AT515674A4 - Festkörperlaser - Google Patents

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AT515674A4 ATA184/2014A AT1842014A AT515674A4 AT 515674 A4 AT515674 A4 AT 515674A4 AT 1842014 A AT1842014 A AT 1842014A AT 515674 A4 AT515674 A4 AT 515674A4
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Abstract

Ein Festkörperlaser weist ein verstärkendes Lasermedium (1) zur Erzeugung eines Laserstrahls (4) und eine mindestens eine Laserdiode (16) aufweisende Pumpeinrichtung (13, 14) auf, von der eine Pumpstrahlung (5) erzeugt wird, die auf eine erste Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) auftrifft, welche parallel zu einer z- Achse und parallel zu einer rechtwinkelig zur z-Achse stehenden y-Achse liegt. An einer der ersten Seitenfläche (6) gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche (23) ist das Lasermedium (1) durch einen Kühlkörper (22) gekühlt. Die Länge eines y-1/e2- Bereichs (33) der Pumpstrahlung (5) ist kleiner als die Länge der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) in Richtung der y-Achse, wobei der y-1/e2-Bereich (33) der Pumpstrahlung (5) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) geteilt durch e2 beträgt. Die Länge eines y-Kühlbereichs (26), die einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen sich ein Kühlstreifen (24) erstreckt, ist kleiner als 70% und größer als 50% der Länge eines y-Pumpbereichs (28) des Lasermediums (1), wobei der y-Pumpbereich (28) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium (1) absorbierten Leistung der Pumpstrahlung (5) absorbiert wird und an dessen beiden Enden die Intensität der Pumpstrahlung (5) gleich groß ist. (Fig. 4)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörperlaser mit einem verstärkenden Lasermedium zur Erzeugung eines Laserstrahls und einer mindestens eine Laserdiode aufweisenden Pumpeinrichtung, von der eine Pumpstrahlung erzeugt wird, die auf eine erste Seitenfläche des Lasermediums auftrifft, welche parallel zu einer z-Achse und parallel zu einer rechtwinkelig zur z-Achse stehenden y-Achse liegt, wobei in eine Richtung einer rechtwinkelig zur z-Achse und rechtwinkelig zur y-Achse stehenden x-Achse gesehen, der Laserstrahl parallel zur z-Achse durch das Lasermedium verläuft, wobei das Lasermedium an einer parallel zur z-Achse und parallel zur y-Achse liegenden und der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche durch einen Kühlkörper gekühlt ist, mit dem es in thermischer Verbindung steht, wobei die Länge eines y-Kühlbereichs kleiner als die Länge der zweiten Seitenfläche des Lasermediums in Richtung der y-Achse ist, wobei der y-Kühlbereich des Lasermediums einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen sich ein Kühlstreifen erstreckt, über den das Lasermedium an der zweiten Seitenfläche mit dem Kühlkörper thermisch verbunden ist, wobei die Länge eines y-1/e2-Bereichs der Pumpstrahlung kleiner als die Länge der ersten Seitenfläche des Lasermediums in Richtung der y-Achse ist und die erste Seitenfläche des Lasermediums sich in beide Richtungen der y-Achse über den y-1/e2-Bereich der Pumpstrahlung hinaus erstreckt, wobei der y-1/e2-Bereich der Pumpstrahlung einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums geteilt durch e2 beträgt.
Seitengepumpte Festkörperlaser, insbesondere auch solche mit einer Zick-Zack-Geometrie (=Laser mit „Zig-Zag slab gain medium"), sind verbreitet. Nd:YAG ist das bekannteste Lasermedium für Nanosekundenlaser aufgrund der relativ hohen
Verstärkung, einer Speicherzeit von 250 ps und der Verfügbarkeit in großen Slabs (>10cm) zu vergleichsweise geringen Kosten. Neben Nd:YAG sind als verstärkende Lasermedien (= laseraktive Materialien) u.a. Nd:Glas, Nd:VANADAT oder Yb:YAG bekannt.
Zum Pumpen von Festkörperlasern werden in jüngerer Zeit anstelle von Blitzlampen vermehrt Laserdioden eingesetzt. Ein in dieser Weise gepumpter Festkörperlaser ist beispielsweise in Errico Armandillo and Callum Norrie: „Diode-pumped high-efficiency high-brightness Q-switched ND:YAG slab laser", OPTICS LETTERS, Vol. 22, No. 15, 1. August 1997, Seiten 1168 bis 1170 beschrieben. Laserdioden haben insbesondere Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades, der Pumpeffizienz und der Lebensdauer. Um höhere Pumpleistungen zu erreichen, werden mehrere Laserdioden in einem gemeinsamen Bauteil zusammengefasst. Bei Barren (englisch „bar") werden auf einem streifenförmigen Chip mehrere Laserdioden (=Einzelemitter) angeordnet und elektrisch parallel betrieben sowie auf einer gemeinsamen Wärmesenke montiert. Die Einzelemitter eines solchen Barrens emittieren jeweils einen Laserstrahl, der in Richtung einer sogenannten „fast-axis" einen deutlich größeren Abstrahlwinkel, z.B. +/- 33°, aufweist als in einer rechtwinkelig hierzu stehenden Richtung einer sogenannten „slow-axis", in der der Abstrahlwinkel z.B. +/- 5° beträgt. Bei Laserdioden-Stacks, die auch als Laserdioden-Stapel bezeichnet werden, werden mehrere solcher Barren mit ihren Breitseiten und/oder Schmalseiten nebeneinander angeordnet. Um die von einem solchen Laserdioden-Stack emittierte Laserstrahlung, welche stark divergiert, entsprechend gebündelt dem verstärkenden Lasermedium zuzuführen, sind unterschiedliche Arten von optischen Systemen eingesetzt worden. Beispielsweise ist es bekannt, vor den Laserdioden eines jeweiligen Barrens eine Mikrolinse in Form einer Zylinderlinse anzuordnen, wobei die Zylinderachsen in Richtung der „slow-axis" ausgerichtet sind, sodass die starke Divergenz in Richtung der „fast-axis" reduziert wird, z.B. auf unter 1 °. Dadurch wird die nachfolgende Optik zur Abbildung der Laserstrahlung in das verstärkende Lasermedium wesentlich vereinfacht.
Aus der WO 2014/019003 A1 ist bekannt, einen gemeinsamen Zylinderspiegel einzusetzen, dessen Zylinderachse in Richtung der „fast axis" ausgerichtet ist und der das Licht aller Laserdioden in Richtung der „slow axis" bündelt, oder eine solche Zylinderlinse einzusetzen. Es kann hierbei eine hohe Pumpeffizienz bei einer kompakten Ausbildung erreicht werden.
