DE19506608C2 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung der dritten Harmonischen der Grundwellenstrahlung eines optisch angeregten Neodym enthaltenden Laserkristalls - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Erzeugung der dritten Harmonischen der Grundwellenstrahlung eines optisch angeregten Neodym enthaltenden LaserkristallsInfo
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- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung
der dritten Harmonischen der Grundwellenstrahlung
eines optisch angeregten Neodym enthaltenden
Laserkristalls, der sich in einem Resonator mit
Resonatorspiegeln befindet, durch
Summenfrequenzbildung zwischen der zweiten
Harmonischen der Grundwellenstrahlung und der
Grundwellenstrahlung in zwei durchstrahlten
LBO-Kristallen.
Die Erfindung betrifft des weiteren eine Anordnung
zur Erzeugung der dritten Harmonischen der
Grundwellenstrahlung eines durch optische Strahlung
angeregten Neodym enthaltenden Laserkristalls, der
sich in einem Resonator mit Resonatorspiegeln
befindet, wobei sich im Strahlungsbereich der
austretenden Grundwellenstrahlung zwei LBO-Kristalle
zur Bildung einer zweiten und dritten Harmonischen
der Wellenlänge der Grundwellenstrahlung befinden.
Ein Verfahren mit den vorgenannten Merkmalen sowie
eine Anordnung mit den vorgenannten Merkmalen sind
aus der US 5 278 852 bekannt.
Die US 5 278 852 enthält darüber hinaus den Hinweis, daß die
nichtlinearen Kristalle in bekannter Weise für Phasenanpassung
anzuordnen sind, wobei sowohl Phasenanpassung vom Typ I als
auch Phasenanpassung vom Typ II in Frage kommen.
In Aufsätzen von Wu, B. et al. in: "J. Appl. Phys., Vol. 73,
No. 11, 1993, pp. 7108-7110" und von Lin, S. et al. in:
"Appl. Phys. Lett., Vol. 59, No. 13, 1991, pp. 1541-1543"
sind die Bedingungen für nichtkritische Phasenanpassung vom
Typ I und Typ II in LBO diskutiert. Auf die Erzeugung der
dritten Harmonischen und die dafür bei nichtkritischer Phasen
anpassung erforderlichen Temperaturen wird darin allerdings
nicht eingegangen.
Anordnungen zur Erzeugung der fünften Harmonischen mit drei
in Reihe geschalteten nichtlinearen Kristallen, darunter auch
LBO-Kristalle als Frequenzverdoppler, die für nichtkritische
Phasenanpassung ausgelegt sind, sind aus der US 5 144 630
bekannt.
Die Summenfrequenzbildung in LBO ist aus den
Druckschriften US 5 278 852 und US 5 144 630 bekannt.
In dem Buch "Solid State Laser Engineering" von W.
Koechner, Springer-Verlag 1992 (3. Auflage), sind auf
den Seiten 48 bis 53 die Grundlagen des Nd:YAG-Lasers
mit dem zugehörigen Energieniveau-Schema (vgl. Seite
49) beschrieben.
Weiterhin sind aus der EP 0 306 136 A2 eine
Laserquelle und ein Verfahren zur Erzeugung einer
kohärenten blauen Strahlung bekannt, wobei zwei im
Laser erzeugte Grundstrahlungen jeweils mit einer
Wellenlänge von 808 nm und 1064 nm in einem
nichtlinearen Kristall, der aus KTP besteht, gemischt
werden; die dabei erzeugte Strahlung weist eine
Wellenlänge von 459 nm (blau) auf.
Als problematisch kann sich hierbei die Einschränkung
auf eine einzige Wellenlänge von 459 nm (blau)
erweisen, falls eine physiologische Optimierung auf
der Basis der Grundfarben rot, grün, blau erwünscht
ist, bei der die Wellenlänge im Bereich von ca. 480
nm liegt; weiterhin ist nur eine begrenzte
Energieeinstrahlung in die KTP-Kristalle möglich, da
deren Zerstörschwelle gemäß Seite 525, Tabelle 10.1
des oben genannten Buches von W. Koechner im Bereich
von 0,5 GW/cm2 (sog. "damage threshold") liegt.
