NO761100L - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår lasergeneratorer. Genératorere

a<y>denne art omfatter hovedsakelig et optisk resonans-hulrora, nemlig et såkalt -poeå-fabry-hulrom, avgrenset av to speil;

et aktivt material anordnet i nevnte hulrom samt utstyr for eksitering av dette aktive material på sådan måte at det fremkommer en osilerende utstrålning i hulrommets Sådanne generatorer er tidligere kjent, og det er også'kjent at divergensen av de laser-stråler som utsendes fra sådanne generatorer vil avta etter hvert som hulrommets lengde gjores stdrre.

Når det er påkrevet å frembringe en laserstråle med liten divergens,

vil det derfor være nodvendig å oke hulrommets lengde, og dette vil da fore til en meget omfangsrik laserkonstruksjon. For å

nedsette lengde lengdeutstrekningen for: sådanne generatorer er

-det imidlertid fremstilt hulrom av såkalt sammenfoldet type, slik som det skjematisk er vist i fig.l. En laser av denne art omfatter

eh stav av aktivt material 1 anordnet innvendig i et.optisk

resonans-huirora avgrenset av to speil 2 og 3, mens utstyr (ikke vist) er anordnet for eksitering av nevnte material på sådan måte at det frembringes en osilerén^e utstråling i hulrommet. En. stråler 4 av denne utstråling perpendikulært på planet for speilet 2, når ved 5 frem til speilet 3, vinkelrett på speilflaten, etter påfolgende refleksjoner fra speilene 6, 7 og 8. Speilet 6 er halvtgjerinomtøeengelig for vedkommende strålning for at en laserstråle 9 skal kunne tre ut fra hulrommet. I reflekterende speil er som vist i figuren, plasert slik at det dannes et sammenfoldet hulrom med flere påfolgende avsnitt langs en brukken linje. Det

vil umiddelbart være klart at lengdeutstrékningen av dette hulrom vil være meget mindre enn for et ekvivalent hulrom med rettlinjet utstrekning. Hvert speil i laseren er. anordnet på en bærer, og disse bærere innstilles f cæÉt. på hensiktsmessig måte og festes så til en referanseflåte i laserhuset.

De ovenfor nevnte lasere har imidlertid visse ulemper. Deh optiske

innstilling av resonatorhulroramet er faktisk . itøam^ jg vanskelig.

Ved lasere utstyrt méé hulrom med lang rettlinjet utstrekning, må parallelliraétøtillingen av speilene være meget noyaktig for å hindre den frembragte stråling fra å forlateshulrommet. I lasere med sammenfoldet hulrom av den art som er vist i fig. 1 må speilene 6, 7, 8 og 3 være innstilt ytter&t noyaktig, da strålen 5 ellers vil nå speilet 3 i annen vinkel enn 90°, og den stpåikesora da reflekteres fra vedkommende speil meget raskt vil lekke ut fra hulrommet.

Videre er den optiske innstilling av disse lasere ikke tidsstabil,

særlig når vedkommende iasergeneratorer-iagitsettes for vanskelige driftsbetingelser,(temperaturvekslinger, sjokk, vibrasjoner), og dette er nesten alltid tilfelle for lasere i militære anvendelser.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelsenå overvinne de ovenfor angitte ulemper og fremskaffe en lasergenerator med sammenfoldet resonatorhulrom og meget enkel optisk innstilling, som dessuten vil holde seg stabil under vanskelige driftsforhold.

Foreliggendéaoppfinnelse gjelder således en lasergenerator som omfatter: et optisk resonanshulrom av sammenfoldet type og begrenset av to plane speil, hvorav det ene er et totalreflekterende speil og det annet et delvis strålégjennomtrengelig speil»

et aktivt material inne i rievnte hulrom;

utstyr for eksitering av nevnte aktive material for frembringelse av osilerénde utstråling i hulrommet, således at en del av denne utstråling vil være istand til å trenge ut av hulrommet gjennom

nevnte annet speil for dannelse av en laserstråle?

karakterisert vedat nevnte to plane speil er anordnet side ved side samt hovedsakelig i samme plan, idet speilenes reflekterende flater er anbragt på samme side av dette plan; mens en hjornereflektor er anordnet for ved påfSigende refleksjoner mot reflekterende flater i nevnte reflektor å sende tilbake den stråling som kommer fra nevnte ene av de to plane speil mot det annet speil.