Unterschiedliche weitere optische Systeme zum Bündeln des von Laserdioden-Barren emittierten Lichts, z.B. zum Pumpen von Festkörperlasern, sind bekannt, beispielsweise aus der US 2011/0064112 A1, US 2007/0064754 A1 oder JP P2004-96092 A.
Ein Problem bei Festkörperlasern stellen thermische Effekte dar, die zur Ausbildung von thermischen Linsen und/oderzur Erzeugung von stress-induzierter Doppelbrechung (stress-induced birefringence) führt. Beispielsweise zeigt Nd:YAG relativ starke solche thermische Effekte. Stress-induzierte Doppelbrechung erzeugt vor allem bei radialsymmetrischen Pumpgeometrien, z.B. bei der Ausbildung des Lasermediums in Form eines zylindrischen Stabes, eine Polarisationsdrehung von Teilen des Strahlprofils und im Weiteren zu einem Verlust an einem polarisierenden Element im Resonator, was bei aktivem Q-switching mit elektro-optischen Elementen (Pockels-Zellen) zu einem deutlichen Verlust führen kann. Dieser Effekt der Stress-induzierten Doppelbrechung ist im Zick-Zack-Plattenlaser minimiert bzw. fast nicht vorhanden. Die Ausbildung einer thermischen Linse kann beim Zick-Zack-Plattenlaser in der Ebene des Zick-Zack-förmigen Verlaufs des Laserstrahls (x-z-Ebene) ebenfalls minimiert werden, jedoch in der dazu senkrecht stehenden Richtung (Richtung der y-Achse) ergibt sich eine nicht verschwindende positive thermische Linse. Dadurch ist es nötig, kompensierende Optiken einzubauen, die dann auch nur für einen konkreten Leistungsbereich eine kompensierende Wirkung haben. Bei einem Nd:YAG Laser ist das schon ab ca. 1 Watt durchschnittlicher Ausgangleistung erforderlich, je nachdem wie hoch die Anforderungen an Strahlsymmetrie und -astigmatismus sind.
Ein Festkörperlaser der eingangs genannten Art geht aus Donald B.Coyle et al.: „Efficient, reliable, long-lifetime, diode-pumped Nd:YAG laser for space-based vegetation topograhical altimetry", APPLIED OPTICS, Vol. 43, No. 27, 20. September 2004, Seiten 5236-5242 hervor. Das Lasermedium, das in Form eines „slab", also prismatisch, ausgebildet ist, besitzt eine Längsachse, die sich in Richtung einer z-Achse erstreckt, und weist Seitenflächen auf, die parallel zu rechtwinkelig zueinander und rechtwinkelig zur z-Achse stehenden x- und y-Achsen liegen. Der Laserstrahl durchläuft das Lasermedium Zick-Zack-förmig in der x-z-Ebene. Das Pumpen mittels Laserdioden erfolgt durch eine parallel zur y- und parallel zur z-Achse liegende erste Seitenfläche und das Lasermedium wird an der gegenüberliegenden und parallel zur ersten Seitenfläche liegenden zweiten Seitenfläche gekühlt. Um eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im Lasermedium zu erreichen, wodurch auch die thermische Linse bezogen auf die y-Richtung verringert werden kann, erfolgt die Kühlung nicht über die gesamte Ausdehnung der zweiten Seitenfläche in Richtung der y-Achse sondern nur über einen Streifen mit einer demgegenüber verringerten Breite in Richtung der y-Achse. Dies wird durch eine Stufe des an der zweiten Seitenfläche anliegenden Kühlkörpers erreicht. Es kommt aber dennoch zur Ausbildung einer, wenn auch verringerten, thermischen Linse, welche durch den Einsatz einer negativen zylindrischen Linse im Resonator kompensiert wird.
Die auf die erste Seitenfläche auftreffende Pumpstrahlung weist bei diesem Laser ein im Wesentlichen gauß-förmiges Profil auf. Wenn man die beiden Punkte betrachtet, an denen die Intensität der Pumpstrahlung bezogen auf die y-Achse auf einen Wert von 1/e2 der maximalen Intensität abgefallen ist, so ist die Länge dieses y-1/e2-Bereichs der Pumpstrahlung kleiner als die Länge der ersten Seitenfläche des Lasermediums in Richtung der y-Achse. Das Lasermedium wird damit bezogen auf die y-Richtung nicht im Wesentlichen gleichförmig bis zu seinem Rand gepumpt sondern nur in einem mehr oder weniger zentralen Bereich. Dies hat zur Folge, dass die begrenzte Ausdehnung des Lasermediums in die y-Richtung nicht als Apertur für die Laserstrahlung wirkt. Würde demgegenüber das Lasermedium über seine gesamte Ausdehnung in y-Richtung gepumpt, so könnte zwar die Ausbildung einer thermischen Linse in y-Richtung im Wesentlichen vermieden werden, allerdings hätte die dann durch das Lasermedium in y-Richtung bewirkte Apertur negative Auswirkungen auf die Qualität des vom Festkörperlaser emittierten Laserstrahls.
Aufgabe der Erfindung ist es einen verbesserten Festkörperlaser der eingangs genannten Art bereitzustellen. Erfindungsgemäß gelingt dies durch einen Festkörperlaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Beim Festkörperlaser gemäß der Erfindung ist die Länge eines y-Kühlbereichs des Lasermediums kleiner als 70% und größer als 50% der Länge eines y-Pumpbereichs des Lasermediums, wobei sich der y-Pumpbereich in beide Richtungen dery-Achse über den y-Kühlbereich hinaus erstreckt. Wie bereits eingangs erwähnt, bezeichnet der y-Kühlbereich des Lasermediums einen Abschnitt der y-Achse, über welchen sich ein Kühlstreifen erstreckt, über den das Lasermedium mit dem Kühlkörper verbunden ist. Der y-Pumpbereich des Lasermediums bezeichnet ein Abschnitt der y-Achse, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium absorbierten Leistung der Pumpstrahlung absorbiert wird und an dessen beiden Enden die Intensität der Pumpstrahlung gleich groß ist. Über den y-Pumpbereich wird somit der Hauptteil der Wärme in das Lasermedium eingebracht.
