihrer Enden (413) an dem Gehäuse (405) befestigt ist, den Halt des Auflagerpunktes (408) auf der Ebene (403) sichert.

6. Abstimmbare Monomodlaserquelle nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter fest und der Dieder beweglich ist.

7. Kontinuierlich abstimmbare Monomodlaserquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dieder (591) von einer Stütze (502) getragen wird, die um eine Achse (503) beweglich ist, die auf der Streuebene senkrecht steht und durch den Punkt D verläuft.

8. Kontinuierlich abstimmbare Monomodlaserquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (51) von einem Gehäuse (501) getragen wird und daß ein Motor (508), der mit dem Gehäuse (501) fest verbunden ist und einen Schieber (509), der mit der Stütze (502) verbunden ist, betätigt, die Ausrichtung des Dieders (59) steuert.

9. Abstimmbare Monomodlaserquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkermedium eine Laserdiode ist.

10. Abstimmbare Monomodfaserquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Seiten der Laserdiode schwach reflektierend ist und die Ausgangsfläche zu dem externen Resonanzraum bildet.

11. Abstimmbare Monomodlaserquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkermedium eine dopierte optische Faser ist.

12. Abstimmbare Monomodlaserquelle nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kollimationsbündel (533), das durch gewöhnliche Reflexion durch das Gitter (51) erzeugt wurde, eine Nutzquelle bildet.