DE112017005700T5

DE112017005700T5 - Laseroszillator

Info

Publication number: DE112017005700T5
Application number: DE112017005700.0T
Authority: DE
Inventors: Junichi Nishimae; Tomotaka Katsura; Daiji Morita; Hiroaki Kurokawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2037-03-02
Also published as: US20190363517A1; CN110036544B; JP6227212B1; CN110036544A; JPWO2018158892A1; DE112017005700B4; WO2018158892A1; US10714902B2

Abstract

Ein Laseroszillator umfasst: eine Vielzahl von Lasermedien (1, 2) zum Emittieren von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen; ein Beugungsgitter (3) zum Emittieren der von den Lasermedien (1, 2) einfallenden Laserstrahlen in einem überlagerten Zustand; ein teilreflektierendes Element (4) zum Reflektieren eines Teils der von dem Beugungsgitter (3) emittierten Laserstrahlen und zum Rückführen des Teils der Laserstrahlen zu dem Beugungsgitter (3) und zum Transmittieren eines übrigen Teils; und eine Vielzahl von Linsen (5, 6), wobei jede der Linsen zwischen einem der jeweiligen Linse zugeordneten Lasermedium der Lasermedien (1, 2) und dem Beugungsgitter (3) angeordnet ist. Die Linsen (5, 6) sind jeweils in einem optischen Weg angeordnet, welcher zwischen einem der jeweiligen Linse zugeordneten Lasermedium der Lasermedien (1, 2) und dem Beugungsgitter (3) gebildet ist, und die Linsen überlagern die Laserstrahlen aus den Lasermedien (1, 2) an einer Einfallsoberfläche des Beugungsgitters (3) so, dass die Laserstrahlen einen gleichen Außendurchmesser haben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laseroszillator, welcher einen Hochleistungslaserstrahl erzeugt, indem eine Vielzahl von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen gekoppelt werden.
Hintergrund
Um die Intensität von Laserstrahlen zu erhöhen, wurden Versuche gemacht, um unter Verwendung von wellenlängendispersiven Elementen eine Wellenlängenkopplung an einer Vielzahl von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen durchzuführen, die von einer Vielzahl von Lasermedien emittiert werden,. In dieser Beschreibung bedeutet das Durchführen einer „Wellenlängenkopplung“ das Bewirken, dass eine Vielzahl von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen mit dem gleichen Austrittswinkel austreten, d. h., dass eine Vielzahl von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen einander überlagert sind, um (genau) einen Laserstrahl zu bilden.
Patentliteratur 1 offenbart eine Technologie, in welcher ein externer Resonator, der eine Vielzahl von Lasermedien und ein wellenlängendispersives Element umfasst, die Wellenlängen der von den Lasermedien emittierten Laserstrahlen auf einen eindeutigen Wert einstellt; und ein weiteres wellenlängendispersives Element, welches außerhalb des externen Resonators installiert ist, koppelt die von den Lasermedien emittierten Laserstrahlen.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Übersetzung der internationalen PCT Anmeldung Nr. 2013-521666
Zusammenfassung
Technisches Problem
Bei der oben beschriebenen Erfindung, die in Patentliteratur 1 offenbart ist, fallen jedoch eine Vielzahl von Laserstrahlen mit der gleichen Wellenlänge und den gleichen optischen Eigenschaften auf das wellenlängendispersive Element; daher können die Laserstrahlen nicht so überlagert werden, dass sie an dem wellenlängendispersiven Element denselben Stahldurchmesser haben, d. h. die Laserstrahlen sind an dem wellenlängendispersiven Element zueinander verschoben. Dementsprechend ist eine Vielzahl von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Strahldurchmessern durch den externen Resonator in Resonanz; es besteht daher ein Problem dahingehend, dass die Lichtausbeute der von dem externen Resonator ausgegebenen Laserstrahlen abnimmt und die Ausgangsleistung des externen Resonators reduziert ist.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des Obigen gemacht und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Laseroszillator bereitzustellen, welcher eine verbesserte Lichtausbeute der von einem externen Resonator ausgegebenen Laserstrahlen hat.
