Optisch gepumpte Ferninfrarot-Laser mit gestreckten und Ring-Resonatoren — ein Vergleich

Übersicht

Die Wahl von Ring-Resonatoren statt der konventionellen, gestreckten Resonatoren fällt in Ferninfrarot-(FIR)-Lasern aufgrund zweier Erwartungen: zum einen erhofft man sich von einem Ringlaser eine höhere zeitliche Stabilität der Ausgangsleistung, da die Rückkopplung eines Teils der Pumpstrahlung in den Pumplaser-Resonator entfällt; zum anderen vermutet man beim Ringlaser eine höhere FIR-Leistung. Die bessere zeitliche Stabilität läßt sich im Experiment belegen. Dagegen sind bezüglich der abgegebenen Leistung bei näherer Betrachtung nur geringe Unterschiede zwischen beiden Strukturen auszumachen. Zum einen gleicht die Teilchendiffusion im Lasergas die räumliche Inhomogenität der Inversion bei Stehwellenresonatoren aus, so daß diese das aktive Medium ähnlich gut ausnutzen wie Ringresonatoren. Zum anderen läßt eine vereinfachende Großsignal-Analyse die annähernde Äquivalenz beider Resonator-Bauformen erwarten, wobei realitätsnahe Berechnungen letztendlich als Folge der unterschiedlichen Pumpverteilungen einen geringen Vorteil für Ringlaser vorhersagen.

Contents

When a Far-Infrared (FIR) Laser is designed with a ring-resonator instead of the conventional standing-wave-resonator, one expects two advantages: first, the ringlaser should deliver an output power with higher temporal stability, because no pump power is fed back into the pump oscillator; second, the ringlaser output is expected to be higher. Superior stability may be experimentally proven, whereas there appears to be no great difference between the output power obtainable by the different resonators, if one looks closer at the problem. Diffusion of molecules within the laser gas smoothes the spatial inhomogeneity of the inversion in a standing-wave resonator, which therefore uses the active medium with similar efficiency as a ringlaser. Furthermore approximate equivalence of both resonator-schemes is predicted by a simplifying large signal analysis, while more detailed calculations deliver a slight advantage for the ringlaser as a consequence of the different pump distributions.