DE69107121T2 - Laservorrichtung. - Google Patents

Laservorrichtung.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung und insbesondere eine Laservorrichtung, bei der Seitenflächen eines zwischen einem Paar von Reflexionsspiegeln angeordneten Lasermediums durch einen Pump-Lichtstrahl von einer Laserlichtquelle, wie z. B. einem Halbleiter-Laserelement oder dergl., angeregt werden, wodurch Oszillationen erzeugt werden und Laserlicht ausgestrahlt wird.
  • Es sind Festkörper-Laservorrichtungen bekannt, bei denen ein Laserstab oder Lasermedium aus Nd:YAG etc. zwischen einem Paar Reflexionsspiegeln angeordnet ist und bei denen die Seitenflächen des Laserstabs durch einen Pump-Lichtstrahl von einer Laserlichtquelle, wie z. B. einem Halbleiter-Laserelement, angeregt werden.
  • In diesen herkömmlichen Festkörper-Laservorrichtungen wird infolge der Erwärmung des Stabes durch den Pump-Lichtstrahl eine thermische Linse in dem Laserstab gebildet, wobei herkömmlicherweise versucht wird, diese thermische Linse durch eine konkave Linse zu kompensieren.
  • Die Brennweite der thermischen Linse ändert sich jedoch mit der Intensität des Pump- Lichtstrahles, so daß es notwendig ist, die Brennweite der kompensierenden konkaven Linse gemäß der beabsichtigten Pumpstrahl-Intensität zu wählen und außerdem die relative Position der kompensierenden konkaven Linse oder der Reflexionsspiegel auf der optischen Achse in Bezug auf den Laserstab einzustellen.
  • Es ist somit schwierig, herkömmliche Festkörper-Laservorrichtungen an unterschiedliche Pumpstrahl-Intensitäten anzupassen.
  • Demgemäß ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Laservorrichtung zu liefern, bei der die oben genannten Fehler und Nachteile des Standes der Technik verringert oder vermieden werden können.
  • Insbesondere ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Laservorrichtung zu liefern, bei der die Positionen der optischen Bauteile einfach eingestellt werden können, um die in dem Laserstab gebildete thermische Linse zu kompensieren.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung mit
  • a) ersten und zweiten Laserstäben, in denen während des Betriebs erste bzw. zweite thermische Linsen ausgebildet sind, wobei der erste bzw. zweite Laserstab an beiden Seiten eines Mittelpunktes auf einer optischen Achse angeordnet sind,
  • b) ersten und zweiten konkaven Linsen zum Kompensieren der ersten und zweiten thermischen Linsen, die an ersten bzw. zweiten Seiten des Mittelpunktes auf der optischen Achse und an Innenseiten des ersten bzw. zweiten Laserstabes angeordnet sind,
  • c) ersten und zweiten Reflexionsspiegeln, die an Positionen angeordnet sind, die an entsprechenden Seiten des Mittelpunktes auf der optischen Achse und an Außenseiten des ersten bzw. zweiten Laserstabes liegen,
  • d) einer ersten Trageeinrichtung zum Tragen des ersten Laserstabes und der zweiten konkaven Linse, so daß die Entfernung zwischen ihnen auf der optischen Achse bei einem konstanten Wert gehalten wird, und
  • e) einer zweiten Trageeinrichtung zum Tragen des zweiten Laserstabes und der ersten konkaven Linse, so daß die Entfernung zwischen ihnen auf der optischen Achse bei einem konstanten Wert gehalten wird, wobei die erste und die zweite Trageeinrichtung relativ zueinander auf der optischen Achse bewegbar sind.
  • Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Unteransprüchen definiert.
  • Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispieles unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen
  • Fig. 1 den Aufbau einer optischen Anordnung einer Laservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
  • Fig. 2 den Aufbau einer Trageeinrichtung der Linsenanordnung der Laservorrichtung des Ausführungsbeispieles.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Bauteile in den Zeichnungen kennzeichnen.
