DE102012207339B4 - Pumpstrahlungsanordnung und Verfahren zum Pumpen eines laseraktiven Mediums - Google Patents

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Abstract

Pumpstrahlungsanordnung (11), umfassend:eine Pumpstrahlungsquelle (1) zum Erzeugen von Pumpstrahlung (3), sowie ein Mittel (5, 5a) zur Wellenlängenstabilisierung der Pumpstrahlungsquelle (1), gekennzeichnet durch:ein laseraktives Medium (12, 22), das von der Pumpstrahlung (3) bidirektional durchlaufen wird,einen Retroreflektor (14, 14a-d) zur Reflexion von nicht vom laseraktiven Medium (12, 22) absorbierter Pumpstrahlung (3c) zurück zur Pumpstrahlungsquelle (1), undein von dem Mittel (5, 5a) zur Wellenlängenstabilisierung der Pumpstrahlungsquelle (1) verschiedenes wellenlängenselektives Element (14a-d, 15, 15a, 15b) zur Verhinderung einer Wellenlängendestabilisierung der Pumpstrahlungsquelle (1) durch Herausfilterung von unerwünschten Spektralanteilen (10) von nicht vom laseraktiven Medium (12, 22) absorbierter Pumpstrahlung (3c), wobei die unerwünschten Spektralanteile (10) außerhalb eines Spektralbereichs (8) liegen, der von der Pumpstrahlungsquelle (1) ohne das Vorhandensein einer Rückkopplung über den Retroreflektor (14, 14a-d) emittiert wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpstrahlungsanordnung, umfassend: eine Pumpstrahlungsquelle zum Erzeugen von Pumpstrahlung, sowie Mittel zur Wellenlängenstabilisierung der Pumpstrahlungsquelle, beispielsweise in Form einer Gitterstruktur. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Pumpen eines laseraktiven Mediums, umfassend die Schritte: Erzeugen von Pumpstrahlung mit einer Pumpstrahlungsquelle, Stabilisieren der Wellenlänge der Pumpstrahlung beispielsweise mittels einer Gitterstruktur, sowie Pumpen des laseraktiven Mediums mittels der Pumpstrahlung.
  • In der WO 01/57970 A1 ist ein Laserverstärkersystem beschrieben, bei dem ein Festkörper von einem Pumpstrahlungsfeld mehrfach durchsetzt wird. Ein Fokussierungssystem umfasst mindestens eine Umlenkeinheit, die aus mindestens zwei verschiedenen aus dem Festkörper ausfallenden Ästen des Pumpstrahlungsfeldes gebildete erste Teiläste in mindestens zwei entsprechende, lokal von den ersten Teilästen getrennt verlaufende zweite Teiläste umsetzt.
  • In der DE 10 2004 011 456 A1 ist ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit einem Interferenzfilter bekannt geworden. Der Interferenzfilter dient zur Stabilisierung der Emissionswellenlänge und zur Kontrolle der spektralen Breite der Emission des Lasers.
  • Die US 2010/0135350 A1 beschreibt einen wellenlängenstabilisierten Licht-Emitter und ein System zum Schützen des Emitters vor zurückreflektiertem Licht. Das System weist ein wellenlängenselektives Element auf, das eine Platte aus einem lichtempfindlichen Material und zwei parallele Feedback- und isolierende Bragg-Spiegel aufweist, die in die Platte eingeschrieben sind.
  • Die US 2002/0071457 A1 offenbart einen gepulsten, nichtlinearen optischen Resonator, der ein dispersions-verschobenes Medium enthält und mit mindestens einer gepulsten Laserquelle gekoppelt ist, um eine Mehrzahl von Wellenlängen zu erzeugen.
  • In der WO 2011/101614 A1 ist eine Laservorrichtung beschrieben, die eine Referenzquelle, eine Referenzfaser und mindestens eine Laserdiode aufweist. Die Referenzfaser weist einen Kern auf, der von zwei Mänteln umgeben ist. Die Laserdiode emittiert Laserstrahlung, die durch den ersten Mantel der Referenzfaser geführt wird und die Referenzquelle emittiert Referenzstrahlung, die durch den Kern der Referenzfaser zu der Laserdiode geführt wird.
  • Aus der WO 2006/025849 A2 ist eine Strahlungsquelle für hohe Strahlungsleistungen bekannt geworden, die einen Halbleiter-Diodenlaser als Pumpstrahlungsquelle und einen Reflektor umfasst, der eine Gitterstruktur aufweist. Der Reflektor steht mit dem Halbleiter-Diodenlaser in optischer Verbindung und ist zu einem Ausgangsstrahl des Diodenlasers derart ausgerichtet, dass ein Teil der Strahlung im Ausgangsstrahl durch den Reflektor in den Diodenlaser zurück reflektiert wird.
  • Die mit Hilfe der in der WO 2006/025849 A2 beschriebenen Strahlungsquelle erzeugte (vom Reflektor transmittierte) Laserstrahlung kann als Pumpstrahlung zum Pumpen eines laseraktiven Mediums dienen. Ein solches laseraktives Medium weist typischer Weise eine sehr schmale Absorptionslinie, d.h. einen sehr schmalen Wellenlängenbereich auf, in dem die Pumpstrahlung absorbiert wird. Für das Pumpen eines laseraktiven Mediums ist die wellenlängenabhängige Rückkopplung eines Anteils der Pumpstrahlung zur Pumpstrahlungsquelle vorteilhaft, da hierbei eine Stabilisierung der emittierten Wellenlänge stattfindet, so dass der von dem Reflektor transmittierte Anteil der Pumpstrahlung ein wesentlich schmalbandigeres Spektrum aufweist als dies ohne eine solche Stabilisierung der Fall wäre. Durch den Reflektor kann somit die Pump-Effizienz erhöht werden, da der Anteil der vom laseraktiven Medium aufgenommenen Pumpstrahlung zunimmt.
  • Für ein effizientes Pumpen sollte auch der Weg der Pumpstrahlung durch das laseraktive Medium möglichst lang sein, um die Absorption zu erhöhen. Allerdings können lange Strahlwege im laseraktiven Medium thermische Effekte hervorrufen, die zu einer Verschlechterung der Strahlqualität der durch das aktive Medium erzeugten bzw. verstärkten Laserstrahlung führen. Desweiteren soll üblicherweise die Strahlqualität der erzeugten bzw. verstärkten Laserstrahlung deutlich höher sein als die der Pumpstrahlung, so dass bei ähnlichen Strahltaillen die Pumpstrahlung wesentlich stärker divergiert und somit eine gute räumliche Überlappung von Pump- und Laserstrahlung und somit ein effizienter Energietransfer von Pump- auf Laserstrahlung nur über eine kurze Strecke gewährleistet ist. Ferner sind für viele Laser bzw. Verstärker lange Weglängen innerhalb des aktiven Mediums aus anderen Gründen ungünstig, so stört z.B. für Ultrakurzpulslaser meist die linearen Dispersion und/oder bei hohen Spitzenleistungen die Nichtlinearität des Mediums (z.B. Selbstphasenmodulation, Vierwellenmischen, Raman- oder Brillouin-Streuung etc.). Daher wird insbesondere bei Laserkristallen aber auch bei Lasergläsern, wie z.B. Verstärkerfasern als laseraktivem Medium in Faserlasern, die Wegstrecke im Lasermedium so kurz wie möglich gewählt und es erfolgt ein Mehrfachdurchgang der Pumpstrahlung bzw. ein Pumpen von mehreren Seiten. Bevorzugt kann die Pumpstrahlung an einem Endspiegel in sich zurück reflektiert werden, wodurch ein nicht vom laseraktiven Medium absorbierter Anteil der Pumpstrahlung zur Pumpstrahlungsquelle zurück reflektiert wird, damit der doppelte Propagationsweg durch das Lasermedium erfolgt und die Absorptionseffizienz maximiert wird.
  • Auch die wellenlängenstabilisierte Pumpstrahlung, die von dem Reflektor transmittiert wird, weist jedoch in der Regel, trotz des die Wellenlänge schmalbandig reflektierenden Reflektors, einen Spektralanteil in einem Wellenlängenbereich auf, der nicht oder nur schwach vom laseraktiven Medium absorbiert wird. Dieser unerwünschte Spektralanteil wird durch den Endspiegel zur Pumpstrahlungsquelle zurück reflektiert. Insbesondere wenn die Pumpstrahlungsanordnung bei hohen Strahlungsleistungen betrieben wird, vor allem wenn z.B. bei Dreiniveau- oder Quasi-Dreiniveau-Lasermedien die Absorption aufgrund steigender Inversion des Lasermediums ausbleicht, was insbesondere bei der sogenannten Zero-Phonon-Absorptionslinie auftritt (z.B. 969 nm bei Yb:YAG oder 976 nm bei Yb:Lu2O3), tritt jedoch das Problem auf, dass der unerwünschte zurück reflektierte Spektralanteil zu einer Destabilisierung der Pumpstrahlungsquelle führt, so dass sich das Spektrum der Pumpstrahlung, welches von dem Reflektor transmittiert wird, ungewollt verbreitert. Ein solches Ausweichen des Pumpstrahlungsspektrums vor dem Absorptionsspektrum des laseraktiven Mediums reduziert die Effizienz der Pumpstrahlungsanordnung trotz des Reflektors, so dass die Ausgangsleistung des Lasers oder Verstärkers sich nicht wie gewünscht steigern lässt.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pumpstrahlungsanordnung und ein Verfahren zum Pumpen eines laseraktiven Mediums dahingehend weiterzubilden, dass eine hohe Effizienz insbesondere auch bei hohen Pumpleistungen sichergestellt ist.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Pumpstrahlungsanordnung der eingangs genannten Art, weiter umfassend: ein laseraktives Medium, das von der Pumpstrahlung bidirektional durchlaufen wird, einen Retroreflektor zur Reflexion von nicht vom laseraktiven Medium absorbierter Pumpstrahlung entlang des im wesentlichen selben Strahlenganges bzw. Strahlwegs zurück zur Pumpstrahlungsquelle sowie ein von dem Mittel zur Wellenlängenstabilisierung der Pumpstrahlungsquelle verschiedenes wellenlängenselektives Element zur Verhinderung einer Wellenlängendestabilisierung der Pumpstrahlungsquelle durch Herausfilterung von unerwünschten Spektralanteilen von nicht vom laseraktiven Medium absorbierter Pumpstrahlung, wobei die unerwünschten Spektralanteile außerhalb eines Spektralbereichs liegen, der von der Pumpstrahlungsquelle ohne das Vorhandensein einer Rückkopplung über den Retroreflektor emittiert wird. Als Pumpstrahlungsquelle kann z.B. eine oder es können mehrere mittels eines jeweiligen Mittels, insbesondere einer Gitterstruktur, wellenlängenstabilisierte Laserdiode(n) verwendet werden. Je nach Auslegung kann das wellenlängenselektive Element die gewünschten Spektralanteile der Pumpstrahlung transmittieren oder reflektieren.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass unerwünschte Spektralanteile, d.h. Spektralanteile, die am Rand oder außerhalb der Absorptionslinie des laseraktiven Mediums liegen und daher weniger oder gar nicht absorbiert werden und die sich nachteilig auf die Effizienz der Pumpstrahlungsanordnung auswirken können, mittels mindestens eines wellenlängenselektiven Elements ausgefiltert werden. Die Verwendung eines wellenlängenselektiven Elements im Strahlengang der Pumpstrahlung vermeidet die Nachteile, die bei anderen Möglichkeiten zur Verhinderung des Eintritts der ungewollten Strahlungsanteile in die Pumpstrahlungsquelle bestehen. So kann beispielsweise das Einfügen eines optischen Isolators (z.B. eines Faraday-Isolators) zwischen der Pumpstrahlungsquelle und dem laseraktiven Medium insbesondere bei hohen Laserleistungen aufgrund der Restabsorption nicht sinnvoll eingesetzt werden.
