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DE102008058002A1 - Wavelength stabilized laser has laser medium, which emits primary radiation, and folded external resonator having three resonator mirrors, one of which is designed as folding mirror - Google Patents

Wavelength stabilized laser has laser medium, which emits primary radiation, and folded external resonator having three resonator mirrors, one of which is designed as folding mirror Download PDF

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DE102008058002A1
DE102008058002A1 DE200810058002 DE102008058002A DE102008058002A1 DE 102008058002 A1 DE102008058002 A1 DE 102008058002A1 DE 200810058002 DE200810058002 DE 200810058002 DE 102008058002 A DE102008058002 A DE 102008058002A DE 102008058002 A1 DE102008058002 A1 DE 102008058002A1
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DE
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radiation
wavelength
resonator
folding mirror
partial
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE200810058002
Other languages
German (de)
Inventor
Hans Dr. Lindberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
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Abstract

The wavelength stabilized laser (1) has a laser medium (2), which emits a primary radiation (P), and a folded external resonator (3) having three resonator mirrors (31,32,33), one of which is designed as a folding mirror. The folding mirror has an inner surface (4) facing the resonator and an outer surface (5) facing away from the resonator. Two detector elements are provided with the folding mirror to transmit a partial radiation of the primary radiation to the outer surface without reflection. An independent claim is included for a wavelength stabilization method for a laser.

Description

Es wird ein wellenlängenstabilisierter Laser, insbesondere ein wellenlängenstabilisierter Halbleiterlaser sowie ein Verfahren zur Wellenlängenstabilisation eines Lasers, insbesondere eines Halbleiterlasers angegeben.It becomes a wavelength stabilized Laser, in particular a wavelength-stabilized Semiconductor laser and a method for wavelength stabilization of a laser, in particular a semiconductor laser specified.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Laser, insbesondere einen Halbleiterlaser anzugeben, der zeitlich stabil Strahlung bei einer bestimmten Wellenlänge emittiert. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Wellenlängenstabilisation eines Lasers, insbesondere eines Halbleiterlasers anzugeben.A to be solved The object is a laser, in particular a semiconductor laser indicate that stable emitted radiation at a certain wavelength. Another to be solved The object is a method for wavelength stabilization of a laser, Specify in particular a semiconductor laser.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist dieser ein wellenlängenstabilisierter Halbleiterlaser.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers this is a wavelength-stabilized Semiconductor lasers.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers umfasst dieser ein Lasermedium, insbesondere genau ein Lasermedium. Mittels des Lasermediums wird im Betrieb des Lasers eine Primärstrahlung erzeugt. Das Lasermedium ist beispielsweise durch ein Halbleitermaterial, einen kristallinen oder glasartigen Festkörper oder auch durch ein Gas oder eine Flüssigkeit gegeben. Das Lasermedium kann optisch und/oder elektrisch gepumpt sein, oder auch chemische Energie zur Erzeugung der Primärstrahlung umsetzen.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers this includes a laser medium, in particular exactly one laser medium. By means of the laser medium is a primary radiation during operation of the laser generated. The laser medium is for example by a semiconductor material, a crystalline or glassy solid or by a gas or a liquid given. The laser medium can be optically and / or electrically pumped be, or even chemical energy to generate the primary radiation implement.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers, insbesondere Halbleiterlasers, weist dieser mindestens einen Halbleiterlaserchip, insbesondere genau einen Halbleiterlaserchip auf, der das Lasermedium darstellt. Der Halbleiterlaserchip ist dazu eingerichtet, im Betrieb die Primärstrahlung zu emittieren. Der Halbleiterlaserchip kann optisch oder elektrisch gepumpt sein. Halbleiterlaserchip bedeutet, dass ein zur Strahlungserzeugung vorgesehener aktiver Bereich des Chips mit einem Halbleitermaterial gebildet ist oder aus mindestens einem solchen Material besteht.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers, in particular semiconductor laser, this has at least one Semiconductor laser chip, in particular exactly one semiconductor laser chip on, which represents the laser medium. The semiconductor laser chip is adapted to emit the primary radiation during operation. Of the Semiconductor laser chip may be optically or electrically pumped. Semiconductor laser chip means that an active generator intended for generating radiation Area of the chip is formed with a semiconductor material or out at least one such material.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers weist dieser einen gefalteten, externen Resonator auf. Gefaltet bedeutet, dass ein Lichtweg innerhalb des Resonators nicht einer einzigen, geraden Linie folgt. Der Lichtweg weist also mindestens zwei, insbesondere genau zwei Teilstrecken auf, die nicht deckungsgleich verlaufen. Extern kann bedeuten, dass der Resonator etwa des als Halbleiterlaserchip gestalteten Lasermediums nicht auf den Halbleiterlaserchip selbst beschränkt ist, der Lichtweg verläuft dann im Resonator somit also auch außerhalb des Halbleiterchips.At least an embodiment of the wavelength stabilized Laser has this a folded, external resonator. pleated means that a light path within the resonator is not one single, straight line follows. The light path thus has at least two, in particular exactly two sections on which do not coincide. External can mean that the resonator is about as a semiconductor laser chip designed laser medium is not limited to the semiconductor laser chip itself, the light path runs then in the resonator thus also outside of the semiconductor chip.

Unter dem Lichtweg der Strahlung ist jeweils der Verlauf der Strahlung entlang einer Strahlachse beziehungsweise einer optischen Achse bezeichnet.Under The light path of the radiation is in each case the course of the radiation along a beam axis or an optical axis designated.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers weist der gefaltete externe Resonator mindestens drei, insbesondere genau drei Resonatorspiegel auf. Die Resonatorspiegel sind dazu gestaltet, die Primärstrahlung, die vom Lasermedium im Betrieb emittiert wird, mindestens zum Teil zu reflektieren. Die Resonatorspiegel sind zum Beispiel durch Bragg-Spiegel und/oder dielektrische Spiegel gebildet. Eine Reflektivität der Resonatorspiegel bezüglich der Primärstrahlung übersteigt bevorzugt 98%, insbesondere 99,8%, besonders bevorzugt 99,95%.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers, the folded external resonator at least three, in particular exactly three resonator mirrors. The resonator mirrors are designed to the primary radiation that emitted by the laser medium during operation, at least in part reflect. The resonator mirrors are for example by Bragg mirrors and / or dielectric mirrors. A reflectivity of the resonator mirror in terms of exceeds the primary radiation preferably 98%, in particular 99.8%, particularly preferably 99.95%.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist einer, insbesondere genau einer der Resonatorspiegel als Faltungsspiegel gestaltet. Insbesondere, falls der Resonator nicht als Ringresonator, sondern als linearer Resonator gestaltet ist, befindet sich der Faltungsspiegel bevorzugt zwischen zwei als Endspiegel gestalteten Resonatorspiegeln. Über den Faltungsspiegel wird der Verlauf der Primärstrahlung innerhalb des Resonators so umgelenkt, dass der Verlauf der Primärstrahlung von einer Geraden abweicht. Mit anderen Worten sind durch den Faltungsspiegel die Teilstrecken des Lichtwegs im Resonator gebildet.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers is one, in particular exactly one of the resonator mirrors designed as a folding mirror. In particular, if the resonator not designed as a ring resonator, but as a linear resonator is, the folding mirror is preferably between two as End mirror designed resonator mirrors. Beyond the folding mirror the course of the primary radiation within the resonator deflected so that the course of the primary radiation deviates from a straight line. In other words, by the folding mirror formed the partial paths of the light path in the resonator.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers weist der Faltungsspiegel eine dem Resonator zugewandte Innenfläche und eine vom Resonator abgewandte Außenfläche auf. Die Innenfläche stellt bevorzugt diejenige Fläche des Faltungsspiegels dar, an der die Primärstrahlung im Resonator umgelenkt wird. Die Innenfläche kann somit eine Spiegelfläche sein. Bevorzugt weist der Faltungsspiegel an der Innenfläche eine Reflektivität bezüglich der Primärstrahlung von mindestens 98%, insbesondere von mindestens 99,8% auf. Die Außenfläche des Faltungsspiegels stellt eine Fläche des Faltungsspiegels dar, die der Innenfläche abgewandt ist.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers, the folding mirror has an inner surface facing the resonator and an outer surface facing away from the resonator. The inner surface presents preferably that area of the folding mirror, at which the primary radiation is deflected in the resonator becomes. The inner surface can thus be a mirror surface be. The folding mirror preferably has a surface on the inner surface reflectivity in terms of the primary radiation of at least 98%, in particular of at least 99.8%. The outer surface of the Folding mirror represents an area the folding mirror, which faces away from the inner surface.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers umfasst dieser mindestens zwei Detektorelemente. Bei den Detektorelementen kann es sich um einzelne, separate Bauteile handeln, die beispielsweise als Fotodioden ausgestaltet sind. Ebenso ist es möglich, dass die Detektorelemente durch einzelne Pixel zum Beispiel auf einem Halbleiterchip oder auf einer CCD-Kamera gebildet sind.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers this includes at least two detector elements. Both Detector elements can be individual, separate components, which are configured for example as photodiodes. Likewise is it is possible that the detector elements through individual pixels, for example a semiconductor chip or on a CCD camera are formed.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist der Faltungsspiegel dazu eingerichtet, eine erste Teilstrahlung der Primärstrahlung ohne Reflexion an der Innenfläche und ohne Reflexion an der Außenfläche zu transmittieren. Mit anderen Worten durchdringt ein kleiner Teil der Primärstrahlung, bevorzugt weniger als 0,5%, insbesondere weniger als 0,1%, die Innenfläche des Faltungsspiegels, durchläuft den Faltungsspiegel und verlässt den Faltungsspiegel an der Außenfläche, ohne an der Außenfläche reflektiert zu werden. Die erste Teilstrahlung wird also am Faltungsspiegel aus dem Resonator ausgekoppelt.In accordance with at least one embodiment of the wavelength-stabilized laser, the folding mirror is set up to transmit a first partial radiation of the primary radiation without reflection on the inner surface and without reflection on the outer surface. In other words, it permeates you small portion of the primary radiation, preferably less than 0.5%, in particular less than 0.1%, the inner surface of the folding mirror, passes through the folding mirror and leaves the folding mirror on the outer surface, without being reflected on the outer surface. The first partial radiation is thus coupled out of the resonator at the folding mirror.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist der Faltungsspiegel dazu eingerichtet, eine zweite Teilstrahlung der Primärstrahlung nach Reflexion sowohl an der Außenfläche als auch an der Innenfläche des Faltungsspiegels zu transmittieren. Der Anteil der zweiten Teilstrahlung an der Primärstrahlung beträgt bevorzugt weniger als 0,5%, insbesondere weniger als 0,1%.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers is the folding mirror set up to a second partial radiation the primary radiation after reflection both on the outer surface as also on the inner surface of the folding mirror. The proportion of the second partial radiation at the primary radiation is preferably less than 0.5%, in particular less than 0.1%.

