DE69620126T2

DE69620126T2 - Verfahren zur Wellenlängenselektion in einem abstimmbaren Laser und Laseroszillator mit wählbarer Wellenlänge in einem abstimmbaren Laser

Info

Publication number: DE69620126T2
Application number: DE69620126T
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Akagawa; Hideo Tashiro; Satoshi Wada
Original assignee: RIKEN
Current assignee: RIKEN
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: DE69620126D1; JP3421184B2; EP0780936A3; EP0780936A2; EP0780936B1; JPH09172215A; US5835512A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wellenlängenselektion in einem abstimmbaren Laser und einem Laseroszillator mit wählbarer Wellenlänge in einem durchstimmbaren Laser, und insbesondere auf ein Verfahren zur Wellenlängenselektion und einen Laseroszillator mit wählbarer Wellenlänge, bei denen eine Laseroszillationswellenlänge mit Hilfe einer elektrischen Vorrichtung mit hoher Durchfahrrate und in einer sehr zuverlässigen Art und Weise in einem durchstimmbaren Laser gesteuert werden kann.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Als Wellenlängen durchstimmbarer Laser werden feste Laser, bei denen ein Kristall, wie z. B. Ti: Al&sub2;O&sub3; (Titansaphir) u. ä., als Lasermedium verwendet, und flüssige Laser, bei denen eine Farbstofflösung u. ä. als ein Lasermedium verwendet werden, werden weithin eingesetzt:
Als Wellenlängenselektionsverfahren für Laseroszillation bei einer erwünschten Wellenlänge in einem wie oben beschriebene Wellenlängen durchstimmbare Laser wurde bis jetzt z. B. ein Wellenlängenselektionsverfahren verwendet, bei dem ein Beugungsgitter, eine doppelbrechende Platte o. ä. in einem Laserresonator angeordnet werden, welcher ein Wellenlängen durchstimmbares Lasermedium aufweist, wobei solch ein Beugungsgitter, eine doppelbrechende Platte, o. ä. wie oben beschrieben, mechanisch gedreht werden, wobei nur die Lichtstrahlen mit einer erwünschten Wellenlänge aus den vom Wellenlängen durchstimmbaren Lasermedium ausgegebenen Lichtstrahlen aussortiert werden, und es den derartig aussortierten Lichtstrahlen ermöglicht wird, innerhalb des Wellenlängen durchstimmbaren Laserresonators gespiegelt zu werden, um anzuwachsen und dadurch Laseroszillation zu starten, so dass nur die Laserlichtstrahlen mit einer erwünschten Wellenlänge vom Laserresonator ausgegeben werden.
Jedoch gab es im Fall, dass solch ein wie oben beschriebenes herkömmliches Wellenlängenselektionsverfahren verwendet wurde, Probleme dabei, dass es sich als schwierig erwies, eine Wellenlängendurchstimmgeschwindigkeit zu erhöhen, und dass Wellenlängen nur in einer einzigen Richtung durchgestimmt werden konnten, um die Präzision in der Wellenlängewiedergabe zu erhöhen, da ein Beugungsgitter, eine doppelbrechende Platte o. ä. mechanisch rotiert wurden.
Als ein Mittel, um solche wie oben beschriebe Probleme zu lösen, wurde durch Taylor et al. (Referenzliteratur: APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol. 19, Nr. 8, 15. Oktober 1971, Seiten 269-271 "Electronic Tuning of Dye Laser using the Acousto-Optic Filter", D. J. Taylor, S. E. Harris, S. T. K. Nieh und T. W. Hansch) ein elektrisches Wellenlängendurchstimmverfahren eines gepulsten Farbstofflasers vorgeschlagen.
Das elektrische Wellenlängendurchstimmverfahren eines gepulsten Farbstofflasers, das von Taylor et al. vorgeschlagen wurde, ist ein solches, bei dem ein CaMoO&sub4; Kristall in eine Farbstofflösung eingebracht wird, welche ein Lasermedium darstellt, in den Ca- MoO&sub4; Kristall akustische Wellen eingegeben werden, und ein Resonator durch Lichtstrahlkomponenten gebildet wird, die mit den akustischen Wellen wechselwirken und dadurch eine Laserschwingungswellenlänge durchstimmbar machen.
Jedoch weist die elektrische Wellenlängendurchstimmmethode des von Taylor et al. vorgeschlagenen gepulsten Farbstofflasers die folgenden Probleme auf.
(1) Ein Wellenlängenbereich, der mit diesen Verfahren durchstimmbar ist, ist schmal.
(2) Ein komplizierter Aufbau ist erforderlich, um einen Farbstoff in ein System mit einem Kristall zu integrieren.
(3) Ein spezieller CaMoO&sub4; Kristall ist erforderlich.
(4) Ein Unterschied zwischen den Lichtstrahlkomponenten, welche wechselwirken und denen, welche nicht wechselwirken, entsteht aufgrund der Drehung der Polarisationsebene, so dass deren Trennung nicht leicht ist.
ISAENKO YU ZH ET AL, KVANTOAYA ELEKTRONIKA, MOSKVA, UdSSR, Oktober 1988, Vol. 15, Nr. 10, ISSN 0368-7147, Seiten 2009-2010, und KUSTERS ET AL, JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA, April 1974, Vol. 64, Nr. 4, Seiten 434-440, beschreiben jeweils ein Verfahren zur Wellenlängenselektion und einen Wellenlängen durchstimmbaren Laseroszillator mit einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser in Analogie mit den Ansprüchen 1 bzw. 4.

AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der mit dem Stand der Technik auftretenden Probleme gemacht. Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wellenlängenselektionsverfahren in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser gemäß Anspruch 1, und einen wellenlängenselektiven Laseroszillator in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser gemäß Anspruch 4 bereitzustellen, wobei eine Laserwellenlänge elektrisch gesteuert wird, um es zu ermöglichen, dass die Wellenlänge mit hoher Geschwindigkeit durchgestimmt werden kann, wobei eine Miniaturisierung der gesamten Vorrichtung beabsichtigt ist, und nebenbei eine stabile Wellenlängenselektion durch Verwendung eines akustooptischen Kristalls realisiert werden kann. Solche Kristalle sind weit verbreitet und weisen eine hohe Zuverlässigkeit als eine unabhängige Komponente, ohne dass irgendeine mechanisch bewegbare Vorrichtung, wie z. B. ein rotierender Mechanismus o. ä. auftreten.
Um diese Aufgabe zu lösen, wurden das Wellenlängenselektionsverfahren in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser und ein wellenlängenselektiver Laseroszillator in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser gemäß der vorliegenden Erfindung von einem ganz anderen Standpunkt aus realisiert, als dies herkömmlicherweise der Fall ist, wobei ein gewöhnliches Beugungsgitter, eine doppelbrechende Platte, o. ä. verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wurde nämlich mit Zielrichtung dahin gemacht, dass wenn akustische Wellen in einem akustooptischen Kristall wie einen TeO&sub2; Kristall o. ä. mit doppelbrechenden Charakteristiken erzeugt werden, eine Polarisationsebene der gebeugten Lichtstrahlen mit einer speziellen Wellenlänge in Response auf eine Frequenz der akustischen Wellen unter den in den Kristall eingegebenen Lichtstrahlen nicht nur orthogonal bezüglich der Polarisationsebene der nicht gebeugten Lichtstrahlen liegt, sondern auch ein Ausgabewinkel der gebeugten Lichtstrahlen abgelenkt wird und sich deutlich von dem der nicht gebeugten Lichtstrahlen unterscheidet.
Fig. 1 ist ein konzeptionelles Diagramm, welches die Wellenlängenselektion zeigt, bei der eine polarisierende Wirkung der Lichtstrahlen mit einer speziellen Wellenlänge gezeigt wird, welche aus den akustischen Wellen abgeleitet wird, bei der gegebene Lichtstrahlen 102, die eine Wellenlänge λi und eine Winkelfrequenz ωi aufweisen, in einen akustooptischen Kristall 100 mit doppelbrechenden Eigenschaften eingegeben werden. Ferner werden gebeugte Lichtstrahlen 106 erhalten, wenn akustische Wellen 104 mit einer Frequenz ωa in einen akustooptischen Kristall 100 angelegt werden.
Wenn ein total reflektierender Spiegel 110 und ein Spiegel mit einer vorgegebenen Durchlässigkeit auf der Ausgangsseite 112 angebracht sind, wie z. B. in Fig. 2 bezüglich der gebeugten Lichtstrahlen 106, welche eine Lichtstrahlkomponente darstellen, die durch den oben beschriebenen akustooptischen Kristall 100 gebeugt wurden, wird ein Laserresonator gebildet, bei dem die gebeugten Lichtstrahlen zwischen einen total reflektierenden Spiegel 111 und dem Ausgangsspiegel 112 hin- und herläuft.
In diesem Fall wird eine Wellenlänge der gebeugten Lichtstrahlen 106 in Abhängigkeit von einer Wellenlänge der akustischen Wellen 104 festgelegt, welche in dem akustooptischen Kristall 100 erzeugt wurden, so dass z. B. ein piezoelektrisches Element, welches durch eine RF Leistungsquelle, die an den akustooptischen Kristall 100 angebracht ist, angetrieben wird. Wenn das piezoelektrische Element durch die RF Leistungsquelle betrieben wird, um eine Verzerrung im piezoelektrischen Element zu erzeugen, wird durchstimmbare Steuerung der Laserwellenlänge möglich, indem eine Frequenz der RF Leistungsquelle gesteuert wird, in dem Fall, in dem die akustischen Wellen 104 die Frequenz in Response auf die Verzerrung aufweisen, welche in den akustooptischen Kristall 100 eingegeben wird.
Da darüber hinaus die Beugungseffizienz für die gebeugten Lichtstrahlen 106 durch die akustische Wellenenergie bestimmt wird, wird der Verlust im Laserresonator gesteuert, wenn die Eingangsintensität der RF Leistungsquelle gesteuert wird. Als Ergebnis wird eine durchstimmbare Steuerung eines Laserausgangs möglich.
Jedoch ist ein Beugungswinkel α 109 nicht vollständig konstant bezüglich der Wellenlänge der gebeugten Lichtstrahlen 106, so dass ein Wellenlängenbereich, in dem der Laserresonator mit Hilfe von vertikaler Reflexion durch den total reflektierenden Spiegel 110 gebildet wird, bezüglich der gebeugten Lichtstrahlen 106 schmal ist. Somit muss ein Konfigurationswinkel des total reflektierenden Spiegels 112 Stück für Stück angepasst werden, um Laserschwingung in einem breiten Wellenlängenbereich zu ermöglichen.
Folglich besteht eine Gefahr dahingehend, dass die Anpassungsoperation von einem praktischen Standpunkt kompliziert wird. Aus diesem Grund ist es erforderlich, Abweichung des Beugungswinkels α 109 durch die Verwendung von irgendwelchen Mitteln zu korrigieren, um einen durchstimmbaren Wellenlängenbereich aufzuweiten, ohne den Konfigurationswinkel des total reflektierenden Spiegels 110 zu ändern.
