DE102012220541A1 - Scheibenlaser mit resonatorinterner Faser - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Scheibenlaser (10'), umfassend: mindestens einen scheibenförmigen Festkörper (2') als laseraktives Medium, sowie eine von dem scheibenförmigen Festkörper (2') beabstandete Auskoppeleinrichtung (3g) zur Auskopplung von Laserstrahlung (6) aus dem Scheibenlaser (10'). Ein insbesondere an die Auskoppeleinrichtung (3g) angrenzender Resonatorabschnitt des Scheibenlasers (10') ist durch eine Transportfaser (11') gebildet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheibenlaser, umfassend: mindestens einen scheibenförmigen Festkörper als laseraktives Medium, sowie eine von dem scheibenförmigen Festkörper beabstandete Auskoppeleinrichtung zur Auskopplung von Laserstrahlung aus dem Scheibenlaser.
  • 1 zeigt schematisch einen Scheibenlaser 1a, der einen Resonator aufweist, welcher aus einem scheibenförmigen Festkörperkristall 2 (z. B. aus Yb:YAG) als aktivem Medium, einem Auskoppelspiegel 3a sowie ggf. weiteren resonatorinternen Optiken 4 besteht. Durch eine resonatorexterne Optik 5 kann die aus dem Scheibenlaser 1a emittierte Laserstrahlung 6 z. B. in eine nicht gezeigte Transportfaser oder direkt auf ein Werkstück gelenkt werden. Für weitere Details über den Aufbau von Scheibenlasern sei z. B. auf die EP 0 632 551 A1 verwiesen, die durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
  • Der Scheibenlaser 1a von 1 hat gegenüber anderen Lasertypen den Vorteil, dass die Erzeugung der Pumpstrahlung (in 1 nicht gezeigt) mit geringem Kostenaufwand erfolgen kann. Die Strahlqualität eines Scheibenlasers ist jedoch in der Regel geringer als z. B. bei einem Faserlaser. Für viele Hochleistungslaser-Anwendungen werden jedoch Strahlquellen mit hoher Strahlqualität benötigt.
  • Bei dem in 1 gezeigten Scheibenlaser 1a hängt die Strahlqualität neben dem Aufbau des Resonators unter anderem auch vom Pumpfleckdurchmesser 2a auf dem scheibenförmigen Festkörper 2 ab. Je nach der (schwach) leistungsabhängigen Scheibenbrechkraft ändert sich die Strahlqualität, d. h. die Divergenz und/oder der Strahldurchmesser auf der Einkoppelfacette der Transportfaser. Die verringerte Strahlqualität hat Auswirkungen auf die nachfolgenden Optiken und die gewünschte Leistungsdichte auf dem Werkstück kann nicht erreicht werden.
  • Aus dem Artikel „Continuous-wave diode-pumped solid state laser with an intracavity fiber Bragg grating" von S. Yiou et al., Applied Optics, Vol. 41, No. 30, 20. Oktober 2002, ist ein Festkörperlaser mit einer resonatorinternen Faser bekannt geworden, die ein Faser-Bragg-Gitter aufweist, das den Endspiegel des Resonators bildet. Als diodengepumptes Lasermedium wird ein Laserstab aus einem hochverstärkenden Laserkristall (Nd:YVO4) verwendet, wodurch Verluste bei der resonatorinternen Faserkopplung kompensierbar sind. Das Faser-Bragg-Gitter soll unter anderem dazu verwendet werden, die Emissionswellenläng des Lasers durchstimmbar zu machen. Mit dem Laserstab lässt sich aber typischer Weise keine hohe Leistungssteigerung erzielen, da sich im Stab eine zu große thermische Linse ausbildet.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung der Strahlqualität eines Scheibenlasers, sowie eine sichere Einkopplung der Laserstrahlung des Scheibenlasers in eine Transportfaser zu gewährleisten.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Scheibenlaser der eingangs genannten Art, bei dem ein Resonatorabschnitt durch eine Transportfaser gebildet ist, wobei der Resonatorabschnitt insbesondere an die Auskoppeleinrichtung angrenzt. Mit anderen Worten wird bei der vorliegenden Erfindung zumindest ein Teilbereich der Transportfaser in den Scheibenlaserresonator integriert, wobei die Auskoppeleinrichtung gleichzeitig als (in der Regel endseitige) Begrenzung des Resonators dient. Auf diese Weise kann die Transportfaser vor Beschädigung bei einer geringfügigen Dejustage geschützt werden, da die in die Transportfaser eingekoppelte Laserleistung und damit auch die Laserleistung im Resonator bei einer solchen Dejustage automatisch abnimmt.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform führt die Transportfaser nur eine einzige Strahlungsmode, d. h. es handelt sich um eine Single-Mode-Faser. Der Fasermantel der Transportfaser transportiert keine Laserstrahlung. Um eine hohe Laserleistung zu erzielen, muss der Laserstrahlfleck auf der Scheibe (und damit der Resonator) auf den Faserkerndurchmesser angepasst sein. Durch Verwendung einer resonatorinternen Transportfaser werden in diesem Fall immer gleich bleibende Strahlparameter am Ausgang gewährleistet.
