DE4235891A1

DE4235891A1 - Festkoerper-laser mit halbleiterlaseranregung

Info

Publication number: DE4235891A1
Application number: DE4235891A
Authority: DE
Inventors: Akira Ishimori; Takashi Yamamota; Tetsuo Kojima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1992-10-23
Publication date: 1993-04-29
Also published as: GB2261318B; US5351259A; GB9222447D0; GB2261318A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörperlaser mit Halbleiterlaseranregung und insbesondere auf einen Festkör perlaser, der zum Erzeugen einer Vielzahl von Laserlicht strahlen geeignet ist.

Fig. 19 und 20 sind jeweils eine schematische Draufsicht bzw. eine schematische Seitenansicht einer Halbleiterlaseranre gungs-Festkörper-Laservorrichtung, in der ein Halbleiterla serelement nahe an einem Lasermaterial mit kleiner Quer schnittsfläche angeordnet ist und die beispielsweise eine in "Laser Kenkyu", Band 18, No. 8 (1990), Seiten 622-627 be schriebene Vorrichtung ist. In der in Fig. 19 und 20 gezeig ten Festkörper-Laservorrichtung erzeugt ein Halbleiterlaser 1 Pump- bzw. Anregungslicht 2, das in ein Festkörper-Lasermate rial eintritt. Das Festkörper-Lasermaterial 3 ist beispiels weise aus einem Nd : YAG-Kristall (Y_3-xNd_xAl₅O₁₂-Kristall) mit einer Länge von 5 mm, einer Breite von 2 mm und einer Dicke von 0,5 mm mit rechteckigem Querschnitt gebildet. Auf eine Anregungslichteinfall-Stirnfläche 3a des Festkörper-Laserma terials 3 ist eine Beschichtung aufgebracht, die in bezug auf das Anregungslicht 2 nicht reflektierend ist, aber in bezug auf Laserlicht 4 total reflektierend ist, während auf eine Stirnfläche 3b des Festkörper-Lasermaterials 3 eine Beschich tung aufgebracht ist, die in bezug auf das Laserlicht 4 nicht reflektierend ist. Ein Teilreflexionsspiegel 5 ist derart angeordnet, daß er der Stirnfläche 3b des Festkörper-Laser materials 3 gegenübergesetzt ist.

Nachstehend wird die Funktion dieser Festkörper-Laservorrich tung mit Halbleiterlaseranregung beschrieben. Das Anregungslicht 2 tritt über die Anregungslichteinfall-Stirnfläche 3a in das Festkörper-Lasermaterial 3 ein. Das Anregungslicht 2 wird in senkrechter Richtung wiederholt an oberen und unteren Flächen 3c des Festkörper-Lasermaterials 3 reflektiert und durch dieses absorbiert, während es in dem Material einge schlossen wird. Dadurch wird das Festkörper-Lasermaterial 3 wirkungsvoll angeregt. Dabei besteht nicht die Erfordernis, das Anregungslicht 2 in paralleler Richtung zu begrenzen, da in dieser Richtung die Strahldivergenz vergleichsweise gering ist. Das sich senkrecht zu der aktiven Schicht des Halblei terlasers ausbreitende Licht wird von der oberen und unteren Fläche 3c derart reflektiert, daß der Lichtanregungsbereich im Lasermaterial 3 sowohl in senkrechter als auch in parall eler Richtung in bezug auf die aktive Schicht des Halbleiter lasers eine Größe von ungefähr 0,5 mm hat. Durch die Anre gungslichteinfall-Stirnfläche 3a und den Teilreflexions spiegel 5 ist ein stabiler Laserresonator gebildet. Falls beispielsweise die Stirnfläche 3a flach ist, der Krümmungsra dius des Teilreflexionsspiegels 5 2500 mm beträgt und die Länge des Resonators 10 mm ist, wird ein Laserlichtstrahl 4 mit einem Durchmesser von ungefähr 0,35 mm in einem Grundmo dus (Gaußschen Modus) erzeugt.

Bei der herkömmlichen Festkörper-Laservorrichtung mit Halb leiterlaseranregung kann jedoch aus einer Laservorrichtung nur ein Laserstrahl erhalten werden und es ist erforderlich, eine Vielzahl von Laservorrichtungen bereitzustellen, falls eine Vielzahl von unabhängigen Laserstrahlen benötigt wird.

