<Desc/Clms Page number 1>
Laserinrichting.
EMI1.1
---------------- Deze uitvinding heeft betrekking op een laserinrichting, meer speciaal van het type waarbij in een zogenaamde continuous wave (CW) dye-laser wordt voorzien, in het bijzonder waarvan de excitatie of het pompen gebeurt door'middel van een andere eerstgeplaatste laser.
Het is bekend dat dye-lasers, waarvan het algemeen principe erin bestaat'-dat een stroom opgeloste organische kleurstof (dye) optisch wordt geëxciteerd om in het lasereffekt te voorzien, op verscheidene wijzen kunnen gepompt worden.
In de eerste plaats is het bekend dye-lasers te pompen of te exciteren door de dye-stroom of dye-cel te belichten door middel van een flitslamp dewelke pulsen genereert in de orde van microseconden en korter.
<Desc/Clms Page number 2>
In de tweede plaats kan de excitatie ook gebeuren door middel van een andere laser, waarvan de lichtstraal op de dye-stroom gefocusseerd wordt. Hierin kan een verder onderscheid gemaakt worden tussen het gepulst, het zogenaamd modegekoppeld (modelocked). en het continu pompen van de laserbron van de dye-laser.
Het gepulst pompen kan door middel van een in het infrarood spectrum werkende laser ofwel door middel van een frekwentieverdubbelde Nd-YAG-laser gebeuren dewelke pulsen in de orde van 10 nanoseconden lang produceren.
Bij het zogenaamd modegekoppeld pompen wordt voor de excitatie van de dye-laser een continue lichtstraal door middel van een ion of Nd-YAG-laser gegenereerd, waarbij echter in pieken in de amplitude wordt voorzien.
Daar het uitgangssignaal van de dye-laser in funktie is van de vorm van het ingangssignaal, is het duidelijk dat bij de excitatie door middel van een flitslamp, een gepulste laser of een modegekoppelde laser geen continu uitgangssignaal wordt verkregen. Voor bepaalde doeleinden, in het bijzonder voor het gebruik in de spectraal-analyse, zijn lasers met een niet continue uitgang minder geschikt. In dit geval zal dan ook in een CW (continuous wave) dye-laser dienen voorzien te worden.
Voor bepaalde toepassingen is het bovendien vereist dat het
<Desc/Clms Page number 3>
oppompen van de dye-laser gebeurt door middel van licht met een bepaalde golflengte, meestal groen of blauw licht, teneinde de meest geschikte laserwerking in de dye-laser te verkrijgen.
Opgemerkt wordt dat voor het pompen van een CW dye-laser relatief hoge energiehoeveelheden vereist zijn. De dye stroom wordt dan ook gewoonlijk geexciteerd door middel van een gaslaser, zoals een groene en blauwe argon ionlaser, of soms ook een kryptonlaser. In bepaalde gevallen wordt ook een Nd-YAG-laser met een infrarode uitgang aangewend.
De argon- en kryptonlasers vertonen echter het nadeel dat zij duur zijn voor commerciële toepassingen en veel onderhoud vergen. De Nd-YAG-laser, waarvan het aktief laserelement bestaat uit een vast materiaal, vertoont deze nadelen niet,
EMI3.1
Nd-YAG-lasers hebben uitsluitend de excitatie van de dye-lasers met licht uit het energierijke infrarode spectrum toegelaten.
De huidige uitvinding heeft nu als doel een laserinrichting, meer speciaal een welbepaalde kombinatie van verscheidene elementen, die toelaat om in een CW dye-laser te voorzien dewelke gepompt wordt door middel van licht in het zichtbare spectrum en waarbij op voordelige wijze gebruik gemaakt wordt
<Desc/Clms Page number 4>
van een eerste laser met een aktief laserelement uit vast materiaal, een en ander zodanig dat deze laserinrichting commercieel vergelijkbaar is met de bekende door middel van een argonlsser gepompte dye-laser en bovendien gebruiksvriendelijker is dan deze laatste.
Het doel volgens de uitvinding wordt bereikt door een dye-laser te pompen door middel van een CW frekwentieverdubbelde laser die de dye-laser voorafgaat, en waarbij in een zeer specifieke kombinatie van enerzijds de verschillende komponenten von de eerste laser met
EMI4.1
anderzijds de dye-laser wordt voorzien, zodanig dat een t voldoende krachtige uitgang aan de eerste laser voorhanden is om de dye-laser continu te exciteren.
