DE10003244B4

DE10003244B4 - Laservorrichtung mit Gütemodulation und Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10003244B4
Application number: DE10003244A
Authority: DE
Inventors: Susumu Konno; Shuichi Fujikawa; Tetsuo Kojima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2020-01-27
Also published as: DE10003244A1; FR2788893B1; JP4008609B2; FR2788893A1; JP2000216467A; US6393034B1

Abstract

Laservorrichtung zum Erzeugen eines Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahls, die einen Resonator mit stabilem Betriebsbereich der Anregungsintensität aufweist,
gekennzeichnet durch
– ein aktives Festkörperlasermedium (2);
– ein Resonator-Gütemodulationselement (8);
– einen Wellenlängenumwandlungskristall (4), der ein nichtlinearer optischer Kristall ist; und
– Resonatorspiegel (1), (7),
– wobei das aktive Festkörperlasermedium, das Gütemodulationselement und der Wellenlängenumwandlungskristall im Inneren des stabilen Resonators auf der optischen Achse (5) des Lasers angeordnet sind und wobei einer (7) der Resonatorspiegel (1), (7) an einer Seite nahe dem Wellenlängenumwandlungskristall (4) ein Konvexspiegel ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laservorrichtung zum Erzeugen eines Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahls, die einen Resonator mit stabilem Betriebsbereich der Anregungsintensität aufweist, sowie eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer derartigen Laservorrichtung.
14 zeigt eine Konstruktionsansicht einer herkömmlichen Laservorrichtung, die in der JP-A-8-250797 beschrieben ist. In 14 bezeichnet 25 einen Resonatorspiegel, der einen hohen Reflexionsgrad in bezug auf einen Grundlaserstrahl hat. 2c, 2d bezeichnen jeweils ein aktives Festkörperlasermedium. 9a ist eine die Polarisationsebene um 90° drehende Einrichtung. 4b ist ein Wellenlängenumwandlungskristall zur Erzeugung zweiter Harmonischer.
6b ist ein Grundlaserstrahl. 5b bezeichnet eine optische Achse des Grundlaserstrahls. 3b ist ein Umlenk- und Auskopplungsspiegel, der einen hohen Reflexionsgrad in bezug auf den Grundlaserstrahl und einen hohen Durchlaßgrad in bezug auf den Laserstrahl der zweiten Harmonischen hat. 26 bezeichnet einen Resonatorspiegel, der einen hohen Reflexionsgrad in be zug auf den Grundlaserstrahl und den Laserstrahl der zweiten Harmonischen hat.
Der Wellenlängenumwandlungskristall 4b zur Erzeugung der zweiten Harmonischen ist mit einer optimalen Phasenanpassungseinrichtung versehen, bei der der Winkel und die Temperatur des Frequenzumwandlungskristalls geändert werden.
Bei der in 14 gezeigten Laservorrichtung wird ein Teil des Grundlaserstrahls, der von den Spiegeln 25, 26, der die Polarisationsebene um 90° drehenden Einrichtung 9a und den aktiven Festkörperlasermedien 2c, 2d erzeugt wird, von dem Wellenlängenumwandlungskristall 4b zur Erzeugung zweiter Harmonischer, der im Inneren eines Resonators angeordnet ist, in einen Laserstrahl der zweiten Harmonischen umgewandelt und aus dem Laserstrahl-Umlenkspiegel 3b extrahiert.
Bei dieser Laservorrichtung ist einer der den Resonator bildenden Resonatorspiegel ein Konvexspiegel, und der andere Spiegel 26, der an einer Seite nahe dem Wellenlängenumwandlungskristall 4b zur Erzeugung zweiter Harmonischer liegt, ist ein Konkavspiegel. Der Wellenlängenumwandlungskristall 4b zur Erzeugung zweiter Harmonischer ist dort positioniert, wo der Durchmesser des Grundlaserstrahls 6b durch eine Funktion des Resonators verengt ist.
Da bei der in 14 gezeigten Laservorrichtung die die Polarisationsebene um 90° drehende Einrichtung 9a zwischen den aktiven Lasermedien 2c, 2d positioniert ist, ist es möglich, die Stabilität und den Wirkungsgrad eines Lasersystems dadurch zu verbessern, daß die Doppelbrechung und die Doppelfokussierung der beiden aktiven Lasermedien kompensiert werden.
15 ist eine Konstruktionsansicht, die eine Laservorrichtung zeigt, die in der Veröffentlichung "Solid State Laser Engineering" (3^rd Edition) von W. Koechner beschrieben ist. In 15 bezeichnet 25a einen Resonatorspiegel mit konkaver Krümmung. 8b ist ein Resonator-Güteschaltungselement. 2e ist ein aktives Lasermedium. 5c bezeichnet eine optische Achse des Lasers eines Grundwellenlaserstrahls.
3c ist ein Umlenk- und Auskopplungsspiegel, der einen hohen Reflexionsgrad in bezug auf den Grundwellenlaserstrahl und einen hohen Durchlaßgrad in bezug auf einen Laserstrahl der zweiten Harmonischen hat. 4c bezeichnet einen Wellenlängenumwandlungskristall zum Erzeugen zweiter Harmonischer.
26a bezeichnet einen Spiegel mit konkaver Krümmung, der einen hohen Reflexionsgrad in bezug auf den Grundwellenlaserstrahl und den Laserstrahl der zweiten Harmonischen hat. Bei dieser Vorrichtung ist der Wellenlängenumwandlungskristall 4c zur Erzeugung zweiter Harmonischer ähnlich wie bei der in 14 gezeigten Vorrichtung dort positioniert, wo der Grundlaserstrahl durch eine Funktion des Laserresonators verengt ist.
Bei einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls der zweiten Harmonischen, die entsprechend 15 ausgebildet ist, wird ein Teil eines Q-Impuls-Grundlaserstrahls, der von den Resonatorspiegeln 25a, 26a, dem reflektierenden Spiegel 3c, dem aktiven Lasermedium 2e und dem Güteschaltungselement 8b erzeugt wird, von dem Wellenlängenumwandlungskristall 4c zur Erzeugung zweiter Harmonischer in einen Laserstrahl der zweiten Harmonischen umgewandelt und aus dem Spiegel 3c extrahiert.
Bei den in 14 und 15 gezeigten Lasersystemen ist der Wellenlängenumwandlungskristall dort positioniert, wo der Durchmesser des Laserstrahls im Bereich des Konkavspiegels schmaler gemacht wird. Da der Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad des Wellenlängenumwandlungskristalls mit zunehmender Strahlintensität hoch wird, wird der Wellenlängenumwandlungskristall im allgemeinen dort angeordnet, wo der Laserstrahl fokussiert ist. Ein Konkavspiegel wird gewöhnlich als Resonatorspiegel verwendet.
Da bei der so ausgebildeten Vorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls der zweiten Harmonischen der Konkavspiegel an mindestens einer Seite, an der der Wellenlängenumwandlungskristall positioniert ist, als Resonatorspiegel dient, wird die Länge des Resonators größer, so daß eine kompakte Wellenlängenumwandlungslaservorrichtung nicht realisiert werden kann.
Weiterhin hat der Resonator geringe Stabilität in bezug auf eine Vibration des Resonanzspiegels. Außerdem ist es schwierig, einen Wellenlängenumwandlungs-Pulslaserstrahl mit schmaler Pulsbreite zu erzeugen.
Wenn man ferner versucht, die Ausgangsleistung und den Wirkungsgrad des Systems zu verbessern, besteht die Gefahr, daß der Wellenlängenumwandlungskristall beschädigt wird. Wenn ferner ein Wellenlängenumwandlungskristall mit einer kleinen nichtlinearen Konstanten verwendet wird, ist es schwierig, einen hohen Frequenzumwandlungs-Wirkungsgrad zu erzielen.
Aus der US 5 025 446 ist eine Laservorrichtung bekannt, bei der sowohl von einem Q-Switch-Impulsbetrieb als auch von einer resonatorinternen Frequenzumwandlung Gebrauch gemacht wird. Im Hinblick auf einen zuverlässigen und stabilen Betrieb ist dort allerdings vorgesehen, daß eine resonatorinterne optische Abbildung der Strahldurchmesser vom aktiven Medium in den nichtlinearen Kristall erfolgt. Bei der herkömmlichen Anordnung wird auch kein Resonatorspiegel in Form eines Konvexspiegels an einer Seite nahe dem Wellenlängenumwandlungskristall verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist die Lösung der vorstehenden Probleme, mit denen die herkömmlichen Laservorrichtungen behaftet sind, und die Angabe einer Innenhohlraum-Wellenlängenumwandlungslaservorrichtung und einer entsprechender Laserbearbeitungsvorrichtung, bei denen die Impulsdauer kurz und der Betrieb einfach ist, die Reproduzierbarkeit und Stabilität ausgezeichnet sind, ein Wellenlängenumwandlungskristall weniger anfällig für Beschädigungen ist und die Vorrichtung kompakt gebaut ist.
Ein Vorteil der Erfindung ist dabei die Angabe einer Wellenlängenumwandlungslaservorrichtung, die auch dann einen hohen Wirkungsgrad zeigt, wenn ein Wellenlängenumwandlungskristall einen kleinen Wellenlängenumwandlungskoeffizienten hat.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Angabe einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die auf einfache und stabile Weise betrieben werden kann und mit der es möglich ist, eine Feinbearbeitung mit hoher Präzision und Hochgeschwindigkeit durchzuführen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Angabe einer Laservorrichtung, die einfach zu betreiben ist und ein anderes Lasersystem auf stabile und effiziente Weise aktivieren kann.
Gemäß der Erfindung wird eine Laservorrichtung zum Erzeugen eines Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahls angegeben, die einen Resonator mit stabilem Betriebsbereich der Anregungsintensität aufweist, und ist gekennzeichnet durch ein aktives Festkörperlasermedium;