Hinsichtlich des Standes der Technik sei ergänzend
noch auf Hodgson, N. et al., "Efficient 100 W Nd:YAG
laser operating at a wavelength of 1.444 µm" in:
Optics Letters, Vol. 19, No. 17, 1994, pp. 328-330,
auf die DE 37 17 142 A1, auf Bowkett, G. C. et al.,
"Single mode 1.34 µm Nd:YVO4 microchip laser with cw
Ti:sapphire and diode laser pumping" in: Optics
Letters, Vol. 19, No. 13, 1994, pp. 957-959 und auf
Scheps, R. et al., "Internally Folded Nd:YAG and
Nd:YVO4 Lasers Pumped by Laser Diodes" in: IEEE
Journal of Quantum Electronics, Vol. 30, No. 9, 1994,
pp. 2132-2135 hingewiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren sowie eine Anordnung zur Erzeugung der dritten
Harmonischen der Grundwellenstrahlung eines optisch
angeregten Neodym enthaltenden Laserkristalls
bereitzustellen. Hierdurch soll eine blaue
Laserlichtquelle angegeben werden, die auf
unterschiedliche Wellenlängen des Blaulichts
einstellbar ist und durch die eine möglichst hohe
Ausgangsleistung des Blaulichts erzielbar ist.
Die Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, daß
aus dem Laserkristall austretende
Grundwellenstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich
von ca. 1318 bis 1444 nm in einen ersten LBO-Kristall
mit X-Schnitt (Θ = 90°; Φ = 0°) für nichtkritische
Typ I Phasenanpassung oder im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ =
0°) für nichtkritische Typ II Phasenanpassung zur
Bildung der zweiten Harmonischen der
Grundwellenstrahlung und anschließend die zweite
Harmonische der Grundwellenstrahlung und die
Grundwellenstrahlung in einen zweiten LBO-Kristall im
Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II
Phasenanpassung zur Bildung der dritten Harmonischen
der Grundwellenstrahlung durch Summenfrequenzbildung
eingestrahlt werden, wobei sich die
Grundwellenstrahlung und die zweite Harmonische der
Grundwellenstrahlung im jeweiligen Kristall in
gleicher Richtung ausbreiten und eine Strahlung mit
einer Wellenlänge im Bereich von ca. 439 bis 481
nm erzeugt wird und wobei die beiden LBO-Kristalle
auf verschiedenen Temperaturen im Bereich von -30°C
bis +200°C gehalten werden.
Demzufolge kann als für die Erfindung wesentlich
angesehen werden, welcher Typ der Phasenanpassung
jeweils vorliegt und daß die Kristalle bei
nichtkritischer Phasenanpassung auf verschiedenen
Temperaturen zu halten sind. Als besonders
vorteilhaft erweist es sich, daß die Strahlung durch
Temperaturstabilisierung der LBO-Kristalle stabil
gehalten werden kann, wobei durch
Temperatureinstellung eine Auswahl der erwünschten
Wellenlänge möglich ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung sind in den Patentansprüchen 2
bis 5 angegeben, wobei insbesondere darauf
hingewiesen sei, daß durch dielektrische Beschichtung
der Resonatorspiegel und/oder eines oder mehrerer
Etalons im Resonator und/oder eines Prismas oder
mehrerer Prismen im Resonator die
Grundwellenstrahlung auf eine Wellenlänge im Bereich
von ca. 1318 nm bis ca. 1444 nm in bevorzugter
diskontinuierlicher Weise eingestellt werden kann.
Die vorgenannte Aufgabe wird anordnungsgemäß dadurch
gelöst, daß entlang der Achse des Strahlengangs der
Grundwellenstrahlung ein erster LBO-Kristall im
X-Schnitt (Θ = 90°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ I
Phasenanpassung oder im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°)
für nichtkritische Typ II Phasenanpassung zur
Erzeugung der zweiten Harmonischen der
Grundwellenstrahlung und ein sich daran
anschließender zweiter LBO-Kristall im Z-Schnitt (Θ
= 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II
Phasenanpassung zur Bildung der dritten Harmonischen
durch Summenfrequenzbildung aus der
Grundwellenstrahlung und der zweiten Harmonischen der
Grundwellenstrahlung vorgesehen sind, wobei die
beiden LBO-Kristalle auf verschiedenen Temperaturen
im Bereich von -30°C bis +200°C eingestellt sind.
Demzufolge kann als für die Erfindung wesentlich
angesehen werden, welcher Typ der Phasenanpassung
jeweils vorliegt und daß die Kristalle bei
nichtkritischer Phasenanpassung auf verschiedenen
Temperaturen zu halten sind. Als besonders
vorteilhaft erweist sich die Möglichkeit, hohe
Strahlungsleistungen zu erzielen, da die
Zerstörschwelle von LBO-Kristallen verhältnismäßig
hoch liegt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung gemäß der
vorliegenden Erfindung sind in den Patentansprüchen 7
bis 14 angegeben.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1a, 1b, 2 und 3 näher
erläutert.