Als ein Mittel zum Korrigieren von Abweichungen vom Beugungswinkel α 109, kann z. B. ein optisches Element verwendet werden, welches eine Wellenlänge der Lichtstrahlen dispergiert, z. B. kann ein Dreikantprisma auf solche Weise verwendet werden, dass Lichtstrahlen mit Wellenlängen λ1, λ2 und einem Ablenkwinkel Δα sich nach dem Durchgang durch das Dreikantprisma im Wesentlichen parallel ausbreiten. Folglich wird es möglich, die gebeugten Lichtstrahlen 106 auf den total reflektierenden Spiegel 110 immer in vertikaler Richtung einzugeben, so dass ein Laserresonator für einen breiten Wellenlängenbereich gebildet werden kann.
Wenn eine Gefahr in der Richtung besteht, dass die Ausgangsintensität des Lasers zunimmt, so dass der akustooptische Kristall 100 im Laserresonator optisch zerstört werden kann (z. B. ist im Falle eines TeO&sub2; Kristalls, der als akustooptischer Kristall verwendet wird, ein Schwellwert für eine Kristallbeschädigung des TeO&sub2; Kristalls kleiner als für den Laserkristall oder von optischen Teilen, so dass der vorher genannte Kristall leicht zerstört werden kann), eine Vorrichtung zur Aufweitung des Laserstrahls, wie z. B. ein Teleskop zur Aufweitung des Strahldurchmessers, die in den akustooptischen Kristall 100 im Laserresonator 100 eingebracht ist, wodurch eine Möglichkeit des Zerstörens des akustooptischen Kristalls 100 reduziert werden kann.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die vorliegende Erfindung wird näher in Bezug auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die dazugehörigen Figuren beschrieben, wobei diese aber lediglich der Veranschaulich dienen und die vorliegende Erfindung nicht einschränken sollen. Diese Figuren zeigen:
Fig. 1 ist ein konzeptionelles Diagramm, welches eine Wellenlängenselektion zeigt, wobei eine Beugungswirkung von Lichtstrahlen mit speziellen Wellenlängen aufgrund der akustischen Wellen verwendet wird;
Fig. 2 ist ein erklärendes Diagramm, welches eine schematische Zusammenstellung eines Wellenlängen selektiven Laseroszillators in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser zum Ausführen einer Wellenlängenselektion im Wellenlängen durchstimmbaren Laser darstellt, was nützlich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ist ein erklärendes Diagramm, das eine schematische Aufstellung eines wellenlängenauswählbaren Laseroszillators in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser zum Durchführen einer Wellenlängenselektion im Wellenlängen durchstimmbaren Laser gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 ist ein erklärendes Diagramm, das eine schematische Aufstellung eines wellenlängenauswählbaren Laseroszillators in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser zum Durchführen einer Wellenlängenselektion im Wellenlängen durchstimmbaren Laser gemäß einer zweiten der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 ist eine grafische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen dem Ausgang des ausgegebenen Laserstrahls und dessen Wellenlänge darstellt, in dem Fall, in dem die Frequenz einer RF Leistungsquelle im Experiment variiert wird, wobei der Laseroszillator verwendet wird, der in Fig. 2 gezeigt ist;
Fig. 6 ist eine grafische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen dem Ausgang des ausgegebenen Laserstrahls und dessen Wellenlänge darstellt, in dem Fall, in dem die Frequenz einer RF Leistungsquelle im Experiment variiert wird, wobei der Laseroszillator verwendet wird, der in der zweiten Ausführungsform gezeigt ist;
Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, welche eine Beziehung zwischen dem Ausgang des ausgegebenen Laserstrahls und dessen Wellenlänge darstellt, in dem Fall, in dem die Frequenz einer RF Leistungsquelle im Experiment variiert wird, wobei der Laseroszillator verwendet wird, der in der ersten Ausführungsform gezeigt ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Ausführungsformen für das Verfahren zur Wellenlängenselektion und einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser und der Wellenlängen selektive Laseroszillator in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Detail nachfolgend auf Grundlage der begleitenden Figuren beschrieben.
Fig. 2 ist ein der Erläuterung dienendes Diagramm, welches eine schematische Konstitution eines Wellenlängen selektiven Laseroszillators (nachfolgend kurz als "Laseroszillator" bezeichnet) in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser zum Durchführen eines Verfahrens zur Wellenlängenselektion in dem Wellenlängen durchstimmbaren Laser gemäß einem Beispiel zeigt, welches nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Es muss angemerkt werden, dass die gleichen konstitutionellen Komponenten, wie in Fig. 1 gezeigt, zur Vereinfachung des Verständnisses in Fig. 2 durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 auch dargestellt.
Im in Fig. 2 gezeigten Laseroszillator wird ein Laserresonator durch einen Spiegel; der eine vorgeschriebene Durchlässigkeit auf der Ausgangsseite 112 aufweist, und durch einen total reflektierenden Spiegel 110 gebildet.