Foreliggende oppfinnelse vil nu bli nærmere beskrevet ved hjelp av utforeiseeksémp&ér og under henvisning til de vedfoyde tegningers hvorpås

Fig. 1 viser skjematisk en lasergenerator av kjent type, slik som beskrevet ovenfor; Fig. 2 viser en forste utf6relse av oppfinnelsens lasergen^øatOr Fig. 3 viser i perspektiv en del av en kdraponent i en lasergensBnator som er vist i fig. 2:

Fig. 4 viser en annen utforelse av oppfinnelsens generator, og

Fig. 5 viser en tredje utftirelse av lasergeneratoren i henhold til

oppfinnelsen.

Fig. 2 viser en lasergenerator som omfatter et optisk resonanshulrom av sammenfoldet type. Dette hulrom omfatter langs.sin lengde-utrekning to påfolgende rettlinjede avsnitt lp og 11. To speil 12 og 13 avgrenser hulrommet, idet speilet 12 er©t totalreflekterende speil og speilet 13 ér delvis strålegjennomtrefsgMig. Et aktivt material 14, for eksempel en glasstav dopet med neodym,

er anordet innvendig i hulrommet. Utstyr (ikke vist) for eksitering, av det aktisue material 14 frembringer i det foreliggende hulrom en osilerende utstråling, hvorav den del kan trenge ut gjennom speilet 13 for dannelse av laserstråle 15. I henhold til oppfinnelsen er speil 12 og 13 anordet side ved side, hovedsakelig i samme plan 16. De reflekterende flater på disse speil er anbragt på

samme side av dette plån, og denne side er åpenbart den som vender mot avsnittene 10 og 11. De to speil 12 bg 13 lean Være

v festet til en og samme bærer* som for eksempel kan utgjdres en optisk plate 17 med en del av sin ene side behandlet for å gi total reflekfe|on av den innfallende stråling roed det formål å

danne speiletsl2 mens et annet avsnitt av vedkommende plateside

er behandlet for delvis reflekfefjon av den innfallende stråling mens den resterende del av strålingen tillates å passere platen, hvorved speilet 13 dannes.

En hjornereflektor er skjematisk vist ved 18 og innstilt for å sendeetilbake til speilet 13 ved påfolgende refleksjoner mot reflekterende flater, den stråling 10 som moltas fra speilet 12.

Fig. 3 viser i perspektiv en sådan hjSrnereflektor 18. Reflektoren omfatter tre plane flater 19, 20 og 21, som tilsammen danner et tetraeder f ormet hulrom med toppunkt 22. Disse flater er enten av glass eller metall såmt er polert på innsiden således at reflekéocens indre flater skal være strålingsreflekterende. Hvis, en stråle 23 treffer den reflekterende flate 19 i. reflelteforsenl is ved 2.4, vil den reflekteres til punktet 25 på flaten 20 samt til punktet 26 på flaten 21 for deretter atter å forsvinne ut av

reflektoren i retning av strålen 27. Det ér velkjent at strålene 23 og 17 under de angitte forhold vil være innbyrdes parallelle idet detteclparallellé forhold i h5y grad vil være uavhengig av innfallsvinkelen for strålen 23 mot flaten 19.

I fig. 2 er. det vist hvorledes en stråle som strålen 10 vinkelrett-på speilf laten 12 sendes tilbake av reflektoren i8 mot speilet 13 langs en strålebane 11 parallellt med strålen 10. Da

speilet 13 befinner seg i samme plan som spellet 12, vil strålen II nodvendigvis falle inn vinkelrett mot speil#lanet 13.

Dgtta&afdning som er vist i fig. 2 krever ingen meget noyaktig optisk innstilling, og dens driftsbetingel&er står ikke i stor .

fare for å bli påvirket av temperaturvariasjoner, sjokk eller vibrasjoner, idet det parallelle forlhdpsSav strålene 10 og 11 stort sett bare er avhengig av hjomereflet?torens retningsinnstilling.

I praksis krever imidlertid det 6nskede strenge parallelle forhold mellom strålene 10 og 11 én meget stor n5yaktighét ved

utformning av hjSrnerefléfetbréns flater, hvilket f51gelig med-forer hoye"omkostninger. Ved en vanlig serlefremstilt hjoriaes reflektor vil således strålene 10 og 11 vanligvis avvike innbyrdes

med en viss liten winkel, som imidlertid kan være tilstrekkelig til å påvirke hulromsresonatorens drift på uheldig måte. For

