DE1941921A1

DE1941921A1 - Laser mit plattenfoermigen Laserelementen,denen die Anregungsenergie ueber die Stirnflaechen zugefuehrt wird,und mit einer seitlich angeordneten Strahlungsquelle fuer die Anregungsenergie

Info

Publication number: DE1941921A1
Application number: DE19691941921
Authority: DE
Inventors: Almasi Joseph Charles; Martin William Sonderman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-08-27
Filing date: 1969-08-18
Publication date: 1971-05-13
Also published as: FR2016464A1; DE1941921B2; DE1941921C3; GB1279161A

Description

DR. ERHART ZiEGlEl?

PATENrANWALT
* FRANKFURT 70

TJROlER STRASSE 61-63
POSTFACH 700961

TELEFON 0011/6165 57

702 - (RDCD-2296) General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USA

Laser mit plattenförmigen Laserelementen, denen die Anregungsenergie über die Stirnflächen zugeführt wird, und mit einer seitlich angeordneten Strahlungsquelle für die Anregungsenergie

Die Erfindung bezieht sich auf einen Laser mit plattenförmigen Laserelementen, die über ihre Stirnflächen gleichförmig angeregt werden, und im besonderen auf einen Laser dieser Art, bei dem die Strahlungsquelle für die Anregungsenergie gegenüber der Achse des kohärenten Laserlichtstrahles eitlich angeordnet ist.

Laser emittieren bekanntlich elektromagnetische Strahlung, deren Frequenz im infraroten oder im sichtbaren Bereich des Spektrums liegt. Diese Strahlung ist kohärent, und sie zeichnet sich durch eine sehr geringe Bandbreite aus.

aser beruhen darauf, daß es bestimmte Medien gibt, in denen durch Zufuhr von Anregungsenergie die Besetzungsdichte eines metastabilen Energiezustandes umgekehrt werden kann. Solche Medien sind beispielsweise Neodymglas, Rubin, Helium-Neon-Mischungen oder auch Kohlendioxyd, und diese Stoffe werden auch häufig In Lasern verwendet. Wenn man das aktive Lasermedium mit einer Strahlung, der sogenannten "Pumpstrahlung" bestrahlt, deren Energie und In-

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tensität ausreicht, um im Lasermedium eine Umkehr der Besetzungsdichte hervorzurufen, werden -Bedingungen geschaffen, unter denen die Emission kohärenter Strahlung möglich ist. Die Quelle für die Anregungsenergie wird "Pumpquelle" genannt, und die Wellenlänge der Anregungsenergie heißt "Pumpwellenlänge".

Laser, denen die Anregungsenergie über die Stirnflächen zugeführt wird, verwenden im allgemeinen ebene Lasereleinente, die aus dem aktiven Lasermedium hergestellt sind, und deren Dicke klein gegenüber ihrer Querabmessung ist und typischerweise auch ihre Längsabmessung nicht übersteigt. Um die Beschreibung zu vereinfachen, soll im folgenden von "Laserplatten" gesprochen werden, auch wenn darunter alle geometrischen Gebilde verstanden werden sollen, deren Dimensionen die eben angegebenen Bedingungen erfüllen. Ein Laser, dem die Pumpenergie von einer Stirnfläche..her zugeführt wird, kann gleichförmig angeregt werden uhd heizt sich daher auch gleichförmig auf. Das ist bei stabförmigen Lasern nicht der Fall, denen die Pumpenergie von der Seite her zugeführt wird. Ein solcher stabförmiger Laser kann nicht gleichförmig angeregt werden und heizt sich somit ungleichförmig auf, so daß auf Grund des Temperaturgradienten und auf Grund mechanischer Spannungen innerhalb, des Laserstabes quer über die Laserapertur eine Strahlverzerrung zu Stande kommen kann.

Bei den bisherigen Lasernj denen die Anregungsenergie von einer Stirnfläche her zugeführt werden soll, war es erforderlich, die Pumpquelle auf der Laserstrahlachse anzuordnen, so daß man Spiegel oder Prismen verwenden mußte, um die Laserstrahlung von der Pumpstrahlung optisch zu trennen, üblicher Weise beruhen solche optischen Trennvorrichtungen darauf, daß die kohärente Laserstrahlung an ihnen total reflektiert wird, während sie für die Pumpstrahlung durchlässig sind. In vielen Fällen führt die Verwendung solcher optischen Trennvorrichtungen auf sehr komplizierte optische Anordnungen, und außerdem können solche optischen Trennvorrichtung der Ausnutzung anderer günstiger Eigenschaften im Wege stehen. Unter vielen Umständen kann es auch zweckmäßig

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sein, die Vorteile auszunutzen, die mit der Anordnung der Pumpquelle seitlich von der Laserstrahlachse verbunden sind und trotzdem die gleichförmige Anregung des Lasers quer zur Laserapertur beizubehalten.

