JP2786508B2 - レーザシステム - Google Patents
レーザシステムInfo
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- JP2786508B2 JP2786508B2 JP2075799A JP7579990A JP2786508B2 JP 2786508 B2 JP2786508 B2 JP 2786508B2 JP 2075799 A JP2075799 A JP 2075799A JP 7579990 A JP7579990 A JP 7579990A JP 2786508 B2 JP2786508 B2 JP 2786508B2
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- laser
- gain
- cylindrical
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/0818—Unstable resonators
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/0315—Waveguide lasers
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザシステムにおける特別値からなる安定
光学共鳴装置の改良に関する。本発明によれば、レーザ
システムにおいて、レーザ光線を発する媒体の環状形状
に適する安定共鳴器が設けられ、内部くぼみ要素として
ワキシコンまたはアキシコンが用いられる。新規なシス
テムは多数の利点を有し、これらの利点の一つにはコン
パクト、円筒、非環状高品質出力ビームを備える安定動
作の達成がある。
光学共鳴装置の改良に関する。本発明によれば、レーザ
システムにおいて、レーザ光線を発する媒体の環状形状
に適する安定共鳴器が設けられ、内部くぼみ要素として
ワキシコンまたはアキシコンが用いられる。新規なシス
テムは多数の利点を有し、これらの利点の一つにはコン
パクト、円筒、非環状高品質出力ビームを備える安定動
作の達成がある。
レーザの多様性において、レーザ光線を発する媒体の
環円筒形状が用いられる。このため、高出力レーザの特
別の利点(化学,電気的または光学的に押し込められ
る)が公表されている。環状形状はコンパクト設計を可
能にし、効率的なガス冷却、ガス更新、押し込み均一性
等を可能にする。環状形状はコンパクトビーム領域がど
こで要求され、該モードが軸上のどこで起こるかという
単一低位横波モード動作の発生を複雑にするという欠点
を有する。フィードバックによってコンパクト領域のモ
ードが環状領域の放射を制御する。
環円筒形状が用いられる。このため、高出力レーザの特
別の利点(化学,電気的または光学的に押し込められ
る)が公表されている。環状形状はコンパクト設計を可
能にし、効率的なガス冷却、ガス更新、押し込み均一性
等を可能にする。環状形状はコンパクトビーム領域がど
こで要求され、該モードが軸上のどこで起こるかという
単一低位横波モード動作の発生を複雑にするという欠点
を有する。フィードバックによってコンパクト領域のモ
ードが環状領域の放射を制御する。
低位単一横波モードが達成可能である中央ビーム領域
を得る一つの方法は、環状ビームをコンパクト円筒のも
のに変換するアキシコンまたはワキシコン形の内部くぼ
み要素を付加的に使用することであり、逆もまた同じで
ある。内部くぼみ要素としてアキシコンまたはワキシコ
ンが使用される不安定共鳴器はよく知られている。この
ような不安定な共鳴器は光学機械の不安定性および光学
要素の誤アライメントに非常に鋭敏である。この鋭敏性
はいくつかの環境条件下で動作する産業レーザに関して
特に重要な問題になる。これまで、この鋭敏性を克服す
る手段の1つは平坦フィードバック鏡を、一または二オ
ーダの大きさだけ光学アライメント感度を減少させる角
逆反射器に置換することであった。大体積および高出力
を有するCO2形の産業レーザに関して、該角逆反射器の
使用は高価であるといってもよい。相対的に短いゲイン
媒体に関して、不安定共鳴器は十分に適していない。出
力結合係数が低くすることを求められると、このため二
つの問題が生じる: (i)横波モード識別の品質低下、および不安定共鳴器
の利点のいくつかの損失: (ii)産業上の適用に対して不利益である薄環出力ビー
ムの発生。
を得る一つの方法は、環状ビームをコンパクト円筒のも
のに変換するアキシコンまたはワキシコン形の内部くぼ
み要素を付加的に使用することであり、逆もまた同じで
ある。内部くぼみ要素としてアキシコンまたはワキシコ
ンが使用される不安定共鳴器はよく知られている。この
ような不安定な共鳴器は光学機械の不安定性および光学
要素の誤アライメントに非常に鋭敏である。この鋭敏性