  • In einer Weiterbildung ist der Fasermantel zumindest in einem Teilbereich aufgeraut. Der aufgeraute Bereich kann z. B. durch Ätzen an dem Fasermantel der Transportfaser hergestellt werden. Durch den aufgerauten Bereich wird bewirkt, dass Strahlungsanteile im Fasermantel aus der Faser herausgestreut, und nicht im Fasermantel geführt wird, so dass nur der Grundmode der Transportfaser (im Faserkern) angeregt wird. Es versteht sich, dass auch auf andere Weise als durch Vorsehen eines aufgerauten Bereichs verhindert werden kann, dass die Laserstrahlung in dem Fasermantel geführt wird, beispielsweise durch das Aufbringen von geeigneten Materialien mit geeigneter Brechzahl.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Scheibenlaser mindestens einen Umlenkspiegel für die mehrfache Reflexion der Laserstrahlung an dem scheibenförmigen Festkörper bei einem Resonatorumlauf. Durch den bzw. die zusätzlich zu den Endspiegeln vorhandenen Umlenkspiegel wird die Verstärkung des Resonators erhöht, da das Lasermedium bei jedem Umlauf mehrfach durchlaufen wird (sog. Multi-Pass-Resonator). Mit Hilfe einer solchen Anordnung können ggf. auftretende Verluste beim Einkoppeln der Laserstrahlung in die Transportfaser kompensiert werden. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich für die Erhöhung der Verstärkung auch zwei oder mehr scheibenförmige Festkörper in dem Scheibenlaser vorgesehen werden können.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Scheibenlaser eine Einkoppeloptik zur Einkopplung der Laserstrahlung in den Faserkern der Transportfaser. Die Einkoppeloptik kann z. B. mindestens einen Hohlspiegel oder eine Linse aufweisen, die ggf. mit einer Antireflex-Beschichtung versehen ist, um Strahlungsverluste zu reduzieren. Es versteht sich, dass auch die Transportfaser am einkoppelseitigen Ende mit einer Antireflexbeschichtung versehen werden kann, um die Einkoppelverluste in die Transportfaser gezielt zu beeinflussen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Auskoppeleinrichtung durch ein Faser-Bragg-Gitter im Faserkern der Transportfaser gebildet. Wenn das Faser-Bragg-Gitter schmalbandig ausgelegt wird, kann dieses dazu verwendet werden, eine wellenlängenselektive Rückkopplung und damit einen schmalbandigen Laserbetrieb zu erzeugen. Auch lässt sich das Reflexionsspektrum eines Faser-Bragg-Gitters ggf. gezielt verändern (z. B. durch Erzeugen einer mechanischen Spannung oder durch Wärmeeinwirkung), um auf diese Weise die Wellenlänge der Laserstrahlung durchstimmbar zu machen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Faser eine Multimode-Faser, insbesondere mit einem integrierten Faser-Bragg-Gitter. In einer Multimode-Faser sind die Wellenlängen und Propagationswinkel der an einem Faser-Bragg-Gitter reflektierten Leistungsanteile miteinander verknüpft.
