DE102004012014B4 - Disk laser with a pumping arrangement - Google Patents

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Abstract

Scheibenlaser mit einem Halbleiterchip (1), einem externen Resonatorspiegel (2) und mindestens einer Pumpanordnung (3) zum optischen Pumpen des Halbleiterchips (1), wobei die Pumpanordnung (3) als Elemente einen Pumplaser (4), ein Strahlformungselement (5), ein Umlenkelement (8) und einen konkaven Spiegel (9) enthält, und die Pumpanordnung (3) eine gemeinsame Montageplattform (6) für die Elemente der Pumpanordnung mit einer den Elementen der Pumpanordnung (3) zugewandten Hauptfläche (7) aufweist.A disk laser having a semiconductor chip (1), an external resonator mirror (2) and at least one pump arrangement (3) for optically pumping the semiconductor chip (1), the pump arrangement (3) comprising as elements a pump laser (4), a beam-shaping element (5), a deflecting element (8) and a concave mirror (9), and the pumping arrangement (3) has a common mounting platform (6) for the elements of the pumping arrangement with a main surface (7) facing the elements of the pumping arrangement (3).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheibenlaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a disk laser according to the preamble of Patent claim 1.

Ein Scheibenlaser ist ein optisch gepumpter Halbleiterlaser, der auch unter dem Begriff VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser) bekannt ist. Derartige Scheibenlaser werden beispielsweise in den Druckschriften WO 01/93386 A1 und WO 03/094311 A2 beschrieben.A disk laser is an optically pumped semiconductor laser, also known as VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser). Such disk lasers are used, for example, in the publications WO 01/93386 A1 and WO 03/094311 A2 described.

Ein Scheibenlaser enthält einen Halbleiterchip mit einer strahlungsemittierenden aktiven Zone, die insbesondere durch eine Quantentrogstruktur gebildet sein kann. Scheibenlaser emittieren typischerweise Strahlung im infraroten Spektralbereich, wobei weiterhin bekannt ist, die Frequenz der Strahlung durch einen optisch nicht-linearen Kristall zu konvertieren, insbesondere zu verdoppeln, um beispielsweise Strahlung im grünen, blauen oder ultravioletten Bereich des Spektrums zu erzeugen.One Disk laser contains a semiconductor chip having a radiation-emitting active zone, the in particular may be formed by a quantum well structure. Disk lasers typically emit radiation in the infrared Spectral range, wherein it is also known, the frequency of the radiation through to convert an optically non-linear crystal, in particular to double, for example, radiation in the green, blue or ultraviolet range of the spectrum.

Zum optischen Pumpen eines Scheibenlasers wird oftmals ein Diodenlaser eingesetzt, der Pumpstrahlung in die aktive Zone des Halbleiterchips des Scheibenlasers einstrahlt. Die Pumpstrahlung wird dabei in der Regel auf den Halbleiterchip fokussiert. Beispielsweise ist in der in US 6,167,068 A beschrieben, die Pumpstrahlung mittels einer Linse zu fokussieren. Aus der US 6,393,038 B1 ist weiterhin bekannt, die Strahlung eines Pumplasers mit einem Spiegel auf den Halbleiterchip zu fokussieren.For optical pumping of a disk laser, a diode laser is often used which radiates pump radiation into the active zone of the semiconductor chip of the disk laser. As a rule, the pump radiation is focused on the semiconductor chip. For example, in the in US 6,167,068 A described to focus the pump radiation by means of a lens. From the US 6,393,038 B1 is also known to focus the radiation of a pump laser with a mirror on the semiconductor chip.

Aus der Druckschrift US 6,285,702 B1 ist ein Scheibenlaser mit einer Pumpanordnung bekannt, die einen Pumplaser, ein Strahlformungselement und ein Umlenkelement aufweist.From the publication US 6,285,702 B1 a disk laser is known with a pumping arrangement comprising a pumping laser, a beam-shaping element and a deflecting element.

Die Druckschrift DE 43 44 227 A1 beschreibt einen optisch gepumpten Festkörperlaser, bei dem das Pumplicht einer Laserdiode mit einem konkaven Spiegel umgelenkt wird.The publication DE 43 44 227 A1 describes an optically pumped solid state laser in which the pumping light of a laser diode is deflected by a concave mirror.

