DE1572850C3 - Spiegelanordnung für optische Sender - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spiegelanordnung für optische Sender (Laser), deren Anregungsspiegelsystem aus einem elliptischen Spiegel und einem offenen Zylinderspiegel kleinen Durchmessers besteht, der sich längs des stimulierbaren Mediums erstreckt.

Bei optischen Sendern (Lasern) wird als Spiegelanordnung häufig ein als Rotationsellipsoid ausgebildeter Hohlspiegel verwendet. Dabei werden zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades und einer gleichförmigen Ausleuchtung des stimulierbaren Mediums bei einer solchen Anregungseinrichtung die Anregungslichtquelle und das stimulierbare Medium stabförmig ausgebildet und exfokal, genau in der Hauptachse des rotations-elliptischen Hohlspiegels ausgerichtet, angeordnet. Bei einer derartigen Spiegelanordnung ist jedoch die der Anregungslichtquelle zugekehrte Stirnseite des stabförmigen stimulierbaren Mediums im montierten Zustand nicht zugänglich. Dieser Umstand wirkt sich bei verschiedenen Anwendungen beispielsweise besonderen· Messungen, meßtechnischen Untersuchungen oder aber bei Erzeugung von Impulsen mit sehr hoher Spitzenleistung, bei denen die Resonatorspiegel an den Stirnseiten des stabförmigen stimulierbaren Mediums leicht zu Bruch gehen, störend aus. Störend kann sich dieser Umstand auch ganz allgemein bei der Anwendung einer solchen Hohlspiegelanordnung zur Ausleuchtung eines stabförmigen Absorbers durch eine stabförmige Anregungslichtquelle, auswirken.

In dem deutschen Gebrauchsmuster 1 879 666 ist u. a. eine rohrförmige Spiegelanordnung mit elliptischen Querschnitt beschrieben, in deren beiden Brennlinien eine stabförmige Anregungslichtquelle bzw. ein stabförmiges stimulierbares Medium angeordnet ist.

Da sich die Anregungslichtquelle und das stimulierbare Medium bis an die beiden Enden der dieses umhüllenden Spiegelanordnung erstrecken, sind diese auch im montierten Zustand leicht zugänglich.

Bei einer derartigen Anordnung wird jedoch infolge der Schattenwirkung der Anregungslichtquelle selbst der Ausleuchtungswirkungsgrad verringert. Außerdem führt die teilweise Selbstbestrahlung der Lichtquelle wegen Überhitzung zu einer Verkürzung ihrer Lebensdauer.

Dieselben Nachteile weist auch die in der deutschen Auslegeschrift 1 194 978 beschriebene Spiegelanordnung auf, die aus mehreren Paraboloid- und sphärischen Reflektoren besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen optischen Sender (Laser) der vorstehend genannten Art eine Spiegelanordnung mit hohem Wirkungsgrad anzugeben, durch die eine beiderseitige Zugänglichkeit des stabförmigen stimulierbaren Mediums in einfacher Weise erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der elliptische Spiegel als ein sich gegen die große Hauptachse, die zugleich Rotationsachse ist, sich öffnendes Rotationsellipsoid mit sektorförmigem Querschnitt ausgebildet ist, dem jeweils zwischen Scheitel und Fokus sich erstreckende offene Zylinderspiegel für das stabförmige stimulierbare Medium und die Anregungslichtquelle gegenüberstehen, derart, daß allen Spiegeln die Rotationsachse gemeinsam ist und gemeinsame durch die Rotationsachse verlaufende Schnittebenen die Spiegel begrenzen, so daß die öffnungswinkel von Ellipsoid und Zylinder sich zu 2 π ergänzen.

Durch diese Maßnahmen erhält man eine sehr raumsparende optische Anordnung, bei der das innerhalb des Spiegelsystems angeordnete stabförmige stimulierbare Medium eine gute Zugänglichkeit hinsichtlich beider Stirnseiten gewährleistet und die sich in besonderem Maße für die schattenlose Ausleuchtung von dünnen Stäben des stimulierbaren Mediums eignet. Der gegenüber einem Vollellipsoid auftretende Lichtverlust wird durch den das stimulierbare Medium konzentrisch umgebenden teilzylindrischen Spiegel weitestgehend ausgeglichen. Der teilzylindrische Spiegel bildet das stimulierbare Medium nämlich näherungsweise auf sich selbst ab.

Eine weitere Verbesserung bezüglich der Lichtausnutzung wird ferner dadurch erreicht, daß auch die Anregungslichtquelle auf der dem rotationselliptischen Teilspiegel gegenüberliegenden Seite konzentrisch von einem teilzylindrischen Spiegel umgeben ist, dessen Radius beträchtlich kleiner als die kleine Achse des rotations-elliptischen Teilspiegels ist.

