DE19506608C2 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung der dritten Harmonischen der Grundwellenstrahlung eines optisch angeregten Neodym enthaltenden Laserkristalls - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung der dritten Harmonischen der Grundwellenstrahlung eines optisch angeregten Neodym enthaltenden Laserkristalls, der sich in einem Resonator mit Resonatorspiegeln befindet, durch Summenfrequenzbildung zwischen der zweiten Harmonischen der Grundwellenstrahlung und der Grundwellenstrahlung in zwei durchstrahlten LBO-Kristallen.

Die Erfindung betrifft des weiteren eine Anordnung zur Erzeugung der dritten Harmonischen der Grundwellenstrahlung eines durch optische Strahlung angeregten Neodym enthaltenden Laserkristalls, der sich in einem Resonator mit Resonatorspiegeln befindet, wobei sich im Strahlungsbereich der austretenden Grundwellenstrahlung zwei LBO-Kristalle zur Bildung einer zweiten und dritten Harmonischen der Wellenlänge der Grundwellenstrahlung befinden.

Ein Verfahren mit den vorgenannten Merkmalen sowie eine Anordnung mit den vorgenannten Merkmalen sind aus der US 5 278 852 bekannt.

Die US 5 278 852 enthält darüber hinaus den Hinweis, daß die nichtlinearen Kristalle in bekannter Weise für Phasenanpassung anzuordnen sind, wobei sowohl Phasenanpassung vom Typ I als auch Phasenanpassung vom Typ II in Frage kommen.

In Aufsätzen von Wu, B. et al. in: "J. Appl. Phys., Vol. 73, No. 11, 1993, pp. 7108-7110" und von Lin, S. et al. in: "Appl. Phys. Lett., Vol. 59, No. 13, 1991, pp. 1541-1543" sind die Bedingungen für nichtkritische Phasenanpassung vom Typ I und Typ II in LBO diskutiert. Auf die Erzeugung der dritten Harmonischen und die dafür bei nichtkritischer Phasen­ anpassung erforderlichen Temperaturen wird darin allerdings nicht eingegangen.

Anordnungen zur Erzeugung der fünften Harmonischen mit drei in Reihe geschalteten nichtlinearen Kristallen, darunter auch LBO-Kristalle als Frequenzverdoppler, die für nichtkritische Phasenanpassung ausgelegt sind, sind aus der US 5 144 630 bekannt.

Die Summenfrequenzbildung in LBO ist aus den Druckschriften US 5 278 852 und US 5 144 630 bekannt.

In dem Buch "Solid State Laser Engineering" von W. Koechner, Springer-Verlag 1992 (3. Auflage), sind auf den Seiten 48 bis 53 die Grundlagen des Nd:YAG-Lasers mit dem zugehörigen Energieniveau-Schema (vgl. Seite 49) beschrieben.

Weiterhin sind aus der EP 0 306 136 A2 eine Laserquelle und ein Verfahren zur Erzeugung einer kohärenten blauen Strahlung bekannt, wobei zwei im Laser erzeugte Grundstrahlungen jeweils mit einer Wellenlänge von 808 nm und 1064 nm in einem nichtlinearen Kristall, der aus KTP besteht, gemischt werden; die dabei erzeugte Strahlung weist eine Wellenlänge von 459 nm (blau) auf.

Als problematisch kann sich hierbei die Einschränkung auf eine einzige Wellenlänge von 459 nm (blau) erweisen, falls eine physiologische Optimierung auf der Basis der Grundfarben rot, grün, blau erwünscht ist, bei der die Wellenlänge im Bereich von ca. 480 nm liegt; weiterhin ist nur eine begrenzte Energieeinstrahlung in die KTP-Kristalle möglich, da deren Zerstörschwelle gemäß Seite 525, Tabelle 10.1 des oben genannten Buches von W. Koechner im Bereich von 0,5 GW/cm² (sog. "damage threshold") liegt.