Es wurde festgestellt, dass bei einer solchen Ausbildung eines Festkörperlasers eine thermische Linse in y-Richtung zumindest weitgehend oder auch völlig vermieden werden kann. Erklärt kann dies durch eine zentrale Vertiefung in der Temperaturverteilung werden, wie weiter unten noch genauer erläutert wird. Insbesondere gelingt dies in Verbindung mit einem Strahlprofil der Pumpstrahlung, welches eher als in Richtung eines Gaußprofils in Richtung eines rechteckförmigen Strahlprofils geht.
Dass das Profil der Pumpstrahlung eher rechteckförmig als gaußförmig ist, bedeutet, dass vorteilhafterweise beim Festkörperlaser gemäß der Erfindung die Differenz zwischen der Länge des y-1/e2-Bereichs der Pumpstrahlung und der Länge eines y-Flalbwerts-Bereichs der Pumpstrahlung weniger als halb so groß ist wie die Differenz zwischen der Länge eines y-1/e2-Bereichs und der Länge eines y-Flalbwerts-Bereichs eines gedachten Strahls gleicher Wellenlänge, der ein Gaußprofil aufweist und von dem die Länge eines y-Halbwerts-Bereichs gleich der Länge des y-Halbwerts-Bereichs der Pumpstrahlung und dessen Strahlungsenergie gleich der Strahlungsenergie der Pumpstrahlung ist. Wie bereits eingangs erwähnt, bezeichnet der y-1/e2-Bereich der Pumpstrahlung einen Abschnitt der y-Achse, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums geteilt durch e2, also mehr als ca. 13,5% beträgt. Der y-Halbwerts-Bereich der Pumpstrahlung bezeichnet einen Abschnitt der y-Achse, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums beträgt. Analog sind der y-1/e2-Bereich und der y-Halbwerts-Bereich des gedachten, ein Gaußprofil aufweisenden Strahls definiert.
Dies bedeutet also, dass die Pumpstrahlung einen wesentlich stärkeren Randabfall aufweist als dies bei einem Gaußprofil der Fall ist. Die Pumpstrahlung ist somit gegenüber einem Gaußprofil mehr an ein Rechteckprofil angenähert.
Insbesondere kann in erfindungsgemäßerWeise ein vorteilhafter Festkörperlaser ausgebildet werden, bei dem der Laserstrahl (=der Lasermode) Zick-Zack-förmig durch das Lasermedium verläuft, und zwar in einer rechtwinkelig zur y-Achse stehenden Ebene.
Es kann damit beispielsweise ein Laser bereitgestellt werden, der in einem Leistungsbereich von 0 bis mehr als 5 W Durchschnittsleistung einen im Wesentlichen symmetrischen Strahl emittiert. Insbesondere kann überden gesamten Leistungsbereich ein Strahl mit einer Strahldivergenz von <250prad (Halbwinkeldivergenz) in beide transversale Richtungen und einem Qualitätsfaktor ΜΛ2 von <5, vorzugsweise <3, erreicht werden.
Mit der Erfindung kann beispielsweise auch ein gepulster Festkörperlaser, insbesondere Nd:YAG-Zig-Zag-Laser, mit >50mJ Energie und einem Strahl mit einer geringen Strahldivergenz (z.B. <250prad Halbwinkeldivergenz) und guter Strahlqualität (z.B. MA2 <5 oder <3) bereitgestellt werden, der unabhängig von der Repetitionsrate, also z.B. sowohl bei Einzelpulsbetrieb (singleshot) als auch bei 50Hz oder 100Hz (entsprechend 5W Durchschnittsleistung) die eng umgrenzten Strahlparameter erfüllt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasers;
Fig. 2 eine Schrägsicht der Pumpeinrichtung und des Lasermediums sowie des Kühlkörpers in größerem Detail;
Fig. 3 eine Schrägsicht der Strahlungsquelle der Pumpeinrichtung;
Fig. 4 einen Schnitt durch das Lasermedium und einen Teil der Pumpeinrichtung und des Kühlkörpers in der y-x-Ebene (Schnittlinie AA von Fig. 5);
Fig. 5 eine Seitenansicht des Lasermediums und eines Teils des Kühlkörpers und der Pumpeinrichtung in Richtung dery-Achse (Blickrichtung B in Fig. 4);
Fig. 6 eine Seitenansicht des Lasermediums auf die gepumpte erste Seitenfläche in Richtung der x-Achse(Blickrichtung C in Fig. 4), wobei ein „gepumpter Bereich" durch eine Schraffur verdeutlicht und der an der gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche anliegende Kühlstreifen in strichlierten Linien dargestellt ist;
Fig. 7 ein Diagramm zur Gegenüberstellung der Intensitätsverteilung der Pumpstrahlung auf der ersten Seitenfläche des Lasermediums bezogen auf die y-Richtung im Vergleich zur Intensitätsverteilung eines gedachten Strahls mit einem Gaußprofil;
Fig. 8 ein Diagramm, in welchem der Brechwert D der ausgebildeten thermischen Linse bezogen auf die y-Richtung in Abhängigkeit von der Länge des y-Kühlbereichs dargestellt ist.
Eine mögliche Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Es handelt sich um einen Festkörperlaser, dessen verstärkendes (aktives) Lasermedium 1 aus einem kristallinen oder glasartigen (amorphen) Festkörper besteht. Beispielsweise kann das verstärkende Lasermedium Nd:YAG, Nd:Glas, Nd:Vanadat, Yb:YAG, Er:YAG oder Ho:YAG sein.
Das verstärkende Lasermedium 1, das auch als laseraktives Material bezeichnet werden kann, ist in einem Resonator angeordnet, dessen Komponenten weiter unten genauer erläutert werden.
Das verstärkende Lasermedium 1 ist prismatisch ausgebildet, es handelt sich also um einen Plattenlaser (="slab laser"). Obwohl der durch die Emission des verstärkenden Lasermediums 1 ausgebildete Laserstrahl 4 in Fig. 1 Zick-Zack-förmig durch das verstärkende Lasermedium 1 verlaufend dargestellt ist, könnte er auch geradlinig durch dieses verlaufen. Die Ein- und Austrittsflächen 2, 3 für den vom Lasermedium 1 emittierten, den Resonator durchlaufenden Laserstrahl 4 sind vorteilhafterweise im Brewster-Winkel angeordnet, was aber nicht zwingend erforderlich ist.
Das verstärkende Lasermedium 1 ist seitengepumpt, wie dies bekannt ist. Die das verstärkende Lasermedium 1 pumpende Pumpstrahlung 5 fällt also nicht durch die Ein- und Austrittsflächen 2, 3 in das Lasermedium ein, sondern durch eine erste Seitenfläche 6. Diese steht winkelig zu den Ein- und Austrittsflächen 2, 3. Insbesondere trifft die Pumpstrahlung 5 zumindest im Wesentlichen zentral auf die erste Seitenfläche 6 auf.