å kompensere for denne via te«3:fei3J. kan det: i hulrommet innfores et optisk organ innrettet for avboyning av en av strålene en vinkel som er lik men motsatt nevnte vank«^fét?Xon OettéiopMeke organ

kan for eksempel utgjdres av et såkalt "diasporameter", som omfatter to optiske prismer anordnet i innbyrdes anlegg med hver sin

flate, idet hver av prismene kan dreies om en tapp gjennom vedkommende " flater. i:£xg..;;2 er det således vist et diasporameter med to prismer 28 og 29, som fra den ene ytterflate til den annen gjennom-trenges av en stråle, idet dreieaksen er anordnet for å sammenfalle med vedkommende strålingsbane i hulrommet. Ved h$<élp av dette

organ er det da mulig å oppnå et féfeut bestemt, avvik av stråla be-retningen som noyaktig kompenseres i en vinkelfeil frembragt av reflektoren 18 ved hensiktsmessig innstilling av dreiestillingen for prismene 28 og 29 om nevnte dreieakse.

Den nevnte vinkelfeil kan også komponeres ved svak skråstillinge av en åv speilene i hulrommet i forhold til det annet speil..

For dette formål kan bæreren for det totaleeflekterende speil bearbeides for å gi dette speil den påkrevede skråstilling. Bæreren for det totalreflekterende speil kan også monteres på

et kuleledd 30, slik det. der angitt i fig. 4.

Det er visstnok så at den nodvendige kompensering av den vinkelfeil som frembringes av hjdrnereflektoren, kan gjore det påkrevet med

en noyaktig Optisk innstilling av en av hulrommets speil, men dette vil være den eneste nSyaktige innstilling som må utf5res, mens

det i den kjente anordning som er vist i fig. 1, må utfores fire sådanne innstillinger. Da videre speilene 12 og 13 i hulrommet er montert side ved side, vil deres innbyrdes innstilling være meget mindre folsom for ytre forstyrrelser enn når de. er anordnet ved hver sin ende av et hulrom med rettlinjet utstrekning av stor lengde.

Når vinkel-kompensasjonen utfores ved hjelp av et diasporameter,

er dette utfdrt slik at en relativt stor dreining av prismene bare bevirker en meget liten forskyvning av lysstrålenes retning, og en tilf&ifcdig forstyrrelse av disse prismers innstilling vil derfor ha liten innflydelse på verdien av det innstilte vinkel-awik.

Ved de midler som er beskrevet ovenfor, for kompensering av den. vinkelfeil som frembringes av hjornereflektoren. Vil det videre også være mulig å kompensere en hvilken som helst annen vinkelfeil forårsaket av manglende parallellitet, for eksempel mellom flatene på staven av aktivt material eller på en optisk pokkel-celle som eventuélårt er anordnet i hulrommet for frembringelse av en laser-puls.

Fig. 5 viser en utforelse som særlig er å foretrekke når det er påkrevet å frembringe en laserstråle med meget liten divergens. Som i fig. 2, er speilene 12 og 13 også i dette tilfelle anordnet side veid side i et og samme plan, men de stråler som reflekteres fra speilene 12 og 13 sendes tilbake mot hjornereflktoren 18 ved hjelp av påfolgende refleksjoner fra to reflekterende speil 31 og 32. Reflektoren 18, speilet 12 og speilt 13 kan da hensiktsmessig være festet på en og samme bærer 33. Det optisk hulrom omfatter således i dette tilfelle fire påfolgende avsnitt 34, 35, 36 og 27, som alle er innbyrdes parallelle, sålédes at den totale lengde av det sammenfoldede hulrom eventuellt lett kan oppvise en samlet resonatorlengde på 60 cm til 1 meter.

Med denne konstruksjon vil det innsees at selv om innstillingen

av speilene 31 og 32 forskyves lett under innflydelse av ytre forstyrrelser, vil hulrommet fremdeles befinne seg i resonans

da strålebanene 34 og 37 nddvendigvis vil være innbyrdes parallellet og forldper vinkelrett på planet 16J5r speilene 12 og 13. For at en.forstyrrelse av innstillingen av de reflekterende speil skal kunne bli skadelig for korrekt drift av laseren, må ssrlédes strålene fålle utenfor speilenes aktive flater eller passere forbi det aktive lasermaterlal, men dette kan ikke finne sted uten at det skjer en meget stor innstillingsforskyvning, for eksempel a-t

storrelseorden et bueminet, mens de vanlig forekommende ytre forstyrrelser som regel bare frembringer innstillingsawik av storBelseorden et buesekund.

Ved en spesiell utfdreise av den anordning som er vist i fig. 5,

kan de to reflekterende speil 31 og 32 utgjdres av de to reflekterende flater av et totalt reflekterende optisk prisme (ikke vist).