In der Druckschrift Erhard, S. et al.: Novel Pump Design of Yb:YAG Thin Disc Laser for Operation at Room Temperature with Improved Efficiency, in: Fejer, M. M., Injeyan, H., Keller, U. [Hrsg.]: OSA Trends in Optics and Photonics, Advanced Solid-State Lasers, 1999, Vol. 26, S. 38–44, wird ein durch Laserdioden optisch gepumpter Festkörper-Scheibenlaser beschrieben, bei dem das Pumplicht durch einen parabolischen Spiegel umgelenkt wird.In Erhard, S. et al .: Novel Pump Design of Yb: YAG Thin Disc Laser for Operation at Room Temperature with Improved Efficiency, in: Fejer, M.M., Injeyan, H., Keller, U. [Ed.]: OSA Trends in Optics and Photonics, Advanced Solid State Lasers, 1999, Vol. 26, pp. 38-44 describes a laser disk optically pumped solid-state disk laser, in which the pump light is deflected by a parabolic mirror becomes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Scheibenlaser mit einer verbesserten Pumpanordnung zum optischen Pumpen des Halbleiterchips anzugeben, die sich insbesondere durch einen vergleichsweise geringen Herstellungs- und Montageaufwand auszeichnet.Of the Invention is based on the object, a disk laser with a to provide an improved pumping arrangement for optically pumping the semiconductor chip, characterized in particular by a comparatively low production and installation costs.

Diese Aufgabe wird durch einen Scheibenlaser mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These The object is achieved by a disk laser with the features of the claim 1 solved. Advantageous embodiments and further developments of the invention are Subject of the dependent claims.

Bei einem Scheibenlaser mit einem Halbleiterchip, einem externen Resonatorspiegel und mindestens einer Pumpanordnung zum optischen Pumpen des Halbleiterchips enthält die Pumpanordnung als Elemente einen Pumplaser, ein Strahlformungselement, ein Umlenkelement und einen konkaven Spiegel, wobei die Pumpanordnung eine gemeinsame Montageplattform für die Elemente der Pumpanordnung mit einer den Elementen der Pumpanordnung zugewandten Hauptfläche aufweist.at a disk laser with a semiconductor chip, an external resonator mirror and at least one pumping arrangement for optically pumping the semiconductor chip contains the pump arrangement as elements a pump laser, a beam-shaping element, a deflecting element and a concave mirror, wherein the pumping arrangement a common mounting platform for the elements of the pumping arrangement having a major surface facing the elements of the pumping assembly.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Halbleiterlasers besteht darin, dass die Pumpanordnung, die den Pumplaser und die optische Anordnung mit dem Strahlformungselement, dem Umlenkelement und dem konkaven Spiegel enthält, bereits vor dem Einbau in den Scheibenlaser montiert, justiert und geprüft werden kann. Insbesondere können auch größere Stückzahlen derartiger Pumpanordnungen in einem Waferverbund hergestellt und anschließend vereinzelt werden. Es ist auch möglich, mehrere derartiger Pumpanordnungen um einen Halbleiterchip herum anzuordnen, um beispielsweise eine höhere Pumpleistung und/oder eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung des Halbleiterchips zu erzielen.One Advantage of the semiconductor laser according to the invention is that the pumping arrangement, the pump laser and the optical arrangement with the beam-shaping element, the deflection element and contains the concave mirror, already installed, adjusted and tested before installation in the disk laser can. In particular, you can also larger quantities made of such pumping arrangements in a wafer composite and then isolated become. It is also possible, several such pumping arrangements around a semiconductor chip to order, for example, a higher pump power and / or one possible uniform illumination to achieve the semiconductor chip.

Die Hauptfläche der Montageplattform ist bevorzugt senkrecht zu einer Hauptstrahlrichtung des Scheibenlasers angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine oder mehrere Pumpanordnungen mit verhältnismäßig geringem Montageaufwand neben dem Halbleiterchip angeordnet werden können. Auch der Halbleiterchip des Scheibenlasers kann auf der gemeinsamen Montageplattform der Pumpanordnung montiert sein. In einer bevorzugten Variante ist die Montageplattform mit einer Kühlvorrichtung versehen, um den Pumplaser und/oder den Halbleiterchip des Scheibenlasers zu kühlen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Halbleiterchip des Scheibenlasers und der Pumplaser eng benachbart auf einer gemeinsamen Montageplattform montiert sind, die gekühlt wird. Die zu kühlende Fläche ist dadurch vorteilhaft gering.The main area the mounting platform is preferably perpendicular to a main beam direction arranged the disk laser. This has the advantage that one or several pumping arrangements with relatively little Assembly costs can be arranged next to the semiconductor chip. Also the semiconductor chip of the disk laser can on the common mounting platform be mounted the pump assembly. In a preferred variant is the mounting platform with a cooling device provided to the pump laser and / or the semiconductor chip of the disk laser to cool. It is particularly advantageous if the semiconductor chip of the disk laser and the pump laser closely adjacent to a common mounting platform are mounted, which is cooled. The to be cooled area This is advantageously low.

Der Pumplaser ist beispielsweise ein kantenemittierender Diodenlaser, der vorzugsweise derart montiert ist, dass er Pumpstrahlung parallel zur Hauptfläche der Montagefläche emittiert.Of the Pump laser is, for example, an edge-emitting diode laser, which is preferably mounted such that it parallel pumping radiation to the main area the mounting surface emitted.

