DE29708086U1 - Single-mode solid-state lasers with butt-coupled fiber-coupled diodes - Google Patents

Single-mode solid-state lasers with butt-coupled fiber-coupled diodes

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Hsinchu 3 0077, Taiwan, Korea20 R & D Road VI, Science-Based Industrial Park,
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Einzelmode-Pestkörperlaser mit stumpf angekoppelten Faser-gekoppelten DiodenSingle-mode plague body laser with blunt-coupled fiber-coupled diodes

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft Dioden-gepumpte Festkörperlaser, und spezieller betrifft sie Einzelmode-Festkörperlaser mit stumpf angekoppelten, Faser-gekoppelten Dioden.The invention relates to diode-pumped solid-state lasers, and more particularly to single-mode solid-state lasers with butt-coupled, fiber-coupled diodes.

Es wurde bereits das Endpumpen eines Materials mit Laserverstärkung (oder eines Laserkristalls) mit dem Ausgangsstrahl von Laserdioden vorgeschlagen. Dabei sind die Laserdioden eng beabstandet zum Ende des Materials mit Laserverstärkung angeordnet, um eine wirkungsvolle Einkopplung der Pumpstrahlung in dieses Material zu erzielen.End pumping of a laser-gained material (or a laser crystal) with the output beam of laser diodes has already been proposed. The laser diodes are arranged closely spaced from the end of the laser-gained material in order to achieve effective coupling of the pump radiation into this material.

Bei einem typischen Dioden-gepumpten Festkörperlaser ist das Profil der Anregungsquelle (Hochleistungs-Diodenlaser) ein Streifen mit einer Divergenz von 1 ßxa in der Breite und mitIn a typical diode-pumped solid-state laser, the profile of the excitation source (high-power diode laser) is a stripe with a divergence of 1 ßxa in width and with

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einer Länge von 2 00 - 500 /zm. Daher müssen Abbildungselemente wie Kopplungslinsen zwischen der Pumpdiode und dem Laserkristall angeordnet sein, um das Profil symmetrischer zu machen und um den austretenden Strahl so zu lenken, dass er auf den Laserkristall fokussiert wird. Jedoch sind zwei Ausrichtungsvorgänge dazu erforderlich, eine Linse dazu zu verwenden, den aus einer Pumpdiode austretenden Strahl auf den Laserkristall abzubilden. Als erstes müssen die Abbildungselemente korrekt hinsichtlich der Ausgangsfläche der Pumpdiode ausgerichtet werden. Zweitens muss der Laserkristall korrekt auf die Diode-Linse-Kombination ausgerichtet werden. Diese beiden Vorgänge erfordern gesonderte Einstellbewegungen entlang dreier rechtwinklig aufeinanderstehender Achsen, damit der Dioden-gepumpte Festkörperlaser hohe Ausgangsleistung erzielen kann. Der Ausrichtungsmechanismus ist kompliziert und teuer, so dass es wünschenswert ist, den Ausrichtungsvorgang wegzulassen.a length of 2 00 - 500 /zm. Therefore, imaging elements such as coupling lenses must be placed between the pump diode and the laser crystal to make the profile more symmetrical and to direct the outgoing beam to focus it on the laser crystal. However, two alignment operations are required to use a lens to image the beam emerging from a pump diode onto the laser crystal. First, the imaging elements must be correctly aligned with respect to the output face of the pump diode. Second, the laser crystal must be correctly aligned with the diode-lens combination. These two operations require separate adjustment movements along three perpendicular axes in order for the diode-pumped solid-state laser to achieve high output power. The alignment mechanism is complicated and expensive, so it is desirable to omit the alignment operation.

Der Resonatormechanismus eines Dioden-gepumpten Festkörper-0 lasers besteht im allgemeinen aus einem ebenen Kopplungsspiegel und einem konkaven Kopplungsspiegel, die ausgerichtet werden. Jeweils einer dieser Kopplungsspiegel wird an jeweils einem Ende des Laserkristalls angeordnet. Der Prozess zum Justieren des Resonators muss zunächst den Brenn-5 punkt des konkaven Spiegels und dann die Schrägstellungswinkel der zwei Kopplungsspiegel einstellen. Der Prozess zum Einstellen des Brennpunkts des konkaven Spiegels ist sehr genau auszuführen, weswegen es wünschenswert ist, diesen Prozess wegzulassen. Daher besteht starke Nachfrage nach 0 einem einfach zu installierenden Lasersystem, wie es für praktische Anwendungen gefordert ist.The resonator mechanism of a diode-pumped solid-state laser generally consists of a plane coupling mirror and a concave coupling mirror that are aligned. One of these coupling mirrors is placed at each end of the laser crystal. The process of adjusting the resonator must first adjust the focal point of the concave mirror and then adjust the tilt angles of the two coupling mirrors. The process of adjusting the focal point of the concave mirror is very precise, so it is desirable to omit this process. Therefore, there is a strong demand for an easy-to-install laser system as required for practical applications.

