DE3715600C2 - Kompakt aufgebauter Laserkopf - Google Patents

Kompakt aufgebauter Laserkopf

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Description

Die Erfindung betrifft allgemein Festkörperlaser wie Nd:YAG-Laser und speziell einen kompakt aufgebauten Laserkopf entsprechend den im Oberbegriff des Hauptanspruches angeführten Merkmalen.
In der älteren DE 36 14 401 ist ein ähnlicher Festkörperlaser beschrieben, welcher einen Laserstab aufweist, der endseitig durch eine Laserdiode gepumpt wird. Das Pumpvolumen der Laserdiode ist an den Laserstab angepaßt, um den Pumpwirkungsgrad zu optimieren. Der Laserresonator ist so ausgebildet, daß innerhalb des Resonators eine Strahltaille bereitgestellt wird, an der ein Frequenzverdopplerkristall angeordnet werden kann. Die Laserdiode ist in derselben Anordnung eingebaut. Jeder Laser ist so ausgelegt, daß er eine bestimmte Ausgangsfrequenz erzeugt, welche von dem Material des Laserstabs und der Gegenwart oder der Abwesenheit des Verdopplerkristalls abhängt.
Der Laser weist in dem Gehäuse einen miniaturisierten Laserstab sowie einen miniaturisierten Kopplungsspiegel auf, die zusammen einen miniaturisierten Laserresonator bilden. Zum longitudinalen endseitigen Pumpen des Laserstabs ist in dem Gehäuse eine Abbildungsvorrichtung zur Abbildung des von der Laserdiode emittierten Pumplichts in den Laserstab vorgesehen.
In der US-PS 4 383 318 ist ein Laserpumpsystem beschrieben, in welchem optische Fasern in einer zusammengeführten Anordnung die Energie eines Feldes von LEDs oder Diodenlasern auf Punkte entlang der Längserstreckung eines Laserstabs konzentrieren.
Die US-PS 4 035 742 beschreibt eine Vorrichtung zum optischen Pumpen von Festkörperlasern mit einem Wellenleiter zwischen der Pumpquelle und dem Laserstab, der in einem Winkel zur Oberfläche des Stabs angeordnet ist, welcher von dem Brechungsindex des Wellenleiters festgelegt wird.
Aus der DE-PS 39 82 201 ist ein endseitig gepumpter Festkörperlaser bekannt, in welchem ein Feld von Diodenlasern in einer solchen Rate und mit einem solchen Schaltverhältnis gepulst wird, daß kontinuierlicher (cw-)Betrieb erreicht wird.
Für eine größtmögliche Anwendungsbreite und einfachsten Gebrauch ist es erwünscht, einen Laser mit der höchstmöglichen Packungsdichte und mit untereinander austauschbaren Komponenten zu erhalten, so daß mehrere unterschiedliche Ausgangscharakteristiken von demselben Lasersystem erhalten werden können. Da die Ausgangscharakteristiken im wesentlichen durch den Aufbau und die Komponenten des Laserresonators bestimmt werden, ist es erwünscht, einen kompakten Laserkopf zu erhalten, der als von dem Rest des Lasersystems getrennte Einheit aufgebaut ist und auf einfache Weise an den Rest des Systems angekoppelt und von diesem entkoppelt werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem kompakt aufgebauten Laserkopf der als bekannt vorausgesetzten Art gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Beim Gegenstand der Erfindung können einfach Laserköpfe ausgetauscht werden, die unterschiedliche Ausgangscharakteristiken bereitstellen. In vorteilhafter Weise wird daher ein kompakter Festkörperlaserkopf bereitgestellt, welcher auf einfache Weise mit einer Laserdiodenpumpquelle verbunden und von dieser wieder gelöst werden kann. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines kompakten Festkörperlaserkopfes, welcher longitudinal endseitig gepumpt wird.