Mit anderen Worten wird die zweite Teilstrahlung über den Faltungsspiegel aus dem Resonator ausgekoppelt. Das heißt, die zweite Teilstrahlung passiert einmalig die Innenfläche des Faltungsspiegels, gelangt, im Faltungsspiegel verlaufend, zur Außenfläche und wird an der Außenfläche so reflektiert, dass die zweite Teilstrahlung weiterhin im Faltungsspiegel verbleibt. Nach Reflexion an der Außenfläche verläuft die zweite Teilstrahlung in Richtung zur Innenfläche hin und wird an der Innenfläche zurück in Richtung zur Außenfläche reflektiert. Die zweite Teilstrahlung passiert dann nachfolgend die Außenfläche des Faltungsspiegels.With In other words, the second partial radiation is emitted via the folding mirror decoupled from the resonator. That is, the second partial radiation happens once the inner surface of the folding mirror, passes, running in the folding mirror, to Outer surface and is reflected on the outer surface so that the second partial radiation remains in the folding mirror. After reflection on the outer surface runs the second partial radiation towards the inner surface and is on the inner surface back in the direction reflected to the outer surface. The second partial radiation then passes the outer surface of the following Folding mirror.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers verlaufen die erste Teilstrahlung und die zweite Teilstrahlung nach Verlassen des Faltungsspiegels in dieselbe Richtung. Das bedeutet, dass, direkt nach Verlassen des Faltungsspiegels, ein Winkel zwischen der ersten Teilstrahlung und der zweiten Teilstrahlung weniger als 10° beträgt, bevorzugt weniger als 3°. Insbesondere sind, im Rahmen der Herstellungstoleranzen des Faltungsspiegels, die erste Teilstrahlung und die zweite Teilstrahlung direkt nach dem Verlassen des Faltungsspiegels parallel zueinander ausgerichtet.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers run the first partial radiation and the second partial radiation after leaving the folding mirror in the same direction. That means, that, immediately after leaving the folding mirror, an angle between the first partial radiation and the second partial radiation less than 10 °, preferably less than 3 °. In particular, within the manufacturing tolerances of the folding mirror, the first partial radiation and the second partial radiation directly after leaving the folding mirror aligned parallel to each other.

Der Winkel zwischen der ersten Teilstrahlung und der zweiten Teilstrahlung nach Verlassen des Faltungsspiegels ist gemäß zumindest einer Ausführungsform des Lasers durch einen Winkel zwischen der Innenfläche und der Außenfläche des Faltungsspiegels vorgegeben. Sind Innenfläche und Außenfläche, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, parallel zueinander, so verläuft auch die erste Teilstrahlung parallel zur zweiten Teilstrahlung.Of the Angle between the first partial radiation and the second partial radiation after leaving the folding mirror, according to at least one embodiment of the laser by an angle between the inner surface and the outer surface of the Defined folding mirror. Are inner surface and outer surface, within the manufacturing tolerances, parallel to each other, so runs also the first partial radiation parallel to the second partial radiation.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers sind die erste Teilstrahlung und die zweite Teilstrahlung jeweils mindestens teilweise auf die Detektorelemente gelenkt. Mit anderen Worten trifft ein Anteil der ersten Teilstrahlung auf mindestens eines der Detektorelemente. Entsprechendes gilt bezüglich der zweiten Teilstrahlung.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers are the first partial radiation and the second partial radiation each directed at least partially on the detector elements. With In other words, a proportion of the first partial radiation meets at least one of the detector elements. The same applies with respect to second partial radiation.

In mindestens einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers, insbesondere Halbleiterlasers, umfasst dieser mindestens ein Lasermedium, das insbesondere zumindest ein Halbleiterchip sein kann. Das Lasermedium ist dazu eingerichtet, eine Primärstrahlung zu emittieren. Des Weiteren weist der Laser einen gefalteten, externen Resonator mit mindestens drei Resonatorspiegeln auf. Einer der Resonatorspiegel ist als Faltungsspiegel gestaltet und weist eine dem Resonator zugewandte Innenfläche und eine vom Resonator abgewandte Außenfläche auf. Ferner beinhaltet der Laser mindestens zwei Detektorelemente. Der Faltungsspiegel ist dazu eingerichtet, eine erste Teilstrahlung der Primärstrahlung ohne Reflexion an der Außenfläche des Faltungsspiegels und eine zweite Teilstrahlung der Primärstrahlung nach Reflexion sowohl an der Außenfläche als auch an der Innenfläche des Faltungsspiegels zu transmittieren. Die erste und die zweite Teilstrahlung können hierbei insbesondere so transmittiert werden, dass sie in derselben Richtung verlaufen. Die erste und die zweite Teilstrahlung sind jeweils mindestens teilweise auf die Detektorelemente gelenkt.In at least one embodiment of the wavelength-stabilized Laser, in particular semiconductor laser, this includes at least a laser medium, which in particular may be at least one semiconductor chip can. The laser medium is set up to receive a primary radiation to emit. Furthermore, the laser has a folded, external Resonator with at least three resonator mirrors. One of the resonator mirrors is designed as a folding mirror and has an inner surface facing the resonator and an outer surface facing away from the resonator. Further includes the laser has at least two detector elements. The folding mirror is arranged to a first partial radiation of the primary radiation without reflection on the outer surface of the Folding mirror and a second partial radiation of the primary radiation after reflection both on the outer surface as also on the inner surface of the folding mirror. The first and the second Partial radiation can in particular be transmitted so that they are in the same Direction. The first and the second partial radiation are respectively at least partially directed to the detector elements.