  • Diese Tatsache lässt sich z. B. dazu ausnutzen, um die in den Scheibenlaser integrierte Transportfaser mit integriertem Bragg-Gitter mit resonatorinternen Spektralfiltern zu kombinieren und so die Divergenzverteilung der im Scheibenlaser erzeugten und in der Transportfaser transportierten Strahlung zu beeinflussen. Beispielsweise lässt sich durch einen Bandpassfilter, der z. B. durch die endliche Verstärkungsbandbreite des Scheibenmaterials vorgegeben sein kann, die Divergenz der Laserstrahlung eingrenzen und sich so die Strahlqualität verbessern.
  • Zusätzlich oder alternativ zur Nutzung der endlichen Verstärkungsbreite des Scheibenmaterials als Wellenlängenfilterelement können auch weitere Filterkomponenten, z. B. Etalon-Filter, Dünnschichtfilter etc. in der Resonatorstrecke des Scheibenlasers angeordnet werden und zusammen mit dem Lasermechanismus eine Verbesserung der Strahlqualität erzielen. Hierdurch lässt sich beispielsweise ein räumlicher Wellenlängen-Chirp mit zum Rand hin abnehmender Wellenlänge erzeugen. Des Weiteren lässt sich durch die Spektralformung auch die Fernfeldcharakteristik des Scheibenlasers vorgeben. Auch lassen sich durch die Abstimmung der Reflektionswellenlänge des Faser-Bragg-Gitters, d. h. der Wellenlänge, an der die Reflexion des Faser-Bragg-Gitters maximal ist, zur Mittenwellenlänge des Spektralfilters, d. h. der Wellenlänge, an der die Filterwirkung des Spektralfilters am größten ist, verschiedenartige Fernfeld- bzw. Divergenz-Profile generieren, wie beispielsweise ringförmige Strahlprofile.
  • Unter einer Anpassung der Mittenwellenlänge des Filters an die Reflexionswellenlänge des Faser-Bragg-Gitters ist nicht zwingend zu verstehen, dass die Mittenwellenlänge des Filters mit der Reflexionswellenlänge des Faser-Bragg-Gitters zusammenfällt, vielmehr ist auch ein Wellenlängen-Versatz möglich, der z. B. in Abhängigkeit von dem gewünschten Fernfeld- bzw. Divergenzprofil festgelegt wird.
  • In einer Ausführungsform ist das Faser-Bragg-Gitter am einkoppelseitigen Ende der Transportfaser gebildet. In diesem Fall ist die Transportfaser nur über eine kurze Strecke der entsprechend des Auskoppelgrades höheren Laserleistung innerhalb des Resonators ausgesetzt. Sofern die resonatorinterne Leistung eine untergeordnete Rolle spielt, kann ein solches Faser-Bragg-Gitter (FBG) natürlich an beliebiger Stelle entlang des Faserkerns angeordnet sein. Durch die Wahl der Position der Transportfaser kann der longitudinale Modenabstand des Laserresonators gezielt beeinflusst werden, insbesondere lässt sich durch ein weit von der Einkopplung entfernt liegendes Gitter ein Laser mit sehr eng liegenden longitudinalen Moden aufbauen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Auskoppeleinrichtung an einer auskoppelseitigen Stirnseite der Transportfaser gebildet. In diesem Fall ist die Transportfaser über ihre gesamte Länge in den Resonator integriert, wodurch die Resonatorlänge gegenüber einem herkömmlichen Scheibenlaser deutlich erhöht werden kann.
  • In einer Weiterbildung ist die Auskoppeleinrichtung durch einen an der Stirnseite der Transportfaser angebrachten Auskoppelspiegel gebildet. Der Auskoppelspiegel berührt hierbei typischer Weise das Ende der Transportfaser (engl. ”butt coupling”) und ist als teiltransmissiver Spiegel ausgebildet.