Hinsichtlich des Standes der Technik sei ergänzend noch auf Hodgson, N. et al., "Efficient 100 W Nd:YAG laser operating at a wavelength of 1.444 µm" in: Optics Letters, Vol. 19, No. 17, 1994, pp. 328-330, auf die DE 37 17 142 A1, auf Bowkett, G. C. et al., "Single mode 1.34 µm Nd:YVO₄ microchip laser with cw Ti:sapphire and diode laser pumping" in: Optics Letters, Vol. 19, No. 13, 1994, pp. 957-959 und auf Scheps, R. et al., "Internally Folded Nd:YAG and Nd:YVO₄ Lasers Pumped by Laser Diodes" in: IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 30, No. 9, 1994, pp. 2132-2135 hingewiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren sowie eine Anordnung zur Erzeugung der dritten Harmonischen der Grundwellenstrahlung eines optisch angeregten Neodym enthaltenden Laserkristalls bereitzustellen. Hierdurch soll eine blaue Laserlichtquelle angegeben werden, die auf unterschiedliche Wellenlängen des Blaulichts einstellbar ist und durch die eine möglichst hohe Ausgangsleistung des Blaulichts erzielbar ist.

Die Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, daß aus dem Laserkristall austretende Grundwellenstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 1318 bis 1444 nm in einen ersten LBO-Kristall mit X-Schnitt (Θ = 90°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ I Phasenanpassung oder im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II Phasenanpassung zur Bildung der zweiten Harmonischen der Grundwellenstrahlung und anschließend die zweite Harmonische der Grundwellenstrahlung und die Grundwellenstrahlung in einen zweiten LBO-Kristall im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II Phasenanpassung zur Bildung der dritten Harmonischen der Grundwellenstrahlung durch Summenfrequenzbildung eingestrahlt werden, wobei sich die Grundwellenstrahlung und die zweite Harmonische der Grundwellenstrahlung im jeweiligen Kristall in gleicher Richtung ausbreiten und eine Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 439 bis 481 nm erzeugt wird und wobei die beiden LBO-Kristalle auf verschiedenen Temperaturen im Bereich von -30°C bis +200°C gehalten werden.

Demzufolge kann als für die Erfindung wesentlich angesehen werden, welcher Typ der Phasenanpassung jeweils vorliegt und daß die Kristalle bei nichtkritischer Phasenanpassung auf verschiedenen Temperaturen zu halten sind. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß die Strahlung durch Temperaturstabilisierung der LBO-Kristalle stabil gehalten werden kann, wobei durch Temperatureinstellung eine Auswahl der erwünschten Wellenlänge möglich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 angegeben, wobei insbesondere darauf hingewiesen sei, daß durch dielektrische Beschichtung der Resonatorspiegel und/oder eines oder mehrerer Etalons im Resonator und/oder eines Prismas oder mehrerer Prismen im Resonator die Grundwellenstrahlung auf eine Wellenlänge im Bereich von ca. 1318 nm bis ca. 1444 nm in bevorzugter diskontinuierlicher Weise eingestellt werden kann.

Die vorgenannte Aufgabe wird anordnungsgemäß dadurch gelöst, daß entlang der Achse des Strahlengangs der Grundwellenstrahlung ein erster LBO-Kristall im X-Schnitt (Θ = 90°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ I Phasenanpassung oder im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II Phasenanpassung zur Erzeugung der zweiten Harmonischen der Grundwellenstrahlung und ein sich daran anschließender zweiter LBO-Kristall im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II Phasenanpassung zur Bildung der dritten Harmonischen durch Summenfrequenzbildung aus der Grundwellenstrahlung und der zweiten Harmonischen der Grundwellenstrahlung vorgesehen sind, wobei die beiden LBO-Kristalle auf verschiedenen Temperaturen im Bereich von -30°C bis +200°C eingestellt sind.

Demzufolge kann als für die Erfindung wesentlich angesehen werden, welcher Typ der Phasenanpassung jeweils vorliegt und daß die Kristalle bei nichtkritischer Phasenanpassung auf verschiedenen Temperaturen zu halten sind. Als besonders vorteilhaft erweist sich die Möglichkeit, hohe Strahlungsleistungen zu erzielen, da die Zerstörschwelle von LBO-Kristallen verhältnismäßig hoch liegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Patentansprüchen 7 bis 14 angegeben.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1a, 1b, 2 und 3 näher erläutert.

