DE102012209625B3 - Laser array for laser scanning microscope for treatment of maculate generation during photodynamic therapy of eye conditions, has mirror designed in reflective manner for wavelength range around fundamental wave length with high threshold - Google Patents

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Abstract

The array has an end mirror (2), and a wavelength-selective element for a fundamental wave length with a low laser threshold, where multi-mode operation is performed with the fundamental wave length with a high laser threshold. A transmissive wavelength-selective element is arranged within a laser resonator such that spectral selective effect does not exhibit for the fundamental wave length with high laser threshold. Another end mirror is designed in a complete reflective manner for a wavelength range around fundamental wave length with high laser threshold.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laseranordnung. Die Laseranordnung umfasst einen Laserresonator, in dem ein aktives Lasermedium zur Erzeugung von homogen verbreiteter Strahlung einer ersten Grundwellenlänge λ1 durch stimulierte Emission von einem oberen Laserniveau auf ein erstes Grundniveau sowie zur Erzeugung von homogen verbreiteter Strahlung einer zweiten Grundwellenlänge λ2 durch stimulierte Emission von dem oberen Laserniveau auf ein zweites Grundniveau angeordnet ist. Die Laserschwelle oder Pumpschwelle gibt die minimal notwendige Pumpleistung eines Lasers an, bei der sich der Gewinn durch Energiezufuhr auf der einen Seite und Auskopplung der erzeugten Emission sowie durch Absorption im Laser-Medium entstehende Verluste auf der anderen Seite die Waage halten. Bei höheren Pumpleistungen beginnt der Laser zu arbeiten.The invention relates to a laser arrangement. The laser arrangement comprises a laser resonator in which an active laser medium for generating homogeneously diffused radiation of a first fundamental wavelength λ 1 by stimulated emission from an upper laser level to a first base level and for generating homogeneously diffused radiation of a second fundamental wavelength λ 2 by stimulated emission of the upper laser level is arranged at a second base level. The laser threshold or pumping threshold indicates the minimum required pumping power of a laser, in which the gain is balanced by energy supply on the one hand and decoupling of the generated emission as well as losses due to absorption in the laser medium on the other. At higher pump powers the laser starts to work.

Die Laseranordnung umfasst außerdem einen Endspiegel und einen Auskoppelspiegel, die den Laserresonator begrenzen. Im Laserresonator ist schließlich ein nichtlinearer Kristall angeordnet, der dazu ausgelegt ist, Strahlung mit den Wellenlängen der beiden Grundwellenlängen λ1 und λ2 zur Strahlung einer Summenfrequenz vS zu mischen. Schließlich umfasst die Laseranordnung auch ein transmissives oder reflexives wellenlängenselektives Element.The laser assembly also includes an end mirror and an output mirror that confine the laser resonator. In the laser resonator, finally, a non-linear crystal is arranged, which is designed to mix radiation with the wavelengths of the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 to the radiation of a sum frequency v S. Finally, the laser arrangement also includes a transmissive or reflective wavelength-selective element.

Im Stand der Technik sind eine Reihe von Anwendungen bekannt, welche kohärentes Licht im sichtbaren gelb-orangenen Spektralbereich von etwa 560 nm bis 630 nm benötigen. Dazu zählen beispielsweise fluoreszenzspektroskopische Verfahren, aber auch ophthalmologische Verfahren zur Behandlung der Makuladegeneration beispielsweise bei photodynamischer Therapie von durch Neovaskularisation gekennzeichneten Augenzuständen. Die Erzeugung von Wellenlängen in diesem Spektralbereich durch Frequenzverdopelung (SHG, „second harmonic genera- tion”) von Festkörperlasern ist nicht möglich, da es keine kommerziell verfügbaren Lasermedien gibt, die Licht im erforderlichen Spektralbereich um 1200 nm emittieren. Darüber hinaus gibt es bisher, im Gegensatz zum blauen, roten und grünen Spektralbereich keine direkt im gelben Spektralbereich emittierenden Laserdioden. Diese „Lücke” wird in der englischsprachigen Fachliteratur auch als „yellow-gap” bezeichnet.A number of applications are known in the art which require coherent light in the visible yellow-orange spectral range of about 560 nm to 630 nm. These include, for example, fluorescence spectroscopic methods, but also ophthalmological methods for the treatment of macular degeneration, for example in photodynamic therapy of eye conditions characterized by neovascularization. The generation of wavelengths in this spectral range by second harmonic generation (SHG) of solid-state lasers is not possible, since there are no commercially available laser media that emit light in the required spectral range around 1200 nm. Moreover, in contrast to the blue, red and green spectral range, there are no laser diodes emitting directly in the yellow spectral range. This "gap" is referred to in the English-language literature as "yellow-gap".

Daher wird kohärentes Licht in diesem Wellenlängenbereich üblicherweise durch die Verwendung spezieller Lasermedien erzeugt, die einen simultanen Betrieb bei zwei Wellenlängen erlauben und bei denen Licht der gewünschten Wellenlänge durch Summenfrequenzmischung (SFM) – auch als Summenfrequenzerzeugung (SFG) bezeichnet – der zu den entsprechenden Wellenlängen gehörenden Frequenzen erzeugt wird.Therefore, coherent light in this wavelength range is usually produced by the use of special laser media that allow simultaneous operation at two wavelengths and where light of the desired wavelength by sum frequency mixing (SFM) - also referred to as sum frequency generation (SFG) - belongs to the corresponding wavelengths Frequencies is generated.

Um beispielsweise Licht im Spektralbereich zwischen 589 nm und 594 nm zu generieren, wird üblicherweise als aktives Lasermedium Neodym-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG), Yttrium-Orthovanadat (Nd:YVO) oder Yttrium-Aluminium-Perowskit (Nd:YAP) in Kristallform verwendet. Bei Nd:YAG ist beispielsweise ein simultaner Zwei-Wellenlängenbetrieb bei der Wellenlänge 1064 nm und bei der Wellenlänge 1319 nm oder alternativ bei 1338 nm möglich. Die durch stimulierte Emission emittierte Strahlung ist bei diesem Kristall spektral homogen linienverbreitert, ohne zusätzliche Maßnahmen würde der stärkere Laserübergang – im Beispiel des Nd:YAG-Kristalls bei der Wellenlänge von 1064 nm – den oder die schwächeren Laserübergänge verdrängen. Um diese Verdrängung zu unterbinden, werden im Stand der Technik beispielsweise Resonatoren mit zwei voneinander unabhängigen aktiven Medien verwendet, wodurch eine Konkurrenz der beiden Wellenlängen um die gleiche Inversion vermieden werden kann. Eine solche Anordnung wird beispielsweise in der EP 1 695 421 B1 beschrieben. Solche Resonatoren verfügen lediglich über einen gemeinsamen Resonatorast, in dem die beiden Wellenlängen zwecks Summenfrequenzerzeugung überlagert werden.For example, to generate light in the spectral range between 589 nm and 594 nm, neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd: YAG), yttrium orthovanadate (Nd: YVO) or yttrium aluminum perovskite (Nd: YAP) in crystal form. With Nd: YAG, for example, a simultaneous two-wavelength operation at the wavelength of 1064 nm and at the wavelength of 1319 nm or alternatively at 1338 nm is possible. The radiation emitted by stimulated emission is spectrally homogeneously line broadened in this crystal, without additional measures, the stronger laser transition - in the example of the Nd: YAG crystal at the wavelength of 1064 nm - displace the weaker laser transitions. In order to suppress this displacement, for example, resonators with two independent active media are used in the prior art, whereby a competition of the two wavelengths can be avoided by the same inversion. Such an arrangement is for example in the EP 1 695 421 B1 described. Such resonators only have a common resonator load, in which the two wavelengths are superimposed for the purpose of summation frequency generation.

Alternativ wird in der DE 44 22 077 A1 vorgeschlagen, zwei Resonatoren zu verwenden, deren optische Achsen in dem mit Neodym dotierten Kristall überlagert sind. Nur in dem einem Ast ist ein nichtlinearer Kristall zur Frequenzverdopplung eingebracht. Dieser Kristall verdoppelt jedoch nur die Frequenz einer Wellenlänge, hier der Wellenlänge 1319 nm. Durch die Frequenzverdopplung entsteht eine nichtlineare Abhängigkeit der Inversionsdichte von der Pumpleistung, welche ausgenutzt wird, um mit zunehmender Pumpleistung die Schwellinversionsdichte für den zweiten Laserübergang im anderen Resonator zu erreichen und auf diese Weise letztendlich eine gleichzeitige Oszillation auf zwei unterschiedlichen Laserübergängen zu erzeugen. Die Erzeugung der Summenfrequenz spielt bei dieser Anwendung jedoch keine Rolle.Alternatively, in the DE 44 22 077 A1 proposed to use two resonators whose optical axes are superimposed in the neodymium-doped crystal. Only in the one branch is a nonlinear crystal introduced for frequency doubling. However, this crystal doubles only the frequency of one wavelength, in this case the wavelength of 1319 nm. The frequency doubling results in a non-linear dependence of the inversion density on the pump power, which is exploited to reach the threshold inversion density for the second laser transition in the other resonator with increasing pump power this way, ultimately, to create a simultaneous oscillation on two different laser transitions. However, the generation of the sum frequency plays no role in this application.

Im Stand der Technik sind neben geteilten Resonatoren auch Resonatoren bekannt, welche zumindest nominal eine stimulierte Emission auf beiden interessierenden Wellenlängen ermöglichen. Dazu nutzt man aus, dass die Sättigung der Inversion nicht an allen Raumpunkten im aktiven Medium gleich groß ist, sondern dort am stärksten, wo die Feldstärke der stehenden Lichtwellen im Resonator Maxima aufweist. Schwingt der Laser nur auf einer Resonatormode, entsteht im aktiven Medium eine räumlich modulierte Inversion mit einer Modulationsperiode, die gleich der halben Wellenlänge der entsprechenden Mode ist, auch bezeichnet als spatial hole burning. An den Knoten der oszillierenden Mode liegt dann eine Inversion vor, die höher ist als die Schwellwertinversion und daher die Verstärkung einer anderen Mode zulässt, deren Wellenlänge gerade so versetzt ist, dass sie Maxima in der Feldstärke an den Stellen hat, wo die andere Mode Knoten aufweist. Selbst in einem spektral homogen linienverbreiterten aktiven Medium können auf diese Weise zwei Wellenlängen partiell koexistieren. Die Erfahrung zeigt, dass solche Laser im zeitlichen Mittel eine signifikante Ausgangsleistung bei der Wellenlänge der Summenfrequenz liefern. Infolge der nichtlinearen Kopplung beider beteiligten Wellenlängen durch den nichtlinearen Kristall kann es zu periodischen oder auch chaotischen Fluktuationen bzw. Schwingungen kommen, welche auch von konventionellen resonatorintern frequenzverdoppelten Lasern her bekannt ist, wie schon in einem Artikel von T. Baer, erschienen 1986 in J. Opt. Soc. Am. B., Vol. 3, No. 9, beschrieben wurde. Da diese starken Leistungsfluktuationen zuerst bei Lasern im grünen Spektralbereich beobachtet wurde, hat sich in der Literatur – unabhängig von der Wellenlänge – die Bezeichnung „green problem” zur phänomenologischen Beschreibung eingebürgert. Aus diesem Grund sind solche Systeme für Anwendungen, bei denen es auf eine hohe Konstanz der Ausgangsleistung ankommt, beispielsweise für die Laser-Scanningmikroskopie, eher weniger geeignet.In the prior art resonators are known in addition to split resonators, which allow at least nominal stimulated emission at both wavelengths of interest. It is used for this purpose that the saturation of the inversion is not the same at all spatial points in the active medium, but there at the strongest, where the field strength of the standing light waves in the resonator has maxima. If the laser oscillates only on one resonator mode, a spatially modulated inversion occurs in the active medium with a modulation period equal to half the wavelength of the corresponding mode, also referred to as spatial hole burning. At the nodes of the oscillating mode there is an inversion which is higher than that Threshold inversion and therefore allows the gain of another mode whose wavelength is just offset so that it has maxima in the field strength at the points where the other mode has nodes. Even in a spectrally homogeneous line-broadened active medium, two wavelengths can partially coexist in this way. Experience shows that such lasers provide significant output power at the wavelength of the sum frequency over time. As a result of the nonlinear coupling of the two wavelengths involved by the nonlinear crystal, periodic or even chaotic fluctuations or oscillations may occur, which are also known from conventional intracavity frequency-doubled lasers, as already described in an article by T. Baer, published in 1986 in J. Opt. Soc. At the. B., Vol. 3, no. 9, has been described. Since these strong power fluctuations were first observed in lasers in the green spectral range, the term "green problem" has been used in the literature - regardless of the wavelength - for natural phenomenological description. For this reason, such systems are rather less suitable for applications where high output power stability is required, for example for laser scanning microscopy.