Lösung des Problems
Um die obigen Probleme zu lösen und das Ziel zu erreichen, ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Laseroszillator, umfassend: eine Vielzahl von Lasermedien zum Emittieren von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen; ein wellenlängendispersives Element zum Emittieren der von den Lasermedien einfallenden Laserstrahlen in einem überlagerten Zustand; ein teilreflektierendes Element zum Reflektieren eines Teils der von dem wellenlängendispersiven Element emittierten Laserstrahlen und zum Rückführen des Teils der Laserstrahlen zu dem wellenlängendispersiven Element und zum Transmittieren eines übrigen Teils; und eine Vielzahl von Linsen, wobei jede der Linsen zwischen einem der jeweiligen Linse zugeordneten Lasermedium der Lasermedien und dem wellenlängendispersiven Element angeordnet ist. Die Linsen sind jeweils in einem optischen Weg angeordnet, welcher zwischen einem der jeweiligen Linse zugeordneten Lasermedium der Lasermedien und dem wellenlängendispersiven Element gebildet ist, und die Linsen überlagern die Laserstrahlen aus der Lasermedien an einer Einfallsoberfläche des wellenlängendispersiven Elements so, dass die Laserstrahlen einen gleichen Außendurchmesser haben.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Der Laseroszillator gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt, dass eine Lichtausbeute der von einem externen Resonator ausgegebenen Laserstrahlen verbessert werden kann.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration eines Laseroszillators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, welches einen Strahldurchmesserwandlungseffekt in einem Beugungsgitter in dem Laseroszillator gemäß der ersten Ausführungsform beschreibt.
3 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration eines Laseroszillators gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration eines Laseroszillators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Laseroszillator gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben. Diese Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration eines Laseroszillators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Laseroszillator 100 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst eine Steuerung 90, Treiberschaltungen 71 und 72, Treiberenergiequellen 81 und 82 und einen externen Resonator 10. Der externe Resonator 10 umfasst Lasermedien 1 und 2, welche Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren, und einen teilreflektierenden Spiegel 4, welcher ein teilreflektierendes Element ist, welches einen Teil des einfallenden Lichts reflektiert und den übrigen Teil transmittiert. Ein Beugungsgitter 3 und Linsen 5 und 6 sind in dem externen Resonator 10 angeordnet. Das Beugungsgitter 3 ist ein wellenlängendispersives Element, welches von den Lasermedien 1 und 2 einfallende Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen in einem überlagerten Zustand emittiert. Die Linsen 5 und 6 sind zwischen den Lasermedien 1 und 2 und dem Beugungsgitter 3 angeordnet und sie haben unterschiedliche Brennweiten. Die Linse 5 ist in dem optischen Weg angeordnet, welcher zwischen dem Lasermedium 1 und dem Beugungsgitter 3 gebildet ist, und die Linse 6 ist in dem optischen Weg angeordnet, welcher zwischen dem Lasermedium 2 und dem Beugungsgitter 3 gebildet ist. Die Linsen 5 und 6 verursachen, dass die aus den Lasermedien 1 und 2 einfallenden Laserstrahlen an der Einfallsoberfläche des Beugungsgitters 3 so überlagert sind, dass die Laserstrahlen den selben Außendurchmesser haben. Der Laserstrahl, der nicht senkrecht auf die Einfallsoberfläche des Beugungsgitters 3 einfällt, hat eine elliptische Form auf der Einfallsoberfläche des Beugungsgitters 3. In dieser Beschreibung bedeutet das Überlagern von Laserstrahlen, welche nicht senkrecht auf das Beugungsgitter 3 einfallen, so, dass sie den selben Außendurchmesser haben, dass die Längen der Hauptachsen der Ellipsen miteinander übereinstimmen, um die Laserstrahlen zu überlagern. Die Treiberschaltungen 71 und 72 steuern das Einschalten und Ausschalten der Lasermedien 1 und 2 und haben eine Schutzfunktion des Unterbrechens der Energieversorgung der Lasermedien 1 und 2, wenn ein Kurzschluss auftritt. Die Treiberenergiequellen 81 und 82 sind Energiequellen, welche den Treiberschaltungen 71 und 72 Energie zuführen. Die Steuerung 90 steuert die Treiberschaltung 71 und 72 gemäß den Befehlen, die von einem Numerische-Steuerung-Gerät eingegeben werden.