Fig. 1a zeigt schematisch den Aufbau einer Strahlungsanordnung mit entlang der optischen Achse angeordnetem Laser-Kristall, erstem und zweiten LBO-Kristall und sphärischen Laser- Resonatorspiegeln.

Fig. 1b zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung der in Fig. 1a gezeigten Strah­ lungsanordnung, in der die Polarisationsrichtungen von Grundwelle, 2. Harmonischer und 3. Harmonischer erkennbar sind.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Strahlungsanordnung und einem zweiten LBO-Kri­ stall als Überhöhungs-Resonator, wobei mit Hilfe eines sogenannten Seed-Laser eine Grund­ wellen-Anregungsfrequenz in den Strahlengang des Laser-Resonators eingekoppelt wird.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt den Strahlengang einer praktischen Ausführungsform, wobei der Strahlengang mit Hilfe eines zusätzlichen sphärischen Resonatorspiegels um 90° umgelenkt wird und der Strahlenaustritt über den zusätzlichen Resonatorspiegel erfolgt.

Gemäß Fig. 1a weist die Strahlungsanordnung einen stabförmigen Nd:YAG-Laserkristall 1 auf, der sich im Strahlungsbereich einer Anregungsquelle 2 befindet, die als kontinuierliche La­ serdiode oder auch als Bogenlampe ausgeführt ist; entlang seiner Längsachse 3 ist der Laser­ kristall 1 von zwei Resonatorspiegeln 4 und 5 umgeben, wobei sich im Strahlengang zwischen den Spiegeln ein erster LBO-Kristall 6 für Typ I-Wechselwirkung mittels unkritischer Phasen­ anpassung und ein zweiter LBO-Kristall 7 für Typ II-Wechselwirkung mittels unkritischer Pha­ senanpassung befinden.

Der erste LBO-Kristall 6 weist für Typ I-Wechselwirkung einen X-Schnitt auf, dessen Phasenan­ paßwinkel Θ = 90°, ϕ = 0° betragen; es ist jedoch auch möglich, einen LBO-Kristall mit Z- Schnitt zur Typ II-Wechselwirkung einzusetzen, wobei dann die Phasenanpaßwinkel Θ = 0°, ϕ = 0° betragen. Ein LBO-Kristall 6 mit X-Schnitt für Typ I-Wechselwirkung weist eine Orientie­ rung auf, bei der die X-Achse parallel zur Längsachse 3 des Lasers in Richtung Laserkristall verläuft, während die Y-Achse in horizontaler und die Z-Achse in vertikaler Richtung verlaufen.

Der zweite LBO-Kristall 7 weist einen Z-Schnitt mit Phasenanpaßwinkeln von Θ = 0°, ϕ = 0° auf; die Orientierung der Z-Achse verläuft parallel zur Laserachse in Richtung des Laserkristalls 2, während die Y-Achse in horizontaler und die X-Achse in vertikaler Richtung ausgerichtet sind. Die Orientierung der Kristallachsen der LBO-Kristalle 6 und 7 ist anhand Fig. 1b erkennbar. Die beiden LBO-Kristalle sind im Bereich ihrer Lichteintritts/Austrittsfläche jeweils mit einer di­ elektrischen Beschichtung versehen, um die Reflexion zu vermindern. Beide LBO-Kristalle 6 und 7 sind gemäß Fig. 1a jeweils von einer thermischen Isolierung 8, 9 umgeben, welche ent­ lang der Laserachse 3 strahlungsdurchlässige Öffnungen 11 aufweist. Jede der thermischen Isolierungen 8, 9 ist mit einer hier nicht dargestellten steuerbaren Wärmequelle und einem Temperatursensor versehen, um durch Vorgabe bestimmter Temperaturwerte eine Phasenan­ passung zur Erzeugung der erwünschten zweiten und dritten Harmonischen vorzunehmen; als Wärmequellen können gegebenenfalls auch Kühlvorrichtungen eingesetzt werden.