In der DE 195 10 423 C2 wird eine Laseranordnung zur resonatorinternen Summenfrequenzmischung beschrieben. Zwei Nd:YAG-Laserkristalle sind in zwei Resonatoren angeordnet. Jeder der beiden Laserkristalle wird gesondert gepumpt, wobei in jedem Resonator eine andere Frequenz erzeugt wird. Jeder der Resonatoren verfügt über zwei Endspiegel. Je einer der beiden Endspiegel lässt Strahlung der Pumpquelle durch. Die beiden anderen Endspiegel sind so angeordnet, dass die beiden Resonatoren miteinander verschachtelt werden, so dass der Bereich zwischen diesen beiden Endspiegeln gemeinsam von beiden Resonatoren genutzt wird. In diesem Bereich ist ein LBO-Kristall zur Summenfrequenzmischung der beiden von den Laser-Kristallen erzeugten Strahlung verschiedener Wellenlängen angeordnet. Die durch Summenfrequenzmischung erzeugte Strahlung wird durch einen im Strahlengang angeordneten Umlenkspiegel ausgekoppelt, der für diese Wellenlänge durchlässig ist.In the DE 195 10 423 C2 a laser arrangement for resonator-internal sum frequency mixing is described. Two Nd: YAG laser crystals are arranged in two resonators. Each of the two laser crystals is pumped separately, wherein in each resonator a different frequency is generated. Each of the resonators has two end mirrors. One of the two end mirrors transmits radiation from the pump source. The other two end mirrors are arranged so that the two resonators are interleaved, so that the area between these two end mirrors is shared by both resonators. In this area, an LBO crystal is arranged for the sum frequency mixing of the two radiation of different wavelengths generated by the laser crystals. The radiation generated by sum frequency mixing is coupled out by a deflecting mirror arranged in the beam path, which is permeable for this wavelength.

In der DE 198 22 065 C1 wird eine diodengepumpte Laseranordnung beschrieben, bei der mittels eines Diodenpumplasers durch Summenfrequenzmischung Laserstrahlung im roten sichtbaren Spektralbereich erzeugt wird. Dazu sind ein Pumpdiodenlaser, zwei Laserkristalle und ein optisch nichtlinearer Kristall in Reihe angeordnet. Der Pumpdiodenlaser erzeugt Laserstrahlung im ersten Laserkristall, die von diesem Kristall emittierte Laserstrahlung wird zum optischen Pumpen des zweiten Laserkristalls verwendet. Der optisch nichtlineare Kristall dient der Summenfrequenzmischung.In the DE 198 22 065 C1 describes a diode-pumped laser arrangement in which by means of a diode pump laser by sum frequency mixing laser radiation is generated in the red visible spectral range. For this purpose, a pump diode laser, two laser crystals and an optically nonlinear crystal are arranged in series. The pump diode laser generates laser radiation in the first laser crystal, the laser radiation emitted by this crystal is used to optically pump the second laser crystal. The optically nonlinear crystal is the sum frequency mixing.

In der DE 10 2005 025 128 A1 wird eine Laseranordnung zur Erzeugung eines Multimodenbetriebs bei resonatorinterner Frequenzverdopplung beschrieben. Der Laserkristall ist hier als flache Scheibe ausgebildet, die Pumpstrahlung trifft unter einem schrägen Winkel auf den Kristall, wo sie in den Resonatorstrahlengang eingekoppelt wird. Im Resonator sind ein nichtlinearer Kristall zur Frequenzverdopplung sowie ein Etalon angeordnet. Im Resonator bilden sich in zwei Spektralbereichen stehende Wellen zweier Wellenlängen aus. Um Leistungsfluktuationen durch die vom nichtlinearen Kristall verursachte Frequenzmischung der Longitudinalmoden der beiden Spektralbereiche zu verhindern und eine stabile frequenzverdoppelte Ausgangsleistung zu erhalten, wird ein Etalon mit einem freien Spektralbereich verwendet, der etwa dem Doppelten des Abstandes der zwei durch räumliches Loch-Brennen entstehenden Spektralbereiche entspricht.In the DE 10 2005 025 128 A1 a laser arrangement for generating a multi-mode operation is described with resonator-internal frequency doubling. The laser crystal is formed here as a flat disc, the pump radiation strikes at an oblique angle to the crystal, where it is coupled into the resonator beam path. In the resonator a non-linear crystal for frequency doubling and an etalon are arranged. In the resonator standing waves of two wavelengths are formed in two spectral ranges. In order to prevent power fluctuations due to the non-linear crystal frequency mixing of the longitudinal modes of the two spectral regions and to obtain a stable frequency-doubled output, an etalon with a free spectral range approximately twice the distance of the two spectral regions resulting from spatial hole burning is used.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Laseranordnung der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass die beiden Grundwellenlängen starker entkoppelt werden, so dass diese nicht zum gegenseitigen Schwingen neigen und eine verbesserte Konstanz der jeweiligen Leistungen und damit auch der Leistung bei der Summenfrequenz erreicht wird.The object of the invention is to further develop a laser arrangement of the type described above in such a way that the two fundamental wavelengths are decoupled more strongly, so that they do not tend to reciprocally oscillate and an improved constancy of the respective powers and thus the power at the sum frequency is achieved.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, dass das wellenlängenselektive Element für die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle eine solche spektrale Selektivität aufweist, die einen Einmodenbetrieb bei dieser Grundwellenlänge ermöglicht. Bei der Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle hingegen soll ein Mehrmodenbetrieb ermöglicht werden. Für den Fall, dass das wellenlängenselektive Element als transmissives Element ausgestaltet ist, weist dieses zu diesem Zweck daher für die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle keine spektralselektive Wirkung auf. Alternativ ist das wellenlängenselektive Element als reflexives Element ausgestaltet, in diesem Fall ist es außerhalb des Laserresonators auf Seiten des Endspiegels angeordnet, wobei der Endspiegel für die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle transmittierend ausgestaltet ist und für einen Wellenlängenbereich um die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle vollständig reflektierend ausgestaltet ist, so dass einige der Moden aus dem homogen verbreiterten Anregungsspektrum dieser Grundwellenlänge ebenfalls reflektiert werden um einen Mehrmodenbetrieb zu ermöglichen.This object is achieved in an arrangement of the type described above in that the wavelength-selective element for the fundamental wavelength with the lower laser threshold has such a spectral selectivity that allows a single-mode operation at this fundamental wavelength. In the case of the fundamental wavelength with the higher laser threshold, on the other hand, multimode operation is to be enabled. In the event that the wavelength-selective element is designed as a transmissive element, this has for this purpose therefore for the fundamental wavelength with the higher laser threshold no spectrally selective effect. Alternatively, the wavelength-selective element is designed as a reflective element, in this case it is arranged outside the laser resonator on the side of the end mirror, wherein the end mirror for the fundamental wavelength with the lower laser threshold is designed to be transmissive and completely reflective for a wavelength range around the fundamental wavelength with the higher laser threshold is designed so that some of the modes from the homogeneously broadened excitation spectrum of this fundamental wavelength are also reflected to allow a multi-mode operation.

Das transmissive oder reflektive wellenlängenselektive Element hat also in bezug auf die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle die Wirkung eines Filters, der im Bereich der homogen verbreiterten Grundwellenlänge nur eine einzige Mode hindurchlässt. Wird die Pumpleistung hochgefahren, so beginnt aufgrund der niedrigeren Laserschwelle zunächst die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle, beispielsweise die Wellenlänge λ1 zu oszillieren. Aufgrund der spektralselektiven Filterwirkung des wellenlängenselektiven Elements für diese Grundwellenlänge oszilliert diese nur in einer longitudinalen Mode, so dass sich entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichtes im aktiven Medium eine räumlich modulierte Inversion bzw. Sättigung der Verstärkung durch die entstehende stehende Welle im Laserresonator ausbildet, das sogenannte spatial hole burning.The transmissive or reflective wavelength-selective element thus has with respect to Fundamental wavelength with the lower lasing threshold, the effect of a filter, which passes in the region of the homogeneously broadened fundamental wavelength only a single mode. If the pump power is ramped up, the fundamental wavelength starts to oscillate with the lower laser threshold, for example the wavelength λ 1 , due to the lower laser threshold. Due to the spectrally selective filtering effect of the wavelength-selective element for this fundamental wavelength, it oscillates only in a longitudinal mode, so that along the propagation direction of the light in the active medium, a spatially modulated inversion or saturation of the gain forms by the resulting standing wave in the laser resonator, the so-called spatial hole burning.

Bei einer weiteren Erhöhung der Pumpleistung über die höhere Laserschwelle hinaus kann der Laser auch bei Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle, hier also bei der Wellenlänge λ2, anfangen zu schwingen und stimuliert zu emittieren. Dies ist nur dadurch möglich, dass die Inversion räumlich moduliert unvollständig abgebaut wird. Anders als für die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle weist das transmissive wellenlängenselektive Element für die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle keine spektral selektierende Wirkung auf, bzw. reflektiert der Endspiegel einen ganzen Wellenlängenbereich im Falle eines reflexiven wellenlängenselektiven Elements, so dass sich bei dieser Wellenlänge aufgrund der homogenen Verbreiterung ein Mehrmodenbetrieb einstellen wird.With a further increase in the pump power beyond the higher laser threshold, the laser can also begin to oscillate and stimulate at fundamental wavelength with the higher laser threshold, in this case at the wavelength λ 2 . This is only possible because the inversion is degraded spatially modulated incomplete. Unlike the fundamental wavelength with the lower laser threshold, the transmissive wavelength-selective element for the fundamental wavelength with the higher laser threshold has no spectrally selecting effect, or the end mirror reflects a whole wavelength range in the case of a reflective wavelength-selective element, so that at this wavelength homogeneous broadening will set a multi-mode operation.

Aufgrund der räumlichen Modulation der Inversion und dem Einmodenbetrieb bei der Grundwellenlänge λ1 wird sich der Laser in seiner Wellenlänge und der Anzahl der longitudinalen Moden selbstständig so anpassen, dass im räumlichen und zeitlichen Mittel die Wellenbäuche bei der Wellenlänge λ2 in den Wellentälern bei der Wellenlänge λ1 liegen. Dadurch konkurriert die Strahlung bei den beiden Wellenlängen energetisch nicht mehr vollständig um die gleiche Inversion, was eine zumindest teilweise Entkopplung und somit eine reduzierte Neigung zu Schwingungen in der Intensität gegeneinander zur Folge hat.Due to the spatial modulation of the inversion and the monomode operation at the fundamental wavelength λ 1 , the laser will automatically adapt its wavelength and the number of longitudinal modes so that in spatial and temporal mean the antinodes at the wavelength λ 2 in the troughs at the wavelength λ 1 lie. As a result, the radiation at the two wavelengths no longer competes energetically for the same inversion, which results in an at least partial decoupling and thus a reduced tendency to oscillations in intensity relative to each other.