Die Lasermedien 1 und 2 werden durch Licht oder Elektrizität angeregt, um Laserlicht zu erzeugen. Beispiele für die Lasermedien 1 und 2 umfassen eine aktive Schicht eines Halbleiterlasers und einen Kern eines Faserlasers; die Lasermedien 1 und 2 sind darauf jedoch nicht beschränkt. Reflektierende Beschichtungen 11 und 21, welche hochreflektierend sind und an den Rückflächen der Lasermedien 1 und 2 angeordnet sind, reflektieren das Meiste des Lichts. Daher wird das von den Lasermedien 1 und 2 erzeugte Licht aus Vorderflächen 12 und 22 nach vorne emittiert.
Die Divergenzwinkel der von den Lasermedien 1 und 2 emittierten Laserstrahlen werden jeweils durch die Linsen 5 bzw. 6 angepasst. Die Linsen 5 und 6 haben unterschiedliche Brennweiten. Die Linsen 5 und 6 sind an Positionen angeordnet, die jeweils für die Lasermedien 1 bzw. 2 angepasst sind. In 1 beträgt der Abstand zwischen dem Lasermedium 1 und der Linse 5 auf der optischen Achse des Laserstrahls L₁ , und der Abstand zwischen dem Lasermedium 2 und der Linse 6 beträgt auf der optischen Achse des Laserstrahls L₂ . Die Laserstrahlen, die die Linsen 5 und 6 passiert haben, fallen auf das Beugungsgitter 3, welches an einer Position angeordnet ist, welche auf jedes der Lasermedien 1 und 2 angepasst ist. In 1 beträgt der Abstand zwischen der Mitte der Linse 5 und dem Beugungsgitter 3 auf der optischen Achse des Laserstrahls l₁ , und der Abstand zwischen der Mitte der Linse 6 und dem Beugungsgitter 3 beträgt auf der optischen Achse des Laserstrahls l₂ .
Die Linsen 5 und 6 können achsensymmetrische Linsen sein, beispielsweise sphärische Linsen. Bevorzugt sind die Linsen 5 und 6 zylindrische Linsen, welche lediglich in der Strahlkopplungsdimension, welche eine zu der Zeichenebene der 1 parallele Ebene ist, Brechtkraft haben. Wie nachfolgend beschrieben wird, liegt dies daran, dass die Linsen 5 und 6 einen Strahldurchmesserwandlungseffekt in der Strahlkopplungsdimension korrigieren, und es gewünscht ist, dass die Korrektur eine Nicht-Strahlkopplungsdimension, welche eine zu der Zeichenebene der 1 senkrechte Ebene ist, nicht beeinflusst. Wenn die Linsen 5 und 6 konkave Linsen sind, sind die Abstände L₁ bzw. L₂ zwischen dem Lasermedium 1 bzw. 2 und der Mitte der Linse 5 bzw. 6 und die Abstände l₁ bzw. l₂ zwischen der Mitte der Linse 5 bzw. 6 und dem Beugungsgitter 3 kleiner als jene in dem Fall, in welchem die Linsen 5 und 6 konvexe Linsen sind. Daher kann die Verwendung von konkaven Linsen für die Linsen 5 und 6 die Größe des externen Resonators 10 reduzieren.
Die durch die Lasermedien 1 und 2 erzeugten Laserstrahlen erreichen das Beugungsgitter 3 über die Linsen 5 und 6. Die Beziehung zwischen einem Einfallswinkel α an dem Beugungsgitter 3 und einem Beugungswinkel β, welcher der Austrittswinkel aus dem Beugungsgitter 3 ist, wird durch die folgende Gleichung (1) repräsentiert: $d (sin α + sin β) = m λ$
wobei d der Abstand zwischen den Rillen in dem Beugungsgitter 3 ist, λ die Wellenlänge ist und m eine natürliche Zahl ist, welche als die Ordnung der Beugung bezeichnet wird.
