DE19548635A1 - Festkörperlaservorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fest­ körperlaservorrichtung und eine Festkörperlaserver­ stärkungsvorrichtung, die in der Lage ist, einen Hochleistungslaserstrahl mit hoher Qualität bei sta­ bilen Bedingungen zu erzeugen und die einen kosten­ günstigen Aufbau aufweist.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des Aufbaus einer Festkörperlaservorrichtung nach dem Stand der Tech­ nik, wie sie beispielsweise in der Veröffentlichung "Solid-State Laser Engineering", Springer-Verlag, Seiten 119 bis 120 beschrieben ist. In dieser Figur bezeichnen das Bezugszeichen 1 einen Reflexionsspie­ gel, 2 einen teilweise reflektierenden Spiegel, 3 ein Festkörperelement, das ein aktiviertes Festkörperme­ dium enthält. Als ein Beispiel eines YAG-Lasers ent­ spricht dieses Festkörperelement Nd:YAG (Nd: Yttrium Aluminium Garnet), in dem Nd als das aktivierte Fest­ körpermedium dotiert ist. Das Bezugszeichen 4 be­ zeichnet eine Anregungslichtquelle, zum Beispiel ei­ nen Halbleiterlaser, bei dem GaAlAs eine Hauptkompo­ nente ist. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Span­ nungsquelle zum Ansteuern der Anregungslichtquelle, 6 zeigt eine Kondensorlinse und 7 ist ein Laserstrahl, der in einem von den Spiegeln 1 und 2 gebildeten La­ serresonator erzeugt wird. Das Bezugszeichen 10 be­ zeichnet eine solche optische Dünnschicht, durch die der Reflexionsspiegel 1 den Laserstrahl 7 totalre­ flektiert und den Laserstrahl des Halbleiterlasers totaltransmittiert, das Bezugszeichen 40 bezeichnet das von dem Halbleiterlaser 4 emittierte Laserlicht, 70 bezeichnet einen Laserstrahl, der extern von dem teilreflektierenden Spiegel 2 hergeleitet wird und 100 bezeichnet eine Grundplatte.

Die Festkörperlaservorrichtung nach dem Stand der Technik ist wie oben aufgebaut, bei der das Laser­ licht des von der Spannungsquelle 5 versorgten Halb­ leiterlasers 4 zu der Randebene des Festkörperelemen­ tes 3 durch die Kondensorlinse 6 geleitet wird und zur Erregung des Festkörperelementes 3 verwendet, das als Laserverstärkungsmedium dient. Das von dem Laser­ verstärkungsmedium emittierte natürliche Emissions­ licht wird verstärkt, während das natürliche Emis­ sionslicht zwischen den von den Spiegeln 1 und 2 ge­ bildeten Resonatoren hin und her reflektiert wird, wodurch der Laserstrahl 7 mit einer besseren Recht­ fähigkeit erzielt wird. Wenn die Intensität dieses Laserstrahls 7 einen vorgewählten Wert erreicht, wird der Laserstrahl 7 außerhalb des Resonators als Laser­ strahl 70 emittiert.

Da bei der oben beschriebenen Festkörperlaservorrich­ tung nach dem Stand der Technik das Laserlicht von dem Halbleiterlaser zu der Kantenfläche des Festkör­ perelementes geleitet wird, wird der Bereich des Ele­ mentes nahe dieser Kantenfläche intensiv erregt. Wenn das Festkörperelement durch solch einen Hochlei­ stungshalbleiterlaser erregt wird, um ein Hochlei­ stungsausgangssignal zu erzeugen, wird eine Lichtin­ tensitätsverteilung in dem Festkörperelement erzeugt, bei der die Strahlenform zusammenbricht. Als Ergebnis kann kein Hochleistungslaserstrahl mit hoher Qualität erzeugt werden.

Da darüber hinaus in der Festkörperlaservorrichtung nach dem Stand der Technik der Absorptionskoeffizient des Festkörperelementes von der Wellenlänge des Halb­ leiterlasers abhängt, muß die Wellenlänge des Halb­ leiterlasers so gewählt werden, daß sie mit der Ab­ sorptionswellenlänge des Festkörperelementes überein­ stimmt, um einen stabilen Betrieb zu erzielen. Fig. 2 stellt graphisch eine Beziehung zwischen der Wellen­ länge eines Halbleiterlasers und einem Erregungswir­ kungsgrad dar, wenn ein Nd:YAG Laser als Beispiel verwendet wird. Um einen solchen stabilen Betrieb zu erzielen, daß die Erregungsschwingungswirksamkeit konstant gemacht wird, wird ein Halbleiterlaser mit einer Mittenlänge von 810 nm gewählt und die Tempera­ tur muß gesteuert werden. Folglich treten Probleme dahingehend auf, daß der Aufbau der oben erwähnten Festkörperlaservorrichtung nach dem Stand der Technik sehr komplex wird, die Ausbeute der Herstellung des Halbleiterlasers verringert wird und die Herstel­ lungskosten erhöht werden, wodurch eine Festkörperla­ servorrichtung hoher Kosten geliefert wird.

Darüber hinaus besitzt die Laservorrichtung nach dem Stand der Technik noch weitere Probleme. Da die La­ servorrichtung so aufgebaut ist, daß das Laserlicht des Halbleiterlasers durch die Sammellinse auf einen Punkt des Festkörperelementes kondensiert wird, damit dieses erregt wird, wird, wenn die Strahlprojektions­ richtung des Halbleiterlasers aufgrund von mechani­ schen Schwingungen variiert wird, die Lage der Erre­ gungseinheit verändert. Somit kann keine stabile La­ seroszillation hergestellt werden. Auch wenn ein Halbleiterlaser durch einen anderen Halbleiterlaser aufgrund des Endes der Lebensdauer ersetzt wird, muß für den ersetzten Halbleiterlaser eine feine Posi­ tions/Winkeleinstellung vorgenommen werden.

Die vorliegende Erfindung soll die oben erwähnten Probleme lösen, und der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Festkörperlaservorrichtung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau aufweist und bei geringen Kosten hergestellt werden kann, und bei der das Festkörperelement von einer Seitenfläche gleich­ mäßig erregt werden kann, so daß ein Hochleistungs­ laserverstärkungsmedium bei hoher Qualität erhalten werden kann. Weiterhin soll der Schwingungswirkungs­ grad konstant bleiben, selbst wenn die Wellenlänge der Erregungslichtquelle geändert wird. Weiterhin soll selbst bei mechanischen Vibrationen der Festkör­ perlaser bei stabilen Bedingungen mit wenig Ausgangs­ signaländerungen schwingen, so daß ein Hochleistungs­ laserstrahl mit besserer Qualität stabil erzeugt wird. Weiterhin soll die Anregungslichtquelle einfach austauschbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Festkörperlaservorrichtung wird das von der Anregungslichtquelle emittierte An­ regungslicht in die Lichtsammelvorrichtung durch min­ destens einen Öffnungsbereich geleitet, der in der Lichtsammelvorrichtung vorgesehen ist, die durch das Festkörperelement unter Einschließung des Strömungs­ rohrs gehalten wird, und dann wird das Festkörperele­ ment von der Seitenfläche bei dem Stadium erregt, bei dem dieses Anregungslicht in der Lichtsammelvorrich­ tung aufgeweitet wird. Das Licht, das nicht von dem Festkörperelement absorbiert wurde, wird an der In­ nenfläche der Lichtsammelvorrichtung gestreut und reflektiert und das gestreute, reflektierte Licht erregt erneut das Festkörperelement von der Seiten­ fläche. Die Erregungslichtkomponenten, die von dem Festkörperelement absorbiert wurden, und somit nicht zu Laserlicht werden können, werden in Wärme umgewan­ delt und dann wird das von dieser Wärme aufgeheizte Festkörperelement durch das durch das Strömungsrohr fließende Kühlmedium gekühlt, das um das Festkörper­ element herum angeordnet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Festkörperlaservorrichtung bzw. Festkörperlaserverstärkungsvorrichtung wird das von der Anregungslichtquelle emittierte Anregungs­ licht in die Lichtsammelvorrichtung über den in der Lichtsammelvorrichtung vorgesehenen Öffnungsbereich geleitet, wobei beide Bandbereiche durch die Seiten­ platten gehalten werden und dann wird das Festkörper­ element bei dem Stadium, bei dem dieses Anregungs­ licht in der Lichtsammelvorrichtung aufgeweitet wird, erregt. Das Licht, das nicht von dem Festkörperele­ ment absorbiert wurde, wird an der Innenfläche der Lichtsammel- bzw. Lichtkondensorvorrichtung gestreut und reflektiert und das gestreute/reflektierte Licht erregt erneut das Festkörperelement von der Seiten­ fläche her. Die Anregungslichtkomponenten, die von dem Festkörperelement absorbiert wurden und somit nicht zu dem Laserlicht beitragen können, werden in Wärme umgewandelt und das von dieser Wärme aufgeheiz­ te Festkörperelement wird durch ein Kühlmedium ge­ kühlt, das durch ein um das Festkörperelement herum angeordnetes Strömungsrohr fließt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das von der Anregungslichtquelle emittierte An­ regungslicht in die Lichtkondensorvorrichtung über den in der Lichtkondensorvorrichtung vorgesehenen Öffnungsbereich geleitet, wobei die Lichtkondensor- oder Sammelvorrichtung durch die Grundplatte gestützt wird, und dann wird das Festkörperelement bei dem Stadium, bei dem das Anregungslicht in der Lichtsam­ melvorrichtung aufgeweitet wird, erregt. Das Licht, das nicht von dem Festkörperelement absorbiert wurde, wird an der Innenfläche der Lichtsammelvorrichtung gestreut und reflektiert und das gestreute/reflek­ tierte Licht erregt erneut das Festkörperelement von der Seitenfläche. Die Erregungslichtkomponenten, die von dem Festkörperelement absorbierten wurden und somit nicht zu dem Laserlicht beitragen können, wer­ den in Wärme umgewandelt und das von dieser Wärme aufgeheizte Festkörperelement wird durch ein Kühlme­ dium gekühlt, das durch das um das Festkörperelement herum angeordnete Strömungsrohr fließt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung wird das von der Anregungslichtquelle emittierte Anregungslicht in die Lichtsammelvorrich­ tung über den in der Seitenfläche der Lichtsammelvor­ richtung vorgesehenen Öffnungsbereich geleitet, wobei die Lichtsammelvorrichtung mit der Brechungs/Refle­ xionsfläche mittels des optischen Elementes zum Über­ tragen des Anregungslichts durch die innere Totalre­ flexion ausgerüstet ist. Dann erregt das geleitete Anregungslicht das Festkörperelement von der Seiten­ fläche bei dem Stadium, bei dem dieses Anregungslicht in der Lichtsammelvorrichtung aufgeweitet wird. Das Anregungslicht, das nicht durch das Festkörperelement absorbiert wurde, wird durch die Innenfläche der Lichtsammelvorrichtung gestreut/reflektiert und das gestreute/reflektierte Licht erregt erneut das Fest­ körperelement von der Seitenfläche her.

Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das von der Anregungslichtquelle emit­ tierte Anregungslicht in die Lichtsammelvorrichtung über den Öffnungsbereich geleitet, der in der Seiten­ fläche der mit der Diffusions/Reflexionsfläche ver­ sehenen Lichtsammelvorrichtung ausgebildet ist, mit­ tels des optischen Elementes zum Übertragen des Anre­ gungslichtes durch die durch den optischen Dünnfilm bewirkte Totalreflexion. Dann erregt das geleitete Anregungslicht erneut das Festkörperelement von sei­ ner Seitenfläche her bei dem Stadium, bei dem dieses Anregungslicht in der Lichtsammelvorrichtung aufge­ weitet wird. Das Anregungslicht, das noch nicht von dem Festkörperelement absorbiert wurde, wird an der Innenfläche der Lichtsammelvorrichtung gestreut und reflektiert und das gestreute/reflektierte Licht er­ regt erneut das Festkörperelement von seiner Seiten­ fläche.

Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das von der Anregungslichtquelle emit­ tierte Anregungslicht in die Lichtsammelvorrichtung über den Öffnungsbereich geleitet, der auf der Sei­ tenfläche der Lichtsammelvorrichtung vorgesehen ist, die mit der Diffusions/Reflexionsfläche ausgerüstet ist, wobei die Weiterleitung über das optische Ele­ ment durchgeführt wird, das den in einer Linsenform verteilten Brechungsindex aufweist. Dann erregt das Anregungslicht das Festkörperelement von seiner Sei­ tenfläche her bei dem Stadium, bei dem dieses Anre­ gungslicht in der Lichtsammelvorrichtung aufgeweitet wird. Das Anregungslicht, das nicht von dem Festkör­ perelement absorbiert wurde, wird an der Innenfläche der Lichtsammelvorrichtung gestreut und reflektiert und das gestreute/reflektierte Licht erregt erneut das Festkörperelement von seiner Seitenfläche her.

In der Festkörperlaserverstärkungsvorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel sind eine Mehrzahl von Öffnungsbereichen vorgesehen und die jeweiligen Positionen der Mehrzahl von Öffnungsbereichen werden an mindestens einer Stelle geändert, wenn von der axialen Richtung des Festkörperelementes betrachtet wird, so daß die Einfallsposition des Erregungslich­ tes auf das Festkörperelement variiert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Festkör­ perlaservorrichtung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine erläuternde Kennlinie zum Erklä­ ren des Betriebes der Festkörperlaser­ vorrichtung nach dem Stand der Tech­ nik,

Fig. 3 einen Aufbau einer Festkörperlaservor­ richtung nach dem ersten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 eine erläuternde Kennlinie zum Be­ schreiben des Betriebes der Festkör­ perlaservorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 eine Kennlinie zur Erklärung des Be­ triebes der Festkörperlaservorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 einen Aufbau einer anderen Festkörper­ laservorrichtung nach dem ersten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung,

Fig. 7 einen Aufbau einer Festkörperlaservor­ richtung nach einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung,

Fig. 8 einen Aufbau einer Festkörperlaservor­ richtung nach einem dritten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 9 einen Aufbau einer Festkörperlaservor­ richtung nach einem vierten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 10 einen Aufbau einer anderen Festkörper­ laservorrichtung nach dem vierten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung,

Fig. 11 schematisch einen Aufbau einer Fest­ körperlaservorrichtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung,

Fig. 12 schematisch einen Aufbau einer Fest­ körperlaservorrichtung nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der Er­ findung,

Fig. 13 schematisch einen Aufbau einer Fest­ körperlaservorrichtung nach einem sie­ benten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, und

Fig. 14 schematisch einen Aufbau einer Fest­ körperlaservorrichtung nach einem ach­ ten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 3 zeigt einen Aufbau einer Festkörperlaservor­ richtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 3A ist ein Längsschnitt durch die Festkörperlaservorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 3B zeigt einen Querschnitt durch diese Festkörperlaservorrichtung und Fig. 3C zeigt eine Seitenflächenaufbaudarstellung einer Lichtsammelvorrichtung, wie sie von der Querrichtung gesehen wird. In dieser Zeichnung bezeichnen die Be­ zugszeichen 1, 2, 3, 4, 5, 7, 40, 70 und 100 die gleichen Bauteile wie die, die in der Festkörperla­ servorrichtung nach dem Stand der Technik verwendet werden. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Lichtsam­ melvorrichtung bzw. Lichtkondensorvorrichtung, die so angeordnet ist, daß sie das Festkörperelement 3 um­ gibt, und deren Innenfläche als Diffusions/Refle­ xionsfläche ausgebildet ist. Die Lichtsammelvorrich­ tung 8 ist so aufgebaut, daß eine Vielzahl von Licht­ sammelvorrichtungen längs der axialen Richtung des Festkörperelementes 3 angeordnet sind. Das Bezugszei­ chen 20 bezeichnet ein Strömungsrohr. Kühlwasser fließt zwischen dem Strömungsrohr 2 und dem Festkör­ perelement 3. Darüber hinaus wird die Lichtsammelvor­ richtung 8 durch das Strömungsrohr 20 in der Weise gehalten, daß dieses Strömungsrohr von der Lichtsam­ melvorrichtung 8 eingeschlossen wird. Das Bezugszei­ chen 80 zeigt einen Öffnungsbereich, der in einem Teil der Seitenfläche der Lichtsammelvorrichtung 8 geöffnet ist. Das Bezugszeichen 101 gibt eine Seiten­ platte zum Abstützen des Strömungsrohrs 20 an.

Bei der Festkörperlaservorrichtung entsprechend dem obigen Aufbau ist das das aktivierte Festkörpermedium enthaltende Festkörperelement 3 in der Lichtsammel­ vorrichtung angeordnet, die beispielsweise aus Kera­ mik hergestellt ist und deren Innenfläche als Diffu­ sions/Reflexionsfläche ausgebildet ist. Das Festkör­ perelement 3 wird durch das Anregungslicht 40 erregt, das von dem Halbleiterlaser 4 emittiert wird und von dem Öffnungsbereich 80 geleitet wird, und es wird dann zu dem Laserverstärkungsmedium zum Verstärken des Laserstrahls. Das von dem Laserverstärkungsmedium emittierte natürliche (spontane) Emissionslicht wird verstärkt, während es zwischen den Resonatoren, die durch den Spiegel 1 und den Spiegel 2 gebildet wer­ den, hin und her geleitet, so daß dieses natürliche Emissionslicht zu dem Laserstrahl 7 mit einer besse­ ren Richtfähigkeit wird. Wenn die Intensität dieses Laserstrahls 7 einen vorbestimmten Wert erreicht, wird dieser Laserstrahl 7 als Laserstrahl 70 nach außen aus dem Laserverstärkungsmedium heraus proji­ ziert.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau geht das Licht von dem Halbleiterlaser, das nicht von dem Festkörperele­ ment 3 absorbiert wird, durch das Festkörperelement und wird danach zerstreut/reflektiert auf der Innen­ fläche der Lichtsammelvorrichtung. Das zerstreute/ reflektierte Licht erregt erneut das Festkörperele­ ment in gleichmäßiger Weise. Der Anregungs- bzw. Er­ regungswirkungsgrad kann bei dieser Bedingung berech­ net werden, indem die Wahrscheinlichkeit der Licht­ reflexionszahl an der Diffusions/Reflexionsfläche in Betracht gezogen wird, bis das Licht endlich von dem Festkörperelement absorbiert wird.

Fig. 4 stellt graphisch die Anregungswirksamkeit bzw. den Anregungswirkungsgrad des Festkörperelementes dar, der als Funktion auf der Grundlage des Wirkungs­ grades der Innenfläche der Lichtsammelvorrichtung berechnet wird und gleichfalls auch einen solchen Anregungswirkungsgrad (Absorptionsgrad), wenn das Anregungslicht nur einmal durch das Festkörperelement hindurchgeht. Selbst wenn die Wellenlänge des Anre­ gungslichts, z. B. des Halbleiterlaserlichts verändert wird, so daß der Absorptionswirkungsgrad des Festkör­ perelementes zwischen 20% und 100% geändert wird, kann verstanden werden, daß eine Änderung in der An­ regungswirksamkeit des Festkörperelementes sanft ist. Dies impliziert, daß eine solche Anregungslichtquelle verwendet werden kann, die einen weiten Wellenlängen­ bereich aufweist und es wird keine, wie es bei einem Festkörperlaserverstärkungsgerät nach dem Stand der Technik der Fall ist. Als Ergebnis wird die Herstel­ lungsausbeute des Halbleiterlasers erhöht und somit kann die Festkörperlaserverstärkungsvorrichtung mit dem einfachen Aufbau bei geringen Kosten realisiert werden.

Es sei bemerkt, daß die Lichtkomponenten, die absor­ biert wurden und kein Laserlicht darstellten, in Wär­ me umgewandelt werden und dann wird das durch die Wärme aufgeheizte Festkörperelement 3 durch ein Kühl­ medium gekühlt, das durch ein um das Festkörperele­ ment 3 herum angeordnetes Strömungsrohr fließt.

Fig. 5 zeigt graphisch eine Schwingungseigenschaft der Festkörperlaservorrichtung nach dem ersten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung, die durch das Experi­ ment erhalten wurde. Das heißt, daß sechs Halbleiter­ laser des kontinuierlichen Schwingungstyps, die GaAlAs als Hauptkomponente enthalten, verwendet wur­ den, die ein besonders flaches Schwingungslicht mit einer Länge von 1 cm und einer Breite von 5 Mikrome­ tern in der Nähe der Wellenlänge von 810 nm erzeug­ ten. Das von jedem der Halbleiterlaser 4 erzeugte Laserlicht wurde durch jeden der Öffnungsbereiche 80 mit einer Länge von 1,5 cm und einer Breite von 0,5 mm in die Lichtsammelvorrichtung 8 geschickt, wobei die Öffnungsbereiche 80 an der Seitenfläche der Lichtsammelvorrichtung 8 vorgesehen sind, die für die jeweiligen Halbleiterlaser 4 vorbereitet waren. Dann wurde ein schmaler Nd:YAG (Nd: Yttrium Aluminium Gar­ net) Stab 3 mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Länge von 100 mm, der in der Nichtsammelvorrichtung 8 gelagert ist, durch das Laserlicht erregt, so daß die Laserleistung durch den Resonator des stabilen Typs erhalten wurde, der aus dem teilreflektierenden Spie­ gel 2 mit einem Transmissionsgrad von 6% und dem Reflexionsspiegel 1 mit einem Reflexionsgrad von 100% aufgebaut ist.

Im Fall, daß die Gesamtleistung der gesamten Halblei­ terlaser 72 W war, konnte eine Laserleistung von 25 W als Laserstrahl 70 erzeugt werden. Der Neigungswir­ kungsgrad der Schwingungskennlinie, nämlich eine so­ genannte "Licht-Lichtneigungswirksamkeit" war 48%. Dieser Wert entspricht der maximalen Licht-Lichtnei­ gungswirksamkeit in der Welt zu dem Zeitpunkt, an dem die vorliegende Patentanmeldung durchgeführt wurde. Je kleiner der Durchmesser des Stabs 3 wird, um so leichter konnte der Laserstrahl mit einer besseren Laserqualität erzeugt werden. Folglich impliziert die Tatsache, daß der oben beschriebene maximale Wir­ kungsgradwert mit der Verwendung eines solchen schma­ len Stabes erzielt werden kann, daß der Aufbau der Festkörperlaserverstärkungsvorrichtung nach der vor­ liegenden Erfindung den Laserstrahl mit hoher Quali­ tät bei höheren Wirkungsgraden erzeugen kann.

Es sei bemerkt, daß obwohl die Vielzahl der Halblei­ terlaser 4 symmetrisch auf der Seitenfläche des Fest­ körperelementes in dem obigen Ausführungsbeispiel 1 angeordnet sind, die Anordnung der Halbleiterlaser nicht darauf begrenzt ist.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Lichtsammelvorrichtung 8 in einer solchen Weise auf­ gebaut, daß eine Vielzahl von Lichtsammelvorrichtun­ gen längs der axialen Richtung des Festkörperlaser­ elementes 3 angeordnet ist und daß jede dieser Licht­ sammelvorrichtungen den Öffnungsbereich 80 besitzt, um leicht die Lichtsammelvorrichtung zu ersetzen und auch leicht die Strahleinfallsposition des jeweiligen Halbleiterlasers einzustellen. Alternativ kann eine Vielzahl von Öffnungsbereichen in einer einzigen Lichtsammelvorrichtung vorgesehen sein.

In dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel ist die Lichtsammelvorrichtung 8 in einer solchen Weise auf­ gebaut, daß sie an den Öffnungsbereichen 80 in der Querrichtung längs der axialen Richtung des Festkör­ perelementes 3 unterteilt ist und das Strömungsrohr entlang der oberen/unteren Richtungen eingeschlossen ist. Allerdings ist der Aufbau dieser Lichtsammelvor­ richtung 8 nicht auf den oben erläuterten Aufbau be­ grenzt, sondern kann, wie in Fig. 6 gezeigt wird, entlang der Längsrichtung unterteilt sein, um das Strömungsrohr 20 zu halten, während dieses Strömungs­ rohr 20 entlang der rechten/linken Richtung eingelegt oder eingeklemmt wird. Außerdem kann diese Lichtsam­ melvorrichtung in vier Teile längs der Quer/Längs­ richtungen unterteilt werden.

Mit dem obigen Aufbau ist ein Teil der unterteilten Lichtsammelvorrichtung abgetrennt, so daß das Laser­ strahlmuster, das von den Öffnungsbereichen proji­ ziert wird, beobachtet werden kann. Beispielsweise kann eine Bestätigung vorgenommen werden, daß das Halbleiterlaserlicht auf den Öffnungsbereich fällt.

Außerdem kann mit dem Aufbau nach diesem Ausführungs­ beispiel die Lichtsammelvorrichtung 8 um das Strö­ mungsrohr gedreht werden. Wenn es so angeordnet ist, daß die Position des Öffnungsbereichs verändert wird und die Einfallsposition des Anregungslichts geändert wird, kann das Festkörperelement gleichmäßig im Ver­ gleich mit dem oben beschriebenen Fall erregt werden. Somit kann die Laserverstärkung mit hoher Qualität durchgeführt werden.

Da, wie oben beschrieben, die Festkörperlaservorrich­ tung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Weise aufgebaut ist, daß das Festkörperelement in der Lichtsammelvorrichtung angeordnet ist, deren Innen­ fläche aus einer Diffusions/Reflexionsfläche herge­ stellt ist und daß das Anregungslicht von dem Öff­ nungsbereich so geleitet wird, daß das Festkörperele­ ment erregt wird, kann das Festkörperelement mit hö­ heren Wirkungsgraden gleichmäßiger erregt werden.

Da auch die Festkörperlaservorrichtung so aufgebaut ist, daß das Anregungslicht in einen solchen diffu­ sions/reflexionsgeformten Strahl umgewandelt wird, der keine Beziehung zu dem divergierenden Winkel des Erregungslichtes und der Strahlqualität hat und das Festkörperelement durch diesen diffusions/reflexions­ geformten Laserstrahl erregt werden kann, kann das Festkörperlaserelement im wesentlichen unabhängig von dem diveregierenden Zustand des einfallenden Strahls, der Strahlmode und der Einfallsposition zu der Öff­ nungsposition erregt werden. Als Folge kann das Fest­ körperelement unter stabilen Bedingungen selbst in Antwort auf mechanische Schwingungen oszillieren und auch kann die Anregungslichtquelle ersetzt werden, ohne daß eine erneute Justierung nötig ist.

Da weiterhin die Lichtsammelvorrichtungen in einer solchen Weise gestützt werden, daß das Strömungsrohr durch die umgebenden Teile des Festkörperelements eingelegt bzw. eingeklemmt ist, kann die stabile Be­ ziehung zwischen Lichtsammelvorrichtung und dem Fest­ körperelement aufgestellt werden und dann kann ein stabiler Betrieb realisiert werden. Auch kann die Mitte des Strömungsrohrs, das heißt die Mitte des Festkörperelementes in Übereinstimmung mit der Mitte der Lichtsammelvorrichtung gebracht werden, so daß ein noch gleichmäßigere Laseranregung erzielt werden kann.

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Festkörperlaservorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 7A ist ein Längsschnitt dieser Festkörperlaservor­ richtung, Fig. 7B ist ein Querschnitt durch dieselbe und Fig. 7C zeigt eine Seitenansicht des Aufbaus ei­ ner Lichtsammelvorrichtung, gesehen von der Querrich­ tung. In dem Ausführungsbeispiel 1 ist ein solcher Aufbau dargestellt, bei dem die Lichtsammelvorrich­ tung 8 um das Festkörperelement herum gehalten ist, indem das Strömungsrohr 20 dazwischengelegt ist. Al­ ternativ können beide Kantenbereiche der Lichtsammel­ vorrichtung mechanisch auf einer Seitenplatte und mechanisch unter Verwendung einer Schraube befestigt werden, um das Strömungsrohr 20 abzustützen. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, ist eine Schraube 102 für die Kopplung zweier Seitenplatten 101 vorgesehen und ein Abstand zwischen den zwei Seitenplatten 101 ist va­ riabel durch diese Schraube 102 einstellbar. Nachdem die Lichtsammelvorrichtung 8 zwischen den zwei Sei­ tenplatten gelagert wird, kann der Abstand zwischen den zwei Seitenplatten verkürzt werden, um die Licht­ sammelvorrichtung 8 unter Druckbedingungen zu halten.

Mit der Verwendung dieses Aufbaus kann eine Beziehung zwischen der Lichtsammelvorrichtung und dem Festkör­ perelement stabil gemacht werden, so daß ein stabiler Betrieb realisiert werden kann. Auch kann die Mitte des Strömungsrohrs, das heißt die Mitte des Festkör­ perelementes in Übereinstimmung mit der Mitte der Lichtsammelvorrichtung gebracht werden, so daß eine gleichmäßigere Lasererregung erzielt werden kann.

Darüber hinaus kann auch in dem Aufbau nach diesem Ausführungsbeispiel die Lichtsammelvorrichtung 8 um das Strömungsrohr gedreht werden. Wenn sie so ange­ ordnet ist, daß die Position der Öffnung verändert wird und die Einfallsposition des Erregungslichts geändert wird, kann das Festkörperelement weiter gleichmäßig erregt werden im Vergleich mit dem oben beschriebenen Fall. Somit kann eine Laserverstärkung mit einer hohen Qualität durchgeführt werden.

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Festkörperlaservorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 8A ist ein Längsschnitt durch diese Festkörperlaser­ vorrichtung, Fig. 8B ist ein Querschnitt und Fig. 8C ist eine Seitenansicht einer Lichtsammelvorrichtung, gesehen von der Querrichtung.

Darüber hinaus ist in Fig. 8 die Art der Halterung der Lichtsammelvorrichtung 8 dargestellt, wobei die Lichtsammelvorrichtung 8 auf einer Grundplatte 100 befestigt werden kann. Obwohl in diesem Fall die Lichtsammelvorrichtung 8 von der Seitenplatte 101 getrennt werden kann, muß die Höhe des Festkörperele­ mentes 3 in bezug auf die Grundplatte 100 eingestellt werden. Beispielsweise kann entweder eine Einstell­ vorrichtung verwendet werden, die die Höhe des Fest­ körperelementes 3 in der Weise einstellt, daß die Mitte der Lichtsammelvorrichtung 8 mit der Mitte des Strömungsrohrs 20, das heißt der Mitte des Festkör­ perelementes 3 übereinstimmt, oder die Halterung für die Lichtsammelvorrichtung kann mit einer geeigneten mechanischen Genauigkeit geplant werden.

Da, wie oben beschrieben, die Lichtsammelvorrichtung 8 durch die Grundplatte 100, die getrennt von der Seitenplatte 101 zum Abstützen des Strömungsrohrs 2 vorgesehen ist, gelagert ist, kann die Lichtsammel­ vorrichtung 8 leicht von der Grundplatte 100 entfernt werden. Wenn das Innere dieser Lichtsammelvorrichtung verschmutzt ist, kann die verschmutzte Lichtsammel­ vorrichtung schnell durch eine neue ersetzt werden.

Ausführungsbeispiel 4

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht zum Zeigen des Aufbaus eines Hauptteils der Festkörperlaservorrich­ tung nach einem vierten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung. Fig. 9A ist ein Längsschnitt durch die Festkörperlaservorrichtung und Fig. 9B ist ein Querschnitt. In dieser Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 45 ein optischen Wellenleiterelement zum Leiten des Anregungslichtes 40, das aus Saphir oder nichtdotiertem YAG hergestellt ist und in dem Öffnungsbereich 80 angeordnet ist.

Ähnlich zu den oben erläuterten Ausführungsbeispielen 1 bis 3 wird bei der Festkörperlaservorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau das das aktivierte Festkörpermedium enthaltende Festkörperelement 3 in der Lichtsammelvorrichtung, beispielsweise aus Kera­ mik angeordnet, deren Innenfläche als Diffusions/Re­ flexionsfläche ausgebildet ist. Das Festkörperelement 3 wird durch das Anregungslicht 40 erregt, das von dem Halbleiterlaser 4 emittiert wird und von dem Öff­ nungsbereich 80 geleitet wird, und es wird dann zum Laserverstärkungsmedium zum Verstärken des Laser­ strahls. Das von dem Laserverstärkungsmedium emit­ tierte natürliche (spontane) Emissionslicht wird ver­ stärkt, während das natürliche Emissionslicht zwi­ schen den Resonatoren, die durch den Spiegel 1 und den Spiegel 2 gebildet werden, hin und her reflek­ tiert, so daß dieses natürliche Emissionslicht zum Laserstrahl 7 mit einer besseren Richtwirkung wird. Wenn die Intensität dieses Laserstrahls 7 einen vor­ gewählten Wert erreicht, wird dieser Strahl 7 als Laserstrahl 70 nach außen in bezug auf das Laserver­ stärkungsmedium projiziert.

Die Funktionsweisen des optischen Wellenleiterelemen­ tes 45, das Merkmale dieses Ausführungsbeispiels bil­ det, wird nun beschrieben. Die Kantenfläche des opti­ schen Wellenleiterelementes 45 ist mit einer nicht­ reflektierenden Beschichtung in bezug auf das Anre­ gungslicht beschichtet, so daß das von der Anregungs­ lichtquelle 4 emittierte Licht in das optische Wel­ lenleiterelement 45 ohne wesentlichen Verlust gelei­ tet werden kann. Das optische Wellenleiterelement 45 besteht aus Saphir oder YAG (Yttrium Aluminium Garnet). Da der Brechungsindex dieses optischen Wel­ lenleiterelementes 45 groß ist, beispielsweise unge­ fähr 1,7 bis 1,8, wird das schräg auf das optische Wellenleiterelement 45 fallende Anregungslicht durch die obere und untere Fläche des optischen Wellenlei­ terelementes 45 totalreflektiert und wird daher in Lichtsammelvorrichtung im wesentlichen ohne Verlust geleitet. Tatsächlich konnte eine Transmissionseigen­ schaft höher als 95% durch das Experiment bewiesen werden.

Zusätzlich besitzt das optische Wellenleiterelement 45 eine andere Wirkung der Vergleichmäßigung der räumlichen Verteilung des Anregungslichtes.

Obwohl der mittlere Lichtbereich des gesamten von der Anregungslichtquelle 5, die beispielsweise als Halb­ leiterlaser aufgebaut ist, emittierten Gesamtlichts durch das optische Wellenleiterelement 45 ohne totale Reflexion hindurchgehen kann, wird der periphere Lichtbereich reflektiert, so daß dieser periphere Lichtbereich zu dem zentralen Bereich abgelenkt und dann von dem optischen Wellenleiterelement 45 in die Lichtsammelvorrichtung geleitet wird. Auf diese Weise wird der mittlere Lichtbereich mit dem peripheren Lichtbereich gemischt, so daß die Intensitätsvertei­ lung des Anregungslichtes konstant gemacht werden kann. Wenn die Intensitätsverteilung des Anregungs­ lichtes in der oben beschriebenen Weise vergleichsmä­ ßigt wird, um dabei in die Lichtsammelvorrichtung geleitet zu werden, kann die Wirkung der Vergleichmä­ ßigung der Erregung des Festkörperelementes durch die Diffusion/Reflexion der Lichtsammelvorrichtung erhöht werden.

Es sei bemerkt, daß als optisches Wellenleiterelement 45 ein optisches Element zum Übertragen von Licht mittels der durch eine optische Dünnschicht, die auf einer Seitenfläche ausgebildet ist, bewirkte Totalre­ flexion verwendet werden, um das optische Wellenlei­ terelement in der gleichen Weise wie die nach Fig. 9 aufzubauen, zum Beispiel kann ein solches Element, bei dem eine Dünnschicht, zum Beispiel aus Gold, Alu­ minium oder Magnesiumfluorid, auf zum Beispiel Glas oder geschmolzenem Quarz abgeschieden wurde, verwen­ det werden. In diesem Fall gibt es einen weiteren Verdienst dahingehend, daß die gesamte Vorrichtung bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann, da ko­ stengünstige Materialien verwendet werden können.

Auch kann ein solches optisches Element zum Übertra­ gen von Licht durch den Linseneffekt mit glatten Än­ derungen des inneren Brechungsindex, zum Beispiel eine optische Faser, verwendet werden, wie in Fig. 10 als dieses optische Wellenleiterelement 45 darge­ stellt ist. Da in diesem Fall das Anregungslicht ge­ führt werden kann, während die Strahlqualität der Anregungslichtquelle erhalten bleibt, kann das Erre­ gungslicht mit der stabilen Qualität in die Lichtsam­ melvorrichtung geleitet werden, ohne nachteilig durch die Länge des optischen Elementes zum Weiterleiten des Anregungslichts beeinflußt zu werden, so daß die Erregungsverteilung innerhalb des Festkörperelementes stabil gemacht werden kann und somit die Laserver­ stärkung mit hoher Qualität erzielt werden kann.

Wenn darüber hinaus das optische Wellenleiterelement 45 verwendet wird, kann der Öffnungsbereich der Lichtsammelvorrichtung dicht durch dieses optische Wellenleiterelement 45 geschlossen werden, so daß das Strömungsrohr 20 ausgeschieden wird und das Kühlmit­ tel durch die Lichtsammelvorrichtung fließen kann.

Folglich kann der innere Bereich dieser Lichtsammel­ vorrichtung die Rolle des Strömungsrohrs 20 erfüllen.

Weiterhin kann das optische Wellenleiterelement 45 integral in derselben Verpackung mit der Lichtquelle 4 angeordnet werden. Als Ergebnis kann, während die Positionseinstellung zwischen der Lichtquelle 4 und dem optischen Element 45 erhalten bleibt, die Ein­ fallsposition des optischen Wellenleiterelementes 45 in bezug auf die Stabseitenfläche leicht geändert werden. Wenn beispielsweise die Lichtsammelvorrich­ tung 8 drehbar hinsichtlich der Aufbauten des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels angeordnet ist und dann die Position des Öffnungsbereiches 80 vari­ iert wird, um so die Einfallsposition des Erregungs­ lichtes in das Festkörperelement zu ändern, wird bei Verwendung des integral mit der Lichtquelle 4 herge­ stellten optischen Wellenleiterelementes 45 zum Wei­ terleiten des Anregungslichtes die Übertragungswirk­ samkeit des Anregungslichtes nicht geändert, selbst wenn eine Positionsverschiebung aufträte und der Ein­ fallswinkel geändert würde. Somit kann das Anregungs­ licht unter stabilen Bedingungen weitergeleitet wer­ den.

Ausführungsbeispiel 5

Fig. 11 zeigt einen Aufbau einer Festkörperlaservor­ richtung nach einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 11A ist ein Längsschnitt durch die Festkörperlaservorrichtung nach dem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. 11B ist ein Querschnitt der Festkörperlaservorrichtung und Fig. 11C ist eine Sei­ tenansicht der Lichtsammelvorrichtung, gesehen von der Querrichtung. Wie in Fig. 11 gezeigt wird, wird in diesem Ausführungsbeispiel die Position des Öff­ nungsbereichs 80, der in der Lichtsammelvorrichtung 8 ausgebildet ist, längs der Höhenrichtung geändert. Als Folge wird gleichfalls die Einstellposition der Anregungslichtquelle 4 in Höhenrichtung geändert.

Ähnlich wie in den oben beschriebenen Ausführungsbei­ spielen 1 bis 3 wird bei der Festkörperlaservorrich­ tung nach diesem Ausführungsbeispiel 5 das das akti­ vierte Festkörpermedium enthaltende Festkörperelement 3 in der Lichtsammelvorrichtung zum Beispiel aus Ke­ ramik positioniert, deren Innenfläche als Diffu­ sions/Reflexionsfläche ausgebildet ist. Das Festkör­ perelement 3 wird durch das Anregungslicht 40, das von dem Halbleiterlaser 4 emittiert und von dem Öff­ nungsbereich 80 geleitet wird, erregt und wird dann zu dem Laserverstärkungsmedium zum Verstärken des Laserstrahls. Die natürliche (spontane) von dem La­ serverstärkungsmedium emittierte Emissionslicht wird verstärkt, während das natürliche Emissionslicht zwi­ schen den Resonatoren, bestehend aus den Spiegeln 1 und 2, hin und her reflektiert wird, wodurch dieses natürliche Emissionslicht zu dem Laserstrahl 7 mit einer besseren Richtwirkung wird. Wenn die Intensität dieses Laserstrahls 7 einen vorgewählten Wert er­ reicht, wird dieser Laserstrahl 7 aus dem Laserver­ stärkungsmedium heraus nach außen als Laserstrahl 70 projiziert.

Zusätzlich wird nun eine Beschreibung der Anordnung der Merkmale des Öffnungsbereichs 80 entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel gegeben. In Übereinstim­ mung mit diesem Ausführungsbeispiel werden drei Sätze von gepaarten Halbleiterlasern 4, die entgegengesetzt zueinander liegen, längs der axialen Richtung des Festkörperelementes angeordnet, das heißt sechs Halb­ leiterelemente werden insgesamt angeordnet. Die Ein­ fallspositionen des Anregungslichtes auf die Festkör­ perelemente werden im wesentlichen gleichmäßig in der Weise gemacht, daß diese Erregungslicht-Einfallsposi­ tionen nicht auf eine spezifische Stelle konzentriert werden, wie von der axialen Richtung der Festkörper­ elemente gesehen wird. Da der Verstärkungsfaktor des Halbleiterelementes durch den Integralwert der gesam­ ten Anzahl dieser Festkörperelemente ausgedrückt wird, werden, wenn die Einfallspositionen der mehre­ ren Erregungslichter, wie aus der axialen Richtung gesehen wird, gleichmäßig gemacht werden, der Ver­ stärkungsfaktor des Festkörperelementes im Quer­ schnitt auch gleichmäßig gemacht, so daß der Laser­ strahl mit einer hohen Qualität leicht hergestellt und verstärkt werden kann.

In Fig. 11 ist eine solche Anordnung dargestellt, bei der zwei Halbleiterlaser in jeder Stufe angeordnet sind, um so die Erregungslicht-Einfallspositionen auf das Halbleiterelement zu vergleichmäßigen. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Laser­ anordnung begrenzt. Zusammenfassend kann die Gleich­ mäßigkeit der Verstärkungsverteilung in der Quer­ schnittsansicht des Festkörperelementes stark verbes­ sert werden, wenn eine Mehrzahl von Öffnungsbereichen auf der Seitenfläche der Lichtsammelvorrichtung vor­ gesehen ist und wenn auch die Positionen dieses Halb­ leiterelementes, wie von der axialen Richtung gese­ hen, in die Stelle mindestens eines Öffnungsbereichs geändert werden. Es sei bemerkt, daß, wenn die Licht­ einfallsleistung, die von der Anregungslichtquelle hergeleitet wird, erhöht wird, die gleiche Anordnung der Erregungslichteinfallsposition verlangt wird, um so den Laserstrahl mit hoher Qualität zu erzeugen/ verstärken. Unter solchen Umständen kann die obige Anordnung insbesondere wirksamer Verdienste zur Ver­ fügung stellen.

Auch in diesem fünften Ausführungsbeispiel ist es möglich, eine Anordnung unter Verwendung des opti­ schen Wellenleiterelementes 45 aufzubauen, das in dem vorhergehenden vierten Ausführungsbeispiel verwendet wurde. Wie zuvor erläutert wurde, wird bei einer sol­ chen Anordnung eine noch gleichmäßigere Verstärkungs­ verteilung erhalten, da die Effekte der Vergleichmä­ ßigung des Anregungslichtes, bewirkt durch das opti­ sche Wellenleiterelement 45, gut erzielt werden kön­ nen.

Ausführungsbeispiel 6

Obwohl die Position des auf der Lichtsammelvorrich­ tung 8 vorgesehenen Öffnungsbereichs 80 im fünften Ausführungsbeispiel verändert wurde, ist es möglich, in alternativer Weise ein sechstes Ausführungsbei­ spiel wie folgt vorzusehen. Die Lichtsammelvorrich­ tung 8, die im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt wurde, kann durch das Strömungsrohr 20 so umschlossen werden, daß sie feststeht und die Lichtsammelvorrich­ tung 8 kann um das Strömungsrohr 20 herum gedreht werden, so daß das Festkörperelement 3 gleichmäßig von den peripheren Bereichen in der Querschnittsan­ sicht, wie aus axialer Richtung gesehen, gleichmäßig erregt werden kann. Fig. 12 stellt ein Beispiel einer solchen Anordnung dar. Fig. 12A ist ein Längsschnitt dieser Anordnung, während Fig. 12B einen solchen Zu­ stand darstellt, bei dem ein Lichtsammelvorrichtungs­ teil davon hergeleitet wird, und dieses Lichtsammel­ vorrichtungsteil wird gedreht, wie längs der axialen Richtung des Festkörperelementes gesehen wird. Da in diesem Fall eine Mehrzahl von Lichtsammelvorrichtun­ gen 8, die längs der axialen Richtung aufgeteilt sind, unabhängig und frei gedreht werden, kann ihre optimale Position bestimmt werden, während die Quali­ tät des oszillierenden Laserstrahls beobachtet wird.

Das oben beschriebene sechste Ausführungsbeispiel wurde bei einem Aufbau des ersten Ausführungsbei­ spiels angewendet. Alternativ kann dieser Aufbau nach dem sechsten Ausführungsbeispiel bei der Anordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel angewandt wer­ den, bei dem die Lichtsammelvorrichtung zu ihrer Festlegung durch die Seitenplatte 101 eingeklemmt ist und während die Lichtsammelvorrichtung 8 um das Strö­ mungsrohr 20 rotiert, wird das Festkörperelement 3 gleichmäßig von seinem peripheren Bereich in der Querschnittsansicht erregt, wie aus der axialen Richtung des Festkörperelementes 3 zu sehen ist. Da auch in diesem Fall eine Mehrzahl von Lichtsammelvor­ richtungen 8, die längs der axialen Richtung geteilt sind, unabhängig frei drehbar sind, kann ihre optima­ le Position bestimmt werden, während die Qualität des oszillierenden Laserstrahls beobachtet wird.

Ausführungsbeispiel 7

Während der Halbleiterlaser als Anregungslichtquelle verwendet wurde und der erregte Laserstrahl direkt in den Öffnungsbereich der Lichtsammelvorrichtung oder des optischen Wellenleiterelementes in jedem der oben erläuterten Ausführungsbeispiele geleitet wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Bei­ spielsweise können andere Anregungslichtquellen, wie ein Ionenlaser verwendet werden. Auch kann, wie in Fig. 13 dargestellt ist, eine Anordnung so aufgebaut sein, daß ein Impulslaserstrahl mit einer ebenen Form, der von einem Impulshalbleiterlaser emittiert wird, auf den Öffnungsbereich 80 unter Verwendung der Kondensorlinse 6 geleitet wird. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß es ausreichend ist, daß das Laser­ licht zu dem Öffnungsbereich 80 geleitet wird, der an der Lichtsammelvorrichtung 8 vorgesehen ist.

Ausführungsbeispiel 8

In jedem der oben beschriebene Ausführungsbeispiel wurde eine solche Anordnung verwendet, bei der das durch die Anregungslichtquelle erregte Festkörperele­ ment als verstärkendes Medium verwendet wurde und dann wurde der Laserstrahl aus diesem verstärkenden Medium mittels des Laserresonators hergeleitet. Al­ ternativ kann das verstärkende Medium als ein Fest­ körperlaserverstärkungsgerät verwendet werden. In Fig. 14 ist ein solches Beispiel dargestellt, bei dem ein von einer Festkörperlaservorrichtung 200 durch die Laserresonatoren 1 und 2 hergeleiteter Laser­ strahl 70 durch eine Festkörperlaserverstärkungsvor­ richtung 300 verstärkt wird, wodurch er extern als Laserstrahl 71 dargestellt wird.

Darüber hinaus sei bemerkt, daß, obwohl die Quer­ schnittsformen der Festkörperelemente und der Strö­ mungsröhren Kreise in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind, die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt ist, sondern es sind andere Formen, wie Rechteckformen oder elliptische Formen anwendbar.

Auch sei bemerkt, daß, obwohl es nicht speziell in einem der vorherbeschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert ist, der Lichteindringungsverlust reduziert werden kann, wenn eine nichtreflektierende Dünn­ schicht auf speziell angegebenen Bereichen der Sei­ tenfläche des Strömungsrohrs, des optischen Elementes und dergleichen gebildet würde, durch die der Laser­ strahl hindurchgeht. Als Folge kann eine Laseroszil­ lation mit einem hohen Wirkungsgrad realisiert wer­ den.

Obwohl Nd:YAG als Festkörperelement in den oben er­ wähnten Ausführungsbeispielen verwendet wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt, son­ dern alle Arten von Festkörperelementen, die durch Licht erregt werden, können als dieses Festkörperele­ ment verwendet werden.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfaßt die Festkörperlaserverstärkungsvorrichtung das das aktivierende Festkörpermedium enthaltende Fest­ körperelement, das Strömungsrohr, durch das das Kühl­ medium hindurchfließt, um das Festkörperelement ab­ zukühlen, und die Lichtsammelvorrichtung, die so an­ geordnet ist, daß sie das Festkörperelement umgibt und das Strömungsrohr hält, indem sie direkt oder indirekt dieses Strömungsrohr einschließt, wobei ihre Innenfläche als Diffusions/Reflexionsfläche ausgebil­ det ist. Weiterhin weist die Festkörperlaserverstär­ kungsvorrichtung eine außerhalb der Lichtsammelvor­ richtung angeordnete Anregungslichtquelle zum Emit­ tieren Anregungslichtes, das zum Erregen des Festkörperelementes verwendet wird, und den Öffnungs­ bereich in der Lichtsammelvorrichtung auf, der das Anregungslicht leitet. Als Ergebnis kann eine Fest­ körperlaserverstärkungsvorrichtung erhalten werden, die in der Lage ist, den Hochleistungslaserstrahl mit hoher Qualität unter stabilen Bedingungen zu erzeugen und die einen kostengünstigen einfachen Aufbau auf­ weist.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann gleichfalls eine Festkörperlaserverstärkungs­ vorrichtung erhalten werden, bei der die beiden Kan­ tenbereiche der Lichtsammelvorrichtung durch die Sei­ tenplatten gehalten werden können, wodurch ein Hoch­ leistungslaserstrahl mit hoher Qualität bei stabilen Bedingungen mit einer einfachen Konstruktion und niedrigen Kosten erhalten wird.

Da in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Lichtsammelvorrichtung durch die Grundplatte un­ abhängig von den Seitenplatten zum Abstützen des Strömungsrohrs gelagert wird, kann die Lichtsammel­ vorrichtung leicht von der Festkörperlaserver­ stärkungsvorrichtung getrennt werden, wodurch ein schneller Ersatz der Lichtsammelvorrichtung möglich ist.

Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das von der Anregungs­ lichtquelle emittierte Anregungslicht entweder in die Umgebungen des Öffnungsbereichs der Lichtsammelvor­ richtung oder die Umgebungen des Festkörperelementes mittels der inneren Totalreflexion geleitet, indem das optische Element zum Übertragen des einfallenden Lichts mittels der inneren Totalreflexion verwendet wird. Somit kann das Licht der Erregungsquelle ohne Verlust in der Lichtsammelvorrichtung weitergeleitet werden und darüber hinaus kann die Intensitätsver­ teilung des Anregungslichtes gleichmäßig gemacht wer­ den, so daß, da das Anregungslicht mit der Lichtsam­ melvorrichtung gleichmäßig gestreut und reflektiert wird, das Festkörperelement in einem hoch gleichmäßi­ gen Zustand erregt werden kann und es kann ein Laser­ strahl mit hoher Qualität und hohem Wirkungsgrad ver­ stärkt werden.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann, da das optische Element zum Übertragen des einfallenden Lichtes mit­ tels der innen Totalreflexion verwendet wird, um das Anregungslicht entweder zu den peripheren Bereichen des Öffnungsbereichs oder zu dem peripheren Bereich des Festkörperelementes zu leiten, das Anregungslicht stabil geführt werden, wenn die Lichtsammelvorrich­ tung um das Strömungsrohr gedreht wird, um die Erre­ gungsposition in bezug auf das Festkörperelement zu­ sätzlich zu den obigen Wirkungen zu ändern.

Da entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung das von der Anregungslichtquelle emit­ tierte Anregungslicht entweder zu dem peripheren Be­ reich des Öffnungsbereichs der Lichtsammelvorrichtung oder zu dem peripheren Bereich des Festkörperelemen­ tes geführt wird, indem das optische Element zum Übertragen des Einfallslichts mittels der Totalrefle­ xion, die durch die auf seinen Seitenflächen gebilde­ ten optischen Dünnschicht bewirkt wird, wird eine ähnliche Wirkung zu der des obigen Ausführungsbei­ spiels erzielt. Da auch Materialien niedriger Kosten verwendet werden können, können die Gesamtkosten die­ ser Festkörperlaserverstärkungsvorrichtung verringert werden.

Da entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Erregungslicht entwe­ der dem peripheren Bereich des Öffnungsbereiches der Lichtsammelvorrichtung oder dem peripheren Bereich des Festkörperlaserelementes zugeführt wird, indem das optische Element zum Übertragen des Einfalls­ lichtes mittels der Totalreflexion verwendet wird, die durch die auf seinen Seitenflächen gebildeten optischen Dünnschicht bewirkt wird, kann ein ähnliche Wirkung zu dem obigen Ausführungsbeispiel erzielt werden.

Da in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungs­ beispiel der Erfindung das von der Anregungslicht­ quelle emittierte Anregungslicht entweder dem peri­ pheren Bereich des Öffnungsbereichs der Lichtsammel­ vorrichtung oder dem peripheren Bereich des Festkör­ perelementes zugeführt wird, indem das optische Ele­ ment mit dem in eine Linsenform verteilten Bre­ chungsindex verwendet wird, kann eine ähnliche Wir­ kung wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel erzielt werden. Darüber hinaus kann das Anregungslicht mit stabiler Qualität ins Innere der Lichtsammelvorrich­ tung geleitet werden, ohne daß es nachteilig durch die Länge des optischen Elementes beeinflußt wird, so daß der Laser mit hoher Qualität verstärkt werden kann.

Da entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das optische Element so angeordnet ist, daß es integral mit der Erregungs­ lichtquelle ausgebildet ist, kann, selbst wenn die Einfallsposition des Anregungslichtes auf das Fest­ körperelement geändert wird, die Positionsbeziehung zwischen der Anregungslichtquelle und dem Festkörper­ element konstant erhalten bleiben und eine weitere Einstellung der Erregungsverteilung kann leicht durchgeführt werden.

Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind eine Mehrzahl von Öffnungsbereichen vorgesehen und die Positionen dieser Mehrzahl von Öffnungsbereichen werden an mindestens einer Stelle, gesehen von der axialen Richtung des Festkörperele­ mentes, variiert. Daher kann eine solche gleichmäßige Erregungsverteilung realisiert werden, und der Laser kann mit hoher Qualität verstärkt werden.

Da bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eine Vielzahl von Öffnungsbereichen vorgesehen sind und die Positionen dieser Vielzahl von Öffnungsbe­ reichen an mindestens einer Stelle variiert wird, wie aus der axialen Richtung des Festkörperelementes ge­ sehen wird, kann eine gleichmäßige Erregungsvertei­ lung ebenso wie die Laserverstärkung mit hoher Quali­ tät erzielt werden. Wenn zusätzlich die Lichtsammel­ vorrichtung um das Strömungsrohr herum gedreht wird, um die Erregungsposition zu dem Festkörperelement zu ändern, kann die optimale Position bestimmt werden, während die Qualität des oszillierenden Laserstrahls beobachtet wird. In dem Fall, daß das optische Ele­ ment verwendet wird, kann die Wirkung der Vergleich­ mäßigung des Anregungslichtes erzielt werden, so daß eine weiterhin gleichmäßige Verstärkungsverteilung erreicht werden kann.

Das Festkörperlaser als Erregungslichtquelle in Über­ einstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann das Hochleistungserregungslicht bei hohem Wirkungsgrad von solch einer kompakten Anregungs­ lichtquelle erzeugt werden und dann kann die Laser­ verstärkung mit hoher Qualität bei hohem Wirkungs­ grad durchgeführt werden.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist sie so aufgebaut, daß der Laserresonator verwendet wird und der Laserstrahl von dem Festkörperelement hergeleitet wird, das durch das von der Anregungslichtquelle emittierte Licht erregt wird. Als Folge kann der La­ serstrahl mit hoher Qualität bei hohem Wirkungsgrad erzeugt werden.

Claims (7)

1. Festkörperlaservorrichtung mit
einem Festkörperelement (3), das ein aktiviertes Festmedium enthält,
einem Strömungsrohr (20), durch das ein zum Küh­ len des Festkörperelementes (3) verwendetes Kühlmedium fließt,
einer Lichtsammelvorrichtung (8), die das Fest­ körperelement (3) umgibt und das Strömungsrohr (20) hält, indem direkt oder indirekt das Strö­ mungsrohr (20) eingeschlossen wird, wobei ihre Innenfläche als Diffusions/Reflexionsfläche aus­ gebildet ist,
einer Erregungslichtquelle (4), die außerhalb der Lichtsammelvorrichtung (8) angeordnet ist und zum Erregen des Festkörperelementes (3) ver­ wendetes Anregungslicht emittiert und
mindestens einem Öffnungsbereich (80), der in der Lichtsammelvorrichtung (8) vorgesehen ist und zum Leiten des Anregungslichtes dient.

2. Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 1, ge­ kennzeichnet durch ein optisches Element (45) zum Übertragen des von der Anregungsquelle pro­ jizierten Lichts auf einen peripheren Bereich des Öffnungsbereichs (80) und/oder einen peri­ pheren Bereich des Festkörperelementes (3) mit­ tels einer inneren Totalreflexion.

3. Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 1, ge­ kennzeichnet durch ein optisches Element (45) zum Übertragen des projizierten Lichts auf einen peripheren Bereich des Öffnungsbereichs und/oder einen peripheren Bereich des Festkör­ perelementes (3).

4. Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 1, ge­ kennzeichnet durch ein optisches Element (45) mit einem in einer Linsenform verteilten Bre­ chungsindex zum Übertragen des von der Anre­ gungsquelle (4) projizierten Lichts auf einen peripheren Bereich des Öffnungsbereichs (80) und/oder einen peripheren Bereich des Festkör­ perelementes (3).

5. Festkörperlaservorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Öffnungsbereichen (80) vorge­ sehen ist und Positionen der Mehrzahl von Öff­ nungsbereichen mindestens an einer Stelle ver­ ändert werden, wenn aus einer axialen Richtung des Festkörperelementes (3) beobachtet wird.

6. Festkörperlaservorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Seitenplatten (101) zum Halten beider Kantenbe­ reiche der Lichtsammelvorrichtung (8) vorgesehen sind.

7. Festkörperlaservorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Grundplatte (100) zum Halten der Lichtsam­ melvorrichtung (8) vorgesehen ist.