CN104521076A - 用于泵浦激光增益介质的泵浦装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于泵浦激光增益介质(1)的泵浦装置，该泵浦装置包括带有多个激光二极管(15，16)的辐射源(13)，其发射激光束(17)，所述激光束具有平行的、在z轴方向上走向的射束轴线(a)，并且在垂直于z轴的x轴方向上的发散至少为在垂直于z轴并垂直于x轴的y轴方向上的两倍，并且包括带有至少一个柱面(23)的至少一个光学器件(22，22′，22″)，由激光二极管(15，16)发射的激光束(17)的至少一部分与至少一个柱面共同作用。所述柱面(23)与x轴平行，并且在与x轴垂直的平面中弯曲。

Description

用于泵浦激光增益介质的泵浦装置
本发明涉及一种用于泵浦激光增益介质(verstaerkenden Lasermedium)的泵浦装置，该泵浦装置包括带有多个激光二极管的辐射源，其发射激光束，所述激光束具有平行的、在z轴方向上走向的射束轴线，并且在垂直于z轴的x轴方向上的发散至少为在垂直于z轴并垂直于x轴的y轴方向上的两倍，并且包括带有至少一个柱面的至少一个光学器件，由激光二极管发射的激光束的至少一部分与所述至少一个柱面共同作用。
为了泵浦固体激光器，在较早期替代传统的闪光灯而更多地使用激光二极管。用这种方式泵浦的固体激光器例如在Errico Armandillo和Callum Norrie的“Diode-pumpedhigh-efficiency high-brightness Q-switched ND:YAG slab laser”，OPTICS LETTERS第22卷第15期，1997年8月1日，第1168至1170页进行了描述。激光二极管尤其是是在有效系数、泵浦效率和寿命方面具有优点。为了实现更高的泵浦功率，将多个激光二极管集中在共同的部件中。在巴条(英语“bar”)的情况下，在条形芯片上布置多个激光二极管(＝单发射器)并且电并联地驱动，并且安装在共同的散热装置上。这种巴条的单发射器分别发射激光束，该激光束在所谓的“快轴”方向上(其在本文中称为x轴)具有比在与其垂直的所谓“慢轴”方向上(其在本文中称为y轴)明显更大的发射角。例如，在y方向上的发散为+/-5°，而在x方向上的发散为+/-33°。激光二极管的激光束的射束轴线彼此平行，并且与垂直于x轴和y轴的z轴平行。
在激光二极管堆叠的情况下(其也称为激光二极管堆栈)，多个这种巴条以其宽侧和/或窄侧并排布置。市面上能够获得的激光二极管堆叠例如由8个在x方向上并排布置的巴条构成，其分别带有40个在y方向上间隔的单发射器，其中在808nm的波长情况下从10mm×11.9mm的发射面所发射的光学峰值功率为2,400W。其他数目的巴条和/或单发射器同样是已知的。
由这种激光二极管堆叠发射的激光辐射由此强烈发散，通过这种方式，借助光学器件的成像(激光辐射与所述光学器件共同作用)由此达到关于孔径和成像质量方面的极限。为了对抗这一点，已知的是，在相应巴条的激光二极管之前布置柱面透镜形式的微透镜。微透镜的柱轴线在y方向上取向，使得减小了在x方向上的强烈发散，例如减小到1°以下。通过这种方式，明显简化了随后的用于将激光辐射成像到激光增益介质中的光学系统。然而，通过使用这种“快轴准直”微透镜导致提高的材料成本和安装成本(由于窄的公差要求)，并且导致功率损失，其譬如在10％的范围中。
另外已知的是在z方向上延伸的、例如棒状或者截顶方棱锥形的光学器件，激光辐射由所述光学器件借助全反射向激光增益介质引导，参见例如Eric C.Honea等人的“Analysis of an intracavity-doubled diode-pumped Q-switched Nd:YAG laserproducing more than 100W of power at 0.532μm”，OPTICS LETTERS,第23卷，No.15，1998年8月1日，第1203至1205页以及WO 2010/052308A1。在此的缺点尤其是在z方向上的所需结构长度，由此降低了整个激光器的紧凑性。
本发明的任务是提供一种开头所述类型的有利的泵浦装置，其能够在高效率的情况下实现紧凑的构型。根据本发明，这通过具有权利要求1所述特征的泵浦装置来实现。
