DE2039952C3 - Festkörper- Ringlaser - Google Patents

Description

2. Festkörper-Ringlaser nach Anspruch 1, da- Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindurch gekennzeichnet, daß er vier Paare von dung, ausgehend von einem Festkörper-Ringlaser aufeinanderfolgenden lichtbrechenden Flächen der vorgenannten Art den Aufbau eines solchen (15, 16; 17, 18; 19, 20; 21, 22; Fig. 1) aufweist, Ringlasers zu vereinfachen und die Polarisierung des von denen jedes eine Einsenkung (θ₃, θ₈) be- as ausgekoppelten Laserstrahls zu verbessern.

grenzt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Fest-

3. Festkörper-Ringlaser nach Anspruch 1, da- körper-Ringlaser einstückig aus optisch verstärkendurch gekennzeichnet, daß er zwei reflektierende dem Material ausgebildet ist, daß der Ringlaser Flächen (33, 38) aufweist, die mit dem Ringlaser- mindestens zwei in einem Winkel zueinander angestrahl (31) einen Winkel einschließen, der gleich 30 ordnete und im Strahlengang aufeinanderfolgende oder größer ist als der Grenzwinkel der Total- lichtbrechende Flächen aufweist, die zwischen sich reflexion. _eme Einsenkung in das Innere des Ringlasers hinein

begrenzen, und daß eine der ebenen Flächen teilweise reflektierend ist.
35 Die einstückige Ausbildung des Festkörper-Ring-

lasers aus optisch verstärkendem Material läßt eine

wesentlich einfachere und zeitsparende Herstellung des Ringlasers zu. Da keine verschiedenen Materialien

^. zur Herstellung des Ringlasers verwendet werden,

Die Erfindung betrifft einen Festkörper-Ringlaser, 40 können auch keine Spannungen infolge unterschiedeei dem der Strahlengang des Ringlasers durch licher Wärmeausdehnungskoeffizienten aufgebaut Brechung unter dem Brewster-Winkel und Reflexion werden. Durch die Ausbildung der lichtbrechenden an mehreren im Strahlengang aufeinanderfolgenden Flächen an ein und demselben Körper wird darüber eoenen Machen einen geschlossenen Polygonzug bil- hinaus die Einhaltung der Brewster- und Reflexionsaet, aus dem der Laserstrahl auskoppelbar ist. 45 winkel ganz wesentlich erleichtert. Da Klebestellen

/nt De¹«" ^^^ Festkorper-Ringlaser bekannt fehlen, ist der erfindungsgemäße Ringlaser äußerst (UL-PS 58 777), bei dem der einen geschlossenen kompakt und stabil im Aufbau, so daß er sich ins-Folygonzug bildende Ringlaserstrahl mit Hilfe zweier besondere für den Einsatz in Flugzeugen und Raumpnsmaüscher Körper mit definierter strahlungs- fahrzeugen eignet. Im Gegensatz zu der bekannten brechender Wirkung und mit Hilfe zweier Stäbe aus 50 Anordnung aus Materialien mit definierter strahoptisch verstärkendem Material aufgebaut wird, wo- lunesbrechender Wirkung und mit optischer Verbei die Totalreflexion allein in den Körpern mit Stärkung wird auch der Raumbedarf verringert, da definierter strahlungsbrechender Wirkung erfolgt. Die der einstückige Körper sowohl dem Erreichen der Auskopplung des Laserstrahls wird durch teilweise Totalreflexion und der Brechung als auch der opti-Aufhebung der Totalreflexion an einer gewünschten 55 sehen Verstärkung dient. Mit Hilfe des erfindungs- und dafür geeigneten Stelle des Polygonzugs erreicht. gemäßen auf Breitbandlicht ansprechenden Fest-Die Herstellung eines solchen Festkörper-Ringlasers körper-Ringlasers kann ein in hohem Maße linear durfte außerordentlich schwierig sein, da einerseits polarisierter Laserstrahl erzeugt werden, da der verschiedene Materialien verwendet werden müssen, Ringlaserstrahl mehrere unter dem Brewster-Winkel die unter Umständen verschiedenartigen Arbeitspro- 60 brechenden und zum Aufbau des polygonartigen zessen zu unterwerfen sind und verschiedene Wärme- Strahlenganges beitragende Flächen durchsetzt; die ausdehnungskoeffizienten besitzen und da anderer- beiden die Einsenkung in das Innere des Ringlasers seits die verschiedenen Teile miteinander verkittet hinein !»grenzenden lichtbrechenden Flächen er- oder sonstwie verbunden werden müssen. Darüber möglichen es, daß der Ringlaserstrahl im Brewsterhinaus wird der Ringlaserstrahl bei dem bekannten 65 Winkel von einem Medium zum anderen gebrochen Festkorper-Ringlaser nur in geringerem Maß linear werden und damit linear polarisiert werden kann, polarisiert. _Ei_n ,_m besonders starken Maße polarisierter Laser-

