DE2132281C3 - Anordnung zur Phasensynchronisation mehrerer Laseroszillatoren - Google Patents

Description

schen Anregen von Festkörperlasern. den.

In der USA.-Patentschrift 3 577 Ü93 ist eine Anordnung zur optischen Kopplung mehrerer Laser-40 oszillatoren mittels eines Pentaprismas beschrieben,

um derart einen Laserstrahl größerer Apertur und

hoher Leistung zu erhalten. Mit dieser Anordnung ist es zwar möglich, eine räumliche Vereinigung der Strahlen verschiedener Laseroszillatoren zu erzielen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung 45 jedoch keine phasenkohärente Überlagerung der Teiltur PhasensynchronisaMon der kohärenten Strahlung wellen.

•us mehreren stimulierbaren Medien, vorzugsweise In der USA.-Patentschrift 3 414 840 ist eine Syn-

enabhängig angeregter optischer Sender (Laser), de- chronisationsvorrichtung für Leistungslascr beschriefen optische Resonatoren jeweils einen individuellen ben, wobei mehrere Laserresonatoren mittels teil-Resonatorreflektor aufweisen, während der zweite 50 durchlässiger unter 45° zur Lichtausbreitungsrich-Kesonatorreflektor allen optischen Sendern gemein- tung aufgestellter Spiegel gekoppelt sind. Auch hierlam ist, wobei zwischen den stimulierbaren Medien bei ist eine phasenkohärente Überlagerung der Teillind dem gemeinsamen zweiten Resonatorreflektor wellen nicht möglich.

tin Rächenhaft wirksames optisches Bauteil angeord- Aus der französischen Patentschrift 1 441 585 ist

Het ist. 55 ebenfalls eine Anordnung zur Synchronisation von

Bei Lasern beruht die Verstärkung der elektro- Riesenimpulslasern bekannt, bei denen mehrere opinagnetisQhen Leistung auf der Ausnutzung von Ab- tische Resonatoren mittels teildurchlässiger Spiegel lorptions- und Emissionsvorgängert in der Materie. gekoppelt sind. Auch hier ist die Summationswelle Da die innere Energie von Atomen und Molekülen keineswegs in Amplitude und Phase definiert,
im allgemeinen nur in bestimmten Energietermen 60 Nach der Erfindung wird eine einzige phasensynvorhanden ist, erfolgt die Abgabe oder Aufnahme chrone Summationswelle dadurch erzeugt, daß das der inneren Energie in der Regel in diskreten Energie- flächenhaft wirksame optische Bauteil als einzige betragen, die durch den gegenseitigen Abstand der optische Störfläche die Teilwellen phasenkohärent betreffenden Energieterme, die an der Energieauf- überlagert.

nähme oder -abgabe beteiligt sind, bestimmt sind. 65 Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis Dabei ist der Abstand zweier Energieterme E_m und zugrunde, daß bei der Vereinigung der Strahlen der E_n durch die Beziehung E_n, - E_n = /1 · i- gegeben. verschiedenen Teilresonatoren durch die optische Hierin bedeuten It die Plancksche Konstante und ν Störfläche, die die Eigenschaft hat, bei phasenkohä-

renter Überlagerung von Teilwellen eine einzige in von dem nur ein geringer Bruchteil von dem gemein-Amplitude und Phase einfach definierte Summations- samen Reflektor zurückreflektiert wird,
welle zu erzeugen, alle Teilstrahlen kohärent sein An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausmüssen. Das heißt, daß in einem solchen System jeder führungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden Einzeloszillator die geringste Schwelle dann hat, wenn 5 noch näher erläutert werden.

er phasenkohärent mit allen anderen Oszillatoren an- Die schematisch dargestellte Anordnung nach der

schwingt, wodurch sich aus dem Rauschen heraus Figur zeigt zwei verschiedene Laseroszillatoren Il

eine kohärente Schwingung aller Teilsysteme zwang- und 2, beispielsweise zwei Halbleiterlaser, denen je-

läufig ausbildet. weils ein individueller erster Reflektor 3 und 4 zu-

Die optische Störfläche ist dabei zweckmäßiger- io geordnet ist. Mit 5 ist die optische Störfläche, beiweise ein Gitter, das als Hologramm ausgebildet ist, spielsweise ein Volumen-Phasen-Hologramm, bewobei dieses Hologramm wegen des hohen Wi rkungs- zeichnet, und mit 6 der allen Laseroszillatoren gegrades vorzugsweise ein Volumen-Phasen-Hologramm meinsame zweite Reflektor.
i:>i. Die optische Störfläche 5 läßt sich in Art eines