Fig. 1a zeigt schematisch den Aufbau einer Strahlungsanordnung mit entlang der optischen
Achse angeordnetem Laser-Kristall, erstem und zweiten LBO-Kristall und sphärischen Laser-
Resonatorspiegeln.
Fig. 1b zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung der in Fig. 1a gezeigten Strah
lungsanordnung, in der die Polarisationsrichtungen von Grundwelle, 2. Harmonischer und
3. Harmonischer erkennbar sind.
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Strahlungsanordnung und einem zweiten LBO-Kri
stall als Überhöhungs-Resonator, wobei mit Hilfe eines sogenannten Seed-Laser eine Grund
wellen-Anregungsfrequenz in den Strahlengang des Laser-Resonators eingekoppelt wird.
Fig. 3 zeigt im Längsschnitt den Strahlengang einer praktischen Ausführungsform, wobei der
Strahlengang mit Hilfe eines zusätzlichen sphärischen Resonatorspiegels um 90° umgelenkt
wird und der Strahlenaustritt über den zusätzlichen Resonatorspiegel erfolgt.
Gemäß Fig. 1a weist die Strahlungsanordnung einen stabförmigen Nd:YAG-Laserkristall 1
auf, der sich im Strahlungsbereich einer Anregungsquelle 2 befindet, die als kontinuierliche La
serdiode oder auch als Bogenlampe ausgeführt ist; entlang seiner Längsachse 3 ist der Laser
kristall 1 von zwei Resonatorspiegeln 4 und 5 umgeben, wobei sich im Strahlengang zwischen
den Spiegeln ein erster LBO-Kristall 6 für Typ I-Wechselwirkung mittels unkritischer Phasen
anpassung und ein zweiter LBO-Kristall 7 für Typ II-Wechselwirkung mittels unkritischer Pha
senanpassung befinden.
Der erste LBO-Kristall 6 weist für Typ I-Wechselwirkung einen X-Schnitt auf, dessen Phasenan
paßwinkel Θ = 90°, ϕ = 0° betragen; es ist jedoch auch möglich, einen LBO-Kristall mit Z-
Schnitt zur Typ II-Wechselwirkung einzusetzen, wobei dann die Phasenanpaßwinkel Θ = 0°, ϕ
= 0° betragen. Ein LBO-Kristall 6 mit X-Schnitt für Typ I-Wechselwirkung weist eine Orientie
rung auf, bei der die X-Achse parallel zur Längsachse 3 des Lasers in Richtung Laserkristall
verläuft, während die Y-Achse in horizontaler und die Z-Achse in vertikaler Richtung verlaufen.
Der zweite LBO-Kristall 7 weist einen Z-Schnitt mit Phasenanpaßwinkeln von Θ = 0°, ϕ = 0° auf;
die Orientierung der Z-Achse verläuft parallel zur Laserachse in Richtung des Laserkristalls 2,
während die Y-Achse in horizontaler und die X-Achse in vertikaler Richtung ausgerichtet sind.
Die Orientierung der Kristallachsen der LBO-Kristalle 6 und 7 ist anhand Fig. 1b erkennbar.
Die beiden LBO-Kristalle sind im Bereich ihrer Lichteintritts/Austrittsfläche jeweils mit einer di
elektrischen Beschichtung versehen, um die Reflexion zu vermindern. Beide LBO-Kristalle 6
und 7 sind gemäß Fig. 1a jeweils von einer thermischen Isolierung 8, 9 umgeben, welche ent
lang der Laserachse 3 strahlungsdurchlässige Öffnungen 11 aufweist. Jede der thermischen
Isolierungen 8, 9 ist mit einer hier nicht dargestellten steuerbaren Wärmequelle und einem
Temperatursensor versehen, um durch Vorgabe bestimmter Temperaturwerte eine Phasenan
passung zur Erzeugung der erwünschten zweiten und dritten Harmonischen vorzunehmen; als
Wärmequellen können gegebenenfalls auch Kühlvorrichtungen eingesetzt werden.