Hiertoe bestaat de laserinrichting volgens de uitvinding hoofdzakelijk in de kombinatie van, enerzijds, een CW frekwentieverdubbelde laser die gevormd wordt door : een laser resonator-caviteit die voorzien is van twee caviteitsspiegels,
EMI4.2
...... ; " een in de laser-resonator-caviteit met een uit vast materiaal bestaand aktief lasermedium dat een lichtstraal uit niet gepolariseerd licht met een fundamentele frekwentie opwekt, een in de laser-resonator-caviteit geplaatst frekwentieverdubbelingskristal dat een gedeelte van het licht van de in de laserbron opgewekte lichtstraal in licht met een dubbele frekwentie omzet,
en optische middelen die de in frekwentie verdubbelde lichtstraal uit de laser-resonator-caviteit brengen en die het door het
<Desc/Clms Page number 5>
frekwentieverdubbelingskristal niet in frekwentie verdubbelde gedeelte van het licht van de oorspronkelijke lichtstraal in zijn niet gepolariseerde vorm terug tot in de laserbron weerkaatsen. waarbij alle licht dat nog de fundamentele frekwentie vertoont in de volledige laser-resonator-caviteit in zijn niet gepolariseerde toestand gehandhaafd wordt ;
en anderzijds, een dye-laser die gepompt wordt door de voornoemde lichtstraal met het frekwentieverdubbelde licht uit de eerste laser op de dye-stroom of dye-cel van deze dye-laser te focusseren, waarbij de in de dye-laser gegenereerde lichtstraal in de uitgang van de laserinrichting voorziet.
In de voorkeurdragende uitvoeringsvorm wordt voor het aktief lasermedium een Nd-YAG staaf (neodymium yttrium aluminium granaat) en voor het frekwentieverdubbelingskristal een KTPkristal (kalium titanyl fosfaat) aangewend, zodanig dat het in de Nd-YAG staaf opgewekte infrarode licht omgezet wordt in zichtbaar groen licht van 532 nanometer. De dye-stroom wordt bij voorkeur gevormd uit een oplossing van'de organische kleurstof Rhodamine 6G.
Het belangrijkste voordeel van de uitvinding berust op het feit dat door middel van de kombinatie van enerzijds bovengenoemde welbepaalde opstelling van de elementen van de frekwentieverdubbelde laser en anderzijds een dye-laser, de mogelijkheid wordt geboden om deze dye-laser door middel van
<Desc/Clms Page number 6>
een vast aktief lasermedium in het zichtbaar spectrum te pom- pen.
Met het inzicht de kenmerken volgens de uitvinding beter aan te tonen wordt hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven met verwijzing naar de enige bijgaande tekening.
Zoals weergegeven in de tekening bestaat de laserinrichting 1 volgens de huidige uitvinding hoofdzakelijk in de kombinatie van een frekwentieverdubbelde laser 2 en een hierdoor gepompte dye-laser 3.
De frekwentieverdubbelde laser bestaat hierbij uit twee caviteitsspiegels 4 en 5 die een laser-resonator-caviteit 6 vormen, een in deze laser-resonator-caviteit 6 aangebrachte laserbron 7 met een vast aktief lasermedium of-element 8, een tevens in de laser-resonator-caviteit 6 aangebracht frekwentieverdubbelingskristal 9 en optische middelen 10 cm het in frekwentie verdubbelde licht centraal buiten de 18ser-eBonator-caviteit 6 te brengen. Het aktief lasermedium 8 bestaat volgens de uitvinding bij voorkeur uit een Nd-YAG Staat (neodymium yttrium aluminium granaat) dewelke in de laserbton 7 door middel van een op zichzelf bekend pompmechanisme, zoals bijvoorbeeld een reflektor. en een passende lamp, geëxciteerd wordt.
Het frekwentieverdubbelings-
<Desc/Clms Page number 7>
kristal 9 wordt dan gevormd door een KTP-kristal (kalium titanyl fosfaat).
Opgemerkt wordt dat de laser-resonator-caviteit 6 van de fre- kwentieverdubbelde laser 2 onder hoek is opgesteld, waarbij de voornoemde optische middelen 10, die op het hoekpunt, en meer speciaal tussen de laserbron 7 en het frekwentieverdubbelingskriatal 8, zijn aangebracht, gevormd wordt door een dichroitische spiegel die hoog reflektief is voor het in het aktief lasermedium 8 gegenereerde licht, doch hoog doorlaatbaar is voor minstens het licht dat de dubbele frekwentie hiervan bezit.