  • Die Fig. 1 zeigt den Aufbau einer optischen Anordnung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein erster und ein zweiter Laserstab LR1 und LR2 aus Nd:YAG auf einer optischen Achse AX an entsprechenden Seiten ihres Mittelpunktes O angeordnet sind, eine erste und eine zweite konkave Linse L1 und L2 mit Brennweiten Fc bzw. Fc' zum Kompensieren thermischer Linsen an Positionen angeordnet sind, die sich auf entsprechenden Seiten des Mittelpunktes O der optischen Linse AX und an Innenseiten des ersten und zweiten Laserstabes LR1 bzw. LR2 befinden, und ein erster und ein zweiter Reflexionsspiegel (konkave Spiegel oder dichroische Spiegel) M1 und M2 an Positionen angeordnet sind, die sich zu beiden Seiten des Mittelpunktes O auf der optischen Achse AX und an Außenseiten des ersten und des zweiten Laserstabes LR1 bzw. LR2 befinden. Diese optischen Bauteile LR1, LR2, L2, M1 und M2 stellen einen Laserresonator dar. Die Brennweiten von im ersten und im zweiten Laserstab LR1 und LR2 ausgebildeten thermischen Linsen HL1 bzw. HL2 sind mit Fa bzw. Fa' gekennzeichnet.
  • Der erste und der zweite Laserstab LR1 und LR2 werden durch einen ersten und einen zweiten Pump-Lichtstrahl PB1 und PB2 angeregt, die jeweils aus von einer Laserdiode (nicht gezeigt) emittierten Laserstrählen mit einer Wellenlänge von 808 nm bestehen und auf die Seitenflächen der Laserstäbe LR1 und LR2 von den Außenseiten des ersten und des zweiten konkaven Spiegels M1 und M2 durch die Spiegel M1 und M2 gerichtet werden, um einen ersten und einen zweiten Laserstrahl LB1 und LB2 jeweils mit einer Wellenlänge von 1064 nm zu erzeugen. Der erste und der zweite Laserstrahl LB1 und LB2 werden wiederholt zwischen dem ersten und dem zweiten konkaven Spiegel M1 und M2 reflektiert, um einen Laserstrahl zu erzeugen.
  • Die Festkörper-Laservorrichtung dieses Ausführungsbeispieles umfaßt weiterhin, wie in Fig. 2 gezeigt, eine erste Trageeinheit (einen ersten Körper mit im wesentlichen zylindrischem Aufbau) BL1 zum Halten der Entfernung zwischen dem ersten Laserstab LR1 und der konkaven Linse L2 auf der optischen Achse AX auf einem konstanten Wert, und eine zweite Trageeinheit (einen zweiten Körper mit im wesentlichen zylindrischem Aufbau mit im wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie der erste Körper BL1) BL2 zum Halten der Entfernung zwischen der zweiten Laserstange LR2 und der ersten konkaven Linse L1 auf der optischen Achse AX auf einem konstanten Wert. An einem äußeren Ende von einer oder beiden der ersten und der zweiten Trageeinheit BL1 und BL2 ist ein piezoelektrisches Element vorgesehen. Die erste und die zweite Trageeinheit BL1 und BL2 werden in einer linearen Vertiefung (nicht gezeigt) mit einem V-förmigen Querschnitt geführt und sind entlang der optischen Achse AX entlang der Vertiefung bewegbar, wodurch die in den Laserstäben LR1 und LR2 gebildeten thermischen Linsen HL1 und HL2 durch die erste und die zweite konkave Linse L1 und L2 durch geeignetes Bewegen der ersten und der zweiten Trageeinheit kompensiert werden können.
  • Die Festkörper-Laservorrichtung dieses Ausführungsbeispieles umfaßt weiterhin, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Quarz-Rotationselement (oder optisch aktives Element) RP, das im Mittelpunkt O auf der optischen Achse AX angeordnet ist, so daß eine zu gleichen Teilen in dem ersten und in dem zweiten Laserstab LR1 und LR2 erzeugte Doppelbrechung durch optisches Rotieren der Verzögerung um 90º kompensiert wird, wenn die Brennweiten Fa und Fa' der in dem ersten und im zweiten Laserstab LR1 und LR2 gebildeten thermischen Linsen HL1 und HL2 gleich groß sind.