  • Bei dem zur Wellenlängenstabilisierung der Pumpstrahlungsquelle, genauer gesagt des dort vorhandenen laseraktiven Mediums, verwendeten Mittel kann es sich um eine Gitterstruktur handeln, welche dem laseraktiven Medium einbeschrieben ist, wie dies z.B. bei Laserquellen vom so genannten „Distributed Feedback Laser“(DFB)-Typ der Fall ist, wie er z.B. in der DE102009019996B4 beschrieben wird. Auch kann die Gitterstruktur außerhalb der laseraktiven Zone, aber in einem auf demselben Chip integrierten Wellenleiter angeordnet sein, wie dies z.B. beim so genannten „distributed Bragg reflector laser“(DBR)-Laser der Fall ist.
  • Die Pumpstrahlungsanordnung weist einen Retroreflektor zur Reflexion von nicht vom laseraktiven Medium absorbierter Pumpstrahlung typischer Weise entlang des im Wesentlichen gleichen Strahlenganges zurück zur Pumpstrahlungsquelle auf. Der Retroreflektor ermöglicht es, dass die Pumpstrahlung das laseraktive Medium zumindest ein weiteres Mal durchläuft, wodurch sich die Effizienz der Pumpstrahlungsanordnung erhöht. Zwar lässt sich die Zahl der Pumplichtdurchgänge auch ohne einen Retroreflektor mit Hilfe von mehrfachen Umlenkungen erhöhen, allerdings nutzen insbesondere Multipass-Pumpstrahlungsanordnungen für Scheibenlaser bevorzugt einen großen Raumwinkel, vgl. beispielsweise die WO2001/057970A1 , und eine Verdopplung der Pumplichtdurchgänge lässt sich dort nicht oder nur zu unverhältnismäßigen Kosten ohne die Nutzung eines Retroreflektors erreichen.
  • Zwar könnte man an Stelle der Verwendung eines wellenlängenselektiven Elements auch versuchen, den Strahlverlauf der Pumpstrahlung so zu verändern, dass der von dem Retroreflektor zurück reflektierte Anteil der Pumpstrahlung das laseraktive Medium unter einem anderen Winkel durchläuft, so dass die an diesem zurück reflektierte Pumpstrahlung nicht mehr in die Pumpstrahlungsquelle eintritt. Allerdings würde sich bei diesem Vorgehen der Überlappbereich im laseraktiven Medium verkleinern und die Strahlqualität der in dem laseraktiven Medium erzeugten Laserstrahlung abnehmen, wenn sich die Strahlqualität der Pumpstrahlung nicht ohne weiteres steigern lässt, so dass auch bei der Verwendung eines Retroreflektors ein wellenlängenselektives Element zur Stabilisierung der Pumpstrahlungsquelle besonders vorteilhaft ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform bildet das Mittel bzw. die Gitterstruktur zur Wellenlängenstabilisierung einen wellenlängenabhängigen Reflektor, um einen Anteil der erzeugten Pumpstrahlung zur Pumpstrahlungsquelle zurück zu reflektieren und einen transmittierten Anteil der Pumpstrahlung dem laseraktiven Medium zuzuführen.
  • Bei dem Reflektor kann es sich beispielsweise um ein Volumen-Bragg-Gitter handeln, welches von der Pumpstrahlungsquelle bzw. einer dort vorgesehenen Pumpdiode beabstandet angeordnet sein kann. Wird als Pumpstrahlungsquelle ein wellenlängenstabilisierter Faserlaser verwendet, kann die wellenlängenstabilisierte Pumpstrahlung eines solchen Pump-Faserlasers z.B. durch einen als Faser-Bragg-Gitter ausgeführten Reflektor erzeugt werden. Ganz allgemein kann der die Pumpstrahlung wellenlängenstabilisierende Reflektor einen Auskoppelspiegel der Pumpstrahlungsquelle bilden.
  • Ebenso ist für den Fachmann verständlich, dass der Retroreflektor zur Rückkopplung der Pumpstrahlung zur Pumpstrahlungsquelle gegebenenfalls mit dem wellenlängenstabilisierenden Reflektor identisch sein kann. In diesem Fall befindet sich das gepumpte laseraktive Medium potenziell innerhalb des Resonators der Pumpstrahlungsquelle. Die Verluste, die durch die Absorption der Pumpstrahlung innerhalb dieses (ggfs. gekoppelten externen) Resonators entstehen, dürfen nicht so stark sein, dass die Pumpstrahlungsquelle nicht mehr schmalbandige Laserstrahlung emittiert. Daher sollte der Retroreflektor schmalbandiger ausgelegt sein (d.h. einen kleineren Wellenlängenbereich reflektieren) als die Absorptionslinie des gepumpten laseraktiven Mediums.
  • Auch eine Erhöhung des vom Reflektor zurück reflektierten, gewünschten spektralen Anteils der Pumpstrahlung würde zwar zu einer Verbesserung der WellenlängenStabilisation führen, erhöht aber zugleich die optische Belastung der Pumpstrahlungsquelle bzw. von zur Strahlformung verwendeten optischen Elementen, so dass die Pumpstrahlungsquelle bzw. das strahlformende Element beschleunigt altern bzw. zerstört werden. Ebenso kann durch erhöhte Rückkopplung vom Reflektor die Effizienz der Pumpstrahlungsquelle sinken, so dass die Verwendung eines wellenlängenselektiven Elements zur Wellenlängenstabilisation auch bei Verwendung eines Reflektors vorteilhaft ist.
  • In einer Ausführungsform ist das wellenlängenselektive Element ein Interferenzfilter. Die Wirkung eines solchen Interferenzfilters beruht auf der Interferenz zwischen direkter und mehrfach reflektierter Strahlung an dünnen Schichten.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das wellenlängenselektive Element als Kantenfilter oder als eine Kombination von Kantenfiltern ausgebildet, von denen einer oder mehrere nur Strahlung bei der gewünschten Wellenlänge sowie längerwellige Strahlung transmittieren, und von denen einer oder mehrere andere neben Strahlung bei der gewünschten Wellenlänge auch kürzerwellige Strahlung transmittieren. In manchen Fällen kann es auch ausreichen, nur auf einer Seite der Absorptionslinie des laseraktiven Mediums eine spektrale Filterung vorzunehmen, um die Pumplichtquelle zu stabilisieren.
  • Es versteht sich, dass als wellenlängenselektive Elemente ggf. auch Filter verwendet werden können, welche durch die Absorption von Pumpstrahlung eine wellenlängenselektive Wirkung haben. Die jeweiligen Filter können als Bandpass-Filter, Hochpass-Filter oder Tiefpass-Filter ausgebildet sein.
  • In einer Weiterbildung ist der Interferenzfilter ein unter einem Winkel zur Strahlrichtung der Pumpstrahlung ausgerichtetes Etalon. Die Wirkung eines Etalons beruht auf dem Grundprinzip des Fabry-Pérot-Interferometers, bei dem typischer Weise zwei parallel zueinander ausgerichtete, in einem geringen Abstand (beispielsweise von ca. 40 Mikrometern) angeordnete plane Spiegelflächen verwendet werden, um einen Resonator (Kavität) zu bilden. Ein solches Etalon transmittiert nur Strahlung bei einer Wellenlänge, welche die Resonanzbedingung erfüllt. Durch die Anordnung eines solchen Etalons, dessen Flächennormale unter einem (typischer Weise kleinen) Winkel zur Strahlrichtung geneigt ist, um Rückreflexionen der unerwünschten Spektralkomponenten zur Pumpstrahlungsquelle zu vermeiden, können die unerwünschten Strahlungsanteile gezielt ausgekoppelt werden, da über den Winkel die Wellenlänge, bei der die Transmission des Etalons maximal ist, gezielt beeinflusst werden kann.
