DE102010061891A1 - Laser device for ignition system of internal combustion engine for motor vehicle, has laser-active solid, passive Q-switch and pump light source that are interconnected to form monolithic structure - Google Patents

Laser device for ignition system of internal combustion engine for motor vehicle, has laser-active solid, passive Q-switch and pump light source that are interconnected to form monolithic structure Download PDF

Info

Publication number
DE102010061891A1
DE102010061891A1 DE201010061891 DE102010061891A DE102010061891A1 DE 102010061891 A1 DE102010061891 A1 DE 102010061891A1 DE 201010061891 DE201010061891 DE 201010061891 DE 102010061891 A DE102010061891 A DE 102010061891A DE 102010061891 A1 DE102010061891 A1 DE 102010061891A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser
radiation
light source
pump
laser device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201010061891
Other languages
German (de)
Inventor
Hans-Jochen Schwarz
Rene Hartke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE201010061891 priority Critical patent/DE102010061891A1/en
Publication of DE102010061891A1 publication Critical patent/DE102010061891A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0627—Construction or shape of active medium the resonator being monolithic, e.g. microlaser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/082—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/113—Q-switching using intracavity saturable absorbers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18358—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] containing spacer layers to adjust the phase of the light wave in the cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08004—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
    • H01S3/08009—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection using a diffraction grating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094084—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light with pump light recycling, i.e. with reinjection of the unused pump light, e.g. by reflectors or circulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1618—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth ytterbium

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

The device (100) has laser-active solid, passive Q-switch, pump light source that are interconnected to form monolithic structure. Pumping mirrors are provided for exhibiting optical resonator, for pump radiation. An independent claim is included for method for manufacturing laser device.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Lasereinrichtung zur Erzeugung von Laserimpulsen, insbesondere für ein Zündsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem laseraktiven Festkörper, einer, vorzugsweise passiven, Güteschaltung, und mit einer Pumplichtquelle zur Erzeugung von Pumpstrahlung zum optischen Pumpen des laseraktiven Festkörpers.The invention relates to a laser device for generating laser pulses, in particular for an ignition system of an internal combustion engine, with a laser-active solid, a, preferably passive, Q-switching, and with a pumping light source for generating pump radiation for optical pumping of the laser-active solid.

Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für eine derartige Lasereinrichtung.The invention further relates to a manufacturing method for such a laser device.

Lasereinrichtungen der vorstehend genannten Art werden beispielsweise zum Aufbau von laserbasierten Zündsystemen für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Zündsysteme für stationäre Gasmotoren oder dergleichen sind auch denkbar. Darüber hinaus können derartige Lasereinrichtungen auch für andere Anwendungsfälle eingesetzt werden, bei denen energiereiche Laserimpulse erzeugt werden müssen.Laser devices of the aforementioned type are used, for example, for the construction of laser-based ignition systems for internal combustion engines of motor vehicles. Ignition systems for stationary gas engines or the like are also conceivable. In addition, such laser devices can also be used for other applications in which high-energy laser pulses must be generated.

Bekannte Systeme der eingangs genannten Art weisen den wesentlichen Nachteil auf, dass die einzelnen Komponenten zueinander in besonders präziser Weise justiert werden müssen, was zu verhältnismäßig hohen Fertigungskosten und einer nicht in allen Anwendungsfällen hinreichenden Betriebssicherheit führt.Known systems of the type mentioned have the significant disadvantage that the individual components must be adjusted to one another in a particularly precise manner, resulting in relatively high production costs and not sufficient in all applications reliability.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lasereinrichtung und ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die vorstehend genannten Nachteile des Stands der Technik vermieden werden.Accordingly, it is an object of the present invention to improve a laser device and a manufacturing method of the type mentioned in that the aforementioned disadvantages of the prior art are avoided.

Diese Aufgabe wird bei einer Lasereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der laseraktive Festkörper und die Güteschaltung und die Pumplichtquelle miteinander zu einem monolithischen Aufbau verbunden sind. Dadurch entfällt vorteilhaft eine aufwendige Justage aller Komponenten relativ zueinander. Überdies entfällt das Risiko, dass sich während eines Betriebs der Lasereinrichtung Komponenten relativ zueinander bewegen, was zu einer Dejustage führt.This object is achieved in a laser device of the type mentioned in the present invention, that the laser-active solid and the Q-switching and the pump light source are connected together to form a monolithic structure. This advantageously eliminates a complicated adjustment of all components relative to each other. Moreover, eliminates the risk that move during operation of the laser device components relative to each other, resulting in a misalignment.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein erster und ein zweiter Pumpspiegel so in den monolithischen Aufbau integriert sind, dass sie einen mindestens den laseraktiven Festkörper und die Pumplichtquelle aufweisenden optischen Resonator für die Pumpstrahlung bilden. Die Pumpspiegel sind einer Ausführungsform zufolge hoch reflektierend ausgebildet für die Wellenlänge der verwendeten Pumpstrahlung und können beispielsweise als Bragg-Spiegel realisiert sein. Die Herstellung von Bragg-Spiegeln kann in an sich bekannter Weise mittels eines epitaktischen Fertigungsverfahrens erfolgen oder auch durch Aufdampfen auf eine Oberfläche der Lasereinrichtung. Besonders bevorzugt sind die Pumpspiegel ebenfalls Bestandteil des monolithischen Aufbaus der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung.In a particularly advantageous embodiment, it is provided that a first and a second pumping mirror are integrated into the monolithic structure such that they form an optical resonator for the pump radiation comprising at least the laser-active solid and the pumping light source. According to one embodiment, the pump mirrors have a highly reflective design for the wavelength of the pump radiation used and can be realized, for example, as a Bragg mirror. The production of Bragg mirrors can be effected in a manner known per se by means of an epitaxial production method or else by vapor deposition on a surface of the laser device. Particularly preferably, the pumping mirrors are also part of the monolithic structure of the laser device according to the invention.

Alternativ oder ergänzend kann ein Pumpspiegel auch als Volume-Bragg-Grating ausgebildet sein.Alternatively or additionally, a pumping mirror can also be designed as a volume Bragg grating.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein erster und zweiter Primärspiegel so in den monolithischen Aufbau der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung integriert sind, dass sie einen mindestens den laseraktiven Festkörper und die Güteschaltung aufweisenden optischen Resonator für die zu erzeugende Laserstrahlung bilden. Analog zu den Pumpspiegeln können auch die Primärspiegel mittels epitaktischer Fertigungsverfahren erzeugt werden. Beispielsweise können auch die Primärspiegel als Bragg-Spiegel ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist der erste Primärspiegel hochreflektierend ausgelegt für die Wellenlänge der zu erzeugenden Laserstrahlung, während der zweite Primärspiegel bei einer Ausbildung als Auskoppelspiegel teilreflektierend für die Wellenlänge der zu erzeugenden Laserstrahlung ausgebildet ist.In a further advantageous embodiment, it is provided that a first and second primary mirror are integrated into the monolithic structure of the laser device according to the invention such that they form an optical resonator for the laser radiation to be generated, at least the laser-active solid and the Q-switching. Analogous to the pump mirrors, the primary mirrors can also be produced by epitaxial manufacturing processes. For example, the primary mirrors can also be designed as Bragg mirrors. Particularly preferably, the first primary mirror is highly reflective designed for the wavelength of the laser radiation to be generated, while the second primary mirror is formed in a training as Auskoppelspiegel partially reflecting the wavelength of the laser radiation to be generated.

Je nach Ausgestaltung der optischen Resonatoren für die Pumpstrahlung und für die zu erzeugende Laserstrahlung können die Primärspiegel hochreflektierend oder auch nur teilreflektierend oder hochtransmittierend ausgebildet sein für die Wellenlängen der verwendeten Pumpstrahlung.Depending on the configuration of the optical resonators for the pump radiation and for the laser radiation to be generated, the primary mirrors may be designed to be highly reflective or only partially reflective or highly transmissive for the wavelengths of the pump radiation used.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass sowohl der Resonator für die Pumpstrahlung als auch der Resonator für die zu erzeugende Laserstrahlung so ausgebildet und angeordnet ist, dass sie jeweils den laseraktiven Festkörper und die Güteschaltung und die Pumplichtquelle enthalten, und dass der Resonator für die Pumpstrahlung einen dritten Pumpspiegel aufweist, der zwischen der Güteschaltung einerseits und der Pumplichtquelle und dem laseraktiven Festkörper andererseits angeordnet ist, und wobei der dritte Pumpspiegel teiltransmittierend für die Pumpstrahlung ausgebildet ist. Dadurch ist vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, dass von der Pumplichtquelle erzeugte Pumpstrahlung auch zu der Güteschaltung gelangt, wodurch ein sättigbarer Absorber der Güteschaltung auch durch die Pumpstrahlung vorgesättigt wird, wodurch ein schnelleres Ausbleichen der Güteschaltung erzielbar ist. In a further advantageous embodiment it is provided that both the resonator for the pump radiation and the resonator for the laser radiation to be generated is designed and arranged so that they each contain the laser-active solid and the Q-switching and the pumping light source, and that the resonator for the Pumping radiation has a third pumping mirror, which is disposed between the Q-circuit on the one hand and the pumping light source and the laser-active solid on the other hand, and wherein the third pumping mirror is formed partially transmittable for the pump radiation. This advantageously provides the possibility that pump radiation generated by the pump light source also reaches the Q-switching, as a result of which a saturable absorber of the Q-switching is also presaturated by the pump radiation, as a result of which faster fading of the Q-switching can be achieved.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der laseraktive Festkörper und/oder die Pumplichtquelle mittels mindestens einer der folgenden Verbindungstechniken miteinander und/oder mit anderen Komponenten verbunden sind: Bonden, Kleben, Klemmen, Klemmen unter Verwendung eines Index-Matching Mediums.In a further advantageous embodiment it is provided that the laser-active solid and / or the pump light source are connected to each other and / or other components by means of at least one of the following bonding techniques: bonding, gluing, clamping, clamping using an index-matching medium.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der monolithische Aufbau eine Mikrolinse aufweist, die dazu ausgebildet ist, erzeugte Laserstrahlung zu beeinflussen, insbesondere in eine von einer optischen Achse der Lasereinrichtung verschiedene Richtung abzulenken, wodurch die erzeugte Laserstrahlung auf einen außerhalb der optischen Achse der Lasereinrichtung liegenden Punkt gebündelt werden kann, was insbesondere bei der Zusammenfassung mehrerer erfindungsgemäßer Lasereinrichtungen zu einem Laserarray vorteilhaft ist.In a further embodiment, it is provided that the monolithic structure has a microlens which is designed to influence generated laser radiation, in particular to deflect it in a direction different from an optical axis of the laser device, whereby the generated laser radiation to an outside of the optical axis of the laser device lying point can be bundled, which is particularly advantageous in the combination of several inventive laser devices to a laser array.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Pumplichtquelle ein vierter Pumpspiegel zugeordnet ist, der teiltransmittierend für die Pumpstrahlung ausgebildet ist und zusammen mit einem ersten Pumpspiegel einen internen optischen Pumpresonator ausbildet, der die Pumplichtquelle enthält. Da der interne optische Pumpresonator die Pumplichtquelle enthält, kann er vorteilhaft zur Stabilisierung der Wellenlänge der von der Pumplichtquelle erzeugten Pumpstrahlung beitragen. Insbesondere ist dadurch eine Verringerung einer thermischen Wellenlängenverschiebung der Pumplichtquelle ermöglicht. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Absorptionsbreite für die Pumpstrahlung in dem laseraktiven Festkörper nur verhältnismäßig gering ist, beispielsweise einige Nanometer.In a further advantageous embodiment, it is provided that the pump light source is assigned a fourth pumping mirror, which is designed to be partially transmissive for the pump radiation and forms, together with a first pump mirror, an internal optical pump resonator which contains the pumped light source. Since the internal optical pump resonator contains the pump light source, it can advantageously contribute to stabilizing the wavelength of the pump radiation generated by the pump light source. In particular, this makes it possible to reduce the thermal wavelength shift of the pumped light source. This is particularly advantageous when an absorption width for the pump radiation in the laser-active solid is only relatively small, for example a few nanometers.