Ein solcher Laser, insbesondere Halbleiterlaser, kann eine zeitlich stabile Wellenlänge der Pumpstrahlung aufweisen.One Such lasers, in particular semiconductor lasers, can be timed stable wavelength having the pump radiation.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers beträgt ein Abstand zwischen der ersten Teilstrahlung und der zweiten Teilstrahlung zwischen einschließlich 100 μm und 1 mm, insbesondere zwischen einschließlich 150 μm und 700 μm. Unter Abstand wird hierbei der Abstand der Teilstrahlen voneinander nach Transmission durch den Faltungsspiegel, vor Durchgang durch beispielsweise ein weiteres optisches Element, verstanden. Verlaufen erste und zweite Teilstrahlung nicht parallel zueinander, so ist der Abstand direkt nach dem Verlassen der ersten und zweiten Teilstrahlung aus dem Faltungsspiegel zu bestimmen. Der Abstand bezieht sich insbesondere auf den Abstand zwischen Strahlachsen von erster und zweiter Teilstrahlung. Beispielsweise ist der Abstand derjenige Abstand, den die Strahlachsen von erster und zweiter Teilstrahlung zueinander beim Durchdringen der Außenfläche des Faltungsspiegels aufweisen.At least an embodiment of the wavelength stabilized Laser is a distance between the first partial radiation and the second partial radiation between inclusive 100 μm and 1 mm, in particular between 150 μm and 700 μm inclusive. At a distance is hereby the distance of the partial beams from each other after transmission through the folding mirror, before passing through, for example, another optical element, understood. First and second partial radiation do not run parallel to each other, so the distance is right after leaving the first and second partial radiation from the folding mirror to determine. The distance relates in particular to the distance between beam axes of the first and second partial radiation. For example the distance is the distance that the beam axes of the first and second partial radiation to each other when penetrating the outer surface of the Have folding mirror.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist der Faltungsspiegel planparallel gestaltet. Das heißt, im Rahmen der Herstellungstoleranzen sind Außenfläche und Innenfläche parallel zueinander angeordnet. Die Toleranz für die Parallelität beträgt bevorzugt weniger als 0,5°, insbesondere weniger als 0,1°.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers, the folding mirror is designed plane-parallel. That is, in the context The manufacturing tolerances are outer surface and inner surface parallel arranged to each other. The tolerance for parallelism is preferred less than 0.5 °, in particular less than 0.1 °.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers weist der Faltungsspiegel eine Dicke zwischen einschließlich 100 μm und 2 mm, insbesondere zwischen einschließlich 150 μm und 800 μm auf. Die Dicke bezieht sich hierbei auf eine Ausdehnung senkrecht zur Innenfläche des Faltungsspiegels.At least an embodiment of the wavelength stabilized Laser, the folding mirror has a thickness of between 100 μm and 2 mm inclusive, especially between 150 μm and 800 μm inclusive. The Thickness here refers to an extension perpendicular to the inner surface of the Folding mirror.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist sowohl die Innenfläche als auch die Außenfläche des Faltungsspiegels, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, eben gestaltet.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers is both the inner surface as well also the outer surface of the Folding mirror, in the context of manufacturing tolerances, just designed.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers werden die erste Teilstrahlung und die zweite Teilstrahlung nach Verlassen des Faltungsspiegels räumlich überlagert, so dass sich ein Interferenzmuster bezüglich erster und zweiter Teilstrahlung ausbildet. Die Detektorelemente sind hierbei dazu eingerichtet, jeweils einen Teilbereich des Interferenzmusters zu detektieren. Das Interferenzmuster kann beispielsweise auf einer Projektionsfläche im optischen Fernfeld oder auf einer Projektionsfläche in einer Abbildungsebene eines optischen Elements ausgebildet sein. Eine strahlungsempfindliche Fläche der Detektorelemente nimmt dann jeweils einen Teilbereich der Projektionsfläche oder der Abbildungsebene ein. Hierdurch können die Detektorelemente unterschiedliche räumliche Bereiche des Interferenzmusters auf der Projektionsfläche oder der Abbildungsebene detektieren. Eine Messgröße der Detektorelemente ist insbesondere die auf die Detektorelemente treffende, jeweilige Intensität der Teilstrahlungen.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers become the first partial radiation and the second partial radiation spatially superimposed after leaving the folding mirror, so that a Interference pattern with respect to first and second partial radiation is formed. The detector elements are hereby set up in each case a subregion of the interference pattern to detect. The interference pattern can, for example, on a projection surface in the optical Far field or on a projection surface in an image plane be formed of an optical element. A radiation sensitive area The detector elements then each takes a portion of the screen or the image plane. As a result, the detector elements can be different spatial Areas of the interference pattern on the screen or detect the image plane. A measure of the detector elements is in particular, the respective intensity of the partial radiations striking the detector elements.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers sind die Detektorelemente benachbart in der Projektionsebene oder der Abbildungsebene angeordnet. Beispielsweise stoßen die Detektorelemente direkt aneinander. Der räumliche Abstand zwischen den lichtempfindlichen Flächen der Detektorelemente in der Projektionsebene oder Abbildungsebene, also etwa die Ausdehnung eines lichtunempfindlichen Bereichs, beträgt vorzugsweise weniger als 200 μm, insbesondere weniger als 100 μm.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers are the detector elements adjacent in the projection plane or arranged on the image plane. For example, the Detector elements directly to each other. The spatial distance between the photosensitive surfaces the detector elements in the projection plane or imaging plane, that is to say the extent of a light-insensitive region is preferably less than 200 μm, in particular less than 100 microns.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist an der Außenfläche des Faltungsspiegels eine Beschichtung aufgebracht, die in einem Spektralbereich der Primärstrahlung eine wellenlängenabhängige Reflektivität aufweist. Bevorzugt ist hierbei eines der Detektorelemente dazu eingerichtet, die erste Teilstrahlung zu detektieren, und das andere Detektorelement ist dazu eingerichtet, die zweite Teilstrahlung zu detektieren. Die erste und die zweite Teilstrahlung sind also auf unterschiedliche Detektorelemente gelenkt.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers is on the outside surface of the Folding mirror a coating applied in a spectral range the primary radiation has a wavelength-dependent reflectivity. In this case, one of the detector elements is preferably configured to to detect the first partial radiation, and the other detector element is adapted to detect the second partial radiation. The first and the second partial radiation are therefore different Directed detector elements.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ändert sich in einem Spektralbereich mit einer Breite von 20 nm, der eine Zentralwellenlänge der Primärstrahlung umfasst, die Reflektivität der Beschichtung der Außenfläche des Faltungsspiegels um mindestens 30 Prozentpunkte, insbesondere um mindestens 50 Prozentpunkte, bevorzugt um mindestens 80 Prozentpunkte. Mit anderen Worten ist beispielsweise am hochfrequenten Rand dieses Spektralbereichs die Reflektivität der Beschichtung bezüglich der Primärstrahlung sehr gering, zum Beispiel weniger als 5%, und am niederfrequenten Rand dieses Spektralbereichs sehr hoch, zum Beispiel größer als 95%. Eine derartige Beschichtung kann durch eine dielektrische Schichtenfolge und/oder durch einen Bragg-Spiegel gebildet sein.At least an embodiment of the wavelength stabilized Laser changes in a spectral range with a width of 20 nm, the one Central wavelength the primary radiation includes, the reflectivity the coating of the outer surface of the Folding mirrors by at least 30 percentage points, in particular by at least 50 percentage points, preferably by at least 80 percentage points. In other words, for example, at the high-frequency edge of this Spectral range the reflectivity the coating the primary radiation very low, for example less than 5%, and low frequency Edge of this spectral range very high, for example greater than 95%. Such a coating can be achieved by a dielectric layer sequence and / or be formed by a Bragg mirror.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist eine Reflektivität der Beschichtung im Spektralbereich der Primärstrahlung näherungsweise wellenlängenunabhängig und liegt zwischen einschließlich 20% und 80%, insbesondere zwischen einschließlich 40% und 65%, bevorzugt um 50%. Wellenlängenunabhängig kann bedeuten, dass sich die Reflektivität in einem Wellenlängenbereich von +/–10 nm um die Zentralwellenlänge herum um weniger als 10 Prozentpunkte, insbesondere um weniger als 3 Prozentpunkte ändert Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers beträgt eine spektrale Breite der Primärstrahlung, insbesondere FWHM, weniger als 1 nm, bevorzugt weniger als 0,5 nm.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers is a reflectivity the coating in the spectral range of the primary radiation approximately wavelength independent and lies between inclusive 20% and 80%, in particular between 40% and 65% inclusive, preferred by 50%. Wavelength independent mean that the reflectivity in a wavelength range from +/- 10 nm around the central wavelength less than 10 percentage points, in particular less than 3 percentage points changes At least an embodiment of the wavelength-stabilized Laser is a spectral width of the primary radiation, in particular FWHM, less than 1 nm, preferably less than 0.5 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers durchlaufen weder die Primärstrahlung, noch die erste Teilstrahlung, noch die zweite Teilstrahlung ein optisches Element, das zu einer spektralen Aufspaltung der genannten Strahlungen dient. Ein solches optisches Element kann durch ein Prisma, ein optisches Gitter oder eine optische Gradientenplatte gebildet sein. Mit anderen Worten wird keine der genannten Strahlungen in spektrale Subkomponenten aufgeteilt, die räumlich voneinander getrennt sind und aufgrund der räumlichen Trennung über separate Detektorelemente detektiert werden können. Der Laser umfasst also insbesondere keine Anordnung, die einem Spektrometer entspricht.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers go through neither the primary radiation, nor the first Partial radiation, nor the second partial radiation an optical element, which serves to a spectral splitting of said radiation. Such an optical element can by a prism, an optical Be formed grid or an optical gradient plate. With others In words, none of the aforementioned radiations becomes spectral subcomponents split that spatially separated from each other and due to the spatial separation via separate Detector elements can be detected. The laser thus includes in particular no arrangement that corresponds to a spectrometer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers umfasst dieser mindestens eine Regeleinheit. Die Regeleinheit ist dazu ausgerichtet, in Abhängigkeit mindestens eines Signals der Detektorelemente eine Wellenlänge der Primärstrahlung zu regeln. Mit anderen Worten ist das Signal, das die Detektorelemente liefern, von der Wellenlänge der Primärstrahlung abhängig. Über dieses Signal der Detektorelemente kann dann die Wellenlänge der Primärstrahlung, zumindest in einem spektralen Teilbereich, bestimmt werden. Hierdurch ist es möglich, dass die Regeleinheit auf eine bestimmte, vorgegebene Wellenlänge der Primärstrahlung regelt.According to at least one embodiment of the wavelength-stabilized laser, this comprises at least one control unit. The control unit is designed to regulate a wavelength of the primary radiation as a function of at least one signal of the detector elements. In other words, the signal that the detector elements deliver depends on the wavelength of the primary radiation. About this signal of the detector elements can then Wel lenlängen the primary radiation, at least in a spectral sub-range, are determined. This makes it possible that the control unit regulates to a specific, predetermined wavelength of the primary radiation.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist die Regeleinheit dazu eingerichtet, eine räumliche Position von mindestens einem der Resonatorspiegel, insbesondere von genau einem der Resonatorspiegel, zu regeln. Bevorzugt regelt die Regeleinheit die Position desjenigen Resonatorspiegels, der vom Lasermedium, insbesondere vom Halbleiterlaserchip, am weitesten entfernt ist und/oder der die größte optische Distanz, entlang des Lichtwegs, zum Lasermedium aufweist. Die Regelung erfolgt weiterhin bevorzugt in einer Richtung parallel zu der Strahlachse der Primärstrahlung innerhalb des Resonators. Mit anderen Worten regelt die Regeleinheit eine optische Länge des Resonators, ohne die Strahllage der Primärstrahlung signifikant zu beeinflussen.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers is the control unit designed to be a spatial Position of at least one of the resonator mirrors, in particular from exactly one of the resonator mirrors, to regulate. Preferably regulates the control unit the position of that resonator, the from the laser medium, in particular from the semiconductor laser chip furthest is removed and / or the greatest optical distance, along the light path to the laser medium has. The regulation takes place furthermore preferably in a direction parallel to the beam axis the primary radiation inside the resonator. In other words, the control unit regulates an optical length of Resonator, without significantly affecting the beam position of the primary radiation.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers weist der Resonator wenigstens einen optischen Kristall auf, der zu einer zumindest teilweisen Frequenzkonversion der Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung eingerichtet ist. Über den optischen Kristall ist zum Beispiel eine Frequenzverdopplung der Primärstrahlung möglich. Ebenso kann die Primärstrahlung über ein Vierwellenmischen zum Beispiel wenigstens zum Teil in eine Sekundärstrahlung umgewandelt werden, deren Wellenlänge größer ist als die Wellenlänge der Primärstrahlung.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers, the resonator at least one optical crystal, to an at least partial frequency conversion of the primary radiation in a secondary radiation is set up. about the optical crystal is, for example, a frequency doubling the primary radiation possible. As well can use a four-wave mixing the primary radiation for example, at least partially converted into secondary radiation, their wavelength is larger as the wavelength the primary radiation.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist der optische Kristall mit Lithium-Niobat, kurz LN, mit Kalium-Titanyl-Phosphat, kurz KTP, mit Rubidium-Titanyl-Arsenid, kurz RTA, mit Kalium-Titanyl-Arsendid, kurz KTA, mit Rubidium-Titanyl-Phosphat, kurz RTP, und/oder mit Kalium-Niobat, kurz KN, gestaltet oder besteht aus einem dieser Materialien. Der optische Kristall kann periodisch gepolt sein, um eine Quasi-Phasenanpassung zu erzielen. Eine geometrische Länge des optischen Kristalls liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0,5 mm und 5,0 mm.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers is the optical crystal with lithium niobate, short LN, with Potassium titanyl phosphate, KTP for short, with rubidium titanyl arsenide, RTA for short, with potassium titanyl-Arsendid, short KTA, with rubidium titanyl phosphate, short RTP, and / or with Potassium niobate, short KN, designed or consists of one of these Materials. The optical crystal can be periodically poled, to achieve a quasi-phase adaptation. A geometric length of the Optical crystal is preferably between 0.5 inclusive mm and 5.0 mm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers, insbesondere Halbleiterlasers, liegt die Wellenlänge der Primärstrahlung im nahinfraroten Spektralbereich. Insbesondere liegt die Wellenlänge der Primärstrahlung zwischen 800 nm und 1500 nm, bevorzugt zwischen 1030 nm und 1070 nm. Die Wellenlänge der Sekundärstrahlung beträgt bevorzugt die Hälfte der Wellenlänge der Primärstrahlung und liegt insbesondere im sichtbaren Spektralbereich, speziell im grünen Spektralbereich um 525 nm.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers, in particular semiconductor laser, the wavelength of the primary radiation in the near-infrared spectral range. In particular, the wavelength of the Primary radiation between 800 nm and 1500 nm, preferably between 1030 nm and 1070 nm. The wavelength the secondary radiation is preferably half the wavelength the primary radiation and is especially in the visible spectral range, especially in the green Spectral range around 525 nm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers regelt die Regeleinheit eine Temperatur des optischen Kristalls. Über die Temperatur des Kristalls ist auch die optische Länge des Kristalls und somit ebenfalls die optische Länge des Resonators einstellbar. Hierüber ist ein Abstimmen der Wellenlänge der Primärstrahlung, und somit auch ein Optimieren beispielsweise einer Verdoppelungseffizienz im optischen Kristall, möglich.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers, the control unit regulates a temperature of the optical crystal. About the Temperature of the crystal is also the optical length of the crystal and thus also the optical length the resonator adjustable. About here is a tuning of the wavelength the primary radiation, and thus also optimizing, for example, a doubling efficiency in the optical crystal, possible.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers wird die Sekundärstrahlung über den Faltungsspiegel aus dem Resonator ausgekoppelt. Die Sekundärstrahlung verläuft dabei bevorzugt in eine andere Richtung als die erste und die zweite Teilstrahlung. Es sind also die Sekundärstrahlung sowie erste und zweite Teilstrahlung dann räumlich voneinander trennbar. Hierdurch ist ein Untergrund auf den die Teilstrahlungen messenden Detektorelementen, verursacht durch die Sekundärstrahlung, reduzierbar.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers will use the secondary radiation over the Folding mirror coupled out of the resonator. The secondary radiation runs thereby preferably in a different direction than the first and the second partial radiation. So it's the secondary radiation as well as first and second partial radiation then spatially separable. As a result, a background on the partial radiations measuring Detector elements, caused by the secondary radiation, reducible.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers beträgt ein Einfallswinkel der Primärstrahlung auf dem Faltungsspiegel zwischen einschließlich 40° und 75°, insbesondere zwischen einschließlich 60° und 75°.At least an embodiment of the wavelength stabilized Laser is an angle of incidence of the primary radiation on the folding mirror between 40 ° and 75 ° inclusive, in particular between 60 ° and 75 ° inclusive.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers umfasst dieser wenigstens ein wellenlängenselektives Element. Dieses wellenlängenselektive Element ist dazu eingerichtet, die Primärstrahlung auf ein Wellenlängenintervall mit einer spektralen Breite von höchstens 4 nm, insbesondere von höchstens 2 nm einzuschränken. Das wellenlängenselektive Element ist beispielsweise durch ein Etalon gebildet.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers this includes at least one wavelength-selective element. This wavelength selective Element is designed to match the primary radiation to a wavelength interval with a spectral width of at most 4 nm, in particular from at most 2 nm restrict. The wavelength-selective Element is formed for example by an etalon.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist das Wellenlängenintervall, auf das die Primärstrahlung durch das wellenlängenselektive Element eingeschränkt ist, kleiner als ein Spektralbereich, in dem über Detektion der ersten und der zweiten Teilstrahlung an den Detektorelementen die Wellenlänge der Primärstrahlung insbesondere eindeutig bestimmbar ist. Mit anderen Worten gibt das wellenlängenselektive Element einen Spektralbereich vor, in dem das Signal der Detektorelemente bezüglich der Wellenlänge der Primärstrahlung eindeutig ist.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers is the wavelength interval, on that the primary radiation through the wavelength selective Element is restricted smaller than a spectral range in which over detection of the first and the second partial radiation at the detector elements, the wavelength of primary radiation especially clearly identifiable. In other words, there is wavelength selective Element a spectral range in which the signal of the detector elements in terms of the wavelength the primary radiation is unique.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers ist eine optische Länge des Resonators kleiner oder gleich 100 mm. Bevorzugt liegt die optische Länge des Resonators zwischen einschließlich 1 mm und 20 mm, insbesondere zwischen einschließlich 3 mm und 12 mm.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers is an optical length of the resonator is less than or equal to 100 mm. Preferably, the optical lies Length of the Resonator between inclusive 1 mm and 20 mm, in particular between 3 mm and 12 mm inclusive.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers sind die Detektorelemente auf einem einzigen Halbleiterchip integriert und/oder in einem einzigen Halbleiterchip gefertigt.In accordance with at least one embodiment of the wavelength-stabilized laser, the detector elements are integrated on a single semiconductor chip and / or fabricated in a single semiconductor chip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des wellenlängenstabilisierten Lasers weicht eine Intensität der ersten Teilstrahlung von einer Intensität der zweiten Teilstrahlung um höchstens 75% ab, insbesondere um höchstens 55%, bevorzugt um höchstens 30%. Die Intensitäten der Teilstrahlungen sind also in etwa gleich groß. Dies kann durch eine strukturiert auf dem Faltungsspiegel aufgebrachte Beschichtung erzielt werden.At least an embodiment of the wavelength stabilized Lasers gives way to an intensity the first partial radiation of an intensity of the second partial radiation at most 75%, especially at most 55%, preferably at most 30%. The intensities the partial radiations are therefore about the same size. This can be structured by one on the folding mirror applied coating can be achieved.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Wellenlängenstabilisation eines Lasers, insbesondere eines Halbleiterlasers angegeben. Der Halbleiterlaser ist hierbei bevorzugt gemäß zumindest einer der vorhergehenden Ausführungsformen gestaltet. Das Verfahren kann eines oder mehrere der in Verbindung mit dem Laser, insbesondere mit dem Halbleiterlaser genannten Merkmale aufweisen.Farther becomes a method for wavelength stabilization a laser, in particular a semiconductor laser specified. Of the Semiconductor laser is preferred according to at least one of the preceding embodiments designed. The method may include one or more of the with the laser, in particular with the semiconductor laser features mentioned exhibit.