在根据本发明的泵浦装置情况下，柱面与x轴平行地延伸，并且在y-z平面中弯曲，即在与x轴垂直的平面中弯曲。由此，柱面具有在y-z平面中成像的、尤其是会聚的作用(即关于“慢轴”)，而不是在x-z平面中(即关于“快轴”)。
当由相应的激光二极管发射的激光辐射理解为具有辐射锥的激光束时，由激光二极管发射的激光辐射的总功率的95％处于辐射锥中，于是辐射锥的外壳与平行于y-z平面的并且通过辐射轴走向的平面的切线又称为激光束关于y-z平面而言的边缘射束。该边缘射束的发射角对应于在平行于y-z平面的、通过辐射轴走向的平面中的辐射锥的整个张角的一半。类似的也适用于激光束关于x-z平面而言的边缘射束。于是，发射角是相应的边缘射束与辐射轴所成的角，并且由此限定了从激光二极管出来的激光射束关于y-z平面或者关于x-z平面而言的发散度。
在y-z平面中的柱面的会聚作用意味着，通过与柱面的共同作用，至少减少了关于y-z平面而言的边缘射束的发散，或者这些边缘射束在与柱面共同作用之后相互平行走向(即辐射锥的张角为零，激光束于是准直)，或者甚至朝向彼此走向(即辐射锥的张角为负)。
优选的是，对于相应的激光束，两个关于y-z平面而言的边缘射束在与柱面共同作用之后相互成小于10°的角，即激光束至少在很大程度上是准直的。
在本发明的一个有利的实施形式中，泵浦装置没有如下的反射面或者折射面：该反射面或者折射面仅仅或者也在与y轴垂直的平面中、即在x-z平面中弯曲，并且与y-z平面中弯曲的柱面共同作用的激光束与该反射面或者折射面共同作用。
由辐射源的至少多个激光二极管、优选至少大部分的激光二极管、特别优选所有的激光二极管发射的激光束与该平行于x轴的并且在y-z平面中弯曲的柱面共同作用，即与相同的柱面共同作用。也即，对于多个激光二极管、优选大部分的激光二极管、特别优选所有的激光二极管发出的激光束，设置有带有至少一个这种柱面的共同的光学器件，这些激光束与该柱面共同作用。
在本发明的一个可能的实施形式中，柱面反射性地(镜面地)构建，使得激光束在柱面上反射(忽略损耗)。柱面朝着激光束从其入射的一侧凹入。在此，在一个可能的实施变形方案中，反射可以在器件的外侧上进行，而激光束并不进入器件中。由此，该器件构建为柱面镜。在另一可能的实施变形方案中，激光束可以通过入射面进入到器件中，并且在器件内部在柱面上反射。在该情况中，柱面可以由器件的被镜面化的柱形表面(＝外表面)形成。原则上可以想到并且可能的还有，设置具有镜面化的内部柱面的器件。由柱面反射的激光束通过器件的出射面从该器件射出。优选的是，入射面和出射面由光学器件的不同表面形成，即入射面和出射面在空间上彼此分离。
在另一可能的实施形式中，柱面是折射的，使得激光束穿过柱面(忽略损耗，尤其是通过反射的损耗)。由此，所述器件是柱形透镜。柱面可以是入射面，激光束通过该入射面到达器件中。激光束通过不同于入射面的(＝空间上分离的)出射面又从器件射出。出射面在此可以平坦地(＝平面地)构建。相反的构型也是可能的，其中折射的柱面是光学器件的出射面，激光束从该出射面由器件射出，其中入射面是平坦的(＝平面的)。入射面以及出射面也可以都是柱面，它们与x轴平行并且在y-z平面中弯曲。当仅仅是入射面或者出射面由这种柱面形成时，这两个面的另一个可以替代平面的构型而也具有以另外的方式弯曲的构型，可能仅仅在x-z平面中或者也在x-z平面中(以便也实现关于x轴而言的会聚作用)。至少一个与x轴平行的、在y-z平面中弯曲的柱面为了实现会聚作用而朝向器件的外侧凸出，于是尤其是由器件的凸出的表面(＝外表面)形成。
光学器件的柱面由柱壳的整个环周的一部分、尤其是由直的柱体的整个环周的一部分形成，即其为柱壳在确定的极角范围<2π上延伸的部分。在此，例如可以是圆柱体的外壳面、抛物线柱体的外壳面或者椭圆柱体的外壳面。这种柱面具有由此与x轴平行的柱轴线。
柱面更有利地具有聚焦线(＝焦点线)，平行于器件的光轴从一侧入射的射束在该聚焦线上相交或者至少近似相交。
在本发明的一个有利的实施形式中，在由激光二极管发射的激光束的射束路线中在激光二极管和具有至少一个平行于x轴并且在x-z平面中弯曲的柱面的光学器件之间不存在激光束与其共同作用的其他光学器件，即由激光二极管发射的激光束从激光二极管在穿过空气段之后直接到达所述光学器件中。