Im Laserresonator sind ein Ti : Al&sub2;O&sub3; Laserkristall 14 und ein akustooptischer Kristall 100 in dieser Reihenfolge entlang der Richtung eingebracht, die sich von der Seite des Spiegels auf der Ausgangsseite 112 zu der Seite des total reflektierenden Spiegels 110 erstreckt, und stellen den Wellenlängen durchstimmbaren Laser und den Kristall zur Auswahl (Selektion) der Wellenlänge dar.
An dem akustooptischen Kristall 100 ist ein piezoelektrisches Element 22 angebracht, das durch eine RF Leistungsquelle 20 betrieben wird, und stellt die Eingabevorrichtung für die akustische Welle dar. Wenn daher das piezoelektrische Element 22 durch die RF Leistungsquelle 20 betrieben wird, um eine Verzerrung des piezoelektrischen Elementes 22 zu erzeugen, werden akustische Wellen mit einer Frequenz entsprechend der dadurch erzeugten Verzerrung in den akustooptischen Kristall 100 auf Grundlage der vorgenannten Verzerrung des piezoelektrischen Elements 22 eingegeben.
Ferner ist der total reflektierende Spiegel 110 so ausgebildet, dass er nur die gebeugten Lichtstrahlen 106, die in der vorgeschriebenen Richtung durch den akustooptischen Kristall 110 gebeugt werden, reflektiert werden.
Das piezoelektrische Element 22 ist so ausgebildet, dass in den akustooptischen Kristall 100 akustische Wellen auf solche Weise eingegeben werden, dass nur die Lichtstrahlen gebeugt werden, die eine Wellenlänge des ausgehenden Laserstrahls aufweisen, die durch den Ausgangsspiegel 112 ausgegeben werden soll.
In der oben beschriebenen Konfiguration werden die zweiten höheren Harmonischen eines Nd : YAG Lasers als Anregungslaserstrahl 24 verwendet, um den Ti : Al&sub2;O&sub3; Laserkristall 14 anzuregen. Basierend auf dem oben beschriebenen Prinzip wird darüber hinaus eine Frequenz der RF Leistungsquelle 20 in Response auf eine Wellenlänge des Ausgangslaserstrahls gesteuert, welche am Ausgangsspiegel 112 ausgegeben werden soll, um das piezoelektrische Element 22 zu betreiben.
Wenn die Komponenten wie oben beschreiben angeordnet sind, so werden die ausgegebenen Lichtstrahlen, die eine Wellenlänge in Response auf die Frequenz der RF Leistungsquelle 20 haben, in einer vorbeschriebenen Richtung gebeugt, um aus dem akustooptischen Kristall 100 als die gebeugten Lichtstrahlen 106 unter ausgegebenen Lichtstrahlen ausgegeben zu werden, welche einen weiten Bereich einer Wellenlängenzone aus dem Ti : Al&sub2;O&sub3; Laserkristall 14, welche in den akustooptischen Kristall 100 eingegeben wurden. Als ein Ergebnis werden nur die gebeugten Lichtstrahlen 106, welche durch den akustooptischen Kristall 100 ausgegeben wurden und in einer vorbestimmten Richtung gebeugt wurden, durch den total reflektierenden Spiegel 111 reflektiert, um im Laserresonator hin- und herzulaufen.
Somit werden nur die Lichtstrahlen in Response zur Frequenz der RF Leistungsquelle 20 verstärkt, um Laseroszillation zu erzeugen, wobei nur der Ausgangslaserstrahl mit eben dieser frequenz vom Laseroszillator ausgegeben werden kann.
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Aufbau des Laseroszillators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt, wobei zum Zwecke eines bessern Verständnisses in Fig. 3 die gleichen Bestandteile, wie die in Fig. 1 und 2 gezeigten, durch die selben Referenzzeichen repräsentiert werden.
Auch im Laseroszillator gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Laserresonator durch einen Ausgangsspiegel 112 mit vorgegebener Durchlässigkeit und einem total reflektierenden Spiegel 110 auf die gleiche Weise, wie bei dem Laseroszillator des vorhergehenden Beispiels, gebildet.
In dem Laserresonator sind ein Ti : Al&sub2;O&sub3; Laserkristall 14, ein akustooptischer Kristall 100, und ein Prisma zur Korrektur von gebeugten Lichtstrahlen 28 in dieser Reihenfolge in der Richtung von der Seite des Ausgangsspiegels 112 zur Seite des total reflektierenden Spiegels 110 vorgesehen.
Das Prisma zur Korrektur der gebeugten Lichtstrahlen 28 ist so ausgebildet, dass es die vom akustooptischen Kristall ausgegebenen gebeugten Lichtstrahlen 106 unabhängig von der Wellenlänge immer in eine konstante Richtung ausgibt, und der total reflektierende Spiegel 110 ist so ausgebildet, dass er die Lichtstrahlen reflektiert, die durch das Prisma zur Korrektur der gebeugten Lichtstrahlen 28 ausgegeben werden.
Auf die gleiche Weise wie beim oben beschriebenen Beispiel, ist ein piezoelektrisches Element 22 so ausgebildet, dass in den akustooptischen Kristall 100 akustische Wellen auf solche Weise eingegeben werden, dass nur die Lichtstrahlen gebeugt werden, die eine Wellenlänge des ausgehenden Laserstrahls aufweisen, die durch den Ausgangsspiegel 112 ausgegeben werden soll.
In der oben beschriebenen Anordnung werden die zweiten Harmonischen eines Nd : YAG Lasers als Anregungslaserstrahl 24 verwendet, um den Ti : Al&sub2;O&sub3; Laserkristall 14 anzuregen. Ferner wird auf Grundlage des oben beschriebenen Prinzips eine Frequenz einer RF Leistungsquelle 20 in Response auf eine gegebene Wellenlänge des Lasers gesteuert, welche so eingestellt ist, dass er durch Steuerung des piezoelektrischen Elements 22 durch den Ausgangsspiegel 112 ausgibt.
