DE4425050A1 - Von Laserdioden gepumpter Festkörperlaser - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen von Laserdioden gepumpten Festkörperlaser
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Festkörperlaser bieten neben einer hohen Effizienz, die bis zum Zehnfachen
den Wirkungsgrad herkömmlicher Systeme übersteigt, auch Kompaktheit
und weitgehende Wartungsfreiheit.
Für das Aufbauprinzip wird sehr häufig als longitudinale Anregung des Lasermaterials
genutzt, um eine möglichst gute Strahlqualität zu erhalten. Solche
Konzeptionen sind bereits in vielfältigen Ausführungsformen Stand der Technik,
sie lassen sich jedoch nur bedingt für hohe Leistungen nutzen, weil die
Zerstörschwelle des Lasermaterials ziemlich schnell erreicht wird. Diese wird
beispielsweise in der Druckschrift "TDA Progress report 42-80, Oct.-Dec.
1984" von D. L. Sipes Jr. mit 115 W absorbierter Pumpleistung pro cm angegeben.
Außerdem ist noch anzuführen, daß thermische Effekte im Lasermaterial
zur Minderung der Strahlqualität führen, unter Umständen bis zu einer Instabilität
des Resonators.
Bei der ebenfalls bekannten transversalen Pumpanordnung, bei der die
Pumpstrahlung der Laserdioden senkrecht zur optischen Achse des Festkörperlasers
eingekoppelt wird, kann man die Leistung des Festkörperlasers durch
Aneinanderreihen mehrerer Laserdioden nach oben skalieren. Dabei kommt
man aber sehr schnell an eine Grenze des praktikablen und effizienten Einsatzes,
weil z. B. das Lasermaterial eine große Länge besitzen muß. Transversale
Pumpanordnungen sind in der Literatur vielfach beschrieben, sowohl für Slab-
Kristalle (siehe W. Köchner: "Solid state laser engineering - Springer Verlag"),
als auch für Laserstäbe (siehe bspw. F. Hanson, D. Haddock: "Laser diode
pumping of neodymium laser rods" - in Applied Optics, Vol. 27, No. 1, Jan. 1,
1988, pp 80).
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen von Laserdioden
angeregten Festkörperlaser zu schaffen, bei dem nicht nur die Zerstörschwelle
und die Strahlqualität des Lasermaterials erhöht ist, sondern auch eine
effiziente Ankopplung von mehreren Laserdioden in mehreren Ebenen erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst.
In den Unteransprüchen sind Weiterbildungen und Ausgestaltungen angegeben
und in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele erläutert
und in den Figuren der Zeichnung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 ein Schemabild in perspektivischer Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
mit einem Laserkristall in Form eines Stabes mit quadratischem
Querschnitt,
Fig. 2 ein Schemabild in perspektivischer Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
mit einem Laserkristall in Form eines Stabes mit
quadratischem Querschnitt,
Fig. 3 ein Schemabild in einer Aufsichtdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels
mit einem Laserkristall in Form eines Stabes mit
sechseckigem Querschnitt,
Fig. 4 ein Schemabild in perspektivischer Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels
mit extern positionierten Endspiegeln.
Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Konfiguration wird ein Laserkristall 10 in
der Form eines Stabes mit quadratischem Querschnitt verwendet. Bei diesem in
optischer Qualität geschliffenen und polierten Kristall sind die vier Seitenflächen
12 durch eine dielektrische Vielschichtbedampfung hochreflektierend für
die Wellenlänge des Festkörperlasers und hochtransmittierend für die
Pumplichtwellenlänge der Laserdioden 16 beschichtet. Eine Endfläche 15 des
Laserkristallstabes 10 ist hochreflektierend für die Wellenlänge des Lasers beschichtet
und definiert um zwei Winkel um die Achsen x und y verkippt. Zusammen
mit den Spiegeln 13 und 14 wird der Laserresonators gebildet, wobei
ein Spiegel als hochreflektierender Endspiegel, der andere als teilreflektierender
Auskoppelspiegel dient.