In Anbetracht dessen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun de, eine Halbleiterlaseranregungs-Festkörper-Laservorrichtung zu schaffen, die das unabhängige Erzeugen einer Vielzahl von Laserstrahlen aus einer Laservorrichtung ermöglicht.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Aufga be mit einem Festkörperlaser gelöst, der einen Halbleiterla ser zum Erzeugen von Anregungslicht, ein durch das Anregungs licht angeregtes Festkörper-Lasermaterial und einen Laserre sonator aufweist, der ein Paar von einander unter Zwischenfü gen des Lasermaterials gegenübergestellten Reflexionsspiegeln und/oder Beschichtungen hat und der das Laserlicht abstrahlt. Der Halbleiterlaser hat eine Vielzahl von auf einer geraden Linie angeordneten Abstrahlungspunkten, aus denen das Anre gungslicht erzeugt wird, und der Laserresonator ist in Über einstimmung mit den Abstrahlungspunkten angeordnet.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Festkörperlaser geschaffen, der einen Halbleiterlaser für das Erzeugen von Anregungslicht, ein Festkörper-Lasermaterial in welchem das Anregungslicht durch innere Reflexion einge schlossen ist und das durch das Anregungslicht angeregt wird, und einen Laserresonator aufweist, der ein Paar von einander unter Zwischensetzen des Lasermaterials gegenübergesetzten Reflexionsspiegeln und/oder Beschichtungen hat und der das Laserlicht abstrahlt. In dem Resonator ist eine Vielzahl von Mikrolinsen für das Abstrahlen einer Vielzahl von Laserlicht strahlen angebracht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Halbleiterlaseranregungs-Festkörperlaser gemäß einem ersten Beispiel.

Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Lasers.

Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser gemäß einem zweiten Bei spiel.

Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser gemäß einem dritten Bei spiel.

Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser gemäß einem vierten Bei spiel.

Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser gemäß einem fünften Bei spiel.

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht von Teilen aus Festkörper-Lasermaterial in Form von dünnen fla chen Platten.

Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung eines Zustands, bei dem die in Fig. 7 gezeigten Teile aus Festkör per-Lasermaterial miteinander verbunden sind.

Fig. 9 ist eine perspektivische Darstellung eines Zustands, bei dem die in Fig. 8 gezeigten Teile aus dem Festkörper-Lasermaterial entlang von zu den Verbindungsflä chen senkrechten Ebenen zerschnitten sind.

Fig. 10 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser gemäß einem sechsten Beispiel.

Fig. 11 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser gemäß einem siebenten Beispiel.

Fig. 12 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser gemäß einem achten Beispiel.

Fig. 13 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser gemäß einem neunten Beispiel.

Fig. 14 ist eine schematische Ansicht eines Längsschnittes durch das Festkörper-Lasermaterial des in Fig. 13 gezeigten Lasers.

Fig. 15 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser gemäß einem zehnten Beispiel.

Fig. 16 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser gemäß einem elften Beispiel.

Fig. 17 ist eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser gemäß einem zwölften Beispiel.

Fig. 18 ist eine schematische Seitenansicht des in Fig. 17 gezeigten Lasers.

Fig. 19 ist eine schematische Draufsicht auf eine herkömmliche Halbleiterlaseranregungs-Festkörper-Laservor richtung.

Fig. 20 ist eine schematische Seitenansicht der herkömmlichen Festkörper-Laservorrichtung mit Halbleiterla seranregung.

1. Beispiel

Fig. 1 und 2 sind jeweils eine schematische Draufsicht bzw. eine schematische Seitenansicht eines Festkörperlasers mit Halbleiterlaseranregung gemäß einem ersten Beispiel für die Erfindung. Gemäß Fig. 1 hat ein Halbleiterlaser 11 für das Erzeugen einer Vielzahl von Anregungslichtstrahlen 12a bis 12d vier Abstrahlpunkte 11a bis 11d, die auf einer geraden Linie in einem Teilungsabstand von beispielsweise 0,5 mm angeordnet sind. Ein Festkörper-Lasermaterial 13 ist bei spielsweise durch ein Nd : YAG-Kristall (Y_3-xNd_xAl₅O₁₂- Kristall) mit einer Länge von 5mm, einer Breite von 2mm und einer Dicke von 0,5 mm und mit rechteckigem Querschnitt gebil det. Aus dem Festkörper-Lasermaterial 13 werden Laserstrahlen 14a, 14b, 14c und 14d abgegeben. Auf einer Anregungslichtein fall-Stirnfläche 13e des Festkörper-Lasermaterials 13 ist eine Beschichtung gebildet, die bezüglich der Anregungslicht strahlen 12a bis 12d nicht reflektierend ist, aber bezüglich der Laserstrahlen 14a bis 14d total reflektiert, während an einer Stirnfläche 13f des Festkörper-Lasermaterials 13 eine Beschichtung gebildet ist, die bezüglich der Laserstrahlen 14a bis 14d nicht reflektierend ist. Ein Teilreflexions spiegel 15 ist derart angeordnet, daß er der Stirnfläche 13f des Festkörper-Lasermaterials 13 gegenübergesetzt ist.