Das Strahlformungselement ist vorzugsweise eine Zylinderlinse, die zum Beispiel zwischen dem Pumplaser und dem Umlenkelement angeordnet ist. Mittels des Strahlformungselements kann insbesondere ein elliptischer Strahlquerschnitt der von dem Pumplaser emittierten Pumpstrahlung in einen elliptischen Strahlquerschnitt mit geringerer Exzentrizität, insbesondere einen kreisförmigen Strahlquerschnitt, umgewandelt werden. Unter der Exzentrizität e einer Ellipse wird dabei der Ausdruck e = (1 – b2/a2)1/2 verstanden, wobei b die große Halbachse und a die kleine Halbachse der Ellipse ist.The beam-shaping element is preferably a cylindrical lens, which is arranged, for example, between the pump laser and the deflecting element. By means of the beam-shaping element can in particular an elliptical beam cross-section of the Pump laser emitted pump radiation into an elliptical beam cross-section with a lower eccentricity, in particular a circular beam cross-section to be converted. The eccentricity e of an ellipse is understood to mean the expression e = (1-b 2 / a 2 ) 1/2 , where b is the large semiaxis and a is the small semiaxis of the ellipse.

Durch das Umlenkelement, beispielsweise ein Umlenkprisma oder ein Umlenkspiegel, wird die Pumpstrahlung bevorzugt senkrecht zur Hauptfläche der Montageplattform umgelenkt. Vom Umlenkelement wird die Pumpstrahlung vorzugsweise zum konkaven Spiegel hin umgelenkt und vom konkaven Spiegel auf den Halbleiterchip fokussiert. Der konkave Spiegel ist insbesondere ein off-axis-Spiegel, an dem die Pumpstrahlung außerhalb der optischen Achse reflektiert wird.By the deflecting element, for example a deflecting prism or a deflecting mirror, the pump radiation is preferably perpendicular to the main surface of Redirected assembly platform. From the deflection element, the pump radiation preferably deflected towards the concave mirror and the concave mirror focused on the semiconductor chip. The concave mirror is particular an off-axis mirror, where the pump radiation is outside the optical axis is reflected.

Der konkave Spiegel ist vorteilhaft derart mittels mindestens einem Abstandshalter mit der Montageplattform verbunden, dass zwischen dem konkaven Spiegel und der Montageplattform ein Freiraum verbleibt, der von der Pumpstrahlung durchquert wird. Auf diese Weise kann die Pumpstrahlung durch den Freiraum unter dem konkaven Spiegel zum Beispiel vom Pumplaser zum Umlenkelement gelangen. Durch diese platzsparende Anordnung der Elemente der Pumpanordnung kann die Hauptfläche der Montageplattform vorteilhaft klein gehalten werden.Of the Concave mirror is advantageously so by means of at least one Spacers connected to the mounting platform that between the concave mirror and the mounting platform remain free space, which is traversed by the pump radiation. This way you can the pump radiation through the space under the concave mirror For example, get from the pump laser to the deflection. Through this space-saving arrangement of the elements of the pumping arrangement, the main area the mounting platform can be kept advantageously small.

Bevorzugt sind der konkave Spiegel und das Umlenkelement mit einer hochreflektierenden Beschichtung für die Wellenlänge der Pumpstrahlung versehen. Das Strahlformungselement ist dagegen vorteilhafterweise mit einer Antireflexbeschichtung versehen.Prefers are the concave mirror and the deflector with a highly reflective Coating for the wavelength provided the pump radiation. By contrast, the beam-shaping element is advantageously provided with an antireflection coating.

Die Pumpanordnung und der Halbleiterchip des Scheibenlasers sind zum Beispiel in einem Gehäuseunterteil montiert, wobei auf das Gehäuseunterteil ein Gehäuseoberteil montiert ist, das den externen Resonatorspiegel des Scheibenlasers und ein Auskoppelfenster für die Laserstrahlung enthält.The Pumping arrangement and the semiconductor chip of the disk laser are for Example in a housing lower part mounted, taking on the lower housing part an upper housing part is mounted, which is the external resonator mirror of the disk laser and a coupling window for contains the laser radiation.

Wenn mehrere, vorzugsweise gleichartige Pumpanordnungen zum optischen Pumpen des Halbleiterchips vorgesehen sind, können diese einen gemeinsamen konkaven Spiegel aufweisen, der zwischen dem Halbleiterchip und dem externen Resonatorspiegel angeordnet ist und eine Öffnung für die Laserstrahlung aufweist. Durch die Verwendung eines gemeinsamen konkaven Spiegels für mehrere Pumpanordnungen wird eine Verringerung des Herstellungs- und Montageaufwands erzielt.If several, preferably similar pumping arrangements for optical Pumps of the semiconductor chip are provided, these can be a common concave mirror disposed between the semiconductor chip and the external resonator is arranged and an opening for the laser radiation having. By using a common concave mirror for many Pumping arrangements will reduce the manufacturing and assembly costs achieved.