In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein aus Messwerten eines von den wenigstens zwei Detektorelementen ermittelten Signals zu einer Regelung der optischen Länge des Resonators verwendet. Bei einem Laser entspricht die optische Resonatorlänge L einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge λ/2 einer Strahlung, in diesem Falle der Primärstrahlung. Es gilt also L = n λ/2, wobei n eine natürliche Zahl ist. Die optische Resonatorlänge L ist also mit der Wellenlänge λ der Strahlung korreliert. Über ein Einstellen der optischen Resonatorlänge L ist somit auch die Wellenlänge λ der Strahlung, insbesondere der Primärstrahlung, zumindest in einem bestimmten Spektralbereich abstimmbar.In at least one embodiment of the method becomes one of measured values of one of the at least two detector elements detected signal to a control of the optical Length of the Resonator used. In a laser, the optical resonator length L corresponds to one integer multiples of the half wavelength λ / 2 of a radiation in this Trap of primary radiation. So L = n λ / 2, where n is a natural one Number is. The optical resonator length L is thus at the wavelength λ of the radiation correlated. about adjusting the optical resonator length L is thus also the wavelength λ of the radiation, in particular the primary radiation, tunable at least in a certain spectral range.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die erste und die zweite Teilstrahlung auf die Detektorelemente fokussiert. Dies ist beispielsweise mittels einer Linse oder mittels eines Spiegels möglich.At least an embodiment of the Procedure, the first and the second partial radiation on the Focused detector elements. This is for example by means of a Lens or by means of a mirror possible.

Einige Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebene wellenlängenstabilisierte Laser, insbesondere Halbleiterlaser, Verwendung finden können, sind beispielsweise Beleuchtungseinrichtungen zu Projektionszwecken. Weiterhin können die hier beschriebenen Laser in Scheinwerfern oder Lichtstrahlern, bei der Allgemeinbeleuchtung oder auch bei der Be- und/oder Hinterleuchtung von Displays oder Anzeigeeinrichtungen eingesetzt werden.Some Areas of application in which wavelength-stabilized Lasers, in particular semiconductor lasers, can be used are For example, lighting devices for projection purposes. Furthermore you can the lasers described here in headlamps or light emitters, in the general lighting or in the backlight and / or be used by displays or display devices.

Nachfolgend wird ein hier beschriebener wellenlängenstabilisierter Laser sowie ein Verfahren zur Wellenlängenstabilisation eines Lasers unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.following is a wavelength-stabilized laser described here as well as a method for wavelength stabilization of a laser with reference to the drawing based on embodiments explained in more detail. Same Reference numerals indicate the same elements in the individual figures at. However, there are no scale references shown, but rather individual elements shown in an exaggerated way for a better understanding be.

Es zeigen:It demonstrate:

1 und 2 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Lasern, 1 and 2 schematic representations of embodiments of lasers described herein,

3 bis 6 schematische Darstellungen von aus der ersten und der zweiten Teilstrahlung durch Überlagerung gebildeten Mustern von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Lasern, 3 to 6 schematic representations of patterns formed by the first and the second partial radiation by superposition of exemplary embodiments of lasers described here,

7 eine schematische Darstellung einer Abhängigkeit eines Signals der Detektorelemente von der Wellenlänge der Primärstrahlung, 7 a schematic representation of a dependence of a signal of the detector elements on the wavelength of the primary radiation,

8 eine schematische Darstellung eines Verlaufs der Strahlung an einem Faltungsspiegel eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Lasers, und 8th a schematic representation of a course of the radiation at a folding mirror of an embodiment of a laser described herein, and

9 eine schematische Darstellung einer Reflektivität einer Beschichtung eines Faltungsspiegels (A) sowie eines Signals von Detektorelementen (B) in Abhängigkeit von einer Wellenlänge einer Primärstrahlung bei einem Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Lasers. 9 a schematic representation of a reflectivity of a coating of a folding mirror (A) and a signal from detector elements (B) as a function of a wavelength of a primary radiation in an embodiment of a laser described herein.

In den 1A und 1B ist ein Ausführungsbeispiel eines wellenlängenstabilisierten Lasers 1 dargestellt. Der Laser 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Halbleiterlaser und weist einen Resonator 3 auf. Bei dem Resonator 3 handelt es sich nicht um einen sogenannten Ringresonator.In the 1A and 1B is an embodiment of a wavelength stabilized laser 1 shown. The laser 1 is a semiconductor laser in this embodiment and has a resonator 3 on. In the resonator 3 it is not a so-called ring resonator.

Ein Halbleiterlaserchip 2, der als Lasermedium dient und zur Erzeugung einer Pumpstrahlung P eingerichtet ist, bildet gleichzeitig einen Resonatorspiegel 31 des Resonators 3 aus. Der Halbleiterlaserchip 2 umfasst zum Beispiel eine nicht gezeichnete aktive Schicht, in der die Primärstrahlung P erzeugt wird. An einer Seite des Halbleiterlaserchips 2, die einem weiteren Resonatorspiegel 32 abgewandt ist, ist zum Beispiel eine nicht gezeichnete, bezüglich der Primärstrahlung P hochreflektierende Schicht oder Schichtenfolge angebracht.A semiconductor laser chip 2 , which serves as a laser medium and is adapted to generate a pump radiation P, simultaneously forms a resonator mirror 31 of the resonator 3 out. The semiconductor laser chip 2 includes, for example, an unselected active layer in which the primary radiation P is generated. On one side of the semiconductor laser chip 2 that is another resonator mirror 32 is remote, for example, not shown, with respect to the primary radiation P highly reflective layer or layer sequence attached.