  • Als Etalon wird bevorzugt ein Substrat, beispielsweise in Form einer dünnen planparallelen Platte (als Resonator), verwendet, die an beiden Seitenflächen mit einer (teil-)reflektierenden Beschichtung versehen ist. Hierbei kann an einer Seitenfläche eine Beschichtung z.B. in Form eines Stapels alternierender hoch und niedrig brechender Viertelwellen-Schichten auf dem rückseitig entspiegelten Substrat angebracht werden, dessen Dicke z.B. einem Vielfachen einer Halbwellenschicht entspricht. Eine an der anderen Seitenfläche angebrachte Beschichtung kann einen weiteren Stapel von alternierenden hoch und niedrig brechenden Viertelwellen-Schichten aufweisen. Die Angaben „Halbwellen-„ bzw. „Viertelwellen-“-Schichten beziehen sich hierbei auf die optische Dicke der Schichten, welche der Häfte bzw. einem Viertel der zentralen (resonanten) Wellenlänge des Etalons entspricht. Es können ggf. aber auch andere Arten von Etalons, beispielsweise so genannte LuftSpalt-Etalons (engl. „air-spaced etalons“) verwendet werden, bei denen zwei dünne Planplatten durch Abstandshalter in einem vorgegebenen Abstand zueinander gehalten werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Etalon als Dünnschichtetalon ausgebildet, d.h. das Etalon wird innerhalb einer Dünnschicht-Beschichtung erzeugt. Dazu kann z.B. ein geeigneter alternierender Stapel hoch und niedrig brechender Viertelwellenschichten als Teilreflektor auf einem rückseitig entspiegelten Substrat gefolgt werden von einem Vielfachen einer Halbwellenschicht sowie einem erneuten alternierenden Stapel von Viertelwellenschichten als zweitem Teilreflektor, wobei die Anzahl der jeweiligen Schichten so gewählt wird, dass das Etalon in Resonanz eine nahezu 100%ige Transmission aufweist. An Stelle von Viertelwellenschichten können auch andere geeignete Schichtsysteme gewählt werden.
  • Bei einer Weiterbildung weist die Pumpstrahlungsanordnung ein Auffang-Element zum Umlenken und/oder Absorbieren der von dem wellenlängenselektiven Element, insbesondere einem Etalon, aus dem Weg der Pumpstrahlung abgelenkten unerwünschten Spektralanteile auf. Die unerwünschten Spektralanteile werden von dem Etalon (oder einem anderen verkippt angeordneten wellenlängenselektiven Element) reflektiert und wegen der Anordnung des Etalons unter einem Kippwinkel zur Strahlrichtung aus dem Strahlengang der Pumpstrahlung ausgekoppelt. Das Auffang-Element kann z.B. mit einer reflektierenden Beschichtung versehen sein, um die unerwünschten Strahlungsanteile auf einen Absorber umzulenken. Das Auffang-Element kann auch selbst als Absorber ausgebildet sein, welcher die Leistung der unerwünschten Strahlungsanteile aufnimmt, z.B. in der Art einer Wärmesenke.
  • Bei einer Ausführungsform ist das laseraktive Medium ein Festkörperkristall und das wellenlängenselektive Element, insbesondere der Interferenzfilter, ist im Strahlengang der Pumpstrahlung zwischen dem Mittel zur Wellenlängenstabilisierung und dem Festkörperkristall oder zwischen dem Festkörperkristall und dem Retroreflektor angeordnet. Bei dem Festkörpermedium bzw. Festkörperkristall handelt es sich typischer Weise um einen dotierten Kristall, beispielsweise um einen Yb:YAG- oder einen Yb:Sesquioxid-Kristall (z.B. Yb:Lu2O3). Das gepumpte Festkörpermedium kann eine unterschiedliche Geometrie aufweisen: Beispielsweise kann es sich um eine Laserscheibe handeln, die in der Regel mehrmals von der Pumpstrahlung durchlaufen wird, indem die Pumpstrahlung mit Hilfe von mehreren Spiegeln immer wieder zur Laserscheibe zurück reflektiert wird. Alternativ können als laseraktives Festkörpermedium u.a. auch ein stabförmiges Lasermedium (Stablaser) oder ein plattenförmiges Medium (so genannter Slablaser) verwendet werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Retroreflektor als wellenlängenselektives Element ausgebildet. Auf diese Weise kann auf das Vorsehen eines zusätzlichen, transmittiven optischen Elements zur Wellenlängenselektion im Strahlengang der Pumpstrahlung verzichtet werden. Das wellenlängenselektive Element kann hierbei einen Spiegel bilden, auf den die Pumpstrahlung unter einem geeignet gewählten, von 0° verschiedenen Einfallswinkel auftrifft, um diese zum laseraktiven Medium zurück zu reflektieren, beispielsweise ein Blaze-Gitter in Littrow-Anordnung. Ein solches Blaze-Gitter reflektiert Strahung nur in eine bestimmte Richtung und somit bei gegebener Wellenlänge nur in eine bestimmte Beugungsordnung. Bei der Littrow-Anordnung entspricht der Einfallswinkel dem Ausfallswinkel (und dem so genanten Blaze-Winkel), so dass die Pumpstrahlung in sich zurück reflektiert wird.
  • Insbesondere kann es sich bei dem Retroreflektor aber auch um einen Endspiegel handeln, auf den die Pumpstrahlung im Wesentlichen senkrecht auftrifft, so dass die Pumpstrahlung in sich zurück reflektiert wird. Gegebenenfalls kann auch ein Spiegel der Pumplichtanordnung, welcher nicht als Retroreflektor bzw. als Endspiegel dient, als wellenlängenselektives Element dienen und zu diesem Zweck z.B. mit einer Gitterstruktur versehen sein und/oder als (Interferenz-)filter mit einer wellenlängenselektiven Beschichtung versehen sein.
  • Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist der Retroreflektor eine Gitterstruktur auf. Sowohl bei dem Retroreflektor als auch bei dem Reflektor der Pumpstrahlungsquelle kann eine Gitterstruktur bzw. ein Muster von Brechungsindex-Variationen auf unterschiedliche Weise realisiert werden, beispielsweise wie dies in der eingangs zitierten WO 2006/025849 A2 beschrieben ist, als holographisches Gitter, als photonischer Kristall mit Bandlücken (engl. „photonic bandgap crystal“), als Interferenzfilter-Reflektor, etc.
  • Bevorzugt ist eine Weiterbildung, bei welcher der Retroreflektor als Volumen-Bragg-Gitter ausgebildet ist. Ein solches Volumen-Bragg-Gitter (engl. „volume Bragg grating“) kann beispielsweise hergestellt werden, indem ein photo-thermo-refraktives Material (engl. „photo-thermo-refractive material“) einer Strahlungsverteilung mit einem periodischen Muster ausgesetzt wird, wie dies in der WO 2006/025849 A2 im Detail beschrieben ist.
  • In einer Weiterbildung ist der Retroreflektor als Gitter-Wellenleiter-Spiegel ausgebildet. Ein solcher Spiegel weist eine hohe Winkelakzeptanz sowie eine hohe Effizienz auf, so dass ggf. auf eine Fein-Justage verzichtet werden kann. Der Gitter-Wellenleiter-Spiegel kann beispielsweise wie in dem Artikel „High Reflectivity Grating Waveguide Coatings for 1064 nm“ von A. Bunkowski et al., Classical and Quantum Gravity 23, 7297ff beschrieben ausgebildet sein. Bei einem solchen Spiegel ist auf ein niedrig brechendes Medium (Substrat) ein hoch brechendes Medium aufgebracht, welches den Wellenleiter bildet. An der dem Substrat abgewandten Seite des hoch brechenden Mediums ist eine Gitterstruktur angebracht, welche in Kombination mit der Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen den zwei Medien zu einer konstruktiven Interferenz und somit zur Reflexion von Strahlung bei einer bestimmten Wellenlänge (Ziel-Wellenlänge) führt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist das laseraktive Medium eine laseraktive Faser und die Pumpstrahlungsanordnung umfasst einen Pumpfaserabschnitt zum Zuführen von Pumpstrahlung zu der laseraktiven Faser. In diesem Fall dient die Pumpstrahlungsanordnung zum Pumpen einer optischen Faser, genauer gesagt eines laseraktiven (z.B. Ytterbium oder Erbium-dotierten) Kerns einer optischen Faser. Die Pumpstrahlung kann z.B. durch eine Komponente zum Wellenlängenmultiplexen (englisch: „wavelength division multiplexer“, WDM) von der Pumpstrahlungsquelle in den Pumpfaserabschnitt eingekoppelt werden. Für das optische Pumpen wird die Pumpstrahlung parallel zum Faserkern bzw. zu dessen Mantel entlang eines Wechselwirkungsbereichs geführt und koppelt in den laseraktiven Faserkern ein bzw. wird von diesem absorbiert. Es versteht sich, dass auch ein direktes (stirnseitiges) Pumpen der laseraktiven Faser ggf. ohne Verwendung von Pumpfaserabschnitten zur Zu- sowie ggf. zur Abführung von Pumpstrahlung möglich ist.
  • Bei einer Weiterbildung weist die Pumpstrahlungsanordnung einen weiteren Pumpfaserabschnitt zum Zuführen von von der laseraktiven Faser nicht absorbierter Pumpstrahlung zu dem Retroreflektor auf. Der Pumpfaserabschnitt und der weitere Pumpfaserabschnitt können hierbei zwei Abschnitte ein- und derselben Pumpfaser bilden, die in einem dazwischen liegenden Pumpfaserabschnitt parallel (und in geringem Abstand) zur laseraktiven Faser verläuft. Alternativ können die Pumpfaserabschnitte an den beiden Enden des Wechselwirkungsbereichs an die laseraktive Faser bzw. an deren Mantel angespleißt werden. In jedem Fall wird der Retroreflektor genutzt, um die Pumpstrahlung über den weiteren Pumpfaserabschnitt zum Wechselwirkungsbereich zurückzuführen, so dass dieser über den ersten Pumpfaserabschnitt zur Pumpstrahlungsquelle zurück geführt wird. Gegebenenfalls kann auch ein optisches Pumpen erfolgen, bei dem die Pumpstrahlung stirnseitig in die laseraktive Faser eingekoppelt und ggf. auch wieder ausgekoppelt wird. Dies ist insbesondere hilfreich, wenn Pumpstrahlung mit hoher Pumpleistungsdichte direkt in den laseraktiven Kern der Faser eingekoppelt werden soll, bzw. wenn die gewünschte Pumpleistung nicht fasergekoppelt verfügbar ist.