Ein stumpf gekoppelter, Dioden-gepumpter Laser ist im US-Patent Nr. 4,847,815 offenbart, mit dem die obengenannten erforderlichen Ausrichtungsvorgänge beseitigt werden sollenA blunt-coupled, diode-pumped laser is disclosed in US Patent No. 4,847,815, which is intended to eliminate the above-mentioned required alignment procedures

Precision Instrument Development Center, »tot·Science«Ocuncm^» 0550-*!89CMPrecision Instrument Development Center, »tot·Science«Ocuncm^» 0550-*!89CM

und ein einfach zu installierender Mechanismus geschaffen werden soll. Jedoch hat der aus der Hochleistungs-Laserdiode austretende Strahl eine divergierende, streifenförmige Lichtfläche. Demgemäß wird, wenn der Laserstrahl durch den Pumpstrahl angeregt wird, eine Transversalschwingung hoher Ordnung erzeugt, was zu einem Laser mit einzelner Transversalmode mit niedriger Ausgangsleistung führt. Ferner ist die Laserdiode zum Anregen des Laserkristalls so nahe an diesem zu positionieren, dass die Wärmeemission von der Pumpdiode die Laserfunktion und den Wirkungsgrad beeinträchtigt.and to provide an easy-to-install mechanism. However, the beam emerging from the high-power laser diode has a diverging stripe-shaped light surface. Accordingly, when the laser beam is excited by the pump beam, a high-order transverse mode is generated, resulting in a single transverse mode laser with low output power. Furthermore, the laser diode for exciting the laser crystal must be positioned so close to the laser crystal that the heat emission from the pump diode affects the laser function and efficiency.

Für eine Vielzahl von Anwendungen ist ein Laser mit einzelner Longitudinalmode wichtig. Um die Ausgangsleistung in einer einzelnen Longitudinalmode zu erhalten, ist ein als Resonator dienender Mikrochip von Zayhowski und Mooradian in Opt. Lett. Vol. 14, S. 24 - 26, 1989 offenbart. Wenn jedoch der Laserkristall end-gepumpt wird, entsteht ein thermischer Linseneffekt. Da die Resonatorlänge sehr kurz ist (ungefähr 1 mm), beträgt das Mode/Pumpgröße-Verhältnis kleiner als 0 0,6, was zu einer Schwingung in einer Transversalmode hoher Ordnung führt. Außerdem können im Resonator keine anderen Bauteile wie Frequenzverdopplungskristalle und Q-Schalter angeordnet werden, wodurch die Anwendungen beschränkt sind.For a variety of applications, a single longitudinal mode laser is important. To obtain the output power in a single longitudinal mode, a microchip serving as a resonator is disclosed by Zayhowski and Mooradian in Opt. Lett. Vol. 14, pp. 24 - 26, 1989. However, when the laser crystal is end-pumped, a thermal lensing effect occurs. Since the resonator length is very short (about 1 mm), the mode/pump size ratio is less than 0.6, resulting in oscillation in a high order transverse mode. In addition, other components such as frequency doubling crystals and Q-switches cannot be placed in the resonator, which limits the applications.

5 Bei den obengenannten Dioden-gepumpten Festkörperlasern bestehen u. a. die folgenden Nachteile:5 The above-mentioned diode-pumped solid-state lasers have, among other things, the following disadvantages:

- Erstes ist der Aufbau des Lasersystems kompliziert auszurichten. - First of all, the structure of the laser system is complicated to align.

- Zweitens werden 'das Funktionsvermögen und der Wirkungsgrad- Secondly, 'the functionality and efficiency

0 eines stumpf-gekoppelten Dioden-gepumpten Festkörperlasers durch die Wärmeemission von der Pumpdiode beeinträchtigt.0 of a butt-coupled diode-pumped solid-state laser is affected by the heat emission from the pump diode.

- Drittens wird der Resonator kurzer Länge, wie er in Lasern zum Erzeugen einer einzelnen Longitudinalmode erforderlich ist, durch den thermischen Linseneffekt gestört.- Third, the short-length resonator, as required in lasers to generate a single longitudinal mode, is disturbed by the thermal lensing effect.