Die Erfindung beinhaltet nun ein Laser, dem die Anregungsenergie von einer Stirnfläche her zugeführt wird, bei dem das aktive Lasermedium in mehrere Laserplatten zerlegt ist, die ziekzack-förmig angeordnet sind. Zwischen den zick-zack-förmig angeordneten Laserplatten sind optische Prismen eingesetzt, die die Laserplatten optisch berühren. Die Pumpquelle ist in Bezug auf den kohärenten Laserlichtstrahl, der durch die Berührungsflächen zwischen den Prismen und den Laserplatten hindurch geht, seitlich angeordnet. Jede der Laserplatten wird von ihrer Stirnfläche her gleichmäßig beleuchtet und somit gleichmäßig angeregt, und zwar dadurch, daß die Pumpstrahlung auf die Grundflächen der Prismen auffällt und in den Prismen gebrochen beziehungsweise reflektiert wird. Da der übergang an den Berührungsflächen zwischen den Laserplatten und den Prismen optisch kontinuierlich ist, wird der vom aktiven Lasermedium emittierte kohärente Lichtstrahl ohne wesentliche Reflektion oder Brechung längs einer Achse abgestrahlt, die durch die gleichmäßig beleuchteten Grundflächen der Prismen nicht hindurchgeht.

Unter einem "optisch kontinuierlichen übergang" soll hier ein übergang an der Berührungsfläche zweier oder mehrerer Medien verstanden werden, der von elektromagnetischer Strahlung (hier im infraroten bis zum ultravioletten Bereich des Spektrums) selbst dann ohne wesentliche Brechung oder Reflektion durchsetzt werden kann, wenn die Strahlung auf die Berührungsfläche unter einem anderen Winkel als unter einem rechten Winkel auffällt.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

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Figur 1 zeigt perspektivisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lasers.

Figur 2 zeigt den Laser aus Figur 1 von oben.

Figur 3 ist ein Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Figur 4 zeigt im Schnitt das Ende einer weiteren Aus führ ungs form eines erfindungsgemäßen Lasers.

Figur 5 zeigt perspektivisch.eine Ausführungsform eines Lasers, bei dem die Dichte der Pumpstrahlung erhöht worden ist.

Figur 6 zeigt perspektivisch eine Ausführungsform mit gefaltetem optischen Weg.

Die Figur 1 zeigt perspektivisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lasers, der als optischer Sender verwendet werden kann. Wie man der Figur 1 leicht entnehmen kann, und wie auch ■-aus der Draufsicht aus Figur 2 hervorgeht, sind mehrere Laserplatten 1 zick-zaek-förmig angeordnet worden. Eine solche Zickzack-förmige Anordnung kann man wie folgt definieren: Alle geradzahligen Laserplatten 1 sind parallel zueinander angeordnet, während zwei aneinander stoßende Laserplatten 1 gegeneinander einen bestimmten Winkel bilden. Daraus folgt, daß die Winkel zwischen zwei aufeinander folgenden Laserplatten immer gleich sind.

Der Beschreibung ist zu Grunde gelegt worden, daß die Laserplatten 1 aus Heodymglas hergestellt worden sind. Man kann die Laserplatten aber auch aus anderen fiedien wie beispielsweise aus Rubin herstellen, wenn es günstiger erscheint. Neodymglas absorbiert stark und selektiv Anregungsstrahlung im Gebiet zwischen 5000 und 9000 Angström und emittiert, wenn es angeregt ist, kohärentes Licht mit einer Wellenlänge' von 1,06 Mikron.

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Zwischen zwei aneinanderstoßende Laserplatten 1 sind Prismen 5 eingesetzt, die die Hauptflächen 3 der Laserplatten 1 optisch berühren, so daß ein optisch kontinuierlicher übergang zwischen den Laserplatten 1 und den Prismen 5 entsteht. Auf die äußeren Hauptflächen der außen liegenden Laserplatten 1 sind Endprismen 5' aufgesetzt, so daß auch hier ein optisch kontinuierlicher übergang entsteht.

Die Prismen 5 und 5' sind so ausgewählt, daß ihr Brechungsindex dem Brechungsindex der Laserplatten etwa gleicht. Um einen optisch kontinuierlichen übergang zwischen den Laserplatten 1 und den Prismen zu gewährleisten, kann man noch eine Flüssigkeit wie beispielsweise Glyzerin verwenden, deren Brechungsindex ebenfalls den Brechungsindices der Laserplatten und der Prismen entspricht. Bei der Verwendung solcher Flüssigkeiten ist es auch nicht mehr erforderlich, die verschiedenen Flächen genau optisch plan zu schleifen, was einer Toleranz von einer 1/10-tel Wellenlänge von 1,06 Mikron entspräche. Es ist günstig, wenn die Prismenflächen, mit denen die Prismen die Laserplatten berühren, genau so groß wie die Hauptflächen der Laserplatten sind. Notwendig ist dieses aber nicht.

