<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.