Nachstehend wird die Funktion dieses Festkörperlasers mit Halbleiterlaseranregung beschrieben. Die von dem Halbleiter laser 11 erzeugten Anregungslichtstrahlen 12a bis 12d treten durch die Anregungslichteinfall-Stirnfläche 13e hindurch in das Festkörper-Lasermaterial 13 ein. Die Anregungslichtstrah len 12 werden in dem Lasermaterial 13 durch dessen obere und untere Fläche 13g wiederholt reflektiert und durch das Laser material 13 absorbiert, während sie in diesem eingeschlossen bleiben. Dadurch wird das Festkörper-Lasermaterial 13 wir kungsvoll angeregt. Dabei besteht nicht die Erfordernis, die Anregungslichtstrahlen 12 in paralleler Richtung zu begren zen, da in dieser Richtung die Strahldivergenz vergleichswei se gering ist. Das sich senkrecht zu der aktiven Schicht des Halbleiterlasers ausbreitende Licht wird durch die obere und untere Fläche 13g reflektiert, so daß in dem Festkörper- Lasermaterial 13 vier Lichtanregungsbereiche mit einer Größe von ungefähr 0,5 mm in senkrechter und in paralleler Richtung in bezug auf die aktive Schicht des Halbleiterlasers gebildet werden. Wenn der sich in einer jeden Anregungszone ergebende thermische Linseneffekt nach einem Verfahren bewertet wird, das auf Seite 357 von "Solid State Laser Engineering" von W. Köchner beschrieben ist, beträgt die Brennweite 2,5 m, wenn die Halbleiterlaser-Ausgangsleistung 200 mW beträgt. Wenn sowohl die Anregungslichteinfall-Stirnfläche 13e als auch der Teilreflexionsspiegel 15 plan ist und die Resonatorlänge 10 mm beträgt, werden vier Laserstrahlen 14a bis 14d in einem Grundmodus (Gaußschen Modus) mit einem Durchmesser von unge fähr 0,35 mm erzeugt.

Bei diesem Beispiel hat der Halbleiterlaser 11 eine Vielzahl von Emissions- bzw. Abstrahlpunkten 11a bis 11d. Der Halblei terlaser 11 kann jedoch eine Halbleiterlaser-Zeile sein, bei dem die Abstrahlpunkte in einer geraden Reihe angeordnet sind, oder eine Gruppe von Halbleiterlaser-Vorrichtungen, die auf einer geraden Linie aufgereiht sind.

2. Beispiel

Die Fig. 3 zeigt ein anderes Beispiel für den erfindungsge mäßen Festkörperlaser mit Halbleiterlaseranregung, bei dem ein Teilreflexionsspiegel 15a entsprechend vier Laserstrahlen 14a bis 14d in vier Teile unterteilt ist und bei dem eine Oberfläche eines jeden Teils derart gewölbt ist, daß eine eindimensionale Anordnung von vier im wesentlichen konkaven Spiegeln gebildet ist. Bei dem ersten Beispiel besteht ein Risiko darin, daß sich infolge einer Änderung der von der Ausgangsleistung des Halbleiterlasers 11 abhängigen Zustände der thermischen Linse des Festkörper-Lasermaterials 13 die Form der Laserstrahlen 14a bis 14d ändert oder die vier Laserstrahlen 14a bis 14d nicht vollständig getrennt werden. Bei dem zweiten Beispiel wird der Teilreflexionsspiegel 15a mit einer weitaus geringeren Wölbung (von beispielsweise 300 mm Krümmungsradius) als die Brennweite der thermischen Linse gebildet, um sicherzustellen, daß die vier Laserstrahlen 14a bis 14d mit Stabilität in einem Grundmodus unter völliger Trennung erzeugt werden können.

3. Beispiel

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel für den erfindungsge mäßen Festkörperlaser mit Halbleiterlaseranregung, bei dem ein Teilreflexionsspiegel 15b als Planspiegel geformt ist und bei dem stabförmige Mikrolinsen 16a bis 16d entsprechend Laserstrahlen 14a bis 14d angeordnet sind, um diese in eine bestimmte Form zu bringen. Bei diesem Beispiel können leicht vier stabile Laserstrahlen 14a bis 14d in einem Grundmodus erhalten werden, ohne daß eine umständliche Feinbearbeitung des Teilreflexionsspiegels 15a des zweiten Beispiels erfor derlich ist.

4. Beispiel

Die Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel für den erfindungsge mäßen Festkörperlaser mit Halbleiterlaseranregung, bei dem in Resonatoren eine eindimensionale Planplatten-Mikrolinse 16 angeordnet ist, die entsprechend dem Teilungsabstand von vier Laserstrahlen 14a bis 14d geformt ist. Die Planplatten-Mikro linse 16 wird von vorne herein mit Genauigkeit geformt, so daß vier stabile Laserstrahlen 14a bis 14d in einem Grundmo dus durch eine sehr einfache Justierung der optischen Achse erzeugt werden können.