Bei dem optischen Sender ist das stimulierbare Medium auf der der Lichtquelle benachbarten Stirnseite vorteilhafterweise mit einer Brewsterschen Stirnfläche versehen. Die Brewstersche Stirnfläche hat nämlich die Eigenschaft, daß der in der Stabachse ausgerichtete Laserstrahl hier beim Austritt aus dem Stab schräg nach unten durch Brechung abgelenkt wird, so daß der auf dieser Seite des Stabes anzubrin-

gende Resonatorspiegel unterhalb und damit außerhalb des Spiegelsystems in einfachster Weise angeordnet werden kann.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Spiegelanordnung durch ebene spiegelnde oder nicht spiegelnde ebene Flächen in den Schnittebenen zu einem im wesentlichen geschlossenen Gehäuse ergänzt ist. Auf diese Weise wird praktisch eine räumliche geschlossene Spiegelanordnung verwirklicht, die gleichwohl eine gute Zugänglichkeit mindestens zum stabförmigen stimulierbaren Medium, und zwar von beiden Seiten gewährleistet.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. la und 1 b ein optisches Anregungssystem, bei dem der rotationselliptische Teilspiegel und die teilzylindrischen Spiegel jeweils einen öffnungswinkel von π aufweisen, in perspektivischer Darstellung und im Querschnitt,

F i g. 2 und 3 zwei optische Anordnungen mit von π abweichendem öffnungswinkel der Spiegel, im Querschnitt und

Fig. 4 eine optische Anordnung mit außerhalb angeordneten Resonatorspiegeln im Längschnitt. as

Bei dem in Fig. 1 dargestellten optischen Anregungssystem ist das Spiegelsystem ein im Hauptachsenschnitt halbiertes Rotationsellipsoid 1, in dessen die Rotationsachse darstellender Hauptachse das stabförmige stimulierbare Medium 2 und die Anregungslichtquelle 3 exfokal angeordnet sind. Das stabförmige stimulierbare Medium 2 sowie die Anregungslichtquelle 3 sind auf der dem rotationselliptischen Teilspiegel gegenüberliegenden Seite jeweils konzentrisch von einem Halbzylinderspiegel 4 bzw. 5 umgeben, welcher das stabförmige stimulierbare Medium 2 bzw. die Anregungslichtquelle 3 auf sich selbst abbildet Der Radius der Halbzylinderspiegel 4, S ist wesentlich kleiner als die kleine Achse des rotationselliptischen Teilspiegels 1.

F i g. 2 und 3 zeigen im Querschnitt zwei optische Spiegelanordnungen, bei denen der sich von einem Scheitel zum anderen Scheitel erstreckende rotationselliptische Teilspiegel 21,31 einen öffnungswinkel α kleiner bzw. größer als π aufweist. Der öffnungswinkel der teiizylindrischen Spiegel 24, 25 bzw. 34, 35, die sowohl das stimulierbare Medium 22,32 als auch die Anregungslichtquelle 23, 33 umhüllen, bildet die Differenz vom öffnungswinkel des rotationselliptischen Teilspiegels zum Vollspiegel, d. h. zum Winkel 2 π, und ist im ersten Beispiel der Fig. 2 um den Betrag, den der öffnungswinkel des rotationselliptischen Teilspiegels von π abweicht größer und im zweiten Beispiel der Fig. 3 um den von π abweichenden Betrag kleiner als bei einem Halbzylinder.
Die optische Anordnung nach Fig. 4 weist ein Spiegelsystem gemäß dem in F i g. 1 auf, d. h. ein im Hauptachsenschnitt halbiertes Rotationsellipsoid 41. In der Hauptsache sind exfokal das stimulierbare Medium 42 und die Anregungslichtquelle 43 angeordnet. Die das stimulierbare Medium 42 und die Anregungslichtquelle 43 konzentrisch umgebenden teilzylindrischen Spiegel sind in der Figur nicht dargestellt. Die der Anregungslichtquelle 43 zugekehrte Stirnseite des stimulierbaren Mediums 42 ist mit einer Brewsterschen Stirnfläche versehen. Die Brewstersche Stirnfläche ist räumlich gesehen so an das stimulierbare Medium angeschnitten, daß der im Stab sich ausbildende in der Stabachse verlaufende Laserstrahl beim Austritt aus der Brewsterschen Stirnfläche durch Brechung schräg nach unten aus dem Spiegelsystem heraus ausgelenkt wird. Unterhalb der Schnittebene des Ellipsoidhalbspiegels 41 ist ein ebener Spiegel 46 schräg zur Schnittebene angeordnet, von dem aus die aus der Brewsterschen Stirnfläche austretende Strahlung in sich reflektiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Spiegelanordnung für optische Sender (Laser), deren Anregungsspiegelsystem aus einem elliptischen Spiegel und einem offenen Zylinderspiegel kleinen Durchmessers besteht, der sich längs des stimulierbaren Mediums erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der elliptische Spiegel (1) als ein sich gegen die große Hauptachse, die zugleich Rotationsachse ist, sich öffnendes Rotationsellipsoid mit sektorförmigem Querschnitt ausgebildet ist, dem jeweils zwischen Scheitel und Fokus sich erstreckende offene Zylinderspiegel (4, 5) für das stabförmige stimulierbare Medium (2) und die Anregungslichtquelle (3) gegenüberstehen, derart, daß allen Spiegeln die Rotationsachse gemeinsam ist und gemeinsame durch die Rotationsachse verlaufende Schnittebenen die Spiegel begrenzen, so daß die öffnungswinkel von Ellipsoid und Zylinder sich ao zu 2 π ergnäzen.

2. Spiegelanordnung nach Anspruch 1, bei der das stabförmige stimulierbare Medium durch stirnseitige Spiegel zu einem optischen Resonator ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das stimulierbare Medium (42) auf der der Anregungslichtquelle (43) benachbarten Stirnseite mit einer Brewsterschen Stirnfläche versehen ist und daß dieser innere Spiegel (46) des optischen Resonators außerhalb des elliptischen Spiegels (41) angeordnet ist.

3. Spiegelanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelsystem durch ebene spiegelnde oder nicht spiegelnde ebene Flächen in den Schnittebenen zu einem im wesentlichen geschlossenen Gehäuse ergänzt ist.