DE19531756C1 - Lasersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lasersystem mit einem in­ nerhalb eines Laserresonators vorgesehenen laseraktiven Medi­ um, bei dem die äußeren Begrenzungsflächen des Laserresona­ tors eine hoch- bzw. teilreflektierende Spiegelanordnung auf­ weisen.

Bei einem solchen Lasersystem bestehen die seitlichen Begren­ zungen des laseraktiven Mediums im Falle von Gaslasern aus den seitlichen Begrenzungen der Laserkammer, und im Falle von Festkörperlasern aus den seitlichen Begrenzungen des Laser­ kristalls. Insbesondere an diesen seitlichen Begrenzungen finden Reflexionen von spontan bzw. induziert emittierten Photonen statt, die durch Rückreflexion in das verstärkende laseraktive Medium dort zu Verlusten für den eigentlich ge­ wünschten Grundmodus sowie zu Instabilitäten (Rauschen) der gewünschten Laserstrahlung führen können. Dieser störende Ef­ fekt ist dann besonders groß, wenn an den Rändern der den Re­ sonator begrenzenden äußeren Flächen Totalreflexion stattfin­ det, und das laseraktive Medium hochverstärkend ist. Bei den bisher bekanntgewordenen Lasersystemen wurde die Anregung von höheren Moden, obwohl häufig unerwünscht, in Kauf genommen oder mittels anderer Maßnahmen unterdrückt. Gleiches gilt für die höheren Schwellen, geringeren Wirkungsgrade, sowie für das Rauschen, welche unter anderem durch die erwähnten Ver­ lustmechanismen verursacht werden.

Aus der DE 42 07 824 A1 ist ein Laserkristall für einen Fest­ körperlaser oder -verstärker bekanntgeworden, bei dem der La­ serkristall aus einem das Pumplicht nichtabsorbierenden und einem absorbierenden Material mit gleichem Brechungsindex und thermischem Ausdehnungskoeffizienten schichtweise aufgebaut ist, und diese Schichten nach dem Verfahren des "optischen Kontakts" miteinander verbunden sind. Insbesondere bestehen die Schichten aus dotiertem und undotiertem Material des gleichen Wirtsgitterkristalls oder Wirtsgitterglases. Durch diese Maßnahme wird neben einer Erhöhung des Wirkungsgrades eine verbesserte Strahlqualität bei vermindertem Kühlungsbe­ darf des Lasersystems erzielt.

Aus der JP-PATENT ABSTRACTS 07111350 A ist ein Festkörperla­ ser bekanntgeworden, bei dem der Kernbereich des stabförmigen neodymdotierten YAG-Laserkristalls mit einem Mantelmaterial aus undotiertem YAG-Kristall umgeben ist, welches gegenüber dem Kernmaterial brechungsindexangepaßt ist und im wesentli­ chen keine Absorption des Anregungslichtes und des Laserlich­ tes zuläßt. Durch diese Maßnahme soll eine annähernd gleich­ förmige Ausbildung der Laserverstärkung erzielt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lasersystem zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Anregung von höheren Moden und die dadurch verursachten Verluste vermindert oder besei­ tigt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Lasersystem nach Anspruch 1 ge­ löst.

Die Erfindung sieht vor, die äußeren, insbesondere die seit­ lichen Begrenzungen des aktiven Lasermediums und/oder wenig­ stens teilweise (außerhalb der für den gewünschten Modus er­ forderlichen aktiven Laserspiegelbereiche) die stirnseitigen Endbegrenzungen mit einer für die Wellenlänge der Laserstrah­ lung reflexionsvermindernden oder absorptiven Beschichtung zu versehen, um eine störende Rückreflexion von Photonen in das laseraktive Medium zu unterbinden. Hierbei ist es für die ab­ sorptive Wirkung des aufgebrachten Beschichtungsmaterials von Vorteil, wenn sein Brechungsindex dem Brechungsindex des Ma­ terials des laseraktiven Mediums angepaßt ist, oder, zur Ver­ meidung von Totalreflexion, einen etwas größeren Wert als der des laseraktiven Mediums besitzt.

Wird der Laser optisch gepumpt, kann es insbesondere bei transversaler Pumpanordnung notwendig sein, daß die für die Laserstrahlung absorptive Beschichtung für die Pumpstrahlung durchlässig ist oder die absorptive Schicht an den Eintritts­ stellen des Pumplichtes entfernt ist. Bei longitudinaler Pump­ anordnung kann die absorptive Schicht sowohl für die Laser-, als auch die Pumpstrahlung absorptive Wirkung zeigen.