Im Halbleiterlaserchip 2 erzeugte Primärstrahlung P verläuft in einer Richtung senkrecht zum Resonatorspiegel 31 hin zu einem Faltungsspiegel 33, der dem Resonator 3 angehört. Der Faltungsspiegel 33 weist eine dem Inneren des Resonator 3 zugewandte, bezüglich der Primärstrahlung P reflektierend wirkende Innenfläche 4 und eine dem Resonator 3 abgewandte, der Innenfläche 4 gegenüberliegende Außenfläche 5 auf. An der Innenfläche 4 des Faltungsspiegels 33 erfolgt eine Reflexion der vom Halbleiterlaserchip 2 emittierten Primärstrahlung P in Richtung hin zum Resonatorspiegel 32. Die Primärstrahlung P ist in 1A durch eine gepunktete Linie symbolisiert.In the semiconductor laser chip 2 generated primary radiation P extends in a direction perpendicular to the resonator mirror 31 towards a folding mirror 33 , the resonator 3 belongs. The folding mirror 33 has one inside the resonator 3 facing, with respect to the primary radiation P reflective acting inner surface 4 and one the Resona gate 3 facing away, the inner surface 4 opposite outer surface 5 on. On the inner surface 4 the folding mirror 33 there is a reflection of the semiconductor laser chip 2 emitted primary radiation P in the direction of the resonator mirror 32 , The primary radiation P is in 1A symbolized by a dotted line.

Zwischen dem Halbleiterlaserchip 2, und somit dem Resonatorspiegel 31, und dem Faltungsspiegel 33 befindet sich ein wellenlängenselektives Element 10, das als Etalon ausgestaltet sein kann. Durch das wellenlängenselektive Element 10 ist die Wellenlänge der Primärstrahlung P eingeschränkt. Dies geschieht dadurch, dass das wellenlängenselektive Element 10 beispielsweise nur für bestimmte Wellenlängen in einem freien Spektralbereich durchlässig ist. Für andere Wellenlängen sind die Verluste innerhalb des Resonators 3 dann so groß, dass bei diesen Wellenlängen keine Lasertätigkeit aufkommen kann. Eine mögliche Wellenlänge der Primärstrahlung P ist somit auf den freien Spektralbereich des wellenlängenselektiven Elements 10 eingeschränkt.Between the semiconductor laser chip 2 , and thus the resonator mirror 31 , and the folding mirror 33 there is a wavelength-selective element 10 which can be designed as an etalon. Through the wavelength-selective element 10 the wavelength of the primary radiation P is limited. This happens because the wavelength-selective element 10 For example, only for certain wavelengths in a free spectral range is permeable. For other wavelengths, the losses are inside the resonator 3 then so big that at these wavelengths no laser action can arise. A possible wavelength of the primary radiation P is thus on the free spectral range of the wavelength-selective element 10 limited.

Zwischen dem Faltungsspiegel 33 und dem Resonatorspiegel 32 befindet sich ein optischer Kristall 9. Der optische Kristall 9 ist dazu eingerichtet, die Primärstrahlung P zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung S, symbolisiert durch eine Pfeil-Linie, umzuwandeln. Die Sekundärstrahlung S weist insbesondere die halbe Wellenlänge der Primärstrahlung P auf. Zum Beispiel ist der optische Kristall 9 ein periodisch gepolter Lithiumniobat-Kristall, kurz PPLN.Between the folding mirror 33 and the resonator mirror 32 there is an optical crystal 9 , The optical crystal 9 is adapted to at least partially convert the primary radiation P into a secondary radiation S, symbolized by an arrow line. The secondary radiation S has in particular half the wavelength of the primary radiation P. For example, the optical crystal 9 a periodically poled lithium niobate crystal, PPLN for short.

Die Sekundärstrahlung S, die im optischen Kristall 9 erzeugt ist, verläuft zwischen dem Faltungsspiegel 33 und dem Resonatorspiegel 32 im Wesentlichen auf dem gleichen Weg wie die Primärstrahlung P. In Richtung zum Resonatorspiegel 32 laufende Sekundärstrahlung S wird vom Resonatorspiegel 32 zurück in Richtung Faltungsspiegel 33 reflektiert. Der Resonatorspiegel 32 wirkt hochreflektierend sowohl für die Primärstrahlung P als auch für die Sekundärstrahlung S.The secondary radiation S, which is in the optical crystal 9 is generated, runs between the folding mirror 33 and the resonator mirror 32 essentially in the same way as the primary radiation P. towards the resonator mirror 32 ongoing secondary radiation S is from the resonator mirror 32 back towards the folding mirror 33 reflected. The resonator mirror 32 acts highly reflective both for the primary radiation P and for the secondary radiation S.

Zur Steigerung der Stabilität des Resonators 3 kann der Resonatorspiegel 32 fokussierend wirken. Hierzu weist eine Fläche des Resonatorspiegels 32, an der die Primärstrahlung P und die Sekundärstrahlung S reflektiert werden, einen Krümmungsradius auf, der insbesondere größer ist als eine optische Länge des Resonators 3.To increase the stability of the resonator 3 can the resonator mirror 32 to be focused. For this purpose, an area of the resonator mirror 32 in which the primary radiation P and the secondary radiation S are reflected, has a radius of curvature which is in particular greater than an optical length of the resonator 3 ,

Die Sekundärstrahlung S gelangt durch die Innenfläche 4 in den Faltungsspiegel 33, durchläuft den Faltungsspiegel 33 und tritt an der Außenfläche 5 aus dem Faltungsspiegel 33 heraus. Sowohl Innenfläche 4 als auch Außenfläche 5 sind bevorzugt mit einer bezüglich der Sekundärstrahlung S antireflektierend wirkenden, nicht gezeichneten Beschichtung versehen, so dass die Sekundärstrahlung S effizient aus dem Resonator 3 auskoppelbar ist.The secondary radiation S passes through the inner surface 4 in the folding mirror 33 , goes through the folding mirror 33 and occurs on the outside surface 5 from the folding mirror 33 out. Both interior surface 4 as well as outer surface 5 are preferably provided with a respect to the secondary radiation S antireflective acting, not shown coating, so that the secondary radiation S efficiently from the resonator 3 can be decoupled.

Der Halbleiterlaser 1 gemäß 1A, 1B ist also dazu gestaltet, innerhalb des Resonators 3 die Primärstrahlung P, die bevorzugt Wellenlängen im infraroten Spektralbereich aufweist, in eine sichtbare Sekundärstrahlung S umzuwandeln. Um eine effiziente Frequenzkonversion zu ermöglichen, ist der Resonator 3 bezüglich der Primärstrahlung P möglichst verlustarm gestaltet. Das heißt, die Resonatorspiegel 31, 32 und der Faltungsspiegel 33 weisen bezüglich der Primärstrahlung P eine möglichst hohe Reflektivität auf. Das Material des Faltungsspiegels 33 ist bezüglich der Wellenlängen der Sekundärstrahlung S und der Primärstrahlung P bevorzugt transparent. Sind die Resonatorspiegel 31, 32 und der Faltungsspiegel 33 beispielsweise als dielektrische Spiegel gestaltet, so sind Reflektivitäten bezüglich der Primärstrahlung P im Bereich von zirka 99,8% realisierbar. Eine Reflektivität von exakt 100% kann nicht erzielt werden. Mit anderen Worten gelangt ein kleiner Teil der Primärstrahlung P durch die nicht gezeichnete Beschichtung an der Innenfläche 4 in den Faltungsspiegel 33.The semiconductor laser 1 according to 1A . 1B So it's designed to be inside the resonator 3 the primary radiation P, which preferably has wavelengths in the infrared spectral range to convert into a visible secondary radiation S. To enable efficient frequency conversion, the resonator is 3 with regard to the primary radiation P designed as low loss. That is, the resonator mirrors 31 . 32 and the folding mirror 33 have the highest possible reflectivity with respect to the primary radiation P. The material of the folding mirror 33 is preferably transparent with respect to the wavelengths of the secondary radiation S and the primary radiation P. Are the resonator mirrors 31 . 32 and the folding mirror 33 For example, designed as a dielectric mirror, so reflectivities with respect to the primary radiation P in the range of about 99.8% can be realized. A reflectivity of exactly 100% can not be achieved. In other words, a small part of the primary radiation P passes through the coating not shown on the inner surface 4 in the folding mirror 33 ,

Dies ist in 1B näher illustriert. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Primärstrahlung P sowie die Sekundärstrahlung S in 1B nicht gezeichnet. Anstelle der Primärstrahlung P und der Sekundärstrahlung S ist eine optische Achse O innerhalb des Resonators 3 als Strich-Punkt-Linie eingezeichnet. Die optische Achse O entspricht den Strahlachsen der Primärstrahlung P und der Sekundärstrahlung S.This is in 1B illustrated in more detail. To simplify the illustration, the primary radiation P and the secondary radiation S in 1B not drawn. Instead of the primary radiation P and the secondary radiation S is an optical axis O within the resonator 3 drawn as a dash-dot line. The optical axis O corresponds to the beam axes of the primary radiation P and the secondary radiation S.

An der Innenfläche 4 des Faltungsspiegels 33 weist die optische Achse O zu einem Lot zur Innenfläche 4 einen Einfallswinkel θ auf, der zirka 67,5° beträgt. In einer Richtung parallel zum Lot, also in einer Richtung senkrecht zur Innenfläche 4, weist der Faltungsspiegel 33 eine Dicke t von zirka 200 μm auf. Die Innenfläche 4 und die Außenfläche 5 sind, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, eben gestaltet und parallel zueinander orientiert. An der Außenfläche 5 des Faltungsspiegels 33 ist eine Beschichtung 7 aufgebracht, die bezüglich der Primärstrahlung P teilreflektierend wirkt. Der Reflexionsgrad der Beschichtung 7 bezüglich der Primärstrahlung P liegt bei zirka 50%.On the inner surface 4 the folding mirror 33 has the optical axis O to a Lot to the inner surface 4 an incident angle θ which is approximately 67.5 °. In a direction parallel to the perpendicular, ie in a direction perpendicular to the inner surface 4 , indicates the folding mirror 33 a thickness t of about 200 microns. The inner surface 4 and the outer surface 5 are, in the context of manufacturing tolerances, just designed and oriented parallel to each other. On the outer surface 5 the folding mirror 33 is a coating 7 applied, which acts with respect to the primary radiation P partially reflecting. The reflectance of the coating 7 with respect to the primary radiation P is about 50%.