  • Bei einer Weiterbildung ist der Retroreflektor als in dem weiteren Pumpfaserabschnitt gebildetes Faser-Bragg-Gitter (engl. „fiber bragg grating“) ausgebildet. Ein solches Faser-Bragg-Gitter kann mittels eines Laser-Pattern-Generators in den Bereich eines freien Endes des Pumpfaserabschnitts eingeschrieben werden und dient als wellenlängenselektives Element.
  • In einer weiteren Weiterbildung ist zwischen einer Stirnseite des zweiten Pumpfaserabschnitts und dem Retroreflektor ein Objektiv angeordnet. Das Objektiv dient der Fokussierung bzw. Kollimation der aus dem Ende des zweiten Pumpfaserabschnitts ausgekoppelten Pumpstrahlung auf den Retroreflektor, der in diesem Fall bevorzugt als Volumen-Bragg-Gitter ausgebildet ist. Durch das Vorsehen eines solchen Objektivs kann auch bei einem Faserlaser als laseraktivem Medium ein herkömmliches, d.h. nicht in den Faserkern einbeschriebenes wellenlängenselektives Element, z.B. ein Volumen-Bragg-Gitter als Retroreflektor genutzt werden.
  • Bei einer Weiterbildung umfasst die Pumpstrahlungsanordnung mindestens eine weitere Pumpstrahlungsquelle zum Zuführen von weiterer Pumpstrahlung zu der laseraktiven Faser, wobei die weitere Pumpstrahlung typischer Weise eine zu der Pumpstrahlung der Pumpstrahlungsquelle benachbarte Pumpstrahlungswellenlänge aufweist. In diesem Fall kann die Pumpstrahlung der Pumpstrahlungsquellen über ein WDM-Element oder ein DWDM-Element (engl. „dense wavelength multiplexing“, dichte Wellenlängenkopplung) gleichläufig oder gegenläufig in die laseraktive Faser eingekoppelt werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Pumpen eines laseraktiven Mediums, welches folgenden weiteren Schritt umfasst: Herausfiltern von Spektralanteilen von nicht vom laseraktiven Medium absorbierter Pumpstrahlung mittels eines wellenlängenselektiven Elements zum Verhindern einer Wellenlängendestabilisierung der Pumpstrahlungsquelle, wobei die nicht vom laseraktiven Medium absorbierte Pumpstrahlung von einem Retroreflektor zur Pumpstrahlungsquelle zurück reflektiert wird, und wobei die herausgefilterten Spektralanteile außerhalb eines Spektralbereichs liegen, der von der Pumpstrahlungsquelle ohne das Vorhandensein einer Rückkopplung über den Retroreflektor emittiert wird. Das wellenlängenselektive Element bzw. die Pumpstrahlungsanordnung, die bei der Durchführung des Verfahrens verwendet wird, kann wie weiter oben beschrieben ausgebildet sein. Die weiter oben im Zusammenhang mit der Pumpstrahlungsanordnung beschriebenen Vorteile gelten entsprechend auch für das Verfahren zum Pumpen des laseraktiven Mediums.
  • Bei einer Variante erfolgt das Stabilisieren der Wellenlänge der Pumpstrahlung durch einen wellenlängenabhängigen Reflektor (typischer Weise mit einer Gitterstruktur), der einen Anteil der erzeugten Pumpstrahlung zur Pumpstrahlungsquelle zurück reflektiert und einen transmittierten Anteil der Pumpstrahlung dem laseraktiven Medium zuführt, d.h. die Gitterstruktur wirkt als Reflektor. Eine solche Gitterstruktur kann z.B. in Form eines Volumen-Bragg-Gitters oder eines Faser-Bragg-Gitters ausgebildet werden.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • 1a,b schematische Darstellungen einer Pumpstrahlungsquelle in Form einer Halbleiter-Laserdiode mit einem Reflektor in Form eines Volumen-Bragg-Gitters,
    • 2 eine schematische Darstellung eines Spektrums der von der Pumpstrahlungsquelle erzeugten Pumpstrahlung in einer Pumpanordnung mit Retroreflektor ohne bzw. mit Verwendung des erfindungsgemäßen wellenlängenselektiven Elementes,
    • 3a,b schematische Darstellungen einer Pumpstrahlungsanordnung mit einem Etalon als wellenlängenselektivem Element,
    • 3c eine schematische Darstellung einer Scheibenlaser-Pumpstrahlungsanordnung mit einem Dünnschicht-Etalon als wellenlängenselektivem Element,
    • 4 eine schematische Darstellung der wellenlängenabhängigen Transmission von zwei unterschiedlichen Etalons gemäß 3a-c,
    • 5 eine Darstellung einer Ausführungsform der Pumpstrahlungsanordnung mit einem Gitter-Wellenleiter-Spiegel als wellenlängenselektivem Element unter einem von 0° verschiedenen Einfallswinkel,
    • 6 eine Darstellung einer Ausführungsform der Pumpstrahlungsanordnung mit einem wellenlängenselektiven Element in Form eines Volumen-Bragg-Gitters, sowie
    • 7a-c Darstellungen von Ausführungsformen einer Pumpstrahlungsanordnung zum Pumpen eines Lasermediums in Form einer laseraktiven Faser.
  • 1a,b zeigen stark schematisch eine Pumpstrahlungsquelle 1 in einer Seitenansicht bzw. in einer Aufsicht. Bei der Pumpstrahlungsquelle 1 handelt es sich im vorliegenden Beispiel um eine Laserdiode zur Erzeugung von Pumpstrahlung bei einer Ziel-Wellenlänge λz von z.B. 969 nm zum Pumpen von Yb:YAG oder von z.B. 976 nm zum Pumpen von Yb:Lu2O3 als laseraktivem Medium. Die Pumpstrahlungsquelle 1 weist einen aktiven Bereich 2 auf, in dem Photonen bzw. Pumpstrahlung 3 erzeugt wird, wenn die Pumpstrahlungsquelle 1 mit einer Stromdichte bestromt wird, welche die Schwellenstromdichte übersteigt. Der aktive Bereich 2 besteht im vorliegenden Beispiel aus InGaAs, es versteht sich aber, dass auch andere Halbleiter-Materialien verwendet werden können. Die Pumpstrahlungsquelle 1 ist auf eine Wärmesenke 4 aufgebracht und emittiert Pumpstrahlung 3, die entlang der Z-Richtung eines XYZ-Koordinatensystems verläuft.
  • Die Pumpstrahlung 3 tritt aus der Pumpstrahlungsquelle 1 divergent aus, wobei die Divergenz, welche die Pumpstrahlung 3 in Y-Richtung (so genannte „fast axis“) aufweist, sich von der Divergenz der Pumpstrahlung 3 in X-Richtung (so genannte „slow axis“) unterscheidet. Die Pumpstrahlung 3 trifft auf einen Reflektor in Form eines Volumen-Bragg-Gitters 5 auf, welches eine Gitterstruktur aufweist, die im vorliegenden Fall als Linienmuster bzw. Liniengitter ausgebildet ist. Das Volumen-Bragg-Gitter 5 reflektiert einen Anteil 3a der auftreffenden Pumpstrahlung 3 zur Pumpstrahlungsquelle 1 zurück, um unerwünschte Moden, die in der Pumpstrahlungsquelle 1 angeregt werden, zu unterdrücken.
  • Das Volumen-Bragg-Gitter 5 hat auf die Divergenz der Pumpstrahlung 3 in Y-Richtung einen vergleichsweise geringen Einfluss, weshalb eine Zylinderlinse 6a zwischen der Pumpstrahlungsquelle 1 und dem Volumen-Bragg-Gitter 5 angeordnet ist, um die Pumpstrahlung 3 zu kollimieren. In analoger Weise kann zur Änderung der Divergenz der Pumpstrahlung 3 in X-Richtung eine weitere Zylinderlinse 6b zur Kollimation vorgesehen sein. Es versteht sich, dass zur Änderung der Divergenz in X-Richtung an Stelle der Fokussierlinse 6b auch eine Zerstreuungslinse vorgesehen werden kann, um unerwünschte Moden in der Pumpstrahlungsquelle 1 zu unterdrücken. Ebenso kann in manchen Anordnungen auf die weitere Linse 6b auch vollständig verzichtet werden. Auch kann anders als in 1a,b gezeigt ein einziges Linsenelement verwendet werden, um die Divergenz der Pumpstrahlung 3 sowohl in Y-Richtung als auch in Z-Richtung anzupassen. Auch kann das Volumen-Bragg-Gitter 5 gegebenenfalls anders als in 1a,b gezeigt ist unmittelbar an der Fläche angebracht werden, an welcher die Pumpstrahlung 3 aus der Pumpstrahlungsquelle 1 austritt.
  • Der Effekt des Volumen-Bragg-Gitters 5 auf die Pumpstrahlung 3, die von der Pumpstrahlungsquelle 1 erzeugt wird, ist in 2 erkennbar, welche die Strahlungsintensität der Pumpstrahlung 3, am Beispiel einer Pumpanordung für Yb:YAG als laseraktivem Medium, in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ zeigt. Die Strahlungsintensität hat eine Intensitätsverteilung, die bei der Zielwellenlänge λz ein Maximum aufweist und die ein im Wesentlichen gaußförmiges, schmalbandiges Profil 8 aufweist. Ein solches schmales Intensitätsprofil 8 kann erzeugt werden, wenn mit Hilfe des Volumen-Bragg-Gitters 5 wie oben dargestellt ein Anteil 3a der Pumpstrahlung 3 in die Pumpstrahlungsquelle 1 bzw. in den aktiven Bereich 2 zurück reflektiert wird.