Weil der vierte Pumpspiegel teiltransmittierend für die Pumpstrahlung ausgebildet ist, kann trotz des vorstehend beschriebenen Effekts der Wellenlängenstabilisierung des internen optischen Pumpresonators auch Pumpstrahlung in den benachbarten laseraktiven Festkörper gelangen, um diesen in an sich bekannter Weise optisch zu pumpen.Because the fourth pumping mirror is designed to be partially transmissive for the pumping radiation, pumping radiation can also pass into the adjacent laser-active solid state despite the above-described effect of wavelength stabilization of the internal optical pumping resonator in order to optically pump it in a manner known per se.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Auskoppelspiegel zur Auskopplung der erzeugten Laserstrahlung gekrümmt ausgebildet ist, wodurch eine Grundmode des den Auskoppelspiegel enthaltenen optischen Resonators stabilisiert wird, so dass sich das Strahlprofil der erzeugten Laserstrahlung verbessert. Sofern der Auskoppelspiegel gleichzeitig den optischen Resonator für die Pumpstrahlung begrenzt, wird auch die Grundmode der Pumpstrahlung in entsprechender Weise stabilisiert, was auf ein besseres Strahlprofil für die Pumpstrahlung führt.In a further advantageous embodiment, it is provided that a coupling-out mirror for coupling out the generated laser radiation is curved, whereby a fundamental mode of the optical resonator contained in the coupling-out mirror is stabilized, so that the beam profile of the generated laser radiation is improved. If the output mirror simultaneously limits the optical resonator for the pump radiation, the fundamental mode of the pump radiation is likewise stabilized in a corresponding manner, which leads to a better beam profile for the pump radiation.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem laseraktiven Festkörper und dem Auskoppelspiegel ein Glaselement angeordnet ist, das in einem dem Auskoppelspiegel zugewandten Bereich eine gekrümmte Oberfläche aufweist. Auf diese Weise kann ein gekrümmter Auskoppelspiegel mit besonders geringem Aufwand realisiert werden, da die Krümmungsform zunächst durch das Glaselement vorgegeben wird. Der Auskoppelspiegel kann schließlich auf die gekrümmte Oberfläche des Glaselements mittels bekannter Techniken, beispielsweise mittels Aufdampfen, aufgebracht werden.In a particularly advantageous embodiment of the invention, it is provided that a glass element is arranged between the laser-active solid and the coupling-out mirror, which has a curved surface in a region facing the coupling-out mirror. In this way, a curved Auskoppelspiegel can be realized with very little effort, since the curvature shape is initially determined by the glass element. Finally, the coupling-out mirror can be applied to the curved surface of the glass element by means of known techniques, for example by means of vapor deposition.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens zwei in dem monolithischen Aufbau einander benachbarte Komponenten mittels eines Epitaxie-Verfahrens aufeinander aufgewachsen sind, wodurch sich ein besonders effizienter Fertigungsprozess ergibt, der insbesondere auch auf Waferbasis erfolgen kann. Das bedeutet, zumindest für die epitaktischen Fertigungsschritte, die ein Aufwachsen benachbarter Komponenten der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung vorsehen, ist die parallele epitaktische Herstellung einer Vielzahl von Lasereinrichtungen, die nebeneinander auf einem Wafer angeordnet sind, möglich, wodurch sich die Fertigungskosten für diese Komponenten signifikant verringern.In a further particularly advantageous embodiment, it is provided that at least two components which are adjacent to one another in the monolithic structure are grown on one another by means of an epitaxy process, resulting in a particularly efficient production process, which can also be carried out on a wafer basis. That is, at least for the epitaxial manufacturing steps that provide for growing adjacent components of the laser device according to the invention, the parallel epitaxial production of a plurality of laser devices, which are arranged side by side on a wafer, is possible, which significantly reduces the manufacturing costs for these components.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in mindestens einem Endbereich des monolithischen Aufbaus eine Wärmesenke angeordnet ist, die bei einem Betrieb der Lasereinrichtung entstehende Wärme aus dem Bauteil abführt und vorteilhaft auch als elektrische Kontaktierung für einen darin angeordneten Halbleiterlaser (z. B. Pumplichtquelle) dienen kann. Die Wärmesenke kann beispielsweise als Metallplatte ausgebildet sein und mittels Löten oder Klemmen mit dem monolithischen Aufbau der Lasereinrichtung verbunden werden.In a further advantageous embodiment, provision is made for a heat sink to be disposed in at least one end region of the monolithic structure, which dissipates heat arising during operation of the laser device from the component and advantageously also as electrical contact for a semiconductor laser (eg pumped light source ) can serve. The heat sink may for example be formed as a metal plate and connected by means of soldering or clamping with the monolithic structure of the laser device.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 angegeben.As a further solution to the object of the present invention, a method according to claim 12 is given.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

  • – epitaktisches Aufwachsen mindestens einer ersten Anzahl von Komponenten aufeinander, um mindestens eine erste monolithisch ausgebildete Komponentengruppe zu erhalten,
  • – Verbinden der mindestens einen ersten monolithisch ausgebildeten Komponentengruppe mit mindestens einer weiteren Komponente mittels einer der folgenden Verbindungstechniken: Bonden, Kleben, Klemmen, Klemmen unter Verwendung eines Index-Matching Mediums.
The method according to the invention comprises the following steps:
  • Epitaxially growing at least a first number of components on one another in order to obtain at least one first monolithically formed component group,
  • - Connecting the at least one first monolithically formed component group with at least one further component by means of one of the following bonding techniques: bonding, gluing, clamping, clamping using an index-matching medium.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass folgende Komponenten epitaktisch aufeinander aufgewachsen werden: Ein erster Primärspiegel für einen optischen Resonator für die zu erzeugende Laserstrahlung, ein sättigbarer Absorber der Güteschaltung, ein erster Pumpspiegel für einen optischen Resonator für die Pumpstrahlung, die Pumplichtquelle. In a further advantageous embodiment, it is provided that the following components are epitaxially grown on each other: a first primary mirror for an optical resonator for the laser radiation to be generated, a saturable absorber of the Q-switching, a first pumping mirror for an optical resonator for the pump radiation, the pumping light source.

Je nach Ausbildung der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung können auch andere als die vorstehend genannten Schichten bzw. eine andere Reihenfolge bei deren epitaktischem Aufwachsen verwendet werden.Depending on the design of the laser device according to the invention, it is also possible to use layers other than the abovementioned layers or a different sequence in their epitaxial growth.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Schritt des epitaktischen Aufwachsens auf Waferbasis erfolgt, das bedeutet, die Epitaxie-Schritte für das Aufwachsen der Komponenten aufeinander werden für eine Vielzahl von Lasereinrichtungen parallel durchgeführt, die bevorzugt in einer matrixartigen Anordnung auf demselben Wafer angeordnet sind.A further advantageous embodiment provides that the wafer-based epitaxial growth step takes place, that is, the epitaxy steps for the growth of the components on one another are performed in parallel for a plurality of laser devices, which are preferably arranged in a matrix-like arrangement on the same wafer ,

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency and regardless of their formulation or representation in the description or in the drawing.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 schematisch eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, 1 schematically an internal combustion engine with a laser device according to the invention,

2 schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, 2 schematically a first embodiment of a laser device according to the invention,

3 bis 13 jeweils unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, und 3 to 13 each different embodiments of the laser device according to the invention, and

14 ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. 14 a simplified flow diagram of an embodiment of the manufacturing method according to the invention.