Die Resonatorspiegel 4 und 5 sind als dielektrische Spiegel ausgeführt, die Strahlung einer
Wellenlänge von 1318.8 nm reflektieren und für Strahlung mit einer Wellenlänge von 1064.1 nm
hochtransparent sind; sie sind als sphärische bzw. konkave Spiegel ausgeführt um eine hohe
Intensität der Strahlung zur gewährleisten. Dadurch wird die Laser-Anordnung gezwungen, bei
einer Wellenlänge von 1318.8 nm zu generieren. Als Anregungsquelle kann eine kontinuierlich
arbeitende Laser-Diode oder eine Entladungslampe eingesetzt werden. Sie erfolgt vorzugswei
se mit einem Dioden-Laser-Array bei ca. 808 nm. Die vom Laser-Kristall 1 erzeugte Grund
strahlung von ca. 1318.8 nm wird durch die Resonatorspiegel 4, 5 rückgekoppelt, die Strahlung
von 1064.1 nm kann nicht anschwingen; durch den nichtlinearen LBO-Kristall 6 wird ein Teil der
Grundwellenstrahlung von ca. 1318.8 nm in die zweite Harmonische bei ca. 659.4 nm umge
wandelt; die sogenannte zweite Harmonische wird auch als SHG (SHG - second harmonic ge
neration) bezeichnet. Die SHG erfolgt vorzugsweise innerhalb des Resonators des
Nd:YAG-Lasers, um eine hohe Umwandlungsrate zu erreichen; es ist jedoch auch möglich, so
wohl LBO-Kristall 6 als auch LBO-Kristall 7 außerhalb des durch die Resonatorspiegel begrenz
ten Resonatorraums anzuordnen.
Die verbleibende Grundwelle und die zweite Harmonische werden nun in dem zweiten LBO-Kri
stall 7 zur Bildung der dritten Harmonischen, die auch als THG bezeichnet wird (THG - third
harmonic generation), gemischt, um eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 439.6 nm zu er
zeugen. Beide LBO-Kristalle 6, 7 werden durch eine Temperaturregelung auf der für den jewei
ligen Prozeß optimale Temperatur thermostatisiert. Wie aus dem Buch "Solid State Laser
Engineering" von W. Koechner, Springer-Verlag 1992, Seite 49 zu entnehmen ist, gestattet das
Nd3+-Ion in YAG zwei 4-Niveau-Übergänge vom Zustand 4F3/2 nach 4I13/2 (Wellenlänge ca. 1.3
µm) und 4I13/2 (Wellenlänge ca. 1.06 µm). Durch die Wirkung des elektrischen Feldes der Ionen
des Wirtskristalls sind die oben genannten 3 Energieniveaus zusätzlich aufgespalten. Es erge
ben sich eine Reihe von möglichen Laserübergängen, von denen diejenigen bei 1064.1 nm
bzw. 1318.8 nm die jeweils größte Verstärkung aufweisen. Da jedoch der Verstärkungskoeffizi
ent des Übergangs bei ca. 1064.1 nm ca. dreimal so hoch wie derjenige bei 1318.8 nm ist, muß
durch geeignete Maßnahmen verhindert werden, daß der Laser bei ca. 1064.1 nm anschwingt.
Dies wird durch die Resonatorspiegel 4, 5, erreicht, die eine hohe Reflexion bei ca. 1318.8 nm
und eine hohe Transmission bei 1064.1 nm aufweisen.
Die Erzeugung der zweiten Harmonischen erfolgt innerhalb des Laser-Resonators mit Hilfe des
ersten LBO-Kristalls 6 mittels Typ I-Phasenanpassung mit Phasenanpaßwinkeln von Θ = 90°
und ϕ = 0°. Der LBO-Kristall 6 ist für die zweite Harmonische sowie für die Grundwellenstrah
lung dielektrisch entspiegelt. Im zweiten LBO-Kristall werden mittels Typ II-Phasenanpassung
mit einem Phasenanpaßwinkel von Θ = 0°, ϕ = 0° die Grundwellenstrahlung und die zweite Har
monische gemischt, wobei der LBO-Kristall hierzu erwärmt wird. Als besonders vorteilhaft hat
sich für die Erzeugung der dritten Harmonischen eine Erwärmung im Bereich von 160°C erge
ben. Der zweite LBO-Kristall 7 ist mit einer dielektrischen Beschichtung versehen, um die Verlu
ste für die Grundwellenstrahlung möglichst klein zu halten und einen optimalen Betrieb des La
sers zu gewährleisten.
Anhand Fig. 1b sind die Polarisationsrichtungen der linear polarisierten Wellen λ1, λ2 und λ3
erkennbar, wobei mit λ1 die Grundwelle, mit λ2 die 2. Harmonische und mit λ3 die 3. Harmoni
sche bezeichnet sind; der Vektor der Grundwelle liegt in der senkrecht zur Achse 3 des Strah
lenganges angeordneten X'-Y'-Referenzebene bei 0° (d. h. in der Y'-Achse), der Vektor der 2.