  • Ein schmalbandiges Intensitätsprofil 8 ist vorteilhaft, da die Pumpstrahlung 3 zum Pumpen eines laseraktiven Mediums dient, welches nur innerhalb eines vergleichsweise schmalen Wellenlängenbereichs 7 Strahlung effizient absorbiert. 2 zeigt exemplarisch ein solches (berechnetes) Absorptionsspektrum 7 eines laseraktiven Mediums in Form einer dünnen Yb:YAG-Laserscheibe in einer Multipass-Pumpstrahlungsanordnung mit Retroreflektor, bei hoher Inversion. Aufgrund der begrenzten Anzahl an Pumpstrahlungsdurchgängen sowie wegen des Ausbleichens der Absorption bei Inversion werden zu beiden Seiten der Absorptionslinie signifikant geringere Spektralanteile absorbiert und gelangen daher zur Pumpdiode zurück.
  • Das Verstärkungsspektrum der Pumplichtquelle 1 bzw. der Diode unterstützt auch spontane Strahlungsemission außerhalb des schmalbandigen emittierten Spektralbereichs 8, welche bei ausreichender Rückkopplung über den Retroreflektor zu Laserstrahlung anschwingen kann. Das Spektrum der Pumpdiode 8 weicht wegen der begrenzten Reflektivität des verwendeten Volumen-Bragg-Gitter-Reflektors bei einer Wellenlänge von 969 nm aus zu breiteren, unerwünschten Emissionsbanden 10 bei Wellenlängen von 965 nm bis 966 nm bzw. bei Wellenlängen von 971 nm bis 972 nm. Je nach Lage des Verstärkungsspektrums der Diode bzw. je nach Diodentemperatur und Halbleiterzusammensetzung kann entweder zu kurzwellige oder zu langwellige Strahlung oder sowohl zu kurzwellige als auch zu langwellige Strahlung angeregt werden. Durch Hinzufügen eines wellenlängenselektiven Elements (Filters) können diese breiteren Emissionsbanden 10 unterdrückt werden, so dass eine Intensitätsverteilung 9 (in 2 gestrichelt dargestellt) entsteht, die derjenigen ohne die Rückkopplung über den Retroreflektor entspricht. Dadurch steigt der durch die Laserscheibe absorbierte Anteil der Pumpstrahlung sowie daraufhin die Effizienz bzw. die Ausgangsleistung des gepumpten laseraktiven Mediums.
  • 3a,b zeigen ein solches laseraktives Medium 12 in Form eines Yb:YAG Laserkristalls, welcher in einer Pumpstrahlungsanordnung 11 im Pumpstrahlengang 13 der Pumpstrahlungsquelle 1 angeordnet ist und welcher durch die Pumpstrahlung 3 angeregt wird, um (nicht gezeigte) Laserstrahlung bei einer Emissionswellenlänge von ca. 1030 nm zu emittieren. Zum Pumpen dient der vom Volumen-Bragg-Gitter 5 transmittierte Anteil 3b der Pumpstrahlung 3, welcher durch das Volumen des Laserkristalls 12 entlang einer Wechselwirkungslänge D hindurch tritt. Da die von der Pumpstrahlung 3 durchlaufene Länge D insbesondere aufgrund von thermischen Effekten nicht beliebig groß gemacht werden kann, wird nur ein Teil der Pumpstrahlung 3 von dem Lasermedium 12 absorbiert. Um den nicht absorbierten Strahlungsanteil dennoch zum Pumpen nutzen zu können und auf diese Weise die Effizienz des Pumpvorgangs zu erhöhen, ist ein Retroreflektor in Form eines Endspiegels 14 in der Pumpstrahlungsanordnung 11 angebracht, welcher die nicht vom Lasermedium 12 absorbierte Pumpstrahlung 3c in sich zurück reflektiert. Der Endspiegel 14 reflektiert die Pumpstrahlung 3c zum laseraktiven Medium 12 zurück, so dass dieses erneut von der Pumpstrahlung 3b durchlaufen wird und nochmals die Wechselwirkungslänge D zurücklegt, wobei ein weiterer Teil der Pumpstrahlung 3 vom Lasermedium 12 absorbiert wird. Es versteht sich, dass die in 3a,b gezeigte Pumpstrahlungsanordnung 11 ein vereinfachtes Beispiel darstellt und dass ggf. mehrere weitere Spiegel in der Pumpstrahlungsanordnung 11 vorgesehen sein können, um mehr als nur zwei Pumpdurchgänge durch das Lasermedium 12 zu realisieren. Auch kann als laseraktives Medium 12 ein laseraktiver Kristall aus einem anderen Material als Yb:YAG verwendet werden. Das laseraktive Medium kann auch eine andere Geometrie aufweisen als die stabförmige Geometrie, die in 3a,b gezeigt ist, beispielsweise kann das laseraktive Medium 12 die Form einer Scheibe oder einer Platte annehmen.
  • Die von dem Endspiegel 14 zum Volumen-Bragg-Gitter 5 zurück reflektierte Pumpstrahlung 3c wird von diesem transmittiert und tritt gemeinsam mit dem am Volumen-Bragg-Gitter 5 zurück reflektierten Anteil 3a der Pumpstrahlung 3 in die Pumpstrahlungsquelle 1 ein. Der nicht vom laseraktiven Medium 12 absorbierte, in die Pumpstrahlungsquelle 1 zurück reflektierte Strahlungsanteil 3c weist nicht nur Spektralanteile bei der Zielwellenlänge λz auf, sondern auch Spektralanteile 10, die im Randbereich des anregbaren Verstärkungspektrums der Pumpstrahlungsquelle 1 liegen. Der nicht absorbierte Spektralanteil der zurück reflektierten Pumpstrahlung 3c weist hierbei typischer Weise eine Leistung auf, die größer ist als diejenige im Bereich der Zielwellenlänge λz, da der in diesem Wellenlängenbereich liegende Leistungsanteil im Wesentlichen vom laseraktiven Medium absorbiert wurde. Daher führt dieser unerwünschte Spektralanteil 10 insbesondere bei hohen Pumpleistungen zu einer Destabilisierung der Wellenlänge der Pumpstrahlungsquelle 1, welche zu einer Verbreiterung des von der Pumpstrahlungsquelle 1 emittierten Wellenlängenspektrums führt.
  • Um die Pumpstrahlungsquelle 1 vor den unerwünschten zu dieser zurück reflektierten Spektralanteilen zu schützen, ist in der Pumpstrahlungsanordnung 11 von 3a,b ein wellenlängenselektives Element in Form eines plattenförmigen Etalons 15 angebracht. Das plattenförmige Etalon 15 weist eine Dicke d von ca. 40 bis 50 Mikrometern auf und ist an den beiden parallelen Seitenflächen mit einer reflektierenden Beschichtung B versehen. Das Etalon 15 ist gegenüber der Strahlrichtung 13 der Pumpstrahlung 3 unter einem Winkel α verkippt.
  • 3c zeigt exemplarisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Pumpstrahlungsanordnung 11 zum Pumpen eines dünnen Laserscheibe 12 (in 3c verdeckt). Die Pumpstrahlung 3 einer Pumpstrahlungsquelle 1 in Form einer Pumpdiode, die ein in die Pumpstrahlungsquelle 1 integriertes Volumen-Bragg-Gitter aufweist (in 3c nicht gezeigt) und die auf z.B. 969 nm für eine Yb:YAG-Laserscheibe 12 oder z.B. 976 nm für eine Yb:Lu2O3-Laserscheibe 12 stabilisiert ist, wird über eine Transportfaser 16 homogenisiert und durch eine Lochscheibe 17 einer Kollimationslinse 18 zugeführt. Die Kollimationslinse 18 kollimiert die Pumpstrahlung 3b, welche durch das wellenlängenselektive Element 15 transmittiert wird, das im vorliegenden Beispiel wie in 3a,b als Dünnfilm-Etalon ausgebildet ist, während unerwünschte Spektralkomponenten 10 reflektiert und von der mit einer Verspiegelung versehenen Lochscheibe 17 zu einer (nicht gezeigten) gekühlten Wärmesenke gelenkt werden.
  • Die von dem Etalon 15 transmittierte Pumpstrahlung 3b tritt in einen Teil der Pumpstrahlungsanordnung 11 ein, wie er aus der WO2001/057970A1 bekannt ist und welcher daher vorliegend nicht im Detail beschrieben wird. Die Pumpstrahlung 3b wird in vielen Durchgängen über einen Parabolspiegel 19 und über mehrere Umlenkprismen 20a, 20b immer wieder zur rückseitig verspiegelten Laserscheibe 12 gelenkt, welche im Brennpunkt des Parabolspiegels 19 angeordnet ist. Die Pumpstrahlung 3b wird vom dort vorhandenen laseraktiven Medium 12 zum Teil absorbiert, bevor sie an einem Retroreflektor 14, welcher im vorliegenden Beispiel als ein auf der Dachkante getroffenes, verspiegeltes Retroprismenpaar 20a, 20b ausgebildet ist, reflektiert wird und über den im Wesentlichen gleichen geometrischen Weg rückwärts erneut durch die Laserscheibe 12 und schließlich zurück durch das Etalon 15 und die Transportfaser 16 zur Pumpdiode 1 gelangt.
  • Während die Pumpstrahlung einer freilaufende Diode, d.h. ohne Rückreflexion durch das (nicht gezeigte) Volumen-Bragg-Gitter perfekt auf die Absorptionswellenlänge der Laserscheibe 12 stabilisiert ist, kann bei einer wellenlängenstabilisierten Pumpdiode ohne ein zusätzliches wellenlängenselektives Element, z.B. in Form des in 3c gezeigten Etalons 15, in der Pumpstrahlungsanordnung 11 das Diodenspektrum derart ausweichen (vgl. 2), dass es mit der Absorptionslinie der Laserscheibe 12 nicht mehr übereinstimmt und die Absorption und damit die Effizienz des Scheibenlasers bzw. die Leistung der von diesem emittierten Laserstrahlung 21 drastisch abnimmt. Bei einem kompletten Durchgang der Pumpstrahlung 3 durch die Pumpstrahlungsanordnung 11 (Hin- und Rückweg) werden z.B. 65% des zentralen spektralen Peaks der Pumpstrahlung 3 absorbiert aber nur ca. 20 % der Randbereiche, d.h. ca. 80% werden zur Pumpstrahlungsquelle 1 zurück reflektiert.
