La presente invención se refiere a un láser que comprende un elemento activo (1) birrefringente.

El elemento activo (1) birrefringente de dicho láser comprende al menos dos láminas (2), comprendiendo cada lámina (2) un eje óptico (3), teniendo las al menos dos láminas (2) el mismo espesor, siendo las al menos dos láminas (2) paralelas entre sí y los ejes ópticos (3) de las al menos dos láminas (2) paralelos entre sí y dispuestos en el plano de la cara de entrada de la lámina (2). De este modo, el elemento activo (1) puede actuar como sintonizador, no siendo necesario elementos adicionales para la sintonización del láser. Del mismo modo, se posibilita la sintonización del láser en toda la banda de longitudes de onda con un espesor suma de los espesores del láser de la invención, con valores de potencia equiparables

Láser que comprende un elemento activo birrefringente y procedimiento para su sintonización.

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo de la óptica. Más concretamente, la presente invención se sitúa en el campo de los láseres de estado sólido.

Antecedentes de la invención

La utilización de láminas birrefringentes junto con elementos de polarización para filtrado de longitudes de onda ópticas forma parte ya de la historia de la óptica.

El uso de este tipo de láminas para sintonizar láseres, sobre todo con medio activo sólido data de los principios de la historia del láser, en los años 60 del siglo pasado, y los documentos que se refieren a ello son numerosos y abundantes.

Este procedimiento consiste en introducir dentro de la cavidad resonadora del láser un selector de longitud de onda basado en este sistema, lo cual permite tanto el estrechamiento espectral de la emisión láser como su sintonización por rotación del elemento o lámina birrefringente.

Este tipo de filtro utiliza la birrefringencia de la lámina. La lámina, se corta de manera que el eje óptico quede paralelo a la cara de entrada del haz de luz. Un elemento polarizador previo, ya sea polarizador propiamente dicho, o lámina de caras plano-paralelas colocado en ángulo de Brewster, hace que el haz que incida en el elemento birrefringente se polarice parcialmente en su transmisión, siendo favorecida la componente paralela al plano de incidencia. Esta componente se descompone en dos haces en el interior de la lámina con amplitud relativa dependiente de la orientación de este elemento birrefringente, de manera que el índice de refracción correspondiente a uno de los haces es el índice ordinario y el correspondiente al otro un índice resultante en general de una combinación entre los índices ordinario y extraordinario. Por tanto ambos rayos recorren caminos ópticos distintos y se desfasan entre ellos. Al recombinarse a la salida, el estado de polarización del rayo resultante es en general distinto del inicial y si se introduce otro elemento de polarización paralelo al de entrada, las pérdidas de transmisión en el sistema serán mínimas, teóricamente nulas, solo cuando el estado de polarización de salida sea el mismo que el de entrada. Esta condición solamente se cumple cuando la diferencia de caminos ópticos de ambos rayos sea cero o un múltiplo de la longitud de onda del rayo. La conclusión es que solo aquellas longitudes de onda que cumplan o se aproximen mucho a cumplir esa condición permanecerán en el resonador. Los parámetros del sistema, básicamente qué material birrefringente se utiliza y el espesor del elemento en función de esa birrefringencia, se diseñan de manera que solo haya una longitud de onda favorecida dentro de la banda espectral de emisión del láser. Rotando el elemento birrefringente o variando su espesor si la incidencia del rayo es perpendicular al mismo se alteran la relación de índices de refracción y se modifica esa longitud de onda, permitiendo la sintonización.

Se obtiene una economía de elementos a utilizar, eliminando los elementos de polarización, siendo la propia lámina birrefringente la que se oriente en ángulo de Brewster. En esas condiciones, la misma lámina hace la función de polarizador tanto de entrada como de salida, aunque menos selectivo. Si está en ángulo de Brewster, basta rotarla para realizar la función de selección de longitud de onda.

Otra posible economía sería aprovechar en láseres de estado sólido cuyo medio activo es birrefringente, el propio medio sin ninguna modificación o inducción de birrefringencia, para efectuar la función selectora de longitud de onda de emisión. La patente estadounidense US 5,142,548 reivindica el aprovechamiento de la birrefringencia del medio activo, cilíndrico en este caso, para al girarlo en torno a su propio eje, aumentar el contraste selector y producir un estrechamiento espectral de la emisión. Pero no se eliminan dentro de la cavidad los restantes elementos de sintonización ni se selecciona la longitud de onda con la rotación del medio activo, únicamente se ajusta la orientación del cilindro, para estrechar al máximo el espectro de emisión del láser.

También se ha utilizado la inducción de birrefringencia mediante campos electromagnéticos en materiales que no lo son, con fines sintonizadores y/o de estrechamiento espectral. La ventaja de la birrefringencia inducida es que se puede variar de forma controlada. El inconveniente, el añadido de otro elemento.