辐射源优选包括相对于x轴而言布置在不同位置的两个或者更多个激光二极管，其激光束与光学器件的柱面共同作用，并且也特别优选的是，关于y轴而言布置在不同位置的两个或者更多个激光二极管，其激光束与光学器件的柱面共同作用。在本发明的一个有利的实施形式中，辐射源的所有激光二极管的激光束与光学器件的柱面共同作用。
优选的是，辐射源的所有激光二极管都在共同的、与z轴垂直的平面中(即在x-y平面中)。
本发明的一个优选的实施形式设计了，辐射源是激光二极管堆叠，其具有分别带有多个激光二极管的多个巴条，其中相应巴条的激光二极管在y方向上间隔地布置，即在共同的、与y轴平行的直线上。在此优选的是，至少两个巴条、在本发明的一个可能的实施形式中所有的巴条关于x轴的方向而言并排地布置，其于是为垂直的激光二极管堆叠，其激光二极管布置在y方向上走向的多个行中(优选三个或者更多)以及在x方向上走向的多个列中(优选十个或者更多)。
为了将激光二极管发射的激光束在x方向上、即在“快轴”的方向上引导，由此由辐射源发射的激光辐射在该方向上并不分布在过大的空间范围上，有利的是，设置有反射性的边界面，其在x轴的方向上在两侧限制了辐射源发射的激光辐射的总体延伸。由该优选平坦的(＝平面的)边界面，由激光二极管发射的激光束的投射到其上的射束部分被反射。边界面优选垂直于x轴。在此一个有利的实施形式设计了，具有至少一个平行于x轴的并且在y-z平面中弯曲的柱面的光学器件也具有反射性的边界面。其于是由光学器件的侧面形成，这些侧面优选垂直于光学器件的入射面和出射面。更有利的是，在反射性的边界面上的反射通过全反射来实现。
也可以想到并且可能的是，使用独立的镜，其具有反射性的边界面。
激光器、尤其是固体激光器特别是脉冲式的，其中其激光增益介质借助根据本发明的泵浦装置来泵浦。作为连续波激光器(Dauerstrich-Laser)的构型同样是可能的。
激光器的激光增益介质优选通过泵浦装置来侧面泵浦。例如涉及一种板条激光器(＝”slab laser”)，例如之字形板条激光器(＝带有“之字形板条增益介质”的激光器)。针对由激光增益介质发射的激光辐射的、激光介质的入射面和出射面在此可以有利地布置在布儒斯特角中，其中该激光辐射在激光器的谐振器中引导。
本发明的其他优点和细节在下面借助附图来阐述。其中：
图1示出了以根据本发明的方式泵浦的激光器的一个实施例的极为示意性的视图；
图2在前视图中示出了根据本发明的泵浦装置的辐射源的一个实施例；
图3在侧视图中示出了图2的辐射源；
图4在顶视图中示出了图2的辐射源；
图5示出了图2的辐射源的斜视图；
图6在斜视图中结合要泵浦的激光增益介质示出了根据本发明的泵浦装置的第一实施形式的斜视图；
图7示出了在x-z平面中的各激光二极管的射束簇的轴向射束的视图；
图8示出了在y-z平面中的轴向射束的视图；
图9示出了在至x-z平面中的投影中激光二极管中的三个的辐射锥的关于x-z平面和y-z平面而言的边缘射束的视图；
图10示出了在至y-z平面中的投影中激光二极管中的三个的辐射锥的关于x-z平面和y-z平面而言的边缘射束的视图；
图11至图14示出了针对本发明的第二实施形式的类似于图7至图10的视图；
图15至图16示出了针对本发明的第三实施形式的类似于图9和图10的视图。
附图具有不同的比例尺。在图7至图16中绘出的单位是毫米(mm)。
在图1中示意性示出了对于以根据本发明的方式泵浦的激光器的一种可能的实施形式。其为一种固体激光器，该固体激光器的增益的(有源)激光介质由晶体或者玻璃状的(无定形)固体构成。例如，激光增益介质1可以是Nd:YAG、Nd:玻璃、Nd：钒酸盐或者Yb:YAG。
激光增益介质布置在谐振器中，其部件在下面进一步阐述。
激光增益介质1例如板状地构建，于是其为板条激光器(＝”slab laser”)。虽然由激光增益介质1发射的激光辐射的射束在图1中示意性地直线地通过激光增益介质1走向地示出，然而其也可以之字形地通过其走向。针对由激光介质1发射的穿过谐振器的激光辐射而言的两个入射面和出射面2、3有利地布置在布儒斯特角中，然而并非一定必须如此。
激光增益介质1被侧面泵浦，如已知的那样。对激光增益介质1进行泵浦的激光辐射5于是并不通过入射和出射面2、3进入到激光介质中，而是通过侧面6进入。其与入射和出射面2、3垂直。