5. Beispiel

Die Fig. 6 zeigt ein nächstes Beispiel für den erfindungsge mäßen Festkörperlaser mit Halbleiterlaseranregung, das derart gestaltet ist, daß Festkörper-Lasermaterialien jeweils in Form eines Prisma zu einer Einheit verbunden sind und bei der Anordnung gemäß dem vierten Beispiel eingesetzt werden. Durch diese Gestaltung können Laserstrahlen vollständiger zwischen benachbarten Laserresonatoren getrennt werden, da die gegen seitige Beeinflussung bzw. Interferenz zwischen den Resonato ren ausgeschaltet ist.

Diese Teile aus Festkörper-Lasermaterial können auf einfache Weise in einem in Fig. 7 bis 9 dargestellten Prozeß herge stellt werden. D. h., es werden dünne Platten 113a bis 113d aus Festkörper-Lasermaterial wie die in Fig. 7 gezeigten gemäß Fig. 8 mit einem optischen Klebemittel verbunden und gemäß Fig. 9 entlang von zu den Verbindungsflächen senkrech ten Ebenen zerschnitten. Danach werden Stirnflächen 17 und 18 poliert und auf die Stirnflächen 17 wird eine reflektierende Beschichtung, eine nicht reflektierende Beschichtung oder dergleichen aufgebracht.

6. Beispiel

Die Fig. 10 zeigt ein nächstes Beispiel für den erfindungsge mäßen Festkörperlaser mit Halbleiterlaseranregung, bei dem in Resonatoren ein nichtlineares optisches Element 19, bei spielsweise ein KTP- bzw. KTiOPO₄-Element zur Wellenlängenum wandlung in Zusammenwirkung mit einer Planplatten-Mikrolinse 16 angebracht ist, um Laserstrahlen der zweiten Harmonischen (in diesem Fall grünes Licht mit der Wellenlänge 532 nm) zu erhalten, bei denen mehrere Frequenzen verdoppelt sind. Aus einem Festkörper-Lasermaterial 13 und einem nichtlinearen optischen Element 19 kann eine Vielzahl von Laserstrahlen 14a bis 14d erhalten werden, d. h., es kann eine Vielzahl von Laserstrahlen 14a bis 14d leicht unter geringen Kosten erhal ten werden.

Bei dem sechsten Beispiel ist in den Laserresonatoren nur das KTP-Element vorgesehen. Zur Polarisationssteuerung oder Ausgabestabilisierung kann jedoch auch eine Wellenlängenplat te, ein Brewster-Fenster oder dergleichen eingefügt werden.

Bei dem ersten bis sechsten Beispiel wird jeweils ein Halb leiterlaser 11 mit vier Abstrahlpunkten 11a bis 11d verwen det. Es kann jedoch irgendeine Halbleiterlaservorrichtung mit einer Vielzahl von Abstrahlpunkten eingesetzt werden. Ferner ist der Abstand zwischen den Abstrahlpunkten 11a bis 11d nicht auf 0,5 mm eingeschränkt, sondern kann auf irgendeinen beliebigen Wert eingestellt sein, solange die Abstrahlpunkte in Übereinstimmung mit den Mikrolinsen angeordnet sind.

7. Beispiel

Es wurden das erste bis sechste Beispiel beschrieben, bei denen eine Vielzahl von Laserstrahlen 14a bis 14d mit glei cher Wellenlänge erhalten wird. Es ist auch möglich, aus Laserresonatoren Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellen längen zu erhalten. Die Fig. 11 zeigt ein Beispiel für den erfindungsgemäßen Festkörperlaser mit Halbleiterlaseranre gung, bei dem mittels eines Halbleiterlasers 11 mit Abstrahl punkten 11a bis 11c und eines durch Nd : YAG-Kristall gebilde ten Festkörper-Lasermaterials 13 Grundwellenschwingungen mit drei Wellenlängen 946 nm, 1,064 µm und 1,319 µm hervorgerufen werden und durch drei in Laserresonatoren angebrachte nicht lineare optische Elemente 19a, 19b und 19c Wellen der zweiten Harmonischen erzeugt werden, wodurch Laserstrahlen 14a, 14b und 14c mit drei Farben, nämlich Blau (473 nm), Grün (532 nm) und Rot (660 nm) erhalten werden. An den einander gegenüber liegenden Stirnflächen des nichtlinearen optischen Elements 19a wird eine bezüglich der Wellenlänge 946 nm nicht reflek tierende Beschichtung gebildet, an den einander gegenüberlie genden Stirnflächen des nichtlinearen optischen Elements 19b wird eine bezüglich der Wellenlänge 1,064 µm nicht reflektie rende Beschichtung gebildet und an den einander gegenüberlie genden Stirnflächen des nichtlinearen optischen Elements 19c wird eine bezüglich der Wellenlänge 1,319 µm nicht reflektie rende Beschichtung gebildet. In dem entsprechenden Resonator wird die Grundwelle mit der jeweiligen Wellenlänge angeregt und die erzeugten Grundwellen werden durch die nichtlinearen optischen Elemente 19a, 19b und 19c hinsichtlich der Wellen längen in Laserstrahlen mit den Wellenlängen 473 nm, 532 nm und 660 nm unter Phasenanpassung auf diese Wellenlängen umgesetzt, wonach die Laserstrahlen wirkungsvoll durch eine auf einem Teilreflexionsspiegel 15 gebildete, selektiv durch lässige Beschichtung aus den Laserresonatoren herausgeführt werden.

