SE502625C2 - Avstämbar förstärkningskopplad laseranordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 502 625 2 Vid kända försök har man vid pumpning av lasrar oavsiktligt fått stående vågmönster, dvs. ett gitter har inducerats. Emellertid har detta ej stämt överens med det som önskats med laserresonatorn och för att få bort gittret har man placerat in optiska isolatorer.

I "Dye Lasers“, 1973 pp. 78f82 av F.P. Schäfer visas en avstämbar DFB-laser där två pumpljusstrålar faller in mot och exciterar det aktiva materialet.

Emellertid gäller den i dokumentet beskrivna anordningen uteslutande färgämneslasrar. I dylika anordningar är de optiska förstärkningsegenskaperna ofta ej tillfredställande;bl.a. är förstärkningsbandbredden förhållandevis begränsad vilket även gäller förstärkningen i sig.

Vidare är färgämnescellen tämligen tjock och består av bulkmaterial varför infallsvinklarna för de två pumpljusstrålarna måste vara lika stora vilket under vissa omständigheter kan vara otillfredställande exempelvis i de fall då en kompakt och liten anordning erfordras eftersom dessutom två spegelanordningar är nödvändiga.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning har som mål att ange en avstämbar förstärkningskopplad laseranordning, företrädesvis en DFB-laser såsom inledningsvis angivits vilken kan avstämmas till en specifik frekvens inom förstärkningsområdet. Uppfinningen har vidare som mål att kombinera fördelarna med speciellt en DFB- laser vilka såsom ovan nämnts är dynamiskt longitudinellt enkelmodiga och. mycket modstabila med fördelarna med optisk pumpning där inga krav ställes på elektriska egenskaper hos 10 15 20 25 30 502 625 3 lasermediet och där laserresonatorn ej störs av elektriska kontakter mm. Vidare avser uppfinningen ange en anordning som har en stor avstämbarhet via två i sig oberoende mekanismer. Det är vidare ett mål med uppfinningen att anordningen ej skall kräva några fasta. reflektionsanordningar i. laservågledaren cxflï att denna skall kunna vara helt reflektionsfri i opumpat tillstånd.

Ett annat mål med uppfinningen är att den skall tillhandahålla goda pulsegenskaper. Det är vidare ett mål med uppfinningen att anordningen skall vara enkel och billig att framställa, flexibel och lätt att använda samt att den skall kunna göras kompakt. skall förstärkningsegenskaper med en Anordningen dessutom ha mycket goda optiska förhållandevis stor förstärkningsbandbredd.

Dessa såväl som andra mål uppnås genom en anordning med de i den kännetecknande delen av patentkravet l angivna kännetecken.

Föredragna utföringsformer anges genom de i underkraven angivna kännetecknen.

Enligt ett utförande är anordningen så utformad att infallsvinklarna al, 05 är olika för de två pumpljusstràlarna.

Enligt ett alternativt utförande är infallsvinklarna aq, az för de två pumpljusstràlarna väsentligen men ej identiskt lika. Det är även möjligt att de skiljer sig àt. Enligt ett föredraget utförande bestäms den våglängd för vilken lasring sker, lasringsváglängden (ÄL) av Ä, = Cosa 10 15 20 25 30 502 625 4 Speciellt är organen för orientering och inriktning varierbara så att lasringsvåglängden XL kan varieras genom variation av sagda organ för orientering och inriktning. Enligt ett speciellt utförande består orienteringsorganen av en första och en andra speglingsanordning. Mera speciellt består den första och den och/eller flyttbara speglar. Enligt detta alternativa utförande består organen för andra speglingsanordningen av vridbara orientering och inriktning av en i någon grad vridbar speglingsanordning. Speciellt är pumpvåglängden varierbar eller avstämbar så att laservåglängden varieras genom variation av pumpvåglängden. Enligt olika.utförandenlunipumplaserstrålen-vara pulsad eller kontinuerlig. Enligt ett fördelaktigt utförande är pumplaserstrålarna fokuserade i lateral led.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningenl kommer i det följande att närmare beskrivas i exemplifierande och icke på något vis begränsande syfte under hänvisning till bifogade figurer där, Fig. l illustrerar ett första utförande av anordningen med två organ för orientering och inriktning, Fig. 2 illustrerar ett andra utföringsexempel av uppfinningen med ett gemensamt organ för stràldelning, inriktning och orientering och Fig. 3 illustrerar samband mellan strálgàng och våglängder.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I fig. 1 illustreras ett första utförande av uppfinningen där en pumplaser 3, vilken kan vara avstämbar, sänder ut en pumpljusstràle vilken i en stràldelaranordning 4 delas upp i två <\ 10 15 20 25 30 502 625 5 5 b för orientering och inriktning vilka i det visade exemplet består av vridbara och flyttbara speglar. De två pumpljusstrálarna 6, 7 blir därvid väsentligen motriktade och faller under snett infall pumpljusstrålar vilka infaller mot var sitt organ 5a, in mot en laservágledare 1 vars aktiva material 2 utgörs av ett halvledarmaterial och är mer eller mindre homogent fördelat. I detta I Pumplaserstrålen från pumplasern 3 kan antingen vara pulsad eller vara förhindrad. måste laddningsbärardiffusion också kontinuerlig. Krav som ställs på lasringsmediet, det aktiva materialet, är att det måste kunna vara pumpat med laserljus; det får alltså vara sådan att det kräver en bredbandig ljuskälla.