Der Resonator umfasst einen Endspiegel 7 und einen Auskoppelspiegel 8, um den vom Laser abgegebenen Laserstrahl 4a auszukoppeln. Der dargestellte Resonator ist einmal gefaltet, zu weichem Zweck ein Umkehrprisma 9 im Strahlengang angeordnet ist. Die Faltung könnte auch entfallen oder der Resonator könnte mehrfach gefaltet sein. Andere Faltspiegel könnten vorgesehen sein.
Um einen Güteschalter auszubilden sind im Strahlengang des Resonators im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Polarisator 10, eine Pockels-Zelle 11 und ein Lambda-Viertel-Plättchen 12 angeordnet. Der vom Laser abgegebene Laserstrahl 4a ist somit gepulst. Zur Ausbildung von Pulsen könnten beispielsweise auch andere als elektrooptische Güteschalter, insbesondere akustooptische Güteschalter vorgesehen sein.
Einer der im Strahlengang angeordneten Spiegel, insbesondere der Auskoppelspiegel 8 oder der Endspiegel 7 ist vorzugsweise wie bekannt als Gradientenspiegel ausgebildet, dessen Reflektivität sich über die Spiegelfläche ändert und hierbei in einem mittleren Bereich größer ist als in einem Randbereich. Dadurch kann das Strahlprofil des Laserstrahls beeinflusst werden, beispielsweise um einen rascheren Randabfall der Intensität zu erreichen, und/oderdie Strahlqualität des Laserstrahls verbessert werden.
Das Pumpen des verstärkenden Lasermediums erfolgt mittels einer Pumpeinrichtung, die eine Strahlungsquelle 13 aufweist, welche eine Mehrzahl von Laserdioden umfasst. Die Optik 14 der Pumpeinrichtung, um die von der Strahlungsquelle 13 abgegebene Laserstrahlung in vorteilhafterWeise dem verstärkenden Lasermedium 1 zuzuführen, ist in Fig. 1 nur schematisch angedeutet.
Die Strahlungsquelle 13 ist vorzugsweise in Form eines Laserdioden-Stacks ausgebildet und ein Beispiel hierfür ist in Fig. 3 dargestellt. Der Laserdioden-Stack umfasst mehrere nebeneinander angeordnete Barren 15, welche jeweils mehrere in eine Richtung beabstandete Laserdioden 16 aufweisen.
Die von den Laserdioden 16 emittierten Strahlen 17 besitzen in Richtung einer rechtwinkelig zur Strahlachse des jeweiligen Strahls 17 stehenden Achse, die als „fast-axis" bezeichnet wird, eine mehr als drei mal so große Divergenz wie in Richtung einer rechtwinkelig zur Strahlachse und rechtwinkelig zur „fast-axis" stehenden Achse, die als „slow-axis" bezeichnet wird. Beispielsweise kann der Abstrahlwinkel (= die Divergenz) bezogen auf die „fast-axis" +/- 33° (also 66° Öffnungswinkel des Strahlungskegels) und der Abstrahlwinkel bezogen auf die „slow-axis" +/- 5° betragen.
Die Barren 15 sind auf einem Träger 20 gehalten, vgl. Fig. 2, der auf einem, beispielsweise wassergekühlten, Kühlkörper 21 montiert ist.
Die Optik 14 der Pumpeinrichtung wird im Ausführungsbeispiel von einem optischen Bauteil gebildet, das eine reflektierende Zylinderfläche 14b aufweist, an der die von den Laserdioden 17 der Strahlungsquelle abgegebenen und durch die Eintrittsfläche 14a in das optische Bauteil eintretenden Strahlen reflektiert werden. Diese Zylinderfläche 14b hat hierbei eine sammelnde Wirkung bezüglich der „slow-axis". Bezüglich der „fast-axis" bleibt die Divergenz der Strahlen 17 bestehen, es kommt lediglich zu einer Reflektion oder mehreren Reflektionen an Seitenflächen 14c des optischen Bauteils, um den Bereich der Strahlung in diese Richtung zu begrenzen.
Das die Optik 14 der Pumpeinrichtung bildende optische Bauteil kann beispielsweise, wie in Fig. 2 dargestellt, aus mehreren durch Verklebung miteinander verbundenen, aus transparentem Material bestehenden Teilen ausgebildet sein. Das optische Bauteil ist an einem Träger 18 befestigt.
Durch die Austrittsfläche 14d, welche zur Gewährleistung der Totalresektion des Laserstrahls 4 im Lasermedium bei dessen Zick-Zack-förmigem Verlauf hier durch einen kleinen Spalt vom Lasermedium 1 getrennt ist, gelangt die von der Pumpeinrichtung abgegebene Strahlung als Pumpstrahlung auf die erste Seitenfläche 6 des Lasermediums 1.
Eine solche Pumpeinrichtung ist aus der in der Beschreibungseinleitung genannten WO 2014/019003 A1 bekannt. Ein Einsatz einer Pumpeinrichtung mit einer Optik, welche einen Zylinderspiegel oder eine Zylinderlinse aufweist, wobei die Zylinderachse in Richtung der „fast axis" ausgerichtet ist, ist vorteilhaft. Zum Pumpen des Lasermediums 1 könnten auch in andererWeise ausgebildete Pumpeinrichtungen eingesetzt werden.
Die erste Seitenfläche 6 des Lasermediums 1, durch welche die Pumpstrahlung 5 eintritt, liegt parallel zurz-Achse und parallel zury-Achse, also parallel zur y-z-Ebene.
Insbesondere bildet die z-Achse die Längsachse des Lasermediums 1.
Der Zick-Zack-förmige Verlauf des Laserstrahls 4 durch das Lasermedium 1 liegt in einer Ebene, die parallel zur x-Achse und parallel zur z-Achse ist, also parallel zur x-z-Ebene.
In Richtung der x-Achse gesehen, also bezogen auf die Projektion in die y-z-Ebene, verläuft der Laserstrahl 4 (=der Lasermode) in Richtung der z-Achse durch das Lasermedium 1 (=parallel zurz-Achse).
Die x-, y- und z-Achsen bilden ein kartesisches Koordinatensystem.