Weiterhin ist ein Festkorper-Ringlaser bekannt strahl ist besonders in der HoloeraDhie und bei Ver-

des Festkörper-Ringlasers als Dreh-

erwünscht

besonders höbe Polarisation wird erreicht, der Ringlaser vier Paare von aufeinander-

Bchtbrechenden Flächen aufweist, von jede« eine Einsenkung begrenzt.

c₀ j g

Um eisen hohen Reflexionsgrad ohne VerwenduBg einer dielektrischen Beschichtung zu erzielen, ist es zweckmäßig, wenn der Festkörper-Ringlaser zwei reflektierende Flächen aufweist, die mit dem RinglaserstraW «inen Winkel erschließen, der gleich eöer größer ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion.

Bei allen Ausfühmngsformen ist eine der ebenen Flächen, die eine der Einsenkungen mit begrenzt, «s teilweise reflektierend ausgebildet, um den Ringlaserstrahl als Nutz-Laserstrahl aus dem Festkörper-Rmglnser auszukoppeln.

Das optisch aktive Material zur Herstellung des Fesrkftrper-Ringlasers wird vorzugsweise aus der »o folgenden Gruppe ausgewählt: Rubin, Neodym-Glas und Neodym Yttrium-Aluminium-Granat.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren genauer beschrieben werden. Fa zeigt

F ι g 1 eine erste Ausführungsform des Festkörper- as Ringlasers, bei dem sämtliche ebene Flächen lichtbrechend ausgebildet sind, und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Fest körper-Ringlasers, bei dem von den ebenen Mächen nur zwei lichtbrechend ausgebildet sind.

In der Fig. 1 ist eine Laseranordnung gezeigt, bei der eine Lichtquelle 1 (z. B eine Xenon-Röhre) breitbandiges Licht 2 auf einen einstückigen Festkörper-Ringlaser 3 fallen läßt. In dem Festkörper-Ringlaser baut sich ein Ringlaserstrahl 4 auf, dessen Strahlengang einen geschlossenen und bezüglich des Ringlasers 3 festliegenden Polygonzug bildet. Das Signallicht kann in einander entgegengesetzten Richtungen umlaufen, wie es in der F i g. 1 durch die beiden Pfeilungen dargestellt ist.

Der Ringlaserstrahl 4 kann in Form der beiden Laserstrahlen 7 und TA ausgekoppelt werden, die d. -Mi zu weiteren Zwecken verwendet werden kön nt Es ist möglich, daß die beiden ausgekoppelten Laserstrahlen 7 und TA auf eine Emplaiigsvorrichtung 9 auftreffen die an ihren Ausgangsklemmen 11 und 11/4 Wechselspannungen E₁ und E_1A abgibt, die ein Maß für die Drehgeschwindigkeit des Ringlasers um eine (zur Zeichcnebcnc senkrechte) Achse darstellen.

Das zur Herstellung des Festkörper-Ringlasers 3 verwendete optisch aktive Material kann Rubin, Neodym-Glas, Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat oder ein vergleichbares geeignetes Material sein, wobei der Rubin bevorzugt wird. Das verwendete optisch aktive Material bestimmt die Wellenlänge des Ringlasers. Der Brechungsindex des optisch aktiven Materials bestimmt weiterhin die Mindestanzahl der Schenkel und die Anzahl der brechenden und reflektierenden Flächen, die zum Aufbau des Ringlaserstrahls 4 notwendig sind.