In 1B sind zudem Strahlwege einer ersten Teilstrahlung 11 und einer zweiten Teilstrahlung 22 illustriert. Die erste 11 und die zweite Teilstrahlung 22 sind durch einen Teil der Primärstrahlung P gebildet, die, vom Halbleiterlaserchip 2 her kommend, die Innenfläche 4 des Faltungsspiegels 33 durchläuft. Diese Strahlung verläuft innerhalb des Faltungsspiegels 33 in Richtung hin zur Außenfläche 5. An der Beschichtung 7 der Außenfläche 5 wird ein Teil der im Faltungsspiegel 3 verlaufenden Strahlung ohne weitere Reflexion transmittiert. Dieser Strahlungsanteil bildet die erste Teilstrahlung 11. Da die Beschichtung 7 eine Reflektivität von zirka 50% aufweist, wird ein weiterer Teil der im Faltungsspiegel 33 verlaufenden Strahlung zurück in Richtung zur Innenfläche 4 reflektiert. Da die Innenfläche 4 bezüglich der Wellenlänge der Primärstrahlung eine Reflektivität von knapp unter 100% aufweist, wird diese im Faltungsspiegel 33 verlaufende Strahlung nahezu unabgeschwächt zurück in Richtung zur Außenfläche 5 gelenkt und passiert, mindestens teilweise, die Außenfläche 5. Diese, die Außenfläche 5 nach Reflexion sowohl an der Außenfläche 5 als auch an der Innenfläche 4 passierende Strahlung bildet die zweite Teilstrahlung 22.In 1B are also beam paths of a first partial radiation 11 and a second partial radiation 22 illustrated. The first 11 and the second partial radiation 22 are formed by a part of the primary radiation P which, from the semiconductor laser chip 2 Coming here, the inner surface 4 the folding mirror 33 passes. This radiation passes within the folding mirror 33 towards the outer surface 5 , At the Be stratification 7 the outer surface 5 becomes part of the folding mirror 3 extending radiation transmitted without further reflection. This radiation component forms the first partial radiation 11 , Because the coating 7 has a reflectivity of about 50%, is another part of the folding mirror 33 extending radiation back toward the inner surface 4 reflected. Because the inner surface 4 With respect to the wavelength of the primary radiation has a reflectivity of just under 100%, this is in the folding mirror 33 running radiation almost unattenuated back toward the outer surface 5 steered and passes, at least partially, the outer surface 5 , This, the outer surface 5 after reflection both on the outer surface 5 as well as on the inner surface 4 Passing radiation forms the second partial radiation 22 ,

Da die Innenfläche 4 und die Außenfläche 5 parallel zueinander sind, verlaufen auch erste Teilstrahlung 11 und zweite Teilstrahlung 22 parallel zueinander, in einer Richtung hin zu zwei in 1A, 1B nicht gezeichneten Detektorelementen 6. Ein Abstand d zwischen erster 11 und zweiter Teilstrahlung 22 beträgt zirka 150 μm. Erste 11 und zweite Teilstrahlung 22 verlaufen in einer Richtung parallel zu dem Abschnitt der optischen Achse O, der sich zwischen dem Halbleiterlaserchip 2 und dem Faltungsspiegel 33 befindet.Because the inner surface 4 and the outer surface 5 are parallel to each other, also run first partial radiation 11 and second partial radiation 22 parallel to each other, in one direction towards two in 1A . 1B not drawn detector elements 6 , A distance d between the first 11 and second partial radiation 22 is about 150 microns. First 11 and second partial radiation 22 extend in a direction parallel to the portion of the optical axis O, which is located between the semiconductor laser chip 2 and the folding mirror 33 located.

Aus der Primärstrahlung P, die in Richtung vom Resonatorspiegel 32 weg hin zum Faltungsspiegel 33 verläuft, resultiert eine weitere Teilstrahlung 44, die analog zur ersten 11 und zweiten Teilstrahlung 22 entsteht. Diese weitere Teilstrahlung 44 verläuft parallel zur aus dem Resonator 3 ausgekoppelten Sekundärstrahlung S.From the primary radiation P, which is in the direction of the resonator mirror 32 away to the folding mirror 33 runs, results in a further partial radiation 44 , analogous to the first 11 and second partial radiation 22 arises. This additional partial radiation 44 runs parallel to the out of the resonator 3 decoupled secondary radiation S.

Um die Intensität der Teilstrahlungen 11, 22 aneinander anzugleichen, kann die Beschichtung 7 an der Außenfläche 5 des Faltungsspiegels 33 optional nur stellenweise aufgebracht sein oder an verschiedenen Stellen einen unterschiedlichen Reflexionsgrad bezüglich der Wellenlänge der Primärstrahlung P aufweisen.To the intensity of partial radiations 11 . 22 to match each other, the coating can 7 on the outside surface 5 the folding mirror 33 optionally be applied only in places or at different locations have a different degree of reflection with respect to the wavelength of the primary radiation P.

In 2 ist der weitere Verlauf der ersten Teilstrahlung 11 und der zweiten Teilstrahlung 22 dargestellt. Über eine abbildende Optik 12, gebildet durch eine Sammellinse, werden die vor dem abbildenden Optik 12 parallel zueinander verlaufenden erste 11 und zweite Teilstrahlungen 22 auf die zwei Detektorelemente 6a, 6b abgebildet. Mit anderen Worten werden erste Teilstrahlung 11 und zweite Teilstrahlung 22 einander in einer Ebene der Detektorelemente 6a, 6b überlagert.In 2 is the further course of the first partial radiation 11 and the second partial radiation 22 shown. About an imaging optics 12 , formed by a condenser lens, become the front of the imaging optics 12 parallel to each other first 11 and second partial radiations 22 on the two detector elements 6a . 6b displayed. In other words, first partial radiation 11 and second partial radiation 22 each other in a plane of the detector elements 6a . 6b superimposed.

Da die Sekundärstrahlung S in Richtung der weiteren Teilstrahlung 44 und nicht in Richtung von erster 11 und zweiter Teilstrahlung 22 verläuft, ist ein Untergrundsignal auf den Detektorelementen 6a, 6b, verursacht durch die Sekundärstrahlung S, unterdrückt. Zudem behindern die Detektorelemente 6a, 6b nicht den Verlauf der Sekundärstrahlung S. Alternativ ist es ebenso möglich, dass die weitere Teilstrahlung 44 als erste und die zweite Teilstrahlung fungiert und sich die Detektorelemente 6a, 6b in Richtung der aus dem Resonator 3 ausgekoppelten Sekundärstrahlung S befinden.Since the secondary radiation S in the direction of the further partial radiation 44 and not in the direction of first 11 and second partial radiation 22 is a background signal on the detector elements 6a . 6b , caused by the secondary radiation S, suppressed. In addition, hamper the detector elements 6a . 6b not the course of secondary radiation S. Alternatively, it is also possible that the additional partial radiation 44 acting as the first and the second partial radiation and the detector elements 6a . 6b in the direction of the resonator 3 decoupled secondary radiation S are located.

Da die erste Teilstrahlung 11 und die zweite Teilstrahlung 22 aus der durch die Innenfläche 4 transmittierten Primärstrahlung P aufgeteilt sind und eine stabile Phasenbeziehung zueinander aufweisen, resultiert ein Interferenzmuster aus der Überlagerung von erster 11 und zweiter Teilstrahlung 22. Abhängig von der Intensität der auf die Detektorelemente 6a, 6b treffenden Teilstrahlungen 11, 22 wird ein Signal von den Detektorelementen 6a, 6b an eine Regeleinheit 8 weitergeleitet. In Abhängigkeit von diesem Signal steuert die Regeleinheit 8 eine Position des Resonatorspiegels 32 in einer Richtung parallel zur optischen Achse O und/oder eine Temperatur des optischen Kristalls 9. Somit wird über die Regeleinheit 8 die optische Länge des Resonators 3 und damit auch die Wellenlänge der Primärstrahlung P eingestellt.Because the first partial radiation 11 and the second partial radiation 22 from the through the inner surface 4 transmitted primary radiation P are divided and have a stable phase relationship to each other, resulting in an interference pattern from the superposition of the first 11 and second partial radiation 22 , Depending on the intensity of the on the detector elements 6a . 6b meeting partial radiations 11 . 22 becomes a signal from the detector elements 6a . 6b to a control unit 8th forwarded. Depending on this signal, the control unit controls 8th a position of the resonator mirror 32 in a direction parallel to the optical axis O and / or a temperature of the optical crystal 9 , Thus, via the control unit 8th the optical length of the resonator 3 and thus also set the wavelength of the primary radiation P.

Die Effizienz der Frequenzumwandlung im optischen Kristall 9 ist stark abhängig von der Wellenlänge der umzuwandelnden Primärstrahlung P. Daher führen geringe Änderungen in der Wellenlänge der Primärstrahlung P zu merklichen Schwankungen der Intensität der Sekundärstrahlung S. Um eine stabile Ausgangsleistung bezüglich der Sekundärstrahlung S zu gewährleisten, ist daher die Wellenlänge der Primärstrahlung P zeitlich stabil zu halten. Schwankungen der Wellenlänge der Primärstrahlung P können durch thermomechanische oder thermooptische Effekte hervorgerufen werden und insbesondere zu plötzlichen spektralen Sprüngen, einem so genannten Modenhüpfen, führen.The efficiency of frequency conversion in the optical crystal 9 is strongly dependent on the wavelength of the primary radiation to be converted P. Therefore, small changes in the wavelength of the primary radiation P lead to significant fluctuations in the intensity of the secondary radiation S. To ensure a stable output power with respect to the secondary radiation S, therefore, the wavelength of the primary radiation P is stable over time to keep. Fluctuations in the wavelength of the primary radiation P can be caused by thermo-mechanical or thermo-optical effects and in particular lead to sudden spectral jumps, a so-called mode hopping.

In den 3 bis 7 ist eine beispielhafte Möglichkeit, in den 8 und 9 eine weitere beispielhafte Möglichkeit illustriert, über die Detektorelemente 6a, 6b ein von der Wellenlänge der Primärstrahlung P abhängiges Signal zu erhalten.In the 3 to 7 is an exemplary way in which 8th and 9 illustrates another exemplary possibility about the detector elements 6a . 6b to obtain a dependent of the wavelength of the primary radiation P signal.

In 3A ist auf eine Projektionsfläche ein Strahl mit einem in lateraler Richtung gaußförmigen Intensitätsprofil projiziert. In der Projektion erscheint das Strahlprofil als näherungsweise kreisförmig mit einer rotationssymmetrischen Intensitätsverteilung. In 3B ist das Interferenzmuster, das durch die Überlagerung zweier zueinander phasenstabiler Teilstrahlen resultiert, auf einer Projektionsfläche im optischen Fernfeld zu sehen. In lateraler Richtung sind deutlich abwechselnd helle und dunkle Bereiche des streifenförmigen Interferenzmusters zu erkennen.In 3A is projected onto a projection surface a beam with a Gaussian intensity profile in the lateral direction. In the projection, the beam profile appears as approximately circular with a rotationally symmetric intensity distribution. In 3B is the interference pattern, which results from the superposition of two mutually phase-stable partial beams, to see on a projection screen in the optical far field. In the lateral direction, light and dark areas of the strip-shaped interference pattern can be clearly seen alternately.