Die Prismen 5 sind als rechtwinklige Prismen dargestellt. Dieses soll keine Beschränkung sein, da man auf Wunsch und auch in'bestimmten Fällen Prismen mit anderen Winkels verwenden kann.

Wenn die Abmessungen der Hauptflächen 3 der Laserplatten 1 und die darauf aufliegenden Seitenflächen der Prismen 5 und 5* etwa die gleichen linearen Abmessungen aufweisen, bilden die Randflächen der Laserplatten 1 und die Grundflächen 7 der Prismen 5 und 5' kontinuierliche und glatte Oberflächen. In Längsrichtung neben diesen glatten Oberflächen sind parallel dazu verlaufend Blitzlampen 2 in zwei Gruppen angeordnet. Um zu verhindern, daß die Laserplatten durch die kleinen Seitenflächen hindurch angeregt werden, können die kleinen Endflächen der Laserplatten 1 durch Spiegel k abgedeckt werden. Hinter den Blitzlampen 2 sind

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Reflektoren 6 angeordnet, die Pumpstrahlung aus den Blitzlampen 2 gleichmäßig auf die Grundflächen J der Prismen 5 und 5' reflektieren. Die Reflektoren 6 können aus einem Material wie Aluminiumoxyd hergestellt sein. Man kann die Reflektoren auch an der Innenseite des Gehäuses (nicht gezeigt) anbringen _Λ das den Laser nach Figur 1 umschließt, oder man kann sie auch getrennt davon anbringen. Spiegel 9 und 10 reflektieren die Pumpstrahlung total und bilden zusammen einen optischen Hohlraum. Der Spiegel 9 ist für die Wellenlänge der Laserstrahlung partiell reflektierend. Die beiden Spiegel 9 und 10 können getrennt von den Endprismen 5¹ angebracht werden. Man kann sie aber auch als dielektrische Schichten auf den Endflächen 11 und 12 der Prismen 5' ausbilden.

Während des Betriebes des Lasers wird die Pumpstranlung von den Blitzlampen 6 erzeugt und gleichförmig auf die Grundflächen 7 ι der Prismen 5 und 5' abgestrahlt. Die Blitzlampen 6 können Xenon-Bogenlampen sein. Auf Wunsch kann man noch Filter verwenden, mit denen man störende infrarote und ultraviolette Bestandteile der Pumpstrahlung herausfiltern kann. Da innerhalb der Prismen 5 und 5' totale Reflektionen und Brechungen auftreten, kann weder oben noch unten Pumpstrahlung aus den Prismen austreten, so daß abgesehen von kleinen Reflektionsverlusten oben an den Flächen 7 die ganze Pumpstrahlung auf die Berührungsfläche zwischen den Prismen 5 und 5' und den Laserplatten 1 hin gerichtet wird. Da der optische übergang an diesen Berührungsflächen nun optisch kontinuierlich ist, da die Brechungsindices der Prismen und der aserplatten übereinstimmen, geht die Pumpstrahlung durch diese Berührungsflächen glatt hindurch und fällt gleichförmig auf die Flächen 3 der Laserplatten 1 auf.

Die Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsfοrm, der Erfindung, die als flüssigkeitsgekühlter Lichtverstärker mit hohen Impulswiederholungsfrequenzen verwendet werden kann. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Anregungsenergie den Laserelementen über

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die ganze Laserapertur gleichförmig zugeführt. Das Prinzip/ auf dem diese Ausführungsform beruht, ist an einer anderen Stelle vorgeschlagen worden. Mit "13" ist ein rechteckiges Gehäuse aus Pyrexglas bezeichnet, das die Laserplatten 1 und die Prismen und 5' flüssigkeitsdicht umschließt. Die Spiegel 4 können als reflektierende Schichten direkt gegenüber den Endflächen der Laserplatten 1 außen auf dem Glasgehäuse 13 aufgebracht sein. An den beiden Enden des Gehäuses 13 sind Ringe 14 angeordnet, die mit Hilfe von O-Ringen 15* flüssigkeitsdicht am Gehäuse 13 und an den Endprismen 5^T befestigt sind. Durch eine Eingangskammer 17 wird ein Kühlmittel 16 in den Laser eingeführt, das durch Kanäle 18 hindurch strömt, die durch kleine Abstände zwischen den Laserplatten 1, den Prismen 5 und 5^f und dem Glasgehäuse gebildet sind. Um diese kleinen Abstände zwischen den einzelnen Bestandteilen des Lasers einzuhalten, kann man Abstandsstücke verwenden, die jedoch nicht dargestellt sind.