Wenn die Komponenten wie oben beschrieben angeordnet sind, so werden die ausgegebenen Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge in Response auf die Frequenz der RF Leistungsquelle 20 in eine vorgegebene Richtung gebeugt, um von dem akustooptischen Kristall 100 als die gebeugten Lichtstrahlen 106 unter den von dem Ti : Al&sub2;O&sub3; Laserkristall 14 über einen weiten Wellenlängenzonenbereich ausgegebenen Lichtstrahlen ausgegeben zu werden, welche in den akustooptischen Kristall 100 eingegeben wurden. Ferner werden die gebeugten Lichtstrahlen 106, die in eine vorgegebene Richtung gebeugt und durch den akustooptischen Kristall 100 ausgegeben wurden, in das Prisma eingegeben, um die gebeugten Lichtstrahlen 28 zu korrigieren und in eine feste Richtung ausgegeben. Als ein Ergebnis werden die durch das Prisma zur Korrektur der gebeugten Lichtstrahlen 28 ausgegebenen Lichtstrahlen durch den total reflektierenden Spiegel 110 reflektiert, wobei sie in dem Laserresonator hin- und herlaufen.
Somit werden nur die Lichtstrahlen in Response zur Frequenz der RF Leistungsquelle 20 verstärkt, um Laseroszillation zu erzeugen, wobei nur der Ausgangslaserstrahl mit eben dieser Frequenz vom Laseroszillator ausgegeben werden kann.
Das Teleskop 30 ist so ausgebildet, dass der Durchmesser der in den akustooptischen Kristall 100 eingegebenen Lichtstrahlen auf eine erwünschte Größe aufgeweitet werden kann.
In diesem Fall ist das Prisma zur Korrektur der gebeugten Lichtstrahlen 28 so ausgebildet, dass es die vom akustooptischen Kristall ausgegebenen gebeugten Lichtstrahlen unabhängig von der Wellenlänge immer in eine konstante Richtung ausgibt, und der total reflektierende Spiegel 110 ist so ausgebildet, dass er die Lichtstrahlen reflektiert, die durch das Prisma zur Korrektur der gebeugten Lichtstrahlen 28 auf die selbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform ausgegeben werden. Ferner ist ein piezoelektrisches Element 22 so ausgebildet, dass in den akustooptischen Kristall 100 akustische Wellen auf solche Weise eingegeben werden, dass nur die Lichtstrahlen in eine vorgegebene Richtung gebeugt werden, die eine Wellenlänge des ausgehenden Laserstrahls aufweisen, die durch den Ausgangsspiegel 112 ausgegeben werden soll.
In der oben beschriebenen Anordnung werden die zweiten Harmonischen eines Nd : YAG Lasers als Anregungslaserstrahl 24 verwendet, um den Ti : Al&sub2;O&sub3; Laserkristall 14 anzuregen. Ferner wird auf Grundlage des oben beschriebenen Prinzips eine Frequenz einer RF Leistungsquelle 20 in Response auf eine gegebene Wellenlänge des Lasers gesteuert, welche so eingestellt ist, dass er durch Steuerung des piezoelektrischen Elements 22 durch den Ausgangsspiegel 112 ausgibt.
Wenn die Komponenten wie oben beschrieben angeordnet sind, so werden die ausgegebenen Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge in einem weiten Wellenlängenzonenbereich und ausgegeben von dem Ti : Al&sub2;O&sub3; Laserkristall 14 in den akustooptischen Kristall 100 eingegeben, mit einer Aufweitung auf eine erwünschte Größe des Strahldurchmessers mit Hilfe des Teleskops 30.
Folglich nimmt im Fall, in dem die Ausgangsintensität eines Lasers zunimmt, da ein Strahldurchmesser, der in den akustooptischen Kristall eingegebenen Lichtstrahlen mit Hilfe des Teleskops 30 aufgeweitet wurde, eine Ausgangsintensität der in den akustooptischen Kristall 100 pro Flächeneinheit des akustooptischen Kristalls 100 eingegebenen Lichtstrahlen ab, so dass eine Beschädigung des akustooptischen Kristalls 100 vermieden werden kann.
Ausgegebene Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge in Response zur Frequenz einer RF Leistungsquelle 20 werden in eine vorgegebene Richtung gebeugt, um durch den akustooptischen Kristall 100 als gebeugte Lichtstrahlen 106 unter den ausgegebenen Lichtstrahlen, welche durch den Ti : Al&sub2;O&sub3; Laserkristall 14 mit einen weiten Bereich einer Wellenlängenzone ausgegeben werden, welche mit Hilfe des Teleskops 30 in den akustooptischen Kristall 100 eingegeben wurden. Ferner werden die gebeugten Lichtstrahlen 106, die in eine vorgegebene Richtung gebeugt und durch den akustooptischen Kristall 100 ausgegeben wurden, in das Prisma eingegeben, um die gebeugten Lichtstrahlen 28 zu korrigieren und in eine feste Richtung ausgegeben. Dann werden die durch das Prisma zur Korrektur der gebeugten Lichtstrahlen 28 ausgegebenen Lichtstrahlen durch den total reflektierenden Spiegel 110 reflektiert, wobei sie in dem Laserresonator hin- und herlaufen.
Im Ergebnis werden nur die Lichtstrahlen in Response zur Frequenz der RF Leistungsquelle 20 verstärkt, um Laseroszillation zu erzeugen, wobei nur der Ausgangslaserstrahl mit eben dieser Frequenz vorn Laseroszillator ausgegeben werden kann.
Fig. 5 ist eine grafische Darstellung, welche die Ergebnisse von Experimenten bei der Verwendung des im Beispiel von Fig. 2 illustrierten Laseroszillators zeigen, unter den folgenden experimentellen Bedingungen, welche eine Beziehung zwischen dem Ausgang eines ausgegebenen Laserstrahls und der Wellenlänge anzeigen, in dem Fall, in dem eine Frequenz der RF Leistungsquelle 20 verändert wird. Wie aus den experimentellen Ergebnissen, die in Fig. 5 gezeigt sind, hervorgeht, kann Laseroszillation durch Auswählen einer beliebigen Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbereichs von etwa 800 nm bis etwa 811 nm durchgeführt werden, wenn der in Fig. 2 gezeigte Laseroszillator verwendet wird.