激光介质1可以替代平板状地构建而例如棒状地构建。
谐振器包括末端镜7和耦合输出镜8，以便将由激光器发出的激光辐射4耦合输出。所示的谐振器折叠一次，为此目的在光路中布置有反转棱镜9。该折叠也可以省去，或者谐振器可以多次折叠。可以设置其他的折叠镜。
为了构建Q开关，在所示的实施例中在谐振器的光路中布置有偏振器10、普克尔斯盒11和四分之一Lambda波片(Lambda-Viertel-Plaettchen)12。由激光器发出的激光辐射由此是脉冲式的。为了形成脉冲，也可以设置其他的作为电光Q开光，尤其是声光Q开关。
布置在光路中的镜、尤其是耦合输出镜8或者末端镜7之一可以如已知的那样构建为梯度镜(Gradientenspiegel)，其反射性在镜面上变化并且在此在中间区域中大于在边缘区域中。通过这种方式，可以影响激光束的射束轮廓，例如以便实现强度的更快速的边缘下降，和/或改善激光束的射束质量。
激光增益介质的泵浦借助辐射源13来进行，该辐射源包括多个激光二极管。在图1中仅仅示意性地表明了泵浦装置的光学系统14，该光学系统用于将由辐射源发出的激光辐射以有利的方式输送给激光增益介质1。
辐射源13优选以激光二极管堆叠的形式构建，并且在图2至图5中示出了对此的一个例子。激光二极管堆叠包括多个巴条15，它们分别具有多个激光二极管16，其在y轴的方向上彼此间隔。例如，每个巴条15可以有二十至六十个激光二极管(＝单发射器)16。在与y轴垂直的x轴的方向上，多个这种巴条15并排布置，其激光二极管16分别在y方向上彼此间隔(分别在与y轴平行布置的直线上)。例如，可以有五个至十五个巴条15。在y方向上也可以并排布置两个或者更多个巴条15，使得存在并排布置的巴条15的两个或者更多个在x方向上走向的行。
对于辐射源13的激光二极管16之一，示出了由其发射的激光束17的辐射锥。辐射轴a与垂直于x轴和y轴的z轴平行。辐射源13的所有激光二极管16的辐射轴a相互平行，其中激光二极管16分别具有相同的辐射特性。
在本文中，激光二极管的相应的辐射锥通过如下方式限定：该辐射锥形成了如下区域的边界，其中由激光二极管发射的激光辐射功率的95％在该区域内发射。
在本文中，如下的线称为相应的激光二极管的关于x-z平面而言的边缘射束31：所述线在辐射锥与平行于x-z平面并且通过射束轴线a走向的平面的截面中形成辐射锥的边界。在本文中，如下的线称为相应的激光二极管的关于y-z平面而言的边缘射束31：所述线在辐射锥与平行于y-z平面并且通过射束轴线a走向的平面的截面中形成辐射锥的边界。
换而言之，也可以说的是，通过边缘射束31，对于相应的激光二极管在与x轴和z轴平行的、通过射束轴线a走向的平面中限定了如下区域的边界：由激光二极管发出的激光辐射的总功率的95％在该区域内发射。类似地，边缘射束32在与y轴和z轴平行的、通过射束轴线a走向的平面中限定了这种区域的边界。
关于x-z平面而言的发射角18是在相应的边缘射束31和射束轴线a之间的角。关于y-z平面而言的发射角19是在相应的边缘射束32和射束轴线a之间的角。
当在本文中谈及射束在x-z平面中或者在y-z平面中示出时，分别意味着在x-z平面或者y-z平面中的投影。
由激光二极管16发射的激光束17在x轴的方向上具有在y轴方向上的至少两倍、优选至少三倍的发散度。于是，关于x-z平面而言的发射角18为关于y-z平面而言的发射角19的至少两倍，优选至少三倍。例如，发射角18可以为±33°，而发射角19为±5°。
巴条15保持在承载体20上。在图6中示出了用于冷却激光二极管堆叠的冷却体21，其例如可以是水冷的(端子并未示出)。用于运行激光二极管堆叠的电子设备在图6中出于清楚起见而并未示出。
泵浦装置另外包括光学器件22，其具有柱面23。该柱面在该实施例中由光学器件22的设置有反射性涂层的外表面形成。由辐射源13的激光二极管16发射的激光束17通过光学器件22的入射面24到达其中(至少大部分)。在激光束17在柱面23上反射之后，激光束17从器件22的出射面25射出(至少大部分)。入射面24和出射面25有利地设置有防反射涂层。
通过出射面25射出的激光束到达激光介质1(至少大部分)。入射面24和出射面25由器件22的不同表面形成，于是并不交迭。