Harmonischen liegt bei 90° (d. h. in der X'-Achse) und der Vektor der 3. Harmonischen liegt
ebenso wie der Vektor der Grundwelle bei 0° in der Referenzebene (in der Y'-Richtung); in ei
ner bevorzugten Ausführungsform betragen die Wellenlängen der Grundwelle 1318,8 nm (Infra
rotbereich des Spektrums), die Wellenlänge der 2. Harmonischen 659,4 nm (roter Bereich des
Spektrums) und die Wellenlänge der 3. Harmonischen 439,6 nm (blauer Bereich des
Spektrums).
Fig. 2 ist auf eine Modifikation der anhand Fig. 1a, 1b beschriebenen Bestrahlungsanord
nung gerichtet, wobei der zweite LBO-Kristall 7 als monolitischer Überhöhungs-Resonator für
die Strahlung bei ca. 659.4 nm dielektrisch verspiegelt wird. Mit Hilfe eines sogenannten Seed-
Lasers 14 wird eine Grundwellen-Anregungsfrequenz in den Strahlengang des Laser-Resona
tors eingekoppelt, deren im ersten LBO-Kristall erzeugte zweite Harmonische (SHG) mit einer
Eigenfrequenz des monolitischen Resonators 7 übereinstimmt, so daß eine weitere Steigerung
der Ausgangsleistung der Strahlung bei 439.6 nm erfolgt; das Prinzip eines sogenannten Seed-
Lasers ist in der US 5 027 361 näher erläutert.
Die in Fig. 3 dargestellte Strahlungsanordnung weist zur Anregung eine GaAlAS-Laser
diode 15 auf, deren Strahlung bei 808 nm über eine Kollimationsoptik 16 und Fokussierungsop
tik 17 longitudinal in den Raum zwischen den Resonatorspiegeln 4 und 5 eingestrahlt wird; die
Laser-Anordnung ist ähnlich aufgebaut, wie anhand der Fig. 1a, 1b erläutert, jedoch ist hier
entlang des Strahlenganges 3 ein zusätzlicher Resonatorspiegel 18 vorgesehen, welcher zwi
schen dem ersten LBO-Kristall 6 zur Erzeugung der zweiten Harmonischen und dem zweiten
LBO-Kristall 7 zur Erzeugung der dritten Harmonischen angeordnet ist. Die Achse 3 des Strah
lenganges im Resonator wird durch Resonatorspiegel 18 um 90° gedreht. Der Strahlenaustritt
erfolgt durch den Resonatorspiegel 18 in der durch den Pfeil 20 dargestellten Richtung. Der
Nd:YAG Laser-Kristall ist mit Bezugsziffer 1 bezeichnet.
Der LBO-Kristall 6 besitzt zwei polierte Flächen, die senkrecht zur kristallographischen X-Achse
des Kristalls, d. h. senkrecht zur Achse 3 des Resonators angeordnet sind, wobei der Kristall so
in den Strahlengang einjustiert ist, daß sich der Laserstrahl bei 1318.8 nm in Richtung der kri
stallographischen X-Achse ausbreitet. Die Polarisationsrichtung der Strahlung bei 1318.8 nm
wird parallel zur kristallographischen Z-Achse des Kristalls gewählt. Dies kann z. B. durch einen
Polarisator 21 er reicht werden, der in den Strahlengang 3 gebracht wird.
Durch Kühlung des in einer thermischen Isolierung 8 befindlichen ersten LBO-Kristalls auf ei
nen Wert von ca. -10°C wird die Brechzahl des Kristalls dahingehend verändert, daß die Er
zeugung der zweiten Harmonischen (SHG) der Strahlung bei 1318.8 nm vorliegt. Der Kristall
wird hierzu in einem Kyrostat angeordnet. Die Kühlung gegenüber der Umgebungstemperatur
erfolgt vorzugsweise mit einem Peltierkühler, wie er handelsüblich ist. Der zweite LBO-Kristall 7
ist ebenfalls in einer thermischen Isolierung 9 angeordnet, wie dies bereits anhand der Fig.
1a, 1b beschrieben ist. Die Brechzahl des Kristalls wird durch eine Erwärmung auf eine
Temperatur von ca. 160°C dahingehend verändert, daß Phasenanpassung für die Erzeugung
der Summenfrequenz der Strahlungen bei 1318.8 nm und 659.4 nm vorliegt. Im folgenden wird
die Betriebsweise der Laseranordnung nach Fig. 3 beschrieben.
Mittels eines wellenlängenselektiven Elements 22 (Etalon und/oder Prisma) und/oder selektiver
Ver- bzw. entspiegelung der Resonatorspiegel 4, 5 und 18 kann der Betrieb des
Nd:YAG-Lasers auf der jeweiligen Wellenlänge 1318.8 nm, 1320 nm, 1333.8 nm, 1335 nm,
1338.2 nm, 1341 nm, 1345 nm, 1414 nm und 1444 nm erzielt werden; der Einsatz von Etalons
ist beispielsweise aus der Veröffentlichung "1.05-1.44 µm Tunability and Performance of the
CW Nd3+:YAG Laser" von Jack Marling, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL.