  • Zwar würden bei Verwendung einer dickeren Laserscheibe oder bei Erhöhung der Zahl der Umläufe oder bei Reduktion der Inversion der Laserscheibe jeweils der Anteil der absorbierten unerwünschten Spektralanteile stärker wachsen als der bei der Absorptionslinie. Allerdings ist es zur Erreichung guter Strahlqualität oder zur Reduktion der Komplexität oder zur Vermeidung nichtlinearer Effekte vorteilhaft, eine dünnere Laserscheibe bzw. eine begrenzte Zahl von Pumplichtdurchgängen bzw. eine höhere Inversion zu nutzen. Bei Dioden als Pumpstrahlungsquelle 1, die über ein Volumen-Bragg-Gitter 5 stabilisiert werden, ist das Volumen-Bragg-Gitter 5 typischer Weise so ausgelegt, dass es z.B. nur ca. 20% der Randbereiche des Pumpspektrums reflektiert. Der Rest dieser unerwünschten Spektralanteile wird zurück zur Diode transmittiert und führt dort zu einer Destabilisierung und damit zu einer Abnahme der Pumpeffizienz. Es versteht sich, dass die hier genannten Zahlenwerte nur beispielhaften Charakter haben und den Geltungsbereich der Erfindung nicht beschränken.
  • Der Einfallswinkel der Pumpstrahlung 3b auf das Etalon 15 bzw. das Etalon 15 selbst lässt sich durch eine geeignete (nicht gezeigte) Vorrichtung präzise auf die gewünschte Transmissionscharakteristik einstellen. Die Wirkungsweise des Etalons 15 auf die Pumpstrahlung 3 wird nachfolgend anhand von 4 erklärt, welche stark schematisiert die wellenlängenabhängige Transmission T des Etalons 15 bei zwei unterschiedlichen Konfigurationen zeigt. Die Transmission T des Etalons 15 variiert wellenlängenabhängig zwischen einer maximalen Transmission TMax und einer minimalen Transmission TMin1 bzw. TMin2. Die Differenz zwischen der maximalen Transmission TMax und der minimalen Transmission TMin1, TMin2, auch Kontrast genannt, kann mit Hilfe der Beschichtung B, genauer gesagt durch die Wahl der Reflektivität der Beschichtung B eingestellt werden, wobei der minimale Wert TMin1, TMin2 z.B. 50% der maximalen Transmission TMax betragen kann.
  • Die (Halbwerts-)Breite d1, d2 eines Peaks der Transmissionsverteilung T kann über die Dicke d des Etalons 15 eingestellt werden. Die Wellenlänge, bei welcher die Transmission des Etalons 15 maximal ist, kann über den Kippwinkel α eingestellt werden und wird typischer Weise so gewählt, dass diese Wellenlänge mit der Ziel-Wellenlänge λZ übereinstimmt. Fertigungstoleranzen des Etalons 15, welche unter senkrechtem Einfall die Resonanzwellenlänge geringfügig verschieben, können somit durch Variation des Kippwinkels α ausgeglichen werden. Der hierfür benötigte Kippwinkel α ist typischer Weise klein und liegt zwischen ca. 2° und maximal ca. 20°.
  • Der vom Etalon 15 reflektierte, unerwünschte spektrale Untergrund der Pumpstrahlung 3b kann, ggfs. nach Reflexion an weiteren Optiken, geometrisch zu einem Strahlsumpf gelenkt werden, so dass übermäßig reflektierte Pumpstrahlung 3 insbesondere während der Feinabstimmung des Kippwinkels α nicht zu Beschädigungen führen kann. So kann z.B. wie in 3c gezeigt eine hoch reflektierend beschichtete Lochscheibe17, durch deren Öffnung eine Pumpstrahlungsfaser 16 geführt wird, verhindern, dass Rückreflexe zu Klebestellen des Fasersteckers gelangen und die Lochscheibe 17 kann dafür sorgen, dass solche Reflexe umgelenkt und in der gut gekühlten Steckeraufnahme absorbiert werden.
  • Wesentlich ist, dass unerwünschte Spektralanteile 10 auf ihrem Weg durch das Etalon 15, die Pumpoptik (z.B. 19, 20a, 20b in 3c) und über den Retroreflektor 14 wieder zurück zur Pumpstrahlungsquelle 1 so weit abgeschwächt werden, dass diese Verluste in der Bilanz mit dem Verstärkungsspektrum der Pumpstrahlungsquelle 1 überwiegen, so dass es nicht zu einem parasitären Anschwingen außerhalb der Absorptionslinie des aktiven Mediums 12 kommt.
  • Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung eines wellenlängenselektiven Elements in Form eines transmissiven optischen Elements, z.B. eines Etalons 15, kann für die Filterung von unerwünschten Spektralanteilen 10 auch ein reflektierendes Element verwendet werden, beispielsweise in Form eines Gitter-Wellenleiter-Spiegels 14a, der als Endspiegel der Pumpstrahlungsanordnung 11 dient, wie in 5 gezeigt ist.
  • Der Gitter-Wellenleiter-Spiegel 14a reflektiert nur Pumpstrahlung 3 in einem schmalen Spektralbereich um die Ziel-Wellenlänge λz und ermöglicht die Filterung von unerwünschten Spektralanteilen 10 der Pumpstrahlung 3. Der Gitter-Wellenleiter-Spiegel 14a kann beispielsweise wie in dem eingangs zitierten Artikel ausgebildet sein, der bezüglich dieses Aspekts durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
  • Sowohl die Gitter-Parameter als auch die Breite des Wellenleiters, d.h. der Abstand zwischen der Strahleintrittsfläche, an der das Gitter gebildet ist, und dem Substrat, können geeignet aufeinander abgestimmt werden, um eine konstruktive Interferenz für Pumpstrahlung 3 bei der Ziel-Wellenlänge λZ zu erhalten. Der Gitter-Wellenleiter-Spiegel 14a kann bei höherer Reflektivität eine höhere Winkelakzeptanz sowie eine vergleichsweise breitbandige Reflexion aufweisen als typische Volumen-Bragg-Gitter, so dass ggf. auf eine Fein-Justage verzichtet werden kann. In 5 wird der Gitter-Wellenleiter-Spiegel 14a als Retroreflektor unter nicht-senkrechtem Einfall, d.h. unter einem Winkel β zur Strahlrichtung 13 verwendet, und zwar in einer Littrow-Anordnung, bei welcher der Einfallswinkel und der Ausfallswinkel des Gitter-Wellenleiter-Spigels 14a übereinstimmen, so dass die Pumpstrahlung 3b, 3c in sich zurück reflektiert wird. Es versteht sich, dass der Gitter-Wellenleiter-Spiegel 14a auch unter senkrechtem Einfall (β = 0°) oder unter einem vom Littrow-Winkel abgeweichenden Kippwinkel verwendet werden kann.
  • An Stelle eines Gitter-Wellenleiter-Spiegels 14a kann als Endspiegel bzw. als Retroreflektor auch ein Volumen-Bragg-Gitter 14b dienen, wie dies in 6 dargestellt ist. Das Volumen-Bragg-Gitter 14b ist ausgebildet, die auftreffende Pumpstrahlung 3 nur in dem gewünschten Wellenlängenbereich um die Ziel-Wellenlänge λZ herum zu reflektieren (wobei keine Pumpstrahlung transmittiert wird). Auch auf diese Weise kann verhindert werden, dass unerwünschte Spektralanteile zur Pumpstrahlungsquelle 1 zurück reflektiert werden. Um sicher zu stellen, dass ein solches Volumen-Bragg-Gitter 14b ohne Winkelfeinabstimmung auf die Wellenlänge λz der durch den Reflektor 5 stabilisierten Pumpstrahlungsquelle 1 passt, kann es notwendig sein, ein periodenmoduliertes Volumen-Bragg-Gitter („chirped VBG“) 14b zu verwenden, um ausreichende Breitbandigkeit zu erreichen, wobei die Reflektanz eines solchen Volumen-Bragg-Gitters 14b durch seine geringe Brechzahldifferenz limitiert wird. Selbst wenn man annimmt, dass die Reflektanz des Volumen-Bragg-Gitters 14b sehr deutlich unter 100% liegt, z.B. bei 80-90%, so wäre doch dieser Anteil der auf dem Hinweg durch die Pumpstrahlungsanordnung 11 noch nicht absorbierten Pumpstrahlung 3 auf dem Rückweg nutzbar.
  • Obgleich bei den beiden obigen Beispielen der Endspiegel 14 als wellenlängenselektives Element ausgebildet wurde, kann eine WellenlängenSelektion ggf. auch an anderen Spiegeln der Pumpstrahlungsanordnung 11 erfolgen, beispielsweise an Spiegeln, die zur Faltung des Strahlengangs bzw. zur Realisierung von Mehrfachdurchgängen durch das laseraktive Medium 12 dienen. So kann durch eine Kombination mehrerer spektral scharfkantiger Beschichtungen (Interferenzfilter) auf unterschiedlichen Spiegeln die Unterdrückung unerwünschter Spektralkomponenten realisiert werden, wenn deren einer Anteil neben der gewünschten Pumpwellenlänge λz nur längerwellige Spektralbereiche reflektiert, während deren anderer Anteil neben der gewünschten Pumpwellenlänge λz nur kürzerwellige Spektralbereiche reflektiert. Auch können neben Volumen-Bragg-Gittern und Gitter-Wellenleiter-Spiegeln andere Arten von reflektierenden wellenlängenselektiven Elementen eingesetzt werden, die vorteilhafter Weise eine Gitterstruktur aufweisen können.