– ein Resonator-Gütemodulationselement;
– einen Wellenlängenumwandlungskristall, der ein nichtlinearer optischer Kristall ist; und
– Resonatorspiegel,

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Laservorrichtung ist vorgesehen, daß der Wellenlängenumwandlungskristall ein Wellenlängenumwandlungskristall zum Erzeugen eines Laserstrahls der zweiten Harmonischen ist und daß der Wellenlängenumwandlungskristall ein LBO- bzw. (LiB₃O₅)-Kristall vom Phasenanpassungs-Typ II ist.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Laservorrichtung ist vorgesehen, daß ein Polarisationssteuerungselement in den stabilen Resonator eingesetzt ist.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Laservorrichtung ist vorgesehen, daß die mittlere Ausgangsleitung des Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahls 50 W oder höher ist.
Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine Laserbearbeitungsvorrichtung angegeben, die eine erfindungsgemäße Laservorrichtung der vorstehend angegebenen Art aufweist.
In Weiterbildung der Erfindung wird eine Lasereinrichtung angegeben, die eine Laservorrichtung der vorstehend genannten Art sowie einen zweiten Wellenlängenumwandlungskristall aufweist und die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahl der Wellenlängenumwandlung unterworfen wird, indem der Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahl durch den zweiten Wellenlängenumwandlungskristall geschickt wird.
Des weiteren wird gemäß der Erfindung eine Lasereinrichtung angegeben, die eine Laservorrichtung der vorstehend genannten Art sowie andere externe aktive Lasermedien aufweist und die dadurch gekennzeichnet ist, daß der von der Laservorrichtung erzeugte Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahl genutzt wird, um die anderen aktiven Lasermedien zu aktivieren.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine Konstruktionsansicht einer Wellenlängenumwandlungslaservorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung;
2 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Impulsbreite von der Länge eines Resonators zeigt;
3 die Gestalt einer Laserstrahlmode in einem Laserresonator, der einen Konvexspiegel verwendet, und die Strahlgröße der Mode an dem aktiven Lasermedium als Funktion der Pumpintensität;
4 die Gestalt einer Laserstrahlmode in einem langen Laserresonator, der einen Konkavspiegel verwendet, und die Strahlgröße der Mode an dem aktiven Lasermedium als Funktion der Pumpintensität;
5 die Gestalt einer Laserstrahlmode in einem kurzen Laserresonator, der einen Konkavspiegel verwendet, und die Strahlgröße der Mode an dem aktiven Lasermedium als Funktion der Pumpintensität;
6 zwei Polarisationsrichtungen in einem Querschnitt eines stabförmigen aktiven Lasermediums;
7 schematische Ansichten von Resonatoren zum Vergleich eines Falls, in dem als Resonatorspiegel ein Konvexspiegel verwendet wird, mit einem Fall, in dem als Resonatorspiegel ein Konkavspiegel verwendet wird;
8 einen Vergleich zwischen den errechneten Werten der Strahlabweichungen an einer Position eines aktiven Lasermediums in bezug auf eine Winkeländerung des Spiegels in den beiden Resonatoren von 7;
9 eine Konstruktionsansicht, die eine Laservorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt;
10 ein Diagramm, das ein Resultat zeigt, das durch Errechnen von Ausgangsleistungen zweiter Harmonischer in bezug auf einen Wellenlängenumwandlungskoeffizienten für Resonatoren mit unterschiedlichen Resonatorlängen im Fall eines gütegeschalteten Lasers vom Innerhohlraum-Wellenlängenumwandlungstyp erhalten worden ist;
11 eine Konstruktionsansicht, die schematisch eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung zeigt;
12 eine Konstruktionsansicht, die eine Laservorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung zeigt;
13 eine Konstruktionsansicht, die eine Laservorrichtung gemäß Ausführungsform 6 der Erfindung zeigt;
14 eine Konstruktionsansicht, die eine herkömmliche Laservorrichtung zeigt; und
15 eine Konstruktionsansicht einer anderen herkömmlichen Laservorrichtung.
Es folgt nun eine genaue Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die 1 bis 13, wobei für gleiche oder ähnliche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und eine dann erneute Beschreibung solcher Teile entfällt.
Ausführungsform 1
1 zeigt die Ausbildung der Ausführungsform 1. Dabei bezeichnet 1 einen Resonatorspiegel, der in bezug auf einen Grundlaserstrahl einen hohen Reflexionsgrad hat; 2 ist ein aktives Festkörperlasermedium; 3 ist ein Spiegel zum Auskoppeln eines Laserstrahls der zweiten Harmonischen, der außerdem als Reflexionsspiegel dient und einen hohen Reflexionsgrad in bezug auf den Grundlaserstrahl und einen hohen Durch laßgrad in bezug auf den Laserstrahl der zweiten Harmonischen hat.
4 bezeichnet einen Wellenlängenumwandlungskristall zum Erzeugen eines Laserstrahls der zweiten Harmonischen; und 5 bezeichnet die optische Achse des Grundlaserstrahls und des Laserstrahls der zweiten Harmonischen. 6 bezeichnet einen schwingenden Grundlaserstrahl. 7 bezeichnet einen Resonatorspiegel mit hohem Reflexionsgrad in bezug auf den Laserstrahl der zweiten Harmonischen und den Grundlaserstrahl.
In 1 sind die Krümmungen der Resonatorspiegel 1, 7 konvex. Ferner ist eine optimale Phasenanpassungsmöglichkeit beispielsweise durch Winkelabstimmung und/oder Temperaturabstimmung des Wellenlängenumwandlungskristalls 4 zum Erzeugen von zweiten Harmonischen vorgesehen.
Bei der Wellenlängenumwandlungslaservorrichtung, die gemäß 1 ausgebildet ist, wird ein Teil eines Q-Impuls-Grundlaserstrahls, der von den Resonatorspiegeln 1, 7, dem aktiven Festkörperlasermedium 2, das von einer Pumpquelle, wie etwa einem Halbleiterlaser oder einer Lampe (nicht gezeigt), aktiviert wird, dem Spiegel 3, der in bezug auf den Grundlaserstrahl als Reflexionsspiegel wirkt, und dem Güteschaltelement 8 erzeugt wird, von dem Wellenlängenumwandlungskristall 4 in den Laserstrahl der zweiten Harmonischen umgewandelt. Der so erzeugte Laserstrahl (2ω) der zweiten Harmonischen wird aus dem Umlenkspiegel 3 extrahiert.