Eine Brennkraftmaschine trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie dient zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst mehrere Zylinder, von denen in 1 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Ein Brennraum 14 des Zylinders 12 wird von einem Kolben 16 begrenzt. Kraftstoff gelangt in den Brennraum 14 direkt durch einen Injektor 18, der an einen auch als Rail bezeichneten Kraftstoff-Druckspeicher 20 angeschlossen ist.An internal combustion engine carries in 1 Overall, the reference number 10 , It serves to drive a motor vehicle, not shown. The internal combustion engine 10 includes several cylinders, one of which is in 1 only one with the reference numeral 12 is designated. A combustion chamber 14 of the cylinder 12 is from a piston 16 limited. Fuel enters the combustion chamber 14 directly through an injector 18 , the to a designated as rail fuel pressure accumulator 20 connected.

In den Brennraum 14 eingespritzter Kraftstoff 22 wird mittels eines Laserstrahls 110a entzündet, der vorzugsweise in Form eines Laserimpulses von einer eine Lasereinrichtung 100 aufweisenden Laserzündkerze 100' in den Brennraum 14 abgestrahlt wird. Hierzu wird die Lasereinrichtung 100 von einem Steuergerät 32 gesteuert, das auch den Injektor 18 ansteuert.In the combustion chamber 14 injected fuel 22 is by means of a laser beam 110a ignited, preferably in the form of a laser pulse from a laser device 100 having laser spark plug 100 ' in the combustion chamber 14 is emitted. For this purpose, the laser device 100 from a controller 32 controlled, that too the injector 18 controls.

Die die Lasereinrichtung 100 aufweisende Laserzündkerze 100' bildet zusammen mit dem Steuergerät 32 ein laserbasiertes Zündsystem 27 der Brennkraftmaschine 10.The the laser device 100 having laser spark plug 100 ' forms together with the control unit 32 a laser-based ignition system 27 the internal combustion engine 10 ,

Wie aus 2 ersichtlich ist, weist die Lasereinrichtung 100 neben einem laseraktiven Festkörper 110 auch eine passive Güteschaltung 120 auf, so dass die Komponenten 110, 120 zusammen mit einem Einkoppelspiegel 112a und einem Auskoppelspiegel 112b einen Laser-Oszillator bilden.How out 2 can be seen, the laser device 100 next to a laser-active solid 110 also a passive quality circuit 120 on, so the components 110 . 120 together with a coupling mirror 112a and a Auskoppelspiegel 112b form a laser oscillator.

Die grundsätzliche Funktionsweise der Lasereinrichtung 100 ist folgende: Pumpstrahlung zum optischen Pumpen der Komponenten 110, 120 wird durch eine ebenfalls in der Lasereinrichtung 100 angeordnete Pumplichtquelle 130 erzeugt und an die benachbarten Komponenten 110, 120 abgestrahlt. Dort wird die Pumpstrahlung absorbiert, was zu einer Besetzungsinversion führt. Die zunächst hohen Transmissionsverluste der passiven Güteschaltung 120 verhindern eine Laser-Oszillation in der Lasereinrichtung 100. Mit steigender Pumpdauer steigt jedoch auch die Strahlungsdichte in dem Inneren des durch den laseraktiven Festkörper 110 und die passive Güteschaltung 120 sowie die Spiegel 112a, 112b gebildeten Resonators, der auch die Pumplichtquelle 130 aufweist. Ab einer gewissen Strahlungsdichte bleicht die passive Güteschaltung 120 beziehungsweise ein sättigbarer Absorber der passiven Güteschaltung 120 aus, so dass eine Laser-Oszillation in dem Resonator zustande kommt.The basic mode of operation of the laser device 100 is the following: pump radiation for optical pumping of the components 110 . 120 is by a likewise in the laser device 100 arranged pump light source 130 generated and to the neighboring components 110 . 120 radiated. There, the pump radiation is absorbed, resulting in a population inversion. The initially high transmission losses of the passive Q-switching 120 prevent laser oscillation in the laser device 100 , As the pumping time increases, however, the radiation density in the interior of the laser-active solid increases as well 110 and passive Q-switching 120 as well as the mirrors 112a . 112b formed resonator, which is also the pumping light source 130 having. From a certain radiation density bleaches the passive Q-switching 120 or a saturable absorber of the passive Q-switching 120 so that laser oscillation occurs in the resonator.

Durch diesen Mechanismus wird ein Laserstrahl 110a in Form eines sog. Riesenimpulses erzeugt, der durch den Auskoppelspiegel 112b hindurchtritt und nachfolgend als Laserzündimpuls bezeichnet wird.Through this mechanism becomes a laser beam 110a in the form of a so-called giant pulse generated by the Auskoppelspiegel 112b passes and is hereinafter referred to as laser ignition pulse.

Anstelle der vorstehend beschriebenen passiven Güteschaltung 120 ist auch der Einsatz einer aktiven Güteschaltung denkbar.Instead of the above-described passive Q-switching 120 The use of an active Q-switching is also conceivable.

Die Lasereinrichtung 100 nach 2 verfügt ferner über Pumpspiegel 134a, 134b, die die lokal in der Lasereinrichtung 100 erzeugte Pumpstrahlung hin- und herreflektieren. Der Pumpspiegel 134b kann bei geeigneter Transmissionscharakteristik vorteilhaft gleichzeitig die Funktion des Auskoppelspiegels 112b realisieren.The laser device 100 to 2 also has pumping levels 134a . 134b that the local in the laser device 100 reflected pump radiation back and forth. The pumping mirror 134b can be advantageous at the same time the function of Auskoppelspiegels with suitable transmission characteristics 112b realize.

3 zeigt die Lasereinrichtung 100 gemäß 2 in einem geringfügig gesteigerten Detailgrad. 3 shows the laser device 100 according to 2 in a slightly increased level of detail.

Aus 3 ist ersichtlich, dass die Lasereinrichtung 100 einen laseraktiven Festkörper 110 aufweist, der beispielsweise aus Neodym-dotiertem Material wie zum Beispiel Nd:YAG (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat) ausgebildet ist und Laserstrahlung 110a einer Wellenlänge von 1064 Nanometer abstrahlt.Out 3 it can be seen that the laser device 100 a laser-active solid 110 comprising, for example, neodymium-doped material such as Nd: YAG (neodymium-doped yttrium-aluminum garnet) and laser radiation 110a a wavelength of 1064 nanometers radiates.

Dementsprechend sind die Primärspiegel 112a, 112b, welche vorliegend als Bragg-Spiegel realisiert sind, reflektierend ausgebildet für die durch den laseraktiven Festkörper 110 erzeugte Laserstrahlung 110a. Der erste Primärspiegel 112a, der den optischen Resonator OR2 in 3 nach links begrenzt, ist hierbei hochreflektierend (HR) ausgebildet für die Laserstrahlung 110a der Wellenlänge 1064 Nanometer. Da der zweite Primärspiegel 112b den optischen Resonator OR2 in 3 nach rechts begrenzt und somit als Auskoppelspiegel für die Laserstrahlung 110a arbeitet, ist er in entsprechender Weise nur teilreflektierend ausgebildet für die Laserstrahlung 110a der Wellenlänge 1064 Nanometer.Accordingly, the primary levels are 112a . 112b , Which are realized in the present case as a Bragg mirror, designed to be reflective for the laser-active solid 110 generated laser radiation 110a , The first primary mirror 112a containing the optical resonator OR2 in 3 limited to the left, this is highly reflective (HR) formed for the laser radiation 110a the wavelength is 1064 nm. Because the second primary mirror 112b the optical resonator OR2 in 3 limited to the right and thus as Auskoppelspiegel for the laser radiation 110a works, it is in a corresponding manner only partially reflective trained for the laser radiation 110a the wavelength is 1064 nm.

Neben dem optischen Resonator OR2 für die Laserstrahlung 110a ist ein weiterer optischer Resonator OR1 vorgesehen, der als Pumpstrahlungs-Resonator bzw. kurz Pumpresonator fungiert. Hierzu weist der Pumpresonator OR1 einen ersten Pumpspiegel 134a auf, der analog zu dem ersten Primärspiegel 112a auch als Bragg-Spiegel ausgebildet ist. Der zweite Pumpspiegel 134b ist vorteilhaft gleichzeitig durch den zweiten Primärspiegel 112b gebildet. Das bedeutet, der zweite Primärspiegel 112b repräsentiert gleichzeitig den zweiten Pumpspiegel 134b und ist dementsprechend hochreflektierend ausgebildet für die Wellenlänge 808 Nanometer der vorliegend verwendeten Pumpstrahlung 130a, die von der Pumplichtquelle 130 erzeugt wird.In addition to the optical resonator OR2 for the laser radiation 110a a further optical resonator OR1 is provided, which acts as a pump radiation resonator or short pump resonator. For this purpose, the pump resonator OR1 has a first pumping mirror 134a on, analogous to the first primary mirror 112a Also designed as a Bragg mirror. The second pumping mirror 134b is advantageous at the same time by the second primary mirror 112b educated. That means the second primary mirror 112b simultaneously represents the second pumping mirror 134b and is accordingly designed to be highly reflective for the wavelength 808 nanometers of the pump radiation used in the present case 130a coming from the pump light source 130 is produced.

Der erste Pumpspiegel 134a ist ebenfalls hochreflektierend ausgebildet für die Pumpstrahlung 130a, ist jedoch transmittierend ausgebildet für die Wellenlänge 1064 Nanometer der Laserstrahlung 110a.The first pumping mirror 134a is also highly reflective designed for the pump radiation 130a , but is transmissive designed for the wavelength 1064 nanometers of laser radiation 110a ,

Die Pumplichtquelle 130 verfügt bei der vorliegenden Ausführungsform vorteilhaft über einen oder mehrere Quantenfilme 132, beispielsweise auf der Basis eines InAlGaAs(Indium-Aluminium-Galliumarsenid)-Materials. Vorliegend ist die Pumplichtquelle 130 dazu ausgebildet, Pumpstrahlung 130a der Wellenlänge 808 Nanometer zu erzeugen.The pump light source 130 advantageously has one or more quantum wells in the present embodiment 132 based on, for example, an InAlGaAs (indium-aluminum-gallium arsenide) material. In the present case is the pump light source 130 designed to pump radiation 130a of wavelength 808 nm.