Der Scheibenlaser enthält zum Beispiel einen optisch nicht-linearen Kristall zur Frequenzkonversion der Laserstrahlung. Bei der Frequenzkonversion kann es sich beispielsweise um eine Frequenzvervielfachung, insbesondere eine Frequenzverdopplung handeln. Der nicht-lineare optische Kristall ist bevorzugt in einem Gehäuseoberteil des Scheibenlasers montiert.Of the Disk laser contains for example, an optically non-linear Crystal for frequency conversion of the laser radiation. In the frequency conversion This may be, for example, a frequency multiplication, in particular a frequency doubling act. The non-linear optical crystal is preferably in a housing upper part the disk laser mounted.

Die Pumpstrahlung ist vorzugsweise auf einen Bereich des Halbleiterchips fokussiert. Dieser Bereich weist vorteilhaft eine laterale Ausdehnung von 300 μm oder weniger, vorzugsweise 150 μm oder weniger, auf. Weiterhin ist dieser Bereich bevorzugt im wesentlichen kreisförmig.The Pump radiation is preferably to a region of the semiconductor chip focused. This area advantageously has a lateral extent of 300 μm or less, preferably 150 microns or less, up. Furthermore, this range is preferably substantially circular.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 7 näher erläutert.The invention will be described below with reference to embodiments in connection with 1 to 7 explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Ausführungsbeispiel eines Scheibenlasers gemäß der Erfindung, 1 a schematic representation of a cross section through an embodiment of a disk laser according to the invention,

2 eine schematische perspektivische Darstellung einer Pumpanordnung und eines auf einer Montagplattform montierten Halbleiterchips gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, 2 a schematic perspective view of a pumping arrangement and mounted on a mounting platform semiconductor chip according to another embodiment of the invention,

3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Gehäuseunterteils eines Scheibenlasers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, 3 a schematic perspective view of a housing lower part of a disk laser according to another embodiment of the invention,

4 eine schematische perspektivische Darstellung eines Gehäuses eines Scheibenlasers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, 4 a schematic perspective view of a housing of a disk laser according to another embodiment of the invention,

5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Scheibenlasers gemäß der Erfindung, 5 a schematic representation of a cross section through a further embodiment of a disk laser according to the invention,

6a und 6b eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels von konkaven Spiegeln einer Pumpanordnung im Querschnitt und in einer Ansicht von unten und 6a and 6b a schematic representation of an embodiment of concave mirrors of a pumping arrangement in cross section and in a view from below and

7a und 7b eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines konkaven Spiegels einer Pumpanordnung im Querschnitt und in einer Ansicht von unten. 7a and 7b a schematic representation of an embodiment of a concave mirror of a pumping arrangement in cross-section and in a view from below.

Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Same or equivalent elements are in the figures with the same Provided with reference numerals.

Das in 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel eines Scheibenlasers gemäß der Erfindung enthält einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 und einen externen, außerhalb des Halbleiterchips 1 angeordneten Resonatorspiegel 2. Der Halbleiterchip 1 enthält insbesondere eine strahlungsemittierende aktive Zone und einen weiteren Resonatorspiegel, beispielweise einen Bragg-Spiegel, der zusammen mit dem externen Resonatorspiegel einen Laserresonator ausbildet. Vorzugsweise ist der Halbleiterchip 1 auf einer Wärmesenke 17 montiert.This in 1 schematically illustrated embodiment of a disk laser according to the invention includes a radiation-emitting semiconductor chip 1 and an external, outside the Semiconductor chips 1 arranged resonator mirror 2 , The semiconductor chip 1 contains in particular a radiation-emitting active zone and a further resonator mirror, for example a Bragg mirror, which forms a laser resonator together with the external resonator mirror. Preferably, the semiconductor chip 1 on a heat sink 17 assembled.

Weiterhin enthält der Scheibenlaser zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterchips 1 angeordnete Pumpanordnungen 3. Die Pumpanordnungen 3 enthalten jeweils einen Pumplaser 4, der Pumpstrahlung 10 emittiert, eine Zylinderlinse 5 zur Strahlformung der Pumpstrahlung, ein Umlenkelement 8 in Form eines Umlenkspiegels oder eines Umlenkprismas und einen konkaven Spiegel 9. Diese Elemente der Pumpanordnung 3 sind mit einer Hauptfläche 7 einer gemeinsamen Montageplattform 6 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Pumplaser 4 über eine Wärmesenke 17 mit der gemeinsamen Montageplattform 6 verbunden und der konkave Spiegel 9 derart mittels mindestens einem Abstandshalter 12 auf der Montageplattform 6 montiert, dass unterhalb des konkaven Spiegels 9 ein Freiraum 13 verbleibt, der von der Pumpstrahlung 10 durchquert wird. Der Abstandshalter 12 besteht zum Beispiel aus einem Glas. Bei der Verwendung eines Abstandshalters 12 aus Glas oder einem anderen für die Pumpstrahlung 10 transparenten Material kann die Pumpstrahlung den Abstandshalter 12 auch durchqueren.Furthermore, the disk laser includes two on opposite sides of the semiconductor chip 1 arranged pumping arrangements 3 , The pumping arrangements 3 each contain a pump laser 4 , the pump radiation 10 emitted, a cylindrical lens 5 for beam shaping of the pump radiation, a deflecting element 8th in the form of a deflecting mirror or a deflecting prism and a concave mirror 9 , These elements of the pumping arrangement 3 are with a main surface 7 a common assembly platform 6 connected. In this embodiment, the pump laser is 4 over a heat sink 17 with the common assembly platform 6 connected and the concave mirror 9 such by means of at least one spacer 12 on the assembly platform 6 mounted that below the concave mirror 9 a free space 13 remains that of the pump radiation 10 is crossed. The spacer 12 consists of a glass, for example. When using a spacer 12 made of glass or another for the pump radiation 10 transparent material, the pump radiation can be the spacer 12 also traverse.