QE-14, NO 1, JAN. 1978 bekannt. Die Temperatur des X-Schnitt-SHG-LBO-Kristalls 7 muß im
Bereich von ca. 150°C bis ca. 300°C thermostatisiert werden.
Die GaAlAs-Laserdiode 15 inklusive Kollimationsoptik 16 emittiert Strahlung bei 808 nm. Diese
Strahlung wird durch eine Fokussieroptik 17 longitudinal in den Laser-Resonator entlang der
Achse 3 eingestrahlt, der durch die Resonatorspiegel 4, 5 und 18 gebildet ist. Innerhalb des Re
sonators befindet sich der Laserkristall 1 aus laseraktivem Material Nd:YAG, welches die Strah
lung der Pumplichtquelle bei 808 nm effektiv absorbiert. Dadurch wird das laseraktive Nd3+-Ion
zur Emission von Strahlung entsprechend der Übergänge 4F3/2 zu 4I15/2, 4I13/2, 4I11/2, und 4I9/2, ge
mäß Seite 49, Fig. 2.5 des Buches von W. Koechner angeregt.
Die Resonatorspiegel 4, 5 und 18 sind für die Wellenlänge 1318.8 nm hochreflektierend ver
spiegelt (entsprechend Übergang 4F3/2 → 4I13/2) und für 1064 nm entspiegelt. Dadurch wird der
Laserübergang 4F3/2 → 4I11/2 (1064 nm) welcher an sich einen höheren Wirkungsquerschnitt der
stimulierten Emission als der Übergang 4F3/2 → 4I13/2 besitzt, unterdrückt. Der Übergang
4F3/2 → 4I15/2 mit einer Wellenlänge von ca. 1800 nm besitzt einen wesentlich kleineren Wir
kungsquerschnitt der stimulierten Emission als der Übergang 4F3/2 → 4I13/2 und kann damit
ebenfalls nicht anschwingen. Der Übergang 4F3/2 → 4I9/2 (ca. 946 nm) kann als
3-Niveau-Laserübergang ebenfalls nicht anschwingen.
Durch die angegebene Art der hohen Verspiegelung der Resonatorspiegel bei 1318.8 nm wird
verhindert, daß ein wesentlicher Anteil der generierten Laserstrahlung bei 1318.8 nm aus dem
Resonator ausgekoppelt wird. Dadurch wird ein starkes Laserlichtfeld innerhalb des Resonators
für diese Laserwellenlänge aufgebaut.
Die im ersten LBO-Kristall 6 entstehende Strahlung bei 659.4 nm (rot) ist parallel zur kristallo
graphischen Y-Richtung des Kristalls polarisiert und breitet sich koaxial zur Grundwellenstrah
lung bei 1318.8 nm aus.
Um einen optimalen Laserbetrieb bei 1318.8 nm zu gewährleisten, wird der LBO-Kristall 6 beid
seitig auf seinen die Achse des Strahlenganges schneidenden Flächen für eine Wellenlänge
von 1318.8 nm entspiegelt.
Um die im ersten LBO-Kristall 6 generierte Strahlung bei 659.4 nm vollständig zum zweiten
LBO-Kristall 7 zu leiten, wird der Resonatorspiegel 18 zusätzlich zu der hochreflektierenden
Verspiegelung bei 1318.8 nm ebenfalls für 659.4 nm hochreflektierend verspiegelt.
Im zweiten LBO-Kristall 7 werden die beiden Strahlungen bei 1318.8 nm und 659.4 nm ge
mischt. Die entstehende Strahlung besitzt eine Wellenlänge von 439.6 nm (blau). Der LBO-Kri
stall 7 besitzt dazu zwei polierte Flächen, die senkrecht zur kristallographischen Z-Achse des
Kristalls angeordnet sind. Der Kristall wird so in den Strahlengang der Strahlungen bei 1318.8
nm und 659.5 nm justiert, daß sich diese beiden Strahlungen parallel zur Z-Achse des Kristalls
ausbreiten. Zusätzlich ist der Kristall so angeordnet, daß die Strahlung bei 1318.8 nm parallel
zur kristallographischen X-Achse des Kristalls und die Strahlung bei 659.4 nm parallel zur kri
stallographischen Y-Achse des Kristalls polarisiert sind.