In 4 sind Simulationen des Fernfelds der Überlagerung aus erster Teilstrahlung 11 und zweiter Teilstrahlung 22 für verschiedene Dicken t des Faltungsspiegels 33 zu sehen, zum Beispiel für einen Halbleiterlaser 1 gemäß 2. In 4A beträgt die Dicke t des Faltungsspiegels 700 μm, in 4B 500 μm und in 4C 200 μm. Je geringer die Dicke t des Faltungsspiegels 33 ist, desto kleiner ist der Abstand d zwischen erster Teilstrahlung 11 und zweiter Teilstrahlung 22, und desto weiter sind benachbarte helle oder dunkle Streifen des Intensitätsmusters voneinander entfernt.In 4 are simulations of the far field of the superposition of the first partial radiation 11 and second partial radiation 22 for different thicknesses t of the folding mirror 33 to see, for example, for a semiconductor laser 1 according to 2 , In 4A the thickness t of the folding mirror is 700 μm, in 4B 500 μm and in 4C 200 μm. The smaller the thickness t of the folding mirror 33 is, the smaller is the distance d between the first partial radiation 11 and second partial radiation 22 , and so on, adjacent light or dark stripes of the intensity pattern are distant from each other.

Das Interferenzmuster resultiert daraus, dass erste Teilstrahlung 11 und zweite Teilstrahlung 22 nach Verlassen des Faltungsspiegels 33 eine Phasendifferenz Δφ zueinander aufweisen, die insbesondere von einer Zentralwellenlänge λ0 der Primärstrahlung P abhängt. Unter der Annahme, dass ein Brechungsindex der Umgebung des Faltungsspiegels 33 in etwa gleich 1 ist, wie im Falle von Luft, kann die Phasendifferenz Δφ über folgende Formel angegeben werden, wobei n dem optischen Brechungsindex des Faltungsspiegels 33 entspricht:

Figure 00240001
The interference pattern results from the fact that the first partial radiation 11 and second partial radiation 22 after leaving the folding mirror 33 have a phase difference Δφ to each other, which depends in particular on a central wavelength λ 0 of the primary radiation P. Assuming that a refractive index of the environment of the folding mirror 33 is approximately equal to 1, as in the case of air, the phase difference Δφ can be given by the following formula, where n is the optical refractive index of the folding mirror 33 corresponds to:
Figure 00240001

In den 5A bis 5F ist das Interferenzmuster im Fernfeld für verschiedene Werte der Zentralwellenlänge λ0 dargestellt. Gemäß 5A mit der Zentralwellenlänge λ0 = 1050,0 nm weist das Interferenzmuster einen zentralen Streifen mit großer Helligkeit auf, der beidseitig Streifen mit deutlich verminderter Helligkeit aufzeigt. Über die 5B und 5C hinweg ergibt sich schließlich in 5D das Interferenzmuster bei der Wellenlänge λ0 = 1051,5 nm, bei dem zwei zentrale, in etwa gleich helle Streifen nebeneinander liegen. Über 5E hin zur 5F bei der Zentralwellenlänge λ0 = 1052,5 nm ähnelt das Interferenzmuster wieder dem gemäß 5A. Das Interferenzmuster ist somit abhängig von der Zentralwellenlänge λ0.In the 5A to 5F the interference pattern is shown in the far field for different values of the central wavelength λ 0 . According to 5A with the central wavelength λ 0 = 1050.0 nm, the interference pattern has a central stripe with high brightness, which shows stripes with significantly reduced brightness on both sides. About the 5B and 5C finally results in 5D the interference pattern at the wavelength λ 0 = 1051.5 nm, in which two central, approximately equal stripes are adjacent. about 5E towards the 5F at the central wavelength λ 0 = 1052.5 nm, the interference pattern is again similar to that in FIG 5A , The interference pattern is thus dependent on the central wavelength λ 0 .

In 6 ist illustriert, wie die Detektorelemente 6a, 6b unterschiedliche, benachbarte Bereiche des Interferenzmusters detektieren. Lichtempfindliche Flächen der Detektorelemente 6a, 6b sind durch eine Umrahmung symbolisiert. Die Detektorelemente 6a, 6b messen eine Leistung Pa und Pb der Strahlung, die auf die lichtempfindlichen Flächen der Detektorelemente 6a, 6b fällt. Aus den gemessenen Leistungen Pa, Pb ist das Signal A berechenbar. Das Signal A ist zum Beispiel wie folgt definiert:

Figure 00250001
In 6 is illustrated how the detector elements 6a . 6b Detect different, adjacent areas of the interference pattern. Photosensitive surfaces of the detector elements 6a . 6b are symbolized by a frame. The detector elements 6a . 6b measure a power Pa and Pb of the radiation emitted on the photosensitive surfaces of the detector elements 6a . 6b falls. The signal A can be calculated from the measured powers Pa, Pb. The signal A is defined, for example, as follows:
Figure 00250001

Das Signal A, das sich in Abhängigkeit von der Zentralwellenlänge λ0 der Primärstrahlung P etwa gemäß den Interferenzmustern gemäß 5 ergibt, ist in 7 aufgetragen. Es ist eine deutliche, periodische Abhängigkeit des Signals A von der Zentralwellenlänge λ0 erkennbar. Eine Periodizität beziehungsweise Periodenlänge der Wellenlängenabhängigkeit des Signals A beträgt zirka 2,5 nm. Das heißt, in einem Spektralbereich, der in etwa einer halben Periodenlänge des Signals A entspricht, liegt ein eineindeutiger Zusammenhang zwischen der Zentralwellenlänge λ0 und der Größe des Signals A vor. Ist ein Sollwert der Zentralwellenlänge λ0 zum Beispiel 1051,75 nm, so kann im Spektralbereich zwischen zirka 1051,0 nm und 1052,3 nm über das Signal A und über die Regeleinheit 8 eindeutig auf die Zentralwellenlänge λ0 geregelt werden. Dass die Primärstrahlung P Wellenlängen außerhalb dieses Spektralbereichs annimmt, kann zum Beispiel über das wellenlängenselektive Element 10 unterbunden sein.The signal A, which depends on the central wavelength λ 0 of the primary radiation P approximately according to the interference patterns according to 5 results in is 7 applied. There is a clear, periodic dependence of the signal A from the central wavelength λ 0 recognizable. A periodicity or period length of the wavelength dependence of the signal A is approximately 2.5 nm. That is, in a spectral range which corresponds approximately to half a period length of the signal A, there is a one-to-one correspondence between the central wavelength λ 0 and the size of the signal A. , If a nominal value of the central wavelength λ 0 is, for example, 1051.75 nm, then in the spectral range between approximately 1051.0 nm and 1052.3 nm the signal A and the control unit can be used 8th be clearly controlled to the central wavelength λ 0 . For example, the fact that the primary radiation P assumes wavelengths outside this spectral range can be achieved via the wavelength-selective element 10 be prevented.

Zusammengefasst gelangt also dadurch, dass die Innenfläche 4 des Faltungsspiegels 33 keine 100-prozentige Reflektivität bezüglich der Primärstrahlung P aufweist, ein Teil der Primärstrahlung P in den Faltungsspiegel 33. Insbesondere durch die Beschichtung 7 ist es möglich, zwei in etwa intensitätsgleiche erste 11 und zweite Teilstrahlungen 22 zu erhalten, die in die gleiche Richtung verlaufen und miteinander interferieren können. Über das Interferenzmuster und das Signal A ist die Wellenlänge der Primärstrahlung P bestimmbar und damit auch nachregelbar, ohne dass ein zusätzlicher Teil der Primärstrahlung P aus dem Resonator 3 ausgekoppelt werden müsste.In summary, therefore, the fact that the inner surface 4 the folding mirror 33 has no 100 percent reflectivity with respect to the primary radiation P, a part of the primary radiation P in the folding mirror 33 , In particular through the coating 7 it is possible to have two approximately equal in intensity first 11 and second partial radiations 22 get in the same direction and can interfere with each other. About the interference pattern and the signal A, the wavelength of the primary radiation P can be determined and thus readjusted without an additional portion of the primary radiation P from the resonator 3 would have to be disconnected.

In 8 sind der Faltungsspiegel 33, die Detektorelemente 6a, 6b sowie der Verlauf der ersten 11 und der zweiten Teilstrahlung 22 illustriert. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Zentralwellenlänge λ0 der Primärstrahlung P besteht darin, dass die Beschichtung 7 eine von der Zentralwellenlänge λ0 abhängige Reflektivität R aufweist, vergleiche 9A. Die Beschichtung 7 bedeckt hierbei bevorzugt die gesamte Außenfläche 5 oder zumindest diejenigen Bereiche der Außenfläche 5, über die die erste 11 und die zweite Teilstrahlung 22 den Faltungsspiegel 33 verlassen.In 8th are the folding mirror 33 , the detector elements 6a . 6b as well as the course of the first 11 and the second partial radiation 22 illustrated. Another possibility for determining the central wavelength λ 0 of the primary radiation P is that the coating 7 has a dependent of the central wavelength λ 0 reflectivity R, cf. 9A , The coating 7 in this case preferably covers the entire outer surface 5 or at least those areas of the outer surface 5 about which the first 11 and the second partial radiation 22 the folding mirror 33 leave.

Weist der Faltungsspiegel 33 eine Dicke t von zirka 700 μm auf, so beträgt der Abstand d zwischen erster Teilstrahlung 11 und zweiter Teilstrahlung 22 bei einem Wert von 67,5° für den Einfallswinkel θ ungefähr 450 μm. Daraus folgt, dass auch die Detektorelemente 6a, 6b einen geringen Abstand zueinander haben und auf einem einzigen Chip anbringbar beziehungsweise in einem einzigen Chip gefertigt sein können. Dies senkt die Kosten für die Detektorelemente 6a, 6b und vereinfacht deren Justage. Zur Unterdrückung von Streustrahlung der Sekundärwellenlänge S kann sich vor den Detektorelementen 6a, 6b ein nicht gezeichneter Filter befinden, der nur bezüglich der Primärstrahlung P transmittierend wirkt.Indicates the folding mirror 33 a thickness t of about 700 microns, so is the distance d between the first partial radiation 11 and second partial radiation 22 at a value of 67.5 ° for the angle of incidence θ about 450 μm. It follows that also the detector elements 6a . 6b have a small distance from each other and can be mounted on a single chip or made in a single chip. This lowers the cost of the detector elements 6a . 6b and simplifies their adjustment. To suppress stray radiation of Se Kundärwellenlänge S may be in front of the detector elements 6a . 6b a not shown filter, which acts only with respect to the primary radiation P transmissive.