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Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, einen Dioden-gepumpten Laser mit einzelner Transversal- oder Longitudinalmode mit hohem Wirkungsgrad, hoher Ausgangsleistung und einfacher Installierbarkeit zu schaffen.
5It is a main object of the invention to provide a diode-pumped single transverse or longitudinal mode laser with high efficiency, high output power and easy installability.
5

Es wird eine einfache Art zum Schaffen eines Lasers mit Betrieb in einer einzelnen Transversal- oder Longitudinalmode offenbart. Eine Faser-gekoppelte Diode wird stumpf an einen Festkörperlaser-Kristall angekoppelt, um diesen in einem optischen Resonator mit zwei ebenen Begrenzungen zu pumpen. Es kann gute Überlappung zwischen der Lasermode und den Pumpabmessungen erzielt werden. Ferner sorgen thermische Effekte im vorliegenden Resonator nicht nur für einen stabilen Resonator mit guter Überlappung zwischen der Lasermode und den Pumpabmessungen, sondern es wird auch das Funktionsvermögen, eine einzelne Frequenz zu erzielen, verbessert.A simple way of creating a laser operating in a single transverse or longitudinal mode is disclosed. A fiber-coupled diode is butt-coupled to a solid-state laser crystal to pump it in an optical cavity with two plane boundaries. Good overlap between the laser mode and the pump dimensions can be achieved. Furthermore, thermal effects in the present cavity not only provide a stable cavity with good overlap between the laser mode and the pump dimensions, but also improve the ability to achieve a single frequency.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die Ausgangsfläche der Faser-gekoppelten, pumpenden Diode stumpf (eng) an eine Eintrittsfläche des Laserkristalls angekoppelt, wobei die Laserdiode gut gegen den Laserkristall isoliert ist, so dass Wärmeemission von der Pumpdiode den Laserbetrieb nicht beeinflusst. According to a feature of the invention, the output face of the fiber-coupled pumping diode is butt-coupled to an input face of the laser crystal, the laser diode being well insulated from the laser crystal so that heat emission from the pumping diode does not affect laser operation.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass ein Resonator mit zwei ebenen Begrenzungen verwendet ist, so dass der komplizierte Prozess zum Ausrichten des Brennpunkts beseitigt ist und die Einstellung des Lasersystems einfacher und genauer ist.Another feature of the invention is that a resonator with two plane boundaries is used, so that the complicated process of aligning the focal point is eliminated and the adjustment of the laser system is simpler and more accurate.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass eine Faser-gekoppelte Diode dazu verwendet ist, als Pumplichtquelle zu dienen. Die Pumplichtverteilung zeigt gute Symmetrie, und die aufgrund des thermischen Effekts induzierte 5 Linse ist kreissymmetrisch. Daher kann der optische Resona-Another feature of the invention is that a fiber-coupled diode is used to serve as a pump light source. The pump light distribution shows good symmetry, and the lens induced due to the thermal effect is circularly symmetric. Therefore, the optical resonator can be

Precision Instrument Development Center, Nat. Science ieune»!·;·Precision Instrument Development Center, Nat. Science ieune»!·;·

tor als stabiler Mechanismus aufrechterhalten werden, und das Instabilitätsproblem kann durch den Resonator mit zwei ebenen Begrenzungen überwunden werden, und der Laserkristall kann leicht so angeregt werden, dass er mit einer einzelnen Transversalmode- schwingt.tor can be maintained as a stable mechanism, and the instability problem can be overcome by the resonator with two plane boundaries, and the laser crystal can be easily excited to oscillate in a single transverse mode.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung kann eine gute Überlappung zwischen der Lasermode und den Pumpabmessungen erzielt werden. Um die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung zu verdeutlichen, werden nachfolgend drei Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, in der die drei Figuren 1 bis 3 jeweils schematisch ein Ausführungsbeispiel veranschaulichen.According to another feature of the invention, a good overlap between the laser mode and the pump dimensions can be achieved. In order to clarify the objects, features and advantages of the invention, three embodiments are described below with reference to the accompanying drawing, in which the three figures 1 to 3 each schematically illustrate an embodiment.

Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment

Fig. 1 veranschaulicht das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ausgangsfläche 1 einer Faser-gekoppelten Laserdiode 10 unmittelbar an einem Laserkristall 20 montiert. Der Laserkristall 20 besteht aus einem aktiven Material mit starker Absorption für die Pumpstrahlung, wie z. B. aus Nd:YVC>4, Nd:YAB oder Nd:YSAG. Beim Ausführungsbeispiel· ist Nd:YVO4 als Laserkristall gewähit. Die Faser-gekoppelte Laserdiode (z. B. eine Diode SDL-2372-P3) 10 dient als Pumpquelle. Sie verfügt über eine Nennausgangsleistung von 1,2 W bei 809 niti, über eine Faser 12 mit einem Kern von 100 &mgr;&pgr;&igr; und über eine Halbbreite von « 26° bei 1/e2 der Spitzenintensität. Das Pumplicht wird über eine Faser 12 in den Laserkristall gepumpt, weswegen 0 die Eintrittsfläche des Laserkristalls gut gegen die Pumpdiode isoliert ist, so dass es nicht möglich ist, dass Wärmeemission von der Pumpdiode die Laserfunktion beeinträchtigt. Fig. 1 illustrates the first embodiment of the invention. In this embodiment, the output surface 1 of a fiber-coupled laser diode 10 is mounted directly on a laser crystal 20. The laser crystal 20 consists of an active material with strong absorption for the pump radiation, such as Nd:YVC>4, Nd:YAB or Nd:YSAG. In the embodiment Nd:YVO4 is selected as the laser crystal. The fiber-coupled laser diode (e.g. a diode SDL-2372-P3) 10 serves as the pump source. It has a nominal output power of 1.2 W at 809 niti, a fiber 12 with a core of 100 μπλ and a half-width of < 26° at 1/e 2 of the peak intensity. The pump light is pumped into the laser crystal via a fiber 12, which is why the entrance surface of the laser crystal is well insulated from the pump diode so that it is not possible for heat emission from the pump diode to impair the laser function.

Die Eintrittsfläche des Kristalls 20 ist mit einer stark re-The entrance surface of the crystal 20 is provided with a strongly re-

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flektierenden Beschichtung HR beschichtet, um das Anregungslicht in der Grundwellenlänge zu reflektieren und um als Reflexionsspiegel des optischen Resonators zu dienen. Das Reflexionsvermögen der Beschichtung HR sollte größer als 99,8 % sein. Die Austrittsfläche des Kristalls ist mit einer Antireflexionsbeschichtung AR beschichtet, deren Reflexion kleiner als 0,2 % sein sollte, um dafür zu sorgen, dass das Anregungslicht in der Grundwellenlänge so stark wie möglich in den Laserkristall eintritt. Ein ebener Ausgangskopplungsspiegel 3 0 ist ebenfalls mit einer teilweise reflektierenden Beschichtung PR bedeckt, z. B. mit einem Reflexionsvermögen von 90 %, für eine Teilreflexion bei der Grundwellenlänge.reflective coating HR to reflect the excitation light at the fundamental wavelength and to serve as the reflection mirror of the optical resonator. The reflectivity of the coating HR should be greater than 99.8%. The exit surface of the crystal is coated with an anti-reflection coating AR, the reflectivity of which should be less than 0.2% to ensure that the excitation light at the fundamental wavelength enters the laser crystal as strongly as possible. A plane output coupling mirror 3 0 is also covered with a partially reflective coating PR, e.g. with a reflectivity of 90%, for partial reflection at the fundamental wavelength.

Der Laserkristall 2 0 und ,der ebene Ausgangskopplungsspiegel bilden einen optischen Resonator mit zwei ebenen Begrenzungen. Da dieser Resonator keinen Prozess zum Ausrichten des Brennpunkts benötigt, wie dies bei einem herkömmlichen optischen Resonator mit einer ebenen und einer konkaven Begrenzung der Fall ist, sind der Mechanismus und der Zusammenbau 0 des Lasers sehr einfach. Die einzige erforderliche Einstellung besteht darin, die Schrägstellungswinkel des Laserkristalls 20 und des ebenen Ausgangskopplungsspiegels 30 zur Übereinstimmung zu bringen.The laser crystal 20 and the plane output coupling mirror form an optical resonator with two plane boundaries. Since this resonator does not require a process for aligning the focus point as is the case with a conventional optical resonator with one plane and one concave boundary, the mechanism and assembly of the laser are very simple. The only adjustment required is to match the tilt angles of the laser crystal 20 and the plane output coupling mirror 30.

5 Außerdem kann, obwohl ein optischer Resonator mit zwei ebenen Begrenzungen bei herkömmlichen Dioden-gepumpten Lasern nicht sehr stabil ist, der kreissymmetrische thermische Linseneffekt, wie er aus der Verwendung einer Faser-gekoppelten Diode als Pumpquel'le herrührt, die Stabilität des Resonator-0 mechanismus mit zwei ebenen Begrenzungen mit guter Überlappung der Lasermode und des Pumpbrennpunkts verbessern.5 Furthermore, although a two-plane boundary optical cavity is not very stable in conventional diode-pumped lasers, the circularly symmetric thermal lensing effect resulting from the use of a fiber-coupled diode as a pump source can improve the stability of the two-plane boundary cavity mechanism with good overlap of the laser mode and the pump focal point.