8. Beispiel

Bei dem ersten bis siebenten Beispiel gemäß der vorangehenden Beschreibung wird ein Halbleiterlaser mit einer Vielzahl von Abstrahlpunkten 11a bis 11d benutzt. Es ist jedoch auch möglich, eine zweidimensional angeordnete Festkörper-Laser vorrichtung mit Halbleiterlaseranregung durch Kombinieren einer zweidimensionalen Halbleiterlaseranordnung und einer Mikrolinsenanordnung aus Flachplatten-Mikrolinsen oder der gleichen zu erhalten. Ein in Fig. 12 gezeigtes Beispiel für eine Laservorrichtung dieser Art hat eine Halbleiterlaservor richtung 11, die 4×4 Abstrahlpunkte 11a, 11b, . . . hat und die 16 Anregungslichtstrahlen 12a, 12b, . . . erzeugt, und ein Festkörper-Lasermaterial 13 mit einer Anregungslichteinfall- Stirnfläche 13e, auf die eine Beschichtung aufgebracht ist, die bezüglich der Anregungslichtstrahlen 12a, 12b, . . . nicht reflektierend ist, aber bezüglich Laserstrahlen 14a, 14b total reflektierend ist. Diese Laservorrichtung erzeugt 16 Laserstrahlen 14a, 14b, . . . Die Laservorrichtung enthält auch einen Teilreflexionsspiegel 15 und eine Mikrolinsenanordnung 16, die aus Flachplatten-Mikrolinsen oder dergleichen gebil det ist und die 16 Linsenkomponenten entsprechend den Laser strahlen 14a, 14b, . . . hat. Die Mikrolinsenanordnung 16, die Anregungslichteinfall-Stirnfläche 13e des Festkörper- Lasermaterials 13 und der Teilreflexionsspiegel 15 bilden 16 Laserresonatoren. Eine weitere, aus Flachplatten-Mikrolinsen oder dergleichen gebildete Mikrolinsenanordnung 20 dient dazu, die Anregungslichtstrahlen 12a, 12b, . . . konvergierend in das Festkörper-Lasermaterial 13 zu leiten. Dadurch werden die Anregungslichtstrahlen 12a, 12, . . . aus den 16 Halblei terlaser-Abstrahlpunkten 11a, 11b, . . . auf den optischen Achsen der Laserstrahlen 14a, 14b, . . . konvergiert.

Durch diese Gestaltung kann auf einfache Weise eine Festkör per-Laservorrichtung in Form einer zweidimensionalen Anord nung mit Halbleiterlaseranregung an der Stirnfläche dadurch erhalten werden, daß im voraus die Abstände zwischen den Abstrahlpunkten 11a, 11b, . . . und die Abstände zwischen den Linsen der Flachplatten-Mikrolinsenanordnung 20 mit Genauig keit in Übereinstimmung miteinander eingestellt werden. Ferner kann beispielsweise eine Grünlicht-Laservorrichtung in Form einer zweidimensionalen Anordnung dadurch erhalten werden, daß in den Resonatoren ein nichtlineares optisches Element zur Wellenlängenumsetzung eingesetzt wird.

Bei dem ersten bis achten Beispiel wird gemäß der vorangehen den Beschreibung ein Halbleiterlaser mit einer Vielzahl von Abstrahlpunkten auf einer geraden Linie verwendet, dessen Lichtstrahlen direkt auf eine Stirnfläche eines Festkörper- Lasermaterials in Form einer dünnen flachen Platte gerichtet werden, wobei in Zuordnung zu den Anregungszonen Resonatoren gebildet werden. Infolgedessen kann durch Verwendung einer einzigen Laservorrichtung auf einfache Weise ein Festkörper laser mit Halbleiter-Stirnflächenanregung erzielt werden, der zum Erzeugen einer Vielzahl von Lichtstrahlen geeignet ist, aber klein bemessen ist.

Es ist ferner möglich, durch Verwenden einer Halbleiterlaser vorrichtung mit zweidimensional angeordneten Abstrahlpunkten und einer Flachplatten-Mikrolinsenanordnung auf einfache Weise über ein einziges Festkörper-Lasermaterial eine zweidi mensionale Anordnung von Laserstrahlen zu erhalten.