Um einen optimalen Laserbetrieb bei 1318.8 nm zu gewährleisten, wird der zweite LBO-Kristall
7 ebenfalls beidseitig auf seinen die Achse des Strahlenganges senkrecht schneidenden Flä
chen für eine Wellenlänge von 1318.8 nm entspiegelt.
Um eine optimale Auskopplung der erzeugten Strahlung bei 439.6 nm aus dem Laser-Resona
tor zu erreichen, wird der LBO-Kristall 7 zusätzlich zur Entspiegelung für 1318.8 nm noch für
439.6 nm entspiegelt. Der Resonatorspiegel 5 wird zusätzlich zur Verspiegelung bei 1318.8 nm
auch für 439.6 nm verspiegelt.
Zusätzlich zu der Verspiegelung bei 1318.8 nm und 659.4 nm wird der Resonatorspiegel 18 für
die Strahlung 439.6 nm entspiegelt. Die Strahlung bei 439.6 nm wird dadurch am Resonator
spiegel 18 aus dem Laser-Resonator in Richtung des Pfeils 20 ausgekoppelt und steht für die
Anwendung zur Verfügung.
Claims (14)
1. Verfahren zur Erzeugung der dritten Harmonischen
der Grundwellenstrahlung eines optisch angeregten
Neodym enthaltenden Laserkristalls (1), der sich in
einem Resonator mit Resonatorspiegeln (4, 5; 4, 18,
5) befindet, durch Summenfrequenzbildung zwischen der
zweiten Harmonischen der Grundwellenstrahlung und der
Grundwellenstrahlung in zwei durchstrahlten
LBO-Kristallen (6, 7),
dadurch gekennzeichnet, daß
aus dem Laserkristall (1) austretende
Grundwellenstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich
von ca. 1318 bis 1444 nm in einen ersten LBO-Kristall
(6) mit X-Schnitt (Θ = 90°; Φ = 0°) für
nichtkritische Typ I Phasenanpassung oder im
Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II
Phasenanpassung zur Bildung der zweiten Harmonischen
der Grundwellenstrahlung und anschließend die zweite
Harmonische der Grundwellenstrahlung und die
Grundwellenstrahlung in einen zweiten LBO-Kristall
(7) im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische
Typ II Phasenanpassung zur Bildung der dritten
Harmonischen der Grundwellenstrahlung durch
Summenfrequenzbildung eingestrahlt werden, wobei sich
die Grundwellenstrahlung und die zweite Harmonische
der Grundwellenstrahlung im jeweiligen Kristall (6,
7) in gleicher Richtung ausbreiten und eine Strahlung
mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 439 bis
481 nm erzeugt wird und wobei die beiden
LBO-Kristalle (6, 7) auf verschiedenen Temperaturen
im Bereich von -30°C bis +200°C gehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Grundwellenstrahlung mit
Hilfe eines Nd:YAG-Laserkristalls (1) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß durch dielektrische Beschichtung
der Resonatorspiegel (4, 5; 4, 18, 5) und/oder eines
oder mehrerer Etalons (22) im Resonator und/oder
eines Prismas oder mehrerer Prismen (22) im Resonator
die Grundwellenstrahlung auf eine Wellenlänge im
Bereich von ca. 1318 nm bis ca. 1444 nm eingestellt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Grundwellenstrahlung mit
Hilfe eines Nd:Sc2O3-Laserkristalls bei einer
Wellenlänge von ca. 1367 nm oder mit Hilfe eines Nd:
YVO4-Laserkristalls bei einer Wellenlänge von ca.
1340 nm erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anregung des
Laserkristalls (1) durch kontinuierliche Strahlung
erfolgt.
6. Anordnung zur Erzeugung der dritten Harmonischen
der Grundwellenstrahlung eines durch optische
Strahlung angeregten Neodym enthaltenden
Laserkristalls (1), der sich in einem Resonator mit
Resonatorspiegeln (4, 5; 4, 18, 5) befindet, wobei
sich im Strahlungsbereich der austretenden
Grundwellenstrahlung zwei LBO-Kristalle (6, 7) zur
Bildung einer zweiten und dritten Harmonischen der
Wellenlänge der Grundwellenstrahlung befinden,
dadurch gekennzeichnet, daß
entlang der Achse (3) des Strahlengangs der
Grundwellenstrahlung ein erster LBO-Kristall (6) im
X-Schnitt (Θ = 90°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ I
Phasenanpassung oder im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°)
für nichtkritische Typ II Phasenanpassung zur
Erzeugung der zweiten Harmonischen der
Grundwellenstrahlung und ein sich daran
anschließender zweiter LBO-Kristall (7) im Z-Schnitt
(Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II
Phasenanpassung zur Bildung der dritten Harmonischen
durch Summenfrequenzbildung aus der
Grundwellenstrahlung und der zweiten Harmonischen der
Grundwellenstrahlung vorgesehen sind, wobei die
beiden LBO-Kristalle (6, 7) auf verschiedenen
Temperaturen im Bereich von -30°C bis +200°C
eingestellt sind.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die aus dem Laserkristall (1) und
dem ersten und dem zweiten LBO-Kristall (6, 7)
bestehende Anordnung entlang der Achse (3) ihres
Strahlenganges an ihren äußeren Enden jeweils von
einem Resonatorspiegel (4, 5) seitlich umgeben ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Achse (3) des Strahlenganges
durch wenigstens einen Umlenkspiegel (18) abgelenkt
ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (18) zur
Auskopplung des Laserstrahls teildurchlässig
ausgebildet ist.