Die Hauptfläche 7 der Montageplattform 6 ist senkrecht zu einer Hauptstrahlrichtung 11 des Scheibenlasers orientiert. Die Zylinderlinse 5 ist zwischen dem Pumplaser 4 und dem Umlenkelement 8 angeordnet und dient zur Strahlformung der von dem Pumplaser emittierten Pumpstrahlung 10.The main area 7 the assembly platform 6 is perpendicular to a main beam direction 11 of the disk laser oriented. The cylindrical lens 5 is between the pump laser 4 and the deflecting element 8th arranged and serves for beam shaping of the pump radiation emitted by the pump laser 10 ,

Beispielsweise wird mittels der Zylinderlinse 5 ein elliptischer Strahlquerschnitt der Pumpstrahlung 10 in einen zumindest nahezu kreisförmigen Strahlquerschnitt verwandelt. Nach dem Durchgang durch die Zylinderlinse 5 trifft die Pumpstrahlung 10 auf das Umlenkelement 8 und wird von dort in eine Richtung senkrecht zur Hauptfläche 7 der Montageplattform 6 zum konkaven Spiegel 9 umgelenkt. Die Pumpstrahlung 10 wird in einem Bereich außerhalb der optischen Achse des konkaven Spiegels 9 reflektiert und auf einen bevorzugt kreisförmigen Bereich des Halbleiterchips 1 fokussiert. Dieser kreisförmige Bereich weist bevorzugt einen Durchmesser von 300 μm oder weniger, besonders bevorzugt von weniger als 150 μm auf.For example, by means of the cylindrical lens 5 an elliptical beam cross section of the pump radiation 10 transformed into an at least nearly circular beam cross section. After passing through the cylinder lens 5 hits the pump radiation 10 on the deflector 8th and becomes from there in a direction perpendicular to the main surface 7 the assembly platform 6 to the concave mirror 9 diverted. The pump radiation 10 becomes in an area outside the optical axis of the concave mirror 9 reflected and on a preferably circular area of the semiconductor chip 1 focused. This circular region preferably has a diameter of 300 μm or less, more preferably less than 150 μm.

Vorteilhaft ist die Zylinderlinse 5 für die Wellenlänge der Pumpstrahlung 10, beispielsweise 808 nm, mit einer Antireflexbeschichtung versehen, während der Umlenkspiegel 8 und der konkave Spiegel 9 bevorzugt eine hochreflektierende Beschichtung aufweisen.The cylinder lens is advantageous 5 for the wavelength of the pump radiation 10 , For example, 808 nm, provided with an anti-reflection coating, while the deflection mirror 8th and the concave mirror 9 preferably have a highly reflective coating.

Anders als bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel können die Pumpanordnung 3 und der Halbleiterchip 1 auch auf voneinander getrennten Montageplattformen 6, 19 montiert sein. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in 2 dargestellt. Die Elemente des Pumpmoduls 3 sind auf einer Hauptfläche 7 einer Montageplattform 6 montiert und der Halbleiterchip 1 ist über eine Wärmesenke 17 mit einer separaten Montageplattform 19 verbunden. Sowohl die Montageplattform 6 der Pumpanordnung 3 als auch die Montageplattform 19 des Halbleiterchips 1 enthalten bevorzugt Kupfer.Unlike the one in 1 illustrated embodiment, the pumping arrangement 3 and the semiconductor chip 1 also on separate assembly platforms 6 . 19 be mounted. Such an embodiment is in 2 shown. The elements of the pump module 3 are on a main surface 7 an assembly platform 6 mounted and the semiconductor chip 1 is over a heat sink 17 with a separate mounting platform 19 connected. Both the mounting platform 6 the pumping arrangement 3 as well as the mounting platform 19 of the semiconductor chip 1 contain preferably copper.