Wenn die Länge LC des Resonators mit zwei ebenen Begrenzungen zwischen 0 und 50 mm liegt, beträgt das Mode/Pumpgröße-Verhältnis ungefähr 1,0 - 2,0, weswegen ein besserer Über-If the length LC of the resonator with two plane boundaries is between 0 and 50 mm, the mode/pump size ratio is approximately 1.0 - 2.0, which is why a better

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lappungswirkungsgrad erzielt werden kann. Demgemäß kann ein Laser mit einzelner Longitudinalmode leicht erzeugt werden.lapping efficiency can be achieved. Accordingly, a single longitudinal mode laser can be easily produced.

Aus Experimenten ergab sich, dass der thermische Effekt aufgrund des Endpumpens den Betrieb in einer einzelnen Longitudinalmode bei einem optischen Resonator mit zwei ebenen Begrenzungen verbessern kann. Wenn der Laserkristall (Nd:YVC>4) durch eine Pumplichtquelle mit einer Wellenlänge von 809 nm mit einer Leistung von 1,2 W angeregt wird, gibt der Kristall Laserstrahlung in einer einzelnen Transversalmode und einer einzelnen Longitudinalmode mit einer Leistung von 620 mW bei einer Wellenlänge von 1064 nm aus. Die Ausgangsleistung ist ungefähr 5-6 Mal größer als gemäß dem Lasertheorem erwartet.Experiments have shown that the thermal effect due to end pumping can improve the operation in a single longitudinal mode in an optical cavity with two plane boundaries. When the laser crystal (Nd:YVC>4) is excited by a pump light source with a wavelength of 809 nm with a power of 1.2 W, the crystal outputs laser radiation in a single transverse mode and a single longitudinal mode with a power of 620 mW at a wavelength of 1064 nm. The output power is approximately 5-6 times larger than expected according to the laser theorem.

Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment

Ferner kann, ausgehend vom ersten Ausführungsbeispiel, wenn die Länge LC des optischen Resonators auf 0 mm eingestellt 0 wird, ein einfacherer optischer Resonator mit zwei ebenen Begrenzungen erhalten werden, was dadurch erfolgt, dass der Ausgangskopplungsspiegel 3 0 und die Antireflexionsbeschichtung AR an der Austrittsfläche des Laserkristalls 20 beseitigt werden. Demgemäß enthält dieser einfachere optische Re-5 sonator mit zwei ebenen Begrenzungen, wie in Fig. 2 dargestellt, nur den Laserkristall 20, dessen Eintritts- und Austrittsfläche mit der stark reflektierenden Beschichtung HR bzw. der teilweise reflektierenden Beschichtung PR beschichtet sind.
30Furthermore, starting from the first embodiment, when the length LC of the optical resonator is set to 0 mm, a simpler two-plane boundary optical resonator can be obtained by eliminating the output coupling mirror 30 and the anti-reflection coating AR on the exit surface of the laser crystal 20. Accordingly, as shown in Fig. 2, this simpler two-plane boundary optical resonator includes only the laser crystal 20 whose entrance and exit surfaces are coated with the highly reflective coating HR and the partially reflective coating PR, respectively.
30

Drittes AusführungsbeispielThird embodiment

Fig. 3 veranschaulicht das dritte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Festkörperlasers mit Frequenzverdopplung, 5 bei dem der optische Resonator mit zwei ebenen BegrenzungenFig. 3 illustrates the third embodiment of a solid-state laser with frequency doubling according to the invention, 5 in which the optical resonator with two planar boundaries

Precision Instrument Development Center, Nat. Science CeuneiU;· 0550·*89**»·Precision Instrument Development Center, Nat. Science CeuneiU;· 0550·*89**»·

aus dem Laserkristall 2 0 (Nd:YVC>4) und einem Frequenzverdopplungskristall 40 besteht. Teile, die solchen ähnlich sind, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, sind mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen. consists of the laser crystal 2 0 (Nd:YVC>4) and a frequency doubling crystal 40. Parts similar to those shown in Fig. 1 are designated by the same reference numerals and their description is omitted.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Funktionsmechanismus beinahe derselbe wie der in Fig. 1, mit der Ausnahme, dass der ebene Ausgangskopplungsspiegel 3 0 in Fig. 1 durch einen Frequenzverdopplungkristall 40 ersetzt ist. Um die Energieverluste zu verringern, ist der zusätzliche ebene Ausgangskopplungsspiegel entfernt. Das Hinterende des Frequenzverdopplungskristalls 40 ist mit einer bichromatischen Beschichtung BF so beschichtet, dass das Pumplicht mit der Grundwellenlänge in den Resonator zurückreflektiert werden kann, jedoch das angeregte Licht in der zweiten Harmonischen durch die Beschichtung hindurchlaufen kann, um das Laserausgangssignal zu bilden.In this embodiment, the working mechanism is almost the same as that in Fig. 1, except that the plane output coupling mirror 30 in Fig. 1 is replaced by a frequency doubling crystal 40. To reduce the energy losses, the additional plane output coupling mirror is removed. The rear end of the frequency doubling crystal 40 is coated with a bichromatic coating BF such that the pump light at the fundamental wavelength can be reflected back into the resonator, but the excited light in the second harmonic can pass through the coating to form the laser output signal.