Die sich innerhalb des Resonators ausbildende Lasermode 11 wird auf ihrem
Weg durch den Laserkristall 10 an den hochreflektierend beschichteten Kristallseitenflächen 12
zurückgeworfen und verläuft auf diese Weise im Zickzack
zunächst in einer Ebene durch den Laserkristallstab 10. An dessen Endfläche
15 wird die Lasermode 11 in der Weise umgelenkt, daß erneut ein Zickzack-
Verlauf entsteht, der aber nun um 90° versetzt um die Symmetrieachse des
Kristalls 10 verläuft, also senkrecht zur ersten Zickzackebene.
Durch die gezeigte Konzeption wird erreicht, daß die Pumpstrahlung der Laserdioden
16 über die als Option einsetzbare Koppeloptik 17 effizient an die
Lasermode 11 angekoppelt und gleichzeitig von vier verschiedenen Richtungen
gepumpt werden kann. Dabei können Laserdioden 16 hoher Leistung und großer
Streifenbreite der Emitter verwendet werden, da bei der gezeigten Anordnung
genügend Platz zur Kühlung der Laserdioden 16 zur Verfügung steht.
Durch das Pumpen des Laserkristalls 10 über einen schmalen Streifen an jeder
seiner Flächen verbleibt eine ausreichend große Fläche, über die der Kristall
gefaßt und auch gekühlt werden kann. Da hier die Auftreffpunkte der Lasermode
11 an den Mantelflächen 12 des Kristalls 10 so nahe beieinanderliegen,
kann diese gleichzeitig an mehreren solcher Auftreffpunkte von einem Laserdiodenarray
effizient gepumpt werden.
Werden die externen Spiegel 13, 14 weggelassen oder durch Spiegel anderer
Reflexionsgrade ersetzt, so kann die gezeigte Konzeption als sehr effizienter
Verstärker eingesetzt werden.
Für den Zickzack-Verlauf im Kristall 10 wird der Winkel 18 vorzugsweise
klein gewählt, um dadurch eine große Anzahl von Auftreffpunkten der Lasermode
11 auf den Seitenflächen 12 zu erreichen und dadurch eine effiziente
Ankopplung an eine Laserdiodenzeile bzw. eine hohe Verstärkung zu erhalten.
Wird der Winkel 18 jedoch groß gewählt, so besteht die Möglichkeit, die
Auftreffpunkte der Lasermode 11 so einzustellen, daß sie jeweils den einzelnen
Pumpdioden gegenüberliegt. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die
Laserdioden 16 aufgrund ihrer Baugröße es erfordern. Diese Konzeption ist in
schematischer Weise in der Fig. 2 skizziert.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Konfiguration wird ein Laserstab 10 mit einem
gleichseitigen Sechseck-Querschnitt verwendet, dessen beide Endflächen so
angeordnet sind, daß die Lasermode 11 im Zickzack in drei Ebenen im Kristall
10 verläuft. Dadurch wird die Anzahl der Laserdioden 16, die am Umfang des
Laserkristalls 10 angeordnet sind, von vier auf sechs oder mehr erhöht.
Die Fig. 4 der Zeichnung veranschaulicht eine Konzeption, bei der das in Fig. 1
veranschaulichte Ausführungsbeispiel so modifiziert wird, daß alle Endspiegel
13, 14, 19 und 20 extern angebracht sind. Diese Ausführungsform
bringt den Vorteil, daß der Kristall einfacher und damit preisgünstiger hergestellt
werden kann. Weiterhin sind dann die Reflexionswinkel im Kristall frei
wählbar, und das Lasersystem kann leichter optimiert werden.