  • Die Auskoppeleinrichtung kann auch durch eine Beschichtung an der Stirnseite der Transportfaser gebildet sein. Die Beschichtung erstreckt sich hierbei zumindest über die Stirnfläche des Faserkerns und dient als teiltransmissiver Spiegel, der einen hohen Anteil der Laserstrahlung reflektiert und einen auszukoppelnden, typischer Weise deutlich geringeren Anteil der Laserstrahlung transmittiert.
  • Um die absorptionsbedingte Erwärmung und die Strahlungsbelastung der Beschichtung zu verringern, ist in einer Weiterbildung die Auskoppeleinrichtung durch einen an der Stirnseite angebrachten, beschichteten Faserspleiss gebildet. In diesem Fall kann die Beschichtung auf den Faserspleiss aufgebracht werden, um die bestrahlte Oberfläche der Beschichtung zu vergrößern und die Laserintensität an der Auskoppelbeschichtung zu verringern.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Scheibenlasers nach dem Stand der Technik,
  • 2a–d schematische Darstellungen von Ausführungsformen eines Scheibenlasers mit unterschiedlichen Ausgestaltungen einer Auskoppeleinrichtung an einem einkoppel- bzw. auskoppelseitigen Ende einer zumindest teilweise in den Scheibenlaserresonator integrierten Transportfaser, und
  • 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Multi-Pass-Scheibenlasers mit einem Faser-Bragg-Gitter als Auskoppeleinrichtung.
  • In 2a ist ein Scheibenlaser 10 gezeigt, der sich von dem Scheibenlaser 1a von 1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass eine Transportfaser 11 in den Scheibenlaser(resonator) 10 integriert ist. Ein Faserkern 12 der Transportfaser 11 leitet die Laserstrahlung 6 des Scheibenlasers 10, welche typischer Weise dem Grundmode der Faser und des Scheibenlaserresonators entspricht. Demgegenüber wird aus einem Fasermantel 13 der Transportfaser 11 insbesondere in einem aufgerauten Bereich 14a die Laserstrahlung 6 derart stark ausgekoppelt, dass sich die Strahlqualität des Scheibenlasers 10 aufgrund der im Faserkern 12 vernachlässigbaren Verluste der Geometrie des Faserkerns 12 anpasst. Am auskoppelseitigen Ende der Transportfaser 11 ist ein Auskoppelspiegel 3b als Auskoppleinrichtung angebracht, der eine auskoppelseitige Stirnseite 11a der Transportfaser 11 berührt. Der Auskoppelspiegel 3b ist wie der Auskoppelspiegel 3a von 1 als teiltransmissiver Spiegel ausgeführt und dient der endseitigen Begrenzung des Scheibenlaser-Resonators 10 durch Reflexion eines Großteils der auf diesen auftreffenden Strahlungsintensität unter Transmission eines geringen Anteils der Laserstrahlung 6. Als weitere endseitige Begrenzung des Resonators dient eine (nicht gezeigte) reflektierende Beschichtung auf der Rückseite des scheibenförmigen Festkörperkristalls 2.
  • Gegenüber dem Scheibenlaser 1a von 1 unterscheidet sich der Scheibenlaser 10 von 2a auch durch eine resonatorinterne Einkoppeloptik 15, welche die resonatorinterne Laserstrahlung 6 in die Transportfaser 11 einkoppelt. Einkoppelverluste in die Transportfaser 11 können hierbei gezielt reduziert werden, z. B. indem eine (nicht gezeigte) Antireflex-Beschichtung auf eine einkoppelseitige Stirnseite 11b der Transportfaser 11 oder auf ein oder mehrere optisches Elemente, insbesondere auf Linsen, der Einkoppeloptik 15 aufgebracht wird.
  • In 2a ebenfalls dargestellt ist ein Hilfsauskoppelspiegel 3h, dessen Aufbau im Wesentlichen mit dem Auskoppelspiegel 3a von 1 übereinstimmt, und der zur Bildung eines Hilfsresonator-Laserstrahls (zwischen scheibenförmigem Festkörper 2 und Hilfsauskoppelspiegel 3h) zur Justage der Einkoppeloptik 15 verwendet werden kann. Hierbei wird eine mechanische Vorjustage durchgeführt, bei der das Faserende und die Einkoppeloptik zueinander justiert werden, z. B. indem die Leistung, die am Ende der Faser gemessen wird, maximiert wird. Nach entfernen des Hilfsauskoppelspiegels 3h ist dann nur noch eine Feinjustage nötig. Es versteht sich, dass der Hilfsauskoppelspiegel 3h nach der Justage wieder aus dem Scheibenlaser 10 entfernt wird.