Die Filterfunktion des wellenlängenselektiven Elements kann auf verschiedene Weisen realisiert werden, entweder durch ein transmissives oder durch ein reflexives Element. Im Falle eines im Laserresonator angeordneten transmissiven Elements weist dieses bevorzugt im Bereich der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle ein Transmissionsmaximum auf, fällt aber daneben sofort ab, so dass die nächsten Moden schon nicht mehr hindurchdringen können.The filtering function of the wavelength-selective element can be realized in various ways, either by a transmissive or by a reflective element. In the case of a transmissive element arranged in the laser resonator, this preferably has a transmission maximum in the region of the fundamental wavelength with the lower laser threshold, but otherwise drops off immediately, so that the next modes can no longer penetrate.

Als transmissives Element kann beispielsweise ein Etalon verwendet werden, dessen Transmissionsprofil dann so ausgelegt ist, dass eines der Transmissionsmaxima im Bereich der Wellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle liegt, die anderen Transmissionsmaxima jedoch außerhalb des homogen verbreiterten Verstärkungsprofils. Diese Anpassung kann über die Einstellung des Reflexionsgrades des Etalons und seiner Dicke bei der Fertigung sowie über die Anordnung mit einer entsprechenden Verkippung gegen die optische Achse im Laserresonator bei der Montage erreicht werden.As transmissive element, for example, an etalon can be used, the transmission profile is then designed so that one of the transmission maxima in the wavelength range with the lower laser threshold, the other transmission maxima outside the homogeneously widened gain profile. This adjustment can be achieved by adjusting the degree of reflection of the etalon and its thickness in the production as well as the arrangement with a corresponding tilting against the optical axis in the laser resonator during assembly.

Für die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle weist das transmissive wellenlängenselektive Element keine spektralselektive Wirkung auf, was bedeutet, dass es Strahlung bei dieser Wellenlänge und in einem Bereich, der mindestens einen Teil der homogenen Verbreiterung umfasst, ungehindert oder zumindest nahezu ungehindert hindurchlässt. Dies kann in der Regel schon durch eine entsprechende Materialwahl gesteuert werden. Zweckmäßig kann das transmissive Elemente, insbesondere auch das Etalon, zusätzlich mit einer für die Wellenlänge mit der höheren Laserschwelle wirkenden antireflexiven Schicht überzogen werden.For the fundamental wavelength with the higher lasing threshold, the transmissive wavelength-selective element has no spectrally selective effect, meaning that it transmits radiation at this wavelength and in an area comprising at least part of the homogeneous broadening unhindered or at least almost unhindered. This can usually be controlled by an appropriate choice of material. Suitably, the transmissive elements, in particular also the etalon, can additionally be coated with an antireflective layer acting for the wavelength with the higher laser threshold.

Ist das wellenlängenselektive Element alternativ als reflexives Element ausgebildet, so weist es äquivalent zum transmissiven Element bevorzugt im Bereich der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle ein Reflexionsmaximum auf. Der Endspiegel ist für die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle durchlässig ausgestaltet, für die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle bzw. einem einen Mehrmodenbetrieb erlaubenden Bereich um die Grundwellenlänge ist er entsprechend – bis auf die üblichen Verluste – bevorzugt möglichst vollständig reflektierend ausgestaltet, damit das Licht dieser Wellenlänge nicht aus dem Laserresonator ausgekoppelt wird, sondern zu Summenfrequenzerzeugung beiträgt.If the wavelength-selective element is alternatively designed as a reflective element, it has, equivalent to the transmissive element, preferably in the region of the fundamental wavelength with the lower laser threshold, a reflection maximum. The end mirror is designed to be transparent to the fundamental wavelength with the lower laser threshold, for the fundamental wavelength with the higher laser threshold or a multi-mode operation permitting range around the fundamental wavelength he is accordingly designed - except for the usual losses - as completely as possible reflective, so that the light of this Wavelength is not coupled out of the laser resonator, but contributes to sum frequency generation.

Das reflexive Element kann beispielsweise als optisches Gitter, insbesondere als Linien- oder Volumen-Bragg-Gitter ausgestaltet sein.The reflective element can be designed, for example, as an optical grating, in particular as a line or volume Bragg grating.

Analog zu der Verwendung eines transmissiven Elements kann auch das reflexive Element, im Falle eines Gitters durch Variation der Gitterkonstante und/oder seiner Ausrichtung bzw. Verkippung relativ zur optischen Achse, so eingestellt werden, dass der effektive, also der tatsächlich zu erzielende Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission bei der Wellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle im Bereich des Maximums des wellenlängenabhängigen Wirkungsquerschnitts für die stimulierte Emission bei der Wellenlänge mit der höheren Laserschwelle liegt.Analogous to the use of a transmissive element, the reflexive element, in the case of a grating by varying the lattice constant and / or its orientation or tilting relative to the optical axis, can also be set such that the effective cross-section, that is to be actually achieved, for the stimulated emission at the wavelength with the lower laser threshold is in the region of the maximum of the wavelength-dependent stimulated emission cross section at the wavelength with the higher laser threshold.

Falls sich die Wirkungsquerschnitte für die Emission der beiden Grundwellenlängen stark unterscheiden, insbesondere falls der Wirkungsquerschnitt für die Grundwellenlänge mit der niedrigern Laserschwelle wesentlich größer ist als für die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle, so wird das transmissive oder äquivalent das reflexive Element so gefertigt bzw. im Laserresonator angeordnet, dass der Wert des wellenlängenabhängigen Wirkungsquerschnitts für die stimulierte Emission bei der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle im Bereich des Maximums des wellenlängenabhängigen Wirkungsquerschnitts für die stimulierte Emission bei der Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle liegt.If the cross sections for the emission of the two fundamental wavelengths are strong differ, in particular if the cross section for the fundamental wavelength with the lower laser threshold is substantially greater than for the fundamental wavelength with the higher laser threshold, the transmissive or equivalent, the reflective element is made or arranged in the laser resonator that the value of the wavelength-dependent cross section for the stimulated emission at the fundamental wavelength with the lower lasing threshold is in the region of the maximum of the wavelength-dependent stimulated emission cross section at the higher lasing threshold fundamental wavelength.

Der Emissionsquerschnitt für die stimulierte Emission ist unter anderem eine von der Wellenlänge abhängige Funktion und hat bei den beiden Grundwellenlängen jeweils ein relatives Maximum, d. h. der Wirkungsquerschnitt ist dort verglichen mit der Umgebung hoch, die Maxima können jedoch verschiedene Werte haben. Bei Nd:YAG-Lasern ist beispielsweise der Wert des genannten Wirkungsquerschnitts bei einer Grundwellenlänge von 1064 nm wesentlich höher als bei einer Grundwellenlänge von 1038 nm. Bei benachbarten Wellenlängen fällt der Wert des Wirkungsquerschnitts dann stark ab. Gestaltet man nun das frequenzselektive Element entsprechend bzw. ordnet es mit einer entsprechenden Neigung gegen die optische Achse an, so kann man das Transmissions- bzw. Reflexionsmaximum des betreffenden Elements, welches üblicherweise genau bei der jeweiligen Grundwellenlänge liegt, so verschieben, dass es immer noch im Bereich der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle liegt, jedoch an einer Flanke des Wirkungsquerschnitts als Funktion der Wellenlänge, also spektral außerhalb des Maximums. Das Transmissions- bzw. Reflexionsmaximum wird dann so gelegt, dass der Wert des Wirkungsquerschnitts bei diesem etwa dem Wert des Wirkungsquerschnitts für die stimulierte Emission bei der Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle entspricht, diesem also angenähert wird bzw. in dessen Bereich liegt.The emission cross section for the stimulated emission is, inter alia, a function dependent on the wavelength and has in each case a relative maximum at the two fundamental wavelengths, ie. H. the cross section is high compared to the environment, but the maxima can have different values. In the case of Nd: YAG lasers, for example, the value of the aforementioned cross section at a fundamental wavelength of 1064 nm is substantially higher than at a fundamental wavelength of 1038 nm. At adjacent wavelengths, the value of the cross section then drops sharply. If the frequency-selective element is designed accordingly or arranged with a corresponding inclination against the optical axis, then the transmission or reflection maximum of the relevant element, which is usually exactly at the respective fundamental wavelength, can be shifted so that it still does is in the region of the fundamental wavelength with the lower laser threshold, but on an edge of the cross-section as a function of the wavelength, ie spectrally outside the maximum. The transmission or reflection maximum is then set so that the value of the cross section at this approximately corresponds to the value of the cross section for the stimulated emission at the fundamental wavelength with the higher laser threshold, this is thus approximated or in the range.

Auf diese Weise wird der Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission bei der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle so stark gedämpft, dass beide Wirkungsquerschnitte dann einander etwa gleichwertig sind und der Übergang mit der niedrigeren Laserschwelle nicht dominiert, was für die Summenfrequenzerzeugung ein wesentlicher Vorteil ist.In this way, the stimulated emission cross-section at the lower lasing threshold fundamental wavelength is attenuated to such an extent that both cross sections are approximately equal to each other and the lower laser threshold transition does not dominate, which is a significant advantage in summation frequency generation.

Üblicherweise wird der Auskoppelspiegel für die beiden Grundwellenlängen λ1 und λ2 reflexiv und für die Wellenlänge der Summenfrequenz transmissiv konzipiert, diese Bauweise ist besonders platzsparend und kommt mit einer geringstmöglichen Anzahl von optischen Elementen aus. In einer alternativen Ausgestaltung ist im Laserresonator mindestens ein Umlenkspiegel angeordnet, welcher für die Summenfrequenz transmissiv ist, wobei die Transmission hier maximal mit geringstmöglichen Verlusten sein sollte, und welcher für mindestens eine der Grundwellenlängen mindestens teilweise reflektierend ausgestaltet ist. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, die Wellenlänge mit der Summenfrequenz seitlich aus dem Laserresonator auszukoppeln, der Auskoppelspiegel kann dann die gleichen reflektorischen Eigenschaften wie der Endspiegel. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass ein Doppeldurchgang der Laserstrahlung durch den nichtlinearen Kristall realisiert werden kann, welcher zu einer effizienteren Summenfrequenzerzeugung führt.Usually, the output mirror for the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 is designed to be reflective and transmissive for the wavelength of the sum frequency, this construction is particularly space-saving and comes with a minimum number of optical elements. In an alternative embodiment, at least one deflection mirror is arranged in the laser resonator, which is transmissive to the sum frequency, the transmission here should be maximum with minimum losses, and which is at least partially reflective designed for at least one of the fundamental wavelengths. In this way it is for example possible to decouple the wavelength with the sum frequency laterally from the laser resonator, the output mirror can then the same reflective properties as the end mirror. This arrangement has the advantage that a double pass of the laser radiation can be realized by the non-linear crystal, which leads to a more efficient sum frequency generation.

Neben der Variation des Wirkungsquerschnitts für die stimulierte Emission zur Festlegung der Laserschwelle durch eine Verkippung des wellenlängenselektiven Elements wie oben beschrieben gibt es noch weitere Mittel zur Festlegung und/oder Variation der Laserschwellen, die die Laseranordnung ergänzend oder alternativ optional umfassen kann. Die Laserschwelle für eine Wellenlänge λi, bei zwei Grundwellenlängen mit i = 1, 2, berechnet sich nach der Bedingung

Figure 00080001
In addition to the variation of the cross-section for the stimulated emission for determining the laser threshold by tilting the wavelength-selective element as described above, there are further means for determining and / or varying the laser thresholds, which may additionally or alternatively optionally comprise the laser arrangement. The laser threshold for a wavelength λ i , at two fundamental wavelengths with i = 1, 2, is calculated according to the condition
Figure 00080001

Ri ist der Auskoppelreflexionsgrad, Δni bezeichnet die Besetzungsinversion, σi den Emissionsquerschnitt für die stimulierte Emission und l die vom Licht zu durchquerende Länge des aktiven, verstärkenden Mediums. Vi schließlich bezeichnet den Verlustfaktor für den jeweiligen Laserübergang.R i is the outcoupling reflectance, Δn i is the population inversion, σ i is the emission cross section for the stimulated emission, and l is the length of active amplifying medium to be traversed by the light. Finally, V i denotes the loss factor for the respective laser transition.