在所示的实施例中，激光增益介质1以侧面6直接靠置在光学器件22的出射面25上，其中激光介质通过该侧面来泵浦。也可能的是，例如为了在之字形激光器的情况下保证全反射而设置小的、在其间的间隙或者位于其间的透明材料，该材料具有小于激光增益介质1的材料的折射率。至少在侧面6的表面法线的方向上测量的、激光介质1与出射面25的距离有利地小于在该方向上测量的激光介质1的伸展。
在该实施例中，具有柱面23的光学器件22是泵浦装置的唯一的光学器件，由辐射源13发出的激光辐射与其共同作用。优选的是，至少仅仅存在一个光学器件，其具有成像作用，尤其是会聚作用。
为了能够实现激光束17穿过器件22，该器件由透明材料构成。优选的是，在激光束17的波长(＝强度最大值的波长)情况下，在10mm的路径段上光学器件22的材料的透射率超过99％，优选超过99.5％(纯粹的材料透射率，不考虑表面反射)。在实际的实施形式中，数值可以超过99.8％。辐射源13的通过光学器件22的激光辐射的总吸收可以有利地在3％以下，特别优选地在1％以下。被激光辐射5通过的路径段在此可以短于20cm，优选短于10cm。例如，光学器件可以由玻璃例如SF6或者SF11构成。其他透明的材料同样可以使用，例如YAG。
在该实施例中在由辐射源13发出的激光辐射的波长情况下，光学器件22的材料的折射率n大于1.6。在波长为808nm的情况下，高折射的玻璃材料SF6的折射率为n＝1.78。
在另外的实施例中，也可以使用具有小于1.6的折射率的材料，例如硅酸盐玻璃。
在图6中示出了，光学器件22由尤其是通过粘合彼此连接的、透明材料构成的多个部件构建。一件式的构型也是可以想到并且是可能的。光学器件22固定在承载体26上。
在图6中另外示出了冷却体27，其例如是水冷的(端子并未示出)并且用于冷却激光增益介质1。
当把由激光二极管16发射的激光束17分别解释为射束簇时，在图7和图8中示出了射束簇的轴向射束28，即沿着激光二极管16的射束轴线a发射的射束，更确切地说，在图7中在x-z平面中(到x-z平面中的投影在此是相同的)，而在图8中在y-z平面中(到y-z平面中的投影在此是相同的)。图7和图8于是也示出由激光二极管16发射的激光射束17的光轴在x-z平面中或者在至x-z平面的投影中以及在y-z平面中或者在至y-z平面的投影中的走向。构建为激光二极管堆叠的辐射源13、光学器件22和激光增益介质1被示意性地绘出。
x轴以及y轴的O点置于辐射源13的中央。Z轴的0点在辐射源13的表面上，其中从该表面发出激光辐射。
关于x方向而言，通过光学器件22并未进行对轴向射束28的影响。轴向射束28在x-z平面中或者在至x-z平面的投影中与z轴平行地从辐射源13行进直到激光增益介质1。
关于y-z平面而言，相互平行地在z方向上行进直到柱面23的轴向射束28被柱面23反射，使得其会聚到一点上。在空间上观察，轴向射束28在平行于x轴并且垂直于y-z平面的交线上会聚(至少近似)，其是柱面23的聚焦线。
激光介质1在此布置为使得轴向射束28的(近似的)交线在背离光学器件22的侧面30的区域中。该侧面30在此有利地镜面化，使得其将投射到其上的激光束17向回反射。交线也可以位于激光增益介质1的中间区域中，或者也可以在侧面6的区域中。因为该侧面6优选靠置在光学器件22的出射面25上，所以对于这些情况而言光学器件的几何结构可以被相应地适配。
在图7和图8中也绘出了柱轴线29，柱面23围绕该柱轴线弯曲。例如，柱面23由直的圆柱外壳的环周部分形成，该环周部分围绕柱轴线29弯曲。例如，也可以是围绕柱轴线29弯曲的抛物线柱体或者椭圆柱体。
图9和图10示出了与图7和图8类似的视图，然而其中在此针对激光二极管16发射的激光束17中的三个示出了边缘射束31、32至x-z平面中以及至y-z平面中的投影。其涉及两个边缘侧的激光二极管16(于是其中之一具有所有激光二极管的x和y坐标的最大值，并且其中另一个具有x和y坐标的最小值)以及涉及关于辐射源13的x和y延伸而言在中央区域中的激光二极管16。图9示出了至x-z平面中的投影，而10示出了至y-z平面中的投影。
因为器件22的材料的折射率n大于空气，所以在相应的激光束17进入光学器件22中时，边缘射束31、32与z轴的角度对应于折射率的关系地减小。