Wie in 1 gezeigt, fallen der Laserstrahl aus dem Lasermedium 1 und der Laserstrahl aus dem Lasermedium 2 mit unterschiedlichen Einfallswinkeln auf das Beugungsgitter 3 und treten aus dem Beugungsgitter 3 mit dem selben Beugungswinkel aus. Das bedeutet, dass der aus dem Lasermedium 1 emittierte Laserstrahl und der aus dem Lasermedium 2 emittierte Laserstrahl überlagert sind, um (genau) einen Laserstrahl an dem Beugungsgitter 3 zu bilden, und dieser (genau) eine Laserstrahl wird in Richtung des teilreflektierenden Spiegels 4 emittiert. Der teilreflektierende Spiegel 4 reflektiert einen Teil des durch das Beugungsgitter 3 gebeugten Laserstrahls und er transmittiert den übrigen Teil, welcher aus dem externen Resonator 10 ausgegeben wird. Der aus dem externen Resonator 10 ausgegebene Laserstrahl wird für diverse Anwendungen verwendet, beispielsweise zur Laserbearbeitung.
Der an dem teilreflektierenden Spiegel 4 reflektierte Laserstrahl geht den oben beschriebenen optischen Weg zurück und kehrt über das Beugungsgitter 3 und die Linsen 5 und 6 zu den Lasermedien 1 und 2 zurück. Die zu den Lasermedien 1 und 2 zurückgekehrten Laserstrahlen werden in den Lasermedien 1 und 2 verstärkt, werden durch die reflektierenden Beschichtungen 11 und 21 an der Rückseite der Lasermedien 1 und 2 reflektiert und werden dann aus den Lasermedien 1 und 2 reemittiert.
In dem Fall, in welchem der externe Resonator 10 funktioniert, wird der optische Weg für jedes der Lasermedien 1 und 2 durch den Positionszusammenhang zwischen dem teilreflektierenden Spiegel 4, dem Beugungsgitter 3, den Linsen 5 und 6 und den Lasermedien 1 und 2 bestimmt. Durch Bestimmen der optischen Wege kann zudem die eindeutige Wellenlänge bestimmt werden, welche die oben beschriebene Gleichung (1) erfüllt. Der Laseroszillator 100 gemäß der ersten Ausführungsform überlagert die Laserstrahlen aus den Lasermedien 1 und 2, welche unterschiedliche Wellenlängen haben, an der Einfallsoberfläche des Beugungsgitters 3 so, dass sie den selben Außendurchmesser haben, und er emittiert dann (genau) einen Laserstrahl, welcher durch die Überlagerung erhalten wird und aus dem Beugungsgitter 3 in Richtung des teilreflektierenden Spiegels 4 propagiert. Daher kann der Laseroszillator 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Intensität des Laserstrahls erhöhen.
Wenn der Einfallswinkel α und der Beugungswinkel β voneinander verschieden sind, hat das Beugungsgitter 3 einen Strahldurchmesserwandlungseffekt. 2 ist ein Diagramm, welches den Strahldurchmesserwandlungseffekt in dem Beugungsgitter in dem Laseroszillator gemäß der ersten Ausführungsform beschreibt. In 2 wird die Strahlweite x an dem Beugungsgitter 3 durch x = 2ω_i/cosα = 2ω_d/cosβ repräsentiert, wobei 2ω_i der Strahldurchmesser eines einfallenden Strahls 41 ist und 2ω_d der Strahldurchmesser eines gebeugten Strahls 42 ist. Daher gilt zwischen dem Strahldurchmesser 2ω_i des einfallenden Strahls 41 und dem Strahldurchmesser 2ω_d des gebeugten Strahls 42 die folgende Gleichung (2): $ω_{d} = (cos β / cos α) ω_{i}$
Das bedeutet, dass der Strahldurchmesser des Laserstrahls, welcher das Beugungsgitter 3 passiert hat, (cosβ/cosα)-fach größer ist als vor dem Passieren des Beugungsgitters 3. Mit anderen Worten, wenn der Einfallswinkel α und der Beugungswinkel β voneinander verschieden sind, ändert sich der Strahldurchmesser des Laserstrahls, welcher das Beugungsgitter 3 passiert hat. Der Zusammenhang zwischen den Laserstrahlen vor und nach dem Passieren des Beugungsgitters 3 ist, dass das Produkt aus dem Strahldurchmesser und dem Divergenzwinkel gleich ist. Daher gilt die folgende Gleichung (3): $2 ω_{i} \times θ_{1} = 2 ω_{d} \times θ_{2}$
wobei θ₁ der Divergenzwinkel des einfallenden Strahls 41 ist und θ₂ der Divergenzwinkel des gebeugten Strahls 42 ist.