  • Weitere Ausführungsbeispiele einer Pumpstrahlungsanordnung 11, welche zum Pumpen eines laseraktiven Mediums in Form einer Signalfaser 22 mit laseraktivem Faser-Abschnitt 26, d.h. mit dotiertem (z.B. Erbium-dotiertem) Kern dienen, werden nachfolgend anhand von Fig. 7a-c näher beschrieben. Bei der dort gezeigten Pumpstrahlungsanordnung 11 wird die aus der Pumpstrahlungsquelle 1 austretende Pumpstrahlung 3 in einen ersten Pumpfaserabschnitt 23a eingekoppelt, an dem im Bereich eines eintrittsseitigen Faserendes ein Reflektor in Form eines Faser-Bragg-Gitters 5 zur Wellenlängen-Stabilisierung einbeschrieben ist. Der erste Pumpfaserabschnitt 23a ist an die Signalfaser 22 mit laseraktivem Faserabschnitt 26 gekoppelt, und zwar z.B. über einen Wellenlängenmultiplexer (WDM-Element), über eine seitliche Einkopplung oder über einen Pumpfaserabschnitt, der parallel zur Signalfaser 22 mit laseraktivem Faserabschnitt 26 verläuft und einen Wechselwirkungsbereich mit einer Länge D bildet, an dem Pumpstrahlung 3 in die Signalfaser 22 eingekoppelt wird, wie in 7a angedeutet ist.
  • In die Signalfaser 22, genauer gesagt in deren Kern, sind ein erstes und zweites weiteres Faser-Bragg-Gitter 24a,b eingeschrieben, die als Endspiegel eines an der laseraktiven Faser 22 gebildeten Resonators dienen. Das zweite Faser-Bragg-Gitter 24b stellt bevorzugt einen Auskoppler dar, an dem die in dem laseraktiven Faserabschnitt 26 erzeugte Laserstrahlung ausgekoppelt wird. Die Strahlungsleistung an dem zweiten weiteren Faser-Bragg-Gitter 24b ist hierbei größer als an dem ersten weiteren Faser-Bragg-Gitter 24a, d.h. die Pumpstrahlungsrichtung 3b ist im vorliegenden Beispiel gegenläufig zur Strahlungsrichtung der in dem laseraktiven Faserabschnitt 26 erzeugten Laserstrahlung. Es versteht sich von selbst, dass z.B. im Fall einer Faser-Verstärkeranordnung die weiteren Faser-Bragg-Gitter 24a, 24b entfallen können.
  • Bei dem in 7a gezeigten Beispiel weist die Pumpfaser 23 einen weiteren Pumpfaserabschnitt 23c auf, an dem die nicht von der laseraktiven Faser 22 absorbierte Pumpstrahlung von dieser weg geführt wird. Am Ende des weiteren Pumpfaserabschnitts 23c ist in die Pumpfaser 23 ein weiteres Faser-Bragg-Gitter 14c eingeschrieben, welches als Endspiegel bzw. als Retroreflektor dient, um die Pumpstrahlung 3c zurück zum laseraktiven Faserabschnitt 26 zu führen, so dass ein weiterer Strahlungsanteil in die Signalfaser 22 mit laseraktivem Faserabschnitt 26 eingekoppelt wird. Durch das Faser-Bragg-Gitter 14c als wellenlängenselektives Element werden unerwünschte Spektralanteile unterdrückt und es wird im Wesentlichen nur Pumpstrahlung 3c bei der Ziel-Wellenlänge λZ zur Pumpstrahlungsquelle 1 zurück reflektiert.
  • 7b zeigt eine Pumpstrahlungsanordnung 11, die sich von der in 7a gezeigten dadurch unterscheidet, dass an Stelle des weiteren Faser-Bragg-Gitters 14c ein Volumen-Bragg-Gitter 14d als Endspiegel sowie als wellenlängenselektives Element dient. Um die Pumpstrahlung aus dem weiteren Pumpfaserabschnitt 23c in einer Freistrahl-Propagation zum Volumen-Bragg-Gitter 14d zu führen, ist im vorliegenden Beispiel ein Objektiv 25 vorgesehen, welches die aus dem Ende des weiteren Pumpfaserabschnitts 23c austretende Pumpstrahlung 3 kollimiert bzw. fokussiert, bevor diese auf das Volumen-Bragg-Gitter 14d trifft. Obwohl das Objektiv 25 in 7b vereinfacht als Linse dargestellt ist, kann ein solches Objektiv mehrere optische Elemente umfassen, die beispielsweise auch als reflektierende optische Elemente ausgebildet sein können. Gegebenenfalls kann auch ein weiteres Objektiv vorgesehen sein, um die Pumpstrahlung 3 von der Pumpstrahlungsquelle 1 in den ersten Pumpfaserabschnitt 23a einzukoppeln. Auch kann anders als in 7a,b gezeigt an Stelle eines Faser-Bragg-Gitters 5 als Reflektor ein Volumen-Bragg-Gitter vorgesehen werden, um einen Anteil der Pumpstrahlung 3 zur Pumpstrahlungsquelle 1 zurück zu reflektieren. Auch die Verwendung einer Pumpstrahlungsquelle 1 in Form eines DFB- oder DBR-Lasers mit integrierter Gitterstruktur zur Wellenlängenstabilisierung ist möglich.
  • 7c zeigt eine weitere Ausführungsform einer Pumpstrahlungsanordnung 11, bei der ein wellenlängensensitives Element 15a zwischen dem ersten Pumpfaserabschnitt 23a der durch ein wellenlängenselektives Element 5 stabilisierten Pumpstrahlungsquelle 1 und dem laseraktiven Faserabschnitt 26 positioniert ist. Die Pumpstrahlungsquelle 1 kann z.B. eine wellenlängenstabilisierte Diode sein. Sie kann aber z.B. auch selbst ein Faserlaser sein. Das wellenlängenselektive Element 15a kann zum Beispiel ein Wellenlängenmultiplexer (WDM-Element) sein und zugleich die Pumpstrahlung 3b aus dem Pumpfaserabschnitt 23a in die Signalfaser 22 bzw. in den laseraktiven Faserabschnitt 26 einkoppeln, wie in 7c dargestellt ist, möglich ist aber auch ein wellenlängenselektives Element in Form eines Etalons, eines Gitters, etc.
  • Die Pumpstrahlung 3b kann durch einen weiteren Wellenlängenmultiplexer 15b aus dem laseraktiven Faserabschnitt 26 in einen zu einem Retroreflektor führenden Pumpfaserabschnitt 23c ausgekoppelt werden. Ein Retroreflektor 14a, der z.B. als Faser-Bragg-Gitter ausgeführt sein kann und der nicht absorbierte Pumpstrahlung 3c in den laseraktiven Faserabschnitt 26 zurücklenkt, kann an ein solches Wellenlängenmultiplexer-Element 15b bzw. an einen entsprechenden angespleissten Pumpfaserabschnitt 23c gekoppelt werden (vgl. 7c), es ist aber auch möglich, ein Faser-Bragg-Gitter direkt in die Signalfaser 22 einzuschreiben. Der Retroreflektor 14a weist in diesem Fall ebenfalls wellenlängenselektive Eigenschaften auf. An Stelle eines Faser-Bragg-Gitters 14a kann aber auch ein herkömmlicher Retroreflektor verwendet werden, z.B. eine der oben beschriebenen Komponenten oder auch ein verspiegeltes Faserende. Ebenso kann natürlich an anderer Stelle zwischen Pumplichtquelle 1 und Retroreflektor 14a ein wellenlängenselektives Element positioniert werden.
  • An Stelle einer einzelnen Pumpstrahlungsquelle 1 können auch auf unterschiedliche Wellenlängen stabilisierte Pumpstrahlungsquellen verwendet werden, die z.B. über die so genannte dichte Wellenlängenkopplung (als „dense wave multiplexing“, DWM oder auch als „dense wavelength division multiplexing“, DWDM bezeichnet) überlagert werden, wie dies z.B. in der WO2002071119 gezeigt ist, welche bezüglich dieses Aspekts durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. DWDM führt typischer Weise zu einer höheren Brillanz der verwendeten Pumpstrahlung.
  • Beispielsweise kann - wie in 7c gezeigt ist - mindestens eine weitere Pumpstrahlungsquelle 1a verwendet werden, deren Wellenlänge nicht identisch mit derjenigen der ersten Pumpstrahlungsquelle 1 sein muss, sondern z.B. durch ein anderes wellenlängenselektives Element 5a (z.B. in Form eines Bragg-Gitters) auf eine dicht benachbarte Wellenlänge stabilisiert sein kann. Im Falle dichter Wellenlängenkopplung kann das wellenlängenselektive Element 15a zur Einkopplung von Pumpstrahlung in den laseraktiven Faserabschnitt 26 ein DWDM-Element 15a sein, in welches auch die Pumpstrahlung aus einem weiteren Pumpfaserabschnitt 23d eingekoppelt wird, der mit der weiteren Pumpstrahlungsquelle 1a optisch gekoppelt ist.
  • Die nicht absorbierte Pumpstrahlung kann durch ein weiteres entsprechendes DWDM-Element 15b am anderen Ende des laseraktiven Faserabschnitts 26 auf mehrere unterschiedliche Wellenlängenports verteilt werden, in denen jeweils ein Retroreflektor 14a,c für die benachbarten Pumpstrahlungswellenlängen vorgesehen ist, wie in 7c angedeutet ist. Der Retroreflektor kann z.B. als Faser-Bragg-Gitter 14a,c ausgebildet sein, welches in einem jeweiligen an das DWDM-Element 15b angespleissten Faserabschnitt, der einen jeweiligen Port zugeordnet ist, eingeschrieben und an die jeweilige Wellenlänge der Pumpstrahlung angepasst ist.
  • Alternativ kann ein DWDM-Element 15b mit nur einem Port verwendet werden, welches die dicht benachbarten Wellenlängen in einen gemeinsamen Faserabschnitt 23c lenkt, an den ein Retroreflektor 14a optisch gekoppelt wird. In diesem Fall, bei dem Pumpstrahlung bei mehreren Wellenlängen über einen gemeinsamen Port des DWDM-Elements 15b ausgekoppelt wird, kann ein einziges Faser-Bragg-Gitter 14a, welches zur Reflexion der verschiedenen Pumpstrahlungswellenlängen geeignet ist, als Retroreflektor dienen.