La eliminación de todos los componentes de sintonización, aprovechando la birrefringencia del medio activo ha sido llevada a cabo experimentalmente por los solicitantes de esta invención (Optics Letters 28 (2003) 1341-3, Optical Materials 27 (2005) 1692-6, Optics Express 13 (2005) 1254-9) con diferentes materiales birrefringentes utilizados como material activo. En todos ellos se utiliza como medio activo láser, una lámina de caras plano-paralelas orientadas en ángulo de Brewster o cercano respecto al eje del resonador, típicamente 55-60 grados dependiendo del material. El eje óptico de la lámina es paralelo a su cara. Para sintonizar la longitud de onda de trabajo del láser dentro de su banda espectral de emisión, basta rotar la lámina con el eje perpendicular a la misma como eje de giro. De esta forma se estrecha el espectro de emisión y se realiza la función de sintonización dentro de su banda de ganancia sin ningún componente añadido dentro del resonador.

Este sistema tiene un inconveniente para su aplicación en la industria del láser. Dado el material activo birrefringente de que se trate y dada la anchura espectral total de la banda de emisión en la que se desea sintonizar, queda prácticamente determinado el espesor de la lámina a utilizar, pues si el espesor se aumenta, se obtendrían máximos de diferente orden dentro de la banda de sintonización, podría emitirse radiación de diferentes longitudes de onda, lo cual es totalmente indeseable. Este hecho limita las prestaciones del láser, fundamentalmente desde el punto de vista de un umbral de funcionamiento lo suficientemente bajo y una potencia de salida lo suficientemente alta desde el punto de vista de las aplicaciones existentes para este tipo de láseres.

Descripción de la invención

La invención, en un primer aspecto, se refiere a un láser cuyo elemento activo es birrefringente, el cual realiza así mismo la función de sintonización.

De acuerdo con la invención, el elemento activo birrefringente comprende al menos dos láminas, cada una de las láminas comprende un correspondiente eje óptico. Las dos láminas, o todas aquellas que formen el láser, tienen el mismo espesor. La suma de los espesores de todas las láminas, que es el resultado de multiplicar el número de láminas por el espesor de cualquiera de ellas, está relacionado con la potencia del láser. Adicionalmente, las láminas son paralelas entre sí y los ejes ópticos de las mismas son también paralelos entre sí y dispuestos en el plano de la cara de entrada de la lámina.

De este modo, el elemento activo del láser puede actuar como elemento sintonizador para una banda de sintonización dada. Por lo tanto, un láser según la presente invención no requiere de dispositivos adicionales de sintonización, dado que el propio elemento activo es capaz de sintonizar el láser, lo que permite producir láseres de estado sólido de prestaciones similares a los conocidos en el estado de la técnica con economía de componentes y espacio, junto con una ganancia en eficiencia al disminuir las pérdidas en la cavidad resonadora.

En función de la banda de sintonización y de parámetros propios del láser, se podrá determinar el número de láminas, tal y como se comentará posteriormente en la presente invención.

Un láser según la presente invención permite obtener, respecto a un láser con una lámina birrefringente cuyo espesor sea la suma de las láminas birrefringentes del láser de la invención, valores equiparables de potencia, dado que ésta viene determinada por el espesor o suma de espesores, y pudiéndose sintonizar satisfactoriamente en toda la banda de longitudes de onda, dado que ésta depende del espesor de cada lámina individual.

En un segundo aspecto de la invención, ésta se refiere a un procedimiento de sintonización de un láser en una longitud de onda, realizado tal y como se describe en los párrafos anteriores, capaz de emitir en una banda...

1. Láser con emisión en una banda de sintonización que comprende un elemento activo (1) birrefringente, con un número de láminas (2) igual o mayor de 2, comprendiendo cada lámina (2) un eje óptico (3), teniendo las al menos dos láminas (2) el mismo espesor, siendo las al menos dos láminas (2) paralelas entre sí y los ejes ópticos (3) de las al menos dos láminas (2) paralelos entre sí y dispuestos en el plano de la cara de entrada de la lámina (2) caracterizado porque el número de láminas es igual al número de valores enteros de m que proporcionan valores de longitud de onda en la banda de sintonización en la ecuación

siendo λ la longitud de onda, e la suma de espesores de las láminas (2), n_e es el índice de refracción extraordinario del material en el que están realizadas las láminas (2), n_o es el índice de refracción ordinario del material en el que están realizadas las láminas (2), θ_i es el ángulo de incidencia del láser en las láminas (2) y φ es el ángulo de giro del elemento activo (1) respecto del eje del elemento activo (1).

2. Láser según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un eje de rotación (4) en el que se sitúan las al menos dos láminas (2), configurado dicho eje de rotación (4) para hacer rotar solidariamente las al menos dos láminas (2).