Gleichung (3) wird unter Verwendung von Gleichung (2) modifiziert, um die folgende Gleichung (4) zu erhalten: $θ_{2} = (cos α / cos β) θ_{1}$
Das bedeutet, dass der Divergenzwinkel θ₂ des gebeugten Strahls 42 (cosα/cosβ) mal der Divergenzwinkel θ₁ des einfallenden Strahls 41 ist. Daher wird eine Transfermatrix A des Beugungsgitters 3 durch die folgende Gleichung (5) repräsentiert:
[Mathematische Formel 1] $A = (\begin{matrix} \frac{cos β}{cos α} & 0 \\ 0 & \frac{cos α}{cos β} \end{matrix})$
Gleichung (5) gibt an, dass, wenn Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen aber mit dem gleichen Strahldurchmesser und Divergenzwinkel auf das Beugungsgitter 3 mit unterschiedlichen Winkeln α einfallen, die Laserstrahlen in unterschiedliche Durchmesser und unterschiedliche Divergenzwinkel gebeugt werden.
Wenn in dem externen Resonator 10 Laserstrahlen mit unterschiedlichen Strahleigenschaften in Resonanz sind, ist die Effizienz des ausgegebenen Laserstrahls reduziert und die Lichtausbeute sinkt.
In der ersten Ausführungsform sind die Abstände L₁ , l₁ , L₂ und l₂ und die Brennweiten der Linsen 5 und 6 so angepasst, dass die Laserstrahlen aus den Lasermedien 1 und 2 von dem Beugungsgitter 3 mit dem selben Strahlaußendurchmesser emittiert werden. Unter Verwendung der Transfermatrix des Beugungsgitters 3, repräsentiert durch Gleichung (5), der Transfermatrix der freien Propagation für die Abstände L₁ , L₂ , l₁ und l₂ und der Transfermatrix für die Linsen 5 und 6 kann die Propagation der Laserstrahlen aus den Lasermedien 1 und 2 zu einem Ort nach dem Passieren des Beugungsgitters 3 für jeden der Emissionsorte der Lasermedien 1 und 2 berechnet werden.
Unter Verwendung des Ergebnisses der Berechnung der Propagation der Laserstrahlen aus den Lasermedien 1 und 2 zu einem Ort nach dem Passieren des Beugungsgitters 3 sind die Abstände L₁ , l₁ , L₂ und l₂ und die Brennweiten der Linsen 5 und 6 so eingestellt, dass die aus den Lasermedien 1 und 2 emittierten und durch das Beugungsgitter 3 gebeugten Laserstrahlen den selben Strahldurchmesser haben. Dementsprechend können die durch das Beugungsgitter 3 gebeugten Laserstrahlen den gleichen Strahldurchmesser haben. Daher sind der Abstand L₁ zwischen dem Lasermedium 1 und der Linse 5 und der Abstand L₂ zwischen dem Lasermedium 2 und der Linse 6 unterschiedlich. Darüber hinaus sind der Abstand l₁ zwischen der Linse 5 und dem Beugungsgitter 3 und der Abstand l₂ zwischen der Linse 6 und dem Beugungsgitter 3 unterschiedlich. Darüber hinaus sind die Brennweite der Linse 5 und die Brennweite der Linse 6 unterschiedlich.
Eines der Lasermedien 1 und 2 kann ein Referenzlasermedium sein, für welches die diesem zugeordnete Linse 5 oder 6 nicht angeordnet ist, und der Laserstrahl, welcher aus dem anderen der Lasermedien 1 und 2 emittiert wird und das Beugungsgitter 3 passiert hat, kann so angepasst werden, dass er mit dem Laserstrahl zusammenfällt, welcher aus dem oben beschriebenen einen der Lasermedien 1 und 2, für welches die diesem zugeordnete Linse 5 oder 6 nicht angeordnet ist, emittiert wird und das Beugungsgitter 3 passiert hat. In diesem Fall kann die Anzahl von Linsen in dem optischen Weg des von dem Referenzlasermedium emittierten Laserstrahls kleiner gemacht werden als die Anzahl in dem optischen Weg des von dem anderen Lasermedium emittierten Laserstrahls. Dies bewirkt eine Vereinfachung der Konfiguration und eine Reduzierung der Kosten.