Das Kühlmittel 16 dient dazu, die im Laser entstehende Wärme quer zur Laserapertur gleichförmig abzuleiten, so daß die thermischen und die damit verknüpften optischen Eigenschaften über die ganze Laserapertur hinweg gleichförmig bleiben. Da es von Bedeutung ist, daß die übergänge an den verschiedenen Berührungsflächen innerhalb des Lasers optisch kontinuierliche übergänge bleiben, ist es notwendig, daß der Brechungsindex des Kühlmittels 16 den Brechungsindices der Laserplatten i und der Prismen 5 und 5¹ gleicht. Wenn man beispielsweise als aktives Lasermedium Neodymglas mit einem Brechungsindex von 1,5 verwendet, eignet sich als Kühlmittel Dimethylsulfoxyd, dessen Brechungsindex 1,48 beträgt.

Manchmal möchte man die Pumpstrahlungsquelle in einer größeren Entfernung von den zu beleuchtenden Flächen anordnen, wie beispielsweise von den Grundflächen 7 der Prismen 5 und 5'.Dadurch wird bewirkt, daß die Beleuchtung dieser Flächen gleichförmiger erfolgt, der gesamte Fluß jedoch, der auf die Flächen auffällt, dagegen abnimmt, da Licht seitlich entweicht. Um nun Verluste

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durch seitlich entweichendes Licht zu vermeiden, kann man zwischen der zu beleuchtenden Fläche und der Pumpstrahlungsquelle einen Lichtleiter anordnen. Ein solcher Lichtleiter kann beispielsweise ein Glasblock sein, der die zu beleuchtende Fläche "optisch berührt. Da an den Seiten des Lichtleiters das Licht total reflektiert wird, wird die Pumpstrahlung, die auf den Lichtleiter auffällt, gebrochen und gleichförmig über die gesamte zu beleuchtende Oberfläche hin reflektiert. In der Ausführungsform nach Figur 3 können die dicken Seitenwände des rechteckigen Glasgehäuses 13 jeweils als Lichtleiter betrachtet werden. Der optisch kontinuierliche übergang zwischen dem Glasgehäuse 13 und den Flächen der Prismen 5 und 5¹ wird durch das Kühlmittel selbst gewährleistet. Man kann jedoch als Lichtleiter auch einen Glasblock mit den richtigen Abmessungen verwenden, der den gleichen Brechungsindex wie das rechteckige Glasgehäuse 13 aufweist und mit den Seiten des Glasgehäuses in optischer Berührung steht.

In bestimmten Fällen kann es günstig sein, an Stelle der rechteckigen Endprismen 5'j wie sie-in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind, andere Prismen zu verwenden. Wichtig ist jedoch, daß die gleichförmige Beleuchtung der Grundflächen 7 und damit der Hauptflächen 3 der Laserplatten 1 erhalten bleibt. Bei einem rechtwinkligen risma, dessen Brechungsindex gleich oder größer als

2 ist, wird alles Licht, das durch eine einen Schenkel des rechten Winkels bildende Seitenfläche auffällt, durch Brechung und interne Totalreflektion zu der dem Scheitelpunkt des rechten Winkels gegenüberliegenden Fläche des Prismas hin gelenkt. Dieses ist an anderer Stelle näher ausgeführt. Diese Erscheinung beruht darauf, daß alles Licht, das durch eine einen Schenkel des rechten Winkels bildende Seitenfläche hindurchgeht und zur Seitenfläche gebrochen wird, die den anderen Schenkel des rechten Winkels bildet, auf diese andere Seitenfläche immer unter einem Winkel auffällt, der gleich oder größer als der Totalreflektionswinkel ist, so daß, der Lichtstrahl immer zu derjenigen Prismenfläche: reflektiert wird, die dem Scheitel des rechten Winkels gegenüber liegt. Wenn jedoch ein weiteres Prisma hinzugefügt wird,

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das mit der den anderen Schenkel des rechten Winkels bildenden Prismaseite in optischer Berührung steht j so geht alle Strahlung dann durch diese Seitenfläche beziehungsweise durch diesen übergang hindurch, da dieser übergang optisch kontinuierlich ist. Auch dann, wenn man das rechtwinklige Prisma durch ein Prisma mit einem kleineren Scheitelwinkel ersetzt, wird nicht mehr die gesamte Strahlung total reflektiert, da ein Teil der Strahlung, die auf die eine Prismenfläche auffällt und dort gebrochen wird, auf die andere Prismenfläche unter einem Winkel auffällt, der , kleiner als der Totalreflektionswinkel ist, so daß dieser Teil der Strahlung dann das Prisma wieder verläßt. In beiden eben geschilderten Fällen wird die neben einem solchen Prisma liegende Laserplatte 1 nicht gleichförmig beleuchtet.

