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
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Abstract
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:
In
den
Ein
Halbleiterlaserchip
Im
Halbleiterlaserchip
Zwischen
dem Halbleiterlaserchip
Zwischen
dem Faltungsspiegel
Die
Sekundärstrahlung
S, die im optischen Kristall
Zur
Steigerung der Stabilität
des Resonators
Die
Sekundärstrahlung
S gelangt durch die Innenfläche
Der
Halbleiterlaser
Dies
ist in
An
der Innenfläche
In
Da
die Innenfläche
Aus
der Primärstrahlung
P, die in Richtung vom Resonatorspiegel
Um
die Intensität
der Teilstrahlungen
In
Da
die Sekundärstrahlung
S in Richtung der weiteren Teilstrahlung
Da
die erste Teilstrahlung
Die
Effizienz der Frequenzumwandlung im optischen Kristall
In
den
In
In
Das
Interferenzmuster resultiert daraus, dass erste Teilstrahlung
In
den
In
Das
Signal A, das sich in Abhängigkeit
von der Zentralwellenlänge λ0 der
Primärstrahlung
P etwa gemäß den Interferenzmustern
gemäß
Zusammengefasst
gelangt also dadurch, dass die Innenfläche
In
Weist
der Faltungsspiegel
Eine
Reflektivität
R4 der Innenfläche
Die
Leistung P2 der zweiten Teilstrahlung
Das
Signal A ergibt sich, analog zu
Unter Einsetzen der oben aufgeführten Terme für die Leistungen Pa, Pb ergibt sich daraus: Using the above-mentioned terms for the powers Pa, Pb, the result is:
Mit der Näherung R4 = 1 ergibt sich dann: The approximation R4 = 1 then yields:
In der Nähe eines Arbeitspunktes, entsprechend des Sollwertes der Zentralwellenlänge λ0, ergibt sich die Ableitung des Signals A nach der Wellenlänge λ wie folgt: 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:
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
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)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE200810058002 DE102008058002A1 (en) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE200810058002 DE102008058002A1 (en) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102008058002A1 true DE102008058002A1 (en) | 2010-05-20 |
Family
ID=42105211
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE200810058002 Withdrawn DE102008058002A1 (en) | 2008-11-19 | 2008-11-19 | 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 |
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| Country | Link |
|---|---|
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-
2008
- 2008-11-19 DE DE200810058002 patent/DE102008058002A1/en not_active Withdrawn
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 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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Legal Events
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|---|---|---|---|
| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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