Bei der so aufgebauten Laservorrichtung ist der Wellenlängenumwandlungskristall 4 nahe dem konvexen Resonatorspiegel positioniert. Die Position des Wellenlängenumwandlungskristalls 4 ist nicht dort, wo der Laserstrahl 6 in dem Resonator fo kursiert ist. Da jedoch bei dieser Laservorrichtung eine Schwingungsimpulsbreite schmal und die Impulspeakintensität hoch wird, ist es möglich, einen hohen Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad zu erzielen, obwohl sich der Wellenlängenumwandlungskristall nicht in der Position befindet, in der der Laserstrahl fokussiert ist.
Anders ausgedrückt, obwohl ein Wellenlängenumwandlungskristall dort positioniert ist, wo ein Laserstrahl in einer gewöhnlichen Wellenlängenumwandlungslaservorrichtung fokussiert ist, ist es möglich, die Funktionsweise und die Wirkung, die bei der herkömmlichen Technik nicht erreichbar sind, an einer Stelle zu erzielen, wobei der Wellenlängenumwandlungskristall nicht dort positioniert ist, wo bei der vorliegenden Erfindung der Laserstrahl fokussiert wird.
2 zeigt schematisch die Abhängigkeit einer gütegeschalteten Impulsbreite, die von der Resonatorlänge abhängig ist, wobei die Impulsbreite mit kürzer werdender Resonatorlänge schmal wird. Da bei der in 1 gezeigten Ausführungsform 1, wie nachstehend beschrieben wird, die Länge des Resonators verkürzt ist, während gleichzeitig eine gute Strahlgüte aufrechterhalten wird, ist es möglich, einen gütegeschalteten Impulsstrahl zu erzeugen, der eine kürzere Impulsdauer, einen hohen Impulspeak und eine hohe Strahlgüte hat.
Weiterhin ist bei einem Laser mit hoher Ausgangsleistung die Strahlintensität hoch, obwohl der Wellenlängenumwandlungskristall nicht an der Stelle positioniert ist, an der ein Strahl fokussiert ist. Ferner ist der Strahldurchmesser des Wellenlängenumwandlungskristalls hinreichend klein, um einen hohen Frequenzumwandlungs-Wirkungsgrad zu erzielen, weil die Brennweite der thermischen Linse eines aktiven Lasermediums bei dem Laser mit hoher Ausgangsleistung, also einem hochgepumpten Lasersystem, kurz ist.
Es ist somit möglich, einen hohen Frequenzumwandlungs-Wirkungsgrad zu erzielen. Dabei ist eine solche Auswirkung in einem Fall bedeutsam, in dem eine Ausgangsleistung des Wellenlängenumwandlungslasers 50 W oder höher ist. Außerdem stellt sich der Effekt ein, daß im Fall eines Lasers mit hoher Ausgangsleistung der Wellenlängenumwandlungskristall praktisch nicht beschädigt wird, wenn er sich nicht in einer Position befindet, in der der Strahl fokussiert ist.
Es folgt die Beschreibung des Zusammenhanges zwischen der Fokussierbarkeit des aus dem Resonator extrahierten Strahls und dem Bereich, in dem eine stabile Schwingung möglich ist, wobei die Änderungen von der Krümmung des Resonatorspiegels und der Resonatorlänge abhängig sind, und zwar bezogen auf das Lasersystem mit aktiven Medien, die die Eigenschaft der thermischen Linse haben, was bei dem Laser mit hoher Ausgangsleistung der Fall ist.
Wenn eine Festkörperlaservorrichtung in Betrieb ist, wird ein aktives Festkörperlasermedium hauptsächlich durch Anregung erwärmt, wobei das aktive Festkörperlasermedium die Eigenschaft der thermischen Linse hat. Nachstehend wird der Fall beschrieben, in dem das aktive Festkörperlasermedium die Eigenschaft einer thermischen Linse mit einer positiven Brennweite, wie etwa bei Nd:YAG, hat.
3 zeigt einen Resonator, der zwei konvexe Spiegel verwendet. 4 zeigt einen langen Resonator, der zwei konkave Spiegel verwendet. 5 zeigt einen kurzen Resonator, der zwei konkave Spiegel verwendet. In den 3 bis 5 sind die Formen von Laserstrahlmoden in den Resonatoren und Änderungen von errechneten Werten von Eigenmodenstrahldurchmessern an einer Position der aktiven Lasermedien in bezug auf die Anregungsintensität schematisch dargestellt.
Die Resonatorspiegel in den 4 und 5 haben die gleiche Krümmung. Ferner beziehen sich die Darstellungen in den 3 bis 5 auf einen Fall, in dem die aktiven Lasermedien vom Stabtyp sind. Vollinien der Eigenmodenstrahldurchmesser sind berechnet unter Anwendung der Brechzahl einer Polarisationskomponente in Radialrichtungen, d. h. der Polarisationsrichtung 1 in 6, und Strichlinien sind berechnet unter Anwendung der Brechzahl der Polarisationskomponente in Tangentialrichtungen, d. h. Polarisationsrichtungen 2 in 6, im Stabquerschnitt.
Die Fokussierbarkeit des aus dem Laserresonator extrahierten Laserstrahls wird mit größer werdendem Eigenmodenstrahldurchmesser an der Position des aktiven Lasermediums besser und wird mit kleiner werdendem Eigenmodenstrahldurchmesser schlechter.
Eine stabile Schwingung ist an einer Position möglich, an der ein Strahldurchmesser an der Position des aktiven Mediums, der von der Brechzahl in den Radialrichtungen entsprechend den Vollinien abhängig ist, und ein Strahldurchmesser an der Position des aktiven Mediums, der von der Brechzahl der Polarisationskomponente in den Tangentialrichtungen entsprechend einer Strichlinie abhängig ist, einander überlappen. Anders ausgedrückt, die stabile Schwingung ist in den Bereichen der Anregungsintensität möglich, die in den 4 und 5 mit P1 und P2 bezeichnet sind.
Wenn die Eigenmodenstrahldurchmesser, die mit w0 in 4 und w1 in 5 angegeben sind, an der Position des aktiven Lasermediums des Resonators miteinander verglichen werden, ist w1 in 5 entsprechend einer kürzeren Resonatorlänge kleiner. Weiterhin ist der Bereich P2 in 5, in dem die berechneten Werte der Strahldurchmesser, die beiden Polarisationsarten unterworfen sind, d. h. die Strichlinie und die Vollinie gleich sind, breiter als der Bereich P1 in 4.
In diesen Bereichen P1 und P2 kann eine stabile Schwingung erreicht werden. Obwohl also die Fokussierbarkeit des aus dem Resonator von 5 extrahierten Strahls schlechter als diejenige des in 4 gezeigten Resonators ist, ist als Ergebnis der Bereich der Anregungsintensität, in dem der stabile Betrieb erzielbar ist, in dem Resonator von 5 breiter.
Als nächstes werden die 3 und 4 erläutert. Wenn die Konvexspiegel mit geeigneten Krümmungen verwendet werden und der Abstand zwischen den Konvexspiegeln richtig gewählt ist, wie es 3 zeigt, existiert eine Strahleinschnürung dort, wo der Strahl fokussiert ist, in dem Resonator gemäß 3 nicht.
Es ist daher möglich, die Resonatorlänge zu verringern und gleichzeitig die Position und die Breite P1 des stabilen Betriebsbereichs der Anregungsintensität aufrechtzuerhalten, und der Durchmesser der Strahlmode im stabilen Betriebsbereich kann nahezu gleich demjenigen von 4 sein. Die Schwingungscharakteristiken dieser Resonatoren werden in der Tabelle 1 miteinander verglichen.

