DE3315620C1 - Hochleistungslaser mit instabilem optischem Resonator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochleistungslaser, insbesondere mit einem gasförmigen stimulierbaren Medium, mit einem instabilen optischen Resonator, der von vollreflektierenden Spiegeln mit zylindrischer Krümmung, deren Krümmungsebenen zueinander parallel verlaufen, begrenzt ist, und wobei ein dritter vollreflektierender Spiegel zur Umlenkung der Strahlung im Strahlengang zwischen diesen Spiegeln angeordnet ist.

Ein derartiger Hochleistungslaser ist aus der US-PS 39 21 096 bekannt. Beim ihm ist der dritte Spiegel aus ebener Spiegel ausgebildet. Dieser bekannte Laseraufbau löst die Aufgabe, das Volumen des Anregungsmediums dadurch zu vergrößern, daß zwei separate Anregungsbereiche geschaffen werden, die miteinander so gekoppelt sind, daß sich ein einziger kohärenter Strahl ergibt.

Es sind Hochleistungslaser, wie CC>2-Hochleistungslaser, bekannt, die mit teildurchlässigen Resonatorspiegeln ausgestattet sind. Die zur Verwendung kommenden teildurchlässigen Spiegelwerkstoffe, wie beispielsweise Zinkselenid, neigen dazu, sich unter Wirkung der Strahlung zu verformen. Eine solche Verformung führt zu Leistungsschwankungen und zu einer Änderung des Ausstrahlprofils des Lasers und damit zu nichtreproduzierbaren Arbeitsergebnissen.

Aus diesem Grund werden bei Hochleistungslasern instabile optische Resonatoren benutzt. Man verwendet dabei vollreflektierende Spiegel. Die Laserstrahlung verläßt den instabilen optischen Resonator durch eine freie öffnung. Übliche instabile optische Resonatoren sind mit kreisrunden Spiegeln mit sphärischer Krümmung ausgestattet. Die ausgekoppelte Laserstrahlung

besitzt in diesem Fall einen ringförmigen Querschnitt.

In vielen Fällen, beispielsweise bei querdurchströmten Gaslasern, stellt die Rotationssymmetrie der Spiegel aber nur eine unzulängliche Anpassung an den Anregungsraum des Lasers dar. Hier empfiehlt sich die Verwendung von instabilen optischen Resonatoren mit rechteckigen Zylinder-Spiegeln. Die Laserstrahlung wird dabei achsenversetzt ausgekoppelt und weist ein geschlossenes rechteckiges Profil auf. ίο Bei dieser bekannten Anordnung mit instabilem, optischem Resonator verhält sich dieser in der Ebene senkrecht zur Krümmungsebene der Zylinderflächen (diese Krümmungsebene wird als instabile Ebene bezeichnet) wie ein ebener Fabry-Perot-Resonator, was eine hohe Laserschwelle (laser threshold) und eine extreme Justieranfälligkeit zur Folge hat. Auf diese Schwierigkeiten wird auch in der DE-PS 29 43 322 hingewiesen und zusätzlich vermerkt, daß auch ellipsoidisch geformte Spiegelflächen, die verschiedene Krümmungsradien in senkrecht zueinander stehenden Richtungen aufweisen, wegen der erforderlichen Oberflächengenauigkeit einen unverhältnismäßig hohen zeitlichen und finanziellen Aufwand erfordern. In dieser Patentschrift wird die Aufgabe gelöst, einen optischen Resonator mit einer in senkrecht aufeinander stehenden Richtungen verschiedenen Vergrößerung zu verwirklichen, mit dem ein vollständig kollimierter Laserstrahl erzeugt werden kann, wobei Abbildungsfehler vermieden werden sollen und wobei der Aufbau des Resonators so einfach sein soll, daß weder eine komplizierte Justierung noch die Verwendung schwer herstellbarer Komponenten notwendig sind. Die Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daß im Lichtweg zwischen zwei sphärischen Spiegeln mindestens zwei weitere Spiegel mit zylindrischer Krümmung angeordnet sind, deren Achsen aufeinander senkrecht stehen.

Schließlich ist aus Appl. Optics, Vol. 20 (1981), Nr. 20, S. 3547 bis 3552, noch die Verwendung von toroidalen Spiegeln anstelle der den Resonator begrenzenden Zylinderspiegel bekannt. Die Herstellung von toroidalen Spiegeln ist aber außerordentlich aufwendig und kostspielig.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Hochleistungslaser der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sein Anregungsraum mit annähernd rechteckigem Querschnitt optimal ausgenutzt wird und dabei weder eine komplizierte Justierung noch die Verwendung schwer herstellbarer optischer Komponenten erforderlich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe für den eingangs charakterisierten Hochleistungslaser erfindungsgemäß dadurch, daß der dritte Spiegel oder jeder weitere Spiegel ein zylindrisch gekrümmter ist, der in einer gegenüber den den Resonator begrenzenden Spiegeln senkrechten Ebene konkav gekrümmt ist und daß infolge der Umlenkung die ausgekoppelte Laserstrahlung linear polarisiert ist.

Vorteilhafterweise besitzen alle Spiegel rechteckigen Querschnitt. Die beiden den instabilen Resonator begrenzenden Spiegel bilden einen konfokalen Resonator. Der dritte Spiegel besitzt eine konkave Krümmung.

In der Figur ist zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung eine Spiegelanordnung für einen instabilen optischen Resonator schematisch dargestellt. Die Spiegel 1 und 2, deren Krümmungsebenen zueinander parallel verlaufen, bilden die begrenzenden Elemente des außeraxialen instabilen Resonators. Mit 3 ist der Umlenkspiegel bezeichnet, der eine zylindrische Krümmung in einer zur Bildebene senkrechten Ebene

aufweist. Mit der Bezugsziffer 4 ist der Laserstrahl bezeichnet. Die Spiegel 1 und 2 sowie der Umlenkspiegel sind als metallische Spiegel ausgebildet.

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hochleistungslaser, insbesondere mit einem gasförmigen stimulierbaren Medium, mit einem instabilen optischen Resonator, der von vollreflektierenden Spiegeln mit zylindrischer Krümmung, deren Krümmungsebenen zueinander parallel verlaufen, begrenzt ist, und wobei ein dritter vollreflektierender Spiegel zur Umlenkung der Strahlung im Strahlengang zwischen diesen Spiegeln angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Spiegel (3) oder jeder weitere Spiegel ein zylindrisch gekrümmter ist, der in einer gegenüber den den Resonator begrenzenden Spiegeln (1, 2) senkrechten Ebene konkav gekrümmt ist, und daß infolge der umlenkung die ausgekoppelte Laserstrahlung linear polarisiert ist.

2. Hochleistungslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (1, 2, 3) rechteckigen Querschnitt aufweisen.

3. Hochleistungslaser nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den instabilen optischen Resonator begrenzenden Spiegel (1,2) einen konfokalen Resonator bilden.

4. Hochleistungslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (1,2,3) metallische Spiegel sind.

5. Hochleistungslaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Spiegel (3) eine konkave Krümmung aufweist.