Eine einfache Möglichkeit der Festlegung bzw. Variation der Laserschwellen besteht daher darin, die Auskoppelreflexionsgrade und die Verlustfaktoren zu variieren. Um die Laserschwellen der beiden interessierenden Übergänge für die stimulierte Emission zu variieren bzw. auf einen gewünschten Wert festzulegen, können beispielsweise der Endspiegel und/oder der Auskoppelspiegel unterschiedliche Reflexionsgrade für die beiden Grundwellenlängen λ1 und λ2 aufweisen. Auch der mindestens eine Umlenkspiegel kann unterschiedliche Reflexionsgrade für die beiden Grundwellenlängen aufweisen, wobei dies auch mit den unterschiedlichen Reflexionsgraden für End- und/oder Auskoppelspiegel kombiniert werden kann.A simple way of determining or varying the laser thresholds is therefore to vary the Auskoppelreflexionsgrade and the loss factors. In order to vary the laser thresholds of the two transitions of interest for the stimulated emission or to set them to a desired value, for example, the end mirror and / or the coupling-out mirror can have different reflectivities for the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 . Also, the at least one deflecting mirror can have different degrees of reflection for the two fundamental wavelengths, and this can also be combined with the different degrees of reflection for the end and / or outcoupling mirror.

Alternativ oder in Ergänzung kann auch ein optisches Abschwächungselement im Laserresonator angeordnet sein, welches Strahlung für jede der beiden Grundwellenlängen durch Absorption und/oder Reflexion unterschiedlich abschwächend ausgestaltet ist. Dieses optische Abschwächungselement kann auch ansteuerbar ausgestaltet sein. Als ein solches Abschwächungselement kann beispielsweise. eine dielektrisch beschichtete planparallele Platte dienen, welche bei den beiden Wellenlängen jeweils eine definierte Restreflexion aufweist. Des Weiteren ist es möglich, den Verkippungswinkel des Abschwächungselementes zur Feinabstimmung der Restreflexion zu verwenden, sofern das dielektrische Schichtdesign entsprechend ausgestaltet wird.Alternatively or in addition, an optical attenuation element may also be arranged in the laser resonator, which radiation is embodied differently attenuating by absorption and / or reflection for each of the two fundamental wavelengths. This optical attenuation element can also be designed to be controllable. As such a weakening element can for example. serve a dielectrically coated plane-parallel plate, which in each case has a defined residual reflection at the two wavelengths. Furthermore, it is possible to use the tilt angle of the attenuation element to fine-tune the residual reflection, as long as the dielectric layer design is designed accordingly.

Auch ist es möglich, zur Festlegung der Laserschwellen mindestens eine der optischen Grenzflächen des aktiven Mediums und/oder des nichtlinearen Kristalls so auszugestalten, dass diese jede der beiden Grundwellenlängen λ1 und λ2 durch Absorption und/oder Reflexion unterschiedlich abschwächt. Dies kann beispielsweise mittels einer entsprechenden Beschichtung erreicht werden.It is also possible to design at least one of the optical boundary surfaces of the active medium and / or the nonlinear crystal to define the laser thresholds such that they attenuate each of the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 differently by absorption and / or reflection. This can be achieved for example by means of a corresponding coating.

In einer bevorzugten Ausgestaltung, die eine kompakte Bauweise ermöglicht, sind von den Komponenten Endspiegel, aktives Lasermedium, nichtlineare Kristall, wellenlängenselektives Element und Auskoppelspiegel mindestens zwei Komponenten direkt in Kontakt stehend verbunden. Dies kann beispielsweise durch die Technik des sogenannten „diffusion bonding” erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass die Strecke, welche die Laserstrahlung im Resonator durch Luft propagieren muss, verkürzt werden kann, um Brechungsindexänderungen der Luft und somit der Resonatorlänge durch externe Einflüsse wie Luftdruck, Temperatur oder Luftfeuchte zu minimieren.In a preferred embodiment, which allows a compact design, at least two components are connected directly in contact standing by the components end mirror, active laser medium, non-linear crystal, wavelength-selective element and Auskoppelspiegel. This can be achieved for example by the technique of so-called "diffusion bonding". This has the advantage that the distance which the laser radiation in the resonator has to propagate through air can be shortened in order to minimize refractive index changes of the air and thus of the resonator length due to external influences such as air pressure, temperature or air humidity.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung, die ebenfalls eine kompakte Bauweise mit wenigen zu justierenden Elementen ermöglicht, sind Endspiegel und/oder Auskoppelspiegel jeweils als dielektrische Beschichtung auf einer der anderen Komponenten, d. h. hier auf dem Lasermedium oder auf dem nichtlinearen Kristall ausgeführt.In a further preferred embodiment, which also allows a compact design with few elements to be adjusted, end mirror and / or coupling-out mirror are each as a dielectric coating on one of the other components, d. H. here on the laser medium or on the nonlinear crystal.

In einer besonders bevorzugten Ausführung ist im Laserresonator ein weiterer nichtlinearer Kristall zur leistungsabhängigen Dämpfung der Grundwellenlänge mit der niedrigen Laserschwelle im Einmodenbetrieb durch Frequenzverdopplung (second harmonic generation, SHG) angeordnet.In a particularly preferred embodiment, a further non-linear crystal for power-dependent attenuation of the fundamental wavelength with the low laser threshold in single-mode operation by frequency doubling (second harmonic generation, SHG) is arranged in the laser resonator.

Durch diese zusätzliche Dämpfung lassen sich die bereits erwähnten Intensitätsschwankungen gegenüber einem Laserresonator mit nur einem nichtlinearen Kristall zur Summenfrequenzerzeugung zeitlich noch weiter stabilisieren, als dies bei der erfindungsgemäßen Anordnung bereits ohnehin der Fall ist. Die beiden nichtlinearen Kristalle können beispielsweise durch den jeweiligen Schnittwinkel oder die Temperatur so ausgestaltet werden, dass sie jeweils nur eine der beiden Grundwellen in ihrer Frequenz verdoppeln, oder aber beide Grundwellenlängen zur Summenfrequenz mischen. Durch die Wahl von Kristalltyp und/oder der Kristalllänge kann die jeweilige Stärke der Nichtlinearität unabhängig voneinander eingestellt werden.By means of this additional damping, the already mentioned intensity fluctuations with respect to a laser resonator with only one nonlinear crystal for summation frequency generation can be further stabilized in terms of time than is already the case in the case of the arrangement according to the invention. The two non-linear crystals can be designed, for example, by the respective cutting angle or the temperature so that they only double in their frequency one of the two fundamental waves, or else mix both fundamental wavelengths to the sum frequency. By the choice of crystal type and / or the crystal length, the respective strength of the non-linearity can be adjusted independently.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail for example with reference to the accompanying drawings, which also disclose characteristics essential to the invention. Show it:

1 eine erste Laseranordnung, 1 a first laser arrangement,

2 eine alternative Ausgestaltung einer Laseranordnung, 2 an alternative embodiment of a laser arrangement,

3 eine Intensitätsverteilung verschiedener Moden im verstärkenden Medium dieser Laseranordnung, 3 an intensity distribution of different modes in the amplifying medium of this laser arrangement,

4 eine dritte Ausgestaltung einer Laseranordnung und 4 a third embodiment of a laser array and

5 eine vierte Ausgestaltung einer Laseranordnung. 5 a fourth embodiment of a laser arrangement.

Die in 1 gezeigte Laseranordnung umfasst einen Laserresonator, in dem ein aktives Lasermedium 1 zur Erzeugung von homogen verbreiterter Strahlung einer ersten Grundwellenlänge λ1 durch stimulierte Emission von einem oberen Laserniveau auf ein erstes Grundniveau und zur Erzeugung von homogen verbreiteter Strahlung einer zweiten Grundwellenlänge λ2 durch stimulierte Emission von dem oberen Laserniveau auf ein zweites Grundniveau angeordnet ist. Die Laserschwellen der beiden Grundwellenlängen λ1 und λ1 unterscheiden sich. Bei dem aktiven Lasermedium 1 kann es sich beispielsweise um einen mit Neodym dotierten Kristall handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem Wirtskristall um Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), oder auch um Yttrium-Vanadat (YVO4). Die Wirtskristalle können auch mit anderen Elementen wie Erbium oder Ytterbium dotiert werden. Auch mit Titan dotierte Saphirkristalle oder Fluoride wie Yttrium-Lithium-Fluorid eigenen sich als aktive Lasermedien, um nur einige Beispiele zu nennen.In the 1 The laser arrangement shown comprises a laser resonator in which an active laser medium 1 for generating homogeneously broadened radiation of a first fundamental wavelength λ 1 by stimulated emission from an upper laser level to a first base level and for generating homogeneously diffused radiation of a second fundamental wavelength λ 2 by stimulated emission from the upper laser level to a second fundamental level. The laser thresholds of the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 1 differ. For the active laser medium 1 For example, it may be a neodymium-doped crystal. The host crystal is preferably yttrium aluminum garnet (YAG) or yttrium vanadate (YVO 4 ). The host crystals can also be doped with other elements such as erbium or ytterbium. Titanium-doped sapphire crystals or fluorides such as yttrium lithium fluoride are also suitable as active lasing media, to name just a few examples.

Die Laserschwelle, bzw. die Schwellenwertbedingungen, oberhalb der der Laser zu arbeiten beginnt, berechnet sich für eine Grundwellenlänge λi, mit i = 1,2 die Grundwellenlänge indizierend, nach der Formel

Figure 00100001
wobei in der Regel ohne Steuerung anderer Parameter mindestens die Wirkungsquerschnitte σ; der verschiedenen Laserübergänge verschieden sind.The laser threshold, or the threshold conditions above which the laser begins to operate, is calculated for a fundamental wavelength λ i , with i = 1.2 indicating the fundamental wavelength, according to the formula
Figure 00100001
usually without control of other parameters at least the cross sections σ; the different laser transitions are different.