Die Tabelle 1 zeigt, daß dann, wenn der Konvexspiegel verwendet wird, die Resonatorlänge verkürzt ist, während gleichzeitig die Schwingungscharakteristiken, wie etwa die Ausgangsleistungen, die Fokussierbarkeit des Strahls und die Breite des stabilen Betriebsbereichs, nahezu gleich denen bei einem Resonator sind, in dem der Konkavspiegel verwendet wird. Tabelle 1

	Figur 3	Figur 4	Figur 5
Spiegelkrümmung	Konvex	Konkav	Konkav
Resonatorlänge	Kurz	Lang	Kurz
Stabiler Betriebsbereich	Schmal (P2)	Schmal (P2)	Breit (P1)
Strahlfokussierbarkeit	Gut	Gut	Schlecht

Der Resonator, der aus Konkav- oder Flachspiegeln besteht, kann zwar durch Einfügen von Linsen in das Innere des Resonators verkürzt werden, aber das ist mit Nachteilen verbunden, wie etwa mit einer Zunahme der Resonatorverluste und einer Steigerung der Empfindlichkeit bei der Ausfluchtung der optischen Elemente.
Nachstehend wird unter Anwendung von Berechnungen ein praktisches Beispiel beschrieben, um zu zeigen, daß der den Konvexspiegel verwendende kurze Resonator im Vergleich mit dem den Konkavspiegel verwendenden langen Resonator keine hochpräzise Spiegelausfluchtung erfordert.
Der Resonator 1 ist in 7 schematisch gezeigt, wobei zwei Konvexspiegel mit einem Krümmungsradius von 1 m vorgesehen sind. Die Hohlraumlänge des Resonators 1 ist 780 mm. Ein Resonator 2 ist ebenfalls schematisch in 7 gezeigt, wobei der Resonator 2 zwei Konkavspiegel mit einem Krümmungsradius von 1 m hat und die Hohlraumlänge 1780 mm ist. Diese Resonatoren haben nahezu identische Fokussierbarkeit und stabile Betriebsbereiche ebenso wie die in den 3 und 4 verglichenen Resonatoren.
8 zeigt, um wieviel die optischen Achsen der Resonatoren an den Positionen von aktiven Lasermedien von den Mitten verlagert werden, wenn Winkel der Spiegel geändert werden. Es ist bekannt, daß der Resonator 1 im Vergleich mit dem Resonator 2 eine wesentlich geringere Verlagerung der optischen Achse an der Position des aktiven Lasermediums hat, wie 8 zeigt.
Da die Laserausgangsleistung kleiner wird, wenn der Wert der Verlagerung der optischen Achse an der Position des aktiven Lasermediums groß wird, ist die Schwankung der Ausgangsleistung aufgrund von Vibrationen des Resonatorspiegels in dem Resonator 2 größer als in dem Resonator 1. Wenn man ferner versucht, optimale Winkel der Resonatorspiegel zu finden, bei denen eine maximale Ausgangsleistung erreichbar ist, wird im Resonator 2 eine höhere Präzision als im Resonator 1 verlangt.
Durch den Aufbau des kurzen Resonators unter Verwendung des Konvexspiegels ist es möglich, eine Vorrichtung zu bauen, die gegenüber Vibrationen optischer Komponenten weniger anfällig ist, und somit wird eine hochpräzise Ausfluchtung nicht gefordert.
Wenn optische Elemente, wie etwa ein Resonatorspiegel und ein Wellenlängenumwandlungskristall, in einer Innenhohlraum-Wellenlängenumwandlungslaservorrichtung ausgefluchtet werden, dann werden die optischen Elemente so ausgefluchtet, daß sie einer optimalen Bedingung für die Laserschwingung sowie einer optimalen Phasenanpassungsbedingung eines SHG-Kristalls genügen.
Anders ausgedrückt, es ist bei einer mit der Grundwelle schwingenden Laservorrichtung, die keinen Wellenlängenumwand lungskristall im Inneren eines Resonators hat, nur die Ausfluchtung des Resonatorspiegels erforderlich. Im Fall der Innerhohlraum-Wellenlängenumwandlungslaservorrichtung wird jedoch zusätzlich eine Ausfluchtung des Wellenlängenumwandlungskristalls erforderlich.
Daher ist es bei Innerhohlraum-Frequenzumwandlungslasern äußerst wirksam, wenn die hochpräzise Spiegelausfluchtung im Vergleich mit der bei der Grundwelle schwingenden Laservorrichtung nicht notwendig ist. Da die Vorrichtung außerdem durch eine Änderung des Winkels des Wellenlängenumwandlungskristalls kaum beeinflußt wird, ist die Laservorrichtung außerordentlich stabil.
Gemäß der Erfindung wird erstmals gezeigt, daß ein äußerst stabiler Laser angegeben werden kann, indem der den Konvexspiegel verwendende Resonator bei dem Wellenlängenumwandungslaser angewandt wird, und es wird erstmals gezeigt, daß der den Konvexspiegel verwendende Resonator dem den Konkavspiegel verwendenden Resonator im Hinblick auf die Größe der Verlagerung der optischen Achse in bezug auf die vorher erwähnte Winkeländerung des Spiegels überlegen ist.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform 1 wird zwar der Fall beschrieben, daß der Laserstrahl der zweiten Harmonischen erzeugt wird, indem nur das Wellenlängenumwandlungselement zur Erzeugung der zweiten Harmonischen im Inneren des Resonators positioniert ist; es ist aber auch möglich, eine Laservorrichtung zu bauen, indem im Inneren eines Resonators ein Summenfrequenzerzeugungselement positioniert wird, wobei beispielsweise eine Vielzahl von Frequenzumwandlungskristallen, wie etwa ein Wellenlängenumwandlungskristall, zum Erzeugen zweiter Harmonischer und ein Wellenlängenumwandlungskristall zur Erzeugung dritter Harmonischer so angeordnet wird, daß ein Q-Impuls-Summenfrequenzlaserstrahl mit schmaler Impulsbreite hochwirksam erzeugt wird.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform 1 wird zwar der Fall beschrieben, daß ein einziges Güteschaltelement verwendet wird; es ist aber möglich, eine Sperrung, d. h. ein vollkommenes Anhalten der Laserschwingung, in einer Innenhohlraum-Wellenlängenumwandlungslaservorrichtung mit hoher Ausgangsleistung dadurch zu erreichen, daß unter Verwendung der Vielzahl von Güteschaltelementen der Beugungs-Wirkungsgrad gesteigert wird.