Die Resonatorspiegel 4 und 5 sind als dielektrische Spiegel ausgeführt, die Strahlung einer Wellenlänge von 1318.8 nm reflektieren und für Strahlung mit einer Wellenlänge von 1064.1 nm hochtransparent sind; sie sind als sphärische bzw. konkave Spiegel ausgeführt um eine hohe Intensität der Strahlung zur gewährleisten. Dadurch wird die Laser-Anordnung gezwungen, bei einer Wellenlänge von 1318.8 nm zu generieren. Als Anregungsquelle kann eine kontinuierlich arbeitende Laser-Diode oder eine Entladungslampe eingesetzt werden. Sie erfolgt vorzugswei­ se mit einem Dioden-Laser-Array bei ca. 808 nm. Die vom Laser-Kristall 1 erzeugte Grund­ strahlung von ca. 1318.8 nm wird durch die Resonatorspiegel 4, 5 rückgekoppelt, die Strahlung von 1064.1 nm kann nicht anschwingen; durch den nichtlinearen LBO-Kristall 6 wird ein Teil der Grundwellenstrahlung von ca. 1318.8 nm in die zweite Harmonische bei ca. 659.4 nm umge­ wandelt; die sogenannte zweite Harmonische wird auch als SHG (SHG - second harmonic ge­ neration) bezeichnet. Die SHG erfolgt vorzugsweise innerhalb des Resonators des Nd:YAG-Lasers, um eine hohe Umwandlungsrate zu erreichen; es ist jedoch auch möglich, so­ wohl LBO-Kristall 6 als auch LBO-Kristall 7 außerhalb des durch die Resonatorspiegel begrenz­ ten Resonatorraums anzuordnen.

Die verbleibende Grundwelle und die zweite Harmonische werden nun in dem zweiten LBO-Kri­ stall 7 zur Bildung der dritten Harmonischen, die auch als THG bezeichnet wird (THG - third harmonic generation), gemischt, um eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 439.6 nm zu er­ zeugen. Beide LBO-Kristalle 6, 7 werden durch eine Temperaturregelung auf der für den jewei­ ligen Prozeß optimale Temperatur thermostatisiert. Wie aus dem Buch "Solid State Laser Engineering" von W. Koechner, Springer-Verlag 1992, Seite 49 zu entnehmen ist, gestattet das Nd³⁺-Ion in YAG zwei 4-Niveau-Übergänge vom Zustand ⁴F_3/2 nach ⁴I_13/2 (Wellenlänge ca. 1.3 µm) und ⁴I_13/2 (Wellenlänge ca. 1.06 µm). Durch die Wirkung des elektrischen Feldes der Ionen des Wirtskristalls sind die oben genannten 3 Energieniveaus zusätzlich aufgespalten. Es erge­ ben sich eine Reihe von möglichen Laserübergängen, von denen diejenigen bei 1064.1 nm bzw. 1318.8 nm die jeweils größte Verstärkung aufweisen. Da jedoch der Verstärkungskoeffizi­ ent des Übergangs bei ca. 1064.1 nm ca. dreimal so hoch wie derjenige bei 1318.8 nm ist, muß durch geeignete Maßnahmen verhindert werden, daß der Laser bei ca. 1064.1 nm anschwingt. Dies wird durch die Resonatorspiegel 4, 5, erreicht, die eine hohe Reflexion bei ca. 1318.8 nm und eine hohe Transmission bei 1064.1 nm aufweisen.

Die Erzeugung der zweiten Harmonischen erfolgt innerhalb des Laser-Resonators mit Hilfe des ersten LBO-Kristalls 6 mittels Typ I-Phasenanpassung mit Phasenanpaßwinkeln von Θ = 90° und ϕ = 0°. Der LBO-Kristall 6 ist für die zweite Harmonische sowie für die Grundwellenstrah­ lung dielektrisch entspiegelt. Im zweiten LBO-Kristall werden mittels Typ II-Phasenanpassung mit einem Phasenanpaßwinkel von Θ = 0°, ϕ = 0° die Grundwellenstrahlung und die zweite Har­ monische gemischt, wobei der LBO-Kristall hierzu erwärmt wird. Als besonders vorteilhaft hat sich für die Erzeugung der dritten Harmonischen eine Erwärmung im Bereich von 160°C erge­ ben. Der zweite LBO-Kristall 7 ist mit einer dielektrischen Beschichtung versehen, um die Verlu­ ste für die Grundwellenstrahlung möglichst klein zu halten und einen optimalen Betrieb des La­ sers zu gewährleisten.