Das Lasermedium 1 wird durch einen Kühlkörper 22 gekühlt. Die Kühlung erfolgt an einer zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1, die parallel zur ersten Seitenfläche 6 liegt, also ebenfalls parallel zur y-z-Ebene liegt. Hierzu ist die zweite Seitenfläche 23 mit dem Kühlkörper 22 verbunden. Die Verbindung mit dem Kühlkörper 22 erfolgt über einen Kühlstreifen 24. Im Weiteren befindet sich vorzugsweise auf der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 eine (in den Figuren nicht dargesteilte) optische Beschichtung. Diese wird auf die zweite Seitenfläche 23 aufgebracht, um sicherzustellen, dass zum Einen die Totalreflektion des Zick-Zack-geführten Laserstrahls erhalten bleibt und zum Anderen die verbleibende Pumpstrahlung in den Kristall zurückreflektiert wird und nicht auf den Kühlstreifen 24 auftrifft. Solche Beschichtungen sind bei seitengepumpten Zick-Zack-Lasern durchaus üblich. Außerdem ist zur Befestigung des Kühlstreifens 24 an der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 bzw. der darauf aufgebrachten optischen Beschichtung günstigerweise ein Verbindungsmaterial (insbesondere ein Klebstoff oder ein Lot) vorgesehen. Der Kühlstreifen 24 besteht hier aus einem vom Lasermedium 1 und Kühlkörper 22 sich unterscheidenden Material, welches über das
Verbindungsmaterial an der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 oder der darauf angebrachten optischen Beschichtung anliegt. Der Kühlstreifen 24 könnte auch von einer streifenförmigen Erhebung des Kühlkörpers 22 gebildet werden und würde damit aus dem gleichen Material bestehen, aus welchem der übrige Kühlkörper 22 besteht. Auch in diesem Fall könnte der Kühlstreifen direkt oder über ein Verbindungsmaterial (insbesondere ein Klebstoff oder ein Lot) am Lasermedium 1 oder der darauf angebrachten optischen Beschichtung anliegen.
Die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Kühlstreifens 24 ist vorzugsweise größer als 5 W/mK. Abseits des Bereiches, über den sich der Kühlstreifen 24 erstreckt, ist die zweite Seitenfläche 23 vom Kühlkörper 22 durch einen Luftspalt 25 getrennt. In diesem Bereich könnte anstelle des Luftspaltes auch, zumindest bereichsweise, ein festes Material vorgesehen sein, welches eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die weniger als halb so groß ist wie die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Kühlstreifens 24.
Vorzugsweise liegt die Wärmeleitfähigkeit des abseits des Kühlstreifens 24 zwischen dem Lasermedium 1 und dem Kühlkörper 22 vorliegenden Stoffs (der insbesondere gasförmig oder fest sein kann) unter 2 W/mK, besonders bevorzugt unter 1 W/mK.
Die zweite Seitenfläche 23 liegt der ersten Seitenfläche 6 gegenüber, d.h. in Richtung der x-Achse gesehen überlappen sich die Seitenflächen 6, 23 zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest großteils (d.h. über mehr als 50% ihrer Flächen).
Es ist bevorzugt, dass die erste und zweite Seitenfläche 6, 23 sich bezogen auf die Richtung der y-Achse über den gleichen Bereich erstrecken.
Das Lasermedium 1 weist vorzugsweise eine prismatische Form auf. Die Basis- und Deckfläche 37, 38 liegen hierbei günstigerweise parallel zur x-z-Ebene, wobei es sich um ein gerades Prisma, insbesondere ein Parallelepipet handelt.
Beispielsweise beträgt die Ausdehnung des Lasermediums 1 bezogen auf die y-Richtung 5mm bis 15mm, im Ausführungsbeispiel 8mm. Die Erstreckung des Lasermediums in x-Richtung beträgt beispielsweise 2mm bis 8mm, im Ausführungsbeispiel 4mm. Die Erstreckung des Lasermediums in z-Richtung beträgt beispielsweise 20mm bis 80mm, im Ausführungsbeispiel etwa 40mm.
Der Kühlstreifen 24 wird beispielsweise von einer Graphitfolie, z.B. 125 pm oder 250 pm dick gebildet. Die Wärmeleitung einer solchen Graphitfolie kann beispielsweise 16 W/mK betragen. Die Verbindung der Graphitfolie mit der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 und dem Kühlkörper 22 kann beispielsweise durch Verkleben und/oder Verklemmen erfolgen. In einer anderen möglichen Ausbildung wird der Kühlstreifen 24 von einem Indium-Streifen gebildet. Ein solcher Indium-Streifen kann beispielsweise mit der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 und dem Kühlkörper 22 verlötet werden. Als Lot bietet sich Indium oder AgSn (z.B. 96,5% Sn und 3,5% Ag) oder auch das härtere AuSn an.
Der Kühlkörper 22 kann beispielsweise aus Kupferwolfram bestehen, das einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Nd:YAG aufweist, z.B.
Kupferwolfram mit 85% W und 15% Cu.
Auch andere Materialien für den Kühlstreifen 24 und/oder den Kühlkörper 22 sind denkbar und möglich. Beispielsweise könnte der Kühlstreifen 24 auch von einer streifenförmigen Erhebung des Kühlkörpers 22 gebildet werden, die mit der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 in thermischem Kontakt steht, beispielsweise indem sie an die zweite Seitenfläche 23 angepresst oder angelötet ist.
Der Kühlstreifen 24 erstreckt sich in die y-Richtung über einen Abschnitt 26 der y-Achse, der in dieser Schrift als y-Kühlbereich bezeichnet wird. Weiters erstreckt sich der Kühlstreifen 24 bezogen auf die z-Richtung über einen Abschnitt 27 der z-Achse, der in dieser Schrift als z-Kühlbereich bezeichnet wird.