Die vorliegend passiv ausgebildete Güteschaltung 120 weist einen sättigbaren Absorber 122 auf, der für die Wellenlänge 1064 Nanometer der Laserstrahlung 110a ausgebildet ist. Der sättigbare Absorber 122 kann beispielsweise als Galliumarsenid-Quantenfilm ausgelegt sein oder Indiumarsenid-Quantendots (deutsch: Quantenpunkte) aufweisen.The present passive trained quality circuit 120 has a saturable absorber 122 up for the 1064 nm laser radiation wavelength 110a is trained. The saturable absorber 122 For example, it can be designed as a gallium arsenide quantum film or have indium arsenide quantum dots (German: quantum dots).

Der in 3 linke Endbereich 102a der Lasereinrichtung 100 weist eine Wärmesenke 140 auf, die beispielsweise als Metallplatte ausgebildet ist und mittels Klemmen oder Löten mit dem ersten Primärspiegel 112a verbunden ist.The in 3 left end area 102 the laser device 100 has a heat sink 140 on, which is formed for example as a metal plate and by means of clamping or soldering to the first primary mirror 112a connected is.

Insgesamt sind sämtliche Komponenten 140, 112a, 122, 134a, 132, 110, 112b, 134 vorteilhaft monolithisch miteinander integriert bzw. verbunden, so dass sich ein monolithischer Aufbau 102 für die Lasereinrichtung 100 ergibt.Overall, all components 140 . 112a . 122 . 134a . 132 . 110 . 112b . 134 advantageously monolithically integrated or connected to each other, so that a monolithic structure 102 for the laser device 100 results.

Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass keine Dejustage der Komponenten im Sinne einer Bewegung relativ zueinander während eines Betriebs bzw. des Einsatzes der Lasereinrichtung 100 möglich ist, wodurch ein besonders hohe Betriebssicherheit erzielt wird.This advantageously ensures that no misalignment of the components in the sense of a movement relative to one another during operation or the use of the laser device 100 is possible, whereby a particularly high level of operational reliability is achieved.

Ferner kann vorteilhaft vorgesehen sein, die Komponenten 122a, 120, 134a, 130 in einem epitaktischen Fertigungsprozess schrittweise aufeinander aufzuwachsen, wobei dieser Fertigungsprozess bevorzugt auf Waferbasis, das heißt für eine Vielzahl von Schichtanordnungen gleichzeitig, erfolgen kann. Anschließend kann eine derartige Komponentenstruktur 122a, 120, 134a, 130 vorteilhaft mittels Klemmen, Bonden oder Kleben mit einem laseraktiven Festkörper 110 zu dem monolithischen Aufbau 102 verbunden werden. Der Auskoppelspiegel 112b kann beispielsweise danach aufgedampft werden.Furthermore, it can be advantageously provided, the components 122a . 120 . 134a . 130 in an epitaxial manufacturing process gradually grow on each other, this manufacturing process preferably on a wafer basis, that is, for a variety of layer arrangements can be done simultaneously. Subsequently, such a component structure 122a . 120 . 134a . 130 advantageous by means of clamping, bonding or gluing with a laser-active solid 110 to the monolithic construction 102 get connected. The Auskoppelspiegel 112b can be evaporated for example afterwards.

Besonders bevorzugt können die Komponenten 122a, 120, 134a, 130 auch im Rahmen eines Wafer-Prozesses epitaktisch hergestellt werden und anschließend mit einem Nd:YAG-Wafer verbunden werden, wodurch vorteilhaft eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Lasereinrichtungen 100 (Array) erhalten wird. Besonders vorteilhaft an dieser Herstellungsmethodik ist die Tatsache, dass nicht jede Lasereinrichtung einzeln mit einem laseraktiven Festkörper 110 versehen werden muss, vielmehr kann ein die Schichten 112a, 120, 134a, 130 aufweisender Wafer mit einem im wesentlichen flächengleichen Nd:YAG Wafer in einem einzigen Fügeprozess verbunden werden, wodurch vorteilhaft eine entsprechende Vielzahl von Lasereinrichtungen bereitgestellt wird, was auf besonders geringe Fertigungskosten führt.Especially preferred are the components 122a . 120 . 134a . 130 also be produced epitaxially in the context of a wafer process and then connected to a Nd: YAG wafer, which advantageously a plurality of laser devices according to the invention 100 (Array) is obtained. Particularly advantageous in this production method is the fact that not every laser device individually with a laser-active solid 110 must be provided, rather one can the layers 112a . 120 . 134a . 130 Wafer to be connected to a substantially coextensive Nd: YAG wafer in a single joining process, which is advantageously provided a corresponding plurality of laser devices, resulting in particularly low production costs.

Anschließend können die auf diese Weise erhaltenen Laserarrays beispielsweise derart vereinzelt werden, dass kleinere Arrays, das heißt mit einer geringeren Anzahl von Lasereinrichtungen 100, oder auch einzelne Lasereinrichtungen 100 erhalten werden.Subsequently, the laser arrays obtained in this way can be separated, for example, such that smaller arrays, that is, with a smaller number of laser devices 100 , or even individual laser devices 100 to be obtained.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform 100a der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung. 4 shows a further embodiment 100a the laser device according to the invention.

Die Struktur der optischen Resonatoren sowie der darin enthaltenen Komponenten entspricht im Wesentlichen dem Aufbau nach 3. Vorteilhaft weist die Lasereinrichtung 100a gemäß 4 jedoch im Bereich ihres Auskoppelspiegels 112b eine Mikrolinse 150 auf, die dazu ausgebildet ist, erzeugte Laserstrahlung 110a zu beeinflussen, insbesondere in eine von einer optischen Achse OA der Lasereinrichtung 100a verschiedene Richtung R abzulenken.The structure of the optical resonators and the components contained therein essentially corresponds to the structure 3 , Advantageously, the laser device 100a according to 4 however, in the region of its output mirror 112b a microlens 150 which is adapted to generate laser radiation 110a to influence, in particular in one of an optical axis OA of the laser device 100a to divert different direction R

Der Einsatz einer derartigen Mikrolinse 150 ist besonders dann vorteilhaft, wenn mehrere Lasereinrichtungen 100a zu einem Laserarray kombiniert werden, und wenn die Laserstrahlung 110a jeder einzelnen Lasereinrichtung 100a auf einen gemeinsamen Fokuspunkt des Laserarrays gebündelt werden soll. In diesem Fall kann jeder Lasereinrichtung 100a des Laserarrays (nicht gezeigt) eine entsprechend unterschiedlich konfigurierte bzw. ausgerichtete Mikrolinse 150 zugeordnet werden, so dass die Laserstrahlung 110a aller Lasereinrichtungen 100a des Laserarrays auf denselben Fokuspunkt gebündelt wird.The use of such a microlens 150 is particularly advantageous when multiple laser devices 100a combined into a laser array, and when the laser radiation 110a each individual laser device 100a to be focused on a common focal point of the laser array. In this case, each laser device 100a of the laser array (not shown) a correspondingly differently configured or aligned microlens 150 be assigned, so that the laser radiation 110a all laser devices 100a of the laser array is focused on the same focal point.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform 100b der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, die ihrer Grundstruktur nach im Wesentlichen der Konfiguration gemäß 3 entspricht. 5 shows a further embodiment 100b the laser device according to the invention, the basic structure according to essentially the configuration according to 3 equivalent.

Im Unterschied zu 3 weist das System gemäß 5 jedoch als laseraktiven Festkörper Ytterbium-dotierten Yttrium-Aluminium-Granat (Yb:YAG) auf, das dazu ausgebildet ist, unter Beaufschlagung mit der Pumpstrahlung 130a Laserstrahlung 110a mit einer Wellenlänge von 1030 Nanometer zu emittieren. Die Primärspiegel 112a, 112b sind dementsprechend hochreflektierend ausgebildet für die Wellenlänge 1030 Nanometer der Laserstrahlung 110a.In contrast to 3 instructs the system according to 5 However, as a laser-active solid ytterbium-doped yttrium-aluminum garnet (Yb: YAG), which is designed to be exposed to the pump radiation 130a laser radiation 110a with a wavelength of 1030 nanometers to emit. The primary mirror 112a . 112b are accordingly highly reflective designed for the wavelength 1030 nanometers of the laser radiation 110a ,

Die Pumplichtquelle 130 der Lasereinrichtung 100b gemäß 5 weist einen bei 940 Nanometer arbeitenden Quantenfilm 132 auf, der dementsprechend Pumpstrahlung 130a mit einer Wellenlänge von 940 Nanometer bereitstellt. Die Pumpspiegel 134a, 134b sind dementsprechend hochreflektierend ausgelegt für die Wellenlänge 940 Nanometer der Pumpstrahlung 130a.The pump light source 130 the laser device 100b according to 5 has a quantum film operating at 940 nanometers 132 on, the pumping radiation accordingly 130a with a wavelength of 940 nm. The pumping mirror 134a . 134b are accordingly highly reflective designed for the wavelength 940 nanometers of the pump radiation 130a ,

Damit die von dem laseraktiven Festkörper 110 unter Beaufschlagung mit der Pumpstrahlung 130a erzeugte Laserstrahlung 110a jedoch noch zu der Güteschaltung 120 gelangen kann, ist der erste Pumpspiegel 134a transmittierend (AR, antireflex) ausgebildet für die Pumpstrahlung 130a mit der Wellenlänge 1030 Nanometer.So that of the laser-active solid 110 under the influence of the pump radiation 130a generated laser radiation 110a but still to the Q-switch 120 is the first pumping mirror 134a transmissive (AR, antireflex) designed for the pump radiation 130a with the wavelength 1030 nm.