De dye-laser 3 bestaat hoofdzakelijk uit een laser-resonatorcaviteit 11 dewelke begrensd wordt door de caviteitsspiegels 12 en 13, een dye-stroom 14 en een pompapiegel 15. De caviteitsspiegel 12 wordt gevormd door een eindspiegel, terwijl de tweede caviteitsspiegel 13 tevens een uitkoppelspiegel vormt.
Daar in de praktijk de Iaser-resonator-caviteït 11 van een dye-laser relatief lang is zal bij voorkeur, zoals weergegeven in de figuur, gebruik gemaakt worden van een opgevouwde driespiegelcaviteit, zodanig dat naast de twee caviteitsspiegels 12 en 13 nog een ombuigspiegel 16 in de caviteit 11 aanwezig is.
<Desc/Clms Page number 8>
Tussen de frekwentieverdubbelde laser 2 en de dye-laser 3 kan nog gebruik gemaakt worden van een aantal spiegels 17 en 18 dewelke louter een ombuigfunktie bezitten.
De werking van de laserinrichting 1 volgens de uitvinding is hoofdzakelijk als volgt. In de laserbron 7 wordt door het aktief lasermedium 8, meer speciaal de Nd-YAG staaf, een lichtstraal 19 met licht met een fundamentele frekwentie of golflengte gegenereerd. In het geval van een Nd-YAG staaf i8 dit infrarood licht met een golflengte van 1064 nanometer. De uittredende niet-gepolariseerde lichtstraal 19 valt hierbij op de dichroitische spiegel 10 en wordt naar het frekwentieverdubbelende KTP-kristal 9 weerkaatst, waarin een gedeelte van het infrarood licht in frekwentie verdubbeld wordt, m. a. w. omgezet wordt in groen zichtbaar licht met een golflengte van 532 nanometer.
De deels groene en infrarode lichtstraal 20 wordt dan weerkaatst aan de caviteitsspiegel 5 en gaat dan terug ongehinderd door het frekwentieverdubbelingskristal 9.
Het is duidelijk dat het wederkerende licht van de lichtstraal 21 dat op de dichrottische spiegel 10 valt bijgevolg ook uit infrarood en groen licht bestaat. Bij het op de dichroitische spiegel 10 vallen van dit licht wordt het infrarood licht terug door de laserbron 7 gestuurd en aan de caviteitsspiegel 4 weerkaatst, terwijl de in frekwentie verdubbelde lichtstraal ; 22 uit de laser-resonator-caviteit 6 treedt en als excitatiebundel voor de dye-laser 3 wordt aangewend.
<Desc/Clms Page number 9>
Hiertoe wordt de lichtstraal 22 via de ombuigspiegels 17 en 18 naar de pompspiegel 15 weerkaatst. De lichtstraal 22 of m. a. w. de excitatiebundel valt centraal op de pompspiegel 15 in, en wordt op de dye-stroom of dye-cel 14, dewelke gevormd wordt door bijvoorbeeld een organische oplossing van rhodamine 6G, gefocusseerd. De dye-stroom of dye-cel 14 voorziet in de laserwerking, zodanig dat een CW laserbundel gecreëerd wordt, dewelke via de uitkoppelspiegel 13 de laser-resonator-caviteit 11 verlaat en zodoende de uitgang 24 van de laserinrichting volgens de uitvinding vormt.
In de laser-resonator-caviteit 11 van de dye-laser 3 kan nog een dubbelbrekend plaatje 25 voorzien zijn, dat bij rotatie rond een as loodrecht op de optische ass van de laserbundel 25 een verandering van de golflengte van het licht van de dye-laser mogelijk maakt.
Het is duidelijk dat verscheidene varianten van de uitvinding mogelijk zijn, zo hoeft bijvoorbeeld de laser-resonatorcaviteit 11 niet noodzakelijk een driespiegelcaviteit te zijn en kan de dye-stroom ook door een andere gebruikelijke organische kleurstof gevormd worden.
De huidige uitvinding is bijgevolg geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven inrichting, doch zulke laserinrichting kan volgens allerlei vormen
<Desc/Clms Page number 10>
en varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader der uitvinding te treden.
<Desc / Clms Page number 1>
Laser device.