Der Laserresonator wird auf der linken Seite durch einen Endspiegel 2 und auf der rechten Seite auf durch einen Auskoppelspiegel 3 begrenzt. In der in 1 gezeigten Anordnung sind die beiden Spiegel für beide Grundwellenlängen λ1 und λ2 hochreflektierend, d. h. sie reflektieren beide Wellenlängen mit geringstmöglichen Verlusten. Für die Wellenlänge λS der Summenfrequenz vS ist der Auskoppelspiegel 3 jedoch transparent. Im Laserresonator ist außerdem ein lichtlinearer Kristall 4 zur Mischung der Strahlung der beiden Grundwellenlängen λ1 und λ2 in Strahlung einer Summenfrequenz vS angeordnet. Die Frequenzen v1 und v2 der Grundwellenlängen λ1 und λ2 werden hier zur Summenfrequenz vS gemischt, was einer Addition der Kehrwerte der Grundwellenlängen zum Kehrwert der Summenwellenlänge entspricht. Verwendet man beispielsweise – ohne dass dies eine Einschränkung in Bezug auf die verwendbaren, aktiven Lasermedien 1 bedeutet – einen mit Neodym dotierten Yttrium-Aluminum-Granat-Kristall als Lasermedium 1, also einen Nd:YAG-Laser, mit den beiden Grundwellenlängen λ1 = 1064 nm und λ2 = 1319 oder 1338 nm, so ergibt sich eine Summenwellenlänge λS = 589 bzw. 593 nm. Dabei können die Laserschwellen in der Regel durch geeignete Maßnahmen, wie sie weiter unten beschrieben werden, in einer großen Variationsbreite festgelegt werden, so dass je nach Festlegung sowohl der kleineren als auch der größeren der beiden Grundwellenlängen die niedrigere Laserschwelle zugeordnet werden kann, und die Bezeichnung mit λ1 und λ2 also keinen Rückschluss a priori auf das Verhältnis der Laserschwellen zulässt.The laser resonator is on the left side by an end mirror 2 and on the right side through a Auskoppelspiegel 3 limited. In the in 1 The arrangement shown, the two mirrors for both fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 are highly reflective, ie they reflect both wavelengths with the lowest possible losses. For the wavelength λ S of the sum frequency v S is the output mirror 3 however transparent. The laser resonator also has a light linear crystal 4 arranged to mix the radiation of the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 in radiation of a sum frequency v S. The frequencies v 1 and v 2 of the fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 are here mixed to the sum frequency v S , which corresponds to an addition of the reciprocals of the fundamental wavelengths to the reciprocal of the sum wavelength. For example, without limitation in terms of usable, active laser media 1 means - a neodymium-doped yttrium-aluminum garnet crystal as a laser medium 1 , ie a Nd: YAG laser, with the two fundamental wavelengths λ 1 = 1064 nm and λ 2 = 1319 or 1338 nm, the result is a sum wavelength λ S = 589 or 593 nm Measures, as described below, are set in a wide range of variation, so that depending on the definition of both the smaller and the larger of the two fundamental wavelengths, the lower laser threshold can be assigned, and the designation with λ 1 and λ 2 so no conclusion a priori allows for the ratio of laser thresholds.

Die Laseranordnung umfasst schließlich auch ein wellenlängenselektives Element, welches entweder transmissiv oder reflexiv ausgestaltet sein kann und in dem in 1 gezeigten Beispiel als transmissives Element – hier in Form eines Etalons 5 – ausgebildet und im Laserresonator anordnet ist. In einer anderen, in 2 gezeigten Anordnung ist das wellenlängenselektive Element als reflexives Element ausgebildet, dort als optisches Gitter 6, beispielsweise als Linien- oder Volumen-Bragg-Gitter. Bei der in 2 gezeigten Anordnung wird ein anderer Endspiegel 7 verwendet, der für die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle – im gezeigten Beispiel λ1 – durchlässig ausgestaltet ist und für Licht der Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle höchstmöglich reflektierend. Das optische Gitter 6 ist außerhalb des Laserresonators auf Seiten dieses Endspiegels 7 anordnet. Das in 2 gezeigte optische Gitter 6 weist im Bereich der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle ein Reflexionsmaximum auf, entsprechend weist das in 1 gezeigte Etalon 5 im Bereich der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle ein Transmissionsmaximum auf.Finally, the laser arrangement also comprises a wavelength-selective element which can be embodied either transmissively or reflexively and in which 1 example shown as a transmissive element - here in the form of an etalon 5 - trained and arranges in the laser resonator. In another, in 2 the arrangement shown, the wavelength-selective element is designed as a reflective element, there as an optical grating 6 For example, as a line or volume Bragg grating. At the in 2 shown arrangement is another end mirror 7 used, which is permeable to the fundamental wavelength with the lower laser threshold - in the example shown λ 1 - and reflective as possible for light of the fundamental wavelength with the higher laser threshold. The optical grid 6 is outside the laser resonator on the side of this end mirror 7 arranges. This in 2 shown optical grating 6 has in the range of the fundamental wavelength with the lower laser threshold on a reflection maximum, accordingly, the in 1 shown etalon 5 in the region of the fundamental wavelength with the lower laser threshold, a transmission maximum.

Die Eigenschaften des wellenlängeselektiven Elements und sein Zusammenspiel mit den übrigen Komponenten sind wesentlich für einen erfolgreichen Betrieb der Laseranordnung zur Erzielung der gewünschten Funktionalität. Im Falle eines transmissiven wellenlängenselektiven Elements unterscheiden sich die Eigenschaften für die beiden Grundwellenlängen λ1 und λ2 in Abhängigkeit von der Laserschwelle. Für die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle weist das wellenlängenselektive Element – auch für ein reflexives wellenlängenselektives Element – eine solche spektrale Selektivität auf, die einen Einmodenbetrieb bei dieser Grundwellelänge ermöglicht. Die Spreizung der Transmissionsmaxima beim Etalon 5 bzw. der Reflexionsmaxima beim optischen Gitter 6 muss also so groß sein, dass nur eine Mode des homogen linienverbreiterten Spektrums um die Zentralwellenlänge angeregt wird und Anregungen bei den anderen Moden in der homogen verbreiterten Linie unterdrückt werden. Beim Etalon 5 kann dies beispielsweise durch eine geeignete Wahl des Materials, der Dicke und des Winkels, in dem das Etalon 5 relativ zur optischen Achse des Laserresonators gekippt angeordnet ist, eingestellt werden. Ähnliche Einstellungsmöglichkeiten ergeben sich auch beim optischen Gitter 6.The characteristics of the wavelength selective element and its interaction with the remaining components are essential to successful operation of the laser assembly to achieve the desired functionality. In the case of a transmissive wavelength-selective element, the properties for the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 differ depending on the laser threshold. For the fundamental wavelength with the lower laser threshold, the wavelength-selective element - even for a reflective wavelength-selective element - such a spectral selectivity, which allows a single-mode operation at this fundamental wavelength. The spread of the transmission maxima at the etalon 5 or the reflection maxima in the optical grating 6 must be so large that only one mode of the homogeneous line-broadened spectrum is excited about the central wavelength and excitations in the other modes in the homogeneously broadened line are suppressed. At the Etalon 5 This can be done, for example, by a suitable choice of material, thickness and angle in which the etalon 5 is tilted relative to the optical axis of the laser resonator can be adjusted. Similar setting options also result in the optical grating 6 ,

Für die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle andererseits darf das transmissive wellenlängenselektive Element keine spektralselektive Wirkung aufweisen, d. h. es lässt diese Grundwellenlänge und auch mindestens einen Bereich um diese Grundwellenlänge herum, der einige der Moden der homogen verbreiterten Linie umfasst, ungehindert, d. h. mit geringstmöglicher Abschwächung hindurch. Bei dieser Grundwellenlänge ist daher ein Mehrmodenbetrieb möglich und sogar erwünscht. Zu diesem Zweck ist das Etalon 5 für Strahlung mit der Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle bevorzugt vollständig transmittierend, wozu es beispielsweise mit einer nur für diesen Bereich um diese Grundwellenlänge wirkenden antireflexiven Schicht überzogen sein kann.On the other hand, for the fundamental wavelength with the higher lasing threshold, the transmissive wavelength-selective element must not exhibit a spectrally selective effect, ie it leaves this fundamental wavelength and also at least a region around this fundamental wavelength comprising some of the modes of the homogeneously broadened line unhindered, ie with the lowest possible attenuation , At this fundamental wavelength, therefore, multimode operation is possible and even desirable. For this purpose is the etalon 5 for radiation having the fundamental wavelength with the higher laser threshold, preferably completely transmissive, for which purpose it may, for example, be coated with an antireflective layer which acts only around this fundamental wavelength for this region.

Im Falle der Verwendung eines optischen Gitters 6 als wellenlängenselektives Element ist dieses außerhalb des Laserresonator angeordnet, Licht der Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle wird dann in der Regel schon vom Endspiegel 7 reflektiert, weshalb die Eigenschaften des optischen Gitters 6 bezüglich dieser Grundwellenlänge keine Rolle spielen.. Im Falle der Verwendung eines optischen Gitters 6 kommt es also auf die spektralselektive Wirkung hinsichtlich der Grundwellenlängen mit der höheren Laserschwelle nicht an, jedoch auf die des Endspiegels 7. Der Endspiegel 7 kann in diesem Falle beispielsweise mit einer nur für die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle wirkenden antireflexiven Schicht beschichtet sein, um die Transmissivität zu maximieren. Für die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle ist der Endspiegel 7 in einem mindestens die homogene Verbreiterung teilweise umfassenden Wellenlängenbereich hochreflektierend ausgestaltet. Bei der Verwendung eines Etalons 5 besitzt der Endspiegel 2 in der Regel den gleichen Reflexionsgrad für beide Grundwellenlängen, im Gegensatz weist dazu der Auskoppelspiegel 3 im allgemeinen unterschiedliche Reflexionsgrade für die beiden Grundwellenlängen auf. Unabhängig davon ist der Auskoppelspiegel 3 für die Wellenlänge der Summenfrequenz hoch transmittierend, so dass diese Wellenlänge λS unabhängig von den Reflexionsgraden für die Grundwellenlängen im wesentlichen vollständig ausgekoppelt wird.In case of using an optical grating 6 as a wavelength-selective element, this is arranged outside the laser resonator, light of the fundamental wavelength with the higher laser threshold is then usually already from the end mirror 7 reflects why the properties of the optical grating 6 with respect to this fundamental wavelength play no role .. In the case of using an optical grating 6 So it does not depend on the spectral selective effect with respect to the fundamental wavelengths with the higher laser threshold, but on the end mirror 7 , The end mirror 7 can in this case, for example, with only for the Basic wavelength can be coated with the lower laser threshold antireflective layer to maximize the transmissivity. For the fundamental wavelength with the higher laser threshold, the end mirror is 7 in a highly homogeneous at least the homogeneous broadening comprehensive wavelength range designed. When using an etalon 5 owns the end mirror 2 usually the same reflectance for both fundamental wavelengths, in contrast, has the output mirror 3 generally different reflectivities for the two fundamental wavelengths. Regardless of this is the Auskoppelspiegel 3 is highly transmissive for the wavelength of the sum frequency, so that this wavelength λ S is essentially completely decoupled independently of the reflectivities for the fundamental wavelengths.

Im folgenden soll anhand von 3 erläutert werden, welche Situation sich bei den eingestellten Bedingungen im Betrieb ergibt. Beide Laserübergänge des aktiven Mediums 1 sind homogen linienverbreitert und besitzen ein gemeinsames oberes Laserniveau, so dass beide Laserübergänge also um die gleich Besetzungsinversion konkurrieren. Darüber hinaus besitzen beide Grundwellenlängen λ1 und λ2 unterschiedliche Wirkungsquerschnitte für die stimulierte Emission, σ1 und σ2. Dadurch kommen auch unterschiedliche Verstärkungen und unterschiedliche Schwellpumpleistungen zustande.The following is based on 3 be explained, which situation arises under the set conditions in operation. Both laser transitions of the active medium 1 are homogeneously line-broadened and have a common upper laser level, so that both laser transitions compete for equal population inversion. In addition, both fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 have different cross sections for the stimulated emission, σ 1 and σ 2 . As a result, different reinforcements and different Schwellpumpleistungen come about.

Bei einer kontinuierlichen Steigerung der Pumpleistung beginnend bei Null, beginnt aufgrund der niedrigeren Laserschwelle die stimulierte Emission zunächst bei der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle. Im Laserresonator und insbesondere im aktiven Lasermedium 1 bildet sich dann eine stehende Welle nur für die longitudinale Mode aus, bei der das Etalon 5 ein Transmissionsmaximum bzw. das optische Gitter 6 ein Reflexionsmaximum hat, aus. Diese Intensitätsverteilung der schwingenden Longitudinalmode im Lasermedium 1 in Form einer stehenden Welle ist in 3 durch die dicke, durchgezogene Line symbolisiert. Dargestellt ist die Intensität über der Ortkoordinate längs der optischen Achse, beide Größen in willkürlichen Einheiten.With a continuous increase in pump power starting at zero, due to the lower lasing threshold, the stimulated emission first begins at the fundamental wavelength with the lower lasing threshold. In the laser resonator and in particular in the active laser medium 1 Then a standing wave is formed only for the longitudinal fashion, at which the etalon 5 a transmission maximum or the optical grating 6 has a reflection maximum, off. This intensity distribution of the oscillating longitudinal mode in the laser medium 1 in the form of a standing wave is in 3 symbolized by the thick, solid line. Shown is the intensity over the location coordinate along the optical axis, both magnitudes in arbitrary units.