投射到柱面23上的边缘射束被其反射。关于x-z平面而言，在此没有发生相应的激光二极管16的激光束17的两个边缘射束31的发散度的变化。关于y-z平面而言，相应的激光二极管16的激光束17的两个边缘射束32在该实施例中在通过柱面23反射之后平行走向。也可以设置一种构型，使得相应的激光射束27的两个边缘射束32在柱面23上反射之后会聚(聚焦)。相应的激光束17的两个边缘射束32的发散度至少由于在柱面23上的反射而在y-z平面中减小。
针对由激光二极管16发射的激光束17，柱面23于是展现了关于y-z平面而言的会聚作用，然而并没有关于x-z平面的会聚作用，或者换而言之展现了在原始的发散度方面在y方向上的会聚作用(＝在“慢轴”的方向上)，然而并没有在原始的发散度方面在x方向上的会聚作用(＝在“快轴”的方向上)。
在该实施例中，边缘侧的激光二极管16的激光束17的射束部分在柱面23上反射之后投射到光学器件22的边界面33、34上，所述边界面在x方向上形成光学器件22的边界并且优选垂直于x轴。在这些边界面33、34上，投射到其上的部分射束进行全反射。在图10中示出了针对相应的边缘射束31的反射。对于不同于由两个边缘侧的激光二极管发射的激光束17的其他激光束，也在边界面33、34上进行部分射束的反射。由此，关于x方向而言，限制了由辐射源13发射的激光辐射的伸展。该装置的几何结构也可以选择为使得激光二极管16的激光束17的部分射束已经在投射到柱面23上之前在边界面33、34上被反射。
关于x轴而言，于是通过在边界面33、34上的内部反射进行激光射束的引导。如果激光介质1在x轴中的延伸足够大，则在边界面33、34上的反射也可以省去(光学器件22于是在x方向上同样相应长地构建)。
总之，实现了激光介质1的低损耗、很大程度上均匀的照明。因为存在单个激光二极管16所发射的激光束17的强烈交迭，所以当要省去激光二极管16中的单个激光二极管时，照明于是还保持比较均匀。
柱面23的曲率半径例如在30mm至100mm的范围中，在该实施例中在57.8mm左右的范围中。沿着z轴，距辐射源13的距离例如在13mm到45mm之间的范围中，在该实施例中在25mm左右的范围中。柱面相对于其中柱面与z轴相交的取向的倾斜角例如在10°至25°的范围中，在该实施例中在15°左右的范围中。
在辐射源13和柱面23之间的距离应当为使得单个的激光束在其在柱面上反射之后至少很大程度上准直，使得边缘射束32相互之间所成的角至少小于10°。
图11至图14是针对本发明的第二实施例的类似于图7至图10的视图。作为具有柱面23的光学器件22′，在此设置有柱面镜(Zylinderspiegel)。柱面23例如可以由直的圆柱的外壳的环周部分形成，其围绕柱轴线29弯曲，该柱轴线垂直于y-z平面，即平行于x轴走向。
射束走向类似于前面所描述的实施例中的情况。然而，这里缺少的效果是，在进入具有大于空气折射率的折射率的材料中时，发散角减小。为了在至y-z平面的投影中在激光增益介质的位置上得到激光辐射的符合规定的宽度，柱面23由此必须比第一实施例中更强地弯曲。总之，在激光增益介质1布置于其中的区域中，得到激光辐射的不太明显的整体上最小的收缩。关于单个射束交迭方面的尤其是球形的像差由此比第一实施例中更大。
柱轴线23的曲率半径例如可以在15mm至30mm的范围中。沿着z轴测量，距离辐射源13的距离优选大致在一半的曲率半径的范围内(±10％)。
在该实施例中并未示出在边界面上的反射，其中所述边界面通过反射而形成了激光束关于x方向而言的边界。这种边界也可以通过设置镜而存在，所述镜具有这种反射性的边界面33、34。边界面在此尤其是又平坦地并且垂直于x轴地布置。
图15和16示出了针对本发明的第三实施例的、类似于图9和图10或者图13和图14的视图。
在该实施例中，具有柱面23的光学器件22″是柱形透镜。柱面例如可以由直圆柱的外壳的环周部分形成，其围绕柱轴线29弯曲，该柱轴线垂直于y-z平面。
激光增益介质1在此布置为使得侧面6关于z轴而言位于柱轴线37的位置，其中由辐射源13发射的激光辐射通过该侧面6而进入。激光介质1也可以布置为使得柱轴线37位于激光介质1内或者位于后侧的侧面30的区域中。后侧的侧面30又可以镜面化地构建。