Ytterligare ett krav som ställes är att bäraren av den optiska energin in i lasermediet måste ha en diffusionsväglängd som är mycket mindre än halva ljusvågläglängden. Infallsvinklarna av az för den motriktade pumpljusstrálarna kan vara lika stora men skiljer sig företrädesvis något åt. De kan även vara av olika Förhållandet pumpvàglängden, Kp och lasringsvàglängden ÄLdär pumpvåglängden är mätt i mediet ovanför storlek. mellan vågledarern l (se fig. 3) och lasringsvàglängden är våglängden mätt Ä i vågledaren (se X1 i fig. 3), blir 11 = Coša _ XL kan således varieras såväl genom variation av vinkeln a (al respektivezä) som av pumpvàglängden Är.För att tillräckligt höga skall pumplaserstràlarna i laterial led. pumpintensiteter uppnås fokuseras lämpligen I fig. 2 illustreras ett alternativt exempel på en anordning 20 där organen för delning, orientering och inriktning 5c av 10 15 20 25 30 502 625 6 pumpljusstrålarna är bildade av en spegelkonfiguration med en något vridbar spegel. Dylika konfigurationer är tidigare kända genom att de använts för inbränning av gitter längs optiska I detta fall behövs alltså ej stràldelning utan fibrer. separata organ för såväl stràldelning som orientering och inriktning av pumpljusstrålarna åstadkommas med hjälp av en och samma anordning eller organ 5c.

Såsom ovan beskrivits uppnås genom uppfinningen en kombination av de fördelar som föreligger med DFB-lasrar som är förstärkningskopplade och optisk pumpning liksom stor avstämbarhet erhålles via två oberoende mekanismer nämligen infallsvinkeln a (al, az) och pumpvåglängden XP. Dessutom behöver man ej anordna fasta reflektionsanordningar i laservàgledaren varför denna kan vara fullständigt reflektionsfri i opumpat tillstånd. Genom att pumpningen inducerar såväl förstärkningen som återkopplingen kommer pulsegenskaperna att bli annorlunda gentemot kända konstruktioner.

Laservågledaren 1 måste vara sådan att pumplaserljuset effektivt kan fokuseras in i denna och lasermediet 2 i vågledaren måste vara sådant att med optisk pumpning erhålles hög förstärkning per längdenhet (exempelvis 3-5 dB över den pumpade vågledarlängden).

Vidare skall de exiterade energibärarna ej hinna diffundera tiondels laserljusvåglängd längs längre än exempelvis en laservàgledaren innan de rekombinerar.

(I Fig. inriktad utan endast de infallande pumpljusstrålarna från denna då dess anordnande torde 2 och 3 är pumplasern ej vara uppenbart.) 10 15 20 25 30 502 625 7 I fig. 3 illustreras samband mellan stràlgáng och våglängder.

Lasringsvàglängden ÄL är' mätt i. vágledaren till vilken tvà bildar med laservågledaren l. De motriktade pumpljusstrálar 6, 7 infaller vilka infallsvinkeln az respektive az infallande pumplaserstràlarna är för enkelhets skull betecknade pà samma sätt som i Fig. l; anordningen enligt Fig. 3 är generell och principiell och gäller givetvis även utföringsexemplet enligt Fig. 2. Pumpvàglängden Ä? är mätt i mediet ovanför vàgledaren.