Claims (7)
1. Von Laserdioden gepumpter Festkörperlaser, dessen aktives Material
als Laserkristall ausgebildet, wobei dessen Mantelflächen hochreflektierend
für die Laserwellenlänge und hochtransmittierend für die Pumplichtwellenlänge
der optisch anregenden Laserdioden beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß das laseraktive Material (10) gleichzeitig sowohl longitudinal als auch
transversal durch die Laserdioden (16) gepumpt wird, wobei die Lasermode
(11) einen Zick-Zack-Durchlauf in mehreren zueinander senkrecht oder in einem
entsprechenden Winkel zueinander stehenden Ebenen vornimmt und hierzu
das Lasermaterial (10) stabförmig mit einem mehreckigen Querschnitt geschliffen
und in optischer Qualität poliert ist und durch eine raumschräg angebrachte
hochreflektierend verspiegelte Endfläche (15) des Laserkristalls (10)
oder externe Spiegel (19, 20) zusammen mit zwei außerhalb des Laserkristalls
(10) angeordneten Spiegel (13, 14) von denen einer hochreflektierend und der
andere als Auskoppelspiegel ausgebildet sind, ein stabiler Laserresonator gebildet
wird, dessen Lasermode (11) den zick-zack-förmigen Weg in mindestens
zwei Ebenen des Kristalls durchführt.
2. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Laserkristall (10) als sechseckiger Stab ausgebildet ist, der mit zwei in der
Weise integriert angeordneten und für die Laserwellenlänge hochreflektierend
beschichteten Endflächen versehen ist, so daß drei Zick-Zack-Ebenen im Winkel
von 120° zueinander entstehen und jeder seiner sechs Seitenflächen (12)
ein oder mehrere Pump-Laserdioden (16) zugeordnet sind.
3. Festkörperlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
zum Verzicht auf eine optische Beschichtung der Kristallmantelflächen (12)
der Lasermode im Kristall so verläuft, daß sich an den Kristallmantelflächen
Totalreflexion ergibt.
4. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die extern angeordneten Spiegel (13, 14) in ihrem Reflexionsgrad
variabel einsetzbar sind.
5. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Endfläche (15) des Laserkristalls (10) definiert um zwei
Winkel um die Achsen x und y verkippt angeordnet ist.
6. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß Laserdioden (16) mit hoher Leistung und großer Emitter-Streifenbreite
angeordnet sind.
7. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spiegel (13, 14) oder Reflexionsflächen (15) so angeordnet
und ausgebildet sind, daß der Winkel (18) des Zick-Zack-Verlaufs im Laserkristall
(10) so klein ist, daß sich möglichst viele Reflexionspunkte für eine
effiziente Pumplichteinkopplung an den Kristallmantelflächen ergeben.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19944425050 DE4425050C2 (de) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | Von Laserdioden gepumpter Festkörperlaser |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4425050A1 true DE4425050A1 (de) | 1996-01-18 |
DE4425050C2 DE4425050C2 (de) | 1997-12-04 |
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ID=6523261
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DE19944425050 Expired - Fee Related DE4425050C2 (de) | 1994-07-15 | 1994-07-15 | Von Laserdioden gepumpter Festkörperlaser |
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Country | Link |
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DE (1) | DE4425050C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19617711A1 (de) * | 1996-02-07 | 1997-08-14 | Fraunhofer Ges Forschung | Optisch gepumpter Verstärker, insbesondere ein Festkörper-Verstärker |
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DE4101403A1 (de) * | 1990-01-19 | 1991-07-25 | Mitsubishi Electric Corp | Von einem halbleiterlaser gepumpter festkoerperlaser |
DE4008225A1 (de) * | 1990-03-15 | 1991-09-19 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Laserdiodengepumpter festkoerperlaser |
DD299574A5 (de) * | 1989-06-02 | 1992-04-23 | Carl Zeiss Jena Gmbh,De | Anordnung zum transversalen pumpen von festkoerperlasern |
FR2670623A1 (fr) * | 1990-12-18 | 1992-06-19 | Europ Agence Spatiale | Laser a barreau actif hexagonal. |
-
1994
- 1994-07-15 DE DE19944425050 patent/DE4425050C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4425050C2 (de) | 1997-12-04 |
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