Nun wurde gefunden, daß unter der Annahme eines Brechungsindexes von mindestens 2 auch dann eine gleichförmige Beleuchtung erzielt werden kann, wenn man andere Prismen hinzufügt oder Prismen anderer Ausbildung verwendet. Wenn man die Lage des rechten Winkels des Endprismas 5' derart umkehrt, daß der Übergang zwischen einer, einen Schenkel des rechten Winkels bildenden Seitenfläche des Prismas mit der Laserplatte 1 einen optisch kontinuierlichen übergang bildet und die dem Scheitel des rechten Winkels gegenüberliegenden Prismenfläche der Pumpstrahlungsquelle 2 gegenüber steht, wird die Fläche 3 der daneben liegenden Laserplatte 1 gleichförmig beleuchtet. Weiterhin wurde gefunden, daß jede Verlängerung der der Pumpstrahlungsquelle gegenüber liegenden Prismenfläche und damit jede Vergrößerung des Scheitelwinkels des Prismas über 90° hinaus auf die Gleichförmigkeit der Beleuchtung genau so wenig einen Einfluß hat wie das Hinzufügen weiterer Prismen zu der Prismenfläche, die den anderen Schenkel des rechten Winkels bildet. Es ist daher durchaus möglich, als Endprisma 5'einen Sechsflächner zu verwenden, wie es bei dem Laser nach Figur 3 der Fall ist, da dieses nur eine Erweiterung der notwendigen Konfiguration darstellt, wie oben ausgeführt wurde.

Da der Brechungsindex der Materialien, die zur Herstellung der Prismen verwendet wird, wie beispielsweise der Brechungsindex

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von Quarz oder Quarzglas häufig größer als 2 .ist, stellt der rechte Winkel neben ,einer Laserplatte 1 keinen unteren Grenzwert, sondern nur einen angenäherten Wert dar. Der kleinst mögliche Winkel, der angewendet werden kann, hängt von dem Brechungsindex des verwendeten Prismenmaterials ab. ,

Figur 4 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform eines erfindungsgemäßen Lasers, dem die Pumpenergie von der Seite zugeführt wird, die Anregung der Laserplatten jedoch über die Hauptflächen erfolgt. Die Flächen 7» die auf der anderen Seite des Lasers wie die Blitzlampen 2 liegen, können mit einer dielektrischen Schicht 19 überzogen sein, an der die Pumpstrahlung total- reflektiert wird. Statt dessen kann man aber auch einen getrennten Spiegel verwenden. Wie aus Figur 4 leicht hervirgeht, wird diejenige Pumpstrahlung an der Schicht 19 wieder in das aktive Lasermedium zurückreflektiert, die beim ersten Durchgang durch den Laser nicht absorbiert worden ist. Wie man sieht, kann also einem Laser die Anregungsenergie dann mit ausreichendem Wirkungsgrad zugeführt werden, wenn die Blitzlampen nur aif einer Seite^des Lasers angeordnet sind. · "

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lasers, bei dem Maßnahmen getroffen worden sind, um die Pumpstrahlungsdichte auf den Hauptflächen der Laserplatten zu erhöhen. Diese Maßnahmen sind bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden. Diese Maßnahmen bestehen kurz darin, die Grundfläche eines rechtwinkligen Prismas mit einem Brechungsindex-von gleich oder gröl/2 '■■*■"■ ßer als 2 auf die Oberfläche eines aktiven Lasermediums wie beispielsweise auf die Hauptfläche einer Laserplatte so aufzusetzen, daß ein optisch kontinuierlicher übergang entsteht. Parallel zu den Seitenflächen dieses Prismas, die den rechten Winkel einschließen, werden in zwei Gruppen eine Anzahl von Blitzlampen angeordnet. Die gesamte Pumpstrahlung, die auf die Seitenflächen dieses Prismas auffällt, wird auf Grund der optischen und der geometrischen Eigenschaften eines solchen Prismas durch Brechung und Totalreflektion zur Grundfläche des Prismas hin ge-

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lenkt j die mit dem aktiven Lasermedium einen optisch kontinuierlichen übergang bildet. Dadurch wird die Dichte der Pumpstran-

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lung um etwa den Paktor 2 erhöht und gleichzeitig werden die Hauptflächen der Laserplatten 3 gleichmäßig bestrahlt.

Aus dem eben geschilderten Grund weist die Ausführungsform nach Figur 5 rechtwinklige Prismen 20 auf, deren optische und geometrische Eigenschaften den eben beschriebenen gleichen. Die Grundflächen 21 dieser Prismen 20 sind auf die Flächen 77 der Prismen 5 und 5' aufgesetzt und bilden mit diesen Flächen einen optisch kontinuierlichen übergang. Parallel zu den Seitenflächen 22 und 23 der Prismen 20 sind in Gruppen Blitzlampen 2 angeordnet. Während des Betriebs ist die Strahlungsdichte auf den Flächen 7

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der Prismen 5 und 5' um den Faktor 2 größer als die Strahlungsdichte auf den Seitenflächen 22 und 23 der Prismen 20. Da die Hauptflächen der Laserplatten 3 nun ihrerseits über die Prismen 5 und 5' beleuchtet werden, wird die Strahlungsdichte auf den Laserplatten ebenfalls gleichförmig erhöht. Da nun an den oben und unten liegenden Flächen der Prismen 5 und 5' dann nicht die gesamte Pumpstrahlung total reflektiert wird, wenn ein flüssiges Kühlmittel verwendet wird, wie es bereits beschrieben wurde, sollten diese Prismenflächen zwecks Steigerung des Wirkungsgrades mit Reflektoren versehen werden, die dann ihrerseits die Pumpstrahlung total reflektieren. Daher sind an diesen Flächen der Prismen 5 und 5¹ als Refelktoren Spiegel 2k angebracht worden.