Die Faseroptik gestattet ein endseitiges Pumpen des Laserstabs durch die Laserdiode in einer getrennten Energieversorgung mit Hilfe einer Pumpanordnung. Das Gehäuse des Laserkopfes ist so klein wie möglich ausgebildet und sämtliche darin enthaltenen Komponenten sind miniaturisiert. Die Verwendung spezieller Montagevorrichtungen für die Komponenten, insbesondere von Kugel- und Röhrenhalterungen, gestattet die Verwendung sehr kleiner Komponenten und einen geringstmöglichen Raumaufwand. Die Komponenten sind so angeordnet, daß sie an das Pumpvolumen der Laserdiodenpumpquelle angepaßt snd, welche insbesondere über eine Faseroptik an den Laserkopf übertragen und in den Laserstab ins Laservolumen des Stabs abgebildet wird.
Gemäß der Erfindung sind unterschiedliche Schnellanschlußköpfe auf einfache Weise austauschbar und können mit einer einzigen Energiequelle betrieben werden, welche eine Laserdiodenpumpquelle aufweist. Jeder Kopf kann zur Erzeugung bestimmter Ausgangscharakteristiken ausgelegt werden. Daher wird ein äußerst vielseitiges System bereitgestellt, bei welchem nur die Laserköpfe ausgetauscht werden. Die geringen Abmessungen des Laserkopfes und die Möglichkeit, den Laserkopf in einer Entfernung von der Energiequelle zu betreiben, sind äußerst vorteilhaft für eine Vielzahl von Anwendungen. Darüber hinaus kann die Laserdiode, wenn nötig, ausgetauscht werden, ohne daß eine Justierung oder neue Anpassung der Komponenten des Laserkopfes erforderlich ist.
Ausführungsbeispiele, die von der Erfindung Gebrauch machen, werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht des miniaturisierten Schnellanschluß-Laserkopfes, und
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Lasersystems mit einem über eine Faseroptik mit einer Energiequelle verbundenen Laserkopf.
Der in Fig. 1 dargestellte kompakte Laserkopf 10 weist ein vorzugsweise im wesentlichen zylindrisch oder röhrenförmig ausgebildetes hohles Gehäuse 12 auf und ist typischerweise aus Edelstahl hergestellt. An einem Ende des Gehäuses 12 befindet sich eine Endkappe 14, typischerweise aus Plastik, die am Gehäuse 12 befestigt, insbesondere aufgeschraubt ist. Ein Spiegel 16 ist am Ende des Gehäuses 12 innerhalb der Endkappe 14 angebracht. Der Spiegel 16 bildet einen Teil des optischen Laserresonators und ist das Ausgangskoppelglied für den Laserresonator. Der Spiegel 16 ist in einer Kugelhalterung 18 gehaltert, welche drehbar in der Endkappe 14 zwischen einer abgeschrägten Kante 20 des Gehäuses 12 und einer abgeschrägten Kante 22 der Endkappe 14 angebracht ist. Die Kugelhalterung 18 weist ein Hohlrohr 24 auf, welches sich von der Kugelhalterung 18 ins Innere des Gehäuses 12 erstreckt. Justierschrauben 26 erstrecken sich durch das Gehäuse 12 und berühren das Hohlrohr 24, so daß die Winkellage der Kugelhalterung 18 eingestellt werden kann; typischerweise sind drei oder vier Justierschrauben 26 beabstandet um den Außendurchmesser des Gehäuses vorgesehen.
In der Nähe des gegenüberliegenden Endes des Gehäuses 12 ist ein Festkörperlaserstab 28 angebracht, welcher in einem Träger oder einer Halterung 30 gehalten wird, welche in das Gehäuse 12 eingepaßt ist. Die Halterung 30 hält als Abbildungsvorrichtung ferner eine Kugellinse oder Fokussierkugel 32 im Abstand zum Laserstab 28; die Kugellinse 32 kann durch einen Kleber in ihrer Lage gehalten werden. Die Kugellinse 32 ist gegen eine abgeschrägte Kante 34 im Endabschnitt 36 der Halterung 30 gehaltert; der Endabschnitt 36 ist weiter als der Abschnitt der Halterung 30, welcher den Laserstab 28 hält. Am Ende des Gehäuses 12 ist eine Endkappe 38 angeordnet und enthält den Endabschnitt 36 der Halterung 30. Die Endkappe 38 weist ferner eine Schnellanschlußvorrichtung 40 auf, welche eine Verbindung einer Faseroptik 42 zum Laserkopf 10 ermöglicht. Die Schnellanschlußvorrichtung 40 ist vorzugsweise ein standardisierter Faseroptikverbinder vom Bajonett-Typ oder aufschraubbar gestaltet.