  • Im folgenden wird, wie in Fig. 1 gezeigt, angenommen, daß die Entfernung auf der optischen Achse AX zwischen der in dem ersten Laserstab LR1 gebildeten thermischen Linse HL1, die an der Mittelposition des ersten Laserstabes LR1 auf der optischen Achse AX angeordnet ist, und der ersten konkaven Linse L1 x beträgt, daß die Entfernung zwischen der in dem zweiten Laserstab LR2 gebildeten thermischen Linse HL2, die an der Mittelposition des zweiten Laserstabes LR2 auf der optischen Achse AX angeordnet ist, und der zweiten konkaven Linse L2 x' beträgt, und daß die Entfernung zwischen der ersten und der zweiten konkaven Linse L1 und L2 y beträgt. In diesem Fall beträgt die Entfernung d zwischen der in dem ersten Laserstab LR1 gebildeten thermischen Linse HL1 und der zweiten konkaven Linse L2
  • d = x + y.
  • Die Entfernung d wird durch den ersten Körper BL1 festgelegt. Ebenso beträgt die Entfernung d' zwischen der in dem zweiten Laserstab LR2 gebildeten thermischen Linse HL2 und der ersten konkaven Linse L1
  • d'= x' + y.
  • Die Entfernung d' wird durch den zweiten Körper BL2 festgelegt.
  • Unter der Annahme, daß die Brennweiten Fa und Fa' der in dem ersten und dem zweiten Laserstab LR1 und LR2 gebildeten thermischen Linsen HL1 und HL2 gleich groß sind und daß die oben beschriebenen Entfernungen d und d' gleich groß sind, verändert sich die Entfernung y zwischen der ersten und der zweiten konkaven Linse L1 und L2, wenn die erste und die zweite Trageeinheit BL1 und BL2 relativ zueinander auf der optischen Achse AX bewegt werden. Wenn jedoch die Entfernung y zwischen der ersten und der zweiten konkaven Linse L1 und L2 so eingestellt wird, daß die Entfernung x zwischen der thermischen Linse HL1 des ersten Laserstabes LR1 und der ersten konkaven Linse L1 x = d - y = Fa + Fc wird, wenn ein paralleler Strahl LB1 von der Seite des ersten konkaven Spiegels M1 auf die thermische Linse HL1 des ersten Laserstabes LR1 eingestrahlt wird, dann wird der parallele Strahl LB1 durch die thermische Linse HL1 in ihrem Brennpunkt fokussiert, und der konvergierende Strahl LB1 wird durch die erste konkave Linse L1 gemäß der oben beschriebenen Gleichung x = d - y = Fa + Fc in einen parallelen Laserstrahl umgewandelt, wenn er auf die erste konkave Linse L1 eingestrahlt wird. Ebenso wird, wenn ein paralleler Strähl LB2 von der Seite des zweiten konkaven Spiegels M2 auf die thermische Linse HL2 des zweiten Laserstabes LR1 eingestrahlt wird, der parallele Strahl LB2 durch die thermische Linse HL2 in ihrem Brennpunkt fokussiert, und der konvergierende Strahl LB2 wird durch die zweite konkave Linse L2 gemäß der Gleichung x' = d' - y = d - y = Fa + Fc in einen parallelen Laserstrahl umgewandelt, wenn er auf die zweite konkave Linse L2 eingestrahlt wird. Damit werden die optischen Wege auf beiden Seiten des Mittelpunktes O auf der optischen Achse AX symmetrisch in Bezug auf den Mittelpunkt O.
  • In ähnlicher Weise können, sogar wenn die jeweils auf die thermischen Linsen HL1 und HL2 des ersten und des zweiten Laserstabes LR1 und LR2 eingestrahlten Laserstrahlen LB1 und LB2 konvergierende oder divergierende Laserstrahlen sind, diese Laserstrahlen LB1 und LB2, nachdem sie die thermischen Linsen HL1 und HL2 des ersten und des zweiten Laserstabes LR1 und LR2 und die erste bzw. zweite konkave Linse L1 und L2 durchquert haben, durch Einstellen der Entfernung y zwischen der ersten und der zweiten konkaven Linse L1 und L2 unter Verwendung eines ähnlichen Prinzips in parallele Laserstrahlen umgewandelt werden.