Die Figur 6 zeigt nun einen erfindungsgemäßen Laser, bei dem der optische Weg des Laserlichtstrahles gefaltet worden ist. Auf die die Stirnfläche des Lasers bildende Endfläche 11 des Prismas 5' ist. ein rechwinkliges Prisma 25 mit seiner Grundfläche derart aufgesetzt, daß zwischen dem Prisma 5' und dem Prisma 25 ein optisch kontinuierlicher übergang entsteht, und daß die Fläche 11 des Prismas 5' vollständig durch das Prisma 25 überdeckt ist. am anderen Ende des Lasers ist auf die Endfläche 12 des anderen Endprismas 5' ein weiteres, kleineres rechtwinkliges Prisma 26

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tisch kontinuierlicher übergang entsteht und nur der untere Teil der Endfläche 12 bedeckt ist. Das"Prisma 26 ist gegenüber dem Prisma 25 um 90° gedreht. .

Ein Laserstrahl, der durch die gestrichelte Linie 27 angedeutet ist und durch den linken oberen Quadranten der Fläche 12 eintritt, geht vier Mal durch das aktive Lasermedium hindurch, bevor er den Laser durch den oberen rechten Quadranten der Fläche 12 wieder verläßt. Bei jedem Durchgang durchsetzt der Laserstrahl 27 ein anderes Gebiet einer Laserplatte !,wie aus der Figur 6 hervorgeht. Da der Laserstrahl bei jedem Durchgang ein anderes Gebiet des aktiven Lasermediums durchsetzt, kann die in den Laserplatten 1 gespeicherte Energie besser wiedergewonnen werden. Wenn die Anzahl der Prismen erhöht wird, die auf die Endflächen der Prismen 5' unter Beibehaltung eines optisch kontinuierlichen Übergangs aufgesetzt wird, kann man die Anzahl der Laserstrahldurchgänge durch den Laser noch weiter erhöhen und damit auch die im Lasermedium gespeicherte Energie noch besser ausnutzen.

Aus dem vorstehenden geht also hervor, daß es möglich ist, einen Laser zu schaffen, bei dem das aktive Lasermedium quer zur Laserapertur gleichförmig angeregt werden kann, und bei dem sich weitere sehr günstige Eigenschaften verwirklichen lassen. Durch die Erfindung ist es also möglich, bei einem Laser, dessen aktives Medium quer zur Laserapertur gleichförmig angeregt wird, einmal die Pumpstrahlungsquelle seitlich anzuordnen, für die plattenförmigen aktiven Laserlemente eine Flüssigkeitskühlung anzuwenden, die Vorteile des optischen Immersionsverfahrens auszunutzen und außerdem noch den Weg des Laserliohtstrahles zu falten. Man sieht also, daß bei erfindungsgemäßen Laser nicht nur die Vorteile beibehalten werden, die sich aus einer sehr gleichförmigen Anregung des aktiven Lasermediums ergeben, sondern daß es auch möglieh ist, in einem solchen Laser viele weitere Vorteile zu kombinieren. Wenn man also das aktive Lasermedium in plattenförmig ausgebildete Elemente unterteilt, diese Element©³ zick-zaek-fÖrmig anordnet und zwischen die einzelnen Laserplatten Prismen setzt, durch

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die die Pumpstrahlung auf Grund von Reflektion und Brechung gleichförmig über die Apertur eines jeden Laserelementes verteilt wird, kann man jedes Element gleichförmig anregen und trotzdem die Pumpstrahlungsquelle außerhalb' der Achse des Laserlichtstrahls anordnen. Da nun die Pumpstrahlungsquelle auf die Seite des Lasers verlegt worden ist, ist es möglich, den Laser kompakter aufzubauen, ihn besser besonderen Zwecken anzupassen, und außerdem ist es nicht mehr erforderlich, zur Trennung der Pumpstrahlung von der kohärenten Laserstrahlung besondere optische Vorkehrungen zu treffen.