Vàgledaren har i höjdled det effektiva tvärsnittet h. För lasringsváglängden lm gäller att 1 1 Ä¿=lP + a -a ai az 1 2 COST CCS-_? Vidare gäller företrädesvis |sin(fäšg¿)|'h << ÄL/2 Vanligen är det en fördel om qloch qzej är exakt lika eftersom detta förhindrar reflexion tillbaka in i pumplasern.

Enligt ett fördelaktigt utförande är pumpljusstràlarna lika starka, men det är även möjligt med utföranden där pumpljusstràlarna är olika starka.

Om det är önskvärt ha hög intensitet i vågledaren är botten pà utformad såsom totalreflekterande för fördelaktigt att vàgledaren. lämpligen pumpljuset. Dessutom kan det vara reflektiviteten är förhållandevis hög i den övre ytan så att man väsentligen.erhàller en.s k Fabry-Perot-interferometer i höjdled. 10 15 502 625 8 Därigenom begränsas emellertid avstämningsomràdet och det är en avvägning om ett vidare avstämningsomràde önskas eller om en speciellt hög intensitet önskas. Detta kan således väljas. skall utföringsformer utan kan Uppfinningen givetvis ej fritt begränsas till visade varieras inom ramen för patentkraven. Detta gäller speciellt val av laser, medium, utformning av organen för stràldelning, orientering och inkriktning av pumpljusstràlar vilka kan vara separata, dvs. organ för stràldelning samt organ för orientering och inriktning eller också utgöras av kombinerade organ med inriktning eller också utgöras av kombinerade organ med båda funktionerna. Även en rad andra alternativ är Likaledes kan givetvis möjliga. pumplasern vara utformad på en rad olika sätt.

Claims (13)

10 15 20 25 30 502 625 PATENTKRAV

1. Avstämbar förstärkarkopplad laseranordning (10:20), företrädesvis en DFB-laser, omfattande en laservàgledare (1) med aktivt material (2), en pumplaser som utsänder pumpljus med pumpljusvàglängden (Kp), organ för stràldelning, orientering och (4,5a,5b;5c) (6,7;6',7') mot varvid det materialet (2) i inriktning av pumpljusstràlar laservàgedaren (1), aktiva laservàgledaren (1) exiteras av tvà pumpljusstràlar (6,7;6',7') härrörande frán en och samma pumplaser (3) vilka är motriktade och vardera bildar en infallsvinkel (al, az) med laservàgledaren (1), k ä n n e t e c k n a d att det aktiva materialet (2) utgörs av ett halvledarmaterial i d ä r a v, vilket laddningsbärardiffusion är förhindrad.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den ej är försedd med fasta reflexionsanordningar.

3. Anordning (10:20) enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att al #a2.

4. Anordning (10:20) enligt patentkrav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att al och az är väsentligen men ej identiskt lika.

5. Anordning (10:20) enligt nágot av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, 10 15 20 25 30 502 625 10 att den våglängd vid vilken lasring sker, lasringsvàglängden (XL) bestäms av

6. Anordning (10:20) enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att organen för delning, orientering och inriktning (4, 5a,5b;5c) är varierbara så att lasringsvàglängden (Ät) kan varieras genom variation av orienteringsorganen (4,5a,5b;5c).

7. Anordning (10) enligt något av patentkraven l-6, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att orienteringsorganen består av en första och en andra speglingsanordning (5a,5b).

8. Anordning (10) enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den första (5a) och den andra (5b) speglingsanordningen består av vridbara och/eller flyttbara speglar.

9. Anordning (20) enligt något av patentkraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att organen för stråldelning, orientering och inriktning är gemensamma och består av en spegel (5a) vilken är något vridbar.

10. Anordning (l0;20) enligt något av patentkraven 1-2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att pumpvåglängden är varierbar eller avstämbar så att lasringsvåglängden (KL) varieras genom variation av pumpvàglängden (XP). 10

ll. k ä att

12. k ä att

13. .k ä att 502 625 ll Anordning (l0;20) enligt något av föregående patentkrav I n n e t e c k n a d d ä r a v, pumplaserstrålen är pulsad. Anordning (10:20) enligt något av patentkraven l-9. n n e t e c k n a d d ä r a v, pumplaserstrålen är kontinuerlig. Anordning (10:20) enligt något av föregående patentkrav, n n e t e c k n a d d ä r a v, pumplaserstrálarna är fokuserade i lateral led.