Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lasermodul für Interferometrie und/oder Holographie.

Interferometrie und/oder Holographie erfordern eine hohe Frequenzstabilität. Abweichungen von weniger als 10 MHz entsprechend einer Frequenzstabilität von 2-10 ⁸ sind erstrebenswert. Eine derartige Präzision bieten Helium-Neon- Laser. Helium-Neon-Laser emittieren mit sehr schmaler Linienbreite und hoher Kohärenz und geringer Aufweitung des Laserstrahls. Allerdings ist die

Ausgangsleistung eines Helium-Neon-Lasers beschränkt und sein Platzbedarf vergleichsweise groß.

Ein Laserstrahl lässt sich auch mittels einer Laserdiode erzeugen. Eine

Laserdiode umfasst normalerweise einen stark dotierten p-n-Übergang. Die von der Laserdiode emittierte Wellenlänge ist dabei durch das Halbleitermaterial des p-n-Übergangs, die Temperatur der Laserdiode und den Pumpstrom bestimmt. Linienbreite und/oder Wellenlänge eines von der Laserdiode erzeugten Laserstrahls schwanken daher, so dass eine Laserdiode per se ungeeignet für Interferometrie und/oder Holographie erscheint.

Die vorliegende Erfindung schlägt nun vor, das frequenzabhängige

Absorptionsverhalten eines Gases in einer Gaszelle zu nutzen, um Linienbreite und/oder Wellenlänge eines von der Laserdiode erzeugten Laserstrahls zu stabilisieren.

Entsprechend wird ein Lasermodul nach Anspruch 1 für Interferometrie und/oder Holographie vorgeschlagen. Das Lasermodul umfasst ein Gehäuse, welches vor Kondenswasser schützt, und in dem Gehäuse eine kühlbare Laserquelle zur Erzeugung eines Laserstrahls und eine beheizbare, mit Gas befüllte Gaszelle zur Stabilisierung einer Linienbreite und/oder einer

Wellenlänge des Laserstrahls. Die Laserquelle umfasst einen Masteroszillator, einen optischen Verstärker und einen zwischen dem Masteroszillator und dem optischen Verstärker angeordneten optischer Isolator

Das erfinderische Lasermodul erfordert weniger Bauraum bei gleicher oder erhöhter Effizienz, da es anstelle eines Helium-Neon-Lasers eine

Masterozillator-Leistungsverstärker-Architektur zur Erzeugung des Laserlichts für Interferometrie und/oder Holographie verwendet wird. Das Lasermodul ermöglicht also in robuster Weise einen miniaturisierten Laser mit stabiler Wellenlänge und/oder Linienbreite zur Verfügung zu stellen

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Laserquelle regelbar und die Vorrichtung umfasst weiterhin zwei Strahlteiler, zwei Fotodioden, einen Regler. Einer der Strahlteiler teilt einen von der Laserquelle erzeugten Laserstrahl in einen Nutzstrahl und einen Steuerstrahl auf. Der andere Strahlteiler lenkt einen Teil des Steuerstrahls auf eine der Fotodioden und einen verbleibenden Teil durch die Gaszelle auf die andere Fotodiode. Der Regler ist ausgebildet, die Laserquelle zur Stabilisierung einer Linienbreite und/oder einer Wellenlänge des Laserstrahls unter Verwendung von Messwerten der Fotodioden zu regeln.

Zwischen dem Masteroszillator und dem optischen Verstärker können eine erste Zylinderlinsenanordnung, der optischer Isolator und eine zweite

Zylinderlinsenanordnung hintereinander angeordnet sein. Die erste

Zylinderlinsenanordnungen kann vorgerichtet sein, vom Masteroszillator erzeugtes Laserlicht zu kollimieren und die zweite Zylinderlinsenanordnung kann vorgerichtet sein, den Strahl auf eine Eintrittsfacette des

Leistungsverstärkers zu fokussieren. Das Lasermodul kann weiterhin eine dritte Zylinderlinsenanordnung umfassen, die vorgerichtet ist, das vom

Leistungsverstärkers verstärkte Laserlicht zu kollimieren.

Der Masteroszillator kann einen oder mehrere Diodenlaser-Chips mit einer optischen Ausgangsleistung von mindestens 30 mW umfassen. Der optische Isolator kann so auf eine vorbestimmte Wellenlänge zugeschnitten sein, dass sich eine optische Isolierung von mehr als 30 dB und ein

Übertragungsverlust von weniger als 3 dB erreichen lässt.

Die Gaszelle kann eine Jod-Gaszelle sein. Zum Heizen der Gaszelle kann das Lasermodul eine Vorrichtung umfassen, die vorgerichtet ist, das Gas in der Gaszelle soweit aufzuheizen, bis es verdampft.

Die Gaszelle kann eine Länge von weniger als 50mm und/oder eine Apertur von weniger als 3 mm aufweisen.

Das Lasermodul kann eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Masteroszillator und/oder des optischen Verstärkers umfassen.

Das Lasermodul kann ausgebildet sein, die Wellenlänge des Laserstrahls auf 633 nm mit einer Frequenzabweichung von höchstens 10 MHz zu stabilisieren.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben und den folgenden Ausführungsbeispielen entnehmbar.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Figur 2 eine CAD-Zeichnung des Ausführungsbeispiels der

Erfindung.

Erfindungswesentlich umfasst ein Lasermodul LM eine halbleiterbasierte Laserquelle LQ und eine Gaszelle GZ zur Stabilisierung einer Linienbreite und/oder einer Wellenlänge eines von der halbleiterbasierten Laserdiode LQ erzeugten Laserstrahls.