In einem Fall, in dem sich der Beugungs-Wirkungsgrad des Güteschaltelements in Abhängigkeit von der Relation zwischen der Polarisationsrichtung eines Laserstrahls und der Ausbreitungsrichtung der Schallwelle des Güteschaltelements ändert, ist es weiterhin möglich, die Laservorrichtung so auszubilden, daß zwei Güteschaltelemente so angeordnet sind, daß die Ausbreitungsrichtungen einer Vielzahl von Schallwellen in den Güteschaltelementen zueinander senkrecht sind, um den Beugungs-Wirkungsgsrad zu steigern.
Ausführungsform 2
9 zeigt den Aufbau einer Laservorrichtung gemäß Ausführungsform 2. In 9 bezeichnet 1a einen Resonatorspiegel mit hohem Reflexionsgrad in bezug auf einen Grundlaserstrahl. 2a, 2b bezeichnen aktive Festkörperlasermedien. 3a bezeichnet einen Extraktionsspiegel für einen Laserstrahl der zweiten Harmonischen, und dieser dient außerdem als Reflexionsspiegel mit hohem Reflexionsgrad in bezug auf den Grundlaserstrahl und hohem Durchlaßgrad in bezug auf einen Laserstrahl der zweiten Harmonischen.
4a bezeichnet einen Wellenlängenumwandlungskristall zum Erzeugen der zweiten Harmonischen. 5a bezeichnet eine optische Achse der Laserschwingung. 6a bezeichnet einen Grundlaserstrahl. 7a ist ein Resonatorspiegel mit hohem Reflexionsgrad in bezug auf den Laserstrahl der zweiten Harmonischen und den Grundlaserstrahl.
9 ist eine die Polarisationsebene um 90° drehende Einrichtung. In 9 haben die Resonatorspiegel 1a und 7a eine konvexe Krümmung. Außerdem ist eine Möglichkeit zur optimalen Phasenanpassung beispielsweise durch Abstimmen des Winkels und/oder der Temperatur des Wellenlängenumwandlungskristalls 4a zum Erzeugen der zweiten Harmonischen vorgesehen.
Bei der gemäß 9 aufgebauten Wellenlängenumwandlungslaservorrichtung wird ein Teil eines Q-Impuls-Grundlaserstrahls, der von den Laserresonatorspiegeln 1a, 7a, dem Spiegel 3a, der in bezug auf die Grundwelle als Reflexionsspiegel wirkt, den aktiven Festkörperlasermedien 2a, 2b, die von einer Pumpquelle, wie etwa einem Halbleiterlaser und einer Lampe (nicht gezeigt), aktiviert werden, einem Güteschaltelement 8a und der die Polarisationsebene um 90° drehenden Einrichtung erzeugt wird, von dem Wellenlängenumwandlungskristall 4a zum Erzeugen der zweiten Harmonischen in einen Laserstrahl der zweiten Harmonischen umgewandelt. Der so erzeugte Laserstrahl (2w) der zweiten Harmonischen wird aus dem Spiegel 3a extrahiert.
Bei der gemäß 9 ausgebildeten Wellenlängenumwandlungslaservorrichtung ist es dadurch, daß eine Doppelfokussierung in den aktiven Lasermedien 2a, 2b in Abhängigkeit von den Polarisationsrichtungen aufgehoben wird, indem die die Polarisationsebene um 90° drehende Einrichtung 9 zwischen den akti ven Lasermedien 2a, 2b positioniert ist, möglich, einen breiteren stabilen Schwingungsbereich als bei einer herkömmlichen Technik sicherzustellen. Da ferner der Resonatorspiegel ein Konvexspiegel ist, kann eine kompaktere Vorrichtung als mit der herkömmlichen Technik realisiert werden, und ein gütegeschalteter Impulswellenlängenumwandlungsstrahl mit kürzerer Impulsdauer und höherer Peakintensität kann hochwirksam erzeugt werden.
Bei der Ausführungsform 2 kann eine Summenfrequenzerzeugungsvorrichtung dadurch gebildet werden, daß eine Vielzahl von Wellenlängenumwandlungskristallen im Inneren des Resonators positioniert wird; und es kann eine Vielzahl von Güteschaltelementen verwendet werden, oder zwei Güteschaltelemente können so angeordnet sein, daß die Ausbreitungsrichtungen von Schallwellen in den Güteschaltelementen zueinander senkrecht sind.
Bei den Ausführungsformen 1 und 2 sind zwar beide Resonatorspiegel Konvexspiegel, solange aber wenigstens der Spiegel auf der Seite des Wellenlängenumwandlungskristalls ein Konvexspiegel und der andere Spiegel, beispielsweise ein Planspiegel oder ein Konkavspiegel ist, ändert sich die erzielte Wirkung nicht, daß nämlich der Wellenlängenumwandlungskristall weniger anfällig für eine Beschädigung ist, obwohl die vorgenannten Wirkungen geringfügig verschlechtert werden.
Ausführungsform 3
Bei der Ausführungsform 3 wird ein LBO- bzw. (LiB₃O₅)-Kristall vom Phasenanpassungs-Typ II als Wellenlängenumwandlungskristall in der Konstruktion des Innerhohlraum-Q-Impulswellenlängenumwandlungslasers der 1 und 9 verwendet. Nachstehend wird beschrieben, warum ein kurzer Resonator mit Konvexspiegel im Fall der Innerhohlraum-Frequenzumwandlung bei einem LBO- bzw. (LiB₃O₅)-Kristall vom Phasenanpassungs-Typ II vorteilhaft ist.
Ein effektiver Wellenlängenumwandlungskoeffizient d_eff des Wellenlängenumwandlungskristalls ist dem Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad auf der Grundlage der folgenden Formeln zugeordnet.
Formel 1:

k ∝ deff 2; und

Formel 2:

P2ω = kPω2,wobei Pω die Grundstrahlleistung in dem Kristall und P_2ω die Leistung einer zu erzeugenden zweiten Harmonischen bezeichnet.

Gemäß der Formel 1 beträgt der Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad des LBG-Kristalls vom Phasenanpassungs-Typ II, der einen kleinen effektiven Wellenlängenumwandlungskoeffizienten hat, ungefähr einige Zehntel des Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrads des KTP-Kristalls und ungefähr einige Einer des LBO-Kristalls vom Phasenanpassungs-Typ I, weil das Quadrat des effektiven Wellenlängenumwandlungskoeffizienten proportional zu dem Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad ist, wie aus der Formel 1 hervorgeht.
Andererseits hat der LBO-Kristall vom Phasenanpassungs-Typ II Vorteile bei der Erzeugung eines Strahls der zweiten Harmonischen mit hoher Ausgangsleistung, weil (1) der Grenzwert einer optischen Beschädigung hoch ist; (2) die Erzeugung zweiter Harmonischer mit einem Grundlaserstrahl beliebiger Polarisation möglich ist; und (3) die Brechzahl gegenüber einer Temperaturänderung weniger empfindlich ist.
Bei den herkömmlichen Lasersystemen wird der LBG-Kristall vom Phasenanpassungs-Typ II wegen des geringen Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrads selten für die Erzeugung der zweiten Harmonischen genutzt. Für eine tatsächliche Verwendung des LBG-Kristalls vom Phasenanpassungs-Typ II sollte der Kristall lang sein, wobei es technisch schwierig ist, einen langen Kristall herzustellen und gleichzeitig eine hohe Kristallgüte beizubehalten, und ferner die Herstellungskosten für einen langen Kristall hoch sind.
Selbst wenn er verwendet wird, ist die Ausgangsleistung der zweiten Harmonischen gegenüber dem KTP-Kristall etc. niedrig. Es wurde erstmals festgestellt, daß die Konstruktion des Resonators, der den Konvexspiegel in Kombination mit dem LBO-Kristall vom Phasenanpassungs-Typ II verwendet, Vorteile bietet, um die Ausgangsleistung und den Wirkungsgrad zu verbessern und die Impulsdauer kurz zu machen.
Außerdem wird der Strahl der zweiten Harmonischen, der ausgezeichnete Fokussierbarkeit hat und um das Zehnfache oder weniger hinsichtlich der Beugung begrenzt ist, mit einer mittleren Ausgangsleistung der zweiten Harmonischen von 140 W oder mehr erhalten.
Nachstehend wird theoretisch begründet, warum ein kurzer Resonator vorteilhaft ist, um die hohe Ausgangsleistung und den hohen Wirkungsgrad bei einer Innenhohlraum-Q-Impulswellenlängenumwandlung zu erhalten. 10 zeigt ein Resultat von berechneten Ausgangsleistungen zweiter Harmonischer in Abhän gigkeit von der Resonatorlänge lc, die bei 0,5 m, 0,7 m, 1 m, 1,2 m und 1,5 m liegt, in einem Simulator, wobei eine zeitliche Grenzbedingung so vorgegeben ist, daß ein tatsächliches System mittels Bilanzgleichungen der Formeln 3 und 4 beschrieben wird.
Anders ausgedrückt, es wird ein Zustand gleichartig zu dem bei einer tatsächlichen gütegeschalteten Laserschwingung durch die Berechnung reproduziert, und zwar mit einer periodischen Änderung eines Resonatorverlusts, der von einem Güteschaltelement abgeleitet ist. Die Formeln 3 und 4 sind wie folgt:
Formel 3:
Formel 4:

dndt = –σnlϕ,wobei ϕ die Photonendichte bezeichnet; c die Lichtgeschwindigkeit ist; σ den Querschnitt der stimulierten Emission bezeichnet; n die Besetzungsinversionsdichte bezeichnet; k eine Konstante proportional zu einem Wellenlängenumwandlungskoeffizienten ist; l_c die Länge des Resonators ist; und l die Länge des aktiven Lasermediums darstellt.