  • Es versteht sich, dass ein entsprechendes Vorgehen auch bei der in 7b gezeigten Pumpstrahlungsanordnung 11 möglich ist. Die Pumpstrahlung mehrerer Pumpstrahlungsquellen kann über ein WDM-Element oder ein DWDM-Element 15a gleichläufig in den laseraktiven Faserkern 26 eingekoppelt werden und die Pumpstrahlung der Pumpstrahlungsquellen kann über ein weiteres WDM- oder DWDM-Element 15c von der Laserstrahlung getrennt werden.
  • Es versteht sich, dass an Stelle eines gleichläufigen Pumpens wie in 7c gezeigt auch ein gegenläufiges Pumpen des laseraktiven Faserabschnitts 26 erfolgen kann. Dazu können mindestens zwei Pumpwellenlängen über zwei separate WDM-Elemente 15a,c (vgl. 7b) gegenläufig (und an gegenüberliegenden Seiten) in den laseraktiven Faserabschnitt 26 eingekoppelt werden. In diesem Fall wird mindestens eine weitere Pumplichtquelle optisch mit dem WDM-Element 15c gekoppelt, an dem auch der weitere Pumpfaserabschnitt 23c zur Reflexion der Pumpstrahlung der Pumpstrahlungsquelle 1 angeschlossen ist, die über das WDM-Element 15a am anderen Ende des laseraktiven Faserabschnitts 26 eingekoppelt wird.
  • Alternativ zum oben in Zusammenhang mit 7a-c beschriebenen seitlichen Pumpen der laseraktiven Faser 22 bzw. des laseraktiven Faser-Abschnitts 26 kann auch ein optisches Pumpen erfolgen, bei dem die Pumpstrahlung 3 stirnseitig in die Signalfaser 22 eingekoppelt und ggf. auch wieder stirnseitig ausgekoppelt bzw. reflektiert wird.
  • Es versteht sich, dass Pumpstrahlungsquellen mit einem anderen Aufbau ebenfalls möglich sind. Die oben beschriebenen und andere Pumpstrahlungsquellen können bei Stab-,Slab-, Scheiben- oder Faserlasern verwendet werden. Besonders interessant ist ein solcher Einsatz bei Hochleistungs-Faserlasern. Für hohe Spitzenleistungen müssen dort zur Unterdrückung von nichtlinearen Effekten wie z.B. der Raman- und Brillouin-Streuung aktive Fasern mit einer kurzen Länge verwendet werden. Damit effizient Pumpstrahlung absorbiert werden kann und eine hohe Spitzenleistung der Laserstrahlung erreicht werden kann, muss der aktive Kern direkt gepumpt werden. Hierfür benötigt man eine Pumpstrahlung hoher Intensität und hoher Brillanz, was über eine DWM-Diodenanordnung erreicht werden kann. Wird von zwei Seiten gepumpt oder mit Rückreflektion ein Doppeldurchgang der Pumpstrahlung durch die Faser erreicht, können die Pumpdioden wie oben beschrieben aus ihrer stabilisierten Wellenlänge gelockt werden und die DWM funktioniert nicht mehr, was durch das Vorsehen von wellenlängenselektiven Elementen verhindert werden kann.

Claims (18)

  1. Pumpstrahlungsanordnung (11), umfassend: eine Pumpstrahlungsquelle (1) zum Erzeugen von Pumpstrahlung (3), sowie ein Mittel (5, 5a) zur Wellenlängenstabilisierung der Pumpstrahlungsquelle (1), gekennzeichnet durch: ein laseraktives Medium (12, 22), das von der Pumpstrahlung (3) bidirektional durchlaufen wird, einen Retroreflektor (14, 14a-d) zur Reflexion von nicht vom laseraktiven Medium (12, 22) absorbierter Pumpstrahlung (3c) zurück zur Pumpstrahlungsquelle (1), und ein von dem Mittel (5, 5a) zur Wellenlängenstabilisierung der Pumpstrahlungsquelle (1) verschiedenes wellenlängenselektives Element (14a-d, 15, 15a, 15b) zur Verhinderung einer Wellenlängendestabilisierung der Pumpstrahlungsquelle (1) durch Herausfilterung von unerwünschten Spektralanteilen (10) von nicht vom laseraktiven Medium (12, 22) absorbierter Pumpstrahlung (3c), wobei die unerwünschten Spektralanteile (10) außerhalb eines Spektralbereichs (8) liegen, der von der Pumpstrahlungsquelle (1) ohne das Vorhandensein einer Rückkopplung über den Retroreflektor (14, 14a-d) emittiert wird.
  2. Pumpstrahlungsanordnung nach Anspruch 1, bei welcher das Mittel zur Wellenlängenstabilisierung (5, 5a) als wellenlängenabhängiger Reflektor ausgebildet ist, um einen Anteil (3a) der erzeugten Pumpstrahlung (3) zur Pumpstrahlungsquelle (1) zurück zu reflektieren und einen transmittierten Anteil (3b) der Pumpstrahlung (3) dem laseraktiven Medium (12, 22) zuzuführen.
  3. Pumpstrahlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das wellenlängenselektive Element ein Interferenzfilter (15) ist.
  4. Pumpstrahlungsanordnung nach Anspruch 3, bei welcher der Interferenzfilter ein unter einem Winkel (α) zur Strahlrichtung (13) der Pumpstrahlung (3) ausgerichtetes Etalon (15) ist.
  5. Pumpstrahlungsanordnung nach Anspruch 4, bei welcher das Etalon (15) als Dünnschichtetalon ausgebildet ist.
  6. Pumpstrahlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: ein Auffang-Element (17) zum Umlenken und/oder Absorbieren der von dem wellenlängenselektiven Element (15) aus dem optischen Weg (13) der Pumpstrahlung (3) abgelenkten unerwünschten Spektralanteile (10).
  7. Pumpstrahlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das laseraktive Medium ein Festkörperkristall (12) ist und das wellenlängenselektive Element (15) im Strahlengang der Pumpstrahlung (3) zwischen dem Mittel (5) zur Wellenlängenstabilisierung und dem Festkörperkristall (12) oder zwischen dem Festkörperkristall (12) und dem Retroreflektor (14) angeordnet ist.
  8. Pumpstrahlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Retroreflektor, der insbesondere einen Endspiegel für die Pumpstrahlung (3) bildet, als wellenlängenselektives Element (14a-d) ausgebildet ist.
  9. Pumpstrahlungsanordnung nach Anspruch 8, bei welcher der Retroreflektor (14a-d) eine Gitterstruktur aufweist.
  10. Pumpstrahlungsanordnung nach Anspruch 9, bei welcher der Retroreflektor als Volumen-Bragg-Gitter (14b, 14d) ausgebildet ist.
  11. Pumpstrahlungsanordnung nach Anspruch 9, bei welcher der Retroreflektor als Gitter-Wellenleiter-Spiegel (14c) ausgebildet ist.
  12. Pumpstrahlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8 bis 11, bei dem das laseraktive Medium eine laseraktive Faser (22) ist und die Pumpstrahlungsanordnung (11) weiter umfasst: einen Pumpfaserabschnitt (23a) zum Zuführen von Pumpstrahlung (3) zu der laseraktiven Faser (22).
  13. Pumpstrahlungsanordnung nach Anspruch 12, weiter umfassend: einen weiteren Pumpfaserabschnitt (23c) zum Zuführen von von der laseraktiven Faser (22) nicht absorbierter Pumpstrahlung (3) zu dem Retroreflektor (14c, 14d).
  14. Pumpstrahlungsanordnung nach Anspruch 13, bei welcher der Retroreflektor als in dem weiteren Pumpfaserabschnitt (23c) gebildetes Faser-Bragg-Gitter (14c) ausgebildet ist.
  15. Pumpstrahlungsanordnung nach Anspruch 13, bei der zwischen einem austrittsseitigen Ende des weiteren Pumpfaserabschnitts (23c) und dem Retroreflektor (14d) ein Objektiv (25) angeordnet ist.
  16. Pumpstrahlungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, weiter umfassend: eine weitere Pumpstrahlungsquelle (1a) sowie einen weiteren Pumpfaserabschnitt (23d) zum Zuführen von weiterer Pumpstrahlung zu der laseraktiven Faser (22).
  17. Verfahren zum Pumpen eines laseraktiven Mediums (12, 22), umfassend: Erzeugen von Pumpstrahlung (3) mit einer Pumpstrahlungsquelle (1), Stabilisieren der Wellenlänge (λz) der Pumpstrahlung (3), sowie Pumpen des laseraktiven Mediums (12, 22) mittels der Pumpstrahlung (3), gekennzeichnet durch Herausfiltern von Spektralanteilen (10) von nicht vom laseraktiven Medium (12, 22) absorbierter Pumpstrahlung (3c) mit Hilfe eines wellenlängenselektiven Elements (14a-d, 15, 15a, 15b) zum Verhindern einer Wellenlängendestabilisierung der Pumpstrahlungsquelle (1), wobei die nicht vom laseraktiven Medium (12, 22) absorbierte Pumpstrahlung (3c) von einem Retroreflektor (14, 14a-d) zur Pumpstrahlungsquelle (1) zurück reflektiert wird, und wobei die herausgefilterten Spektralanteile (10) außerhalb eines Spektralbereichs (8) liegen, der von der Pumpstrahlungsquelle (1) ohne das Vorhandensein einer Rückkopplung über den Retroreflektor (14, 14a-d) emittiert wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Stabilisieren der Wellenlänge (λz) der Pumpstrahlung (3) durch einen wellenlängenabhängigen Reflektor (5, 5a) erfolgt, der einen Anteil (3a) der erzeugten Pumpstrahlung (3) zur Pumpstrahlungsquelle (1) zurück reflektiert und einen transmittierten Anteil (3b) der Pumpstrahlung (3) dem laseraktiven Medium (12, 22) zuführt.
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