Wie oben beschrieben, sind in dem Laseroszillator 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Linsen 5 und 6 so angeordnet, dass die von den Lasermedien 1 und 2 emittierten Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen an der Einfallsoberfläche des Beugungsgitters 3 so überlagert werden, dass sie den selben Außendurchmesser haben und (genau) ein durch die Überlagerung erhaltener Laserstrahl aus dem Beugungsgitter 3 in Richtung des teilreflektierenden Spiegels 4 emittiert wird. Daher kann die Effizienz des externen Resonators 10 verbessert werden und das Absinken der Lichtausbeute kann reduziert werden. Die von den Lasermedien 1 und 2 emittierten Laserstrahlen können an der Einfallsoberfläche des Beugungsgitters 3 nicht den selben Außendurchmesser aufweisen. Wenn jedoch die Linsen 5 und 6 die Differenz der Strahldurchmesser zwischen den von den Lasermedien 1 und 2 emittierten Laserstrahlen an der Einfallsoberfläche des Beugungsgitters 3 im Vergleich zu dem Fall klein machen, in welchem eine Vielzahl von Laserstrahlen von den Lasermedien 1 und 2 emittiert werden und dann auf das Beugungsgitter 3 einfallen, ist es immer noch möglich, eine Wirkung zu erreichen, gemäß welcher die Effizienz des externen Resonators 10 verbessert und das Absinken der Lichtausbeute reduziert wird.
Die obige Beschreibung betrifft eine Konfiguration, welche das Beugungsgitter 3 als das wellenlängendispersive Element verwendet; das wellenlängendispersive Element ist jedoch nicht auf ein Beugungsgitter beschränkt. Auch ein Prisma kann als das wellenlängendispersive Element verwendet werden. Die obige Beschreibung betrifft eine Konfiguration, welche den teilreflektierenden Spiegel 4 für das teilreflektierende Element verwendet; das teilreflektierenden Element kann jedoch auch durch einen vollständig reflektierenden Spiegel implementiert sein, welcher so angeordnet ist, dass der Laserstrahl den vollständig reflektierenden Spiegel teilweise trifft.
Zweite Ausführungsform.
3 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration eines Laseroszillators gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Laseroszillator 101 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst den externen Resonator 10 mit einer Konfiguration, die von der in dem Laseroszillator 100 gemäß der ersten Ausführungsform verschieden ist. Der externe Resonator 10 in dem Laseroszillator 101 gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet als Lasermedien die Lasermedien 17 und 18, welche jeweils ein Array einer Vielzahl von Halbleiterlaserstreifen oder anderen Emissionsorten haben. Ein Beugungsgitter 23 ist dem Beugungsgitter 3 in der ersten Ausführungsform ähnlich. Ein teilreflektierender Spiegel 24 ist dem teilreflektierenden Spiegel 4 in der ersten Ausführungsform ähnlich.
Wie in 3 gezeigt, hat das Lasermedium 17 Emissionsorte 19a, 19b und 19c, und das Lasermedium 18 hat die Emissionsorte 20a, 20b und 20c. Reflektierende Beschichtungen 171 und 181, welche hochreflektierend sind und an den Rückflächen der Lasermedien 17 und 18 angeordnet sind, reflektieren das Meiste des Lichts. Daher wird das von den Lasermedien 17 und 18 erzeugte Licht aus den Vorderflächen 172 und 182 nach vorne emittiert.
In der ersten Ausführungsform werden der Abstand zwischen dem Lasermedium 1 und der Linse 5 und der Abstand zwischen dem Lasermedium 2 und der Linse 6 individuell angepasst und die Brennweiten der Linsen 5 und 6 sind voneinander verschieden. In der zweiten Ausführungsform ist das optische System für jedes der Lasermedien 17 und 18 unterschiedlich. In dem Beispiel in 3 ist eine Linse 25 mit einem Abstand L₁ von dem Lasermedium 17 angeordnet und eine Linse 26 ist mit einem Abstand L₂ von dem Lasermedium 18 angeordnet.