Diese Intensitätsverteilung korrespondiert direkt mit der Sättigung der Besetzungsinversion, diese ist also bei den Maxima der Intensitätsverteilung besonders hoch, während sie in den Minima sehr gering bzw. gar nicht vorhanden ist. Die Sättigung der Verstärkung bzw. der Inversion ist also räumlich moduliert mit einer Modulationsperiode, die gleich der halben Wellenlänge der Mode ist (spatial hole burning). Während also bei den Maxima bereits die Sättigung erreicht wurde, ist die Inversion bzw. die Sättigung in den Tälern der Intensitätsverteilung nur unvollständig.This intensity distribution corresponds directly to the saturation of the population inversion, so this is particularly high at the maxima of the intensity distribution, while it is very low or not present in the minima. The saturation of the gain or inversion is thus spatially modulated with a modulation period that is equal to half the wavelength of the mode (spatial hole burning). Thus, while the saturation has already been reached at the maxima, the inversion or saturation in the valleys of the intensity distribution is only incomplete.

Wird daher die Pumpleistung weiter erhöht, kann der Laser aufgrund dieser unvollständig gesättigten Inversion in den Tälern der modulierten Sättigung der Verstärkung für die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle nun ebenfalls auch für die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle über deren Laserschwelle gelangen. Im in 1 gezeigten Beispiel weist das Etalon 5 für die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle keine spektrale Selektivität auf, so dass hier ein Mehrmodenbetrieb möglich ist. Bei der Verwendung eines optischen Gitters 6, wie in 2 gezeigt, weist entsprechend der Endspiegel 7 keine spektralselektive Wirkung für die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle auf, was im Falle des Spiegels heißt, dass er mindestens einen größeren Bereich der homogenen Linienverbreiterung um diese Grundwellenlänge reflektierend ausgestaltet ist.Therefore, if the pump power is further increased, due to this incompletely saturated inversion in the valleys of the modulated saturation of the gain for the fundamental wavelength with the lower lasing threshold, the laser may now also pass above the lasing threshold for the fundamental wavelength with the higher lasing threshold. Im in 1 Example shown has the etalon 5 For the fundamental wavelength with the higher laser threshold no spectral selectivity, so that a multi-mode operation is possible here. When using an optical grating 6 , as in 2 shown, corresponding to the end mirror 7 no spectrally selective effect for the fundamental wavelength with the higher laser threshold, which in the case of the mirror means that it is designed to reflect at least a larger region of the homogeneous line broadening by this fundamental wavelength.

Daher passt sich der Laserresonator bei der Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle ohne weiteres Zutun hinsichtlich der Anzahl der Longitudinalmoden und ihrer Wellenlängen so an, dass im räumlichen Mittel und bei Mehrmodenbetrieb bei der zweiten Grundwellenlänge auch im zeitlichen Mittel – die Wellenbäuche bei der Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle optimal in den Wellentälern bei der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle liegen. In 3 sind beispielhaft zwei solcher Moden mit gestrichelter und mit punktgestrichelter Linie dargestellt. Auf diese Weise wird erreicht, dass beide Grundwellenlängen räumlich entkoppelt werden und dadurch trotz Konkurrenz um die Inversion koexistieren können. Infolgedessen neigen sie nicht zum gegenseitigen Schwingen, d. h. zur Verstärkung der eigenen Grundwellenlänge auf Kosten der anderen und umgekehrt im Wechsel.Therefore, at the fundamental wavelength with the higher lasing threshold, the laser resonator readily adapts to the number of longitudinal modes and their wavelengths such that in the spatial average and in multimode operation at the second fundamental wavelength also in the time average - the antinodes at the fundamental wavelength with the higher Laser threshold are optimal in the troughs at the fundamental wavelength with the lower laser threshold. In 3 For example, two such modes are shown with dashed and dot-dashed lines. In this way it is achieved that both fundamental wavelengths are spatially decoupled and thus can coexist despite competition for inversion. As a result, they do not tend to reciprocate, ie to amplify their own fundamental wavelength at the expense of others, and vice versa alternately.

Als Beispiel sollen im folgenden zwei Fälle beschrieben werden, bei denen das aktive Lasermedium 1 ein Nd:YAG-Kristall ist und die Grundwellenlängen bei 1064 nm und 1319 nm liegen. Die Summenfrequenzmischung der beiden Wellenlängen ergibt die Summenwellenlänge λS = 598 nm im gelb-orangenen Spektralbereich, welche sich bei direkter Frequenzverdopplung nur äußert schwierig oder gar nicht erzeugen lässt.As an example, two cases will be described below in which the active laser medium 1 is a Nd: YAG crystal and the fundamental wavelengths are at 1064 nm and 1319 nm. The sum frequency mixing of the two wavelengths gives the sum wavelength λ S = 598 nm in the yellow-orange spectral range, which can only extremely difficult or impossible to generate in direct frequency doubling.

Der natürliche Wirkungsquerschnitt für stimulierte Emission ist bei 1064 nm deutlich größer als bei 1319 nm. Man hat jedoch verschiedene Möglichkeiten zur Festlegung der Laserschwellen, wobei hier beispielhaft nur die Variation des Auskoppelreflexionsgrades Ri in der Formel für die Schwellwertbedingung betrachtet werden soll. Da der Auskoppelspiegel 3 zwingend nur die Wellenlänge λS bei der Summenfrequenz auskoppeln muss, hat man bezüglich der Einstellung der Reflexionsgrade für die beiden Grundwellenlängen λ1 und λ2 gerade bei diesem Spiegel einen großen Spielraum. Bei der Verwendung eines Etalons 5 hat man diesen Spielraum auch beim Endspiegel 2, bei der Verwendung eines optischen Gitters 6 sind diese Möglichkeiten beim Endspiegel 7 stark eingeschränkt.The natural cross section for stimulated emission is significantly larger at 1064 nm than at 1319 nm. However, there are various possibilities for determining the laser thresholds, whereby only the variation of the coupling-out reflectance R i in the formula for the threshold condition is to be considered here by way of example. Because the Auskoppelspiegel 3 necessarily only the wavelength λ S has to decouple at the sum frequency, one has with respect to the adjustment of the reflectance for the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 just at this mirror a large margin. In the Use of an etalon 5 you have this scope also at the end mirror 2 when using an optical grating 6 These are the options for the end mirror 7 highly limited.

Wenn beispielsweise der Reflexionsgrad für beide Wellenlängen, 1064 nm und 1319 nm des Auskoppelspiegels 3 bei nahezu 100% liegt, ist in der Regel aufgrund des höheren Wirkungsquerschnittes für stimulierte Emission bei 1064 nm die Laserschwelle für die Wellenlänge von 1064 nm niedriger als die Laserschwelle für die Wellenlänge 1319 nm. Die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle wäre in diesem Fall also λ1 = 1064 nm und die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle λ2 = 1319 nm. Der Vorteil bei dieser Ausgestaltung liegt darin, dass sich für die resonatorinterne Summenfrequenzmischung ein hoher Wirkungsgrad ergibt, da die Leistung bei beiden Wellenlängen durch den hohen Reflexionsgrad des Auskoppelspiegels stark überhöht wird. Nachteilig ist jedoch, dass die dominante Wellenlänge von 1064 nm den Großteil der Inversion extrahiert, so dass zum Erzielen einer Oszillation bei der Wellenlängen 1319 nm eine sehr hohe Pumpleistung notwendig ist.For example, if the reflectance for both wavelengths, 1064 nm and 1319 nm of the output mirror 3 At nearly 100%, the lasing threshold for the 1064 nm wavelength is typically lower than the lasing threshold for the 1319 nm wavelength due to the higher stimulated emission cross section at 1064 nm. The fundamental wavelength at the lower lasing threshold would be λ in this case 1 = 1064 nm and the fundamental wavelength with the higher laser threshold λ 2 = 1319 nm. The advantage of this embodiment is that a high efficiency results for the resonator-internal sum frequency mixing, since the power at both wavelengths greatly increased by the high reflectance of the coupling-out mirror becomes. However, it is disadvantageous that the dominant wavelength of 1064 nm extracts the majority of the inversion, so that a very high pump power is necessary to achieve oscillation at the wavelengths of 1319 nm.

In einem zweiten Beispiel wird der Auskoppelreflexionsgrad R2 für die Wellenlänge λ2 = 1319 nm bei 100% belassen. Der Auskoppelreflexionsgrad R1 für die Wellenlänge λ1 = 1064 nm wird jedoch so gewählt, dass er wesentlich kleiner als der Auskoppelreflexionsgrad für die Wellenlänge λ2 ist. Hier ergibt sich dann genau das umgekehrte Bild gegenüber dem vorher betrachteten Fall, dass nämlich die Laserschwelle bei λ1 = 1064 nm höher ist als die Laserschwelle für λ2 = 1319 nm. Die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle ist also hier λ1, die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle die Wellenlänge λ2. Bei dieser Ausführung kann sich zunächst ein stabiler Einmodenbetrieb bei λ2 = 1319 nm einstellen. Erst bei weiter ansteigender Pumpleistung wird die verbliebene Inversion durch Laserbetrieb bei λ1 = 1064 nm mit geringer Resonatorgüte extrahiert, welche nur eine schwache Störung in Bezug auf λ2 darstellt. Die Neigung zum gegenseitigen Schwingen zwischen den beiden Wellenlängen ist daher nur gering. Nachteilig bei dieser Einstellung ist allerdings, dass die Wellenlänge λ1 mit hohen Auskoppelverlusten oszilliert, daher ist die Leistungsüberhöhung im Resonator gering und insgesamt die Summenfrequenzmischung reduziert.In a second example, the coupling-out reflectance R 2 for the wavelength λ 2 = 1319 nm is left at 100%. The decoupling reflectance R 1 for the wavelength λ 1 = 1064 nm, however, is chosen so that it is substantially smaller than the Auskoppelreflexionsgrad for the wavelength λ 2 . Here then exactly the opposite picture results from the previously considered case, namely that the laser threshold at λ 1 = 1064 nm is higher than the laser threshold for λ 2 = 1319 nm. The fundamental wavelength with the higher laser threshold is here λ 1 , the fundamental wavelength with the lower laser threshold, the wavelength λ 2 . In this embodiment, a stable single-mode operation can initially be set at λ 2 = 1319 nm. Only when the pumping power continues to rise is the remaining inversion extracted by laser operation at λ 1 = 1064 nm with a low resonator quality, which represents only a weak perturbation with respect to λ 2 . The tendency to reciprocate between the two wavelengths is therefore low. A disadvantage of this setting, however, is that the wavelength λ 1 oscillates with high Auskoppelverlusten, therefore, the power increase in the resonator is low and overall reduces the sum frequency mixing.