Als y-Pumpbereich wird in dieser Schrift ein Abschnitt 28 der y-Achse bezeichnet, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium 1 absorbierten Leistung der Pumpstrahlung absorbiert wird. Der y-Pumpbereich 28 ist hierbei so gewählt, dass die Intensität der Pumpstrahlung 5 an den beiden Enden des y-Pumpbereichs gleich groß ist. Weiters wird in dieser Schrift als z-Pumpbereich der Abschnitt 29 der z-Achse bezeichnet, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium 1 absorbierten Leistung der Pumpstrahlung 5 absorbiert wird. Der z-Pumpbereich 29 wird hierbei so gewählt, dass an seinen beiden Enden die Intensität der Pumpstrahlung gleich groß ist. Der y- und z-Pumpbereich sind in Fig. 6 durch eine schraffiert dargestellte Fläche verdeutlicht. Der Teil des Volumens des Lasermediums 1, der einen Kubus bildet, von dem gegenüberliegende Seitenflächen von denjenigen Teilen der ersten und zweiten Seitenflächen 6, 23 des Lasermediums 1 gebildet werden, welche von der in Fig. 6 schraffiert dargestellten Fläche überdeckt werden, wird in dieser Schrift als „gepumptes Volumen" des Lasermediums 1 bezeichnet. Im gepumpten Volumen des Lasermediums 1 erfolgt somit der Hauptteil, nämlich 80%, der Absorption der Leistung der Pumpstrahlung, sodass auch entsprechend der Hauptteil der von der Pumpstrahlung eingebrachten Wärme in das gepumpte Volumen des Lasermediums 1 eingebracht wird. Entsprechend erfolgen die Anregungen des Lasermediums 1 auf das Inversionsniveau hauptsächlich, nämlich zu 80%, im gepumpten Volumen. Das gepumpte Volumen kann somit aus der Inversionsdichte ermittelt werden.
Die Inversionsdichte kann insbesondere durch Fluoreszenzbilder gemessen werden. Beispielsweise kann hierzu der Kühlkörper 22 entfernt werden und die Aufnahme von Fluoreszenzbildern durch die zweite Seitenfläche 23 erfolgen, wobei die Pumpstrahlung 5 durch einen Filter abgeschirmt wird.
Das gepumpte Volumen erstreckt sich somit in Richtung der x-Achse über die Ausdehnung des Lasermediums 1. In Richtung derz-Achse beträgt die Ausdehnung des gepumpten Volumens vorzugsweise mehr als 50% der Ausdehnung des Lasermediums 1 in Richtung der z-Achse und weniger als 90% der Ausdehnung des Lasermediums 1 in Richtung derz-Achse.
In Richtung der y-Achse liegt die Ausdehnung des gepumpten Volumens vorzugsweise im Bereich von ein Drittel bis zwei Drittel der Ausdehnung des Lasermediums 1 in Richtung der y-Achse.
Das gepumpte Volumen liegt bezogen auf die Richtung der z-Achse und auf die Richtung der y-Achse vorzugsweise in einem zentralen Bereich des Lasermediums 1.
Die auf die erste Seitenfläche 6 einfallende Pumpstrahlung 5 hat eine gegenüber einem Strahl mit einer Gaußverteilung wesentlich näher bei einem Rechteckprofil liegende Intensitätsverteilung. In Fig. 7 ist die Verteilung 35 der Intensität I der Pumpstrahlung bezogen auf die y-Achse dargestellt. Der Maximalwert der Intensität beträgt lr Der Nullpunkt der y-Achse ist an die Stelle des Maximalwertes der Intensität gelegt. Zum Vergleich ist die Verteilung 36 der Intensität eines gedachten Strahls gleicher Wellenlänge mit einem Gaußprofil eingezeichnet, der die gleiche Halbwertsbreite aufweist, wobei der Maximalwert der Intensität beim Nullpunkt der y-Achse liegt. Der Maximalwert der Intensität beträgt hier l2. Die Strahlungsenergie des gedachten Strahls, also die von der Verteilung 36 eingeschlossene Fläche, ist hierbei gleich der Strahlungsenergie der Pumpstrahlung.
Der Abschnitt 31 der y-Achse, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung 5 mehr als die Hälfte der maximalen Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums 1 beträgt, wird in dieser Schrift als y-Halbwerts-Bereich der Pumpstrahlung bezeichnet. Die Länge dieses Abschnitts 31 entspricht also der Halbwertsbreite des Intensitätsprofils der Pumpstrahlung 5. Analog ist dery-Halbwerts-Bereich des gedachten Strahls definiert und der entsprechende Abschnitt der y-Achse, der mit dem Abschnitt 31 übereinstimmt, ist in Fig. 7 mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet.
In Fig. 7 sind weiters die Stellen auf der y-Achse bezeichnet, an denen die Intensität der Pumpstrahlung 5 bzw. des gedachten Strahls auf einen Wert abgesunken ist, der 1/e2 (also ca. 13,5%) des Maximalwertes beträgt. Der y-1/e2-Bereich der
Pumpstrahlung 5 bezeichnet entsprechend den Abschnitt 33 der y-Achse, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche 6 des Lasermediums 1 einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche 6 des Lasermediums 1 geteilt durch e2 beträgt. Analog ist der y-1/e2-Bereich des gedachten Strahls definiert und der entsprechende Abschnitt der y-Achse ist in Fig. 7 mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnet.
Die Differenz zwischen der Länge des y-1/e2-Bereichs 33 der Pumpstrahlung 5 und der Länge des y-Halbwerts-Bereichs 31 der Pumpstrahlung 5 ist aus Fig. 7 für das vorliegende Ausführungsbeispiel mit ca. 0,85mm ablesbar. Die Differenz zwischen der Länge des y-1/e2-Bereichs 34 und der Länge des y-Halbwerts-Bereichs 32 des gedachten Strahls mit dem Gaußprofil ist aus Fig. 7 mit ca. 2,6mm ablesbar. Diese Differenz ist somit für die Pumpstrahlung 5 weniger als halb so groß wie für den gedachten Strahl mit dem Gaußprofil.
Im Weiteren ist die Länge des y-1/e2-Bereichs 33 der Pumpstrahlung 5 kleiner als die Länge der ersten Seitenfläche 6 des Lasermediums 1 in Richtung der y-Achse, wobei sich die erste Seitenfläche 6 des Lasermediums 1 in beide Richtungen der y-Achse über den y-1/e2-Bereich der Pumpstrahlung hinaus erstreckt, vorzugsweise gleich weit. Beispielsweise beträgt die Länge des y-1/e2-Bereichs 33 der Pumpstrahlung 5 4mm, während die Länge der ersten Seitenfläche 6 des Lasermediums 1 in Richtung der y-Achse 8mm beträgt.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist die Länge des y-Kühlbereichs kleiner als die Länge des Lasermediums 1 in Richtung der y-Achse. Die Länge des y-Kühlbereichs ist aber auch kleiner als die Länge des y-Pumpbereichs, wie im Folgenden erläutert wird.