柱形透镜的焦距例如可以在50mm至200mm的范围中，其中在柱形透镜和辐射源13之间的距离在焦距的范围中(±10％)。在柱形透镜和激光介质1之间的距离同样在焦距的范围中(±10％)。
在穿过光学器件22″之后，相应激光二极管16的激光束17的两个边缘射束32优选会聚或者相互平行走向。至少两个边缘射束32的发散度被光学器件22″减小。光学器件22″于是关于在y-z平面中的原始的发散度而言具有会聚作用。
关于x-z平面而言，相应激光二极管16的激光束17的两个边缘射束31的发散度并未减小。然而，在该实施例中，设置有平坦的镜35、36，其镜面形成针对激光辐射的边界面33、34，其中边界面33、34垂直于x轴。由辐射源13发射的激光辐射在x方向上的激光辐射的伸展通过这种方式又被形成边界。
如果激光介质1在x方向上的伸展足够大，则又可以省去边界面33、34。
激光二极管16的各激光束17在激光介质1的区域中良好地交迭。关于比较大的焦距而言，被激光辐射照射的区域比较大，并且激光增益介质1必须相应大地构建。
有利的是，柱形透镜的焦点长度大于辐射源的、在y方向上彼此间具有最大距离的两个激光二极管之间的关于y轴方向而言的距离的五倍。
使用具有较短焦距的柱形透镜是可能的，然而这伴随着准直以及照明均匀度的降低。
器件22″的柱面也可以布置在朝向激光介质1的侧上。也可以使用带有两侧柱面的柱形透镜。
通过根据本发明的泵浦装置，尤其是可以提供紧凑的侧面泵浦的固体激光器。例如，可以实现具有至少100mJ脉冲能量以及短于20ns脉冲的激光器。“足迹(foot print)”(＝没有电子设备的激光器头)在此可以具有小于15cm×10cm的尺寸，优选在10cm×5cm的范围中的尺寸，并且具有小于2kg的质量，使得其适于“手持”应用。
另一方面可以提供具有大于3mJ脉冲能量以及小于10ns脉冲长度的脉冲激光器，其尺寸小于10cm×5cm或者更小(还是激光器头，没有电子设备)。通过本发明，可以提供一种紧凑的脉冲激光器，其具有超过10％或者甚至超过15％的高效率(关于所产生脉冲的能量相比于(光学)泵浦脉冲的能量)。由于该效率，必要时可以提供一种紧凑的脉冲激光器，其不需要水冷。必要时，可以提供一种100Hz/100mJ的激光器，其在实践中适于电池运行。特别地，使用具有柱面的、带有长焦距的柱形透镜(例如在本发明的第三实施例中所示的那样)用于泵浦具有高能量的激光器(尤其是1J或者更高)是有利的。
根据本发明的泵浦装置也可以用于泵浦不同于所述固体激光器的激光器，例如也可以用于泵浦光纤激光器或者片式激光器(Scheibenlaser)。
根据本发明的装置还具有的优点是，相比于现有技术，辐射源、尤其是激光二极管堆叠形式的辐射源的位置公差和角度公差比较而言并不关键。通过这种方式，例如可以将辐射源、尤其是激光二极管堆叠形式的辐射源设计为可以由用户更换的模块。
附图标号表
1    激光增益介质                             19   发射角
2    入射面                                   20   承载体
3    出射面                                   21   冷却体
4    激光束                                   22，22′，22″  光学器件
5    激光辐射                                 23   柱面
6    侧面                                     24   入射面
7    末端镜                                   25   出射面
8    耦合输出镜                               26   承载体
9    反转棱镜                                 27   冷却体
10   偏振器                                   28   轴向射束
11   普克尔斯盒                               29   柱轴线