Der sättigbare Absorber 122 der passiven Güteschaltung 120 ist in entsprechender Weise für die Wellenlänge 1030 Nanometer der Laserstrahlung 110a ausgebildet.The saturable absorber 122 the passive quality circuit 120 is correspondingly for the wavelength 1030 nanometers of the laser radiation 110a educated.

Die bei der Konfiguration gemäß 5 verwendete Pumpstrahlung 130a der Wellenlänge 940 Nanometer hat den Vorteil, dass sie sich in Halbleitermaterialien effizienter herstellen lässt als Strahlung der Wellenlänge 808 Nanometer. Zudem kann bei einer Pumpwellenlänge von 940 Nanometer ein als Bragg-Spiegel ausgebildeter Pumpspiegel 134a, 134b mittels Galliumarsenid-Schichten ausgeführt werden, die ansonsten für 808 Nanometer Pumpwellenlänge absorbierend sind. Dies ermöglicht, den Galliumarsenid-Absorber quasi kontinuierlich über die beiden Bragg-Spiegel 134a, 134b zu verteilen.The configuration according to 5 used pump radiation 130a The wavelength of 940 nanometers has the advantage that it can be produced more efficiently in semiconductor materials than radiation with a wavelength of 808 nanometers. In addition, at a pump wavelength of 940 nanometers designed as a Bragg mirror pumping mirror 134a . 134b by gallium arsenide layers that are otherwise absorbing for 808 nanometers pump wavelength. This allows the gallium arsenide absorber quasi-continuous over the two Bragg mirror 134a . 134b to distribute.

6 zeigt eine weitere Ausführungsform 100c der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, bei der sowohl der Resonator für die Pumpstrahlung 130a als auch der Resonator für die zu erzeugende Laserstrahlung 110a so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie jeweils den laseraktiven Festkörper 110 und die Güteschaltung 120 und die Pumplichtquelle 130 enthalten. Zusätzlich weist der optische Resonator für die Pumpstrahlung 130a einen dritten Pumpspiegel 134c auf, der zwischen der Güteschaltung 120 einerseits und der Pumplichtquelle 130 und dem laseraktiven Festkörper 110 andererseits angeordnet ist, wobei der dritte Pumpspiegel 134c teiltransmittierend für die Pumpstrahlung 130a ausgebildet ist. 6 shows a further embodiment 100c the laser device according to the invention, in which both the resonator for the pump radiation 130a as well as the resonator for the laser radiation to be generated 110a are designed and arranged so that they each have the laser-active solid 110 and the quality circuit 120 and the pump light source 130 contain. In addition, the optical resonator for the pump radiation 130a a third pumping mirror 134c on the between the Q-switch 120 on the one hand and the pump light source 130 and the laser-active solid 110 on the other hand, wherein the third pumping mirror 134c partially transmissive for the pump radiation 130a is trained.

Dies hat den Vorteil, dass der sättigbare Absorber 122 der passiven Güteschaltung 120 von der Pumpstrahlung 130a der Wellenlänge 940 Nanometer vorgesättigt werden kann, wodurch sich die Güteschaltung 120 schneller von ihrem nicht transmittierenden Zustand in den transmittierenden Zustand versetzen lässt.This has the advantage that the saturable absorber 122 the passive quality circuit 120 from the pump radiation 130a The wavelength 940 nanometers can be presaturated, resulting in the Q-switching 120 faster from their non-transmissive state in the transmissive state.

7 zeigt eine weitere Ausführungsform 100d der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, bei der der Auskoppelspiegel 112b nicht aufgedampft, sondern als Volume-Bragg-Grating in dem Lasermaterial des laseraktiven Festkörpers 110 integriert ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Material des laseraktiven Festkörpers 110 um ein Nd:YAG-Lasermaterial, und der Auskoppelspiegel 112b ist in an sich bekannter Weise als Volume-Bragg-Grating in einen in 7 rechten Endbereich des laseraktiven Festkörpers 110 integriert, wodurch sich ebenfalls eine vorteilhafte monolithische Ausbildung bzw. Integration der Auskoppelspiegels 112b in die Gesamtanordnung 100d ermöglichen lässt. 7 shows a further embodiment 100d the laser device according to the invention, wherein the output mirror 112b not vapor-deposited, but as a volume Bragg grating in the laser material of the laser-active solid 110 is integrated. For example, it is the material of the laser-active solid 110 around a Nd: YAG laser material, and the Auskoppelspiegel 112b is in a conventional manner as a volume Bragg Grating in an in 7 right end of the laser-active solid 110 integrated, which also has an advantageous monolithic training or integration of the coupling-out mirror 112b into the overall arrangement 100d make possible.

Der erste Primärspiegel 112a ist vorliegend hochreflektierend ausgelegt für die Wellenlänge 1064 Nanometer der Laserstrahlung 110a. Der erste Pumpspiegel 134a ist vorliegend hochreflektierend ausgelegt für die von der Pumplichtquelle 130 erzeugte Pumpstrahlung 130a der Wellenlänge 808 Nanometer. Der erste Pumpspiegel 134a ist ferner transmittierend ausgebildet für die Wellenlänge 1064 Nanometer der Laserstrahlung 110a. Die Pumplichtquelle 130 weist beispielsweise einen Quantenfilm 132 auf, der Pumpstrahlung 130a der Wellenlänge 808 Nanometer abgibt. The first primary mirror 112a In the present case, it is designed to be highly reflective for the wavelength of 1064 nanometers of the laser radiation 110a , The first pumping mirror 134a is in this case highly reflective designed for the of the pump light source 130 generated pump radiation 130a the wavelength 808 nm. The first pumping mirror 134a is also transmissive formed for the wavelength 1064 nanometers of the laser radiation 110a , The pump light source 130 has, for example, a quantum film 132 on, the pump radiation 130a of wavelength 808 nm.

Der Auskoppelspiegel 112b, der gleichzeitig den zweiten Pumpspiegel 134b bildet, ist hochreflektierend ausgebildet für die Wellenlänge 808 Nanometer der Pumpstrahlung 130a und teilreflektierend (PR, partially reflective) ausgebildet für die Wellenlänge 1064 Nanometer der erzeugten Laserstrahlung 110a.The Auskoppelspiegel 112b , the same time the second pumping mirror 134b is formed highly reflective for the wavelength 808 nanometers of the pump radiation 130a and partially reflective (PR) designed for the wavelength of 1064 nanometers of the generated laser radiation 110a ,

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weisen den Nachteil auf, dass der Halbleiterlaser der Pumplichtquelle 130 die Laserschwelle bislang nur schwer erreicht, da die erzeugte Pumpstrahlung 130a von dem Lasermaterial (Nd:YAG, Yb:YAG) des laseraktiven Festkörpers 110 absorbiert wird. Noch vorteilhafter ist daher die Vorsehung eines weiteren Pumpspiegels, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 8, die die weitere Ausführungsform 100e der Lasereinrichtung illustriert, beschrieben ist.The above-described embodiments have the disadvantage that the semiconductor laser of the pumping light source 130 the laser threshold has been difficult to achieve, since the generated pump radiation 130a of the laser material (Nd: YAG, Yb: YAG) of the laser-active solid 110 is absorbed. Even more advantageous, therefore, is the provision of a further pumping mirror, as described below with reference to FIG 8th that the further embodiment 100e the laser device illustrated is described.

Bei der Ausführungsform 100e ist zwischen der Pumplichtquelle 130 und dem laseraktiven Festkörper 110 ein vierter Pumpspiegel 134d, der ebenfalls wiederum als Bragg-Spiegel ausgebildet sein kann, vorgesehen. Der Bragg-Spiegel 134d bildet zusammen mit dem ersten Pumpspiegel 134a einen internen optischen Pumpresonator OR3, in dem die von der Pumplichtquelle 130 erzeugte Pumpstrahlung 130a in Resonanz treten kann.In the embodiment 100e is between the pump light source 130 and the laser-active solid 110 a fourth pumping mirror 134d , which in turn may also be designed as a Bragg mirror provided. The Bragg mirror 134d forms together with the first pumping mirror 134a an internal optical pump resonator OR3, in which the of the pump light source 130 generated pump radiation 130a can resonate.

Dies bedingt den positiven Effekt, dass der durch die Pumplichtquelle 130 realisierte Halbleiterlaser schneller die Laserschwelle überschreiten kann. Darüberhinaus wird vorteilhaft die Wellenlänge 808 Nanometer der Pumpstrahlung 130a stabilisiert, da eine thermische Wellenlängenverschiebung reduziert wird.This causes the positive effect that the through the pump light source 130 realized semiconductor laser can exceed the laser threshold faster. Moreover, the wavelength 808 nanometers of the pump radiation becomes advantageous 130a stabilized, since a thermal wavelength shift is reduced.

Der vierte Pumpspiegel 134d ist bevorzugt transmittierend ausgebildet für die Laserstrahlung 110a der Wellenlänge 1064 Nanometer. Ferner ist der vierte Pumpspiegel 134d teilreflektierend ausgebildet für die Wellenlänge 808 Nanometer der Pumpstrahlung 130a, wodurch der Grad der Auskopplung der Pumpstrahlung 130a aus dem internen optischen Pumpresonator OR3 in an sich bekannter Weise gesteuert werden kann.The fourth pumping mirror 134d is preferably formed transmissive for the laser radiation 110a the wavelength is 1064 nm. Furthermore, the fourth pumping mirror 134d Partially reflecting trained for the wavelength 808 nanometers of the pump radiation 130a , whereby the degree of extraction of the pump radiation 130a from the internal optical pump resonator OR3 can be controlled in a conventional manner.