EMI1.1
This invention relates to a laser device, more particularly of the type providing a so-called continuous wave (CW) dye laser, in particular of which the excitation or the pumping is by another first-placed laser.
It is known that dye lasers, the general principle of which is to optically excited a stream of dissolved organic dye (dye) to provide the laser effect, can be pumped in various ways.
First, it is known to pump or excite dye lasers by illuminating the dye current or dye cell by means of a flash lamp which generates pulses on the order of microseconds and shorter.
<Desc / Clms Page number 2>
Secondly, the excitation can also take place by means of another laser, the light beam of which is focused on the dye current. A further distinction can be made here between the pulsed, the so-called fashion-linked (model-locked). and continuously pumping the laser source of the dye laser.
The pulsed pumping can be done by means of a laser operating in the infrared spectrum or by means of a frequency-doubled Nd-YAG laser which produce pulses of the order of 10 nanoseconds long.
In the so-called fashion-coupled pumping, a continuous light beam is generated by means of an ion or Nd-YAG laser for the excitation of the dye laser, however, amplitude peaks are provided.
Since the output signal of the dye laser is in function of the shape of the input signal, it is clear that no continuous output signal is obtained during the excitation by means of a flash lamp, a pulsed laser or a mode-coupled laser. For certain purposes, in particular for use in spectral analysis, lasers with a non-continuous output are less suitable. In this case, a CW (continuous wave) dye laser will have to be provided.
In addition, certain applications require it
<Desc / Clms Page number 3>
the dye laser is inflated by means of light of a certain wavelength, usually green or blue light, in order to obtain the most suitable laser effect in the dye laser.
It should be noted that pumping a CW dye laser requires relatively high amounts of energy. The dye current is therefore usually excited by means of a gas laser, such as a green and blue argon ion laser, or sometimes a krypton laser. In some cases, an Nd-YAG laser with an infrared output is also used.
However, the argon and krypton lasers have the disadvantage that they are expensive for commercial applications and require a lot of maintenance. The Nd-YAG laser, the active laser element of which consists of a solid material, does not have these disadvantages,
EMI3.1
Nd-YAG lasers only allow the excitation of the dye lasers with light from the high energy infrared spectrum.
The present invention now has the object of a laser device, in particular a well-defined combination of several elements, which allows to provide a CW dye laser which is pumped by means of light in the visible spectrum and which is advantageously used
<Desc / Clms Page number 4>
of a first laser with an active laser element of solid material, all such that this laser device is commercially comparable to the known dye laser pumped by means of an argon laser, and moreover is more user-friendly than the latter.
The object according to the invention is achieved by pumping a dye laser by means of a CW frequency-doubled laser that precedes the dye laser, and in a very specific combination of the different components of the first laser with
EMI4.1
on the other hand, the dye laser is provided such that a sufficiently powerful output is available on the first laser to continuously excite the dye laser.
For this purpose, the laser device according to the invention mainly consists of the combination of, on the one hand, a CW frequency-doubled laser which is formed by: a laser resonator cavity provided with two cavity mirrors,
EMI4.2
......; "a laser active medium in the laser resonator cavity with a solid material which generates a beam of light from non-polarized light having a fundamental frequency, a frequency doubling crystal placed in the laser resonator cavity and which transmits part of the light from the laser source generated light beam converted into light with double frequency,
and optical means which emit the frequency-doubled light beam from the laser resonator cavity and pass it through the
<Desc / Clms Page number 5>
the frequency doubling crystal does not reflect a frequency-doubled portion of the light from the original light beam in its non-polarized form back to the laser source. all the light still showing the fundamental frequency in the full laser resonator cavity being maintained in its non-polarized state;
and, on the other hand, a dye laser which is pumped by focusing the aforementioned light beam with the frequency-doubled light from the first laser onto the dye stream or dye cell of this dye laser, the light beam generated in the dye laser in the the output of the laser device.
In the preferred embodiment, an Nd-YAG rod (neodymium yttrium aluminum garnet) is used for the active laser medium and a KTP crystal (potassium titanyl phosphate) for the frequency doubling crystal, such that the infrared light generated in the Nd-YAG rod is converted into visible green light of 532 nanometers. The dye stream is preferably formed from a solution of the organic dye Rhodamine 6G.
The main advantage of the invention resides in the fact that by means of the combination of the above-mentioned specific arrangement of the elements of the frequency-doubled laser on the one hand, and a dye laser on the other, the possibility is provided to use this dye laser by means of
<Desc / Clms Page number 6>
pump a solid active laser medium into the visible spectrum.