Die Festlegung der Laserschwellen durch unterschiedliche Reflexionsgrade des Endspiegels und/oder des Auskoppelspiegels für die beiden Grundwellenlängen λ1 und λ2 ist nur eine Möglichkeit zur Festlegung oder Variation der Laserschwellen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein optisches Abschwächungselement im Laserresonator anzuordnen, welches optional ansteuerbar sein kann. Dieses Abschwächungselement schwächt Strahlung für jede der beiden Grundwellenlängen λ1 und λ2 durch Absorption und/oder Reflexion unterschiedlich ab. Auch kann mindestens eine der optischen Grenzflächen des aktiven Lasermediums 1 oder des nichtlinearen Kristalls 4 so ausgestaltet sein, dass sie beispielsweise mittels einer entsprechenden Beschichtung Strahlung für jede der beiden Grundwellenlängen λ1 und λ2 durch Absorption und/oder Reflexion unterschiedlich abschwächt.The determination of the laser thresholds by different reflectivities of the end mirror and / or the coupling-out mirror for the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 is only one possibility for defining or varying the laser thresholds. Another possibility is to arrange an optical attenuation element in the laser resonator, which may optionally be controllable. This attenuation element attenuates radiation for each of the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 differently by absorption and / or reflection. Also, at least one of the optical interfaces of the active laser medium 1 or the nonlinear crystal 4 be configured so that, for example, by means of a corresponding coating radiation for each of the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 attenuates differently by absorption and / or reflection.

Anstelle die Reflexionsgrade bzw. Absorptionsgrade der Spiegel zu beeinflussen, lässt sich eine Einstellung der Laserschwellen auch mittels des wellenlängenselektiven Elements vornehmen, wobei diese Einstellung zusätzlich oder alternativ zu den o. g. Möglichkeiten erfolgen kann. Besonders bevorzugt gestaltet man dabei das wellenlängenselektive Element so, dass im Falle eines transmissiven Elements das Transmissionsmaximum, bzw. im Falle eines reflexiven Elements das Reflexionsmaxium, bei einer Wellenlänge liegt, bei welcher der Wert des wellenlängenabhängigen Wirkungsquerschnitts für die stimulierte Emission bei der Wellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle spektral außerhalb des Maximalwertes liegt und somit tendenziell dem maximal möglichen Wirkungsquerschnitt bei der Wellenlänge mit der höheren Laserschwelle angenähert wird. Anders ausgedrückt liegt der Wert des wellenlängenabhängigen Wirkungsquerschnitts für die stimulierte Emission bei der Wellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle im Bereich des Maximums des wellenlängenabhängigen Wirkungsquerschnitts für stimulierte Emission bei der Wellenlänge mit der höheren Laserschwelle, nämlich an einer Flanke der Kurve des Wirkungsquerschnitts bei der Wellenlänge mit der höheren Laserschwelle.Instead of influencing the reflectance or absorption levels of the mirrors, an adjustment of the laser thresholds can also be carried out by means of the wavelength-selective element, wherein this setting additionally or alternatively to the above-mentioned. Options can be done. In the case of a transmissive element, the transmission maximum, or in the case of a reflective element the reflection maximum, is at a wavelength at which the value of the wavelength-dependent cross section for the stimulated emission at the wavelength is at the wavelength spectral spectrally outside the maximum value and thus tends to approximate the maximum possible cross section at the wavelength with the higher laser threshold. In other words, the value of the wavelength-dependent stimulated emission cross section at the lower laser threshold wavelength is in the region of the maximum of the wavelength dependent stimulated emission cross section at the higher lasing threshold wavelength, namely at one edge of the wavelength cross-section curve higher laser threshold.

Der Wert des Wirkungsquerschnitts für stimulierte Emission hängt u. a. vom Material und von der Wellenlänge ab und unterscheidet sich in der Regel schon auf natürliche Weise für beide Grundwellenlängen und variiert stark mit der Wellenlänge. Bei der eigentlichen Grundwellenlänge, im obigen Beispiel wäre dies die Grundwellenlänge λ1 = 1064 nm, hat der Wirkungsquerschnitt ein Maximum, was hier sehr viel höher liegt, als das Maximum des Wirkungsquerschnitts für die Grundwellenlänge λ2 = 1319 nm mit der höheren natürlichen Laserschwelle. Das wellenlängenselektive Element wird nun so gestaltet, dass das Transmissions- bzw. Reflexionsmaximum nicht genau bei diesem Maximum des Wirkungsquerschnitts liegt, sondern an einer Flanke des Wirkungsquerschnitts, d. h. zwar noch im Bereich der Grundwellenlänge λ1, jedoch bei einer davon abweichenden Wellenlänge, so dass der Wert des Wirkungsquerschnitts bei dieser Wellenlänge an der Flanke einen Wert hat, der etwa dem Maximum des – natürlichen oder auf andere Weise eingestellten – Wirkungsquerschnitts für die Grundwellenlänge λ2 = 1319 nm entspricht. So kann auf einfache Weise verhindert werden, dass die Grundwellenlänge λ1 zu stark dominiert, durch die Einstellung einer Verkippung des Etalons 5 bzw. des optischen Gitters 6 kann die Lage des Transmissionsmaximums bzw. Reflexionsmaximums in Bezug auf die Grundwellenlänge λ1 gezielt eingestellt werden.The value of the stimulated emission cross-section depends, among other things, on the material and on the wavelength and, as a rule, naturally differs for both fundamental wavelengths and varies greatly with the wavelength. In the actual fundamental wavelength, in the example above, this would be the fundamental wavelength λ 1 = 1064 nm, the cross section has a maximum, which is much higher here, than the maximum of the cross section for the fundamental wavelength λ 2 = 1319 nm with the higher natural laser threshold. The wavelength-selective element is now designed so that the transmission or reflection maximum is not exactly at this maximum of the cross-section, but at an edge of the cross-section, that is still in the range of the fundamental wavelength λ 1 , but at a different wavelength, so that the value of the cross section at this wavelength at the edge has a value which corresponds approximately to the maximum of the - natural or otherwise adjusted - cross section for the fundamental wavelength λ 2 = 1319 nm. Thus, it can be easily prevented that the fundamental wavelength λ 1 dominated too much, by setting a tilt of the etalon 5 or of the optical grating 6 The position of the transmission maximum or reflection maximum with respect to the fundamental wavelength λ 1 can be set specifically.

Die in 4 gezeigte Laseranordnung weist im Laserresonator einen Umlenkspiegel 8 auf, welcher für die Summenfrequenz transmissiv ist und für mindestens eine der Grundwellenlängen mindestens teilweise reflektierend ausgestaltet ist. Denkbar sind auch Anordnungen mit mehr als einem Umlenkspiegel 8, beispielsweise um mehrere Resonatoräste zu koppeln. Durch die Einbringung eines solchen Umlenkspiegels 8 lassen sich ebenfalls die Laserschwellen festlegen, indem der mindestens eine Umlenkspiegel 8 unterschiedliche Reflexionsgrade für die beiden Grundwellenlängen λ1 und λ2 aufweist. Hier lassen sich auch mehrere Umlenkspiegel 8 verwenden, von denen jeder eine unterschiedliche Selektivität aufweist, um die Reflexionsgrade der Wellenlängen möglichst präzise beeinflussen zu können. Der Umlenkspiegel 8 kann aber auch einfach dazu benutzt werden, in konstruktiv vorteilhafter Weise die Wellenlänge der Summenfrequenz λS nicht über einen Auskoppelspiegel, sondern über den Umlenkspiegel 8 auszukoppeln. Der hier verwendete Auskoppelspiegel 9 hat daher die gleiche Funktion wie ein Endspiegel, d. h. er dient nicht der Auskopplung.In the 4 The laser arrangement shown has a deflection mirror in the laser resonator 8th which is transmissive to the sum frequency and is at least partially reflective for at least one of the fundamental wavelengths. Also conceivable are arrangements with more than one deflection mirror 8th , for example, to couple a plurality of resonator branches. By introducing such a deflection mirror 8th can also set the laser thresholds by the at least one deflection mirror 8th has different reflectivities for the two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 . Here are also several deflecting mirrors 8th each of which has a different selectivity, in order to influence the reflectance of the wavelengths as precisely as possible. The deflection mirror 8th but can also be used simply to constructively advantageous manner, the wavelength of the sum frequency λ S not via a Auskoppelspiegel, but on the deflection mirror 8th decouple. The Auskoppelspiegel used here 9 therefore has the same function as an end mirror, ie it is not used for decoupling.

In anderen Ausgestaltungen, die auch untereinander kombiniert werden können, kann der Laserresonator auch so ausgestaltet sein, dass von den Komponenten Endspiegel 2, 7, aktives Lasermedium 1, nichtlinearer Kristall 4, wellenlängenselektives Element und Auskoppelspiegel 3, 9 mindestens zwei Komponenten direkt mit einander in Kontakt stehend verbunden sind, die Verbindung kann beispielsweise durch das sogenannte „diffusion bonding” hergestellt sein. Endspiegel 2, 7 und/oder Auskoppelspiegel 3, 9 können auch jeweils als dielektrische Beschichtung einer der Komponenten ausgeführt sein. Im in 2 gezeigten Beispiel kann beispielsweise der Endspiegel 7 als dielektrische Beschichtung auf das aktive Lasermedium 1 und der Auskoppelspiegel 3 als dielektrische Beschichtung auf dem nichtlinearen Kristall 4 aufgebracht sein. Sind dann noch nichtlinearer Kristall 4 und Lasermedium 1 direkt miteinander verbunden, entsteht ein sehr kompaktes Bauelement.In other embodiments, which can also be combined with each other, the laser resonator can also be designed so that of the components end mirror 2 . 7 , active laser medium 1 , nonlinear crystal 4 , wavelength-selective element and output mirror 3 . 9 at least two components are connected directly to each other in contact standing, the compound can be prepared for example by the so-called "diffusion bonding". end mirror 2 . 7 and / or output mirror 3 . 9 can also be designed in each case as a dielectric coating of one of the components. Im in 2 example shown, for example, the end mirror 7 as a dielectric coating on the active laser medium 1 and the Auskoppelspiegel 3 as a dielectric coating on the nonlinear crystal 4 be upset. Are then still nonlinear crystal 4 and laser medium 1 directly connected, creates a very compact component.

In 5 schließlich ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung gezeigt, die auf der in 1 gezeigten Anordnung basiert und bei der im Laserresonator ein weiterer nichtlinearer Kristall 10 angeordnet ist. Die Anordnung des weiteren nichtlinearen Kristalls 10 lässt sich ohne weiteres auch auf die anderen Ausgestaltungen übertragen. Dieser weitere nichtlineare Kristall 10 dient der Dämpfung einer Frequenzverdopplung der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle im Einmodenbetrieb. In Kristallen, die zur Summenfrequenzmischung verwendet werden, tritt generell ebenfalls eine unvermeidbare Frequenzverdopplung auf. Durch den weiteren nichtlinearen Kristall 10 mit dämpfender Wirkung lässt sich die Intensität der miteinander um die Besetzungsinversion konkurrierenden Laserübergänge zeitlich im Mittel stabilisieren, indem größere Schwankungen unterdrückt werden.In 5 Finally, a further embodiment of the invention is shown on the in 1 is shown in the arrangement and in the laser resonator another nonlinear crystal 10 is arranged. The arrangement of the other nonlinear crystal 10 can be readily transferred to the other embodiments. This other nonlinear crystal 10 serves to attenuate a frequency doubling of the fundamental wavelength with the lower laser threshold in single-mode operation. In crystals used for sum frequency mixing, unavoidable frequency doubling also generally occurs. By the further nonlinear crystal 10 With damping effect, the intensity of the laser transitions that compete with each other for the population inversion can be stabilized on average over time by suppressing larger fluctuations.