Anhand Fig. 1b sind die Polarisationsrichtungen der linear polarisierten Wellen λ₁, λ₂ und λ₃ erkennbar, wobei mit λ₁ die Grundwelle, mit λ₂ die 2. Harmonische und mit λ₃ die 3. Harmoni­ sche bezeichnet sind; der Vektor der Grundwelle liegt in der senkrecht zur Achse 3 des Strah­ lenganges angeordneten X'-Y'-Referenzebene bei 0° (d. h. in der Y'-Achse), der Vektor der 2. Harmonischen liegt bei 90° (d. h. in der X'-Achse) und der Vektor der 3. Harmonischen liegt ebenso wie der Vektor der Grundwelle bei 0° in der Referenzebene (in der Y'-Richtung); in ei­ ner bevorzugten Ausführungsform betragen die Wellenlängen der Grundwelle 1318,8 nm (Infra­ rotbereich des Spektrums), die Wellenlänge der 2. Harmonischen 659,4 nm (roter Bereich des Spektrums) und die Wellenlänge der 3. Harmonischen 439,6 nm (blauer Bereich des Spektrums).

Fig. 2 ist auf eine Modifikation der anhand Fig. 1a, 1b beschriebenen Bestrahlungsanord­ nung gerichtet, wobei der zweite LBO-Kristall 7 als monolitischer Überhöhungs-Resonator für die Strahlung bei ca. 659.4 nm dielektrisch verspiegelt wird. Mit Hilfe eines sogenannten Seed- Lasers 14 wird eine Grundwellen-Anregungsfrequenz in den Strahlengang des Laser-Resona­ tors eingekoppelt, deren im ersten LBO-Kristall erzeugte zweite Harmonische (SHG) mit einer Eigenfrequenz des monolitischen Resonators 7 übereinstimmt, so daß eine weitere Steigerung der Ausgangsleistung der Strahlung bei 439.6 nm erfolgt; das Prinzip eines sogenannten Seed- Lasers ist in der US 5 027 361 näher erläutert.

Die in Fig. 3 dargestellte Strahlungsanordnung weist zur Anregung eine GaAlAS-Laser­ diode 15 auf, deren Strahlung bei 808 nm über eine Kollimationsoptik 16 und Fokussierungsop­ tik 17 longitudinal in den Raum zwischen den Resonatorspiegeln 4 und 5 eingestrahlt wird; die Laser-Anordnung ist ähnlich aufgebaut, wie anhand der Fig. 1a, 1b erläutert, jedoch ist hier entlang des Strahlenganges 3 ein zusätzlicher Resonatorspiegel 18 vorgesehen, welcher zwi­ schen dem ersten LBO-Kristall 6 zur Erzeugung der zweiten Harmonischen und dem zweiten LBO-Kristall 7 zur Erzeugung der dritten Harmonischen angeordnet ist. Die Achse 3 des Strah­ lenganges im Resonator wird durch Resonatorspiegel 18 um 90° gedreht. Der Strahlenaustritt erfolgt durch den Resonatorspiegel 18 in der durch den Pfeil 20 dargestellten Richtung. Der Nd:YAG Laser-Kristall ist mit Bezugsziffer 1 bezeichnet.

Der LBO-Kristall 6 besitzt zwei polierte Flächen, die senkrecht zur kristallographischen X-Achse des Kristalls, d. h. senkrecht zur Achse 3 des Resonators angeordnet sind, wobei der Kristall so in den Strahlengang einjustiert ist, daß sich der Laserstrahl bei 1318.8 nm in Richtung der kri­ stallographischen X-Achse ausbreitet. Die Polarisationsrichtung der Strahlung bei 1318.8 nm wird parallel zur kristallographischen Z-Achse des Kristalls gewählt. Dies kann z. B. durch einen Polarisator 21 er reicht werden, der in den Strahlengang 3 gebracht wird.