はいくつかの環境条件下で動作する産業レーザに関して
特に重要な問題になる。これまで、この鋭敏性を克服す
る手段の1つは平坦フィードバック鏡を、一または二オ
ーダの大きさだけ光学アライメント感度を減少させる角
逆反射器に置換することであった。大体積および高出力
を有するCO2形の産業レーザに関して、該角逆反射器の
使用は高価であるといってもよい。相対的に短いゲイン
媒体に関して、不安定共鳴器は十分に適していない。出
力結合係数が低くすることを求められると、このため二
つの問題が生じる: (i)横波モード識別の品質低下、および不安定共鳴器
の利点のいくつかの損失: (ii)産業上の適用に対して不利益である薄環出力ビー
ムの発生。
〔課題を解決するための手段および作用] 本発明は多様なレーザシステムにおいて使用されつ安
定光学共鳴器に関する。本発明は、レーザシステムにお
いてレーザ光線を発する媒質の環形状に適する不安定共
鳴器に関し、内部くぼみ要素としてワキコシンまたはア
キシコンを含む。結果としてのレーザシステムは高性能
を与えるものでありまたむしろコンパクト形状からなる
ものである。本発明の好ましい実施例によるレーザシス
テムは二つの同心管状同軸電極間の環ゲイン領域を含
む。該二つの円筒電極は適切な絶縁機械部材によって一
定位置に保持される。前記円筒電極は中空,二重壁構造
からなり、そのため適切な冷却媒質が循環可能である内
部空間を提供する。環ゲイン領域の端部の一方にガスま
たはガス混合物を導入する手段が設けられる。環ゲイン
領域の両端に適切な物質の円形窓、例えばベローシール
鏡取付部に置換されうるZnSeが設けられる。RF電源を二
つの電極へ印加する手段が設けられ、それ故、ゲイン領
域のガス混合物において放電を確立する。ゲイン領域の
両側に、円筒軸に垂直で、平坦環フィードバック鏡がそ
れぞれに設けられ、他端に軸に垂直にワキシコンが設け
られる。環平坦鏡によって形成される中央領域に凹面出
力カプラが設けられる。アクティブ媒質からのレーザビ
ームが環形状を有しさらにZnSe窓の第1を経て離れまた
ワキシコンに到着し、そこで出力カプラに向けて反射さ
れる円筒ビームへ変換され、そこから該ビームの一部が
出力ビームとして該システムを離れ、一方一部が再びそ
の形状を環形状へ変換するワキシコンに向けて後方へ反
射され、平坦環フィードバック鏡に向けられて、環ゲイ
ン領域の増幅を受け、再び後方に反射され、ゲイン領域
の増幅をさらに受け、ワキシコンに再び向けられ、そこ
でその形状が円筒のものに再び変化する。放電および光
増幅はレーザ光線を発する領域(ゲイン領域)で生じ
る。該ビームが円筒であるコンパクト領域はモード制御
が実施される領域になる。この領域ではさらに回折現象
によって、該ビームは高品質の低位モードを達成するよ
うに制御される。この方法は、レーザ光線を発するアク
ティブ媒質の環口径の回折フィルタリング性質によって
高められる。このシステムの光学共鳴器は折りたたまれ
た共鳴器としてロック可能であり、そこでは折りたたま
れた要素はワキシコンである。下記のようにたのシステ
ムの波伝播分析の結果が与えられる。
定光学共鳴器に関する。本発明は、レーザシステムにお
いてレーザ光線を発する媒質の環形状に適する不安定共
鳴器に関し、内部くぼみ要素としてワキコシンまたはア
キシコンを含む。結果としてのレーザシステムは高性能
を与えるものでありまたむしろコンパクト形状からなる
ものである。本発明の好ましい実施例によるレーザシス
テムは二つの同心管状同軸電極間の環ゲイン領域を含
む。該二つの円筒電極は適切な絶縁機械部材によって一
定位置に保持される。前記円筒電極は中空,二重壁構造
からなり、そのため適切な冷却媒質が循環可能である内
部空間を提供する。環ゲイン領域の端部の一方にガスま
たはガス混合物を導入する手段が設けられる。環ゲイン
領域の両端に適切な物質の円形窓、例えばベローシール
鏡取付部に置換されうるZnSeが設けられる。RF電源を二
つの電極へ印加する手段が設けられ、それ故、ゲイン領
域のガス混合物において放電を確立する。ゲイン領域の
両側に、円筒軸に垂直で、平坦環フィードバック鏡がそ
れぞれに設けられ、他端に軸に垂直にワキシコンが設け
られる。環平坦鏡によって形成される中央領域に凹面出
力カプラが設けられる。アクティブ媒質からのレーザビ
ームが環形状を有しさらにZnSe窓の第1を経て離れまた
ワキシコンに到着し、そこで出力カプラに向けて反射さ
れる円筒ビームへ変換され、そこから該ビームの一部が
出力ビームとして該システムを離れ、一方一部が再びそ
の形状を環形状へ変換するワキシコンに向けて後方へ反
射され、平坦環フィードバック鏡に向けられて、環ゲイ
ン領域の増幅を受け、再び後方に反射され、ゲイン領域
の増幅をさらに受け、ワキシコンに再び向けられ、そこ
でその形状が円筒のものに再び変化する。放電および光
増幅はレーザ光線を発する領域(ゲイン領域)で生じ