Das Material der Wärmesenke 17 sollte sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine gute Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an den Halbleiterchip 1 auszeichnen. Beispielsweise kann es sich um eine Kupfer-Diamant-Wärmesenke 17 handeln. Die Wärmesenke 17 ist zum Beispiel auf die Montageplattform 19 gelötet und die Montageplattform 19 mit einem Temperatursensor 18 zur Temperaturkontrolle versehen.The material of the heat sink 17 should be characterized by a high thermal conductivity and a good adaptation of the thermal expansion coefficient to the semiconductor chip 1 distinguished. For example, it may be a copper-diamond heat sink 17 act. The heat sink 17 is for example on the assembly platform 19 soldered and the mounting platform 19 with a temperature sensor 18 provided for temperature control.

In dem in 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind ein Halbleiterchip 1 und drei Pumpanordnungen eines Scheibenlasers gemeinsam in einem Gehäuseunterteil 14 montiert. Das Gehäuseunterteil 14 enthält weiterhin elektrische Anschlüsse 20 für die Pumplaser und den Halbleiterchip des Scheibenlasers.In the in 3 schematically illustrated embodiment of the invention are a semiconductor chip 1 and three pumping arrangements of a disk laser together in a housing base 14 assembled. The lower housing part 14 also contains electrical connections 20 for the pump laser and the semiconductor chip of the disk laser.

Eine Außenansicht des gesamten Gehäuses eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Scheibenlasers ist in 4 schematisch dargestellt. Auf das Gehäuseunterteil 14 ist ein Gehäuseoberteil 15 montiert, das ein Auskoppelfenster 16 zur Auskopplung der von dem Scheibenlaser emittierten Strahlung enthält. Das Gehäuseoberteil enthält in seinem Inneren ferner den externen Resonatorspiegel des Scheibenlasers und eventuell zusätzliche resonatorinterne Elemente, beispielsweise einen nichtlinearen optisch Kristall zur Frequenzverdopplung oder ein modenselektives Element.An external view of the entire housing of an embodiment of a disk laser according to the invention is shown in FIG 4 shown schematically. On the housing base 14 is an upper housing part 15 mounted, which is a coupling window 16 for coupling out the radiation emitted by the disk laser radiation. The housing upper part also contains in its interior the external resonator mirror of the disk laser and possibly additional resonator-internal elements, for example a non-linear optical crystal for frequency doubling or a mode-selective element.

In 5 ist ein schematischer Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Scheibenlasers dargestellt. Dieser enthält ein Gehäuseunterteil 14, in dem der Halbleiterchip 1 auf einer Wärmesenke 17 montiert ist. Letztere ist auf eine Montageplattform 19, beispielsweise aus Kupfer, montiert. Weiterhin enthält das Gehäuseunterteil 14 die in dieser Querschnittsdarstellung nicht erkennbare Pumpanordnung. Das Gehäuseoberteil 15 weist ein Auskoppelfenster 16 zur Auskopplung der von dem Scheibenlaser emittierten Laserstrahlung 21 auf. Der Scheibenlaser enthält in diesem Ausführungsbeispiel einen gefalteten Laserresonator, der den Resonatorspiegel 2, aus dem die Laserstrahlung ausgekoppelt wird, und einen Resonatorendspiegel 24 enthält.In 5 is a schematic cross section through a further embodiment of a disc laser according to the invention shown. This contains a housing lower part 14 in which the semiconductor chip 1 on a heat sink 17 is mounted. The latter is on an assembly platform 19 , for example, made of copper, mounted. Furthermore, the housing lower part contains 14 the pump arrangement not visible in this cross-sectional representation. The upper housing part 15 has a coupling window 16 for decoupling the laser radiation emitted by the disk laser 21 on. The disk laser in this embodiment includes a folded laser re sonator, the resonator mirror 2 from which the laser radiation is coupled out, and a Resonatorendspiegel 24 contains.

Der Laserresonator enthält einen optisch nicht-linearen Kristall 23, der zur Frequenzkonversion, insbesondere zur Frequenzverdopplung der Laserstrahlung dient. Der optisch nichtlineare Kristall kann beispielsweise ein LBO-Kristall sein. Zur Erhöhung der Konversionseffizienz ist es vorteilhaft, wenn die Strahltaille des Laserstrahls 21 am Ort des nicht-linear optischen Kristalls 23 möglichst gering ist. Eine Verringerung der Strahltaille kann beispielsweise durch einen konkaven Resonatorspiegel 2 oder durch eine in dem Resonator enthaltene Linse (nicht dargestellt) erfolgen. Der Resonatorspiegel 2 ist bevorzugt für die Grundwellenlänge des Lasers hochreflektierend und für die zweite Harmonische der Laserwellenlänge transparent beschichtet, um diese effizient auszukoppeln. Bevorzugt beträgt die Reflexion R des Resonatorspiegels 2 bei der Laserwellenlänge, die zum Beispiel etwa 1000 nm beträgt, 95% oder mehr.The laser resonator contains an optically non-linear crystal 23 , which is used for frequency conversion, in particular for frequency doubling of the laser radiation. The optically non-linear crystal may be, for example, an LBO crystal. To increase the conversion efficiency, it is advantageous if the beam waist of the laser beam 21 at the location of the non-linear optical crystal 23 as low as possible. A reduction of the beam waist, for example, by a concave resonator 2 or by a lens (not shown) contained in the resonator. The resonator mirror 2 is preferably highly reflective for the fundamental wavelength of the laser and transparently coated for the second harmonic of the laser wavelength in order to decouple them efficiently. The reflection R of the resonator mirror is preferably 2 at the laser wavelength, which is about 1000 nm, for example, 95% or more.

Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr ist das Gehäuseunterteil 14 in diesem Ausführungsbeispiel weiterhin auf einen Kühlkörper 21 montiert, der beispielsweise von einer Flüssigkeit oder einem Gas durchströmte Mikrokanäle 22 enthält.To improve the heat dissipation is the lower housing part 14 in this embodiment, further to a heat sink 21 mounted, for example, by a liquid or gas flowed through microchannels 22 contains.

Die 6 und 7 zeigen Ausführungsbeispiele des konkaven Spiegels 9 der Pumpanordnung. In 6a ist eine Anordnung aus zwei separaten konkaven Spiegeln 9 im Querschnitt entlang der Linie A-A der 6b dargestellt. 6b zeigt diese Anordnung in einer Ansicht von unten. Diese Anordnung kann zum Beispiel bei zwei gegenüberliegenden Pumpanordnungen, wie beispielsweise bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, verwendet werden. Auf die Spiegelflächen 25 der konkaven Spiegel 9 ist bevorzugt eine hochreflektierende Beschichtung für die Pumpstrahlung aufgebracht.The 6 and 7 show embodiments of the concave mirror 9 the pumping arrangement. In 6a is an arrangement of two separate concave mirrors 9 in cross section along the line AA of 6b shown. 6b shows this arrangement in a view from below. This arrangement can be used, for example, with two opposing pumping arrangements, such as those shown in FIG 1 illustrated embodiment may be used. On the mirror surfaces 25 the concave mirror 9 is preferably applied a highly reflective coating for the pump radiation.

Alternativ können zwei oder mehrere Pumpanordnungen auch mit einem einteiligen konkaven Spiegel 9 versehen sein, wie er in 7 dargestellt ist. In 7a ist der einteilige konkave Spiegel im Querschnitt entlang der Linie B-B der 7b dargestellt. 7b zeigt diese Anordnung in einer Ansicht von unten, die verdeutlicht, dass es sich um einen einteiligen Spiegel mit einer zentralen Öffnung 26 handelt, die zum Durchlass der Laserstrahlung des Scheibenlasers vorgesehen ist.Alternatively, two or more pumping arrangements can also be provided with a one-piece concave mirror 9 be provided as he is in 7 is shown. In 7a is the one-piece concave mirror in cross section along the line BB of 7b shown. 7b shows this arrangement in a view from below, which illustrates that it is a one-piece mirror with a central opening 26 acts, which is provided for the passage of the laser radiation of the disk laser.

Claims (19)