(Fig. 5: Experimentelle Bedingungen)

Anregungslaserstrahl 24: zweite Harmonische (Pulslaser) eines Nd : YAG Lasers mit einer Wellenlänge von 532 nm, 155 mJ/Pulsenergie, und 8 ns Pulsweite
Ausgangsspiegel 112 : 60% Reflexion
Total reflektierender Spiegel 110 : 99,9% Reflexion bei einer Wellenlänge von 800 nm RF. Leistungsquelle 20: Frequenz durchstimmbarer Bereich: 40 MHz bis 150 MHz Elektrische Eingangsleistung: 0 W bis 1 W
Akustooptischer Kristall 100: Beugungseffizienz 98%
Ferner ist Fig. 6 eine grafische Darstellung, welche die Ergebnisse von Experimenten bei der Verwendung des in der zweiten Ausführungsform von Fig. 4 illustrierten Laseroszillators zeigen, unter den folgenden experimentellen Bedingungen, welche eine Beziehung zwischen dem Ausgang eines ausgegebenen Laserstrahls und der Wellenlänge anzeigen, in dem Fall, in dem eine Frequenz der RF Leistungsquelle 20 verändert wird. Wie aus den experimentellen Ergebnissen, die in Fig. 6 gezeigt sind, hervorgeht, kann Laseroszillation durch Auswählen einer beliebigen Wellenlänge innerhalb eines Wellenlängenbereichs von etwa 750 nm bis etwa 811 nm durchgeführt werden, wenn der in Fig. 3 oder 4 gezeigte Laseroszillator verwendet wird.