る。該ビームが円筒であるコンパクト領域はモード制御
が実施される領域になる。この領域ではさらに回折現象
によって、該ビームは高品質の低位モードを達成するよ
うに制御される。この方法は、レーザ光線を発するアク
ティブ媒質の環口径の回折フィルタリング性質によって
高められる。このシステムの光学共鳴器は折りたたまれ
た共鳴器としてロック可能であり、そこでは折りたたま
れた要素はワキシコンである。下記のようにたのシステ
ムの波伝播分析の結果が与えられる。
第1(a)図は光学機械不安定性および該システムの
光学要素のわずかな誤アライメントに対し感度が高い内
部空洞ワキシコンを含む不安定共鳴器の形状を示す。こ
の図において、Aは平坦フィードバック鏡、Bはレーザ
光線を発する環媒質、Cはワキシコン、Dは平坦折りた
たみ環鏡、Eはスクレーパ鏡、Fは凸鏡、Oは低位横波
モードで環出力ビームである。
光学要素のわずかな誤アライメントに対し感度が高い内
部空洞ワキシコンを含む不安定共鳴器の形状を示す。こ
の図において、Aは平坦フィードバック鏡、Bはレーザ
光線を発する環媒質、Cはワキシコン、Dは平坦折りた
たみ環鏡、Eはスクレーパ鏡、Fは凸鏡、Oは低位横波
モードで環出力ビームである。
第1(b)図は角立方体逆反射器の使用のために光学
機械不安定およびわずかな誤アライメントに対して感度
が低い内部くぼみワキシコンを具備する不安定共鳴器
(ADCF)を示す。この図に示される要素は:角立方体逆
反射器A;レーザ光線を発する環媒質B;ワキシコンC;平坦
折りたたみ鏡D;スクレーパE;凸鏡F;および低体積横波モ
ードの環出力ビームOである。
機械不安定およびわずかな誤アライメントに対して感度
が低い内部くぼみワキシコンを具備する不安定共鳴器
(ADCF)を示す。この図に示される要素は:角立方体逆
反射器A;レーザ光線を発する環媒質B;ワキシコンC;平坦
折りたたみ鏡D;スクレーパE;凸鏡F;および低体積横波モ
ードの環出力ビームOである。
第1(c)図は凹鏡のため光学機械不安定および光学
要素のある誤アライメントに対して感度が実質的に低下
する内部くぼみワキシコンを具備する安定共鳴器を示
す。この図のシステムは平坦フィードバック線A,レーザ
光線を発する環媒質B,ワキシコンC,平坦折りたたみ鏡D
および凹面出力鏡Fを含み;Oは出力(低体積横波モー
ド)ビームである。
要素のある誤アライメントに対して感度が実質的に低下
する内部くぼみワキシコンを具備する安定共鳴器を示
す。この図のシステムは平坦フィードバック線A,レーザ
光線を発する環媒質B,ワキシコンC,平坦折りたたみ鏡D
および凹面出力鏡Fを含み;Oは出力(低体積横波モー
ド)ビームである。
本発明は一定尺度に従わない概略図を参照してのみ例
によって説明する。
によって説明する。
第2図を参照して説明する。本発明のレーザシステム
は1対の同心金属電極1および2を組み合わせて含み、
該電極間にはゲイン領域5が設けられ、前記同心電極は
センタリング部材12および3によって保持される。二つ
の電極1および2は中空でありまた、それぞれにはチャ
ンネル4および6が設けられ、それぞれ、冷却流体が循
環する。電極1および2は絶縁リング3および12によっ
て互いに絶縁される。レーザ光線を発するガスは入口ポ
ート8から領域5に入れられ出口ポート12からこの領域
を離れる。該システムの軸に垂直であって二つの平坦な
ZnSe窓が設けられ、一方、14はレーザシステムの一端
に、他方、15はその他端に位置する。これらは窓取付部
11によって一定場所に保持され、そのため外気からゲイ
ン領域から隔離する。RF電源を電極1および2へ印加す
る手段が設けられ、領域5のガス状媒体における放電を
確立する。レーザ光線を発する過程はワキシコン(waxi
con)18を介在する環平坦フィードバック鏡20および凹
面出力カプラー17の間で生じる。
は1対の同心金属電極1および2を組み合わせて含み、
該電極間にはゲイン領域5が設けられ、前記同心電極は
センタリング部材12および3によって保持される。二つ
の電極1および2は中空でありまた、それぞれにはチャ
ンネル4および6が設けられ、それぞれ、冷却流体が循
環する。電極1および2は絶縁リング3および12によっ
て互いに絶縁される。レーザ光線を発するガスは入口ポ
ート8から領域5に入れられ出口ポート12からこの領域
を離れる。該システムの軸に垂直であって二つの平坦な
ZnSe窓が設けられ、一方、14はレーザシステムの一端
に、他方、15はその他端に位置する。これらは窓取付部
11によって一定場所に保持され、そのため外気からゲイ
ン領域から隔離する。RF電源を電極1および2へ印加す
る手段が設けられ、領域5のガス状媒体における放電を
確立する。レーザ光線を発する過程はワキシコン(waxi
con)18を介在する環平坦フィードバック鏡20および凹
面出力カプラー17の間で生じる。