  • Im Folgenden werden anhand der 2b–d unterschiedliche Ausgestaltungen der Auskoppeleinrichtung dargestellt. In 2b ist die Auskoppeleinrichtung als Faser-Bragg-Gitter 3g am einkoppelseitigen Ende der Transportfaser 11 innerhalb des Faserkerns 12 ausgeführt. Dadurch wird die Transportfaser 11 nur über eine kurze Strecke der entsprechend des Auskoppelgrades höheren Laserleistung im Resonator ausgesetzt. Sofern die resonatorinterne Leistung eine untergeordnete Rolle spielt, kann ein solches Faser-Bragg-Gitter natürlich an beliebiger Position entlang der Transportfaser 11 in den Faserkern 12 integriert sein. Auch bei dem in 2b gezeigten Fall erhöht eine Aufrauung 14a des Fasermantels 13 die Verluste der Mantelmoden derart, dass diese nicht durch Resonatorrückkopplung angeregt werden können.
  • Die Auskoppeleinrichtung kann aber auch, wie in 2c gezeigt, am auskoppelseitigen Ende der Transportfaser 11 angebracht sein, zum Beispiel indem die auskoppelseitige Stirnseite 11a der Transportfaser 11 mit einer teiltransmissiven Beschichtung 3c versehen wird. Um die Laserintensität an der Beschichtung 3c zu reduzieren, kann die Auskoppeleinrichtung alternativ als Faserspleiss 3d ausgeführt sein (vgl. 2d), wodurch die Laserintensität einer auf den Faserspleiss 3d an einem der Stirnsteite 11a gegenüber liegenden Ende aufgebrachten Auskoppelbeschichtung 17 herabgesetzt werden kann. In beiden Fällen kann ein aufgerauter Teilbereich 14b des Fasermantels 11 am auskoppelseitigen Ende der Transportfaser 11 angebracht werden.
  • In einer weiteren, in 3 gezeigten Ausführung des Scheibenlasers 10' ist die Auskoppeleinrichtung wie in 2b durch ein Faser-Bragg-Gitter 3g im Faserkern 12 gebildet, so dass lediglich ein Teilbereich der Transportfaser 11' in den Scheibenlaserresonator 10' integriert ist. Das Faser-Bragg-Gitter 3g kann schmalbandig ausgeführt sein, um – insbesondere wenn der scheibenförmige Festkörper 2' ein breites Emissionsspektrum aufweist – eine Wellenlängenselektion durchzuführen. Die Wellenlänge des Scheibenlasers 10' liegt z. B. bei Verwendung von Yb:YAG als Material des scheibenförmigen Laserkristalls 2' typischer Weise im Bereich von ca. 1000 nm bis 1100 nm.
  • Der in 3 gezeigte Scheibenlaser 10' ist als Multi-Pass-Scheibenlaser ausgebildet, d. h. der scheibenförmige Festkörper 2' dient nicht als endseitige Begrenzung des Resonators, sondern als Faltungsspiegel, der in Bezug auf vier weitere, als resonatorinterne Optik dienenden Umlenkspiegeln 4' so angeordnet ist, dass dieser bei einem Resonatordurchgang mehrmals von der Laserstrahlung getroffen wird. Auf diese Weise können Restverluste, die trotz Antireflex-Beschichtung der Einkoppeloptik 15 und der Transportfaser 11' bzw. eines zur Verringerung der Leistungsdichte an der resonatorinternen Einkoppelgrenzfläche 11b ggf. angeordneten Spleisses 18 auftreten können, gegenüber der durch die Mehrfachdurchgänge vervielfachten Verstärkung nicht ins Gewicht fallen. Es versteht sich, dass zur Erhöhung der Verstärkung alternativ oder zusätzlich auch mehrere scheibenförmige Festkörper innerhalb des Resonators angeordnet sein können, die mit Hilfe einer (nicht gezeigten) Pumpstrahlungserzeugungseinrichtung – typischer Weise unter Verwendung von Laserdioden – gepumpt werden.