In Fig. 8 sind als schwarze Quadrate Messwerte eingetragen, welche die Abhängigkeit des Brechwerts D der ausgebildeten thermischen Linse in Abhängigkeit von der Länge I des y-Kühlbereichs widerspiegeln. Wenn sich der y-Kühlbereich über die gesamte y-Ausdehnung des Lasermediums 1 erstreckt, so liegt der Brechwert der thermischen Linse bezogen auf die y-Richtung mit den in der Versuchsanordnung verwendeten Betriebsparametern bei über 1m'1. Mit Verringerung der Ausdehnung des y-Kühlbereichs verringert sich der Brechwert zunächst langsam, wobei er bei einer Länge I des y-Kühlbereichs von 3mm, welche somit deutlich kleiner als die Länge des y-Pumpbereichs von 4mm ist auf einen Wert von knapp 0,5m’1 abgesunken ist. Bei einer weiteren Verringerung der Länge I des y-Kühlbereichs verringert sich der Brechwert der thermischen Linse weiter und ist bei einer Länge I des y-Kühlbereichs von 2mm bereits negativ. Bei einerweiteren Verringerung der Länge I des y-Kühlbereichs wird die thermische Linse stark negativ, z.B. mit einer Brechkraft von -3m'1 bei einer Länge des y-Kühlbereichs von 1mm.
Im Diagramm von Fig. 8 sind zudem Werte einer Berechnung als Sterne eingetragen, welche die erhaltenen Messwerte gut widerspiegeln.
Die Ausbildung einer negativen thermischen Linse bei kleinen Ausdehnungen des y-Kühlbereichs kann durch die Ausbildung einer zentralen Vertiefung im Temperaturprofil über den y-Pumpbereich erklärt werden.
Durch eine geeignete Wahl der Größe des y-Kühlbereichs kann somit eine bezogen auf die y-Richtung verschwindende oder nahezu verschwindende thermische Linse erreicht werden. Die Länge des y-Kühlbereichs wird hierzu kleiner als 70% und größer als 50% der Länge L des y-Pumpbereichs gewählt.
Der y-Pumpbereich erstreckt sich hierbei in beide Richtungen der y-Achse über den y-Kühlbereich hinaus, vorzugsweise gleich weit, d.h. der y-Kühlbereich liegt bezogen auf die y-Richtung zentral im y-Pumpbereich.
Die Länge des z-Kühlbereichs 27 des Lasermediums 1 ist dagegen günstigerweise größer als die Länge des z-Pumpbereichs 29 des Lasermediums 1. Die Erstreckung des z-Kühlbereichs in beide Richtungen der z-Achse über den z-Pumpbereich hinaus wird hierbei günstigerweise so groß gewählt, dass Inhomogenitäten der
Temperaturverteilung im gepumpten Volumen des Lasermediums 1 zu den Enden seiner Erstreckung in Richtung derz-Achse hin möglichst klein gehalten werden.
Das Strahlprofil des sich ausbildenden Lasermodes ist vorteilhafterweise zumindest weitgehend an das Profil der Anregung mittels der Pumpstrahlung 5 bezogen auf die y-Richtung angepasst, insbesondere durch Einsatz eines geeigneten Gradientenspiegels. Das Strahlprofil des Laserstrahls 4 bezogen auf die y-Richtung soll somit eine gegenüber einem Gaußprofil deutlich in Richtung eines Rechteckprofils verschobene Intensitätsverteilung aufweisen.
Analog wie für die Pumpstrahlung 5 kann ein y-Halbwerts-Bereich und ein y-1/e2-Bereich des Laserstrahls 4 im Lasermedium 1 und beim Verlassen des Lasermediums 1 definiert werden. Der y-1/e2-Bereich des Laserstrahls stellt somit einen Abschnitt der y-Achse dar, über welchen die Intensität des Laserstrahls 4 einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität des Laserstrahls 4 geteilt durch e2 beträgt. Der y-Halbwerts-Bereich des Laserstrahls 4 bezeichnet einen Abschnitt der y-Achse, über welchen die Intensität des Laserstrahls 4 einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität des Laserstrahls 4 beträgt.
Insbesondere wird der Laserstrahl 4 so ausgebildet, dass die Differenz zwischen der Länge des y-1/e2-Bereichs des Laserstrahls und der Länge des y-Halbwerts-Bereichs des Laserstrahls weniger als halb so groß ist wie die Differenz zwischen der Länge des y-1/e2-Bereichs und der Länge des y-Halbwerts-Bereichs eines gedachten Strahls gleicher Wellenlänge, der ein Gaußprofil aufweist und dessen Länge des y-Halbwerts-Bereichs gleich der Länge des y-Halbwerts-Bereichs des Laserstrahls 4 und dessen Strahlungsenergie gleich der Strahlungsenergie des Laserstrahls 4 ist.
Durch die Erfindung kann beispielsweise ein, insbesondere gepulster, Nd:YAG Laser mit einer Durchschnittleistung von >2 W und einer Strahldivergenz von <250 prad (Halbwinkeldivergenz) in beide transversale Richtungen und einem ΜΛ2 von <5, oder auch <3, bereitgesteilt werden, ohne dass im externen Laserstrahl 4a oder auch im Resonator Symmetrie- und astigmatismuskompensierende Optiken eingebaut werden müssen.