Die Eintrittsfläche des Kristalls 20 ist mit einer stark reflektierenden Beschichtung HR2 beschichtet, um das angeregte Licht in der Grundwellenlänge und der zweiten Harmonischen zu reflektieren. Die Beschichtung HR2 dient als Reflexionsspiegel des optischen Resonators. Das Reflexionsvermögen dieser Beschichtung HR2 sollte bei der Grundwellenlänge größer als 99,8 % und bei der zweiten Harmonischen größer als 98 % sein. Die Austrittsfläche des Kristalls 20 ist mit einer Antireflexionsbeschichtung AR2 beschichtet, deren Reflexionsvermögen kleiner als 0,2 % sein sollte, um dafür zu 0 sorgen, dass das angeregte Licht in der Grundwelle so stark wie möglich in den Laserkristall gestrahlt wird. Die Antireflexionbeschichtung AR3 an der Eintrittsfläche des Frequenzverdopplungskristalls dient für das Licht mit der Grundwellenlänge und der zweiten Harmonischen.The entrance surface of the crystal 20 is coated with a highly reflective coating HR2 to reflect the excited light in the fundamental wavelength and the second harmonic. The coating HR2 serves as the reflection mirror of the optical resonator. The reflectivity of this coating HR2 should be greater than 99.8% at the fundamental wavelength and greater than 98% at the second harmonic. The exit surface of the crystal 20 is coated with an anti-reflection coating AR2, the reflectivity of which should be less than 0.2% to ensure that the excited light in the fundamental wave is radiated into the laser crystal as strongly as possible. The anti-reflection coating AR3 on the entrance surface of the frequency doubling crystal serves for the light with the fundamental wavelength and the second harmonic.

Precision Instrument Development Center, Nat. Science Ceunsit/· 0550·&iacgr;&bgr;9&iacgr;·&bgr;·Precision Instrument Development Center, Nat. Science Ceunsit/· 0550·&iacgr;&bgr;9&iacgr;·&bgr;·

Wenn die Länge LC des Resonators mit zwei ebenen Begrenzungen zwischen 0 und 50 nm eingestellt wird, beträgt das Mode/ Pumpgröße-Verhältnis ungefähr 1,0 - 2,0, wodurch ein besserer Überlappungswirkungsgrad erzielt werden kann.
5When the length LC of the two-plane confinement resonator is adjusted between 0 and 50 nm, the mode/pump size ratio is approximately 1.0 - 2.0, which can achieve better overlap efficiency.
5

Gemäß Versuchsergebnissen kann, wenn ein Laserkristall (Nd:YVC>4) durch eine Pumplichtquelle mit einer Wellenlänge von 809 nm mit einer Leistung von 1,2 W angeregt wird, grünes Laserlicht in einer einzelnen Transversal- und einer einzelnen Longitudinalmode erhalten werden. Die Ausgangsleistung des grünen Laserlichts ist größer als 200 mW.According to experimental results, when a laser crystal (Nd:YVC>4) is excited by a pump light source with a wavelength of 809 nm with a power of 1.2 W, green laser light in a single transverse and a single longitudinal mode can be obtained. The output power of the green laser light is greater than 200 mW.

Dieses Ausführungsbeispiel hat dieselben Vorteile wie sie für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, so dass diese hier nicht wiederholt werden.This embodiment has the same advantages as those described for the first embodiment, so they will not be repeated here.

Bei der Erfindung bestehen die folgenden Vorteile gegenüber dem Stand der Technik: (1) hoher Wirkungsgrad und hohe Ausgangsleistung; (2) einfacher Zusammenbaumechanismus; (3) 0 kreissymmetrischer, thermischer Linseneffekt zum Verbessern der Funktion und der Stabilität des Resonators mit zwei ebenen Begrenzungen; (4) gute Überlappung zwischen der Lasermode und der Pumpgröße; (5) einfache Kontrollierbarkeit zum Erzeugen eines Lasers mit einer einzelnen Longitudinalmode und (6) gute Isolierung gegen die Wärmeemission der Pumpdiode. The invention has the following advantages over the prior art: (1) high efficiency and high output power; (2) simple assembly mechanism; (3) circularly symmetric thermal lens effect to improve the function and stability of the resonator with two plane boundaries; (4) good overlap between the laser mode and the pump size; (5) easy controllability to generate a single longitudinal mode laser, and (6) good insulation against the heat emission of the pump diode.