10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Strahlengang mit Hilfe von
Umlenkspiegeln (18) als Ring oder Polygon ausgebildet
ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden
LBO-Kristalle (6, 7) jeweils in einem Thermostaten
(8, 9) angeordnet ist, der entlang der Achse (3) des
Strahlenganges strahlungsdurchlässig ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite LBO-Kristall
(7) auf seinen die Achse (3) schneidenden optischen
Flächen hochreflektierend für die Strahlung der
zweiten Harmonischen verspiegelt ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Anregung des
Nd:YAG-Kristalls (1) eine Entladungslampe mit
blitzförmiger Entladung vorgesehen ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß zur optischen Anregung
des Nd:YAG-Laserkristalls (1) ein Halbleiter-Laser
vorgesehen ist.
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---|---|---|---|---|
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3717142A1 (de) * | 1986-11-20 | 1988-06-01 | John Tulip | Neodymlaser langer wellenlaenge |
EP0306136A2 (de) * | 1987-08-31 | 1989-03-08 | International Business Machines Corporation | Modulierte Laserquelle im blauen Spektralbereich |
US5027361A (en) * | 1988-06-21 | 1991-06-25 | Board Of Trustees Of Leland Stanford, Jr., University | Efficient laser harmonic generation employing a low-loss external optical resonator |
US5144630A (en) * | 1991-07-29 | 1992-09-01 | Jtt International, Inc. | Multiwavelength solid state laser using frequency conversion techniques |
US5278852A (en) * | 1990-10-11 | 1994-01-11 | Kigre, Inc. | Intra-cavity high order harmonic laser |
-
1995
- 1995-02-24 DE DE1995106608 patent/DE19506608C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3717142A1 (de) * | 1986-11-20 | 1988-06-01 | John Tulip | Neodymlaser langer wellenlaenge |
EP0306136A2 (de) * | 1987-08-31 | 1989-03-08 | International Business Machines Corporation | Modulierte Laserquelle im blauen Spektralbereich |
US5027361A (en) * | 1988-06-21 | 1991-06-25 | Board Of Trustees Of Leland Stanford, Jr., University | Efficient laser harmonic generation employing a low-loss external optical resonator |
US5278852A (en) * | 1990-10-11 | 1994-01-11 | Kigre, Inc. | Intra-cavity high order harmonic laser |
US5144630A (en) * | 1991-07-29 | 1992-09-01 | Jtt International, Inc. | Multiwavelength solid state laser using frequency conversion techniques |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
BOWKETT, G.C. et al.: Single-mode 1.34-mum ND:YVO ¶4¶ microchip laser with on Ti:sapphire and diode-laser pumping. In US-Z.: Optics Letters, Vol. 19, No. 13, 1994, pp. 957-959 * |
HODGSON, N. et al.: Efficient 100-W Nd:YAG laser operating at a wavelength of 1.444 mum. In US-Z.: Optics Letters, Vol. 19, No. 17, 1994, pp. 328-330 * |
LIN, S. et al.: Phase-matching retracing behavior:New features in LiB¶3¶O¶5¶. In US-Z.: Appl.Phys. Lett., Vol. 59, No. 13, 1991, pp. 1541-1543 * |
MARLING, J.: 1.05-1.44 mum Tunability and Perfor- mance of the CW Nd:·3··+·:YAG Laser. In US-Z.: * |
SCHEPS,R.: Internally Folded ND:YAG and Nd:YVO¶4¶ Lasers Pumped by Laser Diodes. In US-Z.: IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 30, No. 9, 1994, pp. 2132-3135 * |
WU, B. et al.: Type-I and type-II noncritical phase matching of LiB¶3¶O¶5¶ crystal. In US-Z.: J.Appl.Phys., Vol. 73, No. 11, 1993, pp.7108-7110 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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