De kompensaBjjonsorganer som er beskrevet under henvisning til

fig. 2 for kompensaéj?nn a<y>den vinkelfeil som frembringes av hjdrnereflektoren, vil åpenbart også kunne anvendes på samraee måte i den anordning som er vist i fig. 5.

Lasergeneratoren i henhold til foreliggende oppfinnelse kan anvendes i alle tilfeller hvor det er nddvendig å frembringe en laserstråle med liten divergens under vanskelige driftsforhold, samt når liten lengdeutstrekning er påkrevet. En sådan lasergenerator egneJ: seg således godt for telemeter-utstyr og i lurainatorer beregnet på militære anvendelser.

Claims (11)

1. Lasergenerator som omfatter: e et optisk resonanshuløom av sammenfoldet type og avgrenset av to plane speil, hvorav det ene er et totalreflekterende speil og det annet er et. delvis strålegjennomtrengelig speil; et aktivt material inne i nevnte hulrom; utstyr for eksitering av nevnte aktive material for frembringelse en osilerende utstråling i hulrommet,, såKéåes at en del av denne utut strå%jng vil være i3 tand til å trenge ut av hulrommet gjennom nevnte annet speil for dannelse av en laserstråle; k anr akterisert ved at nevnte to plane speil (12, 13) er anordet side ved side samt hovedsakelig i samme plan (16), idet speilenes reflekterende flater er anbragt på samme side av dette plan, mens én hjdrnerefle&fc&r (18) er anordnet for ved påfolgende refleksjoner mot reflekterende flater (19, 20, 21) i nevnte reflektor å sende tilbake den stråling (10, 11) som kommer fra det ene av de to plan speil (12, 13) mot det annet speil.

2. Generator som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte to plane speil (12, 13) er festet på en og samme bærer (17).

3. Generator som angitt i krav 1, karakterisert ved at de to plane speil (12,

13) er anordnet slik at der.es plan danner en liten forut bestemt innbyrdes vinkel.

4. Generator som angitt i krav 2, karakterisert ved at den omfatter organer (28, 29) for avbdyning av nevnte stråling (11) én liten forut bestemt vinkel i nevnte hulrom.

5. æ Generator som angitt i krav 1-4, karakterisert veå d at den videre omfatter to reflekterende speil (31, 32) anordnet for å sende tilbake mot nevnte hjdrnereflektor (18) den stråling (37, 34) som kommer fra forstnevnte to plane speil (12, 13),sslédes at hulrommets totale lertgåeufestnéfc&iijg mellom nevnte to plane speil (12, 13) omfatter fire påfølgende avsnitt (37, 36, 35,34) som alle er hovedsakelig innbyrdes parallelle.

6. Generator som angitt i krav 2, karakterisert ved at nevnte <b> é <e> rer (17) utgjor es av en optisk plate (17), hvis ene side omfatter et forste område innrettet for totalreflekåj?on av nevnte stråling (10) for derved å danne nevnte f dr ste speil (12) samt et annet områd^iinnrettet for refleksjon av en viss del av den innfallende stråling (11), mens den gjenværende del (15) av denne stråling tillates å passere for derved å danne nevnte annet speil (13).

7. Generator, som angitt i krav 5, karakterisert ved at nevnte to reflekterende speil (31, 32) utgjdres av hver sin reflekterende flate på et totalreflekterende optisk prisme.

8. Generator som angitt i krav 5, karakterisert ved at hjdrnereflektoren (18) og de to plane speil (12, 13) er festet på en og samme bærer (33).

9. Generator som angitt i krav 3, karakterisert ved at den omfatter utstyr (30), for retningsinnstiliing av en av nevnte to plane speil (12, 13) i forhold til det annet.

10. Generator som angitt i krav 4, karakterisert ved at nevnte organér for avbdyning av strålingen en liten forut bestemt vinkel i hulrommet omfatter to optiske prismer (28, 29) som passeres i rekkefolge av nevnte stråling (11) idet en flate av hver av dåsse prismer ligger an mot en flate på det annet prisme> og utstyr ar anordnet for dreining av prismene (28, 29) i forhold til hverandre om samme akse (11) som skjærer de to prismer i en retning hovedsakelig parallell med nevnte stråling (11).

11.. Geaerator som angitt i krav 9, karakterisert ved at nevnte utstyr for retningsinnstiliing av det ene av de to plane speil (12, 13) i forhold til det annet omfatter et kuleledd (30 j.