(Fig. 6: Experimentelle Bedingungen)

Anregungslaserstrahl 24: zweite Harmonische (Pulslaser) eines Nd : YAG Lasers mit einer Wellenlänge von 532 nm, 155 mJ/Pulsenergie, und 8 ns Pulsweite
Ausgangsspiegel 112 : 60% Reflexion
Total reflektierender Spiegel 110 : 99,9% Reflexion bei einer Wellenlänge von 800 nm RF Leistungsquelle 20: Frequenz durchstimmbarer Bereich: 40 MHz bis 150 MHz Elektrische Eingangsleistung: 0 W bis 1 W
Akustooptischer Kristall 100: Beugungseffizienz 98%
Ferner zeigt Fig. 7 Änderungen in einem Ausgang des ausgegebenen Laserstrahls in einem Fall, bei dem die Intensität der in den akustooptischen Kristall 100 eingegebenen akustischen Wellen 104 durch Verwendung des in der ersten Ausführungsform von Fig. 3 gezeigten Laseroszillators verändert wird. Aus den in Fig. 7 gezeigten experimentellen Ergebnissen geht hervor: Wenn die Intensität der in den akustooptischen Kristall 100 eingegebenen akustischen Wellen 104 sich von 0,5 W auf 2 W ändert, so ändert sich der Ausgang des ausgegebenen Laserstrahls in Response darauf, so dass durch Variation der Intensität der in den akustooptischen Kristall 100 eingegebenen akustischen Wellen 104 es möglich wird, den Ausgang des ausgegebenen Laserstrahls zu ändern.
Während in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Fall beschrieben wurde, bei dem die gepulste Anregung durch einen Ti : Al&sub2;O&sub3; Laserkristall als das Lasermedium verwendet wurde, ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt, sondern natürlich auch für andere Wellenlängen durchstimmbare Laser anwendbar, wie z. B. Flüssigkeitslaser, bei denen eine Farbstofflösung o. ä. als Lasermedium verwendet wird, oder einen Anregungslaser für kontinuierliches Licht.
Da die vorliegende Erfindung wie oben beschrieben ausgebildet ist, kann die Wellenlänge eines ausgegebenen Laserstrahls ausgewählt werden, ohne irgendeinen mechanisch bewegbaren Abschnitt, wie z. B. einen rotierender Mechanismus o. ä., zur Verfügung zu stellen, kann eine Miniaturisierung der gesamten Anordnung erreicht werden, und kann darüber hinaus eine stabile Wellenlängenselektion realisiert werden.
Insbesondere wurde die vorliegende Erfindung so ausgebildet, dass eine Laserwellenlänge elektrisch gesteuert werden kann, um die Wellenlänge mit einer hohen Durchfahrrate und ohne die Bereitstellung von mechanisch bewegbaren Abschnitten, wie eines rotierenden Mechanismus o. ä., zu ermöglichen, so dass es möglich wird, Miniaturisierung der gesamten Anordnung zu erreichen. Daneben kann ein akustooptischer Kristall, der weit verbreitet ist und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, als eine unabhängige Komponente verwendet werden, wobei die vorliegende Erfindung eine stabile Wellenlängenselektion ermöglicht.
Ferner wird ein optisches Element zur Korrektur eines Ablenkwinkels der gebeugten Lichtstrahlen verwendet, wie z. B. ein Prisma zur Korrektur der gebeugten Lichtstrahlen o. ä., so dass es möglich wird, einen ausgegebenen Laserstrahl in einem weiten Wellenlängenbereich auszugeben.
Darüber hinaus kann die Lichtintensität der in den akustooptischen Kristall pro Flächeneinheit eingegebenen Lichtstrahlen reduziert werden, wenn eine Aufweitungsvorrichtung zur Steuerung eines Durchmessers, der in einem akustooptischen Kristall eingegebenen Lichtstrahlen verwendet wird, beispielsweise ein Teleskop o. ä., wodurch es möglich wird, Ausgangslaserstrahlen mit einem hohen Ausgang unter Unterdrückung einer Beschädigung des akustooptischen Kristalls zu verwirklichen.
Der Durchschnittsfachmann erkennt ohne weiteres, dass die vorliegende Erfindung in anderen speziellen Formen eingebaut werden kann, ohne vom Umfang dieser Erfindung gemäß den Ansprüchen abzuweichen.
Die vorliegend offenbarten Ausführungsformen dienen in alten Bereichen nur der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung der Erfindung.