With the insight to better demonstrate the features according to the invention, a preferred embodiment is described below, by way of example without any limiting character, with reference to the only accompanying drawing.
As shown in the drawing, the laser device 1 according to the present invention mainly consists of the combination of a frequency-doubled laser 2 and a dye laser 3 pumped through it.
The frequency-doubled laser consists of two cavity mirrors 4 and 5 which form a laser resonator cavity 6, a laser source 7 arranged in this laser resonator cavity 6 with a fixed active laser medium or element 8, and also in the laser resonator cavity 6 applied frequency doubling crystal 9 and optical means 10 cm to bring the frequency doubled light centrally outside the 18ser eBonator cavity 6. According to the invention, the active laser medium 8 preferably consists of an Nd-YAG State (neodymium yttrium aluminum garnet) which is contained in the laser barrel 7 by means of a pump mechanism known per se, such as, for example, a reflector. and an appropriate lamp is excited.
The frequency doubling
<Desc / Clms Page number 7>
crystal 9 is then formed by a KTP crystal (potassium titanyl phosphate).
It is noted that the laser resonator cavity 6 of the frequency doubled laser 2 is arranged at an angle, the aforementioned optical means 10 being disposed at the vertex, and more specifically between the laser source 7 and the frequency doubling column 8, is made by a dichroic mirror which is highly reflective for the light generated in the active laser medium 8, but highly transmissive for at least the light having its double frequency.
The dye laser 3 mainly consists of a laser resonator cavity 11, which is bounded by the cavity mirrors 12 and 13, a dye current 14 and a pomp mirror 15. The cavity mirror 12 is formed by a final mirror, while the second cavity mirror 13 is also a coupling mirror forms.
Since in practice the laser resonator cavity 11 of a dye laser is relatively long, preferably, as shown in the figure, use will be made of a folded three-mirror cavity, such that in addition to the two cavity mirrors 12 and 13, a deflecting mirror 16 is also used. is present in cavity 11.
<Desc / Clms Page number 8>
Between the frequency-doubled laser 2 and the dye-laser 3, use can still be made of a number of mirrors 17 and 18, which only have a deflection function.
The operation of the laser device 1 according to the invention is mainly as follows. In the laser source 7, a light beam 19 with light of a fundamental frequency or wavelength is generated by the active laser medium 8, in particular the Nd-YAG rod. In the case of an Nd-YAG rod i8, this infrared light with a wavelength of 1064 nanometers. The emerging non-polarized light beam 19 hereby falls on the dichroic mirror 10 and is reflected to the frequency doubling KTP crystal 9, in which part of the infrared light is doubled in frequency, i.e. a. W. is converted into green visible light with a wavelength of 532 nanometers.
The partly green and infrared light beam 20 is then reflected from the cavity mirror 5 and then returns unhindered by the frequency doubling crystal 9.
It is clear that the recurring light of the light beam 21 falling on the dichrotic mirror 10 therefore also consists of infrared and green light. When this light falls on the dichroic mirror 10, the infrared light is sent back through the laser source 7 and reflects on the cavity mirror 4, while the light beam doubled in frequency; 22 exits the laser resonator cavity 6 and is used as an excitation beam for the dye laser 3.
<Desc / Clms Page number 9>
For this purpose, the light beam 22 is reflected via the bending mirrors 17 and 18 to the pump mirror 15. The light beam 22 or m. A. W. the excitation beam falls centrally on the pump mirror 15, and is focused on the dye flow or dye cell 14, which is formed by, for example, an organic solution of rhodamine 6G. The dye current or dye cell 14 provides for the laser action, such that a CW laser beam is created, which leaves the laser resonator cavity 11 via the coupling mirror 13 and thus forms the output 24 of the laser device according to the invention.
In the laser resonator cavity 11 of the dye laser 3, a birefringent plate 25 may be provided, which, when rotated about an axis perpendicular to the optical axis of the laser beam 25, changes the wavelength of the light of the dye. laser.
It is clear that several variants of the invention are possible, for example the laser resonator cavity 11 need not necessarily be a three-mirror cavity and the dye stream may also be formed by another conventional organic dye.
The present invention is therefore by no means limited to the device described by way of example and shown in the figures, but such a laser device can take various forms.
<Desc / Clms Page number 10>
and variants are realized without departing from the scope of the invention.