Die Schnellanschlußvorrichtung 40 hält die Faseroptik 42, so daß deren Ende 44 sich nahe bei der Kugellinse 32 befindet. Der Laserstab 28, die Kugellinse 32 und das Ende der Faseroptik 42 sind so angeordnet, daß das Ausgangssignal der Faseroptik 42 auf den Laserstab 28 abgebildet wird, um ein wirksames longitudinales endseitiges Pumpen des Laserstabs 28 zu bewerkstelligen. Die Schnellanschlußvorrichtung 40 sorgt für eine richtige Justierung der Faser 42, die jedesmal nach Verbindung der Faser mit dem Laserkopf verläßlich ist.
Ein Frequenzverdopplerkristall 46 kann ebenfalls in dem Gehäuse 12 angebracht sein, um ein frequenzverdoppeltes Ausgangssignal bereitzustellen. Der Frequenzverdopplerkristall 46 ist in einer Kugelhalterung 48 montiert, welche sich gegen eine abgeschrägte Kante 50 im Inneren des Gehäuses 12 durch einen Kugelhaltering 52 abstützt, welcher mittels einer Feder 54 federbeaufschlagt ist, die durch einen Federhalter 56 gehalten wird, der im Gehäuse 12 angebracht ist. Die Kugelhalterung 48 ist mit einem sich hiervon in Längsrichtung des Gehäuses 12 erstreckenden hohlen Rohr 58 versehen. Justierschrauben 60 erstrecken sich durch das Gehäuse 12 und berühren das Rohr 58, so daß die Winkellage der Kugelhalterung 48 eingestellt werden kann; typischerweise werden drei oder vier Justierschrauben 60 verwendet.
Mit dieser kompakten Anordnung wird ein äußerst kurzer optischer Resonator bereitgestellt. Der optische Resonator wird bestimmt durch die Oberfläche 62 des Ausgangskoppelspiegels 16 und die Oberfläche 64 des Laserstabs 28. Die Oberfläche 64 läßt Pumpstrahlung durch, reflektiert jedoch das Laserausgangssignal des Laserstabs 28 und die frequenzverdoppelte Strahlung in solchen Fällen, in denen der Verdopplerkristall 46 verwendet wird.
Eine Ansicht des gesamten Lasersystems 66 ist in Fig. 2 dargestellt, in welcher der Laserkopf 10 über eine Faseroptik 42 mit einer Energiequelle 68 verbunden ist. Die Energiequelle 68 enthält eine Laserdiodenpumpquelle, die geeignet zum Pumpen des Festkörperlaserstabs im Laserkopf 10 ausgebildet ist. Die Pumpstrahlung wird von der Energiequelle 68 über eine Faseroptik 42 an den Laserkopf 10 übertragen. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird die über die Faseroptik 42 übertragene Pumpstrahlung mittels der Kugellinse 32 auf die Endfläche 64 des Laserstabs 28 abgebildet.

Claims (4)

1. Kompakt aufgebauter Laserkopf
  • - mit einem kompakten, hohlen Gehäuse (12),
  • - mit einem miniaturisierten, in dem Gehäuse (12) angebrachten Laserstab (28),
  • - mit einem miniaturisierten, in dem Gehäuse (12) angebrachten Ausgangskoppelspiegel (16), wobei der Laserstab (28) und der Ausgangskoppelspiegel (16) einen miniaturisierten Laserresonator ausbilden, und
  • - mit einer in dem Gehäuse (12) angebrachten Abbildungsvorrichtung zum longitudinalen endseitigen Pumpen des Laserstabs (28) durch die Abbildung des von einer Laserdiode emittierten Pumplichts in den Laserstab (28),
gekennzeichnet durch eine im Gehäuse (12) angebrachte Schnellanschlußvorrichtung (40) zur Verbindung einer Faseroptik (42) mit dem Gehäuse (12), durch die das Licht der Laserdiode geführt wird.
2. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellanschlußvorrichtung eine faseroptische Verbindungseinrichtung vom Bajonett-Typ ist.
3. Laserkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellanschlußvorrichtung eine aufschraubbare faseroptische Verbindungseinrichtung ist.
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