Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Festkörperlaser
zu schaffen, bei dem das Licht der Erregungsquelle ohne Verlust
in der Lichtsammelvorrichtung weitergeleitet werden und darüber hinaus
die Intensitätsverteilung
des Anregungslichtes gleichmäßig gemacht
werden kann, so dass das Festkörperelement
in einem hoch gleichmäßigen Zustand
erregt und ein Laserstrahl mit hoher Qualität und hohem Wirkungsgrad erzeugt
werden kann.The
The present invention has for its object a solid-state laser
to create the light of the excitation source without loss
be forwarded in the light collecting device and beyond
the intensity distribution
of the excitation light made uniform
can be so that the solid-state element
in a highly even condition
excited and generated a laser beam with high quality and high efficiency
can be.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.This
The object is achieved by the
Characteristics of the independent
Claim 1 solved. advantageous
Further developments are given in the dependent claims.
Bei
dem erfindungsgemäßen Festkörperlaser
wird das von der Pumplichtquelle emittierte Anregungslicht in eine
Kavität
(im folgenden auch Lichtsammelvorrichtung genannt) durch mindestens
einen Öffnungsbereich
geleitet, der in der Kavität
vorgesehen ist, die durch das Lasermedium unter Einschließung des
Strömungsrohrs
gehalten wird, und dann wird das Lasermedium von der Seitenfläche bei dem
Stadium erregt, bei dem dieses Pumplicht in der Kavität aufgeweitet
wird. Das Licht, das nicht von dem Lasermedium absorbiert wurde,
wird an der Innenfläche
der Kavität
vorteilhafterweise gestreut und reflektiert und das gestreute, reflektierte
Licht erregt erneut das Lasermedium von der Seitenfläche. Die Pumplichtkomponenten,
die von dem Lasermedium absorbiert wurden, und somit nicht zu Laserlicht
werden können,
werden in Wärme
umgewandelt und dann wird das von dieser Wärme aufgeheizte Lasermedium
durch das durch das Strömungsrohr
fließende
Kühlmedium
gekühlt,
das um das Lasermedium herum angeordnet ist.at
the solid-state laser according to the invention
the excitation light emitted by the pump light source is converted into a
cavity
(hereinafter also called light collecting device) by at least
an opening area
headed in the cavity
is provided by the laser medium including the
flow tube
is held, and then the laser medium from the side surface at the
Stage excited when this pump light is expanded in the cavity
becomes. The light that was not absorbed by the laser medium
is on the inner surface
the cavity
advantageously scattered and reflected and the scattered, reflected
Light excites the laser medium from the side surface again. The pump light components,
that have been absorbed by the laser medium and therefore not to laser light
can be
be in heat
converted and then the laser medium heated by this heat
through that through the flow tube
flowing
cooling medium
cooled,
which is arranged around the laser medium.
Bei
dem erfindungsgemäßen Festkörperlaser
bzw. Festkörperlaserverstärker wird
das von der Pumplichtquelle emittierte Pumplicht (im folgenden auch
Anregungslicht genannt) in die Kavität über den in der Kavität vorgesehenen Öffnungsbereich
geleitet, wobei beide Randbereiche vorteilhafterweise durch die
Seitenplatten gehalten werden.at
the solid-state laser according to the invention
or solid-state laser amplifier
the pump light emitted by the pump light source (in the following also
Called excitation light) into the cavity through the opening area provided in the cavity
passed, both edge regions advantageously through the
Side plates are held.
Bei
der vorliegenden Erfindung wird das von der Pumplichtquelle emittierte
Pumplicht in die Kavität über den
in der Seitenfläche
der Kavität
vorgesehenen Öffnungsbereich
geleitet, wobei die Kavität mittels
eines optischen Elementes mit einem Brechungsindex zwischen 1,7
und 1,8 zum Übertragen des
Anregungslichts durch innere Totalreflexion ausgerüstet ist.at
In the present invention, that emitted by the pump light source
Pump light into the cavity over the
in the side surface
the cavity
provided opening area
passed, the cavity by means of
an optical element with a refractive index between 1.7
and 1.8 to transfer the
Excitation light is equipped by total internal reflection.
Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird das von der Anregungslichtquelle emittierte Anregungslicht
in die Lichtsammelvorrichtung über
den in der Lichtkondensorvorrichtung vorgesehenen Öffnungsbereich
geleitet, wobei die Lichtkondensor- oder Sammelvorrichtung durch
die Grundplatte gestützt
wird.at
an advantageous embodiment of the
Invention is the excitation light emitted by the excitation light source
into the light collecting device
the opening area provided in the light condenser device
passed, the light condenser or collector through
supported the base plate
becomes.
Entsprechend
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird das von der Pumplichtquelle emittierte Pumplicht
in die Kavität über den Öffnungsbereich
geleitet, der in der Seitenfläche
der vorteilhafterweise mit einer Diffusions/Reflexionsfläche versehenen
Kavität
ausgebildet ist, mittels des optischen Elementes zum Übertragen des
Pumplichtes durch die durch einen optischen Dünnfilm bewirkte Totalreflexion.Corresponding
an advantageous embodiment
According to the invention, the pump light emitted by the pump light source
into the cavity over the opening area
headed to the side face
which is advantageously provided with a diffusion / reflection surface
cavity
is formed by means of the optical element for transmitting the
Pump light through the total reflection caused by an optical thin film.
Entsprechend
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird das von der Pumplichtquelle emittierte Pumplicht
in die Kavität über den Öffnungsbereich
geleitet, der auf der Seitenfläche
der Kavität
vorgesehen ist, die vorteilhafterweise mit einer Diffusions/Reflexionsfläche ausgerüstet ist,
wobei die Weiterleitung über
ein optisches Element durchgeführt
wird, das einen in einer Linsenform verteilten Brechungsindex aufweist.Corresponding
an advantageous embodiment
According to the invention, the pump light emitted by the pump light source
into the cavity over the opening area
headed to the side face
the cavity
is provided, which is advantageously equipped with a diffusion / reflection surface,
being the redirect over
performed an optical element
which has a refractive index distributed in a lens shape.
In
einem vorteilhaften 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 Lasermediums betrachtet wird, so daß die Einfallsposition des
Pumplichtes auf das Lasermedium variiert wird.In
an advantageous embodiment
a plurality of opening areas
provided and the respective positions of the plurality of opening areas
are changed in at least one place if from the axial
Direction of the laser medium is considered, so that the position of incidence of the
Pump light on the laser medium is varied.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:embodiments
the invention are shown in the drawing and are in the
following description in more detail
explained.
Show it:
1 schematisch den Aufbau
einer Festkörperlaservorrichtung
nach dem Stand der Technik, 1 schematically the structure of a solid-state laser device according to the prior art,
2 eine erläuternde
Kennlinie zum Erklären
des Betriebes des Festkörperlasers
nach dem Stand der Technik, 2 an explanatory characteristic curve for explaining the operation of the solid-state laser according to the prior art,
3 einen Aufbau eines Festkörperlasers, 3 a structure of a solid-state laser,
4 eine erläuternde
Kennlinie zum Beschreiben des Betriebes der Festkörperlaservorrichtung
nach 1, 4 an explanatory characteristic for loading rewrite the operation of the solid state laser device 1 .
5 eine Kennlinie zur Erklärung des
Betriebes der Festkörperlaservorrichtung
nach 1, 5 a characteristic curve for explaining the operation of the solid-state laser device 1 .
6 einen Aufbau einer anderen
Festkörperlaservorrichtung, 6 a structure of another solid-state laser device,
7 einen weiteren Aufbau
einer Festkörperlaservorrichtung, 7 a further structure of a solid-state laser device,
8 einen Aufbau einer weiteren
Festkörperlaservorrichtung, 8th a structure of a further solid-state laser device,
9 einen Aufbau einer Festkörperlaservorrichtung
nach einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung, 9 a structure of a solid-state laser device according to a first embodiment of the invention,
10 einen Aufbau einer anderen
Festkörperlaservorrichtung
nach dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, 10 a structure of another solid-state laser device according to the first embodiment of the present invention,
11 schematisch einen Aufbau
einer weiteren Festkörperlaservorrichtung, 11 schematically a structure of a further solid-state laser device,
12 schematisch einen Aufbau
einer weiteren Festkörperlaservorrichtung, 12 schematically a structure of a further solid-state laser device,
13 schematisch einen Aufbau
einer Festkörperlaservorrichtung
nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und 13 schematically shows a structure of a solid-state laser device according to a second embodiment of the invention, and
14 schematisch einen Aufbau
einer Festkörperlaservorrichtung
nach einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 14 schematically shows a structure of a solid-state laser device according to a further embodiment of the present invention.
Beispiel 1example 1
3 zeigt einen Aufbau einer
Festkörperlaservorrichtung.
Dieses Beispiel zeigt keine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung einzelner Aspekte dienen. 3A ist ein Längsschnitt
durch die Festkörperlaservorrichtung, 3B zeigt einen Querschnitt
durch diese Festkörperlaservorrichtung
und 3C zeigt eine Seitenflächenaufbaudarstellung
einer Lichtsammelvorrichtung, wie sie von der Querrichtung gesehen wird.
In dieser Zeichnung bezeichnen die Bezugszeichen 1, 2, 3, 4, 5, 7, 40, 70 und 100 die
gleichen Bauteile wie die, die in der Festkörperlaservorrichtung nach dem
Stand der Technik verwendet werden. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet
eine Lichtsammelvorrichtung bzw. Lichtkondensorvorrichtung, die
so angeordnet ist, daß sie
das Festkörperelement 3 umgibt,
und deren Innenfläche
als Diffusions/Reflexionsfläche
ausgebildet ist. Die Lichtsammelvorrichtung 8 ist so aufgebaut,
daß eine Vielzahl
von Lichtsammelvorrichtungen längs
der axialen Richtung des Festkörperelementes 3 angeordnet
sind. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet ein Strömungsrohr.
Kühlwasser fließt zwischen
dem Strömungsrohr 2 und
dem Festkörperelement 3.
Darüber
hinaus wird die Lichtsammelvorrichtung 8 durch das Strömungsrohr 20 in
der Weise gehalten, daß dieses
Strömungsrohr
von der Lichtsammelvorrichtung 8 eingeschlossen wird. Das Bezugszeichen 80 zeigt
einen Öffnungsbereich,
der in einem Teil der Seitenfläche
der Lichtsammelvorrichtung 8 geöffnet ist. Das Bezugszeichen 101 gibt eine
Seitenplatte zum Abstützen
des Strömungsrohrs 20 an. 3 shows a structure of a solid-state laser device. This example shows no embodiment of the present invention, but can serve to explain individual aspects. 3A is a longitudinal section through the solid-state laser device, 3B shows a cross section through this solid-state laser device and 3C Fig. 12 shows a side surface structure view of a light collecting device as seen from the transverse direction. In this drawing, reference numerals denote 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 7 . 40 . 70 and 100 the same components as those used in the prior art solid-state laser device. The reference number 8th denotes a light collecting device or light condenser device which is arranged so that it is the solid element 3 surrounds, and the inner surface is designed as a diffusion / reflection surface. The light collecting device 8th is constructed so that a plurality of light collecting devices along the axial direction of the solid element 3 are arranged. The reference number 20 denotes a flow pipe. Cooling water flows between the flow pipe 2 and the solid-state element 3 , In addition, the light collecting device 8th through the flow tube 20 held in such a way that this flow tube from the light collecting device 8th is included. The reference number 80 shows an opening area in a part of the side surface of the light collecting device 8th is open. The reference number 101 gives a side plate to support the flow tube 20 on.
Bei
der Festkörperlaservorrichtung
entsprechend dem obigen Aufbau ist das das aktivierte Festkörpermedium
enthaltende Festkörperelement 3 in der
Lichtsammelvorrichtung angeordnet, die beispielsweise aus Keramik
hergestellt ist und deren Innenfläche als Diffusions/Reflexionsfläche ausgebildet
ist. Das Festkörperelement 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 werden, hin und her geleitet wird,
so daß dieses
natürliche
Emissionslicht zu dem Laserstrahl 7 mit einer besseren
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 projiziert.In the solid state laser device according to the above structure, the solid state element containing the activated solid medium is 3 arranged in the light collecting device, which is made of ceramic, for example, and whose inner surface is designed as a diffusion / reflection surface. The solid state element 3 is through the excitation light 40 excited by the semiconductor laser 4 is emitted and from the opening area 80 is passed, and then it becomes the laser amplification medium for amplifying the laser beam. The natural (spontaneous) emission light emitted by the laser amplification medium is amplified as it passes between the resonators through the mirror 1 and the mirror 2 are formed, directed back and forth so that this natural emission light to the laser beam 7 with better directivity. If the intensity of this laser beam 7 reaches a predetermined value, this laser beam 7 as a laser beam 70 projected out of the laser gain medium.
Bei
dem oben beschriebenen Aufbau geht das Licht von dem Halbleiterlaser,
das nicht von dem Festkörperelement 3 absorbiert
wird, durch das Festkörperelement
und wird danach zerstreut/reflektiert auf der Innenfläche der
Lichtsammelvorrichtung. Das zerstreute/reflektierte Licht erregt
erneut das Festkörperelement
in gleichmäßiger Weise.
Der Anregungs- bzw. Erregungswirkungsgrad kann bei dieser Bedingung
berechnet werden, indem die Wahrscheinlichkeit der Lichtreflexionszahl
an der Diffusions/Reflexionsfläche
in Betracht gezogen wird, bis das Licht endlich von dem Festkörperelement
absorbiert wird.With the structure described above, the light comes from the semiconductor laser, which does not come from the solid-state element 3 is absorbed by the solid element and is then scattered / reflected on the inner surface of the light collecting device. The scattered / reflected light excites the solid element again in a uniform manner. The excitation efficiency can be calculated under this condition by taking into account the likelihood of the light reflection number on the diffusion / reflection surface until the light is finally absorbed by the solid element.
4 stellt graphisch die Anregungswirksamkeit
bzw. den Anregungswirkungsgrad des Festkörperelementes dar, der als
Funktion auf der Grundlage des Wirkungsgrades 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 Anregungslichts, z.B,
des Halbleiterlaserlichts verändert
wird, so daß der
Absorptionswirkungsgrad des Festkörperelementes zwischen 20 %
und 100 % geändert
wird, kann verstanden werden, daß eine Änderung in der Anregungswirksamkeit
des Festkörperelementes
sanft ist. Dies impliziert, daß eine
solche Anregungslichtquelle verwendet werden kann, die einen weiten
Wellenlängenbereich
aufweist und es wird keine strenge Wellenlängenkontrolle benötigt. Als
Ergebnis wird die Herstellungsausbeute des Halbleiterlasers erhöht und somit
kann die Festkörperlaserverstärkungsvorrichtung
mit dem einfachen Aufbau bei geringen Kosten realisiert werden. 4 graphically represents the excitation efficiency or the excitation efficiency of the solid-state element, which is calculated as a function on the basis of the efficiency of the inner surface of the light collecting device and also also such an excitation efficiency (absorption degree) if the excitation light passes through the solid-state element only once. Even if the wavelength of the excitation light, for example, the semiconductor laser light is changed so that the absorption efficiency of the solid-state element is changed between 20% and 100%, ver stood that a change in the excitation effectiveness of the solid element is gentle. This implies that such an excitation light source can be used, which has a wide wavelength range and no strict wavelength control is required. As a result, the manufacturing yield of the semiconductor laser is increased, and thus the solid-state laser amplifying device with the simple structure can be realized at a low cost.
Es
sei bemerkt, daß die
Lichtkomponenten, die absorbiert wurden und kein Laserlicht darstellten, in
Wärme umgewandelt
werden und dann wird das durch die Wärme aufgeheizte Festkörperelement 3 durch
ein Kühlmedium
gekühlt,
das durch ein um das Festkörperelement 3 herum
angeordnetes Strömungsrohr
fließt.Note that the light components which have been absorbed and which are not laser light are converted into heat and then the solid state element heated by the heat becomes 3 cooled by a cooling medium which by a around the solid element 3 flow tube arranged around flows.
5 zeigt graphisch eine Schwingungseigenschaft
der Festkörperlaservorrichtung
nach diesem Beispiel, die durch das Experiment erhalten wurde. Das
heißt,
daß sechs
Halbleiterlaser des kontinuierlichen Schwingungstyps, die GaAlAs
als Hauptkomponente enthalten, verwendet wurden, die ein besonders
flaches Schwingungslicht mit einer Länge von 1 cm und einer Breite
von 5 Mikrometern in der Nähe
der Wellenlänge
von 810 nm erzeugten. 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 Garnet)-Stab 3 mit einem
Durchmesser von 4 mm und einer Länge
von 100 mm, der in der Lichtsammelvorrichtung 8 gelagert
ist, durch das Laserlicht erregt, so daß die Laserleistung durch den
Resonator des stabilen Typs erhalten wurde, der aus dem teilreflektierenden
Spiegel 2 mit einem Transmissionsgrad von 6 % und dem Reflexionsspiegel 1 mit
einem Reflexionsgrad von 100 % aufgebaut ist. 5 Fig. 12 graphically shows a vibration characteristic of the solid-state laser device according to this example, which was obtained by the experiment. That is, six continuous vibration type semiconductor lasers containing GaAlAs as the main component were used, which produced a particularly flat vibration light with a length of 1 cm and a width of 5 micrometers near the wavelength of 810 nm. That of each of the semiconductor lasers 4 Laser light was generated through each of the opening areas 80 with a length of 1.5 cm and a width of 0.5 mm in the light collecting device 8th sent, the opening areas 80 on the side surface of the light collecting device 8th are provided for the respective semiconductor laser 4 were prepared. Then a narrow Nd: YAG (Nd: Yttrium Aluminum Garnet) rod became 3 with a diameter of 4 mm and a length of 100 mm, which in the light collecting device 8th is excited by the laser light, so that the laser power was obtained by the resonator of the stable type, which from the partially reflecting mirror 2 with a transmittance of 6% and the reflection level 1 with a reflectance of 100%.
Im
Fall, daß die
Gesamtleistung der gesamten Halbleiterlaser 72 W war, konnte eine
Laserleistung von 25 W als Laserstrahl 70 erzeugt werden. Der
Neigungswirkungsgrad der Schwingungskennlinie, nämlich eine so genannte "Licht-Lichtneigungswirksamkeit" war 48 %.. Dieser
Wert entspricht der maximalen Licht-Lichtneigungswirksamkeit in
der Welt zu dem Zeitpunkt, an dem die vorliegende Patentanmeldung
durchgeführt
wurde. Je kleiner der Durchmesser des Stabs 3 wird, umso
leichter konnte der Laserstrahl mit einer besseren Laserqualität erzeugt
werden. Folglich impliziert die Tatsache, daß der oben beschriebene maximale
Wirkungsgradwert mit der Verwendung eines solchen schmalen Stabes erzielt
werden kann, daß der
oben beschriebene Aufbau der Festkörperlaserverstärkungsvorrichtung
einen Laserstrahl mit hoher Qualität bei höheren Wirkungsgraden erzeugen
kann.In the event that the total power of the entire semiconductor laser was 72 W, a laser power of 25 W could be used as the laser beam 70 be generated. The inclination efficiency of the vibration characteristic, namely, a so-called "light-inclination efficiency" was 48%. This value corresponds to the maximum light-light inclination efficiency in the world at the time the present patent application was made. The smaller the diameter of the rod 3 the easier it was to generate the laser beam with better laser quality. Consequently, the fact that the maximum efficiency value described above can be achieved with the use of such a narrow rod implies that the structure of the solid-state laser amplification device described above can produce a laser beam with high quality at higher efficiency levels.
Es
sei bemerkt, daß obwohl
die Vielzahl der Halbleiterlaser 4 symmetrisch auf der
Seitenfläche des
Festkörperelementes
in dem obigen Ausführungsbeispiel
1 angeordnet sind, die Anordnung der Halbleiterlaser nicht darauf
begrenzt ist.It should be noted that although the variety of semiconductor lasers 4 Are arranged symmetrically on the side surface of the solid element in the above embodiment 1, the arrangement of the semiconductor laser is not limited to this.
In
dem oben beschriebenen Beispiel ist die Lichtsammelvorrichtung 8 in
einer solchen Weise auf gebaut, daß eine Vielzahl von Lichtsammelvorrichtungen
längs der
axialen Richtung des Festkörperlaserelementes 3 angeordnet
ist und daß jede
dieser Lichtsammelvorrichtungen einen 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 the example described above, the light collecting device is 8th built in such a way that a plurality of light collecting devices along the axial direction of the solid-state laser element 3 is arranged and that each of these light collecting devices has an opening area 80 has, in order to easily replace the light collecting device and also to easily set the beam incident position of the respective semiconductor laser. Alternatively, a plurality of opening areas can be provided in a single light collecting device.
In
dem oben erläuterten
Beispiel ist die Lichtsammelvorrichtung 8 in einer solchen
Weise aufgebaut, daß sie
an den Öffnungsbereichen 80 in
der Querrichtung längs
der axialen Richtung des Festkörperelementes 3 unterteilt
ist und das Strömungsrohr
entlang der oberen/unteren Richtungen eingeschlossen ist. Allerdings
ist der Aufbau dieser Lichtsammelvorrichtung 8 nicht auf
den oben erläuterten Aufbau
begrenzt, sondern kann, wie in 6 gezeigt wird,
entlang der Längsrichtung
unterteilt sein, um das Strömungsrohr 20 zu
halten, während
dieses Strömungsrohr 20 entlang
der rechten/linken Richtung eingelegt oder eingeklemmt wird. Außerdem kann
diese Lichtsammelvorrichtung in vier Teile längs der Quer/Längsrichtungen
unterteilt werden.In the example explained above, the light collecting device is 8th constructed in such a way that they are at the opening areas 80 in the transverse direction along the axial direction of the solid element 3 is divided and the flow tube is enclosed along the upper / lower directions. However, the structure of this light collecting device 8th is not limited to the structure explained above, but can, as in 6 is shown to be divided along the longitudinal direction around the flow tube 20 to hold up while this flow tube 20 inserted or pinched along the right / left direction. In addition, this light collecting device can be divided into four parts along the transverse / longitudinal directions.
Mit
dem obigen Aufbau ist ein Teil der unterteilten Lichtsammelvorrichtung
abgetrennt, so daß das
Laserstrahlmuster, das von den Öffnungsbereichen
projiziert wird, beobachtet werden kann. Beispielsweise kann eine
Bestätigung
vorgenommen werden, daß das
Halbleiterlaserlicht auf den Öffnungsbereich
fällt.With
the above structure is part of the divided light collecting device
severed so that the
Laser beam pattern from the opening areas
is projected, can be observed. For example, a
confirmation
be made that the
Semiconductor laser light on the opening area
falls.
Außerdem kann
mit dem Aufbau nach diesem Ausführungsbeispiel
die Lichtsammelvorrichtung 8 um das Strömungsrohr 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 Vergleich
mit dem oben beschriebenen Fall erregt werden. Somit kann die Laserverstärkung mit
hoher Qualität
durchgeführt
werden.In addition, with the structure of this embodiment, the light collecting device 8th be rotated around the flow tube. If it is arranged so that the position of the opening area is changed and the incident position of the excitation light is changed, the solid element can be excited evenly compared to the case described above. The laser amplification can thus be carried out with high quality.
Da,
wie oben beschrieben, die Festkörperlaservorrichtung
nach dem obigen Beispiel in der Weise aufgebaut ist, daß das Festkörperelement
in der Lichtsammelvorrichtung angeordnet ist, deren Innenfläche aus
einer Diffusions/Reflexionsfläche
hergestellt ist und daß das
Anregungslicht von dem Öffnungsbereich
so geleitet wird, daß das
Festkörperelement
erregt wird, kann das Festkörperelement
mit höheren
Wirkungsgraden gleichmäßiger erregt
werden.Since, as described above, the solid-state laser device according to the above example is constructed in such a way that the solid-state element in the Light collecting device is arranged, the inner surface is made of a diffusion / reflection surface and that the excitation light is guided from the opening area so that the solid element is excited, the solid element can be excited more uniformly with higher efficiencies.
Da
auch die Festkörperlaservorrichtung
so aufgebaut ist, daß das
Anregungslicht in einen solchen diffusions/reflexionsgeformten Strahl
umgewandelt wird der keine Beziehung zu dem divergierenden Winkel
des Erregungslichtes und der Strahlqualität hat und das Festkörperelement
durch diesen diffusions/reflexionsgeformten Laserstrahl erregt werden
kann, kann das Festkörperlaserelement
im wesentlichen unabhängig
von dem divergierenden Zustand des einfallenden Strahls, der Strahlmode und
der Einfallsposition zu der Öffnungsposition
erregt werden. Als Folge kann das Festkörperelement unter stabilen
Bedingungen selbst in Antwort auf mechanische Schwingungen oszillieren
und auch kann die Anregungslichtquelle ersetzt werden, ohne daß eine erneute
Justierung nötig
ist.There
also the solid-state laser device
is constructed in such a way that
Excitation light in such a diffusion / reflection-shaped beam
the relation to the diverging angle is converted
of excitation light and beam quality and the solid state element
be excited by this diffusion / reflection-shaped laser beam
can, the solid-state laser element
essentially independent
of the diverging state of the incident beam, the beam mode and
the collapse position to the open position
be excited. As a result, the solid-state element can be under stable
Conditions oscillate even in response to mechanical vibrations
and also the excitation light source can be replaced without a new one
Adjustment necessary
is.
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 Beziehung zwischen Lichtsammelvorrichtung
und dem Festkörperelement
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.There
continue to support the light collection devices in such a manner
that the flow tube
inserted or surrounded by the surrounding parts of the solid element
is stuck, the stable relationship between light collecting device
and the solid-state element
be set up and then stable operation can be realized.
Also, the center of the flow tube that
is called
the middle of the solid element
in accordance
be brought with the center of the light collecting device so that a still
more uniform laser excitation
can be achieved.
Beispiel 2Example 2
7 ist eine schematische
Darstellung des Aufbaus einer weiteren Festkörperlaservorrichtung. Dieses Beispiel
zeigt keine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung einzelner Aspekte dienen. 7A ist ein Längsschnitt
dieser Festkörperlaservorrichtung, 7B ist ein Querschnitt durch
dieselbe und 7C zeigt
eine Seitenansicht des Aufbaus einer Lichtsammelvorrichtung, gesehen
von der Querrichtung. In dem Beispiel 1 ist ein solcher Aufbau dargestellt,
bei dem die Lichtsammelvorrichtung 8 um das Festkörperelement
herum gehalten ist, indem das Strömungsrohr 20 dazwischengelegt
ist. Alternativ können
beide Kantenbereiche der Lichtsammelvorrichtung mechanisch auf einer
Seitenplatte und mechanisch unter Verwendung einer Schraube befestigt
werden, um das Strömungsrohr 20 abzustützen. Wie
in 7 dargestellt ist,
ist eine Schraube 102 für
die Kopplung zweier Seitenplatten 101 vorgesehen und ein
Abstand zwischen den zwei Seitenplatten 101 ist variabel
durch diese Schraube 102 einstellbar. Nachdem die Lichtsammelvorrichtung 8 zwischen
den zwei Seitenplatten gelagert wird, kann der Abstand zwischen
den zwei Seitenplatten verkürzt
werden, um die Lichtsammelvorrichtung 8 unter Druckbedingungen
zu halten. 7 Fig. 4 is a schematic illustration of the construction of another solid-state laser device. This example shows no embodiment of the present invention, but can serve to explain individual aspects. 7A is a longitudinal section of this solid-state laser device, 7B is a cross section through the same and 7C shows a side view of the structure of a light collecting device, seen from the transverse direction. In example 1, such a structure is shown in which the light collecting device 8th is held around the solid element by the flow tube 20 is interposed. Alternatively, both edge areas of the light collection device can be mechanically attached to a side plate and mechanically using a screw around the flow tube 20 support. As in 7 is shown is a screw 102 for coupling two side plates 101 provided and a distance between the two side plates 101 is variable through this screw 102 adjustable. After the light collecting device 8th is stored between the two side plates, the distance between the two side plates can be shortened by the light collecting device 8th to keep under pressure conditions.
Mit
der Verwendung dieses Aufbaus kann eine Beziehung zwischen der Lichtsammelvorrichtung
und dem Festkörperelement
stabil gemacht werden, so daß ein
stabiler Betrieb realisiert werden kann. Auch kann die Mitte des
Strömungsrohrs,
das heißt
die Mitte des Festkörperelementes
in Übereinstimmung
mit der Mitte der Lichtsammelvorrichtung gebracht werden, so daß eine gleichmäßigere Lasererregung
erzielt werden kann.With
Using this structure can create a relationship between the light collecting device
and the solid-state element
be made stable so that a
stable operation can be realized. Also the middle of the
Flow tube,
this means
the middle of the solid element
in accordance
brought with the center of the light collecting device, so that a more uniform laser excitation
can be achieved.
Darüber hinaus
kann auch in dem Aufbau nach diesem Beispiel die Lichtsammelvorrichtung 8 um
das Strömungsrohr
gedreht werden. Wenn sie so angeordnet 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.In addition, the light collecting device can also be constructed in this example 8th be rotated around the flow tube. If it is arranged so that the position of the opening is changed and the incident position of the excitation light is changed, the solid-state element can be excited evenly compared to the case described above. Thus, laser amplification can be carried out with a high quality.
Beispiel 3Example 3
8 ist eine schematische
Darstellung des Aufbaus einer weiteren Festkörperlaservorrichtung. Dieses
Beispiel zeigt keine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung einzelner Aspekte dienen. 8A ist ein Längsschnitt
durch diese Festkörperlaservorrichtung, 8B ist ein Querschnitt und 8C ist eine Seitenansicht
einer Lichtsammelvorrichtung, gesehen von der Querrichtung. 8th Fig. 4 is a schematic illustration of the construction of another solid-state laser device. This example shows no embodiment of the present invention, but can serve to explain individual aspects. 8A is a longitudinal section through this solid-state laser device, 8B is a cross section and 8C Fig. 12 is a side view of a light collecting device as viewed from the transverse direction.
Darüber hinaus
ist in 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 Festkörperelementes 3 in
bezug auf die Grundplatte 100 eingestellt werden. Beispielsweise
kann entweder eine Einstellvorrichtung verwendet werden, die die
Höhe des
Festkörperelementes 3 in
der Weise einstellt, daß die
Mitte der Lichtsammelvorrichtung 8 mit der Mitte des Strömungsrohrs 20,
das heißt
der Mitte des Festkörperelementes 3 übereinstimmt,
oder die Halterung für
die Lichtsammelvorrichtung kann mit einer geeigneten mechanischen
Genauigkeit geplant werden.In addition, in 8th the type of mounting of the light collecting device 8th shown, the light collecting device 8th on a base plate 100 can be attached. Although in this case the light collecting device 8th from the side plate 101 can be separated, the height of the solid element 3 with respect to the base plate 100 can be set. For example, either an adjustment device can be used, the height of the solid element 3 in such a way that the center of the light collecting device 8th with the center of the flow tube 20 , that is the center of the solid element 3 matches, or the holder for the light collecting device can be planned with a suitable mechanical accuracy.
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 Lichtsammelvorrichtung 8 leicht
von der Grundplatte 100 entfernt werden. Wenn das Innere
dieser Lichtsammelvorrichtung verschmutzt ist, kann die verschmutzte
Lichtsammelvorrichtung schnell durch eine neue ersetzt werden.There, as described above, the light collecting device 8th through the base plate 100 that are separate from the side plate 101 to support the stream mung tube 2 is provided, is stored, the light collecting device 8th easily from the base plate 100 be removed. If the inside of this light collecting device is dirty, the dirty light collecting device can be quickly replaced with a new one.
Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1
9 ist eine Querschnittsansicht
zum Zeigen des Aufbaus eines HaupttLeils der Festkörperlaservorrichtung
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 9A ist
ein Längsschnitt
durch die Festkörperlaservorrichtung und 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. 9 Fig. 13 is a cross sectional view showing the structure of a main part of the solid state laser device according to a first embodiment of the present invention. 9A is a longitudinal section through the solid-state laser device and 9B is a cross section. In this drawing, the reference number denotes 45 an optical waveguide element for guiding the excitation light 40 made of sapphire or undoped YAG and in the opening area 80 is arranged.
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 Keramik angeordnet,
deren Innenfläche
als Diffusions/Reflexionsfläche
ausgebildet ist. Das Festkörperelement 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 zum Laserverstärkungsmedium zum Verstärken des
Laserstrahls. Das von dem Laserverstärkungsmedium emittierte natürliche (spontane)
Emissionslicht wird verstärkt,
während
das natürliche
Emissionslicht zwischen den Resonatoren, die durch den Spiegel 1 und
den Spiegel 2 gebildet werden, hin und her reflektiert,
so daß dieses
natürliche
Emissionslicht zum Laserstrahl 7 mit einer besseren Richtwirkung
wird. Wenn die Intensität
dieses Laserstrahls 7 einen vorgewählten Wert erreicht, wird dieser
Strahl 7 als Laserstrahl 70 nach außen in bezug
auf das Laserverstärkungsmedium
projiziert.Similar to the exemplary embodiments 1 to 3 explained above, in the solid-state laser device having the structure described above, the solid-state element containing the activated solid-state medium becomes 3 arranged in the light collecting device, for example made of ceramic, the inner surface of which is designed as a diffusion / reflection surface. The solid state element 3 is through the excitation light 40 excited by the semiconductor laser 4 is emitted and from the opening area 80 and then becomes the laser amplification medium for amplifying the laser beam. The natural (spontaneous) emission light emitted by the laser amplification medium is amplified, while the natural emission light between the resonators through the mirror 1 and the mirror 2 are formed, reflected back and forth so that this natural emission light to the laser beam 7 with a better directivity. If the intensity of this laser beam 7 a beam reaches a preselected value 7 as a laser beam 70 projected outward with respect to the laser gain medium.
Die
Funktionsweisen des optischen Wellenleiterelementes 45,
das Merkmale dieses Ausführungsbeispiels
bildet, wird nun beschrieben. Die Kantenfläche des optischen Wellenleiterelementes 45 ist mit
einer nichtreflektierenden Beschichtung in bezug auf das Anregungslicht
beschichtet, so daß das
von der Anregungslichtquelle 4 emittierte Licht in das
optische Wellenleiterelement 45 ohne wesentlichen Verlust
geleitet werden kann. Das optische Wellenleiterelement 45 besteht
aus Saphir oder YAG (Yttrium Aluminium Garnet). Da der Brechungsindex
dieses optischen Wellenleiterelementes 45 groß ist, ungefähr 1,7 bis
1,8, wird das schräg
auf das optische Wellenleiterelement 45 fallende Anregungslicht durch
die obere und untere Fläche
des optischen Wellenleiterelementes 45 totalreflektiert
und wird daher in der Lichtsammelvorrichtung im wesentlichen ohne
Verlust geleitet. Tatsächlich
konnte eine Transmissionseigenschaft höher als 95 % durch das Experiment
bewiesen werden.The functions of the optical waveguide element 45 forming features of this embodiment will now be described. The edge surface of the optical waveguide element 45 is coated with a non-reflective coating with respect to the excitation light so that it is from the excitation light source 4 emitted light into the optical waveguide element 45 can be managed without significant loss. The optical waveguide element 45 consists of sapphire or YAG (yttrium aluminum garnet). Because the refractive index of this optical waveguide element 45 is large, about 1.7 to 1.8, that will be obliquely on the optical waveguide element 45 falling excitation light through the upper and lower surface of the optical waveguide element 45 totally reflected and is therefore conducted in the light collecting device essentially without loss. In fact, a transmission property higher than 95% could be proven by the experiment.
Zusätzlich besitzt
das optische Wellenleiterelement 45 eine andere Wirkung
der Vergleichmäßigung der
räumlichen
Verteilung des Anregungslichtes.In addition, the optical waveguide element has 45 another effect of the homogenization of the spatial distribution of the excitation light.
Obwohl
der mittlere Lichtbereich des gesamten von der Anregungslichtquelle 5,
die beispielsweise als Halbleiterlaser 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 den
peripheren Lichtbereich gemischt, so daß die Intensitätsverteilung
des Anregungslichtes konstant gemacht werden kann. Wenn die Intensitätsverteilung
des Anregungslichtes in der oben beschriebenen Weise vergleichmäßigt wird,
um dabei in die Lichtsammelvorrichtung geleitet zu werden, kann
die Wirkung der Vergleichmäßigung der
Erregung des Festkörperelementes
durch die Diffusion/Reflexion der Lichtsammelvorrichtung erhöht werden.Although the middle light area of the whole from the excitation light source 5 , which is constructed, for example, as a semiconductor laser, emits total light through the optical waveguide element 45 The peripheral light region is reflected without total reflection, so that this peripheral light region is deflected towards the central region and then from the optical waveguide element 45 is passed into the light collecting device. In this way, the middle light area is mixed with the peripheral light area, so that the intensity distribution of the excitation light can be made constant. If the intensity distribution of the excitation light is made uniform in the manner described above in order to be guided into the light collecting device, the effect of making the excitation of the solid-state element uniform by the diffusion / reflection of the light collecting device can be increased.
Es
sei bemerkt, daß als
optisches Wellenleiterelement 45 ein optisches Element
zum Übertragen von
Licht mittels der durch eine optische Dünnschicht, die auf einer einer
Seitenflächen
ausgebildet ist, bewirkten Totalreflexion verwendet werden kann, um
das optische Wellenleiterelement in der gleichen Weise wie nach 9 aufzubauen, zum Beispiel kann
ein solches Element, bei dem eine Dünnschicht, zum Beispiel aus
Gold, Aluminium oder Magnesiumfluorid, auf zum Beispiel Glas oder
geschmolzenem Quarz abgeschieden wurde, verwendet werden. In diesem
Fall gibt es einen weiteren Verdienst dahingehend, daß die gesamte
Vorrichtung bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann, da kostengünstige Materialien
verwendet werden können.It should be noted that as an optical waveguide element 45 an optical element for transmitting light by means of the total reflection caused by an optical thin film formed on one side surface can be used to the optical waveguide element in the same manner as after 9 for example, such an element in which a thin film, for example made of gold, aluminum or magnesium fluoride, has been deposited on, for example, glass or molten quartz can be used. In this case, there is another merit in that the entire device can be manufactured at a low cost because inexpensive materials can be used.
Auch
kann ein solches optisches Element zum Übertragen von Licht durch den
Linseneffekt mit glatten Änderungen
des inneren Brechungsindex, zum Beispiel eine optische Faser wie
in 10 dargestellt als
dieses optische Wellenleiterelement 45, verwendet werden.
Da in diesem Fall das Anregungslicht geführt werden kann, während die
Strahlqualität
der Anregungslichtquelle erhalten bleibt, kann das Erregungslicht
mit der stabilen Qualität
in die Lichtsammelvorrichtung 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 Laserverstärkung mit hoher Qualität erzielt
werden kann.Also, such an optical element for transmitting light through the lens effect with smooth changes in the internal refractive index, for example, an optical fiber as in FIG 10 shown as this optical waveguide element 45 , be used. In this case, since the excitation light can be guided while maintaining the beam quality of the excitation light source, the excitation light with the stable quality can be guided into the light collecting device without being adversely affected by the length of the optical element for transmitting the excitation light, so that the Distribution of excitation within the solid element can be made stable can and thus the laser amplification can be achieved with high quality.
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 entfernt
wird und das Kühlmittel
durch die Lichtsammelvorrichtung fließen kann.If, in addition, the optical waveguide element 45 is used, the opening area of the light collecting device can be sealed by this optical waveguide element 45 be closed so that the flow tube 20 is removed and the coolant can flow through the light collecting device.
Folglich
kann der innere Bereich dieser Lichtsammelvorrichtung die Rolle
des Strömungsrohrs 20 erfüllen.Consequently, the inner area of this light collecting device can play the role of the flow tube 20 fulfill.
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 Einfallsposition
des optischen Wellenleiterelementes 45 in bezug auf die
Stabseitenfläche
leicht geändert
werden. Wenn beispielsweise die Lichtsammelvorrichtung 8 drehbar
hinsichtlich der Aufbauten des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels angeordnet
ist und dann die Position des Öffnungsbereiches 80 variiert
wird, um so die Einfallsposition des Erregungslichtes in das Festkörperelement
zu ändern,
wird bei Verwendung des integral mit der Lichtquelle 4 hergestellten
optischen Wellenleiterelementes 45 zum Weiterleiten des
Anregungslichtes die Übertragungswirk samkeit
des Anregungslichtes nicht geändert,
selbst wenn eine Positionsverschiebung aufträte und der Einfallswinkel geändert würde. Somit
kann das Anregungslicht unter stabilen Bedingungen weitergeleitet
werden.Furthermore, the optical waveguide element 45 integral in the same packaging with the light source 4 to be ordered. As a result, while adjusting the position between the light source 4 and the optical element 45 remains the position of incidence of the optical waveguide element 45 can be easily changed with respect to the bar side surface. For example, if the light collecting device 8th is rotatably arranged with respect to the structures of the first and the second embodiment and then the position of the opening area 80 is varied so as to change the position of incidence of the excitation light into the solid-state element when using the integral with the light source 4 manufactured optical waveguide element 45 to transmit the excitation light, the transmission effectiveness of the excitation light is not changed even if a position shift occurs and the angle of incidence is changed. The excitation light can thus be transmitted under stable conditions.
Beispiel 4Example 4
11 zeigt einen Aufbau einer
weiteren Festkörperlaservorrichtung.
Dieses Beispiel zeigt keine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung einzelner Aspekte dienen. 11A ist ein Längsschnitt
durch die Festkörperlaservorrichtung. 11B ist ein Querschnitt
der Festkörperlaservorrichtung
und 11C ist eine Seitenansicht
der Lichtsammelvorrichtung, gesehen von der Querrichtung. Wie in 11 gezeigt wird, wird in diesem
Beispiel die Position des Öffnungsbereichs 80,
der in der Lichtsammelvorrichtung 8 ausgebildet ist, längs der
Höhenrichtung
geändert.
Als Folge wird gleichfalls die Einstellposition der Anregungslichtquelle 4 in
Höhenrichtung
geändert. 11 shows a structure of a further solid-state laser device. This example shows no embodiment of the present invention, but can serve to explain individual aspects. 11A is a longitudinal section through the solid state laser device. 11B Fig. 10 is a cross section of the solid-state laser device and 11C Fig. 10 is a side view of the light collecting device as viewed from the transverse direction. As in 11 the position of the opening area is shown in this example 80 that in the light collecting device 8th is formed, changed along the height direction. As a result, the setting position of the excitation light source also becomes 4 changed in height direction.
Ähnlich wie
in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
1 bis 3 wird bei der Festkörperlaservorrichtung
nach diesem Beispiel 4 das das aktivierte Festkörpermedium enthaltende Festkörperelement 3 in
der Lichtsammelvorrichtung zum Beispiel aus Keramik positioniert,
deren Innenfläche
als Diffusions/Reflexionsfläche
ausgebildet ist. Das Festkörperelement 3 wird
durch das Anregungslicht 40, das von dem Halbleiterlaser 4 emittiert
und von dem Öffnungsbereich 80 geleitet
wird, erregt und wird dann zu dem Laserverstärkungsmedium zum Verstärken des
Laserstrahls. Die natürliche
(spontane) von dem Laserverstärkungsmedium
emittierte Emissionslicht wird verstärkt, wäh rend das natürliche Emissionslicht zwischen
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 erreicht, wird dieser
Laserstrahl 7 aus dem Laserverstärkungsmedium heraus nach außen als Laserstrahl 70 projiziert.Similar to the exemplary embodiments 1 to 3 described above, in the solid-state laser device according to this example 4, the solid-state element containing the activated solid-state medium becomes 3 positioned in the light collecting device, for example made of ceramic, the inner surface of which is designed as a diffusion / reflection surface. The solid state element 3 is through the excitation light 40 by the semiconductor laser 4 emitted and from the opening area 80 is excited, and then becomes the laser amplification medium for amplifying the laser beam. The natural (spontaneous) emission light emitted by the laser amplification medium is amplified, while the natural emission light between the resonators, consisting of the mirrors 1 and 2 , is reflected back and forth, causing this natural emission light to the laser beam 7 with a better directivity. If the intensity of this laser beam 7 reaches a preselected value, this laser beam 7 out of the laser amplification medium to the outside as a laser beam 70 projected.
Zusätzlich wird
nun eine Beschreibung der Anordnung der Merkmale des Öffnungsbereichs 80 entsprechend
dem Beispiel gegeben. In Übereinstimmung
mit diesem Beispiel werden drei Sätze von gepaarten Halbleiterlasern 4,
die entgegengesetzt zueinander liegen, längs der axialen Richtung des
Festkörperelementes
angeordnet, das heißt
sechs Halbleiterelemente werden insgesamt angeordnet. Die Einfallspositionen
des Anregungslichtes auf die Festkörperelemente werden im wesentlichen
gleichmäßig in der
Weise gemacht, daß diese
Erregungslicht-Einfallspositionen nicht auf eine spezifische stelle
konzentriert werden, wie von der axialen Richtung der Festkörperelemente
gesehen wird. Da der Verstärkungsfaktor
des Halbleiterelementes durch den Integralwert der gesamten Anzahl
dieser Festkörperelemente
ausgedrückt
wird, werden, wenn die Einfallspositionen der mehreren Erregungslichter,
wie aus der axialen Richtung gesehen wird, gleichmäßig gemacht
werden, der Verstärkungsfaktor
des Festkörperelementes
im Querschnitt auch gleichmäßig gemacht,
so daß der
Laserstrahl mit einer hohen Qualität leicht hergestellt und verstärkt werden
kann.In addition, a description will now be given of the arrangement of the features of the opening area 80 given according to the example. In accordance with this example, three sets of paired semiconductor lasers 4 , which are opposite to each other, arranged along the axial direction of the solid element, that is, six semiconductor elements are arranged in total. The positions of incidence of the excitation light on the solid-state elements are made substantially uniform in such a way that these excitation-light incident positions are not concentrated on a specific point, as seen from the axial direction of the solid-state elements. Since the gain of the semiconductor element is expressed by the integral value of the total number of these solid elements, when the incident positions of the plural excitation lights are made uniform as seen from the axial direction, the gain of the solid element is also made uniform in cross section, so that Laser beam with a high quality can be easily manufactured and amplified.
In 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. Zusammen fassend
kann die Gleichmäßigkeit
der Verstärkungsverteilung
in der Querschnittsansicht des Festkörperelementes stark verbessert
werden, wenn eine Mehrzahl von Öffnungsbereichen
auf der Seitenfläche
der Lichtsammelvorrichtung vorgesehen ist und wenn auch die Positionen
dieses Halbleiterelementes, wie von der axialen Richtung gesehen, in
die Stelle mindestens eines Öffnungsbereichs
geändert
werden. Es sei bemerkt, daß,
wenn die Lichteinfallsleistung, 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 Verfügung stellen.In 11 Such an arrangement is shown in which two semiconductor lasers are arranged in each stage so as to make the excitation light incident positions on the semiconductor element more uniform. In summary, the uniformity of the reinforcement distribution in the cross-sectional view of the solid element can be greatly improved if a plurality of opening areas are provided on the side surface of the light collecting device and if the positions of this semiconductor element, as seen from the axial direction, are changed to the position of at least one opening area become. It should be noted that if the light incident power derived from the excitation light source is increased, the same arrangement of the excitation light incident position is required so as to generate / amplify the laser beam with high quality. In such circumstances, the above arrangement can be particularly effective make available.
Auch
in diesem Beispiel ist es möglich,
eine Anordnung unter Verwendung des optischen Wellenleiterelementes 45 aufzubauen,
das in dem vorhergehenden ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurde.
Wie zuvor erläutert
wurde, wird bei einer solchen Anordnung eine noch gleichmäßigere Verstärkungsverteilung
erhalten, da die Effekte der Vergleichmäßigung des Anregungslichtes,
bewirkt durch das optische Wellenleiterelement 45, gut
erzielt werden können.In this example, too, it is possible to arrange using the optical waveguide element 45 to build up, which was used in the previous first embodiment. As previously explained, an even more uniform gain distribution is obtained with such an arrangement, since the effects of the equalization of the excitation light caused by the optical waveguide element 45 , can be achieved well.
Beispiel 5Example 5
Obwohl
die Position des auf der Lichtsammelvorrichtung 8 vorgesehenen Öffnungsbereichs 80 im
vierten Beispiel verändert
wurde, ist es möglich,
in alternativer Weise ein fünftes
Beispiel wie folgt vorzusehen. Dieses Beispiel zeigt keine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung einzelner Aspekte dienen.
Die Lichtsammelvorrichtung 8, die im ersten Ausführungsbeispiel
gezeigt wurde, kann durch das Strömungsrohr 20 so umschlossen
werden, daß sie
feststeht und die Lichtsammelvorrichtung 8 kann um das
Strömungsrohr 20 herum
gedreht werden, so daß das
Festkörperelement 3 gleichmäßig von
den peripheren Bereichen in der Querschnittsansicht, wie aus axialer
Richtung gesehen, gleichmäßig erregt
werden kann. 12 stellt ein
Beispiel einer solchen Anordnung dar. 12A ist
ein Längsschnitt
dieser Anordnung, während 12B einen solchen Zustand
darstellt, bei dem ein Lichtsammelvorrichtungsteil davon hergeleitet
wird, und dieses Lichtsammelvorrichtungsteil wird gedreht, wie längs der
axialen Richtung des Festkörperelementes
gesehen wird. Da in diesem Fall eine Mehrzahl von Lichtsammelvorrichtungen 8,
die längs
der axialen Richtung aufgeteilt sind, unabhängig und frei gedreht werden,
kann ihre optimale Position bestimmt werden, während die Qualität des oszillierenden
Laserstrahls beobachtet wird.Although the position of the on the light collecting device 8th provided opening area 80 in the fourth example, it is possible to alternatively provide a fifth example as follows. This example shows no embodiment of the present invention, but can serve to explain individual aspects. The light collecting device 8th that was shown in the first embodiment can pass through the flow tube 20 be enclosed so that it is fixed and the light collecting device 8th can around the flow tube 20 are rotated around so that the solid element 3 can be uniformly excited from the peripheral areas in the cross-sectional view as seen from the axial direction. 12 represents an example of such an arrangement. 12A is a longitudinal section of this arrangement while 12B represents such a state that a light collecting device part is derived therefrom, and this light collecting device part is rotated as seen along the axial direction of the solid member. In this case, since a plurality of light collecting devices 8th , which are divided along the axial direction, rotated independently and freely, their optimal position can be determined while observing the quality of the oscillating laser beam.
Das
oben beschriebene fünfte
Beispiel wurde bei einem Aufbau des ersten Beispiels angewendet.
Alternativ kann dieser Aufbau nach dem fünften Beispiel bei der Anordnung
nach dem zweiten Beispiel angewandt werden, bei dem die Lichtsammelvorrichtung
zu ihrer Festlegung durch die Seitenplatte 101 eingeklemmt
ist und während
die Lichtsammelvorrichtung 8 um das Strömungsrohr 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 Lichtsammelvorrichtungen 8,
die längs
der axialen Richtung geteilt sind, unabhängig frei drehbar sind, kann
ihre optimale Position bestimmt werden, während die Qualität des oszillierenden
Laserstrahls beobachtet wird.The fifth example described above was applied to the construction of the first example. Alternatively, this structure according to the fifth example can be applied to the arrangement according to the second example, in which the light collecting device is fixed by the side plate 101 is pinched and while the light collecting device 8th around the flow tube 20 rotates, becomes the solid element 3 evenly excited from its peripheral area in the cross-sectional view, as from the axial direction of the solid element 3 you can see. Because in this case too, a plurality of light collecting devices 8th , which are divided along the axial direction, are freely rotatable independently, their optimal position can be determined while observing the quality of the oscillating laser beam.
Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2
Während der
Halbleiterlaser als Anregungslichtquelle verwendet wurde und der
erregte Laserstrahl direkt in den Öffnungsbereich der Lichtsammelvorrichtunq
oder des optischen Wellenleiterelementes in jedem der oben erläuterten
Beispiele und Ausführungsbeispiele
geleitet wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt.
Beispielsweise können
andere Anregungslichtquellen, wie ein Ionenlaser verwendet werden.
Auch kann, wie in 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
Laserlicht zu dem Öffnungsbereich 80 geleitet
wird, der an der Lichtsammelvorrichtung 8 vorgesehen ist.While the semiconductor laser was used as the excitation light source and the excited laser beam was directed directly into the opening area of the light collector or the optical waveguide element in each of the examples and embodiments explained above, the present invention is not limited to this. For example, other excitation light sources such as an ion laser can be used. Also, as in 13 is shown, an arrangement can be constructed so that a pulse laser beam with a flat shape, which is emitted by a pulse semiconductor laser, on the opening area 80 using the condenser lens 6 is directed. In summary, it can be said that it is sufficient for the laser light to reach the opening area 80 is directed to the light collecting device 8th is provided.
Beispiel 6Example 6
In
jedem der oben beschriebenen Beispiele und Ausführungsbeispiele wurde eine
solche Anordnung verwendet, bei der das durch die Anregungslichtquelle
erregte Festkörperelement
als verstärkendes
Medium verwendet wurde und dann wurde der Laserstrahl aus diesem
verstärkenden
Medium mittels des Laserresonators hergeleitet. Alternativ kann das
verstärkende
Medium als ein Festkörperlaserverstärkungsgerät verwendet
werden. In 14 ist ein
solches Beispiel dargestellt, bei dem ein von einer Festkörperlaservorrichtung 200 durch
die Laserresonatoren 1 und 2 hergeleiteter Laserstrahl 70 durch eine
Festkörperlaserverstärkungsvorrichtung 300 verstärkt wird,
wodurch er extern als Laserstrahl 71 dargestellt wird.
Dieses Beispiel zeigt keine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, kann jedoch zur Erläuterung einzelner Aspekte dienen.In each of the examples and embodiments described above, such an arrangement was used in which the solid-state element excited by the excitation light source was used as the amplifying medium, and then the laser beam was derived from this amplifying medium by means of the laser resonator. Alternatively, the amplifying medium can be used as a solid-state laser amplification device. In 14 such an example is shown in which one of a solid state laser device 200 through the laser resonators 1 and 2 derived laser beam 70 by a solid state laser amplification device 300 is amplified, making it external as a laser beam 71 is pictured. This example shows no embodiment of the present invention, but can serve to explain individual aspects.
Darüber hinaus
sei bemerkt, daß,
obwohl die Querschnittsformen der Festkörperelemente und der Strömungsröhren Kreise
in jedem der oben beschriebenen Beispiele und Ausführungsbeispiele
sind, die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt ist, sondern
es sind andere Formen, wie Rechteckformen oder elliptische Formen
anwendbar.Furthermore
it should be noted that
although the cross-sectional shapes of the solid elements and the flow tubes are circles
in each of the examples and embodiments described above
are, the present invention is not limited thereto, but
they are other shapes, such as rectangular shapes or elliptical shapes
applicable.
Auch
sei bemerkt, daß,
obwohl es nicht speziell in einem der vorherbeschriebenen Ausführungsbeispiele
erläutert
ist, der Lichteindringungsverlust reduziert werden kann, wenn eine
nichtreflektierende Dünnschicht
auf speziell angegebenen Bereichen der Seitenfläche des Strömungsrohrs, des optischen Elementes
und dergleichen gebildet würde,
durch die der Laserstrahl hindurchgeht. Als Folge kann eine Laseroszillation
mit einem hohen Wirkungsgrad realisiert werden.Also
it should be noted that
although not specifically in any of the previously described embodiments
explained
is, the loss of light penetration can be reduced if one
non-reflective thin film
on specially specified areas of the side surface of the flow tube, the optical element
and the like would be formed
through which the laser beam passes. As a result, laser oscillation
can be realized with high efficiency.
Obwohl
Nd:YAG als Festkörperelement
in den oben erwähnten
Ausführungsbeispielen
verwendet wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt,
sondern alle Arten von Festkörperelementen,
die durch Licht erregt werden, können
als dieses Festkörperelement
verwendet werden.Even though
Nd: YAG as a solid element
in the above mentioned
embodiments
used, the present invention is not limited to
but all kinds of solid-state elements,
that can be excited by light
as this solid state element
be used.