Die Konfiguration gemäß 8, deren Pumpwellenlänge wie vorstehend beschrieben durch den Resonator OR3 stabilisiert wird, eignet sich in besonderer Weise für den Einsatz mit Nd:YAG-basierten Lasermaterialien für den laseraktiven Festkörper 110, da die Absorptionsbreite derartigen Lasermaterials nur wenige Nanometer (etwa 4 Nanometer) beträgt. Dadurch, dass der Auskoppelspiegel 112b, 134b hochreflektierend ausgelegt ist für die Wellenlänge 808 Nanometer der Pumpstrahlung 130a, kann die Pumpstrahlung 130a mehrfach durch den Nd:YAG-Kristall des laseraktiven Festkörpers 110 hindurch laufen, wodurch generell kürzere YAG-Kristalle zur Ausbildung des laseraktiven Festkörpers 110 verwendet werden können.The configuration according to 8th , whose pump wavelength is stabilized by the resonator OR3 as described above, is particularly suitable for use with Nd: YAG-based laser materials for the laser-active solid 110 because the absorption width of such laser material is only a few nanometers (about 4 nanometers). Because of the output mirror 112b . 134b highly reflective is designed for the wavelength 808 nanometers of the pump radiation 130a , the pump radiation can 130a several times through the Nd: YAG crystal of the laser-active solid 110 through which generally shorter YAG crystals to form the laser-active solid 110 can be used.

9 zeigt eine weitere Ausführungsform 100f der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, bei der ebenfalls ein interner optischer Pumpresonator mittels der Pumpspiegel 134a, 134d gebildet ist. 9 shows a further embodiment 100f the laser device according to the invention, in which also an internal optical pump resonator by means of the pumping mirror 134a . 134d is formed.

Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 8 ist der laseraktive Festkörper 110 der Ausführungsform 100f gemäß 9 aus Yb:YAG-Lasermaterial gebildet, das Laserstrahlung 110a der Wellenlänge 1030 Nanometer imitiert. Optisch gepumpt wird der laseraktive Festkörper 110 der Ausführungsform 100f mittels Pumpstrahlung 130a der Wellenlänge 980 Nanometer, die von einem Quantenfilm 132 der Pumplichtquelle 130 bereit gestellt wird.Unlike the embodiment according to 8th is the laser-active solid 110 the embodiment 100f according to 9 from Yb: YAG laser material formed, the laser radiation 110a of wavelength 1030 nanometers mimics. The laser-active solid is optically pumped 110 the embodiment 100f by means of pump radiation 130a the wavelength 980 nanometers, that of a quantum film 132 the pump light source 130 provided.

Zur Ausbildung des internen optischen Pumpresonators muss der erste Pumpspiegel 134a hochreflektierend für die Wellenlänge 980 Nanometer der Pumpstrahlung 130a ausgebildet sein, während der vierte Pumpspiegel 134d teilreflektierend ausgebildet ist für die Wellenlänge 980 Nanometer der Pumpstrahlung 130a.To form the internal optical pump resonator, the first pumping mirror 134a highly reflective for the wavelength 980 nanometers of the pump radiation 130a be formed while the fourth pumping mirror 134d Partially reflecting formed for the wavelength 980 nanometers of the pump radiation 130a ,

Der vierte Pumpspiegel 134d ist wiederum bevorzugt transmittierend ausgebildet für die Wellenlänge 1030 Nanometer der Laserstrahlung 110a.The fourth pumping mirror 134d is again preferably designed to be transmissive for the wavelength 1030 nanometers of the laser radiation 110a ,

Der erste Primärspiegel 112a ist hochreflektierend ausgebildet für die Wellenlänge 1030 Nanometer der Laserstrahlung 110a und der als Auskoppelspiegel arbeitende zweite Primärspiegel 112b, 134b ist hochreflektierend ausgelegt für die Wellenlänge 980 Nanometer der Pumpstrahlung 1030a. Ferner ist der Auskoppelspiegel 112b teilreflektierend ausgelegt für die Wellenlänge 1030 Nanometer der Laserstrahlung 110a.The first primary mirror 112a is highly reflective designed for the wavelength 1030 nanometers of laser radiation 110a and the second primary mirror operating as output mirror 112b . 134b is highly reflective designed for the wavelength 980 nanometers of the pump radiation 1030a , Furthermore, the Auskoppelspiegel 112b partially reflective designed for the wavelength 1030 nanometers of the laser radiation 110a ,

Die Lasereinrichtung 100f gemäß 9 weist eine besonders hohe Betriebssicherheit auf, da die Wellenlänge der Pumpstrahlung 130a zuverlässig auf das entsprechende Absorptionsband von etwa 980 Nanometer des laseraktiven Festkörpers 110 stabilisiert wird.The laser device 100f according to 9 has a particularly high reliability, since the wavelength of the pump radiation 130a Reliable to the corresponding absorption band of about 980 nanometers of the laser-active solid 110 is stabilized.

10 zeigt eine weitere Ausführungsform 100g der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, bei der ein Pumpresonator durch die Pumpspiegel 134a, 134b gebildet ist und bei der ein Laserresonator für die Laserstrahlung 110a durch die Primärspiegel 112a, 112b gebildet ist. 10 shows a further embodiment 100 g the laser device according to the invention, in which a pump resonator by the pumping mirror 134a . 134b is formed and in which a laser resonator for the laser radiation 110a through the primary mirror 112a . 112b is formed.

Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der sättigbare Absorber 122 der passiven Güteschaltung 120 vorliegend zwischen dem laseraktiven Festkörper 110 und dem Auskoppelspiegel 112b angeordnet. Damit der sättigbare Absorber 122 möglichst gut transmittierend für die Pumpstrahlung 130a der Wellenlänge 808 Nanometer ausgebildet ist, weist er eine Vanadium (V3+) Dotierung auf.Unlike the embodiments described above, the saturable absorber 122 the passive quality circuit 120 in the present case between the laser-active solid 110 and the output mirror 112b arranged. So that the saturable absorber 122 as well as possible transmissive for the pump radiation 130a With a wavelength of 808 nanometers, it has a vanadium (V3 +) doping.

Im Übrigen ist der sättigbare Absorber 122 für eine Arbeitswellenlänge von 1064 Nanometer der Laserstrahlung 110a ausgelegt.Incidentally, the saturable absorber 122 for a working wavelength of 1064 nm of laser radiation 110a designed.

Da der erste Primärspiegel 112a, der den optischen Resonator für die Laserstrahlung 110a in 10 nach links begrenzt, hochreflektierend für die Wellenlänge 1064 Nanometer der Laserstrahlung 110a ist, ist das Risiko von Beschädigungen in dem Quantenfilm 132 der Pumplichtquelle 130 aufgrund der Laserstrahlung 110a reduziert, da die Laserstrahlung 110a nur noch in sehr stark gedämpfter Form in den Bereich den Quantenfilms 132 gelangt. Das bedeutet, bei der Erzeugung eines Laserimpulses 110a ist der Quantenfilm 132 einem deutlich verminderten Risiko der Zerstörung durch hohe optische Leistungsdichten der Laserstrahlung 110a ausgesetzt. Der erste Primärspiegel 112a ist ferner teiltransmittierend ausgebildet für die Pumpstrahlung 130a.Because the first primary mirror 112a , which is the optical resonator for the laser radiation 110a in 10 limited to the left, highly reflective for the wavelength 1064 nm of the laser radiation 110a is the risk of damage in the quantum film 132 the pump light source 130 due to the laser radiation 110a reduced, because the laser radiation 110a only in very subdued form in the area of the quantum film 132 arrives. This means when generating a laser pulse 110a For example, the quantum film 132 is a significantly reduced risk of destruction by high optical power densities of the laser radiation 110a exposed. The first primary mirror 112a is also partially transmissive designed for the pump radiation 130a ,

Der Pumpspiegel 134a ist bevorzugt hochreflektierend ausgebildet für die Wellenlängen 808 nm (Pumpstrahlung 130a), 1064 nm (Laserstrahlung 110a). Als Gainmedium für den laseraktiven Festkörper 110 ist Nd:YAG-Material vorgesehen.The pumping mirror 134a is preferably highly reflective designed for the wavelengths 808 nm (pump radiation 130a ), 1064 nm (laser radiation 110a ). As a gain medium for the laser-active solid 110 Nd: YAG material is provided.

11 zeigt eine weitere Ausführungsform 100h der erfindungsgemäßen. Lasereinrichtung, bei der der sättigbare Absorber 122 der passiven Güteschaltung 120 zwischen dem laseraktiven Festkörper 110 und dem ersten Primärspiegel 112a angeordnet ist. Dadurch kann der sättigbare Absorber 120 vorteilhaft in einem Epitaxie-Prozess mit den anderen Schichten 134a, 130, 112a aufgewachsen werden, wenn er beispielsweise in Galliumarsenid-Material ausgeführt wird. Alternativ kann der sättigbare Absorber aus V3+-Material bestehen, das mit den Komponenten 112a, 110 gebondet wird. 11 shows a further embodiment 100h the invention. Laser device in which the saturable absorber 122 the passive quality circuit 120 between the laser-active solid 110 and the first primary mirror 112a is arranged. This allows the saturable absorber 120 advantageous in an epitaxial process with the other layers 134a . 130 . 112a when grown in gallium arsenide material, for example. Alternatively, the saturable absorber can be made of V3 + material that is compatible with the components 112a . 110 is bonded.

12 zeigt eine weitere Ausführungsform 100i der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, die im Wesentlichen der Konfiguration gemäß 8 entspricht, sich von dieser aber durch einen gekrümmten Auskoppelspiegel 112b, 134b unterscheidet. 12 shows a further embodiment 100i the laser device according to the invention, which substantially according to the configuration 8th corresponds to this but by a curved Auskoppelspiegel 112b . 134b different.