Durch Kühlung des in einer thermischen Isolierung 8 befindlichen ersten LBO-Kristalls auf ei­ nen Wert von ca. -10°C wird die Brechzahl des Kristalls dahingehend verändert, daß die Er­ zeugung der zweiten Harmonischen (SHG) der Strahlung bei 1318.8 nm vorliegt. Der Kristall wird hierzu in einem Kyrostat angeordnet. Die Kühlung gegenüber der Umgebungstemperatur erfolgt vorzugsweise mit einem Peltierkühler, wie er handelsüblich ist. Der zweite LBO-Kristall 7 ist ebenfalls in einer thermischen Isolierung 9 angeordnet, wie dies bereits anhand der Fig. 1a, 1b beschrieben ist. Die Brechzahl des Kristalls wird durch eine Erwärmung auf eine Temperatur von ca. 160°C dahingehend verändert, daß Phasenanpassung für die Erzeugung der Summenfrequenz der Strahlungen bei 1318.8 nm und 659.4 nm vorliegt. Im folgenden wird die Betriebsweise der Laseranordnung nach Fig. 3 beschrieben.

Mittels eines wellenlängenselektiven Elements 22 (Etalon und/oder Prisma) und/oder selektiver Ver- bzw. entspiegelung der Resonatorspiegel 4, 5 und 18 kann der Betrieb des Nd:YAG-Lasers auf der jeweiligen Wellenlänge 1318.8 nm, 1320 nm, 1333.8 nm, 1335 nm, 1338.2 nm, 1341 nm, 1345 nm, 1414 nm und 1444 nm erzielt werden; der Einsatz von Etalons ist beispielsweise aus der Veröffentlichung "1.05-1.44 µm Tunability and Performance of the CW Nd³⁺:YAG Laser" von Jack Marling, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. QE-14, NO 1, JAN. 1978 bekannt. Die Temperatur des X-Schnitt-SHG-LBO-Kristalls 7 muß im Bereich von ca. 150°C bis ca. 300°C thermostatisiert werden.

Die GaAlAs-Laserdiode 15 inklusive Kollimationsoptik 16 emittiert Strahlung bei 808 nm. Diese Strahlung wird durch eine Fokussieroptik 17 longitudinal in den Laser-Resonator entlang der Achse 3 eingestrahlt, der durch die Resonatorspiegel 4, 5 und 18 gebildet ist. Innerhalb des Re­ sonators befindet sich der Laserkristall 1 aus laseraktivem Material Nd:YAG, welches die Strah­ lung der Pumplichtquelle bei 808 nm effektiv absorbiert. Dadurch wird das laseraktive Nd³⁺-Ion zur Emission von Strahlung entsprechend der Übergänge ⁴F_3/2 zu ⁴I_15/2, ⁴I_13/2, ⁴I_11/2, und ⁴I_9/2, ge­ mäß Seite 49, Fig. 2.5 des Buches von W. Koechner angeregt.

Die Resonatorspiegel 4, 5 und 18 sind für die Wellenlänge 1318.8 nm hochreflektierend ver­ spiegelt (entsprechend Übergang ⁴F_3/2 → ⁴I_13/2) und für 1064 nm entspiegelt. Dadurch wird der Laserübergang ⁴F_3/2 → ⁴I_11/2 (1064 nm) welcher an sich einen höheren Wirkungsquerschnitt der stimulierten Emission als der Übergang ⁴F_3/2 → ⁴I_13/2 besitzt, unterdrückt. Der Übergang ⁴F_3/2 → ⁴I_15/2 mit einer Wellenlänge von ca. 1800 nm besitzt einen wesentlich kleineren Wir­ kungsquerschnitt der stimulierten Emission als der Übergang ⁴F_3/2 → ⁴I_13/2 und kann damit ebenfalls nicht anschwingen. Der Übergang ⁴F_3/2 → ⁴I_9/2 (ca. 946 nm) kann als 3-Niveau-Laserübergang ebenfalls nicht anschwingen.

