Thermisch durchstimmbare monolithische Miniatur-Festkörperlaser für die interferometrische Messtechnik (Thermal Tunable Monolithic Miniature Solid State Lasers for Interferometric Measuring)
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T. Bräuer
Die Änderung der Strahlungsfrequenz von monolithischen Miniatur-Festkörperlasern (MMFL) wird im einfachsten Fall durch Aufheizung und Abkühlung des Laserkristalls erreicht, was bei allen bis heute bekannten Strahlquellen dieser Art relativ geringe Durchstimmgeschwindigkeiten zur Folge hat. Aus diesem Grund ist die Abschätzung der maximal möglichen Durchstimmgeschwindigkeit, bei der ein stabiler Laserbetrieb gesichert bleibt, von besonderem Interesse. Theoretische Berechnungen und Simulationen ergeben einen Wert von ca. 300 GHz/s. Bei größeren Durchstimmgeschwindigkeiten muß mit starken Änderungen der Strahlungseigenschaften bis hin zum Aussetzen der Laseraktivität gerechnet werden. Ursache hierfür ist eine massive Beeinflussung der sog. thermischen Linse.
Auf der Grundlage der Analyse von thermischen Ersatzschaltbildern wurde eine Laserkonfiguration konzipiert, welche die Durchstimmgeschwindigkeit bekannter MMFL-Anordnungen weit übertrifft und das theoretisch abgeschätzte Maximum nahezu erreicht. Eine Vermessung der auf dieser Basis realisierten Laser-Labormuster zeigt, daß sie sich z.Z. in ihrer Frequenz linear über ein Intervall von 100 GHz mit einer Geschwindigkeit von 150 GHz/s durchstimmen lassen. Dabei bleibt die maximale Linearitätsabweichung unter 10% und die Modulation der Ausgangsleistung beträgt während eines gesamten Durchstimmzyklus ebenfalls nicht wesentlich mehr als 10%.
Angesichts der bekannten günstigen Eigenschaften von MMFLn, wie große Kohärenzlänge des Strahlungsfeldes, robuster technischer Aufbau, kostengünstige Fertigung usw., sollen die hier dargestellten Ergebnisse zur Förderung des Interesses an thermisch durchstimmbaren Miniatur-Festkörperlaser beitragen.
The frequency change of the emitted radiation of monolitic miniature solid state lasers can be realised in a simple way by heating and cooling the laser crystal, but all known radiation sources of this kind have a relativly low velocity of tuning. Therefore it is of special interest to estimate the maximal tuning velocity which garanties a stable work of the laser. The theoretical calculations and simulations produce a value of nearly 300 GHz/s. If the tuning velocity becomes higher strong variations of the properties of the radiation can result and the laser activity can even set out. The reason for this is a strong influence on the thermal induced lense.
Based on the analysis of thermal equivalent circuits, a laser configuration has been developed the tuning velocity of which surpasses other solid state laser arrangements and attains nearly the theoretical maximum. An analysis of this laser configuration shows that it can tuned linearly over an interval of 100 GHz with a tuning velocity of 150 GHz/s. During a whole tuning cycle the maximal deviation from the linearity is less than 10%, and the modulation of the power output of radiation is also not more than 10%.
Considering the known good properties of monolitic miniature solid state lasers, such as the large coherence length of the radiation, the robust technical construction, the low costs of the production and some more, the presented results should contribute to advance the interest in thermal tuning miniature solid states lasers.
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