Dadurch wird sowohl für die Pumpstrahlung 130a der Wellenlänge 808 Nanometer als auch für die zu erzeugende Laserstrahlung 110a der Wellenlänge 1064 Nanometer die Grundmode stabilisiert, und es stellt sich ein besseres Strahlprofil der betreffenden Strahlung 110a, 130a ein. Eine besonders effiziente Realisierung des gekrümmten Auskoppelspiegels ist bei der Ausführungsform 100j gemäß 13 gegeben. Wie aus 13 ersichtlich, ist zwischen dem laseraktiven Festkörper 110 und dem Auskoppelspiegel 112b, 134b ein Glaselement 160 angeordnet, das in dem Bereich des Auskoppelspiegels 112b, 134b eine gekrümmte Oberfläche 162 aufweist. Auf diese gekrümmte Oberfläche 162 kann in an sich bekannter Weise der Auskoppelspiegel 112b aufgebracht werden. Für diese Ausführungsform wird die für den Auskoppelspiegel 112b, 134b gewünschte Krümmung vorteilhaft durch das verhältnismäßig einfach zu fertigende Glaselement 160 vorgegeben.This will both for the pump radiation 130a the wavelength 808 nanometers as well as for the laser radiation to be generated 110a 1064 nm wavelength stabilizes the fundamental mode, and it presents a better beam profile of the radiation in question 110a . 130a one. A particularly efficient implementation of the curved coupling-out mirror is in the embodiment 100j according to 13 given. How out 13 is apparent, between the laser-active solid 110 and the output mirror 112b . 134b a glass element 160 arranged in the region of the coupling-out mirror 112b . 134b a curved surface 162 having. On this curved surface 162 can in a conventional manner the Auskoppelspiegel 112b be applied. For this embodiment, the for the output mirror 112b . 134b desired curvature advantageous by the relatively easy to manufacture glass element 160 specified.

Das Glaselement 160 kann bevorzugt auf den laseraktiven Festkörper 110 geklebt oder gebondet oder auch geklemmt werden, wobei bei dem Klemmen bevorzugt ein Index-Matching Medium zur Brechzahlanpassung der zu kontaktierenden Komponenten verwendet wird. Das Glaselement 160 bewirkt weiter vorteilhaft eine Verlängerung der Resonatorlänge, was ebenfalls die Strahlqualität erhöht.The glass element 160 may be preferred on the laser-active solid 110 glued or bonded or clamped, wherein the terminals preferably an index-matching medium for refractive index adjustment of the components to be contacted is used. The glass element 160 further advantageously causes an extension of the resonator, which also increases the beam quality.

14 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für die erfindungsgemäße Lasereinrichtung 100. 14 shows a flowchart of an embodiment of a manufacturing method according to the invention for the laser device according to the invention 100 ,

In einem ersten Schritt 200 erfolgt ein epitaktisches Aufwachsen mindestens einer ersten Anzahl von Komponenten 112a, 122, 134a, 130 (3) aufeinander, um mindestens eine erste monolithisch ausgebildete Komponentengruppe zu erhalten.In a first step 200 an epitaxial growth of at least a first number of components takes place 112a . 122 . 134a . 130 ( 3 ) to obtain at least one first monolithically formed component group.

In einem zweiten Schritt 210 wird die mindestens eine erste monolithisch ausgebildete Komponentengruppe mit mindestens einer weiteren Komponente 110, beispielsweise dem laseraktiven Festkörper 110, mittels der folgenden Verbindungstechniken verbunden: Bonden, Kleben, Klemmen, Klemmen unter Verwendung eines Index-Matching Mediums.In a second step 210 is the at least one first monolithically formed component group with at least one further component 110 , For example, the laser-active solid 110 , connected by the following bonding techniques: bonding, gluing, clamping, clamping using an index matching medium.

Da zumindest einige Komponenten bzw. Schichten 112a, 122, 134a, 130 der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung in einem einzigen Epitaxie-Prozess hergestellt werden können, ist vorteilhaft eine verhältnismäßig wenig aufwendige Fertigung dieses Schichtaufbaus gegeben und gleichzeitig ein monolithischer Verbund dieses Schichtaufbaus realisiert.Because at least some components or layers 112a . 122 . 134a . 130 the laser device according to the invention can be produced in a single epitaxial process, is given a relatively inexpensive production of this layer structure and at the same time realized a monolithic composite of this layer structure.

Um die vollständige Lasereinrichtung 100 zu erhalten, wird die epitaktisch hergestellte Komponentengruppe schließlich durch die vorstehend genannten Verbindungstechniken mit dem laseraktiven Festkörper 110 zusammengefügt.To the full laser device 100 Finally, the epitaxially produced component group is finally obtained by the above-mentioned bonding techniques with the laser-active solid 110 together.

Das epitaktische Aufwachsen gemäß Schritt 200 aus 14 kann bevorzugt auch auf Waferbasis erfolgen, das heißt für eine Vielzahl von Komponentengruppen gleichzeitig auf einem einzigen Wafer durchgeführt werden. Der Schritt 210 des Verbindens kann beispielsweise auch das Zusammenfügen eines einzigen laseraktiven Festkörpers 110 in Wafer-Größe mit dem die epitaktisch hergestellten Komponentengruppen aufweisenden Wafer beinhalten, so dass durch einzigen Fügeprozess 210 eine Vielzahl erfindungsgemäßer Lasereinrichtungen 100 erhalten wird.Epitaxial growth according to step 200 out 14 can preferably also be carried out on a wafer basis, that is, for a plurality of component groups are carried out simultaneously on a single wafer. The step 210 the bonding can, for example, the joining of a single laser-active solid 110 in wafer size with the epitaxially produced component groups having wafers, so that by a single joining process 210 a plurality of inventive laser devices 100 is obtained.

Die erfindungsgemäße Lasereinrichtung 100 kann besonders bevorzugt für laserbasierte Zündsysteme 27 von Brennkraftmaschinen 10, beispielsweise von Kraftfahrzeugen oder stationären Großkreismotoren, eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Lasereinrichtung 100 kann jedoch auch für andere Anwendungen, bei denen die Erzeugung energiereicher Laserimpulse erforderlich ist, eingesetzt werden.The laser device according to the invention 100 can be particularly preferred for laser-based ignition systems 27 of internal combustion engines 10 , For example, of motor vehicles or stationary large-scale motors, are used. The laser device according to the invention 100 However, it can also be used for other applications where the generation of high-energy laser pulses is required.

Claims (14)