  • Bei der in 3 dargestellten Transportfaser 11' handelt es sich um eine Multi-Mode-Faser, bei der die Wellenlängen und die Propagations-Winkel der an dem Faser-Bragg-Gitter 3g reflektierten Leistungsanteile der Laserstrahlung miteinander verknüpft sind. Durch einen in dem Scheibenlaser 10' angeordneten Spektralfilter 19, z. B. in Form eines Dünnschicht-Filters, kann die Divergenzverteilung der im Scheibenlaser 10' erzeugten und in der Transportfaser 11' transportierten Strahlung beeinflusst werden. Beispielsweise lässt sich durch die Auslegung des Spektralfilters 19 als Bandpassfilter die Divergenz der Laserstrahlung eingrenzen und sich so die Strahlqualität verbessern. Auch lässt sich beispielsweise ein räumlicher Wellenlängen-Chirp mit zum Rand hin abnehmender Wellenlänge erzeugen. Des Weiteren lässt sich durch die Spektralformung auch die Fernfeldcharakteristik des Scheibenlasers 10' vorgeben.
  • Hierbei kann die Mittenwellenlänge λM des Spektralfilters 19 an die Mitten- bzw. Reflexionswellenlänge λR des Faser-Bragg-Gitters 3g angepasst werden. Für die Reflexionswellenlänge λR des Grundmodes der Transportfaser 11' gilt z. B. λR = 2n2Λ, wobei n2 die effektive Brechzahl des Grundmodes im Faserkern 12 und Λ die Gitterperiode des Faser-Bragg-Gitters 3g darstellt. Durch die Wellenlängen-Anpassung können verschiedenartige Fernfeld- bzw. Divergenz-Profile generiert werden, wie z. B. ringförmige Strahlprofile. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich zum Vorsehen eines Spektralfilters 19 auch der scheibenförmige Festkörper 2 als spektraler Filter verwendet werden kann, wobei ggf. die Reflexionswellenlänge λR des Faser-Bragg-Gitters 3g auf dessen Verstärkungsbandbreite abgestimmt wird.
  • Auf die oben beschriebene Weise können Scheibenlaser mit hoher Strahlqualität realisiert werden, da durch die zumindest teilweise Integration der Faser in den Resonator die Strahlqualität nicht mehr durch die Parameter der Festkörperscheibe, z. B. den Pumpfleckdurchmesser, sondern im Wesentlichen durch die Faserparameter, insbesondere den Durchmesser des Faserkerns, vorgegeben wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0632551 A1 [0002]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • „Continuous-wave diode-pumped solid state laser with an intracavity fiber Bragg grating” von S. Yiou et al., Applied Optics, Vol. 41, No. 30, 20. Oktober 2002 [0005]

Claims (13)

  1. Scheibenlaser (10, 10'), umfassend: mindestens einen scheibenförmigen Festkörper (2, 2') als laseraktives Medium, sowie eine von dem scheibenförmigen Festkörper (2, 2') beabstandete Auskoppeleinrichtung (3b, 3c, 3d, 3g) zur Auskopplung von Laserstrahlung (6) aus dem Scheibenlaser (10, 10'), dadurch gekennzeichnet, dass ein insbesondere an die Auskoppeleinrichtung (3b, 3c, 3d, 3g) angrenzender Resonatorabschnitt des Scheibenlasers (10, 10') durch eine Transportfaser (11, 11') gebildet ist.
  2. Scheibenlaser nach Anspruch 1, bei dem die Transportfaser (11, 11') einen Fasermantel (13) aufweist, der keine Laserstrahlung (6) transportiert.