Aのアクティブ媒体からのビームは環形状を有し、Zn
Se窓15を通過し、Bのワキシコン18に到着し、そこから
Cへさらに出力カプラー17へ反射される。BおよびCで
の二つの反射後、該ビームは円筒ビーム16の形状をす
る。領域CDは「コンパクト領域」とよばれ、一方領域BF
は「環領域」とよばれる。円筒ビームは出力カプラー17
に向けられ、ここでDでビームの一部が伝送され、出力
レーザを構成し、前記ビームの一部がワキシコン18へ向
けて後方に反射され、CおよびBで二つの反射を受け、
環形状にもどり、環状ビームがフィードバック鏡20の方
向に伝達され、環状ゲイン領域5を通過し、ここで光学
的増幅を受ける。該ビームはHで第2のZnSe窓を経てF
のフィードバック鏡20へ通過する。環ビームは鏡20によ
って再び反射され、領域5を通過し、光学的増幅を再び
受け、ワキシコン18ヘ向けて伝達され、ここで該ビーム
はコンパクトな円筒形状に再び変えられる。放電および
光増幅は環状のレーザ光線を発する領域5に生じ、領域
CDはモード制御がなされる場所である。領域CDにおい
て、回折現象によって、該ビームは低位横波モードビー
ムの形状を保持するように制御される。
Se窓15を通過し、Bのワキシコン18に到着し、そこから
Cへさらに出力カプラー17へ反射される。BおよびCで
の二つの反射後、該ビームは円筒ビーム16の形状をす
る。領域CDは「コンパクト領域」とよばれ、一方領域BF
は「環領域」とよばれる。円筒ビームは出力カプラー17
に向けられ、ここでDでビームの一部が伝送され、出力
レーザを構成し、前記ビームの一部がワキシコン18へ向
けて後方に反射され、CおよびBで二つの反射を受け、
環形状にもどり、環状ビームがフィードバック鏡20の方
向に伝達され、環状ゲイン領域5を通過し、ここで光学
的増幅を受ける。該ビームはHで第2のZnSe窓を経てF
のフィードバック鏡20へ通過する。環ビームは鏡20によ
って再び反射され、領域5を通過し、光学的増幅を再び
受け、ワキシコン18ヘ向けて伝達され、ここで該ビーム
はコンパクトな円筒形状に再び変えられる。放電および
光増幅は環状のレーザ光線を発する領域5に生じ、領域
CDはモード制御がなされる場所である。領域CDにおい
て、回折現象によって、該ビームは低位横波モードビー
ムの形状を保持するように制御される。
この過程はアクティブ媒体の見通しのきく口径の回折
フィルタリング性質によって高められる。
フィルタリング性質によって高められる。
光学共鳴器FD,20−17は折りたたまれた共鳴器と考慮
されてもよく、該折りたたみ要素はワキシコン18であ
る。
されてもよく、該折りたたみ要素はワキシコン18であ
る。
第3図は波伝播分析の結果を説明するもので、RF励起
されたCO2−N2−He混合物のゲイン飽和状態を含む。
されたCO2−N2−He混合物のゲイン飽和状態を含む。
以上説明したように本発明によれば、安定共鳴器がレ
ーザ光線を発する媒質の環形状を有し、内部くぼみ要素
としてワキシコンまたはアキシコンを含むようにしたの
で、動作が安定し、高性能になり、システム形状がコン
パクトになることが期待される。
ーザ光線を発する媒質の環形状を有し、内部くぼみ要素
としてワキシコンまたはアキシコンを含むようにしたの
で、動作が安定し、高性能になり、システム形状がコン
パクトになることが期待される。
第1(a)図は内部くぼみワキシコンを含む不安定共鳴
器の形状を示す図、 第1(b)図は内部くぼみワキシコンを具備する不安定
共鳴器の形状を示す図、 第1(c)図な内部くぼみワキシコンを具備する安定共
鳴器の形状を示す図、 第2図は本発明のレーザシステムの断面側面図、 第3図は本発明のレーザの波伝播分析から生ずるビーム
形状であってRF励起CO2−N2−He混合物のゲイン飽和状
態を包含するものを示す図である。 図において、 1,2……電極、3……絶縁リング、 4,6……チャンネル、5……領域、 8……入口ポート、11……窓取付部、 12……出口ポート、14,15……窓、 16……円筒ビーム、17……カプラ、 18……ワキシコン、 20……環平坦フィードバック鏡。
器の形状を示す図、 第1(b)図は内部くぼみワキシコンを具備する不安定
共鳴器の形状を示す図、 第1(c)図な内部くぼみワキシコンを具備する安定共
鳴器の形状を示す図、 第2図は本発明のレーザシステムの断面側面図、 第3図は本発明のレーザの波伝播分析から生ずるビーム
形状であってRF励起CO2−N2−He混合物のゲイン飽和状
態を包含するものを示す図である。 図において、 1,2……電極、3……絶縁リング、 4,6……チャンネル、5……領域、 8……入口ポート、11……窓取付部、 12……出口ポート、14,15……窓、 16……円筒ビーム、17……カプラ、 18……ワキシコン、 20……環平坦フィードバック鏡。
Claims (4)
- 【請求項1】光学機械の不安定性および光学部品の誤ア