9. Beispiel

Die Fig. 13 ist eine schematische Draufsicht auf einen Fest körperlaser mit Halbleiterlaseranregung gemäß einem neunten Beispiel der Erfindung. Gemäß der Darstellung in Fig. 13 haben Halbleiterlaservorrichtungen 111 und 112, die jeweils zum Erzeugen einer Vielzahl von Anregungslichtstrahlen 102 geeignet sind, jeweils eine Gruppe von 10 Abstrahlpunkten bzw. eine Gruppe von 9 Abstrahlpunkten, wobei die Abstrahl punkte der Gruppen jeweils auf geraden Linien mit einem Teilungsabstand von beispielsweise 1 mm angeordnet sind. Ein Festkörper-Lasermaterial 103 ist beispielsweise durch einen Nd : YAG-Kristall (Y_3-xNd_xAl₅O₁₂-Kristall) gebildet, der eine Länge von 10 mm, eine Breite von 5 mm, eine Dicke von 0,4 mm und rechteckigen Querschnitt hat. Aus dem Festkörper-Laserma terial 103 werden Laserstrahlen 41, 42, 43 und 44 abgegeben. Auf eine Stirnfläche 32 des Lasermaterials 103 ist eine Beschichtung aufgebracht, die bezüglich der Laserstrahlen 41 bis 44 total reflektiert, während auf die andere Stirnfläche 33 des Festkörper-Lasermaterials 103 eine Beschichtung aufge bracht ist, die bezüglich der Laserstrahlen 41 bis 44 nicht reflektiert. An Seitenflächen 34 des Festkörper-Lasermate rials 103 ist eine Beschichtung gebildet, die die Anregungs lichtstrahlen 102 nicht reflektiert. Um die Laserstrahlen 41 bis 44 in eine bestimmte Form zu bringen, sind zwischen das Festkörper-Lasermaterial 103 und einen Teilreflexionsspiegel 15 Mikrolinsen 61 bis 64 eingefügt.

Nachstehend wird die Funktion dieses Festkörperlasers be schrieben. Die von den Halbleiterlasern 111 und 112 erzeugten Anregungslichtstrahlen 102 treten durch die Seitenflächen 34 hindurch in das Festkörper-Lasermaterial 103 ein. In dem Lasermaterial 103 werden durch dessen obere und untere Fläche 31 die Anregungslichtstrahlen 102 wiederholt reflektiert und durch das Lasermaterial 103 unter Einschluß in dieses absor biert. Dadurch wird das Festkörper-Lasermaterial 103 wir kungsvoll angeregt. Zwischen der Stirnfläche 32 des Laserma terials und dem Teilreflexionsspiegel 15 sind stabile Laser resonatoren als vier voneinander unabhängige Resonatoren gebildet, die durch die Wirkung der Mikrolinsen 61 bis 64 Anregungszonen haben, welche im wesentlichen eine Größe von ungefähr 0,5×0,5 mm haben. Falls beispielsweise die Stirn fläche 32 des Festkörper-Lasermaterials und der Teilrefle xionsspiegel 15 plan sind, die Brennweite der Mikrolinsen 61 bis 64 700 mm beträgt und die Länge der Resonatoren 15 mm beträgt, werden in einem Grundmodus vier Laserstrahlen mit einem Durchmesser von ungefähr 0,35 mm erzeugt.

Bei dem vorstehend beschriebenen neunten Beispiel können die Mikrolinsen verschiedene Brennweiten in bezug auf die Laser strahlen haben. In diesem Fall können Laserstrahlen mit unterschiedlichen Strahlparametern erzeugt werden.

Bei dem neunten Beispiel beträgt die Anzahl der Abstrahlpunk te der Halbleiterlaser 111 und 112 jeweils 10 bzw. 9 und es sind vier Mikrolinsen 61 bis 64 sowie vier Laserstrahlen 41 bis 44 vorgesehen. Die Anzahl der Abstrahlpunkte und die Anzahl der Laserstrahlen können jedoch nach Erfordernis geändert werden.

Ferner kann anstelle der bei dem neunten Beispiel verwendeten mehreren Mikrolinsen 61 bis 64 eine eindimensionale Flach platten-Mikrolinse verwendet werden. In diesem Fall ist die Mikrolinsenlageeinstellung leichter.

Während ferner bei dem neunten Beispiel die Mikrolinsen 61 bis 64 die stabilen Resonatoren bilden, kann in dem Teilref lexionsspiegel eine Anzahl von konkaven Flächen für die örtliche Schwingungsanregung ausgebildet werden, um stabile Resonatoren ohne Mikrolinsen zu bilden. Dadurch kann die gleiche Wirkung wie bei der vorangehend beschriebenen Gestal tung erreicht werden.