Lasereinrichtung (100) zur Erzeugung von Laserimpulsen (110a), insbesondere für ein Zündsystem (27) einer Brennkraftmaschine (10), mit einem laseraktiven Festkörper (110), einer, vorzugsweise passiven, Güteschaltung (120), und mit einer Pumplichtquelle (130) zur Erzeugung von Pumpstrahlung (130a) zum optischen Pumpen des laseraktiven Festkörpers (110), dadurch gekennzeichnet, dass der laseraktive Festkörper (110) und die Güteschaltung (120) und die Pumplichtquelle (130) miteinander zu einem monolithischen Aufbau (102) verbunden sind.Laser device ( 100 ) for generating laser pulses ( 110a ), in particular for an ignition system ( 27 ) an internal combustion engine ( 10 ), with a laser-active solid ( 110 ), preferably a passive, quality circuit ( 120 ), and with a pumping light source ( 130 ) for generating pump radiation ( 130a ) for optically pumping the laser-active solid ( 110 ), characterized in that the laser-active solid ( 110 ) and the quality circuit ( 120 ) and the pump light source ( 130 ) together to form a monolithic structure ( 102 ) are connected. Lasereinrichtung (100) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Pumpspiegel (134a, 134b), die so in den monolithischen Aufbau (102) integriert sind, dass sie einen mindestens den laseraktiven Festkörper (110) und die Pumplichtquelle (130) aufweisenden optischen Resonator (OR1) für die Pumpstrahlung (130a) bilden.Laser device ( 100 ) according to claim 1, characterized by a first and a second pumping mirror ( 134a . 134b ), so in the monolithic structure ( 102 ) are integrated so that they contain at least the laser-active solid ( 110 ) and the pump light source ( 130 ) having optical resonator (OR1) for the pump radiation ( 130a ) form. Lasereinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Primärspiegel (112a, 112b), die so in den monolithischen Aufbau (102) integriert sind, dass sie einen mindestens den laseraktiven Festkörper (110) und die Güteschaltung (120) aufweisenden optischen Resonator (OR2) für die zu erzeugende Laserstrahlung (110a) bilden.Laser device ( 100 ) according to one of claims 1 to 2, characterized by a first and a second primary mirror ( 112a . 112b ), so in the monolithic structure ( 102 ) are integrated so that they contain at least the laser-active solid ( 110 ) and the quality circuit ( 120 ) having optical resonator (OR2) for the laser radiation to be generated ( 110a ) form. Lasereinrichtung (100c) nach Anspruch 3, wobei sowohl der Resonator für die Pumpstrahlung (130a) als auch der Resonator für die zu erzeugende Laserstrahlung (110a) so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie jeweils den laseraktiven Festkörper (110) und die Güteschaltung (120) und die Pumplichtquelle (130) enthalten, und wobei der Resonator für die Pumpstrahlung (130a) einen dritten Pumpspiegel (134c) aufweist, der zwischen der Güteschaltung (120) einerseits und der Pumplichtquelle (130) und dem laseraktiven Festkörper (110) andererseits angeordnet ist, und wobei der dritte Pumpspiegel (134c) teiltransmittierend für die Pumpstrahlung (130a) ausgebildet ist.Laser device ( 100c ) according to claim 3, wherein both the resonator for the pump radiation ( 130a ) as well as the resonator for the laser radiation to be generated ( 110a ) are designed and arranged so that they each have the laser-active solid ( 110 ) and the quality circuit ( 120 ) and the pump light source ( 130 ) and wherein the resonator for the pump radiation ( 130a ) a third pumping mirror ( 134c ) between the Q-switching ( 120 ) on the one hand and the pump light source ( 130 ) and the laser-active solid ( 110 On the other hand, and wherein the third pumping mirror ( 134c ) partially transmissive for the pump radiation ( 130a ) is trained. Lasereinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der laseraktive Festkörper (110) und/oder die Pumplichtquelle (130) mittels mindestens einer der folgenden Verbindungstechniken miteinander und/oder mit anderen Komponenten (112a, 112b, 134a, 134b) verbunden sind: Bonden, Kleben, Klemmen, Klemmen unter Verwendung eines Indexmatching Mediums.Laser device ( 100 ) according to any one of the preceding claims, wherein the laser-active solid ( 110 ) and / or the pump light source ( 130 ) by means of at least one of the following joining techniques with each other and / or with other components ( 112a . 112b . 134a . 134b Bonding, gluing, clamping, clamping using an index matching medium. Lasereinrichtung (100a) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der monolithische Aufbau (102) eine Mikrolinse (150) aufweist, die dazu ausgebildet ist, erzeugte Laserstrahlung (110a) zu beeinflussen, insbesondere in eine von einer optischen Achse (OA) der Lasereinrichtung (100a) verschiedene Richtung (R) abzulenken.Laser device ( 100a ) according to any one of the preceding claims, wherein the monolithic structure ( 102 ) a microlens ( 150 ), which is designed to generate laser radiation ( 110a ), in particular in one of an optical axis (OA) of the laser device ( 100a ) to divert different directions (R). Lasereinrichtung (100e) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Pumplichtquelle (130) ein vierter Pumpspiegel (134d) zugeordnet ist, der teiltransmittierend für die Pumpstrahlung (130a) ausgebildet ist und zusammen mit einem ersten Pumpspiegel (134a) einen internen optischen Pumpresonator (0R3) ausbildet, der die Pumplichtquelle (130) enthält.Laser device ( 100e ) according to one of the preceding claims, wherein the pump light source ( 130 ) a fourth pumping mirror ( 134d ), which is partially transmissive to the pump radiation ( 130a ) is formed and together with a first pumping mirror ( 134a ) an internal optical pump resonator ( 0R3 ) forming the pump light source ( 130 ) contains. Lasereinrichtung (100i) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Auskoppelspiegel (112b) zur Auskopplung der erzeugten Laserstrahlung (110a) gekrümmt ausgebildet ist.Laser device ( 100i ) according to any one of the preceding claims, wherein a Auskoppelspiegel ( 112b ) for decoupling the generated laser radiation ( 110a ) is curved. Lasereinrichtung (100j) nach Anspruch 8, wobei zwischen dem laseraktiven Festkörper (110) und dem Auskoppelspiegel (112b) ein Glaselement (160) angeordnet ist, das in einem dem Auskoppelspiegel (112b) zugewandten Bereich eine gekrümmte Oberfläche (162) aufweist.Laser device ( 100j ) according to claim 8, wherein between the laser-active solid ( 110 ) and the Auskoppelspiegel ( 112b ) a glass element ( 160 ) arranged in a the Auskoppelspiegel ( 112b ) facing a curved surface ( 162 ) having. Lasereinrichtung (100i) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei in dem monolithischen Aufbau (102) einander benachbarte Komponenten (112a, 122, 134a, 130) mittels eines Epitaxieverfahrens aufeinander aufgewachsen sind.Laser device ( 100i ) according to one of the preceding claims, wherein at least two in the monolithic structure ( 102 ) adjacent components ( 112a . 122 . 134a . 130 ) are grown on each other by means of an epitaxial process. Lasereinrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in mindestens einem Endbereich (102a) des monolithischen Aufbaus (102) eine Wärmesenke (140) angeordnet ist. Laser device ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein in at least one end region ( 102 ) of the monolithic structure ( 102 ) a heat sink ( 140 ) is arranged. Verfahren zur Herstellung einer Lasereinrichtung (100) zur Erzeugung von Laserimpulsen (110a), insbesondere für ein Zündsystem (27) einer Brennkraftmaschine (10), mit einem laseraktiven Festkörper (110), einer, vorzugsweise passiven, Güteschaltung (120), und mit einer Pumplichtquelle (130) zur Erzeugung von Pumpstrahlung (130a) zum optischen Pumpen des laseraktiven Festkörpers (110), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – epitaktisches Aufwachsen (200) mindestens einer ersten Anzahl von Komponenten (112a, 122, 134a, 130) aufeinander, um mindestens eine erste monolithisch ausgebildete Komponentengruppe zu erhalten, – Verbinden (210) der mindestens einen ersten monolithisch ausgebildeten Komponentengruppe mit mindestens einer weiteren Komponente (110) mittels einer der folgenden Verbindungstechniken: Bonden, Kleben, Klemmen, Klemmen unter Verwendung eines Index-matching Mediums.Method for producing a laser device ( 100 ) for generating laser pulses ( 110a ), in particular for an ignition system ( 27 ) an internal combustion engine ( 10 ), with a laser-active solid ( 110 ), preferably a passive, quality circuit ( 120 ), and with a pumping light source ( 130 ) for generating pump radiation ( 130a ) for optically pumping the laser-active solid ( 110 ), characterized by the following steps: - epitaxial growth ( 200 ) at least a first number of components ( 112a . 122 . 134a . 130 ) to form at least one first monolithically formed component group, 210 ) of the at least one first monolithically formed component group with at least one further component ( 110 ) using one of the following bonding techniques: bonding, gluing, clamping, clamping using an index-matching medium. Verfahren nach Anspruch 12, wobei folgende Komponenten epitaktisch aufeinander aufgewachsen werden: ein erster Primärspiegel (112a) für einen optischen Resonator (OR2) für die zu erzeugende Laserstrahlung (110a), ein sättigbarer Absorber (122) der Güteschaltung (120), ein erster Pumpspiegel (134a) für einen optischen Resonator (OR1) für die Pumpstrahlung (130a), die Pumplichtquelle (130).The method of claim 12, wherein the following components are epitaxially grown on each other: a first primary mirror ( 112a ) for an optical resonator (OR2) for the laser radiation to be generated ( 110a ), a saturable absorber ( 122 ) of the quality circuit ( 120 ), a first pumping mirror ( 134a ) for an optical resonator (OR1) for the pump radiation ( 130a ), the pumping light source ( 130 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei der Schritt (200) des epitaktischen Aufwachsens auf Waferbasis erfolgt.Method according to one of claims 12 to 13, wherein the step ( 200 ) of wafer-based epitaxial growth.
DE201010061891 2010-11-24 2010-11-24 Laser device for ignition system of internal combustion engine for motor vehicle, has laser-active solid, passive Q-switch and pump light source that are interconnected to form monolithic structure Withdrawn DE102010061891A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201010061891 DE102010061891A1 (en) 2010-11-24 2010-11-24 Laser device for ignition system of internal combustion engine for motor vehicle, has laser-active solid, passive Q-switch and pump light source that are interconnected to form monolithic structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201010061891 DE102010061891A1 (en) 2010-11-24 2010-11-24 Laser device for ignition system of internal combustion engine for motor vehicle, has laser-active solid, passive Q-switch and pump light source that are interconnected to form monolithic structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102010061891A1 true DE102010061891A1 (en) 2012-05-24

Family

ID=46021411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201010061891 Withdrawn DE102010061891A1 (en) 2010-11-24 2010-11-24 Laser device for ignition system of internal combustion engine for motor vehicle, has laser-active solid, passive Q-switch and pump light source that are interconnected to form monolithic structure

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102010061891A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015058886A1 (en) * 2013-10-23 2015-04-30 Robert Bosch Gmbh Laser ignition system
EP4033617A4 (en) * 2019-11-28 2022-11-16 Sony Group Corporation Laser element, method for manufacturing laser element, laser device, and laser amplification element

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015058886A1 (en) * 2013-10-23 2015-04-30 Robert Bosch Gmbh Laser ignition system
JP2016531448A (en) * 2013-10-23 2016-10-06 ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Laser ignition system
US9698560B2 (en) 2013-10-23 2017-07-04 Robert Bosch Gmbh Laser ignition system
EP4033617A4 (en) * 2019-11-28 2022-11-16 Sony Group Corporation Laser element, method for manufacturing laser element, laser device, and laser amplification element
JP7548243B2 (en) 2019-11-28 2024-09-10 ソニーグループ株式会社 Laser element, laser element manufacturing method, laser device, and laser amplifier element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2627894B1 (en) Laser-ignition system for an internal combustion engine and operating method therefor
EP2577818B1 (en) Ultrashort pulse microchip laser, semiconductor laser, laser system, and pump method for thin laser media
DE68925554T2 (en) Multiple semiconductor lasers with high output power and high beam quality
WO2005028856A1 (en) Internal combustion engine
WO2010136384A1 (en) Laser diodes, which are arranged vertically one above the other, for pumping solid-state lasers with an optimized far field
DE102010050860A1 (en) Micro-crystal laser for generating laser pulses
EP1959527A2 (en) Laser assembly and semiconductor laser for optical pumping of a laser
WO2012055625A1 (en) Laser ignition plug and method for operating the same
EP1519038B1 (en) Laser ignition device for combustion engine
DE112015001095T5 (en) laser ignition
DE102010061891A1 (en) Laser device for ignition system of internal combustion engine for motor vehicle, has laser-active solid, passive Q-switch and pump light source that are interconnected to form monolithic structure
EP2057373B1 (en) Ignition device for an internal combustion engine
EP2633182B1 (en) Laser ignition plug for an internal combustion engine and operating method for the same
WO2009037039A1 (en) Generation of double pulses in a monolithic multi-segment passively q-switched solid state laser
WO2008138716A1 (en) Fiber-coupled pumping of a q-switched solid state laser with different wavelengths
DE102007058529A1 (en) laser device
DE102009001307B4 (en) laser device
WO2008006639A1 (en) Two-color double-pulsed laser for ignition of an internal combustion engine
WO2009030550A1 (en) Method for operation of a laser device
DE102009029652B4 (en) laser device
DE10009309B4 (en) Saturable semiconductor absorber
DE102008040864A1 (en) Method for operating a semiconductor laser and semiconductor laser module
WO2024056390A1 (en) Short solid-state laser
WO2011015406A2 (en) Laser ignition device and operating method for same
DE102010062864A1 (en) Method of operating laser device for combustion engine mounted in motor car, involves making two pump radiation pulses to act upon laser active solid element in order to produce laser pulse

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee