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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf kompakte Festkörperlaser.
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Hintergrund
der Erfindung
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Femtosekundenlaser
sind gewöhnlich
komplizierter als andere Laser, die Dauerstrich-, gütegeschaltete
oder Picosekundenstrahlung aussenden. Ein Grund dafür besteht
darin, dass die Femtosekundenerzeugung verglichen zum Beispiel mit
dem wohlbekannten Lasermaterial Nd:YAG Lasermaterialien mit einem
spektral breiten Emissionsband verlangt, so dass nur eine begrenzte
Anzahl von für Femtosekundenerzeugung
geeigneten Lasermaterialien verbleibt. Zusätzlich verlangen Femtosekundenlaser
eine gewisse Kompensation der Dispersion der Gruppengeschwindigkeit,
was gewöhnlich
zusätzliche
Elemente wie ein Prismenpaar innerhalb des Resonators verlangt,
wodurch sich das System kompliziert. Ein Beispiel für einen
Femtosekundenlaser ist der grün
gepumpte Ti:Saphir-Laser.
Ein kompakterer Aufbau wird erreicht durch direktes Diodenpumpen
von geeigneten Lasermaterialien wie Nd:Glas, Cr:LiSAF, Yb:Glas usw.
(siehe z. B. bei D. Kopf und Mitautoren, „Diode-pumped modelocked Nd:glass
lasers using an A-FPSA" [Diodengepumpte, modengekoppelte
Nd:Glas-Laser unter Verwendung eines A-FPSA], Optics Letters, Band
20, Seiten 1169 – 1171,
1995; D. Kopf und Mitautoren, „Diode-pumped
100-fs passively modelocked Cr:LiSAF using an A-FPSA" [Diodengepumptes,
passiv modengekoppeltes 100-fs Cr:LiSAF unter Verwendung eines A-FPSA],
Optics Letters, Band 19, Seiten 2143 – 2145, 1994; C. Hönninger
und Mitautoren, „Femtosecond
Yb:YAG Laser using semiconductor saturable absorbers" [Femtosekunden-Yb-YAG-Laser
unter Verwendung von sättigbaren
Halbleiterabsorbern], Optics Letters, Band 20, Seiten 2402 – 2405,
1995). Diese Lasersysteme sind jedoch in dem Sinne nicht vollkommen
kompakt, dass sie als Pumpquellen gewöhnlich zwei Laserdioden verwenden,
die unter Verwendung von Abbildungsoptik in den Laserkristall abgebildet
werden. Diese Optik ist verhältnismässig umfangreich
und könnte
noch beträchtlich
kompakter gestaltet werden. Weiter umfasst der Resonator zwei Arme,
die zueinander und zum Pumpstrahl genau ausgerichtet werden müssen, was
zu einer Anzahl auszuführender,
hochgenauer Einstellungen führt.
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Ein
Aufbau dieses Typs ist aus
US
5 987 049 bekannt. Dieses Patent offenbart einen gepulsten Festkörperlaser,
der einen zweiarmigen optischen Resonator umfasst, in dem ein Festkörper-Lasermedium
und eine sättigbare
Halbleiter-Absorberspiegelvorrichtung (SESAM: semiconductor saturable
absorber mirror) untergebracht sind. Ein Prismenpaar ist zum Zweck
der Dispersionskompensation eingebaut. Die erreichbare Kompaktheit
des Aufbaus wird durch die Stellungen des SESAM und des Prismenpaares
an jedem Ende der Resonatorarme begrenzt.
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Es
ist ziemlich gebräuchlich,
fokussierende Linsen mit einer Brennweite von 75 mm oder mehr zu verwenden,
um einem Laserresonatorschema des Deltatyps folgend das Pumplicht
durch einen der gekrümmten
Resonatorspiegel in den Laserkristall zu fokussieren. Ein solches
Resonatorschema erlaubt im Wesentlichen keine direkte Verringerung
der Abmessungen der Pumpoptik. Bei einem anderen Vorgehen (siehe
zum Beispiel S. Tsuda und Mitautoren, „Low-loss intracavity AlAs/AlGaAs
saturable Bragg reflector for femtosecond mode locking in solid-state lasers" [Sättigbarer
verlustarmer resonator-interner AlAs/AlGaAs-Braggreflektor für Femtosekunden-Modenkopplung
in Festkörperlasern],
Optics Letters, Band 20, Seiten 1406 – 1408, 1995) wird das Lasermedium
am Ende des Laserresonators untergebracht, wodurch eine kompaktere
pump-fokussierende Optik mit einem potenziell kürzeren Arbeitsabstand und eine
verringerte Anzahl von erforderlichen Einstellungen ermöglicht wird.
Da aber ein Resonatorende durch das Lasermedium beansprucht wird, müssen sowohl
das Halbleiterelement (der sättigbare Halbleiter-Absorberspiegel,
SESAM) als auch die Prismenfolge zur Dispersionskompensation zum
anderen Ende des Laserresonators hin untergebracht werden. Da die
Fleckgrösse
auf dem SESAM genügend
klein sein muss, um Sättigung
in diesem Aufbau zu erreichen, verbleibt durch den Fokussierspiegel zu
diesem Resonatorende hin nicht genügend Raum für ein Prismenpaar, um die Dispersion
der Gruppengeschwindigkeit zu kompensieren. Insgesamt vier Prismen
hatten aber für
diesen Zweck eingesetzt werden müssen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung, wie sie im unabhängigen
Anspruch 1 und in den Ansprüchen
2 bis 31 definiert wird, bezieht sich auf kompakte Festkörperlaser.
Das Lasermedium ist an oder nahe dem einen Ende des Laserresonators
untergebracht und wird durch mindestens eine Pumpquelle oder Laserdiode
gepumpt. Das Pumpen kann durch ein oder zwei Laserdioden einschliesslich
einer Abbildungsoptik von kompakten Abmessungen (10 cm oder weniger)
erfolgen, was durch die Anordnung des Resonatorendes und der Pumpoptik
ermöglicht
wird, und eignet sich dafür, selbst
mit Lasermaterialien von geringer Verstärkung eine vernünftige Verstärkung zu
erreichen. Für
einen Femtosekundenbetrieb wird der Laserresonator so ausgelegt,
dass sowohl ein sättigbarer
Halbleiter-Absorberspiegel als auch ein Prismenpaar zum anderen
Ende des Resonators hin untergebracht sind, während der Lasermode am SESAM
und die Länge der
Prismenfolge den Erfordernisse genügen, die für eine stabile Femtosekundenerzeugung
erfüllt
werden müssen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, einen sättigbaren
Halbleiter-Absorberspiegel (SESAM) zur Verfügung zu stellen, dessen Struktur
eine Mehrzahl abwechselnder Schichten von Galliumarsenid (GaAs)
und Aluminiumarsenid (AlAs) oder Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs)
umfasst, wobei jede Schicht eine optische Dicke hat, die im Wesentlichen
einer Viertelwellenlänge
entspricht, ferner ein Substrat aus Galliumarsenid (GaAs) an einer
ersten Seite der Mehrzahl abwechselnder Schichten, eine Struktur
aus Galliumarsenid (GaAs) oder AlGaAs, in die eine Absorberschicht
an einer zweiten Seite der Mehrzahl abwechselnder Schichten integriert
ist, sowie eine Mehrzahl dielektrischer Schichten an einer zu der
Seite in Berührung
mit der zweiten Seite entgegengesetzten Seite das Galliumarsenids
(GaAs), wodurch die Gesamtstruktur Resonanzverhalten zeigt. Ein
solcher SESAM kann, wie oben beschrieben, in einen Festkörperlaser
eingebaut werden. Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung,
einen speziellen Aufbau für
einen Festkörperlaser
zur Verfügung
zu stellen, bei dem der Laser ein Laserverstärkungsmedium, Pumpmittel zum Pumpen
dieses Laserverstärkungsmediums
und einen Laserresonator mit einem sättigbaren Halbleiter-Absorberspiegel
(SESAM) an einem Ende dieses Resonators umfasst und bei dem dieser
Resonator ein Prismenpaar, gefolgt von einem Teleskop, enthält.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung und ihre Vorteile werden verdeutlicht durch eine Lektüre der folgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die rein als
nicht einschränkende,
veranschaulichende Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
gegeben werden, in denen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Laserverstärkungsaufbaus gemäss einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 ist
eine schematische Darstellung einer nicht gefalteten Propagation
des Lasermoderesonators eines Femtosekundenresonators;
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführung des Resonators der 2,
der einen Aufbau geringer Grösse
bildet;
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4a und 4b sind
schematische Darstellungen von Ausführungen des Resonators der 2 mit
einer verhältnismässig grösseren Prismenfolge,
gefolgt von einem resonator-internen Teleskop und dem Resonatorende;
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5 zeigt
ein Beispiel einer sättigbaren Halbleiter-Absorberstruktur,
die in Verbindung mit Prismenfolgen eingesetzt werden kann;
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6a bis 6d zeigen
verschiedene Ausführungsformen
einer zweiten Pumpquelle;
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7a bis 7d zeigen
verschiedene Ausführungsformen
der zweiten Pumpquelle in Verbindung mit einer spezifischen Ausrichtung
eines Brewster-Planschliff-Verstärkungsmediums,
um einen kompakten Aufbau zu bilden; und
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8 ist
ein Beispiel eines Aufbaus mit einer Mehrzahl dispersiver Spiegelstrukturen,
die einen gefalteten Resonator bilden.
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Eingehende Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Der
allgemeine Aufbau eines kompakten, ultraschnellen Lasers gemäss einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Der Verstärkungsabschnitt des
Laseraufbaus umfasst ein Laserverstärkungsmedium 1, das
sich in der Nähe
eines ersten Endes eines Laserresonators befindet (siehe die Laserresonatormodenachse 2).
Das Laserverstärkungsmedium 1 kann
sogar das Laserresonatorende selbst sein, sofern eine Seite 3 des
Lasermaterials für
Reflexionsvermögen bei
der Laserwellenlänge
beschichtet ist. Ein Brewster-Planschliff-Lasermedium kann verwendet
werden, bei dem die flache Seite für Reflexionsvermögen bei
der Laserwellenlänge,
aber hohe Transmission bei der Wellenlänge der im Aufbau verwendeten
Pumplaserdiode 4 beschichtet ist. Der Laserdiodenstrahl
wird bevorzugt durch eine nahe bei der Laserdiode 4 angebrachte
zylindrische Mikrolinse in der (vertikalen) rasch divergierenden Achse
kollimiert, so dass der Pumpstrahl 5 mit einem verminderten
vertikalen Divergenzwinkel divergiert. Die Pumplaserdiode 4 kann
zum Beispiel eine 100 μm
breite Laserdiode sein, die bei einer Wellenlänge von 800 nm mit einer Leistung
von 1 Watt oder mehr emittiert. Sie dient dazu, ein Lasermedium
wie Nd:Glas zu pumpen. Eine kollimierende Linse 6 und eine
fokussierende Linse 6' werden
benutzt, um den Pumpenstrahl erneut in das Lasermedium 1 hinein abzubilden.
Die Abbildungselemente einschliesslich der Mikrolinse sowie die
Linsen 6 und 6' können durch
eine beliebige Abbildungsoptik von ähnlicher Kompaktheit und ähnlichen
Abbildungseigenschaften ersetzt werden. Wegen des potenziell kleinen
Arbeitsabstandes zwischen der Linse 6' und dem Lasermedium 1 können die
Pumpelemente 4, 6, 6' eine ebenso kurze Strecke in der
Grössenordnung
von 10 cm oder weniger einnehmen.
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Der
Aufbau verwendet eine zweite Pumpquelle mit einer Laserdiode 7,
einer kollimierenden Linse 8, einem Prisma 9,
einer fokussierenden Linse 10 und einem dichroitischen
Spiegel 11. Der Pumpstrahl der Laserdiode 7 wird
zuerst mit der Linse 8 kollimiert und tritt dann in das
Prisma 9 ein. Wenn der Strahl aus dem Prisma 9 heraustritt,
ist er, wie in 1 angedeutet, in der tangentialen
Ebene auseinander gezogen worden. Das führt zu einem kleineren Fleck
in Luft nach der fokussierenden Linse 10. Die eine oder
die andere dieser Laserdioden oder beide zusammen können eine
Pumpintensität
von 10 kW pro Quadratcentimeter oder darüber erzeugen. Wenn der Strahl
aber durch die Brewsterfläche
in das Lasermedium 1 eintritt, wird der Fleck wegen der Brewster-Flächenbrechung
erneut auseinander gezogen. Daher wird das Prisma 9 verwendet,
um die durch die Brewsterfläche
verursachte Dehnung vorzukompensieren, was zu ähnlichen Fleckgössen von beiden
Pumpquellen im Lasermedium 1 führt. Zusätzlich wird das Prisma 9 verwendet,
um den Strahlenachsenwinkel zu kompensieren, der durch die Brewsterfläche des
Lasermediums verursacht wird. Die Pumpquelle mit Laserdiode 7,
Linse 8, Prisma 9 und Linse 10 kann eine
Kompaktheit haben, die ähnlich
der der ersten Pumpquelle ist, wenn angenommen wird, dass der dichroitische
Spiegel 11 nahe genug an das Lasermedium 1 herangebracht
wird, wodurch sich der Arbeitsabstand zwischen der Linse 10 und
dem Lasermedium verringert. Der dichroitische Spiegel 11 ist
für die
Pumpwellenlänge
der Laserdiode 7 hoch durchlässig, aber für die Laserwellenlänge hoch
reflektierend. Auf diese Weise wird der Resonatormode 2 vom
Lasermedium 1 zu einem gekrümmten Resonatorspiegel 12 und
einigen weiteren ebenen Faltspiegeln 13 und 13' zum Beispiel
gelenkt. Wenn der Ort des Brennflecks der Pumpquellen 4 und 7 so
gewählt
wird, dass er innerhalb des Lasermediums 1 liegt, dann
ist diese Pumpanordnung zum Pumpen -von gering verstärkenden
Lasermaterialien wie Nd:Glas, Cr:LiSAF, Yb:Glas, Yb:YAG, Yb:KGW usw.
geeignet (niedrig verstärkend
heisst: weniger Verstärkung
als Nd:YAG). Diese Pumpanordnung kann daher benutzt werden, um Lasermaterialien
mit einem breiten Emissionsband zu pumpen, die für eine Femtosekundenerzeugung
geeignet sind. Sie kann aber auch benutzt werden, um jegliche Festkörper-Lasermaterialien
zu anderen Zwecken zu pumpen, darunter zum Dauerstrich-, gütegeschalteten oder
Picosekunden-Betrieb.
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Für einen
Femtosekunden-Laseraufbau kann der obige Aufbau mit dem in 2 gezeigten Lasermode
kombiniert werden, wo ein Beispiel einer nicht gefalteten Propagation
des Lasermodes durch einen ganzen möglichen Femtosekundenresonator veranschaulicht
wird. Die Linsen zeigen gekrümmte Resonatorspiegel
an, die den Resonatormode erneut fokussieren. Das Lasermedium 1 in
der Nähe
des einen Resonatorendes 3' hat
einen Modenradius in der Grössenordnung
von 30 × 45 μm (Mikrometer).
Das Resonatorende 3' kann
ein Spiegel mit typischen Merkmalen ähnlich denen der beschichteten
Seite 3 des Lasermaterials in 1 sein.
Der gekrümmte Spiegel 12 (dessen
Krümmungsradius
zum Beispiel 200 mm beträgt)
befindet sich in einer Entfernung von etwa 120 mm vom Lasermedium 1 und
bildet daher den Resonatormode erneut in eine Einschnürung 14 ab.
Der Resonatormode divergiert dann nach einer Strecke 16 von
ungefähr
1400 mm an einem weiteren Resonatorspiegel 15 (dessen Krümmungsradius
zum Beispiel 600 mm beträgt)
zu einer Fleckgrösse
in der Grössenordnung
von 2 bis 3 mm Durchmesser. Der verhältnismässig grosse Modendurchmesser
am Resonatorspiegel 15 führt zu einem kleinen Modendurchmesser 16a an
dem Ende des Laserresonators, das einen SESAM (sättigbaren Halbleiter-Absorberspiegel) 17 enthält. Ein
Beispiel für
die Auslegung eines geeigneten SESAM wird bei D. Kopf und Mitautoren, „Diode-pumped
femtosecond solid state lasers based on semiconductor saturable
absorbers" [Dioden-gepumpte
Femto sekunden-Festkörperlaser
auf der Basis von sättigbaren
Halbleiterabsorbern], SPIE Proceedings, „Generation, Amplification
and Measurement of Ultrashort Laser Pulses III" [Erzeugung, Verstärkung und Messung ultrakurzer
Laserimpulse, III], 28. bis 30. Januar 1996, San Jose, Kalifornien,
The International Society for Optical Engineering, gegeben. Dieser
Laserresonator hat einen grossen Arbeitsabstand von etwa 400 mm
zwischen Elementen 15 und 17, so dass er eine
Gruppenverzögerungskomponente
wie zum Beispiel ein Prismenpaar 18, 18' (schematisch
gezeigt, siehe auch 4b) enthalten kann, das aus
zwei SF10-Brewsterprismen besteht, die für eine genügende Kompensation der Dispersion
der Gruppengeschwindigkeit etwa 350 mm voneinander entfernt sind.
Das Prismenpaar 18, 18' als Gruppenverzögerungskomponente
und der SESAM 17 werden kombiniert, um ein Strahlbeeinflussungssystem
B zu bilden, das sich zwischen dem Lasermedium 1 und einem
Ende des Resonators befindet, und das in diesem spezifischen Beispiel
mit dem SESAM 17 identisch ist. Andere geeignete Gruppenverzögerungskomponenten
sind dispersive Spiegelstrukturen wie ein Gires-Tournois-Interferometer
oder wie dielektrische Mehrschichtenspiegel. Ein Beispiel für die Verwendung
solcher Vorrichtungen wird bei R. Paschotta und Mitautoren, „Double-chirped
semiconductor mirror for dispersion compensation in femtosecond Laser" [Phasenkorrigierender
Halbleiterspiegel für Kompensation
der Dispersion in einem Femtosekundenlaser], Appl. Phys. Lett.,
Band 75, Nr. 15, Oktober 1999, Seiten 2166 – 2168) offenbart.
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Der
Resonator der 2 kann mit hoch reflektierenden
ebenen Spiegeln oder mit dispersiven Spiegelstrukturen an jeder
Stelle gefaltet werden, wie zum Einpassen des Aufbaus in kleine
Gehäuse
erforderlich. Ein Beispiel eines fertigen Aufbaus geringer Grösse- ist
in 3 gezeigt. Hier ist die Oberfläche 3 des Lasermediums 1 für die Laserwellenlänge teilweise
durchlässig
gemacht worden, so dass ein Bruchteil der Leistung im Resonator
herausgekoppelt und ausserdem durch den dichroitischen Spiegel 3b vom
einfallenden Pumpstrahl getrennt wird, was einen Laserausgangsstrahl 3c ergibt.
Prismensequenzen, die beträchtlich
länger
als die im obigen Aufbau sind, können
auf Kosten eines grösseren
Flecks am Ende der Prismensequenz erreicht werden.
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4a und 4b veranschaulichen
solche Beispiele von Prismensequenzen. Bei solchen längeren Prismensequenzen 19,
von zum Beispiel 500 – 1000
mm oder mehr, könnte
der Fleck 20 am Sesam zu gross sein, um Sättigung
beim Femtosekundenbetrieb zu erreichen, wie sie für einen
stabilen, ultraschnellen Betrieb erforderlich ist. Um dieses Problem
zu lösen,
kann es nützlich
sein, den Resonator durch ein Teleskop 21 zu verlängern. Auf
diese Weise verringert sich die Modengrösse entsprechend dem Teleskopfaktor
zu einer Modengrösse 21' (4a)
am Orte des SESAM. Gleichzeitig bleibt die Parallelität zwischen
zwei dispersen Strahlen 22 und 22" nach dem Teleskop bewahrt, und
die entsprechenden Strahlen 23 und 23' (4a)
sind senkrecht zum Endspiegel (dem SESAM) 24, wie erforderlich für die Laserbedingung
und für
den Gewinn einer negativen Dispersion der Gruppengeschwindigkeit
aus der Prismenfolge 19. Prismenfolgen beträchtlicher Länge können auch
in Kombination mit einer speziellen SESAM-Struktur verwendet werden,
so dass für einen
stabilen, ultraschnellen Laserbetrieb Sättigung bei geringeren Energiedichten
erreicht wird.
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5 zeigt
ein Beispiel einer solchen sättigbaren
Halbleiter-Absorberstruktur, die Schichten entlang der zu ihrer
Oberfläche
senkrechten Oberfläche darstellend.
Zuerst werden 30 Paare von alternierenden Schichten von Galliumarsenid
(GaAs) und Aluminiumarsenid (AlAs) 43, jede mit einer optischen
Dicke, die einer Viertelwellenlänge
entspricht, auf ein Galliumarsenid- (GaAs-) substrat 48 aufgebracht. Dies
kann durch ein Aufwachsen unter Verwendung von Molekularstrahlepitaxie
(MBE) erreicht werden. Jedoch sind andere bekannte und auf diesem
Gebiet übliche
Epitaxieverfahren ebenfalls geeignet. Die GaAs/AlAs-Schichtenpaare
sind für
die Laserwellenlänge
von 1064 nm transparent und führen
im Beispiel der 5 zu einer Braggspiegel-ähnlichen
Beschichtungsstruktur mit einem nahe bei 100 % liegenden, hohen
Reflexionsfaktor bei einer Wellenlänge von 1064 nm, wenn die Dicke
von GaAs zu etwa 72,3 nm und die von AlAs zu etwa 88 nm gewählt wird, was
jeweils etwa einer optischen Viertelwellenlänge entspricht. Auf diese GaAs/AlAs-Bragg-Standardspiegelstruktur
wird dann eine weitere GaAs-Schicht 44 aufgebracht, die
eine etwa 10 nm dünne
Absorberschicht von Indiumgalliumarsenid- (InGaAs-) material einschliesst.
Die optische Gesamtlänge
dieser GaAs-Schicht
mit integrierter Absorberschicht 47 entspricht einer halben
Wellenlänge,
d.h. die physische Schichtdicke beträgt etwa 145 nm. Der Indiumgehalt
der Absorberschicht 47 wird so festgelegt, dass eine Absorption
bei der Laserwellenlänge
von 1064 nm erhalten wird, d.h. die Bandkante liegt bei etwa 1064
nm oder wenige 10 nm höher
als die Laserwellenlänge,
zum Beispiel bei 1064 – 1084
nm. Das entspricht einem Indiumgehalt von etwa 25 %. Bei höherer Intensität und Impulsenergiedichte
tritt eine Sättigung
der Absorption dieser Absorberschicht 47 ein, d.h. sie
ist niedriger. Im Falle besonders dünner Schichten von weniger
als 20 nm Dicke kann durch zusätzliche
Feineinstellung des Indiumgehalts der Excitonenpeak nahe der Bandkante,
der durch das zu quantisierende Excitonenabsorptionsverhalten der
dünnen
Schichten erzeugt wird, genau auf die Laserwellenlänge eingestellt
werden, was wiederum zu einer sogar noch ausgeprägteren, sättigbaren Absorption bei dieser
Wellenlänge
führt. Schliesslich
werden weitere drei oder mehr Paare von dielektrischen Schichten,
die für
die Schichtwellenlänge
transparent sind, aufgebracht, und zwar beginnend mit einer Schicht 45 mit
einem höheren
Brechungsindex von n = 2,02 und weiter mit einer Schicht 46 mit
einem niedrigeren Brechungsindex von 1,449 bei einer Wellenlänge von
1064 nm. Elektronenstrahlbeschichtung, die auf dem Gebiet der optischen
Beschichtung weit verbreitet ist, eignet sich dafür, dies
zu erreichen. Andere optische Beschichtungsprozesse wie zum Beispiel
Ionenstrahlsputtern sind ebenfalls geeignet und können den
Vorteil geringerer Verluste aufweisen. Als optische Schichtmaterialien
wurden Materialien mit Brechungsindices von 1,449 und 2,02 bei einer
Wellenlänge
von 1064 nm verwendet. Viele andere Materialien können aber verwendet
werden, solange ein Haften auf GaAs und eine Transparenz bei der
Laserwellenlänge
gewährleistet
sind. Da die letzten drei oder mehr dielektrischen Paare eine zur
Reihenfolge der Brechungsindices der darunterliegenden Schichten
umgekehrte Reihenfolge ihrer Brechungsindices aufweisen, befindet
sich die Struktur in Resonanz. Dank der resonanten sättigbaren
Absorberspiegelstruktur hat diese Vorrichtung eine Sättigungsflussdichte,
die (in Abhängigkeit
von der Anzahl von dielektrischen Abschlussschichten) in der Grössenordnung
einiger Mikrojoules pro Quadratcentimeter sein kann, was beträchtlich
weniger als bei existierenden SESAM ist und daher sehr wohl für Femtosekunden-
oder gepulste Lasererzeugung mit Aufbauten geeignet sein kann, bei
denen der Lasermode an der sättigbaren Absorbervorrichtung
gewöhnlich
für eine
Sättigung zu
gross ist. Dank der Resonanzstruktur führen eine einzelne oder eine
geringe Zahl von einzelnen dünnen,
sättigbaren
Absorberschichten zu einer erhöhten
sättigbaren
Absorption der gesamten Vorrichtung im Vergleich zu Strukturen,
die keine Resonanzstruktur verwenden. Wo die sättigbaren Absorberschichten
Spannungen wegen einer Gitterfehlanpassung hervorrufen (was bei
Indiumgalliumarsenid innerhalb von GaAs der Fall ist), hilft diese
Struktur, die Spannungen zu verringern, ohne den sättigbaren
Absorptionseffekt für
den Gesamtaufbau zu verringern, was zu weniger Materialfehlern und
verbesserten Langzeiteigenschaften der Vorrichtung führt.
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6a und 6b zeigen
verschiedene spezifische Ausführungsformen
von Pumpmitteln. 6a ist ein schematischer Aufbau,
der mit dem Aufbau in 1 fast identisch ist und Pumpmittel
mit zwei verschiedenen Pumpquellen 4 und 7 umfasst, d.h.
zwei Halbleiterlaser, die sich an den beiden Enden des Lasermediums 1 befinden.
In 6b ist die zweite Pumpquelle durch ein reflektierendes
Element 7' ersetzt,
während
ein dichroitischer Spiegel 11 das Prisma 9 ersetzt.
Das Pumplicht der ersten Pumpquelle 4 läuft durch das Lasermedium und
wird durch eine Kombination einer zweiten kollimierenden Linse 8 und
einer zweiten fokussierenden Linse 10 auf das reflektierende
Element 7' fokussiert.
Dieser Aufbau koppelt den ersten Brennpunkt der ersten Pumpquelle 4 mit
dem zweiten Brennpunkt des reflektierten Pumpstrahls als der zweiten
Pumpquelle. Der Pumpstrahl der ersten Pumpquelle 4 wird
in sich selbst reflektiert. Eine Bewegung der ersten Pumpquelle
und daher des ersten Brennpunkts bewirkt eine entsprechende Bewegung
des zweiten Brennpunkts in der gleichen Grössenordnung. Daher bleiben
die beiden Brennpunkte ohne die Notwendigkeit einer Justierung ausgerichtet. 6c zeigt
den Aufbau von 6b mit einer Reflexion des ersten
Pumpstrahls durch das reflektierende Element 7' nach einer
Kollimierung. Eine Bewegung der ersten Pumpquelle führt zu einer
Bewegung des zweiten Brennpunkts in der gleichen Grössenordnung,
aber in der umgekehrten Richtung. Daher ist die Relativbewegung
der beiden Brennpunkte doppelt so gross wie die anfängliche
Bewegung des ersten Brennpunkts. In 6d ersetzt
das reflektierende Element 7' den
dichroitischen Spiegel, um ohne jede zweite Pumpquelle einen sehr
kompakten Aufbau zu bilden.
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7a bis 7d sind
schematische Aufbauten mit einer spezifischen Ausrichtung eines
Lasermediums 1 mit Brewster-Planschliff. Der Laserresonator
umfasst eine Folge von faltenden Spiegeln, die einen gefalteten
Teil F definieren. Das Lasermedium 1 zeigt eine Auslegung
mit Brewster-Planschliff mit einer Brewsterfläche 3'. Diese Brewsterfläche 3' ist so ausgerichtet,
dass sie vom gefalteten Teil F weggewandt ist („Ausrichtung nach aussen"), um durch den flachen
Winkel des durch das Prisma 9' reflektierten Strahles einen sehr
kompakten Resonatoraufbau zu ermöglichen.
Dieser Winkel wird relativ zur Achse des Lasermediums 1 gemessen.
Die verschiedenen 7a bis 7d zeigen
die verschiedenen Aufbauten von Pumpmitteln, wie sie den 6a bis 6d offenbart
werden. Wie in diesen Beispielen gezeigt, beschränkt sich die spezifische Ausrichtung
der Brewsterfläche 3' nicht auf den
Einsatz eines Strahlbeeinflussungssystems.
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8 ist
eine schematische Ansicht eines mehrfach gefalteten, kompakten Laserresonators
mit nach aussen gerichteter Brewsterfläche 3'. Der optische Weg innerhalb des
gefalteten Teils F des Laserresonators wird durch eine Mehrzahl
von dispersiven Spiegelstrukturen 18" mit einer negativen Dispersion der
Gruppenverzögerung
definiert. Diese Spiegelstrukturen kombinieren die Merkmale der
Kompensation der Dispersion der Gruppenverzögerung und der Reflexion, um
sowohl Prismen als auch faltende Spiegel zu ersetzen. Das Strahlbeeinflussungssystem
umfasst nunmehr den SESAM 17 und die dispersiven Spiegelstrukturen 18".
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Während hier
die Prinzipien der Erfindung beschrieben worden sind, ist es für Fachleute
deutlich zu verstehen, dass diese Beschreibung nur als ein Beispiel,
nicht aber als eine Begrenzung des Umfangs der Erfindung gegeben
worden ist. Entsprechend wird durch die beigefügten Ansprüche beabsichtigt, alle Abwandlungen
abzudecken, die in den Rahmen der Erfindung fallen.
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Die
Anwendung von Pumpaufbauten, wie sie in 6a bis 6d gezeigt
werden, und die spezifische Ausrichtung einer Brewsterfläche, wie
sie in 7a bis 7d gezeigt
wird, sind nicht auf ihre kombinierte Verwendung oder ihre Verwendung
in Kombination mit einem Strahlbeeinflussungssystem beschränkt. Obwohl
die Kombination dieser Merkmale eine sehr kompakte Laserkonstruktion
ermöglicht, lassen
sich diese Aufbauten auch auf eine Vielfalt von anderen Laservorrichtungen
anwenden.