Die absorptive bzw. reflexionsvermindernde Beschichtung kann aus Metall, Halbleitermaterial, dielektrischen Material, so­ wie aus Kunststoff bestehen. Die Materialien können aufge­ dampft, gesputtert, mechanisch aufgebracht (insbesondere ge­ spritzt) oder auf sonstige Weise aufgebracht sein.

Bei einer bevorzugten Anwendung bezieht sich die Erfindung auf einen Nd:YAG-Laser mit einem stabförmigen Kristall als laserakti­ ven Medium. Der Laser kann vorzugsweise in transversaler Richtung diodengepumpt sein.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei­ spiels anhand der Figur.

Der in der Figur dargestellte Nd:YAG-Laser 1 besitzt ein in­ nerhalb des Laserresonators 2 vorgesehenes laseraktives Medi­ um 3 in der Form eines stabförmigen Kristalles, bei welchem Laserreso­ nator 2 die äußeren Begrenzungen 4 und 5 wenigstens teilweise eine hoch- bzw. teilreflektierende Spiegelschicht aufweisen. Die seitlichen Begrenzungsflächen 4 des Laserresonators 2 ist mit einer reflexionsvermindernden und/oder absorptiven Be­ schichtung 6 annähernd voll flächig mit Ausnahme eines frei­ bleibenden Eintrittsfensters 7 für die Laserpumpstrahlung 8 versehen. Das Laserlicht 9 tritt aus der Laseröffnung 10 un­ beeinflußt von der reflexionsvermindernden und/oder absorpti­ ven Beschichtung 6 aus. Für den Einsatz als Hochleistungsla­ serdiode weist das Material der Absorptionsschicht 14 bis 17 insbesondere Germanium oder Silizium auf.

Claims (7)

1. Lasersystem mit einem innerhalb eines Laserresonators (2) vorgesehenen laseraktiven Medium (3), bei dem die äußeren Be­ grenzungen (4, 5) des Laserresonators wenigstens teilweise eine hoch- bzw. teilreflektierende Spiegelanordnung aufwei­ sen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der äußeren Begrenzungsflächen (4, 5) des la­ seraktiven Mediums (3) mit Ausnahme einer den Austritt des Laserlichtes (9) erlaubenden Laseröffnung (10) wenigstens an­ nähernd vollflächig mit einer Beschichtung (6) aus einem für das Laserlicht (9) reflexionsvermindernden und/oder absorptiven Mate­ rial versehen ist.

2. Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (6) ein gegenüber dem Material des laserak­ tiven Mediums brechungsindexangepaßtes Material aufweist.

3. Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die reflexionsvermindernde und/oder absorptive Be­ schichtung (6) für eine Laserpumpstrahlung (8) wenigstens teilweise durchlässig ist.

4. Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die äußeren Begrenzungsflächen des laseraktiven Me­ diums (3) ein Eintrittsfenster (7) zur Einstrahlung einer La­ serpumpstrahlung (8) in das laseraktive Medium aufweisen, und die reflexionsvermindernde und/oder absorptive Beschichtung (6) auf den äußeren Begrenzungsflächen (4, 5) des laserakti­ ven Mediums (3) mit Ausnahme des Eintrittsfensters (7) zur Einstrahlung der Laserpumpstrahlung (8) und mit Ausnahme der den Austritt des Laserlichtes erlaubenden Laseröffnung (10) wenigstens annähernd voll flächig auf den äußeren Begrenzungs­ flächen (4, 5) des laseraktiven Mediums (3) aufgebracht ist.

5. Lasersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde und/oder absorptive Beschichtung (6) für die Laserpumpstrahlung (8) wenigstens teilweise un­ durchlässig ist.

6. Lasersystem nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der reflexionsvermindernden und/oder absorp­ tiven Beschichtung (6) ein Metall, ein Halbleitermaterial, ein dielektrisches Material oder ein Kunststoffmaterial auf­ weist, welches auf der äußeren Begrenzungsfläche (4, 5) des laseraktiven Mediums (3) aufgedampft, gesputtert oder mecha­ nisch aufgebracht, insbesondere gespritzt ist.

7. Lasersystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasersystem ein Nd:YAG-Laser (1) mit einem stabförmi­ gen Kristall als laseraktives Medium (3) ist.