Vorteilhafterweise weist das Hologramm eine In- »5 Hologramms für beliebige Anzahl und Anordnunterferenzstruktur auf, die durch Überlagerung einer gen von Laseroszillatoren 1, 2... leicht realisieren. Kugelwelle mit einer Serie von Kugelwellen entsteht, Bei Verwendung eines Volumen-Phasen-Hologramms deren Ursprungsort die Strahltaille der verschiede- als optische Störfläche S kann dabei ein Wirkungsnen Einzelresonatoren ist. Ein solches Hologramm grad nahe 100° ο erreicht werden, so daß die verrekonstruiert bei der Beleuchtung mit einer Vielzahl 20 schiedensten Arten von Laseroszillatoren in ihrer identischer, in sich kohärenter Teilwellen Hne ebene Phase synchronisiert werde? können.
Welle, die von dem gemeinsamen Reflektor in das Besonders gut eignet sich die erfindungsgemäße System zurückreflektiert wird. Bei Inkohärenz der Anordnung zum axialen optischen Anregen eines Teilwellen entsteht dagegen ein kompliziertes räum- Kristallasers mit einer großen Zahl von Halbleiterliches Beugungsmuster mit zeitlichen Schwankungen, 25 lasern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

die durch die Differenz der Energieterme bestimmte η ... Freauenz Nach dieser Beziehung wird bei Absarp- Patentanspruche: gjq««J «»^ jm Energieterm £„ die Energie

1. Anordnung zur Phasensynchronisation der h · r zugeführt, das «in den höh eren Energiekohärenten Strahlung aus mehreren stimulierba- 5 term E ^ü*^e*f^_n ^B":£™ThZdl dt si
ren Medien, vorzugsweise unabhängig angeregter chen, das sich im ^^^"^^^ *Q-optischer Sender (Laser), deren optische Resona- lungsenergie Ii · ν aus und Kenn oainu in aen n.edritoren jeweils einen individuellen Resonatorreflek- geren Energieterm ^ß« *^υΓ£*. . „_IK_„_„_n .,
tor aufweisen, während der zweite Resonator- Sind die Phasen und R'^ungeη ^de^gesandten reflektor allen optischen Sendern gemeinsam ist, » Strahlungenerg.e verschieden so wirdvonider^sogewobei zwischen den stimulierbaren Medien und nannten »spontanen Em^s₁On «gesprochen. Sie ,st dem gemeinsamen zweiten Resonatorreflektor ein inkohärent und fur eine Verstärkung n,chgeeignet. flächenhaft wirksames optisches Bauteil angeord- Sie ist die Ursache des Rauschens Der Verstarkungsnet ist, dadurch gekennzeichetf daß inechanismus dagegen beruht auf Jr »genannten das flächenhaft wirksame optische Bauteil als i₅ »induzierten Emission«. Sie wird durch folgenden einzige optische Störfläche (5) durch phasen- Vorgang beschrieben: Trifft ein Strahlungsquant /, · , kohärente Überlagerung von Teilwellen eine ein- auf em angeregtes Te.lchen im Energieterm E„„ _so zige phasensynchrone Summationswelle erzeugt. kann dieses unter Aussendung eines Strahlun»sq,iants

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- h-ν in den niedrigeren Energieterm fc übergehen. kennzeichnet, daß die optische Störfläche (5) ein 20 In diesem Fail haben aber diese beiden Quanten ,m (nicht notwendig periodisches) Gitter ist. Gegensatz zur spontanen Emission gleiche Phase

3. Anordnung nach Anspruch 1 bis 2, da- und gleiche Richtung. Die elektromagnetische Strahdurch gekennzeichnet, daß die optische Stör- lung ist kohärent und wegen der Quantenverdoppfläche (5) als Hologramm ausgebildet ist. lung verstärkt.

4. Anordnung nach Anspruchs, dadurch ge- *5 Im optischen Bereich stehen einfache Energiekennzeichnet, daß das Hologramm ein Volumen- quellen, deren Strahlung gleiche Frequenz und Phasen-Hologramm ist. gleiche Phase haben, mit ausreichender Leistung

5. Anordnung nach Ansprüchen 3 und 4, da- nicht zur Verfugung. Die durch die L.chtenerg.e andurch gekennzeichnet, daß das Hologramm eine geregten Quantenübergange erfolgen deshalb auch Interferenzstruktur aufweist, die durch Überlage- 3" nicht gleichphasig, tine Möglichkeit, die Anregungsrung einer näherungsweisen Kupdwelle mit einer leistung für beispielsweise ausgedehnte stimulierbare Serie von Kugelwellen entsteht/deren Ursprungs- Kristallmedien zu erhöhen, besteht dann eine Vielort die Strahltaille der verschied, nen Einzelreso- zahl gleichphasiger Anregungsenergiequellcn gleicher natoren ist Frequenz zu verwenden, wie sie beispielsweise Laser-

6. Verwendung einer Anordnung nach einem 35 dioden darstellen. Dazu ist jedoch erforderlich, daß oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 zum opti- diese Laserdioden phasenmaßig synchronisiert wer-