12   四分之一Lamda波片                        30   侧面
13   辐射源                                   31   边缘射束
14   光学系统                                 32   边缘射束
15   巴条                                     33   边界面
16   激光二极管                               34   边界面
17   激光束                                   35   镜
18   发射角                                   36   镜

Claims (15)

1.一种用于泵浦激光增益介质(1)的泵浦装置，该泵浦装置包括带有多个激光二极管(16)的辐射源(13)，其发射激光束(17)，所述激光束具有平行的、在z轴方向上走向的射束轴线(a)，并且在垂直于z轴的x轴方向上的发散至少为在垂直于z轴并垂直于x轴的y轴方向上的两倍，并且包括带有至少一个柱面(23)的至少一个光学器件(22，22′，22″)，由激光二极管(16)发射的激光束(17)的至少一部分与所述至少一个柱面共同作用，其特征在于，所述柱面(23)与x轴平行，并且在与x轴垂直的平面中弯曲。
2.根据权利要求1所述的泵浦装置，其特征在于，所述辐射源(13)包括相对于x轴而言布置在不同位置的两个或者更多个激光二极管(16)，所述激光二极管的激光束(17)与所述柱面(23)共同作用。
3.根据权利要求1或2所述的泵浦装置，其特征在于，所述辐射源(13)包括关于y轴而言布置在不同位置的两个或者更多个激光二极管(16)，所述激光二极管的激光束(17)与所述柱面(23)共同作用。
4.根据权利要求1至3之一所述的泵浦装置，其特征在于，所有激光二极管(16)的激光束(17)与所述光学器件(22，22′，22″)的柱面(23)共同作用。
5.根据权利要求1至4之一所述的泵浦装置，其特征在于，所述器件(22，22′，22″)的柱面(23)针对与柱面(23)共同作用的激光束(16)具有会聚作用。
6.根据权利要求1至5之一所述的泵浦装置，其特征在于，所述光学器件(22″)是柱形透镜。
7.根据权利要求1至5之一所述的泵浦装置，其特征在于，所述光学器件(22′)是柱面镜。
8.根据权利要求1至5之一所述的泵浦装置，其特征在于，所述光学器件(22)具有入射面(24)，由激光二极管(16)发射的激光束(17)或者其至少一部分通过所述入射面进入光学器件(22)中，以及通过该光学器件(22)到达光学器件(22)的反射性构建的柱面(23)，并且由该柱面通过光学器件(22)到达光学器件(22)的出射面(25)，并且通过该出射面到达激光增益介质(1)，其中所述入射面(24)和出射面(25)由所述光学器件(22)的不同面形成。
9.根据权利要求1至8之一所述的泵浦装置，其特征在于，所述泵浦装置具有反射性的边界面(33，34)，该边界面在x轴的方向上两侧地形成由辐射源(13)所发射的激光辐射的伸展的边界。
10.根据权利要求8和9所述的泵浦装置，其特征在于，所述光学器件(22)具有边界面(33，34)。
11.根据权利要求1至10之一所述的泵浦装置，其特征在于，所述辐射源(13)是激光二极管堆叠，该激光二极管堆叠具有多个巴条(15)，所述巴条分别带有多个激光二极管(16)。
12.根据权利要求11所述的泵浦装置，其特征在于，一个巴条(15)的激光二极管(16)在y轴的方向上间隔布置。
13.根据权利要求12所述的泵浦装置，其特征在于，所有巴条(15)或者所述巴条(15)的至少一部分关于x轴的方向而言并排地布置。
14.一种激光器，其具有固体形成的激光增益介质(1)以及用于对所述激光增益介质(1)泵浦的泵浦装置，其特征在于，所述泵浦装置根据权利要求1至13之一构建。
15.根据权利要求14所述的激光器，其特征在于，所述激光增益介质(1)被侧面泵浦。
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