Eine Reflektivität R4 der Innenfläche 4 bezüglich der Pumpstrahlung P ist näherungsweise gleich 1. Ein Anteil P' der Primärstrahlung P, der aufgrund der nicht vollständigen Reflexion der Innenfläche 4 in den Faltungsspiegel 33 gelangt, wird in die erste Teilstrahlung 11 und die zweite Teilstrahlung 22 aufgeteilt. Der Anteil P' weist eine Strahlungsleistung P0 auf. Die Leistung P1 der ersten Teilstrahlung 11 kann dann angegeben werden als: Pa = P0·(1 – R) A reflectivity R4 of the inner surface 4 with respect to the pump radiation P is approximately equal to 1. A proportion P 'of the primary radiation P, due to the incomplete reflection of the inner surface 4 in the folding mirror 33 gets into the first partial radiation 11 and the second partial radiation 22 divided up. The proportion P 'has a radiation power P0. The power P1 of the first partial radiation 11 can then be specified as: Pa = P0 * (1-R)

Die Leistung P2 der zweiten Teilstrahlung 22 ergibt sich dann zu: Pb = P0·R·R4·(1 – R) The power P2 of the second partial radiation 22 then results in: Pb = P0 * R * R4 * (1-R)

Das Signal A ergibt sich, analog zu 7, aus dem Quotienten aus der Differenz und der Summe der auf die Detektorelemente 6a, 6b gelangenden Leistungen der ersten Teilstrahlung 11 und der zweiten Teilstrahlung 22:

Figure 00280001
The signal A results, analogous to 7 , from the quotient of the difference and the sum of the on the detector elements 6a . 6b achievements of the first partial radiation 11 and the second partial radiation 22 :
Figure 00280001

Unter Einsetzen der oben aufgeführten Terme für die Leistungen Pa, Pb ergibt sich daraus:

Figure 00280002
Using the above-mentioned terms for the powers Pa, Pb, the result is:
Figure 00280002

Mit der Näherung R4 = 1 ergibt sich dann:

Figure 00280003
The approximation R4 = 1 then yields:
Figure 00280003

In der Nähe eines Arbeitspunktes, entsprechend des Sollwertes der Zentralwellenlänge λ0, ergibt sich die Ableitung des Signals A nach der Wellenlänge λ wie folgt:

Figure 00280004
In the vicinity of an operating point, corresponding to the nominal value of the central wavelength λ 0 , the derivative of the signal A according to the wavelength λ results as follows:
Figure 00280004

Um einen Arbeitspunkt herum ist also die Änderung des Signals A proportional zum Negativen der Änderung der Reflektivität R, jeweils in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ. Das sich für die Änderung der Reflektivität R gemäß 9A ergebende Signal A ist in 9B in Abhängigkeit von der Zentralwellenlänge λ0 aufgetragen. Über den Spektralbereich zwischen zirka 1040 nm und zirka 1060 nm ist eine eineindeutige Zuordnung des Signals A zu einer Zentralwellenlänge λ0 gegeben.Around one operating point, therefore, the change in the signal A is proportional to the negative of the change in the reflectivity R, in each case as a function of the wavelength λ. This is for the change of the reflectivity R according to 9A resulting signal A is in 9B as a function of the central wavelength λ 0 . Over the spectral range between approximately 1040 nm and approximately 1060 nm, a one-to-one correspondence of the signal A to a central wavelength λ 0 is given.

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention described herein is not by the description the embodiment limited. Rather, the invention encompasses every new feature as well as every combination of features, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly in the patent claims or embodiments is specified.

Claims (15)

Wellenlängenstabilisierter Laser (1) mit – mindestens einem Lasermedium (2), das eine Primärstrahlung (P) emittiert, – einem gefalteten externen Resonator (3), der mindestens drei Resonatorspiegel (31, 32, 33) aufweist, von denen einer als Faltungsspiegel (33) gestaltet ist, wobei der Faltungsspiegel (33) eine dem Resonator (3) zugewandte Innenfläche (4) und eine vom Resonator (33) abgewandte Außenfläche (5) aufweist, und – mindestens zwei Detektorelementen (6), wobei – der Faltungsspiegel (33) dazu eingerichtet ist, eine erste Teilstrahlung (11) der Primärstrahlung (P) ohne Reflexion an der Außenfläche (5) und eine zweite Teilstrahlung (22) der Primärstrahlung (P) nach Reflexion sowohl an der Außenfläche (5) als auch an der Innenfläche (4) zu transmittieren, und – die erste Teilstrahlung (11) und die zweite Teilstrahlung (22) jeweils mindestens teilweise auf die Detektorelemente (6) gelenkt sind.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) with - at least one laser medium ( 2 ) emitting a primary radiation (P), - a folded external resonator ( 3 ), which has at least three resonator mirrors ( 31 . 32 . 33 ), one of which as a folding mirror ( 33 ), wherein the folding mirror ( 33 ) a resonator ( 3 ) facing inner surface ( 4 ) and one from the resonator ( 33 ) facing away from outer surface ( 5 ), and - at least two detector elements ( 6 ), where - the folding mirror ( 33 ) is adapted to a first partial radiation ( 11 ) of the primary radiation (P) without reflection on the outer surface ( 5 ) and a second partial radiation ( 22 ) of the primary radiation (P) after reflection both on the outer surface ( 5 ) as well as on the inner surface ( 4 ), and - the first partial radiation ( 11 ) and the second partial radiation ( 22 ) each at least partially on the detector elements ( 6 ) are directed. Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach Anspruch 1, bei dem ein Abstand (d) zwischen der ersten Teilstrahlung (11) und der zweiten Teilstrahlung (22) zwischen einschließlich 100 μm und 1 mm liegt.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to claim 1, wherein a distance (d) between the first partial radiation ( 11 ) and the second partial radiation ( 22 ) is between 100 μm and 1 mm inclusive. Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Faltungsspiegel (33) eine Dicke (t) zwischen einschließlich 100 μm und 2 mm aufweist.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the folding mirror ( 33 ) has a thickness (t) of between 100 μm and 2 mm inclusive. Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus der ersten Teilstrahlung (11) und aus der zweiten Teilstrahlung (22) ein Interferenzmuster gebildet ist, wobei die Detektorelemente (6) dazu eingerichtet sind, jeweils Teilbereiche des Interferenzmusters zu detektieren.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the first partial radiation ( 11 ) and from the second partial radiation ( 22 ) an interference pattern is formed, wherein the detector elements ( 6 ) are adapted to detect respective subregions of the interference pattern. Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf der Außenfläche (5) des Faltungsspiegels (33) eine Beschichtung (7) aufgebracht ist, die in einem Spektralbereich der Primärstrahlung (P) eine wellenlängenabhängige Reflektivität aufweist, wobei eines der Detektorelemente (6a) dazu eingerichtet ist, die erste Teilstrahlung (11) zu detektieren, und das andere der Detektorelemente (6b) dazu eingerichtet ist, die zweite Teilstrahlung (22) zu detektieren.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which on the outer surface ( 5 ) of the folding mirror ( 33 ) a coating ( 7 ), which has a wavelength-dependent reflectivity in a spectral range of the primary radiation (P), one of the detector elements ( 6a ) is adapted to the first partial radiation ( 11 ) and the other of the detector elements ( 6b ) to directed, the second partial radiation ( 22 ) to detect. Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Reflektivität der Beschichtung (7) bezüglich der Primärstrahlung (P) zwischen einschließlich 20% und 80% liegt.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to the preceding claim, in which the reflectivity of the coating ( 7 ) with respect to the primary radiation (P) between 20% and 80% inclusive. Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem weder die Primärstrahlung (P) noch die erste Teilstrahlung (11) noch die zweite Teilstrahlung (22) eine optische Gradientenplatte, ein Prisma oder ein Gitter durchlaufen.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which neither the primary radiation (P) nor the first partial radiation ( 11 ) nor the second partial radiation ( 22 ) pass through an optical gradient plate, a prism or a grid. Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mindestens eine Regeleinheit (8) umfasst, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit mindestens eines Signals der Detektorelemente (6) eine Wellenlänge der Primärstrahlung (P) zu regeln.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising at least one control unit ( 8th ), which is set up in response to at least one signal of the detector elements ( 6 ) to regulate a wavelength of the primary radiation (P). Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Regeleinheit (8) dazu eingerichtet ist, eine räumliche Position von mindestens einem der Resonatorspiegel (31, 32) zu regeln.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to the preceding claim, in which the control unit ( 8th ) is adapted to a spatial position of at least one of the resonator mirrors ( 31 . 32 ). Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der wenigstens einen optischen Kristall (9) im Resonator (3) aufweist, der zu einer zumindest teilweisen Frequenzkonversion der Primärstrahlung (P) in eine Sekundärstrahlung (S) eingerichtet ist, wobei die Wellenlänge der Primärstrahlung (P) im nahinfraroten Spektralbereich liegt.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising at least one optical crystal ( 9 ) in the resonator ( 3 ), which is set up for an at least partial frequency conversion of the primary radiation (P) into a secondary radiation (S), the wavelength of the primary radiation (P) being in the near-infrared spectral range. Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach dem vorhergehenden Anspruch und nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Regeleinheit (7) dazu eingerichtet ist, eine Temperatur des optischen Kristalls (9) zu regeln.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to the preceding claim and according to claim 8 or 9, in which the control unit ( 7 ) is adapted to a temperature of the optical crystal ( 9 ). Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sekundärstrahlung (S) über den Faltungsspiegel (33) aus dem Resonator ausgekoppelt ist und bei dem die Sekundärstrahlung (S) in eine andere Richtung verläuft als die erste (11) und die zweite Teilstrahlung (22).Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the secondary radiation (S) via the folding mirror ( 33 ) is coupled out of the resonator and in which the secondary radiation (S) in a different direction than the first ( 11 ) and the second partial radiation ( 22 ). Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Einfallwinkel (θ) der Primärstrahlung (P) auf dem Faltungsspiegel (33) zwischen einschließlich 40° und 75° beträgt.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which an angle of incidence (θ) of the primary radiation (P) on the folding mirror ( 33 ) between 40 ° and 75 ° inclusive. Wellenlängenstabilisierter Laser (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der wenigstens ein wellenlängenselektives Element (10) umfasst, das dazu eingerichtet ist, die Primärstrahlung (P) auf ein Wellenlängenintervall mit einer spektralen Breite von höchstens 4 nm einzuschränken.Wavelength-stabilized laser ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising at least one wavelength-selective element ( 10 ) arranged to restrict the primary radiation (P) to a wavelength interval having a spectral width of at most 4 nm. Verfahren zur Wellenlängenstabilisation eines Lasers (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein aus Messwerten der wenigstens zwei Detektorelemente (6) ermitteltes Signal zu einer Regelung einer optischen Länge des Resonators (3) verwendet wird.Method for wavelength stabilization of a laser ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein one of measured values of the at least two detector elements ( 6 ) determined signal to a regulation of an optical length of the resonator ( 3 ) is used.
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ZHMUD,A.:Differential Method of Diode Laser Wavelength Stabilization. In:Jpn J.Appl. Phys. Part 1,2001,Vol.40,No.10,S.5947-5948 $Fig.1-2$ *
ZHMUD,A.:Differential Method of Diode Laser Wavelength Stabilization. In:Jpn J.Appl. Phys. Part 1,2001,Vol.40,No.10,S.5947-5948 Fig.1-2

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