Aus 10 ist bekannt, daß mit kürzer werdender Resonatorlange eine höhere Ausgangsleistung einer zweiten Harmonischen erzielbar ist. Insbesondere dann, wenn ein kurzer Resonator in einem Bereich mit einem kleinen k von 3 × 10^–7 oder klei ner verwendet wird, existiert ein Bereich, in dem eine hohe Ausgangsleistung erreichbar ist.
Im Fall der Verwendung des KTP-Kristalls oder des LBG-Kristalls vom Phasenanpassungs-Typ I oder in ähnlichen Fällen wird der Wellenlängenumwandlungskoeffizient als solcher nicht klein. Bei Verwendung des LBG-Kristalls vom Phasenanpassungs-Typ II wird der Wellenlängenumwandlungskoeffizient als solcher klein.
Dabei ist es als Verfahren zur Steigerung des Wellenlängenumwandlungskoeffizienten möglich, einen weiteren langen Kristall zu verwenden. Ein solcher langer Kristall weist jedoch die Nachteile auf, daß er teuer ist und die Ausfluchtung kompliziert wird, weil der Phasenanpassungs-Akzeptanzwinkel des Wellenlängenumwandlungskristalls schmal ist.
Bei Verwendung des LBG-Kristalls vom Phasenanpassungs-Typ II als Wellenlängenumwandlungselement, dessen Wellenlängenumwandlungskoeffizient klein ist, existiert ein Bereich, in dem der Wirkungsgrad der Laserstrahlerzeugung der zweiten Harmonischen durch Verkürzen der Resonatorlänge unter Verwendung eines Konvexspiegels gesteigert wird. Diese Erkenntnis ergibt sich erstmals aus den oben beschriebenen Rechenergebnissen unter Anwendung eines Rechencodes und eines Experiments.
Ausführungsform 4
11 zeigt den Aufbau der Ausführungsform 4 der Erfindung. Dabei bezeichnet 10 eine Laservorrichtung, wie sie in den Ausführungsformen 1 bis 3 veranschaulicht ist; 11 bezeichnet die optische Achse eines Laserstrahls; 12 ist ein Reflexionsspiegel für den Laserstrahl; 13 ist ein Laserstrahlfokussier- und -formungselement; und 14 bezeichnet ein zu bearbeitendes Werkstück.
In einer gemäß 11 aufgebauten Bearbeitungsvorrichtung wird der Laserstrahl, der in der in 1 oder 9 gezeigten Laservorrichtung 10 erzeugt wird, von dem Reflexionsspiegel 12 reflektiert, von dem Laserstrahlfokussier- und -formungselement 13 fokussiert und geformt und erreicht das Werkstück 14. Da der Laserstrahl 11, der von der Laservorrichtung 10 gemäß den Ausführungsformen 1 bis 3 erzeugt wird, eine gute Fokussierbarkeit, Stabilität und einen hohen Wirkungsgrad hat, kann eine Fein- und Präzisionsbearbeitung durchgeführt werden.
Ausführungsform 5
12 zeigt den Aufbau der Ausführungsform 5. Dabei bezeichnet 10a eine Laservorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls der zweiten Harmonischen, wie sie in 1 oder 9 gezeigt ist; 11a ist eine optische Achse eines Laserstrahls; 13a bezeichnet ein Laserstrahlfokussier- und -formungselement.
15 bezeichnet einen Wellenlängenumwandlungskristall zum Erzeugen eines Strahls der vierten Harmonischen, beispielsweise CLBO (CsLiB6O10) und BBO (13-BaB2O4), als zusätzlichen Wellenlängenumwandlungskristall; und 16 bezeichnet einen Strahlenteilerspiegel, der einen hohen Durchlaßgrad in bezug auf den Laserstrahl der vierten Harmonischen und einen hohen Reflexionsgrad in bezug auf den Laserstrahl der zweiten Harmonischen hat.
Bei der so aufgebauten Laservorrichtung wird der Laserstrahl 11a der zweiten Harmonischen, der von der Laservorrichtung 10a zur Erzeugung der zweiten Harmonischen erzeugt wird, von dem Laserstrahlfokussier- und -formungselement 13a fokussiert und geformt und erreicht den Wellenlängenumwandlungskristall 15 zum Erzeugen der vierten Harmonischen, um in den Laserstrahl der vierten Harmonischen umgewandelt zu werden.
Der so erzeugte Laserstrahl der vierten Harmonischen und der Rest des Laserstrahls der zweiten Harmonischen, der nicht umgewandelt ist, werden in den Laserstrahl 17 der vierten Harmonischen und den Laserstrahl 18 der zweiten Harmonischen 18 getrennt und aus dem Strahlenteilerspiegel 22 extrahiert.
Es ist möglich, eine hocheffiziente Vorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls der vierten Harmonischen zu erhalten, weil der in der Laservorrichtung der Ausführungsformen 1 bis 3 erzeugte Laserstrahl der zweiten Harmonischen eine hohe Ausgangsleistung, eine hohe Konvergenz und eine geringe Impulsbreite hat.
In 12 ist zwar nur ein Verfahren zum Erzeugen des Laserstrahls der vierten Harmonischen gezeigt, aber es besteht keine Beschränkung auf die Erzeugung der vierten Harmonischen. Ein Laserstrahl der dritten Harmonischen kann erzeugt werden, indem ein Grundlaserstrahl gemeinsam mit dem Laserstrahl der zweiten Harmonischen zu einem Summenfrequenz-Wellenlängenumwandlungskristall durchgelassen wird.
Ferner kann ein Laserstrahl der fünften Harmonischen erzeugt werden, indem ein Laserstrahl der vierten Harmonischen und der Grundlaserstrahl zu einem Summenfrequenz-Wellenlängenumwandlungskristall durchgelassen werden. Außerdem kann jede Summenfrequenzerzeugung und die Erzeugung jeder Harmonischen durchgeführt werden.
Ausführungsform 6
13 zeigt den Aufbau der Ausführungsform 6. Dabei bezeichnet 10b eine Laservorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls der zweiten Harmonischen, wie in den Ausführungsfomen 1 bis 3 dargestellt ist; 11b ist die optische Achse des Laserstrahls der zweiten Harmonischen; 13b ist ein Fokussier- und Formungselement für den Laserstrahl der zweiten Harmonischen.
19, 19a und 19b bezeichnen Ti:Saphir-Laserresonatorspiegel, die in bezug auf den Laserstrahl der zweiten Harmonischen vollständig durchlässig und in bezug auf einen Ti:Saphir-Laserstrahl vollständig reflektierend sind; 20 bezeichnet einen Ti:Saphir-Kristall, der ein weiteres aktives Lasermedium ist; 21 ist eine optische Achse des Ti:Saphir-Laserstrahls.
22 bezeichnet den Laserstrahl der zweiten Harmonischen, der von dem Ti:Saphir-Kristall nicht absorbiert wird; 23 ist ein Ti:Saphir-Laserstrahl, und 24 bezeichnet einen Ti:Saphir-Laserstrahlextraktionsspiegel, der in bezug auf den Ti:Saphir-Laserstrahl teildurchlässig ist.
Bei der so aufgebauten Laservorrichtung gemäß 13 wird ein grüner Strahl, d. h. der Laserstrahl der zweiten Harmonischen, der in der Laservorrichtung 10b zum Erzeugen der zweiten Harmonischen erzeugt wird, von dem Fokussier- und Formungselement 13b für den Laserstrahl der zweiten Harmonischen fokussiert und geformt.
Nach dem Durchgang durch den Ti:Saphir-Laserresonatorspiegel 19 wird ein Teil des grünen Lichts von dem Ti:Saphir-Kristall absorbiert. Der so absorbierte grüne Strahl pumpt bzw. aktiviert den Ti:Saphir-Kristall 20, so daß der Ti:Saphir-Laser in einem Resonator schwingt, der aus den Resonatorspiegeln 19, 19a, 19b und 24 besteht. Der erzeugte Ti:Saphir-Laserstrahl wird aus dem Ti:Saphir-Laserstrahl-Extraktionsspiegel 24 extrahiert.
Bei der so aufgebauten und in 13 gezeigten Laservorrichtung dient das grüne Licht, das eine hohe Ausgangsleistung, einen hohen Wirkungsgrad und gute Fokussierbarkeit hat und von der Laservorrichtung zum Erzeugen der zweiten Harmonischen erzeugt wird, zum Pumpen des Ti:Saphir-Lasers, so daß es möglich ist, eine Pumpeinrichtung anzugeben, die den Ti:Saphir-Kristall mit hohem Wirkungsgrad und hoher Intensität aktivieren kann. Ein aktives Lasermedium, das ein Teil eines Laserverstärkers ist, kann ebenfalls von der Laservorrichtung gepumpt werden.
Der erste Vorteil der Laservorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß eine kompakte Vorrichtung mit dem kurzen Resonator gebaut wird und der Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahl mit kurzer Impulsdauer erzeugt wird. Ferner wird der Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad erhöht, und es wird eine stabile Vorrichtung erhalten, die durch Spiegelvibrationen kaum beeinflußt wird. Außerdem benötigt die Vorrichtung keine hohe Präzision bei der Ausfluchtung der optischen Elemente. Ferner wird der Wellenlängenumwandlungskristall praktisch nicht beschädigt.
Der zweite Vorteil der Laservorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß eine hocheffiziente Wellenlängenumwandlung möglich ist, und zwar auch mit dem Phasenanpassungs-LBO-Kristall vom Typ II, der einen kleinen Wellenlängenumwandlungskoeffizienten hat, und daß es möglich ist, die Laservorrichtung über lange Zeit stabil zu betreiben, ohne daß der Wellenlängenumwandlungskristall beschädigt wird.
Der dritte Vorteil der Laservorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Pumpintensitätsbereich, in dem ein stabiler Betrieb erzielbar ist, breit gehalten wird, und daß der Wellenlängenumwandlungs-Impulslaserstrahl mit kurzer Impulsdauer in Verbindung mit einer stabilen und hocheffizienten Schwingung erzeugt wird. Ferner wird der Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad erhöht.
Der vierte Vorteil der Laservorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Wellenlängenumwandlungskristall ungeachtet des hohen Wirkungsgrads und einer hohen Ausgangsleistung praktisch nicht beschädigt wird.
Der fünfte Vorteil der Laservorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Laserstrahl, der hohe Ausgangsleistung und gute Fokussierbarkeit hat und mit der herkömmlichen Technik nicht erhalten werden kann, für die stabile Fein- und Hochgeschwindigkeits-Bearbeitung mit hoher Präzision bei einfachem Betrieb verwendet werden kann.
Der sechste Vorteil der Laservorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß ein Laserstrahl hoher Ausgangsleistung, der hoch-fokussierbar ist und mit der herkömmlichen Technik nicht erhalten werden kann, als Lichtquelle für die externe Wellenlängenumwandlung verwendet wird; der Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahl mit guter Fokussierbarkeit und hoher Reproduzierbarkeit, der mit der herkömmlichen Technik nicht erhalten wird, wird hocheffizient erzeugt; und die Laservorrichtung kann über lange Zeit stabil betrieben werden.
Der siebte Vorteil der Laservorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Laservorrichtung einfach betreibbar ist, weil der Laserstrahl mit hoher Ausgangsleistung und ho her Konvergenz, der mit der herkömmlichen Technik nicht erhalten werden kann, als Pumpquelle für ein anderes aktives Lasermedium verwendet wird; der von dem anderen aktiven Lasermedium erzeugte Laserstrahl mit guter Fokussierbarkeit, der mit der herkömmlichen Technik nicht erhalten wird, wird hocheffizient erzeugt; und die Laservorrichtung wird über lange Zeit stabil betrieben.