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Claims

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Pa t e η t an s ρ r ü c h e

1,1 Laser mit einer Pumpstrahlungsquelle und einem aktiven Laserelement, das derart plattenförmig ausgebildet ist, daß seine Dicke kleiner als die Abmessungen seiner Hauptflächen ist, da durch gekennzeichnet, 'daß den Hauptflächen des Lasermediums gegenüberstehend und mit ihnen einen optisch kontinuierlichen übergang bildend Prismen angeordnet sind, die eine weitere Seitenfläche aufweisen, die von Pumpstrahlung gleichförmig bestrahlt ist, so daß die Pumpstrahlung gleichförmig über die Hauptflächen des. Lasermediums verteilt ist, und daß der nach der Anregung des aktiven Lasermediums emittierte kohärente Laseriichtstrahl die Grenzflächen zwischen dem aktiven Lasermedium und den Prismen, nicht jedoch die Seitenfläche der Prismen durchsetzt, auf die die Pumpstrahlung von außen auffällt.

Laser nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e η η zeichnet, daß zwischen der Pumpstrahlungquelle und den Endflächen des plattenförmig ausgebildeten Lasermediums Spiegel angeordnet sind, an den die Pumpstrahlung total reflektiert ist, so daß eine Anregung der Laserelemente durch die Endflächen hindurch nicht möglich ist.

3. Laser nach Anspruch 1, dadurch g e'k en η -

e i c h η e t , daß ein Kühlmittel vorgesehen ist, dessen Brechungsindex etwa gleich dem Brechungsindes des aktiven Lasermediums ist, das zwischen den Hauptflächen des aktiven Lasermediums und den dem Medium gegenüberstehenden Prismenflächen hindurchströmt, so daß der optisch kontinuierliche Übergang zwischen dem aktiven Lasermedium und den Prismen durch das Kühlmittel hergestellt ist.

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4. Laser nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ e i c h η e t _a daß auf die Prismenseitenflächen, auf die die Pumpstrahlung von außen einfällt, ein rechtwinkliges Prisma mit seiner dem rechten Winkel gegenüber liegenden Grundfläche auf-

1/2 gesetzt ist, dessen Brechungsindex gleich oder größer als 2 ist, und daß die Pumpstrahlungsquelle mehrere Blitzlampen aufweist die in Gruppen neben beiden die Schenkel des rechten Winkel bildenden Seitenflächen des rechtwinkligen Prismas angeordnet sind.

5. Laser nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Umkehrprismen derart auf dritte Seitenflächen der Prismen aufgesetzt sind, daß ein Lichtstrahl, der durch eine Eingangsöffnung in einer dieser dritten Flächen einfällt, mehrere Male durch das aktive Lasermedium hin und her reflektiert ist und nach jeder Reflektion ein anderes Gebiet des Lasermediums durchsetzt ₃ bevor der Lichtstrahl den Laser durch eine Ausgangsöffnung verläßt, die in der gleichen Fläche wie die Eingangsöffnung liegt.

6. Laser nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlmittel vorgesehen ist, dessen Brechungsindex etwa gleich dem Brechungsindex des aktiven Lasermediums ist, das zwischen den Hauptflächen des aktiven Lasermediums und den dem Medium gegenüber stehenden Prismenflächen hindurch strömt, so daß der optisch kontinuierliche übergang zwischen dem aktiven Lasermedium und den Prismen durch das Kühlmittel hergestellt ist, daß weiterhin auf die Prismenflächen, auf die die Pump strahlung von außen auffällt, ein rechtwinkliges Prisma mit seiner dem rechten Winkel gegenüber liegenden Grundfläche aufgesetzt ist,

1/2 dessen Brechungsindex gleich oder größer als 2 ist, daß die Pumpstrahlungsquelle mehrere Prismen aufweist, die in Gruppen neben den beiden die Schenkel des rechten Winkels bildenden Seitenflächen dieses rechtwinkligen Prismas angeordnet sind, und daß zusätzliche Umkehrprismen derart auf dritte Seitenflächen der Prismen aufgesetzt sind, daß ein Lichtstrahl, der durch eine Eingangsöffnung in einer dieser dritten Flächen einfällt, mehrere

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Male durch das aktive Lasermedium hin und her reflektiert ist und nach jeder Reflection ein anderes Gebiet des Lasermdiums durchsetzt, bevor der Lichtstrahl den Laser durch eine Ausgangsöffnung verläßt, die in der gleichen Fläche wie die Eingangsöffnung liegt.

7. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Lasermedium in zwei plattenförmige Laserelemente unterteilt ist, deren Dicke geringer als die Abmessungen ihrer Hauptflächen sind, daß diese beiden Laserplatten in einem gewissen Winkel zueinander angeordnet sind, daß an die nach außen weisenden Hauptflächen der beiden Laserplatten Endprismen und an die beiden nach innen weisenden Hauptflächen der Laserplatten ein Mittelprisma angesetzt sind, derart¹, daß an den Berührungsflächen zwischen den Endprismen und den Hauptflächen der Laserplatten und zwischen dem Mittelprismen und den Hauptflächen der Laserplatten optisch kontinuierliche übergänge entstehen, daß mindestens eine weitere Fläche der Endprismen und des Mittelprismas von außen gleichförmig mit Pumpstrahlung bestrahlt ist, so daß auch die Hauptflächen der Laserplatten auf Grund von Reflektion und Brechung der Pumpstrahlung innerhalb der Prismen gleichförmig mit der Pumpstrahlung bestrahlt sind, und daß der Laserlichtstrahl der nach der Anregung der Laserplatten emittiert ist, längs einer Achse abgestrahlt ist, die durch die Berührungsflächen der Prismen mit den Laserplatten, nicht jedoch durch diejenigen Prismenflächen hindurchgeht, die von außen mit der Pumpstrahlung bestrahlt sind.·

8. Laser nach Anspruch 7 j dadurch gekennzeichnet, daß auf die von außen durch die Pumpstrahlung bestrahlten Prismenfläfhen ein Lichtleiter aufgesetzt ist, und daß der übergang zwischen dem Lichtleiter und den Prismenflächen so geartet ist, daß auf den Lichtleiter auffallende Pumpstrah· lung gleichförmig auf die Prismenflächen verteilt ist.

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9. Laser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer dritten Fläche des einen Endprismas gegenüberstehend ein den kohärenten Laserlichtstrahl total reflektierender Spiegel angeordnet ist, daß einer dritten Fläche des anderen Endprismas gegenüberstehend ein den kohärenten Laserlichtstrahl partiell reflektierender Spiegel angeordnet ist, und daß diese beiden Spiegel parallel zueinander angeordnet sind und die optische Achse schneiden, auf der der kohärente Laserlichtstrahl abgestrahlt ist.

10. Laser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlmittel vorgesehen ist, dessen Brechungsindex dem Brechungsindex der Laserplatten etwa gleich ist, und daß das Kühlmittel zwischen den Hauptflächen der Laserplatten und den diesen Hauptflächen gegenüberstehenden Prismenflächen hindurchströmt, so daß der optisch kontinuierliche übergang zwischen den Laserplatten und den Prismen durch das Kühlmittel hergestellt ist.

11. Laser.nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei rechtwinklige Prismen vorgesehen

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sind, deren Brechungsindex gleich oder größerr als 2 ist, daß diese rechtwinkligen Prismen auf diejenigen Flächen der Endprismen und des Mittekprismas aufgesetzt sind, auf die von außen die Pumpstrahlung auffällt, und daß die Pumpstrahlungsquelle mehrere Blitzlampen aufweist, die in Gruppen neben denjenigen Seitenflächen der rechtwinkligen Prismen angeordnet sind, die die chenkel der rechten Winkel bilden.

12. Laser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dritten Flächen der beiden Endprismen mehrere Umkehrprismen derart angeordnet sind, daß ein Lichtstrahl, der durch eine Eingangsöffnung in einer dieser dritten Flächen einfällt, mehrere Mal durch jeweils verschiedene Gebiete des aktiven Lasermediums hindurchreflektiert ist, bevor er den Laser durch eine Ausgangsöffnung verläßt, die in der gleichen Fläche wie die Eingangsöffnung liegt.

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13. Laser nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e η η ζ e i ch net, daß ein Kühlmittel vorgesehen ist, dessen Brechungsindex dem Brechungsindex der Laserplatten etwa gleich ist, daß das Kühlmittel zwischen den Hauptflächen der Laserplatten und den diesen Hauptflächen gegenüberstehenden Prismenfläehen. hindurchströmt, so daß der optisch kontinuierliche übergang zwischen den Laserplatten und den Prismen durch das Kühlmittel hergestellt ist, daß weiterhin rechtwinklige Prismen mit einem Bre-

1/2 chungsindex von gleich oder größer als 2 vorgesehen sind, daß diese rechtwinkligen Prismen mit ihren den rechten Winkeln gegenüberliegenden Grundflächen auf diejenigen Flächen der Endprismen und des Mitte.lprismas aufgesetzt sind, die von außen von der Pumpstrahlung bestrahlt sind, daß die Pumpstrahlungsquelie mehrere Blitzlampen aufweist, die gruppenweise neben denjenigen Seitenflächen der rechtwinkligen Prismen angeordnet sind, die die Schenkel der rechten Winkel bilden, und daß dritten Flächen der beiden Endprismen gegenüberstehend mehrere Umkehrprismen derart angeordnet sind, daß ein Lichtstrahl, der durch eine Eingangsöffnung in einer dieser dritten Flächen einfällt, mehrere Male durch jeweils verschiedene Gebiete des aktiven Lasermediums hindurchreflektiert ist, bevor er den Laser durch eine Ausgangsöffnung verläßt, die in der gleichen Fläche wie axe Eingangsöffnung liegt.

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