Im Ausführungsbeispiel, welches in Figur 1 gezeigt ist, umfasst das Lasermodul LM als Laserquelle eine halbleiterbasierte Master-Oszillator-Leistungsverstärker Architektur, MOPA für englisch: Master-Oszillator-Power-Amplifier. Der

Masteroszillator MO, der auch als Seed-Laser bezeichnet wird, umfasst einen oder mehrere Diodenlaser-Chips mit einer beispielhaften optischen

Ausgangsleistung von 30 mW oder mehr.

Der Masteroszillator umfasst ein integriertes Gitter und kann so als Strahlquelle hoher Strahlqualität und stabilisierter Wellenlänge dienen.

Zwischen Masteroszillator MO und dem optischen Verstärker PA sind

verschiedene Zylinderlinsenanordnungen ZL1 , ZL2 und ein miniaturisierter optischer Isolator IS1 , der auf die bestimmte Wellenlänge, im dargestellten Beispiel von 633 nm, zugeschnitten ist, platziert. Damit lassen sich eine optische Isolierung von mehr als 30 dB und ein Übertragungsverlust von weniger als 3 dB erreichen. Der optische Isolator IS1 verringert Rückreflexe von optischen Oberflächen des Masteroszillators MO ohne dessen

Strahleigenschaften zu beeinträchtigen. Der Leistungsverstärker PA verstärkt und stabilisiert die vom Masteroszillator emittierte Strahlung. Die

Zylinderlinsenanordnung ZL1 kollimiert den Strahl, die Zylinderlinsenanordnung ZL2 fokussiert den Strahl auf eine Eintrittsfacette des Leistungsverstärkers PA. die Zylinderlinsenanordnung ZL3 kollimiert den vom Leistungsverstärker PA verstärken Strahl erneut.

Der Strahl wird anschließend geteilt. Ein Hauptstrang dient als Nutzstrahl beispielsweise für Interferometrie und/oder Holographie.

Er wird im dargestellten Beispiel über zwei Spiegel SP1 , SP2 auf eine asphärische Linse AL gelenkt, die den Laserstrahl so fokussiert, dass er beispielsweise in eine Faser FS eingeleitet werden kann. Dafür ist eine Ferrule vorhanden. Die Faser FS kann zusätzlich zugentlastet sein.

MOPA und Fasereinkopplung sind gekühlt, beispielsweise durch mindestens ein Peltierelement, welches unter MOPA und der Fasereinkopplung angeordnet ist. Das Peltierelement kühlt beispielsweise auf weniger als 15°C.

Der Master-Oszillator-Leistungsverstärker ist mit einer optional heizbaren Gaszelle GZ, beispielsweise einer zur Verdampfung von Jod auf 50° C heizbaren Jod-Gaszelle, kombiniert, die zur Stabilisierung der Ausgangsleistung und/oder Emissionswellenlänge verwendet wird.

Die Jod-Gaszelle ist miniaturisiert, im Ausführungsbeispiel weist sie 30 mm Länge und einer Apertur von 2 mm auf.

Ein Nebenstrang des geteilten Strahls wird erneut geteilt. Ein Teil wird mittels einer Fotodiode PD1 direkt detektiert, der andere Teil zunächst durch die aufgeheizte Gaszelle geleitet und dann von einer zweiten Fotodiode PD2 detektiert. Durch das Gas vorbestimmte Wellenlängen werden in der Gaszelle absorbiert, so dass sich die Fotodioden PD1 , PD2 unterschiedliche Messwerte liefern, die zur Stabilisierung des MOPA auf eine der vorbestimmten

Wellenlängen stabilisiert werden kann.

Ist beispielsweise Jod in der Gaszelle, so lässt sich das Laserlicht auf eine Wellenlänge von 633 nm so weit stabilisieren, dass eine Frequenzabweichung weniger als 10 MHz beträgt. Das entspricht einer Frequenzstabilität von 2-10 ⁸ und damit der Genauigkeit von etwa 2 Mikrometern auf einer Länge von 100 Metern.

Optional sind Temperatursensoren vorhanden, die vorgerichtet sind,

Temperaturen einzelner Komponenten, insbesondere eine Temperatur der Gaszelle und/oder des Masteroszillators und/oder des Leistungsverstärkers zu bestimmen. Die heizbare Gaszelle GZ umfasst dann optional eine regelbare Heizung, beispielsweise eine Widerstandsheizung oder ein weiteres

Peltierelement, die anhand der bestimmten Temperaturen geregelt wird. Das oder die Peltierelemente zur Kühlung von MOPA und Fasereinkopplung können zusätzlich oder alternativ anhand der bestimmten Temperaturen geregelt sein.

Das Lasermodul LM umfasst weiterhin ein abschirmendes Gehäuse, welches insbesondere die Laserquelle bei einer Kühlung unter den Taupunkt vor

Kondenswasser schützt. Das Gehäuse umfasst dabei eine Öffnung, in die eine Faser FS wasserdicht einsetzbar ist.

Die Faser FS und die Spiegel SP1 , SP2, sowie die asphärische Linse AL und Ferrule sind für die Erfindung jedoch nicht wesentlich. Alternativ kann der Strahl beispielsweise als Freistrahl aus dem Gehäuse direkt durch ein Fenster austreten, dass den Schutz vor Kondenswasser gewährleistet. Das Fenster kann entspiegelt, insbesondere für die bestimmte Wellenlänge entspiegelt sein.

Der Erfindung ermöglich also mittels signifikant verkleinerter neue Lasermodule neue interferometrische Messsysteme und Holographieanwendungen..

Figur 2 zeigt eine CAD-Zeichnung des Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Montage ist das Lasermodul ist für Interferometrie und/oder Holographie vorgerichtet und umfasst eine Gaszelle zur Stabilisierung einer Linienbreite und/oder einer Wellenlänge des Lasermoduls.