Bei Verwendung von Rubin als optisch aktivem Material besitzt das Licht des Ringlaserstrahls 4 eine Wellenlänge von 6943 A. Bei der in der F i g. 1 gezeigten Ausführungsform besitzt der Ringlaser 3 Hchtbrcchende ebene Flächen 15 bis 22 und eine teilweise reflektierende Fläche 23. Durch Zusammenwirken der Flächen 15 bis 22 wird der einen geschlossenen Polygonzug darstellende Strahlengang des Rmgjaserstrahls 4 aufgebaut, der — wie bereits erwähnt — ein Zwei-Rkhtungs-StrahJ fet.

In der F i g. 1 sind die ebenen Flächen 16,18 und 20 bezüglich der ebenen Flächen 17,19 und 21 unter einem Wmkel von 59° IT angeordnet, so daß der Einfallswinkel des Ringlaserstrahls 4 bezüglich dieser Flachen der Brewster-Winkel e_s von 60° 24' für den Übergang von Luft nach Rubin und θ₇ von 29" 36' für den Übergang von Rubin nach Loft ist Die Anwendung von Brewster-Winkeui vermeidet die Verwendung von dielektrischer Beschichtung und führt dazu, daß bei Brechung des Ringlaserstrahls von einem Medium zum anderen unter dem Brewster-Winkei der Ringlaserstrahl 4 linear polarisiert wird. Die Anzahl der Brechungen des Ringlaserstrahls 4 bestimmt naturgemäß das Ausmaß der linearen Polarisation des Ringlaserstrahls 4.

Die einzuhaltenden Brewster-Winkel werden aus den Brechungsindizes der verschiedenen Medien und der Wellenlänge des Ringlaserstrahls bestimmt. Bei dem beschriebenen Festkörper-Ringlaser beträgt der Brechungsindex von Rubin bei der Wellenlänge von 6943 A angenähert 1,76 und der Brechungsindex für Luft ist angenähert 1, woraus die beiden oben aufgeführten Brewster-Winkel für die Übergänge von Luft in Rubin bzw. von Rubin in Luft leicht berechnet werden können.

Die ebener. Flächen 15 und 22 sind bezüglich der ebenen Flächen 16 bzw. 21 unter einem Winkel θ₃ von 120° 16,25' angeordnet, so daß der Ringlaserstrahl 4 auf die Oberflächen 15 bzw. 21 unter einem Winkel H₁ von 29° 46' bzw. unter einem Winkel von H₂ von 60° 52,25' auftrifft, welche Winkel mit den Brewstcr-Winkeln für den Übergang von Rubin in Luft bzw. für den Übergang von Luft in Rubin angenähert übereinstimmen.

Die ebenen Flächen 15 und 23 und die ebenen Flächen 22 und 23 schließen jeweils einen Winkel Θ_Η von 64° 18,5' miteinander ein, so daß der Einfallswinkel des Laserstrahls 4 auf die Oberfläche unter einem Winkel »_I0 von 34° 32,5' erfolgt, der nahezu gleich dem Grenzwinkel der Totalreflexion ist. Damit wird ein hoher Reflexionsgrad erhalten, ohne daß eine dielektrische Beschichtung der ebenen Flächen erforderlich wäre. Weiterhin wird dadurch ermöglicht, daß ein kleiner Teil des Lichtes des Ringlaserstrahls 4 unter einem Winkel θ,₈ zur Empfangsvorrichtung 9 hin gebrochen wird.

Die in der F i g. 2 dargestellte Laseranordnung is* mit der in der F i g. 1 gezeigten Anordnung insoweit vergleichbar, als ein Festkörper-Ringlaser 30 von der breitbandiges Licht 2 ausstrahlenden Lichtquelle 1 bestrahlt und ein Ringlaserstrahl 31 aufgebaut wird. Der Ringlaser 30 besitzt zwei reflektierende Flächen 33 und 38 und eine teilweise reflektierende Fläche 39. Die F.äche 39 dient zur Auskopplung eines Teils des Ringlaserstrahls 31 zur Empfangsvorrichtung 9 hin. Die reflektierenden Flächen 33 und 38 des Ringlasers 30 sind bezüglich zweier lichtbrechender Flächen 34 und 36 unter einem Winkel Θ._Ά von 75° 36' angeordnet, so daß der Einfallswinkel des Ringlaserstrahls 31 auf die Flächen 34 und 36 unter dem Brewster-Winkel θ_5/> von 60° 24' für den Übergang von Luft in Rubin und unter dem Brewster-Winkel θ_ιΑ von 29° 36' für den Übergang von Rubin nach Luft erfolgt. Der Einfallswinkel des Ringlaserstrahls 31 auf die reflek-