10. Beispiel

Die Fig. 15 zeigt ein Beispiel für den erfindungsgemäßen Festkörperlaser mit Halbleiterlaseranregung, bei dem Anre gungslichtstrahlen 21 bis 24 aus einem Halbleiterlaser 100 in das Festkörper-Lasermaterial 103 durch die Stirnfläche 32 desselben hindurch eindringen und mittels einer eindimensio nalen Flachplatten-Mikrolinse 16 mit 7 Elementen 7 Laser strahlen 41 bis 47 erzeugt werden. Bei diesem Beispiel werden die Laserstrahlen 41, 43, 45 und 47 jeweils nur durch die Anregungslichtstrahlen 21 bis 24 angeregt, während die Laser strahlen 42, 44 und 46 jeweils durch zwei Anregungslichtstrahlen 21 und 22, 22 und 23 bzw. 23 und 24 angeregt werden. Bei diesem Beispiel können gleichfalls die Anzahl der Ab strahlpunkte des Halbleiterlasers 100 und die Anzahl der Laserstrahlen nach Belieben gewählt werden.

11. Beispiel

Bei dem vorstehend beschriebenen neunten und zehnten Beispiel wird eine Vielzahl von Laserstrahlen mit gleicher Wellenlänge erhalten. Es ist jedoch auch möglich, Laserstrahlen mit den Laserresonatoren entsprechend unterschiedlichen Wellenlängen zu erhalten. Bei diesem elften Beispiel werden gemäß Fig. 16 drei Grundwellen mit den Wellenlängen 946 nm, 1,064 µm und 1,319 µm angeregt und es werden Wellen auf den zweiten Harmo nischen durch drei nichtlineare optische Elemente 71, 72 und 73 erzeugt, die in den Resonatoren zur Wellenlängenµmsetzung angebracht sind, wodurch Laserstrahlen 41, 42 und 43 mit drei Farben, nämlich Blau (473 nm), Grün (532 nm) und Rot (660 nm) erhalten werden. Auf die einander gegenüberliegenden Stirn flächen des nichtlinearen optischen Elements 71 wird eine bezüglich der Wellenlänge 946 nm nicht reflektierende Be schichtung aufgebracht, auf die einander gegenüberliegenden Stirnflächen des nichtlinearen optischen Elements 72 wird eine bezüglich der Wellenlänge 1,064 µm nicht reflektierende Beschichtung aufgebracht und auf die einander gegenüberlie genden Stirnflächen des nichtlinearen optischen Elements 73 wird eine bezüglich der Wellenlänge 1,319 µm nicht reflektie rende Beschichtung aufgebracht. In dem entsprechenden Resona tor wird selektiv die Grundschwingung mit der jeweiligen Wellenlänge angeregt und die erzeugten Grundschwingungen werden durch die nichtlinearen optischen Elemente 71, 72 und 73, die hinsichtlich der Phase an die Laserstrahl-Wellenlän gen angepaßt sind, in Laserstrahlen mit den Wellenlängen 473 nm, 532 nm und 660 nm umgesetzt, wonach die Laserstrahlen durch eine auf einem Teilreflexionsspiegel 15 gebildete, selektiv durchlässige Beschichtung wirkungsvoll aus den Laserresonatoren herausgeführt werden.

12. Beispiel

Bei dem neunten bis elften Beispiel gemäß der vorangehenden Beschreibung werden mehrere Laserstrahlen erzielt, die auf einer geraden Linie angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, gemäß Fig. 17 und 18 mittels einer zweidimensionalen Anordnung von Flachplatten-Mikrolinsen eine zweidimensionale Anordnung von Laserstrahlen zu erhalten. Bei dem in Fig. 17 und 18 dargestellten zwölften Beispiel erzeugt ein Halblei terlaser 100 mit vier Abstrahlpunkten vier Anregungslicht strahlen 21 bis 24. Ein Festkörper-Lasermaterial 102 hat beispielsweise die Form eines rechteckigen Prismas mit qua dratischem Querschnitt. Auf einer Anregungslichteinfall- Stirnfläche 32 des Lasermaterials 103 ist eine Beschichtung gebildet, die die Anregungslichtstrahlen 21 bis 24 nicht reflektiert, aber Laserstrahlen 104 total reflektiert. Eine Mikrolinsenanordnung 16 aus Flachplatten-Mikrolinsen oder dergleichen hat 16 Linsenkomponenten, die jeweils 16 Laser strahlen 104 entsprechen. Die Mikrolinsenanordnung 16, die Anregungslichteinfall-Stirnfläche 32 des Festkörper-Laser materials 103 und ein Teilreflexionsspiegel 15 bilden 16 Laserresonatoren.

Bei gewöhnlichen Halbleiterlasern ist der Öffnungswinkel in einer zu der aktiven Schicht senkrechten Richtung größer als in horizontaler Richtung. Daher erstrecken sich dann, wenn gemäß Fig. 17 die Abstrahlpunkte in einer Reihe in horizonta ler Richtung angeordnet sind, die jeweils durch die Abstrahl punkte angeregten Bereiche in einem Ausmaß, das groß genug ist, eine Vielzahl von in vertikaler Richtung angeordneten Laserstrahlen anzuregen (von vier Laserstrahlen bei dem dargestellten Beispiel). Infolgedessen kann durch die vorste hend beschriebene Gestaltung auf einfache Weise ein Festkör perlaser in Form einer zweidimensionalen Anordnung mit Halb leiterlaser-Stirnflächenanregung erzielt werden. Ferner kann beispielsweise eine Grünlicht-Laservorrichtung in Form einer zweidimensionalen Anordnung dadurch erzielt werden, daß in den Resonatoren ein nichtlineares optisches Element zur Wellenlängenumwandlung eingesetzt wird.