Claims

Laservorrichtung zum Erzeugen eines Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahls, die einen Resonator mit stabilem Betriebsbereich der Anregungsintensität aufweist, gekennzeichnet durch – ein aktives Festkörperlasermedium (2); – ein Resonator-Gütemodulationselement (8); – einen Wellenlängenumwandlungskristall (4), der ein nichtlinearer optischer Kristall ist; und – Resonatorspiegel (1), (7), – wobei das aktive Festkörperlasermedium, das Gütemodulationselement und der Wellenlängenumwandlungskristall im Inneren des stabilen Resonators auf der optischen Achse (5) des Lasers angeordnet sind und wobei einer (7) der Resonatorspiegel (1), (7) an einer Seite nahe dem Wellenlängenumwandlungskristall (4) ein Konvexspiegel ist.
Laservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenlängenumwandlungskristall (4) ein Wellenlängenumwandlungskristall zum Erzeugen eines Laserstrahls der zweiten Harmonischen ist, und daß der Wellenlängenumwandlungskristall (4a) ein LBO- bzw. (LiB₃O₅)-Kristall vom Phasenanpassungs-Typ II ist.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polarisationssteuerungselement (9) in den stabilen Resonator eingesetzt ist.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Ausgangsleistung des Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahls 50 W oder höher ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung, die die Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.
Lasereinrichtung, die die Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 sowie einen zweiten Wellenlängenumwandlungskristall (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahl der Wellenlängenumwandlung unterworfen wird, indem der Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahl durch den zweiten Wellenlängenumwandlungskristall (15) geschickt wird.
Lasereinrichtung, die die Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 sowie andere externe aktive Lasermedien (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Laservorrichtung erzeugte Q-Impuls-Wellenlängenumwandlungslaserstrahl genutzt wird, um die anderen aktiven Lasermedien (20) zu aktivieren.