tierenden Flächen 33 und 38 erfolgt unter einem Winkel θ_ιο von 45°, wie aus der Fig.2 ablesbar ist. Dieser Winkel ist größer als der Grenzwinkel 34° der Totalreflexion bei Rubin, so daß auf jeden Fall Totalreflexion erfolgt

Die teilweise reflektierende Oberfläche 39 ist vorzugsweise mit einer dielektrischen Beschichtung versehen, um die Reflexionseigenschaften dieser Fläche zu verbessern, so daß angenähert 80°/« des Lichtes des Ringlaserstrahls 31 reflektiert werden, während der übrige Teil durch die Fläche 39 hindurch unter einem Winkel Θ_Μ von 56° gebrochen und damit ausgekoppelt wird, wobei zwei linear polarisierte Laserstrahlen 32 und 32 Λ entstehen, die in üblichci Weise verwendet werden können.

Aus der Beschreibimg geht hervor, daß der einstückige Festkörper-Ringlaser einen linear polari- sierten Laserstrahl liefert Die iichtbrechender Flächen sind unter Brewster-Winkeln angeordnet und die reflektierenden Flächen sind im wesent liehen unter dem Grenzwinkel der Totalreflexioi oder einem größeren Winkel angeordnet, um eint

ίο Beschichtung der reflektierenden Flächen mit dielek frischen Schichten zu vermeiden und damit den Be trieb und die Lebensdauer des Ringlasers zu ver bessern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

(DT-OS 1514470), bei dem der Ringlaserstrahl in Patentansprüche: einem ringförmigen Körper umläuft, der inaktives optisches durchlässiges Material enthält, das den

1. Festkörper-Ringlaser, bei dem der Strahlen- ringförmigen Körper in Umfangsrichtung auftrennt, gang des Ringlaserstrahls durch Brechung unter 5 Dies kann z. B. ein den Ring teilender Luftspalt sein, dem Brewster-Winkel und Reflexion an mehreren Bei derartigen ringförmigen Körpern bildet aber der im Strahlengang aufeinanderfolgenden ebenen Ringlaserstrahl keinen definierten geschlossenen Flächen einen geschlossenen Polygonzug bildet, Polygonzug. Es tritt zwar an den Grenzflächen zwiaus dem der Laserstrahl auskoppelbar ist, da- sehen dem inaktiven optischen durchlässigen Matedurch gekennzeichnet, daß der Fest- io rial und dem optisch aktiven Material zwangläufig körper-Ringlaser (3; 30) einstückig aus optisch eine zumindest teilweise lineare Polarisation der verstärkendem Material ausgebildet ist, daß der Strahlung auf, da ein Teil des in den ringförmigen Ringlaser mindestens zwei in einem Winkel zu- Körper eintretenden umlaufenden Signallichtes einander angeordnete und im Strahlengang auf- sicherlich den Luftspalt unter Einhaltung der einanderfolgende lichtbrechende Flächen (15,16; 15 Brewsterschen Bedingungen durchsetzt. Der Anteil, 17, 18; 19, 20; 21, 22; 34, 36) aufweist, die zwi- der diesen Bedingungen gehorcht, ist aber nur ein sehen sich eine Einsenkung (θ₃; θ₈; Θ_8Λ) in das äußerst geringer Anteil am Gesamtlicht, so daß ein Innere des Ringlasers hinein begrenzen, und daß in hohem Maße linear polarisierter Laserstrahl mit eino der ebenen Flächen (23; 39) teilweise reflek- dem einstückig ausgebildeten ringförmigen Körper tierendisL „ nicht erreichbar ist