Claims

1. Ein Verfahren zur Wellenlängenselektion in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser, in welchem ein Kristall (100), in den akustische Wellen eingegeben wurden, in einem Laserresonator angeordnet ist, und ein Wellenlängen durchstimmbarer Laser, der zur Laserschwingung in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich in der Lage ist, in den Kristall eingegeben wird, wodurch die Wellenlänge in Response auf eine Frequenz dieser akustischen Wellen gesteuert wird, umfassend:

einen akustooptischen Kristall (100) mit doppelbrechenden Eigenschaften, welcher als dieser Kristall verwendet wird, um den Laserresonator nur für die Lichtstrahlkomponente zu bilden, welche durch diesen akustooptischen Kristall in eine vorgegebene Richtung gebeugt wird, und dadurch gekennzeichnet ist, dass

eine Variation eines Ablenkwinkels aufgrund einer Wellenlänge der Lichtstrahlkomponente, die durch diesen akustooptischen Kristall (100) in dieser bestimmten Richtung gebeugt wird, durch die Verwendung eines Wellenlängen dispersiven optischen Elementes (28) korrigiert wird.

2. Ein Verfahren zur Wellenlängenselektion in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser gemäß Anspruch 1, wobei ein Strahldurchmesser von in den akustooptischen Kristall eingegebenen Lichtstrahlen aufgeweitet wird, um eine Beschädigung des akustooptischen Kristalls zu vermeiden.

3. Ein Verfahren zur Wellenlängenselektion in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Intensität der akustischen Wellen, die in diesem akustooptischen Kristall eingegeben werden, zur Steuerung des Laserausgangs verändert werden.

4. Ein Wellenlängen selektiver Laseroszillator in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser, umfassend:

einen Laserresonator bestehend aus gegenüberliegenden Spiegeln (110, 112) mit vorbestimmter Reflektivität,

ein Wellenlängen durchstimmbares Lasermedium (14), welches im Laserresonator angeordnet ist und dazu in der Lage ist, Laseroszillationen im Wellenlängenbereich des vorbestimmten Bereichs durchzuführen,

ein akustooptischer Kristall (100) mit doppelbrechenden Eigenschaften, welcher in diesem Laserresonator eingebracht ist, und in den die ausgegebenen Lichtstrahlen des Wellenlängen durchstimmbaren Lasermediums (14) eingegeben werden, wobei nur eine Lichtstrahlkomponente, die durch diesen akustooptischen Kristall (100) meine vorbestimmte Richtung durch die gegenüberliegenden Spiegel reflektiert wurde, gebeugt wird,

eine Vorrichtung zur Eingabe von akustischen Wellen (20, 22), welche an dem akustooptischen Kristall angebracht ist und akustische Wellen in den akustooptischen Kristall (100) eingibt, dadurch gekennzeichnet, dass

der Wellenlängen selektive Laseroszillator im Wellenlängen durchstimmbaren Laser ferner umfasst:

ein im Laserresonator eingebrachtes optisches Element (28), welches einen Ablenkwinkel der gebeugten Lichtstrahlen (106), die durch den akustooptischen Kristall (100) ausgegeben werden, korrigiert.

5. Ein Wellenlängen selektiver Laseroszillator in einem Wellenlängen durchstimmbaren Laser gemäß Anspruch 4, ferner umfassend: eine Aufweitungsvorrichtung (30), die in diesem Laseroszillator eingebracht ist und einen Strahldurchmesser der durch diesen Wellenlängen durchstimmbaren Laser (14) und in diesen akustooptischen Kristall (100) einzugebenden Lichtstrahlen aufweitet.