Die Emissionsorte 19a, 19b und 19c in dem Lasermedium 17 bilden, von dem Beugungsgitter 23 aus betrachtet, zwischen sich kleine Winkel; daher ist eine Abweichung des Strahldurchmessers aufgrund des Strahldurchmesserwandlungseffekts des Beugungsgitters 23 gering. Auf ähnliche Weise bilden die Emissionsorte 20a, 20b und 20c in dem Lasermedium 18, von dem Beugungsgitter 23 aus betrachtet, zwischen sich kleine Winkel; daher ist eine Abweichung des Strahldurchmessers aufgrund des Strahldurchmesserwandlungseffekts des Beugungsgitters 23 gering. Für die einzelnen Emissionsorte 19a, 19b, 19c, 20a, 20b, 20c werden keine verschiedenen Linsen verwendet; jedoch werden verschiedene Linsen 25 bzw. 26 für die Lasermedien 17 bzw. 18 verwendet. Dies bewirkt, dass die Differenz der Strahldurchmesser zwischen den Laserstrahlen kleiner gemacht werden kann als in dem Fall, in welchem eine Vielzahl von Laserstrahlen aus den Lasermedien 17 und 18 auf das Beugungsgitter 23 fallen.
Die Verwendung des Lasermediums 17 mit den Emissionsorten 19a, 19b und 19c und des Lasermediums 18 mit den Emissionsorten 20a, 20b und 20c ermöglicht die Kopplung der Laserstrahlen aus einer größeren Anzahl von Emissionsorten; daher kann ein leistungsstärkeres Lasergerät mit einer intensitätsstärkeren Wellenkopplung bei niedrigeren Kosten erhalten werden.
Zur Vereinfachung der Beschreibung hat in der zweiten Ausführungsform das Lasermedium 17 drei Emissionsorte 19a, 19b und 19c und das Lasermedium 18 hat drei Emissionsorte 20a, 20b und 20c; die Anzahl von Emissionsorten in jedem der Lasermedien 17 und 18 ist jedoch üblicherweise im Bereich von einigen 10 und kann einige 100 betragen.
Dritte Ausführungsform.
4 ist ein Diagramm, welches die Konfiguration eines Laseroszillators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Laseroszillator 102 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst den externen Resonator 10 mit einer Konfiguration, die von der in der ersten und zweiten Ausführungsform verschieden ist.
In der ersten und zweiten Ausführungsform ist der teilreflektierende Spiegel 4 oder 24 so angeordnet, dass er das Beugungslicht erster Ordnung des Laserstrahls von dem Beugungsgitter 3 oder 23 empfängt. In der dritten Ausführungsform kehrt das Beugungslicht zweiter Ordnung des Laserstrahls von einem Beugungsgitter 33 zu den Lasermedien 1 und 2 zurück. Insbesondere bilden in dem Laseroszillator 102 gemäß der dritten Ausführungsform die Lasermedien 1 und 2 und das Beugungsgitter 33 den externen Resonator 10. Mit dieser Konfiguration wird das Beugungslicht erster Ordnung mit einem Beugungswinkel von 0° gebeugt. Mit anderen Worten wird das Beugungslicht erster Ordnung senkrecht zu dem Beugungsgitter 33 emittiert. Das Beugungslicht erster Ordnung wird als ein Ausgabestrahl aus dem Laseroszillator 102 verwendet. Der Laseroszillator 102 umfasst die Lasermedien 1 und 2; weil jedoch das Beugungslicht erster Ordnung senkrecht zu dem Beugungsgitter 33 emittiert wird, kann eine Vielzahl von Laserstrahlen aus den Lasermedien 1 und 2 überlagert werden, um (genau) einen Laserstrahl zu bilden.
Auch in dem Laseroszillator 102 gemäß der dritten Ausführungsform sind der Abstand zwischen dem Lasermedium 1 und einer Linse 35, der Abstand zwischen der Linse 35 und dem Beugungsgitter 33, der Abstand zwischen dem Lasermedium 2 und einer Linse 36, der Abstand zwischen der Linse 36 und dem Beugungsgitter 33 und die Brennweiten der Linsen 35 und 36 so eingestellt, dass die Strahldurchmesser der Laserstrahlen aus den Lasermedien 1 und 2 nach deren Beugung durch das Beugungsgitter 33 die selben sind. Dementsprechend sind die Strahldurchmesser der Laserstrahlen nach deren Beugung durch das Beugungsgitter 33 die selben. Dementsprechend kann die Strahlqualität verbessert werden.