ライメントに対して相対的に低感度であって、同軸対の
円筒電極の組み合わせを含み、冷却手段を備え、これら
の間の空間が環状ゲイン領域を形成し、RF電源を前記電
極へ印加する手段を含み、前記ゲイン領域が二つの平坦
窓または適切な物質のベローシール鏡によってシールさ
れ、前記ゲイン領域へレーザ光線を発するガス混合物を
導入する入口ポートを含み、前記ガス状混合物の出口に
対する出口ポートを含み;ワキシコンまたはアキシコン
をシステムの一端に設けられまた、中央領域に向かい合
う出力カプラが対向端に設けられさらに環状ゲイン部に
面する平坦環鏡が設けられ、レーザ光線の発生がワキシ
コンを介して平坦鏡および出力カプラとの間のゲイン領
域で生じるレーザシステム。 - 【請求項2】前記二つの円筒同軸電極が中空であり、そ
れぞれを介して冷却流体を循環する手段が備えられる請
求項1記載のレーザシステム。 - 【請求項3】光学共鳴器が折りたたまれたものであり、
該折りたたまれた要素がワキシコンである請求項1また
は2記載のレーザシステム。 - 【請求項4】円筒電極間に形成される環状ビームがワキ
シコンによって円筒ビームに変換され、該ビームの一部
が凹面出力鏡を介して出力として離れ、その部分がゲイ
ン部を介して後方に反射される請求項1〜3のいずれか
に記載のレーザシステム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IL89781A IL89781A0 (en) | 1989-03-28 | 1989-03-28 | Laser system |
IL89781 | 1989-03-28 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0362579A JPH0362579A (ja) | 1991-03-18 |
JP2786508B2 true JP2786508B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=11059831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2075799A Expired - Lifetime JP2786508B2 (ja) | 1989-03-28 | 1990-03-27 | レーザシステム |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5099492A (ja) |
EP (1) | EP0390013B1 (ja) |
JP (1) | JP2786508B2 (ja) |
AT (1) | ATE106621T1 (ja) |
DE (1) | DE69009263T2 (ja) |
ES (1) | ES2056278T3 (ja) |
IL (1) | IL89781A0 (ja) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4203225C2 (de) * | 1992-02-05 | 1994-06-09 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Wellenleiterlaser |
JP3485329B2 (ja) * | 1992-02-07 | 2004-01-13 | 株式会社町田製作所 | レーザー光発生装置 |
US5327446A (en) * | 1993-03-26 | 1994-07-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health And Human Services | Method of exciting laser action and delivering laser energy for medical and scientific applications |
DE4424726C1 (de) * | 1994-07-13 | 1996-02-01 | Rofin Sinar Laser Gmbh | Koaxialer Laser mit einem stabilen Resonator |
IL114120A0 (en) * | 1995-06-12 | 1995-10-31 | Optomic Lasers Ltd | Improved lasers |
DE19631353C2 (de) * | 1996-08-02 | 2003-12-18 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Laser mit Masteroszillator und Verstärker |
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