Legende zu den Hinweisziffern: 1 verstärkendes Lasermedium 26 y-Kühlbereich 2 Eintrittsfläche 27 z-Kühlbereich 3 Austrittsfläche 28 y-Pumpbereich 4,4a Laserstrahl 35 29 z-Pumpbereich 5 Pumpstrahlung 31 y-Halbwerts-Bereich 6 erste Seitenfläche 32 y-Halbwerts-Bereich 7 Endspiegel 33 y-1/e2-Bereich 8 Auskoppelspiegel 34 y-1/e2-Bereich 9 Umkehrprisma 40 35 Verteilung 10 Polarisator 36 Verteilung 11 Pockels-Zelle 37 Basisfläche 12 Lamda-Vietel-Plättchen 38 Deckfläche 13 Strahlungsquelle 14 Optik 14a Eintrittsfläche 14b Zylinderfläche 14c Seitenfläche 14d Austrittsfläche 15 Barren 16 Laserdiode 17 Laserstrahl 18 Träger 20 Träger 21 Kühlkörper 22 Kühlkörper 23 zweite Seitenfläche 24 Kühlstreifen 25 Luftspalt

Claims (10)

  1. Patentansprüche 1. Festkörperlaser mit einem verstärkenden Lasermedium (1) zur Erzeugung eines Laserstrahls (4) und einer mindestens eine Laserdiode (16) aufweisenden Pumpeinrichtung (13, 14), von der eine Pumpstrahlung (5) erzeugt wird, die auf eine erste Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) auftrifft, welche parallel zu einer z-Achse und parallel zu einer rechtwinkelig zur z-Achse stehenden y-Achse liegt, wobei in eine Richtung einer rechtwinkelig zur z-Achse und rechtwinkelig zur y-Achse stehenden x-Ache gesehen, der Laserstrahl (4) pa»llel zur z-Achse durch das Lasermedium (1) verläuft, wobei das Lasermedium (1) an einer parallel zur z-Achse und parallel zur y-Achse liegenden und der ersten Seitenfläche (6) gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche (23) durch einen Kühlkörper (22) gekühlt ist, mit dem es in thermischer Verbindung steht, wobei die Länge eines y-Kühlbereichs (26) kleiner als die Länge der zweiten Seitenfläche (23) des Lasermediums (1) in Richtung dery-Achse ist, wobei der y-Kühlbereich (26) des Lasermediums (1) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen sich ein Kühlstreifen (24) erstreckt, über den das Lasermedium (1) an der zweiten Seitenfläche (23) mit dem Kühlkörper (22) thermisch verbunden ist, wobei die Länge eines y-1/e2-Bereichs (33) der Pumpstrahlung (5) kleiner als die Länge der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) in Richtung der y-Achse ist und die erste Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) sich in beide Richtungen der y-Achse über den y-1/e2-Bereich (33) der Pumpstrahlung (5) hinaus erstreckt, wobei der y-1/e2-Bereich (33) der Pumpstrahlung (5) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) geteilt durch e2 beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des y-Kühlbereichs (26) des Lasermediums (1) kleiner als 70% und größer als 50% der Länge eines y-Pumpbereichs (28) des Lasermediums (1) ist und der y-Pumpbereich (28) sich in beide Richtungen dery-Achse über den y-Kühlbereich (26) hinaus erstreckt, wobei der y-Pumpbereich (28) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium (1) absorbierten Leistung der Pumpstrahlung (5) absorbiert wird und an dessen beiden Enden die Intensität der Pumpstrahlung (5) gleich groß ist.
  2. 2. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Länge des y-1/e2-Bereichs (33) der Pumpstrahlung (5) und der Länge eines y-Halbwerts-Bereichs (31) der Pumpstrahlung (5) weniger als halb so groß ist wie die Differenz zwischen der Länge eines y-1/e2-Bereichs (34) und der Länge eines y-Halbwerts-Bereichs (32) eines gedachten Strahls gleicher Wellenlänge, der ein Gaußprofil aufweist und von dem die Länge eines y-Halbwerts-Bereichs (32) gleich der Länge des y-Halbwerts-Bereichs (31) der Pumpstrahlung (5) und dessen Strahlungsenergie gleich der Strahlungsenergie der Pumpstrahlung (5) ist, wobei der y-Halbwerts-Bereich (31) der Pumpstrahlung (5) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche des Lasermediums (1) beträgt, der y-1/e2-Bereich (34) des gedachten Strahls einen Abschnitt dery-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität des gedachten Strahls an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität des gedachten Strahls an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) geteilt durch e2 beträgt und der y-Halbwerts-Bereich (32) des gedachten Strahls einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität des gedachten Strahls an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität des gedachten Strahls an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) beträgt.
  3. 3. Festkörperlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein z-Kühlbereich (27) des Lasermediums (1) größer als ein z-Pumpbereich (29) des Lasermediums (1) ist, wobei der z-Kühlbereich (27) des Lasermediums (1) einen Abschnitt derz-Achse bezeichnet, über welchen sich der Kühlstreifen (24) erstreckt, über den das Lasermedium (1) an der zweiten Seitenfläche (23) mit dem Kühlkörper (22) thermisch verbunden ist, wobei der z-Pumpbereich (29) einen Abschnitt der z-Achse bezeichnet, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium (1) absorbierten Leistung der Pumpstrahlung (5) absorbiert wird und an dessen beiden Enden die Intensität der Pumpstrahlung (5) gleich groß ist.
  4. 4. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlstreifen (24) eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 5 W/mK aufweist.
  5. 5. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass abgesehen vom Bereich, über den sich der Kühlstreifen (24) erstreckt, sich ein Luftspalt (25) zwischen der zweiten Seitenfläche (23) des Lasermediums (1) und dem Kühlkörper (22) befindet.
  6. 6. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermedium (1) eine prismatische Form aufweist, wobei die Kanten, die die Erstreckung der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) in Richtung dery-Achse beidseitig begrenzen und die Kanten, die die Erstreckung der zweiten Seitenfläche (23) des Lasermediums (1) in Richtung der y-Achse beidseitig begrenzen, parallel zur z-Achse liegen.
  7. 7. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermedium (1) in einem Resonator angeordnet ist.
  8. 8. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (4) das Lasermedium (1) Zick-Zack-förmig verlaufend durchsetzt und hierbei in einer Ebene liegt, welche rechtwinkelig zury-Achse steht.
  9. 9. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (4) im Lasermedium (1) und/oder bei seinem Austritt aus dem Lasermedium (1) ein Strahlprofil aufweist, bei welchem die Differenz zwischen der Länge eines y-1/e2-Bereichs des Laserstrahls (4) und der Länge eines y-Halbwerts-Bereichs des Laserstrahls (4) weniger als halb so groß ist wie die Differenz zwischen der Länge eines y-1/e2-Bereichs und der Länge eines y-Halbwerts-Bereichs eines gedachten Strahls gleicher Wellenlänge, der ein Gaußprofil aufweist und von dem die Länge eines y-Halbwerts-Bereichs gleich der Länge des y-Halbwerts-Bereichs des Laserstrahls (4) und dessen Strahlungsenergie gleich der Strahlungsenergie des Laserstrahls (4) ist, wobei der y-1/e2-Bereich des Laserstrahls (4) einen Abschnitt dery-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität des Laserstrahls (4) einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität des Laserstrahls (4) geteilt durch e2 beträgt, wobei der y-Halbwerts-Bereich des Laserstrahls (4) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität des Laserstrahls (4) einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität des Laserstrahls (4) beträgt, wobei der y-1/e2-Bereich des gedachten Strahls einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität des gedachten Strahls einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität des gedachten Strahls geteilt durch e2 beträgt, wobei der y-Halbwerts-Bereich des gedachten Strahls einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität des gedachten Strahls einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität des gedachten Strahls beträgt.
  10. 10. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Brechwertes einer vom Lasermedium (1) im Betrieb des Festkörperlasers ausgebildeten thermischen Linse bezogen auf die y-Achse weniger als 0,5m*1 beträgt.
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