  3. Scheibenlaser nach Anspruch 2, bei dem der Fasermantel (13) zumindest in einem Teilbereich (14a, 14b) aufgeraut ist.
  4. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: mindestens einen Umlenkspiegel (4') für die mehrfache Reflexion der Laserstrahlung (6) an dem scheibenförmigen Festkörper (2') bei einem Resonatorumlauf.
  5. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Einkoppeloptik (15) zur Einkopplung der Laserstrahlung (6) in den Faserkern (12) der Transportfaser (11, 11').
  6. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Auskoppeleinrichtung durch ein Faser-Bragg-Gitter (3g) im Faserkern (12) der Transportfaser (13) gebildet ist.
  7. Scheibenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Transportfaser (11') eine Multi-Mode-Faser ist.
  8. Scheibenlaser nach Anspruch 6 oder 7, weiter umfassend: einen Spektralfilter (19), dessen Mittenwellenlänge (λM) bevorzugt an die Reflexionswellenlänge (λR) des Faser-Bragg-Gitters (3g) angepasst ist.
  9. Scheibenlaser nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das Faser-Bragg-Gitter (3g) am einkoppelseitigen Ende der Transportfaser (11) gebildet ist.
  10. Scheibenlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Auskoppeleinrichtung (3b, 3c, 3d) an einer auskoppelseitigen Stirnseite (11a) der Transportfaser (11) gebildet ist.
  11. Scheibenlaser nach Anspruch 10, bei dem die Auskoppeleinrichtung durch einen an der Stirnseite (11a) der Transportfaser (11) angebrachten Auskoppelspiegel (3a) gebildet ist.
  12. Scheibenlaser nach Anspruch 10, bei dem die Auskoppeleinrichtung durch eine Beschichtung (3c) an der Stirnseite (11a) der Transportfaser (11) gebildet ist.
  13. Scheibenlaser nach Anspruch 10, bei dem die Auskoppeleinrichtung durch einen an der Stirnseite (11a) der Transportfaser (11) angebrachten, beschichteten Faserspleiss (3d) gebildet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104103999A (zh) * 2014-07-24 2014-10-15 福建福晶科技股份有限公司 一种光纤耦合微片激光器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0632551A1 (de) 1993-07-02 1995-01-04 DEUTSCHE FORSCHUNGSANSTALT FÜR LUFT- UND RAUMFAHRT e.V. Laserverstärkersystem
DE19956739B4 (de) * 1998-11-25 2010-02-18 IMRA America, Inc., Ann Arbor Modenverkoppelte Multimoden-Faserlaserimpulsquelle und Verfahren
GB2487437A (en) * 2011-01-24 2012-07-25 Univ Southampton A first resonant optical fiber cavity and an second resonant enhancement cavity arranged in the first cavity.

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10338417B3 (de) * 2003-08-18 2005-05-25 Els Elektronik Laser System Gmbh Laser mit Laserverstärker mit einem scheibenförmigen aktiven Medium

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0632551A1 (de) 1993-07-02 1995-01-04 DEUTSCHE FORSCHUNGSANSTALT FÜR LUFT- UND RAUMFAHRT e.V. Laserverstärkersystem
DE19956739B4 (de) * 1998-11-25 2010-02-18 IMRA America, Inc., Ann Arbor Modenverkoppelte Multimoden-Faserlaserimpulsquelle und Verfahren
GB2487437A (en) * 2011-01-24 2012-07-25 Univ Southampton A first resonant optical fiber cavity and an second resonant enhancement cavity arranged in the first cavity.

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Continuous-wave diode-pumped solid state laser with an intracavity fiber Bragg grating" von S. Yiou et al., Applied Optics, Vol. 41, No. 30, 20. Oktober 2002
Adolf Giesen and Jochen Speiser: Fifteen Years of Work on Thin-Disk Lasers: Results and Scaling Laws. In: IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 13, NO. 3, MAY/JUNE 2007, 598-609. *
Continuous-wave diode-pumped solid-state laser with an intracavity fiber Bragg grating. In: APPLIED OPTICS, Vol. 41, No. 30, 20 October 2002, 6356-6359. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104103999A (zh) * 2014-07-24 2014-10-15 福建福晶科技股份有限公司 一种光纤耦合微片激光器

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