Claims (9)

Precision Instrument Development Center, Nat. Science 6«une»l·;· 055&bgr;·&iacgr;$9}·9· <,**, *"*I AnsprüchePrecision Instrument Development Center, Nat. Science 6«une»l·;· 055&bgr;·&iacgr;$9}·9· <,**, *"*I Claims 1. Einzelmode-Festkörperlaser mit stumpf angekoppelten Faser-gekoppelten Dioden, gekennzeichnet durch: 1. Single-mode solid-state laser with butt-coupled fiber-coupled diodes, characterized by: - einen Laserkristall (20);- a laser crystal (20); - eine Faser-gekoppelte Laserdiode (10) zum Erzeugen von Endpump1icht; und- a fiber-coupled laser diode (10) for generating end pump light; and - einen optischen Resonator mit zwei ebenen Begrenzungen mit dem Laserkristall und einem ebenen Ausgangskopplungsspiegel (30), der einen speziellen Abstand gegen den Laserkristall einhält;- an optical resonator with two plane boundaries with the laser crystal and a plane output coupling mirror (30) which maintains a specific distance from the laser crystal; - wobei die Austrittsfläche der Faser-gekoppelten Laserdiode mit weniger als einem speziellen Abstand dicht am Laserkristall angeordnet ist, wobei die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche des Laserkristalls mit einer hochreflektierenden Beschichtung (HR) bzw. einer Antireflexionsbeschichtung (AR) beschichtet sind, wobei die Eintrittsfläche des ebenen Ausgangsspiegels mit einer teilweise reflektierenden Beschichtung (PR) beschichtet ist und wobei das Pumplicht in 0 den Laserkristall gelenkt wird und Laserlicht vom Ausgangskopplungsspiegel nach außen tritt (Fig. 1).- wherein the exit surface of the fiber-coupled laser diode is arranged close to the laser crystal at less than a specified distance, wherein the entrance surface and the exit surface of the laser crystal are coated with a highly reflective coating (HR) and an anti-reflective coating (AR), respectively, wherein the entrance surface of the planar output mirror is coated with a partially reflective coating (PR), and wherein the pump light is directed into the laser crystal and laser light exits from the output coupling mirror (Fig. 1). 2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der spezielle Abstand zwischen dem Laserkristall (20) und dem Ausgangskopplungsspiegel (40) zwischen 0 und 50 mm beträgt.2. Laser according to claim 1, characterized in that the specific distance between the laser crystal (20) and the output coupling mirror (40) is between 0 and 50 mm. 3. Einzelmode-Festkörperlaser mit stumpf angekoppelten Faser-gekoppelten Dioden, gekennzeichnet durch: 3. Single-mode solid-state laser with butt-coupled fiber-coupled diodes, characterized by: - einen Laserkristiall (20) ;- a laser crystal (20); 0 - eine Faser-gekoppelte Laserdiode (10) zum Erzeugen von Endpump1i cht; und0 - a fiber-coupled laser diode (10) for generating end pump light; and - einen optischen Resonator mit zwei ebenen Begrenzungen mit dem Laserkristall und einem Frequenzverdopplungskristall (40), der einen speziellen Abstand gegen den Laserkristall 5 einhält;- an optical resonator with two plane boundaries with the laser crystal and a frequency doubling crystal (40) which maintains a specific distance from the laser crystal 5; Precision Instrument Development Center, Nat. Science &dgr;&ogr;&ugr;&eegr;»&tgr;·1&bgr;&rgr;·0550-·>&bgr;9£-<1··Precision Instrument Development Center, Nat. Science &dgr;&ogr;&ugr;&eegr;»&tgr;·1&bgr;&rgr;·0550-·>&bgr;9£-<1·· - wobei die Austrittsfläche der Faser-gekoppelten Laserdiode mit weniger als einem speziellen Abstand dicht am Laserkristall angeordnet ist, wobei die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche des Laserkristalls mit einer hochreflektierenden Beschichtung (HR2) bzw. einer Antireflexionsbeschichtung (AR2) beschichtet sind, wobei die Austrittsfläche und die Eintrittsfläche des Frequenzverdopplungskristalls mit einer bichromatischen Beschichtung (BF) bzw. einer Antireflexionsbeschichtung (AR3) beschichtet sind, und wobei das Pumplicht in den Laserkristall gelenkt wird und Laserlicht vom Frequenzverdopplungskristall nach außen tritt (Fig. 1).- wherein the exit surface of the fiber-coupled laser diode is arranged close to the laser crystal at less than a specific distance, wherein the entrance surface and the exit surface of the laser crystal are coated with a highly reflective coating (HR2) and an anti-reflection coating (AR2), respectively, wherein the exit surface and the entrance surface of the frequency doubling crystal are coated with a bichromatic coating (BF) and an anti-reflection coating (AR3), respectively, and wherein the pump light is directed into the laser crystal and laser light exits from the frequency doubling crystal (Fig. 1). 4. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ dass der spezielle Abstand zwischen dem Laserkristall (20) und dem Frequenzverdopplungskristall (40) zwischen 0 und 50 mm beträgt .4. Laser according to claim 1, characterized in that the specific distance between the laser crystal (20) and the frequency doubling crystal (40) is between 0 and 50 mm. 5. Laser nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bichromatische Beschichtung (BF) an 0 der Austrittsfläche des Frequenzverdopplungskristalls (40) Licht mit der Grundwellenlänge in den optischen Resonator zurückreflektieren kann, wohingegen Licht der zweiten Harmonischen durch dieselbe hindurchtreten kann, und wobei die Antireflexionsbeschichtung (AR3) auf der Eintrittsfläche des 5 FrequenzVerdopplungskristalls für Licht sowohl der Grundwellenlänge als auch der zweiten Harmonischen dient.5. Laser according to one of claims 3 or 4, characterized in that the bichromatic coating (BF) on the exit surface of the frequency doubling crystal (40) can reflect light with the fundamental wavelength back into the optical resonator, whereas light of the second harmonic can pass through it, and wherein the anti-reflection coating (AR3) on the entrance surface of the frequency doubling crystal serves for light of both the fundamental wavelength and the second harmonic. 6. Laser nach einem der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stark reflektierende Beschichtung (HR2) 0 auf der Eintrittsfläche des Laserkristalls (20) Licht mit6. Laser according to one of claims 3 - 5, characterized in that the highly reflective coating (HR2) 0 on the entrance surface of the laser crystal (20) reflects light with der Grundwellenlänge und der zweiten Harmonischen reflektieren kann und die Antireflexionsbeschichtung (AR2) auf der Eintrittsfläche des Laserkristalls für Licht der Grundwellenlänge dient.
35the fundamental wavelength and the second harmonic and the anti-reflection coating (AR2) on the entrance surface of the laser crystal serves for light of the fundamental wavelength.
35 Precision instrument Development Center, Nat. Science ^puqpj"±;Precision instrument Development Center, Nat. Science ^puqpj"±; 7. Einzelmode-Festkörperlaser mit stumpf angekoppelten Faser-gekoppelten Dioden, gekennzeichnet durch: 7. Single-mode solid-state laser with butt-coupled fiber-coupled diodes, characterized by: - einen Laserkristall (20) ;- a laser crystal (20); - eine Faser-gekoppelte Laserdiode (10) zum Erzeugen von Endpumplicht; und- a fiber-coupled laser diode (10) for generating final pump light; and - einen optischen Resonator mit dem Laserkristall, dessen Eintritts- und Austrittsflächen mit einer stark reflektierenden Beschichtung (HR) bzw. einer teilweise reflektierenden Beschichtung (PR) beschichtet sind;- an optical resonator containing the laser crystal, the entrance and exit surfaces of which are coated with a highly reflective coating (HR) and a partially reflective coating (PR), respectively; - wobei die Austrittsfläche der Faser-gekoppelten Laserdiode mit weniger als einem speziellen Abstand dicht am Laserkristall angeordnet ist, und wobei das Pumplicht in den Laserkristall gelenkt wird und das Laserausgangslicht aus dem Laserkristall austritt (Fig. 2).- wherein the exit surface of the fiber-coupled laser diode is arranged close to the laser crystal at less than a specified distance, and wherein the pump light is directed into the laser crystal and the laser output light exits the laser crystal (Fig. 2). 8. Laser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ dass der spezielle Abstand zwischen der Austrittfläche (11) der Faser-gekoppelten Laserdiode (10) und dem Laserkristall (20) weniger als 1 mm beträgt.8. Laser according to one of the preceding claims, characterized in that the specific distance between the exit surface (11) of the fiber-coupled laser diode (10) and the laser crystal (20) is less than 1 mm. 9. Laser nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet/ dass der Laserkristall (20) aus einem der folgenden Materialien ausgewählt ist: Nd:YVO4, Nd:YAB und Nd:YSAG.9. Laser according to one of the preceding claims, characterized in that the laser crystal (20) is selected from one of the following materials: Nd:YVO4, Nd:YAB and Nd:YSAG.
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