Der Laseroszillator 102 gemäß der dritten Ausführungsform kann zusätzlich zu der Vereinfachung und Verkleinerung der Vorrichtung aufgrund der Eliminierung eines teilreflektierenden Spiegels die Verluste in dem externen Resonator 10 reduzieren und daher die Laseroszillationseffizienz verbessern.
Die in den obigen Ausführungsformen präsentierten Konfigurationen sind Beispiele eines Aspekts der vorliegenden Erfindung und sie können mit anderen bekannten Technologien kombiniert oder teilweise weggelassen oder modifiziert werden, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1, 2, 17, 18: Lasermedium;
3, 23, 33: Beugungsgitter;
4, 24: teilreflektierender Spiegel;
5, 6, 25, 26, 35, 36: Linse;
10: externer Resonator;
11, 21: reflektierende Beschichtung;
12,22: Vorderfläche;
19a, 19b, 19c, 20a, 20b, 20c: Emissionsort;
41: einfallender Strahl;
42: gebeugter Strahl;
71, 72: Treiberschaltung;
81, 82: Treiberenergiequelle;
90: Steuerung;
100, 101, 102: Laseroszillator.

Claims

Laseroszillator, umfassend: eine Vielzahl von Lasermedien zum Emittieren von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen; ein wellenlängendispersives Element zum Emittieren der von den Lasermedien einfallenden Laserstrahlen in einem überlagerten Zustand; ein teilreflektierendes Element zum Reflektieren eines Teils der von dem wellenlängendispersiven Element emittierten Laserstrahlen und zum Rückführen des Teils der Laserstrahlen zu dem wellenlängendispersiven Element und zum Transmittieren eines übrigen Teils; und eine Vielzahl von Linsen, wobei jede der Linsen zwischen einem der jeweiligen Linse zugeordneten Lasermedium der Lasermedien und dem wellenlängendispersiven Element angeordnet ist, wobei die Linsen jeweils in einem optischen Weg angeordnet sind, welcher zwischen einem der jeweiligen Linse zugeordneten Lasermedium der Lasermedien und dem wellenlängendispersiven Element gebildet ist, und die Linsen die Laserstrahlen aus den Lasermedien an einer Einfallsoberfläche des wellenlängendispersiven Elements so überlagern, dass die Laserstrahlen einen gleichen Außendurchmesser haben.
Laseroszillator nach Anspruch 1, wobei jedes der Lasermedien eine Vielzahl von Emissionsorten zum Emittieren des Laserstrahls hat.
Laseroszillator nach Anspruch 1 oder 2, wobei in jedem der optischen Wege der von den Lasermedien emittierten Laserstrahlen ein Abstand zwischen dem Lasermedium und der Linse unterschiedlich ist und ein Abstand zwischen der Linse und dem wellenlängendispersiven Element unterschiedlich ist.
Laseroszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Linsen konkave Linsen sind.
Laseroszillator, umfassend: eine Vielzahl von Lasermedien zum Emittieren von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen; ein wellenlängendispersives Element zum Reflektieren eines Teils der von den Lasermedien einfallenden Laserstrahlen und zum Rückführen des Teils der Laserstrahlen zu den Lasermedien und zum Emittieren eines übrigen Teils der Laserstrahlen in einem überlagerten Zustand; eine Vielzahl von Linsen, wobei jede der Linsen zwischen einem der jeweiligen Linse zugeordneten Lasermedium der Lasermedien und dem wellenlängendispersiven Element angeordnet ist, wobei die Linsen jeweils in einem optischen Weg angeordnet sind, welcher zwischen einem der jeweiligen Linse zugeordneten Lasermedium der Lasermedien und dem wellenlängendispersiven Element gebildet ist, und die Linsen die Laserstrahlen aus den Lasermedien an einer Einfallsoberfläche des wellenlängendispersiven Elements so überlagern, dass die Laserstrahlen einen gleichen Außendurchmesser haben.