  • Daher sind, gemäß der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben, der erste und der zweite Laserstab auf beiden Seiten des Mittelpunktes auf der optischen Achse angeordnet, die erste und die zweite konkave Linse zum Kompensieren der thermischen Linsen sind an Positionen auf den entsprechenden Seiten des Mittelpunktes auf der optischen Achse und der Innenseiten des ersten bzw. des zweiten Laserstabes angeordnet, der erste und der zweite Reflexionsspiegel sind an Positionen auf den entsprechenden Seiten des Mittelpunktes auf der optischen Achse und der Außenseiten des ersten bzw. des zweiten Laserstabes angeordnet, wobei die Entfernung zwischen dem ersten Laserstab und der zweiten konkaven Linse auf der optischen Achse durch die erste Trageeinheit und die Entfernung zwischen dem zweiten Laserstab und der ersten konkaven Linse auf der optischen Achse durch die zweite Trageeinheit einstellbar sind, und wobei die erste und die zweite Trageeinheit bewegbar auf der optischen Achse angeordnet sind, so daß die Positionen der optischen Bauteile auf der optischen Achse einfach einstellbar sind, um die thermischen Linsen zu kompensieren, sogar wenn sich das Ausmaß der Wirkungen der thermischen Linsen der Laserstäbe geändert hat.
  • Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf das bestimmte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, und daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen von einem Fachmann durchgeführt werden können, ohne daß der in den beigefügten Ansprüchen definierte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.

Claims (3)

1. Laservorrichtung mit
a) ersten und zweiten Laserstäben (LR1,LR2), in denen während des Betriebs erste bzw. zweite thermische Linsen (HL1,HL2) ausgebildet sind, wobei der erste bzw. zweite Laserstab an beiden Seiten eines Mittelpunktes (O) auf einer optischen Achse (AX) angeordnet sind,
b) ersten und zweiten konkaven Linsen (L1,L2) zum Kompensieren der ersten und zweiten thermischen Linsen, die an ersten bzw. zweiten Seiten des Mittelpunktes auf der optischen Achse und an Innenseiten des ersten bzw. zweiten Laserstabes angeordnet sind,
c) ersten und zweiten Reflexionsspiegeln (M1,M2), die an Positionen angeordnet sind, die an entsprechenden Seiten des Mittelpunktes auf der optischen Achse und an Außenseiten des ersten bzw. zweiten Laserstabes liegen,
d) einer ersten Trageinrichtung (BL1) zum Tragen des ersten Laserstabes und der zweiten konkaven Linse, so daß die Entfernung zwischen ihnen auf der optischen Achse bei einem konstanten Wert gehalten wird, und
e) einer zweiten Trageinrichtung (BL2) zum Tragen des zweiten Laserstabes und der ersten konkaven Linse, so daß die Entfernung zwischen ihnen auf der optischen Achse bei einem konstanten Wert gehalten wird, wobei die erste und die zweite Trageinrichtung relativ zueinander auf der optischen Achse bewegbar sind.
2. Laservorrichtung gemäß Anspruch 1, die weiterhin eine drehbare Polarisationseinrichtung (RP) umfasst, die an dem Mittelpunkt der optischen Achse angeordnet ist.
3. Laservorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Trageinrichtung an ihrem einen Ende den ersten Laserstab und an ihrem anderen Ende die zweite konkave Linse trägt, wobei die zweite Trageinrichtung an ihrem einen Ende den zweiten Laserstab und an ihrem anderen Ende die erste konkave Linse trägt, und wobei die erste und die zweite Trageinrichtung relativ zueinander auf der optischen Achse in einer Art und Weise bewegbar sind, daß ein optischer Weg, der vom ersten Reflexionsspiegel durch den ersten Laserstab und die erste konkave Linse zum Mittelpunkt auf der optischen Achse verläuft, und ein optischer Weg, der vom zweiten Reflexionsspiegel durch den zweiten Laserstab und die zweite konkave Linse zum Mittelpunkt auf der optischen Achse verläuft, symmetrisch in Bezug auf den Mittelpunkt auf der optischen Achse sind.
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