Scheibenlaser mit einem Halbleiterchip (1), einem externen Resonatorspiegel (2) und mindestens einer Pumpanordnung (3) zum optischen Pumpen des Halbleiterchips (1), wobei die Pumpanordnung (3) als Elemente einen Pumplaser (4), ein Strahlformungselement (5), ein Umlenkelement (8) und einen konkaven Spiegel (9) enthält, und die Pumpanordnung (3) eine gemeinsame Montageplattform (6) für die Elemente der Pumpanordnung mit einer den Elementen der Pumpanordnung (3) zugewandten Hauptfläche (7) aufweist.Disk laser with a semiconductor chip ( 1 ), an external resonator mirror ( 2 ) and at least one pumping arrangement ( 3 ) for optically pumping the semiconductor chip ( 1 ), wherein the pumping arrangement ( 3 ) as elements a pump laser ( 4 ), a beam-shaping element ( 5 ), a deflection element ( 8th ) and a concave mirror ( 9 ), and the pumping arrangement ( 3 ) a common assembly platform ( 6 ) for the elements of the pumping arrangement with one of the elements of the pumping arrangement ( 3 ) facing the main surface ( 7 ) having. Scheibenlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptfläche (7) der Montageplattform (6) senkrecht zu einer Hauptstrahlrichtung (11) des Scheibenlasers angeordnet ist.Disk laser according to claim 1, characterized in that the main surface ( 7 ) of the assembly platform ( 6 ) perpendicular to a main radiation direction ( 11 ) of the disk laser is arranged. Scheibenlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Pumpstrahlung (10), die von dem Pumplaser (4) emittiert wird, durch das Umlenkelement (8) in eine Richtung umgelenkt wird, die senkrecht zur Hauptfläche (7) der Montageplattform ist.Disk laser according to claim 1 or 2, characterized in that pump radiation ( 10 ) coming from the pump laser ( 4 ) is emitted, by the deflecting element ( 8th ) is deflected in a direction perpendicular to the main surface ( 7 ) of the mounting platform. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Pumplaser (4) emittierte Pumpstrahlung (10) vom Umlenkelement (8) zum konkaven Spiegel (9) umgelenkt wird und vom konkaven Spiegel (9) auf den Halbleiterchip (1) fokussiert wird.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that that of the pump laser ( 4 ) emitted pump radiation ( 10 ) of the deflecting element ( 8th ) to the concave mirror ( 9 ) and from the concave mirror ( 9 ) on the semiconductor chip ( 1 ) is focused. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Strahlformungselements (5) ein elliptischer Strahlquerschnitt der von dem Pumplaser (4) emittierten Pumpstrahlung (10) in einen elliptischen Strahlquerschnitt mit geringerer Exzentrizität, insbesondere einen kreisförmigen Strahlquerschnitt, umgewandelt wird.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the beam-shaping element ( 5 ) an elliptical beam cross section of the pump laser ( 4 ) emitted pump radiation ( 10 ) is converted into an elliptical beam cross-section with a lower eccentricity, in particular a circular beam cross-section. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlformungselement (5) eine Zylinderlinse ist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the beam-shaping element ( 5 ) is a cylindrical lens. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlformungselement (5) zwischen dem Pumplaser (4) und dem Umlenkelement (8) angeordnet ist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the beam-shaping element ( 5 ) between the pump laser ( 4 ) and the deflecting element ( 8th ) is arranged. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (4) Pumpstrahlung (10) parallel zu der Hauptfläche (7) der Montageplattform (6) emittiert.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the pump laser ( 4 ) Pump radiation ( 10 ) parallel to the main surface ( 7 ) of the assembly platform ( 6 ) emitted. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (4) ein kantenemittierender Diodenlaser ist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the pump laser ( 4 ) is an edge emitting diode laser. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Spiegel (9) derart mittels mindestens einem Abstandshalter (12) mit der Montageplattform (6) verbunden ist, dass zwischen dem konkaven Spiegel (9) und der Montageplattform (6) ein Freiraum (13) verbleibt, der von der Pumpstrahlung (10) durchquert wird.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the concave mirror ( 9 ) by means of at least one spacer ( 12 ) with the mounting platform ( 6 ), that between the concave mirror ( 9 ) and the assembly platform ( 6 ) a free space ( 13 ) remaining from the pump radiation ( 10 ) is crossed. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (1) auf der gemeinsamen Montageplattform (6) montiert ist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor chip ( 1 ) on the common assembly platform ( 6 ) is mounted. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Montageplattform (6) mit einer Kühlvorrichtung (22) versehen ist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the common mounting platform ( 6 ) with a cooling device ( 22 ) is provided. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Pumpanordnung (3) und der Halbleiterchip (1) in einem Gehäuseunterteil (14) montiert sind.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that at least one pumping arrangement ( 3 ) and the semiconductor chip ( 1 ) in a housing lower part ( 14 ) are mounted. Scheibenlaser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Gehäuseunterteil (14) ein Gehäuseoberteil (15) montiert ist, das den externen Resonatorspiegel (2) des Scheibenlasers und ein Auskoppelfenster (16) für die Laserstrahlung enthält.Disk laser according to claim 13, characterized in that on the lower housing part ( 14 ) an upper housing part ( 15 ) is mounted, which the external resonator mirror ( 2 ) of the disk laser and a coupling-out window ( 16 ) for the laser radiation. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pumpanordnungen (3) zum optischen Pumpen des Halbleiterchips (1) vorgesehen sind.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of pump arrangements ( 3 ) for optically pumping the semiconductor chip ( 1 ) are provided. Scheibenlaser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Pumpanordnungen (3) einen gemeinsamen konkaven Spiegel (9) aufweisen, der eine Öffnung (26) für die Laserstrahlung aufweist.A disk laser according to claim 15, characterized in that the plurality of pumping arrangements ( 3 ) a common concave mirror ( 9 ) having an opening ( 26 ) for the laser radiation. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen optischen nicht-linearen Kristall (23) zur Frequenzkonversion der Laserstrahlung des Scheibenlasers enthält.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an optical non-linear crystal ( 23 ) for frequency conversion of the laser radiation of the disk laser contains. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpstrahlung (10) auf einen Bereich des Halbleiterchips (1) mit einer lateralen Ausdehnung von 300 μm oder weniger, vorzugsweise 150 μm oder weniger, fokussiert ist.Disk laser according to one of the preceding claims, characterized in that the pump radiation ( 10 ) to a region of the semiconductor chip ( 1 ) is focused with a lateral extent of 300 μm or less, preferably 150 μm or less. Scheibenlaser nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich im wesentlichen kreisförmig ist.Disk laser according to claim 18, characterized that the area is substantially circular.
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