Durch die angegebene Art der hohen Verspiegelung der Resonatorspiegel bei 1318.8 nm wird verhindert, daß ein wesentlicher Anteil der generierten Laserstrahlung bei 1318.8 nm aus dem Resonator ausgekoppelt wird. Dadurch wird ein starkes Laserlichtfeld innerhalb des Resonators für diese Laserwellenlänge aufgebaut.

Die im ersten LBO-Kristall 6 entstehende Strahlung bei 659.4 nm (rot) ist parallel zur kristallo­ graphischen Y-Richtung des Kristalls polarisiert und breitet sich koaxial zur Grundwellenstrah­ lung bei 1318.8 nm aus.

Um einen optimalen Laserbetrieb bei 1318.8 nm zu gewährleisten, wird der LBO-Kristall 6 beid­ seitig auf seinen die Achse des Strahlenganges schneidenden Flächen für eine Wellenlänge von 1318.8 nm entspiegelt.

Um die im ersten LBO-Kristall 6 generierte Strahlung bei 659.4 nm vollständig zum zweiten LBO-Kristall 7 zu leiten, wird der Resonatorspiegel 18 zusätzlich zu der hochreflektierenden Verspiegelung bei 1318.8 nm ebenfalls für 659.4 nm hochreflektierend verspiegelt.

Im zweiten LBO-Kristall 7 werden die beiden Strahlungen bei 1318.8 nm und 659.4 nm ge­ mischt. Die entstehende Strahlung besitzt eine Wellenlänge von 439.6 nm (blau). Der LBO-Kri­ stall 7 besitzt dazu zwei polierte Flächen, die senkrecht zur kristallographischen Z-Achse des Kristalls angeordnet sind. Der Kristall wird so in den Strahlengang der Strahlungen bei 1318.8 nm und 659.5 nm justiert, daß sich diese beiden Strahlungen parallel zur Z-Achse des Kristalls ausbreiten. Zusätzlich ist der Kristall so angeordnet, daß die Strahlung bei 1318.8 nm parallel zur kristallographischen X-Achse des Kristalls und die Strahlung bei 659.4 nm parallel zur kri­ stallographischen Y-Achse des Kristalls polarisiert sind.

Um einen optimalen Laserbetrieb bei 1318.8 nm zu gewährleisten, wird der zweite LBO-Kristall 7 ebenfalls beidseitig auf seinen die Achse des Strahlenganges senkrecht schneidenden Flä­ chen für eine Wellenlänge von 1318.8 nm entspiegelt.

Um eine optimale Auskopplung der erzeugten Strahlung bei 439.6 nm aus dem Laser-Resona­ tor zu erreichen, wird der LBO-Kristall 7 zusätzlich zur Entspiegelung für 1318.8 nm noch für 439.6 nm entspiegelt. Der Resonatorspiegel 5 wird zusätzlich zur Verspiegelung bei 1318.8 nm auch für 439.6 nm verspiegelt.

Zusätzlich zu der Verspiegelung bei 1318.8 nm und 659.4 nm wird der Resonatorspiegel 18 für die Strahlung 439.6 nm entspiegelt. Die Strahlung bei 439.6 nm wird dadurch am Resonator­ spiegel 18 aus dem Laser-Resonator in Richtung des Pfeils 20 ausgekoppelt und steht für die Anwendung zur Verfügung.

Claims (14)

1. Verfahren zur Erzeugung der dritten Harmonischen der Grundwellenstrahlung eines optisch angeregten Neodym enthaltenden Laserkristalls (1), der sich in einem Resonator mit Resonatorspiegeln (4, 5; 4, 18, 5) befindet, durch Summenfrequenzbildung zwischen der zweiten Harmonischen der Grundwellenstrahlung und der Grundwellenstrahlung in zwei durchstrahlten LBO-Kristallen (6, 7), dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Laserkristall (1) austretende Grundwellenstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 1318 bis 1444 nm in einen ersten LBO-Kristall (6) mit X-Schnitt (Θ = 90°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ I Phasenanpassung oder im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II Phasenanpassung zur Bildung der zweiten Harmonischen der Grundwellenstrahlung und anschließend die zweite Harmonische der Grundwellenstrahlung und die Grundwellenstrahlung in einen zweiten LBO-Kristall (7) im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II Phasenanpassung zur Bildung der dritten Harmonischen der Grundwellenstrahlung durch Summenfrequenzbildung eingestrahlt werden, wobei sich die Grundwellenstrahlung und die zweite Harmonische der Grundwellenstrahlung im jeweiligen Kristall (6, 7) in gleicher Richtung ausbreiten und eine Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von ca. 439 bis 481 nm erzeugt wird und wobei die beiden LBO-Kristalle (6, 7) auf verschiedenen Temperaturen im Bereich von -30°C bis +200°C gehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundwellenstrahlung mit Hilfe eines Nd:YAG-Laserkristalls (1) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch dielektrische Beschichtung der Resonatorspiegel (4, 5; 4, 18, 5) und/oder eines oder mehrerer Etalons (22) im Resonator und/oder eines Prismas oder mehrerer Prismen (22) im Resonator die Grundwellenstrahlung auf eine Wellenlänge im Bereich von ca. 1318 nm bis ca. 1444 nm eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundwellenstrahlung mit Hilfe eines Nd:Sc₂O₃-Laserkristalls bei einer Wellenlänge von ca. 1367 nm oder mit Hilfe eines Nd: YVO₄-Laserkristalls bei einer Wellenlänge von ca. 1340 nm erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anregung des Laserkristalls (1) durch kontinuierliche Strahlung erfolgt.

6. Anordnung zur Erzeugung der dritten Harmonischen der Grundwellenstrahlung eines durch optische Strahlung angeregten Neodym enthaltenden Laserkristalls (1), der sich in einem Resonator mit Resonatorspiegeln (4, 5; 4, 18, 5) befindet, wobei sich im Strahlungsbereich der austretenden Grundwellenstrahlung zwei LBO-Kristalle (6, 7) zur Bildung einer zweiten und dritten Harmonischen der Wellenlänge der Grundwellenstrahlung befinden, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Achse (3) des Strahlengangs der Grundwellenstrahlung ein erster LBO-Kristall (6) im X-Schnitt (Θ = 90°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ I Phasenanpassung oder im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II Phasenanpassung zur Erzeugung der zweiten Harmonischen der Grundwellenstrahlung und ein sich daran anschließender zweiter LBO-Kristall (7) im Z-Schnitt (Θ = 0°; Φ = 0°) für nichtkritische Typ II Phasenanpassung zur Bildung der dritten Harmonischen durch Summenfrequenzbildung aus der Grundwellenstrahlung und der zweiten Harmonischen der Grundwellenstrahlung vorgesehen sind, wobei die beiden LBO-Kristalle (6, 7) auf verschiedenen Temperaturen im Bereich von -30°C bis +200°C eingestellt sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Laserkristall (1) und dem ersten und dem zweiten LBO-Kristall (6, 7) bestehende Anordnung entlang der Achse (3) ihres Strahlenganges an ihren äußeren Enden jeweils von einem Resonatorspiegel (4, 5) seitlich umgeben ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (3) des Strahlenganges durch wenigstens einen Umlenkspiegel (18) abgelenkt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (18) zur Auskopplung des Laserstrahls teildurchlässig ausgebildet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang mit Hilfe von Umlenkspiegeln (18) als Ring oder Polygon ausgebildet ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden LBO-Kristalle (6, 7) jeweils in einem Thermostaten (8, 9) angeordnet ist, der entlang der Achse (3) des Strahlenganges strahlungsdurchlässig ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite LBO-Kristall (7) auf seinen die Achse (3) schneidenden optischen Flächen hochreflektierend für die Strahlung der zweiten Harmonischen verspiegelt ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anregung des Nd:YAG-Kristalls (1) eine Entladungslampe mit blitzförmiger Entladung vorgesehen ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur optischen Anregung des Nd:YAG-Laserkristalls (1) ein Halbleiter-Laser vorgesehen ist.