Bei dem neunten bis zwölften Beispiel werden gemäß der vor stehenden Beschreibung Lichtstrahlen aus einem Halbleiterla ser in ein Festkörper-Lasermaterial geleitet und es werden mittels der Mikrolinsen in einem einzigen Festkörper- Lasermaterial Laserstrahlen in der gleichen Anzahl wie Mikro linsen erzeugt. Infolgedessen kann durch Verwendung eines einzigen Festkörper-Lasermaterials auf einfache Weise ein Festkörperlaser mit Halbleiter-Stirnflächenanregung erzielt werden, der zum Erzeugen einer Vielzahl von Lichtstrahlen geeignet ist, aber klein bemessen ist.

Durch Verwendung einer zweidimensionalen Anordnung von Mikro linsen ist es auch möglich, eine zweidimensionale Anordnung von Laserstrahlen zu erhalten.

Ein Festkörperlaser mit Halbleiterlaseranregung hat einen Halbleiterlaser, ein Festkörper-Lasermaterial und Laserreso natoren. Der Halbleiterlaser hat eine Vielzahl von Abstrahl punkten, die auf einer geraden Linie angeordnet sind und aus denen Anregungslicht abgestrahlt wird. Die Laserresonatoren sind entsprechend den Abstrahlpunkten angeordnet. Durch Verwendung eines einzigen Festkörper-Lasermaterials kann eine Vielzahl von Laserstrahlen erzeugt werden.

Claims

1. Festkörperlaser mit Halbleiterlaseranregung, der eine Halbleiterlaservorrichtung zum Erzeugen von Anregungslicht, eine durch dieses Pumplicht angeregte dünne Platte aus Fest körper-Lasermaterial, in dem das Licht durch wiederholte Reflexion an der oberen und unteren Fläche der Platte einge schlossen ist, und eine Laserresonatorvorrichtung aufweist, die zur Abgabe von Laserlicht ein Paar von einander unter Einfügung des Lasermaterials gegenüberstehenden reflektie renden Spiegeln hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Halblei terlaservorrichtung (11; 111, 112) eine Vielzahl von Ab strahlpunkten hat, die auf einer geraden Linie angeordnet sind und aus denen das Anregungslicht (12) erzeugt wird, und daß die Laserresonatorvorrichtung (13, 15; 13, 15, 16, 20; 13, 15, 16, 19) entsprechend den Abstrahlpunkten angeordnet ist.

2. Festkörperlaser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mikrolinsen (16), die das Laserlicht (14) in eine bestimmte Form bringen.

3. Festkörperlaser nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zweidimensionale Anordnung von Mikrolinsen (16) für die Abgabe einer Vielzahl von Laserlichtstrahlen (14), wobei die Mikrolinsen in der Laserresonatorvorrichtung (13, 15, 16) derart angebracht sind, daß sie eine zweidimensionale Anordnung von Laserlichtstrahlen erzeugen.

4. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn zeichnet durch ein in der Laserresonatorvorrichtung ange brachtes nichtlineares optisches Element (19) für eine Wel lenlängenumsetzung.

5. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlaservorrichtung (11) zwei dimensional angeordnet ist und eine Vielzahl von Abstrahl punkten für das Erzeugen des Anregungslichts (12) hat, wobei das Anregungslicht aus jedem der Abstrahlpunkte über eine zweidimensional angeordnete Mikrolinsenanordnung (20) in das Festkörper-Lasermaterial (13) abgegeben und in diesem konver giert wird.

6. Festkörperlaser mit Halbleiterlaseranregung, der einen Halbleiterlaser zum Erzeugen von Anregungslicht, eine dünne Platte aus Festkörper-Lasermaterial, in dem durch innere Reflexion das Anregungslicht eingeschlossen wird und das durch das Anregungslicht angeregt wird, und eine Laserresona torvorrichtung aufweist, die ein Paar von einander unter Zwischenfügung des Lasermaterials gegenübergesetzten Teilref lexionsspiegeln zur Abgabe von Laserlicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß in der Laserresonatorvorrichtung (13, 15, 16) eine Vielzahl von Mikrolinsen (16) zur Abgabe einer Vielzahl von Laserlichtstrahlen angebracht ist.

7. Festkörperlaser nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein in der Laserresonatorvorrichtung (13, 15, 16) angebrachtes nichtlineares optisches Element (19) für eine Wellenlängenum setzung.