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DE4244689C2 - Festkörperlaser mit einem diodengepumpten isotropen Laserkristall - Google Patents

Festkörperlaser mit einem diodengepumpten isotropen Laserkristall

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörperlaser gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Festkörperlaser mit einem diodengepumpten Festkörperlaserkristall bekannt. So sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 40 32 323 A1 Laser bekannt, bei denen ein auf der Basis von doppelbrechenden Kristallen realisiertes Lyot-Filter in einem langen Laserresonator mit mehreren verstärkten Resona­ tormoden zur Selektion von longitudinalen Moden verwendet wird, so daß der Laser nur auf einer einzigen Frequenz emittiert.
Aus "Optics Letters", Vol. 14 No. 1, Jan. 1, 1989, S. 24-26, sowie aus der DE 40 39 455 A1 der Anmelderin sind gattungsgemäße Festkörper-Laser mit einem diodenge­ pumpten isotropen Festkörper-Laserkristall von hinreichender Kürze be­ kannt, wobei der Kristall an zumindest einem der beiden Laserspiegel po­ sitioniert ist, so daß sich nur eine einzige longitudinale Mode ausbil­ den kann. Hierbei muß der longitudinale Modenabstand des Resonators grö­ ßer als die halbe Verstärkungsbandbreite des Lasermediums sein.
In Siegman, "Lasers" - Univ. Science Books, California 1986, S. 57 und 466, sind Laser beschrieben, bei denen das obige Kriterium dadurch ent­ schärft ist, daß das Lasermedium in der Nähe eines Laserspiegels posi­ tioniert wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist durch die DE 41 01 521 A1 der Anmelderin bekannt geworden, dessen Mikrokristall- Laser auch auf Übergänge anschwingen kann, welche eine geringere Ver­ stärkung als andere Übergänge aufweist. Bei allen bekannten Ausfüh­ rungsformen treten jedoch Probleme mit der Wellenlängenstabilisierung besonders für Langzeiten auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laser der eingangs ge­ nannten Art mit doppelbrechendem Kristall im Resonator aufzuzeigen, bei dem über eine Differenzfrequenzmessung eine hochgenaue Temperaturbestimmung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge­ löst, in den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbei­ spiel erläutert. Die Figuren der Zeichnung ergänzen diese Erläuterungen. Es zeigen:
Fig. 1a ein Schemabild einer Ausführungsform, bei der ein undotierter Kristall mit einem laseraktiven Kristall optisch kontaktiert ist,
Fig. 1b ein Schemabild einer weiteren Ausführungsform, bei der eine thermische Isolationsschicht zwischen laseraktivem Kristall und doppelbrechendem Kristall angeordnet ist.
Wie in den Fig. 1a und 1b skizziert ist, wird hier ein undotierter und daher nicht laseraktiver und somit auch keine Absorption oder Emission aufweisender doppelbrechender Kristall 51 mit einem nicht doppelbrechen­ den, laseraktiven Kristall - beispielsweise Nd : YAG - kontaktiert. Ist der undotierte, doppelbrechende Kristall in thermischem Kontakt zum laseraktiven Kristall wie in Fig. 1a (z. B. durch optische Kontaktie­ rung), so ergibt sich ebenfalls ein df(T) zweier durch die Doppelbre­ chung frequenzaufgespaltener Moden in Abhängigkeit der temperaturbe­ stimmten Resonatorlänge und somit der Emissionswellenlänge λ(T).
Ist zwischen laseraktivem Kristall 52 und doppelbrechendem Kristall 51 eine thermische Isolationsschicht 53 mit vernachlässigbarer Wärmeausdeh­ nung eingebracht, so ändert sich zwar die Laser-Emissionswellenlänge so­ wohl bei Änderungen der Temperatur des Kristalles 51 als auch des Medi­ ums 52. Die Differenzfrequenz df(T) wird aber bis auf einen kaum merkli­ chen Effekt im wesentlichen nur durch die Temperatur am doppelbrechenden Kristall 51 bestimmt. Eine solche Anordnung ist somit gut geeignet, un­ abhängig von der Erwärmung des laseraktiven Mediums die Temperatur am doppelbrechenden Kristall bzw. einer damit in thermischem Kontakt ste­ henden Probe zu bestimmen. Durch Messung von df(T) können hier insbeson­ dere kleinste Temperaturänderungen am doppelbrechenden Kristall ohne systemimmanente Einflüsse gemessen werden. Der doppelbrechende Kristall wirkt hier nur passiv im Resonator, ist thermisch isoliert und absor­ biert praktisch keine Leistung. Eine solche Ausführungsform könnte als hochgenauer Temperatursensor Verwendung finden.

Claims (6)

1. Festkörperlaser mit einem diodengepumpten isotro­ pen Laserkristall von hinreichender Kürze, der an zumindest einem der beiden Laserspiegel positioniert ist und sich so Laserbetrieb auf einer longitudinalen Mode ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein doppelbrechendes Kristallmaterial mit dem isotropen laseraktiven Festkör­ permaterial so optisch kontaktiert wird, daß das doppelbrechende Material inner­ halb des Laserresonators positioniert und auf der einen Seite mit einem Laserspiegel beschichtet ist sowie auf der anderen Seite eine Antire­ flexionsschicht aufweist und die longitudinale Mode in zwei senkrecht zueinander polarisierte Frequenzkomponenten aufgespaltet wird, wodurch Laserstrahlung mit Polarisation parallel zweier senkrecht zueinander ste­ henden Kristallachsen simultan emittiert wird.
2. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserkristall in einem definierten Temperaturbereich ΔT um einen Ar­ beitspunkt T₀ thermisch stabilisiert wird, sowie die emittierte Laser­ strahlung auf einem nichtlinearen Element - beispielsweise einer Photo­ diode - so überlagert wird, daß eine Differenzfrequenz erzeugt wird und daraus ein Signal abgeleitet wird, welches der Differenz der beiden Laser­ wellenlängen proportional ist.
3. Festkörperlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kristallmaterialien thermisch isoliert miteinander optisch kontak­ tiert sind.
4. Festkörperlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kristallmaterialien in thermischem Kontakt zueinander stehen.
5. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus der Differenzfrequenz durch elektronische Schaltungs­ anordnungen eine Information über die vorhandene Temperatur am Ort des doppelbrechenden Mediums ableitbar ist.
6. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch Modulation der Temperatur die Abstimmbarkeit eines Zweiwellenlängen-Lasers durchführbar ist.
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