Mit der vorangehend beschriebenen Laseranordnung lässt sich eine zeitlich hohe Konstanz der Summenfrequenz zweier Grundwellenlängen λ1 und λ2 erzielen, das Schwingen der beiden Wellenlängen gegeneinander kann weitestgehend unterdrückt werden, so dass die Laseranordnung ohne weiteres auch die Anwendung der Summenfrequenzmischung in der Laserscanningmikroskopie zulässt. Die Laseranordnung benötigt nur einen Resonatorast und kann daher sehr kompakt gefertigt werden.With the above-described laser arrangement, a temporally high constant of the sum frequency of two fundamental wavelengths λ 1 and λ 2 can be achieved, the oscillation of the two wavelengths relative to one another can be largely suppressed, so that the laser arrangement readily permits the application of sum frequency mixing in laser scanning microscopy. The laser arrangement requires only one resonator load and can therefore be made very compact.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Lasermediumlaser medium
22
Endspiegelend mirror
33
Auskoppelspiegeloutput mirror
44
nichtlinearer Kristallnonlinear crystal
55
Etalonetalon
66
optisches Gitteroptical grating
77
Endspiegelend mirror
88th
Umlenkspiegeldeflecting
99
Endspiegelend mirror
1010
weiterer nichtlinearer Kristallanother nonlinear crystal
λ1 λ 1
erste Grundwellenlängefirst fundamental wavelength
λ2 λ 2
zweite Grundwellenlängesecond fundamental wavelength
vS v p
Summenfrequenzsum frequency
λS λ S
Wellenlänge der SummenfrequenzWavelength of the sum frequency

Claims (12)

Laseranordnung, umfassend – einen Laserresonator, in dem ein aktives Lasermedium (1) zur Erzeugung von homogen verbreiterter Strahlung einer ersten Grundwellenlänge (λ1) durch stimulierte Emission von einem oberen Laserniveau auf ein erstes Grundniveau und zur Erzeugung von homogen verbreiterter Strahlung einer zweiten Grundwellenlänge (λ2) durch stimulierte Emission von dem oberen Laserniveau auf ein zweites Grundniveau angeordnet ist, wobei sich die Laserschwellen der beiden Grundwellenlängen (λ1, λ2) unterscheiden, – einen Endspiegel (2, 7) und einen Auskoppelspiegel (3, 9), die den Laserresonator begrenzen, – einen im Laserresonator angeordneten nichtlinearen Kristall (4) zur Mischung der Strahlung der beiden Grundwellenlängen (λ1, λ2) in Strahlung einer Summenfrequenz (vS), – sowie ein transmissives oder reflexives wellenlängenselektives Element, dadurch gekennzeichnet, dass – das wellenlängenselektive Element für die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle eine solche spektrale Selektivität aufweist, die einen Einmodenbetrieb bei dieser Grundwellenlänge ermöglicht, und bei der Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle ein Mehrmodenbetrieb möglich ist, wozu – im Falle eines transmissiven wellenlängenselektiven Elements dieses innerhalb des Laserresonators angeordnet ist und für die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle keine spektral selektive Wirkung aufweist, bzw. – im Falle eines reflexiven wellenlängenselektiven Elements dieses ausserhalb des Laserresonators auf Seiten des Endspiegels (7) angeordnet ist, wobei der Endspiegel (7) für die Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle transmittierend ausgestaltet ist und für einen Wellenlängenbereich um die Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle vollständig reflektierend ausgestaltet ist.Laser arrangement comprising - a laser resonator in which an active laser medium ( 1 ) for generating homogeneously broadened radiation of a first fundamental wavelength (λ 1 ) by stimulated emission from an upper laser level to a first baseline level and generating homogeneously broadened radiation of a second fundamental wavelength (λ 2 ) by stimulated emission from the upper laser level to a second basal level is arranged, wherein the laser thresholds of the two fundamental wavelengths (λ 1 , λ 2 ) differ, - an end mirror ( 2 . 7 ) and a Auskoppelspiegel ( 3 . 9 ), which limit the laser resonator, - a laser resonator arranged in the non-linear crystal ( 4 ) for mixing the radiation of the two fundamental wavelengths (λ 1 , λ 2 ) into radiation of a sum frequency (v S ), - And a transmissive or reflective wavelength-selective element, characterized in that - the wavelength-selective element for the fundamental wavelength with the lower laser threshold has such a spectral selectivity that allows a single mode operation at this fundamental wavelength, and at the fundamental wavelength with the higher laser threshold, a multi-mode operation is possible for which - in the case of a transmissive wavelength-selective element, this is arranged inside the laser resonator and has no spectrally selective effect for the fundamental wavelength with the higher laser threshold, or - in the case of a reflective wavelength-selective element this outside the laser resonator on the side of the end mirror ( 7 ), wherein the end mirror ( 7 ) is designed to be transmissive for the fundamental wavelength with the lower laser threshold and is designed to be completely reflective for a wavelength range around the fundamental wavelength with the higher laser threshold. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wellenlängenselektive Element, falls es als transmissives Element ausgebildet ist, im Bereich der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle ein Transmissionsmaximum aufweist bzw., falls es als reflexives Element ausgebildet ist, im Bereich der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle ein Reflexionsmaximum aufweist.Laser arrangement according to claim 1, characterized in that the wavelength-selective element, if it is designed as a transmissive element, has a transmission maximum in the region of the fundamental wavelength with the lower laser threshold or, if it is designed as a reflective element, in the region of the fundamental wavelength with the lower Laser threshold has a reflection maximum. Laseranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines transmissiven Elements das Transmissionsmaximum und im Falle eines reflexiven Elements das Reflexionsmaximum bei einer Wellenlänge liegt, bei welcher der Wert des wellenlängenabhängigen Wirkungsquerschnitts für stimulierte Emission bei der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle im Bereich des Maximums des wellenlängenabhängigen Wirkungsquerschnitts für stimulierte Emission bei der Grundwellenlänge mit der höheren Laserschwelle liegt.Laser arrangement according to claim 2, characterized in that in the case of a transmissive element, the transmission maximum and in the case of a reflective element, the reflection maximum at a wavelength at which the value of the wavelength-dependent stimulated emission cross section at the fundamental wavelength with the lower laser threshold in the range of the maximum of the wavelength-dependent stimulated emission cross-section at the higher lasing threshold fundamental wavelength. Laseranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wellenlängenselektive Element im Falle eines transmissiven Elements als Etalon (5) ausgebildet ist, welches bevorzugt mit einer für die Wellenlänge mit der höheren Laserschwelle wirkenden antireflexiven Schicht überzogen ist und im Falle eines reflexiven Elements als optisches Gitter (6), bevorzugt als Linien- oder Volumen-Bragg-Gitter ausgestaltet ist.Laser arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the wavelength-selective element in the case of a transmissive element as etalon ( 5 ), which is preferably coated with an antireflective layer acting for the wavelength with the higher laser threshold and, in the case of a reflective element, as an optical grating ( 6 ), preferably designed as a line or volume Bragg grating. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Laserresonator mindestens ein Umlenkspiegel (8) angeordnet ist, welcher für die Summenfrequenz transmissiv ist und für mindestens eine der Grundwellenlängen (λ1, λ2) mindestens teilweise reflektierend ausgestaltet ist.Laser arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the laser resonator at least one deflection mirror ( 8th ) is arranged, which is transmissive to the sum frequency and for at least one of the fundamental wavelengths (λ 1 , λ 2 ) is designed to be at least partially reflective. Laseranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung der Laserschwellen der mindestens eine Umlenkspiegel (8) unterschiedliche Reflexionsgrade für die beiden Grundwellenlängen (λ1, λ2) aufweist.Laser arrangement according to claim 5, characterized in that for fixing the laser thresholds, the at least one deflecting mirror ( 8th ) has different reflectivities for the two fundamental wavelengths (λ 1 , λ 2 ). Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung der Laserschwellen der Endspiegel (2, 7) und/oder der Auskoppelspiegel (3, 9) unterschiedliche Reflexionsgrade für die beiden Grundwellenlängen (λ1, λ2) aufweisen.Laser arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that for fixing the laser thresholds of the end mirror ( 2 . 7 ) and / or the Auskoppelspiegel ( 3 . 9 ) have different reflectivities for the two fundamental wavelengths (λ 1 , λ 2 ). Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung und/oder Variation der Laserschwellen mindestens ein bevorzugt ansteuerbares optisches Abschwächungselement im Laserresonator angeordnet ist, welches Strahlung für jede der beiden Grundwellenlängen (λ1, λ2) durch Absorption und/oder Reflexion unterschiedlich abschwächend ausgestaltet ist.Laser arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that for the definition and / or variation of the laser thresholds at least one preferably controllable optical attenuation element is arranged in the laser resonator, which radiation for each of the two fundamental wavelengths (λ 1 , λ 2 ) by absorption and / or reflection is configured differently attenuating. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung der Laserschwellen mindestens eine der optischen Grenzflächen des aktiven Mediums und/oder des nichtlinearen Kristalls (4) Strahlung für jede der beiden Grundwellenlängen (λ1, λ2), bevorzugt mittels einer entsprechenden Beschichtung, durch Absorption und/oder Reflexion unterschiedlich abschwächend, ausgestaltet ist.Laser arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that for fixing the laser thresholds at least one of the optical interfaces of the active medium and / or the nonlinear crystal ( 4 ) Radiation for each of the two fundamental wavelengths (λ 1 , λ 2 ), preferably by means of a corresponding coating, by absorbing and / or reflection differently attenuating, is configured. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass von den Komponenten Endspiegel (2, 7), aktives Lasermedium (1), nichtlinearer Kristall (4), wellenlängenselektives Element und Auskoppelspiegel (3, 9) mindestens zwei Komponenten direkt miteinder in Kontakt stehend verbunden sind.Laser arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that of the components end mirror ( 2 . 7 ), active laser medium ( 1 ), nonlinear crystal ( 4 ), wavelength-selective element and output mirror ( 3 . 9 ) at least two components are connected directly in contact with each other. Laseranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Endspiegel (2, 7) und/oder der Auskoppelspiegel (3, 9) jeweils als dielektrische Beschichtung auf einer der Komponenten aktives Lasermedium (1) und/oder nichtlinearer Kristall (4) ausgeführt sind.Laser arrangement according to claim 10, characterized in that the end mirror ( 2 . 7 ) and / or the Auskoppelspiegel ( 3 . 9 ) each as a dielectric coating on one of the components active laser medium ( 1 ) and / or nonlinear crystal ( 4 ) are executed. Laseranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Laserresonator ein weiterer nichtlinearer Kristall (10) zur Frequenzverdopplung der Grundwellenlänge mit der niedrigeren Laserschwelle im Einmodenbetrieb zwecks leistungsabhängiger Schwingungsdämpfung dieser Grundwellenlänge angeordnet ist.Laser arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that in the laser resonator another non-linear crystal ( 10 ) is arranged for frequency doubling of the fundamental wavelength with the lower laser threshold in the single-mode operation for the purpose of power-dependent vibration damping of this fundamental wavelength.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4422077A1 (en) * 1994-06-24 1996-01-04 Festkoerper Laser Inst Berlin Solid-state laser device
DE19822065C1 (en) * 1998-05-16 1999-10-28 Daimler Chrysler Ag All solid-state diode-pumped laser system for producing red laser radiation especially for laser display technology
DE19510423C2 (en) * 1995-03-24 2001-04-26 Linos Photonics Gmbh Laser arrangement for internal resonance frequency mixing
DE102005025128A1 (en) * 2005-05-27 2006-12-14 Jenoptik Laser, Optik, Systeme Gmbh Titanium sapphire laser arrangement for use in e.g. holography, has etalon adjustable in inclination opposite to optical axis, and optical non-linear crystal for frequency doubling, where etalon has specific thickness

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4422077A1 (en) * 1994-06-24 1996-01-04 Festkoerper Laser Inst Berlin Solid-state laser device
DE19510423C2 (en) * 1995-03-24 2001-04-26 Linos Photonics Gmbh Laser arrangement for internal resonance frequency mixing
DE19822065C1 (en) * 1998-05-16 1999-10-28 Daimler Chrysler Ag All solid-state diode-pumped laser system for producing red laser radiation especially for laser display technology
DE102005025128A1 (en) * 2005-05-27 2006-12-14 Jenoptik Laser, Optik, Systeme Gmbh Titanium sapphire laser arrangement for use in e.g. holography, has etalon adjustable in inclination opposite to optical axis, and optical non-linear crystal for frequency doubling, where etalon has specific thickness

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