DE19601951A1

DE19601951A1 - Festkörperlasereinrichtung

Info

Publication number: DE19601951A1
Application number: DE19601951A
Authority: DE
Inventors: Koji Yasui; Takafumi Kawai; Tetsuo Kojima; Susumu Konno
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-01-10
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 1996-07-18
Also published as: JP3265173B2; JPH08250797A; US5892789A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Festkörperlasereinrich tung mit einer Mehrzahl von Festkörpermaterialien, die jeweils ein akti ves Festkörpermedium umfassen.

In Fig. 37 ist die Seitenansicht eines Festkörperlasergerätes nach dem Stand der Technik dargestellt, wie es in der technischen Literatur, wie in Solid-State Laser Engineering, Springer-Verlag, Seiten 119-120 offen bart ist. In der Figur bezeichnen das Bezugszeichen 1 einen Reflexionsspiegel, 2 einen teilreflektierenden Spiegel und 3 ein Festkörper material, das ein aktives Festkörpermedium einschließt. Im Falle eines YAG-Lasers ist ND : YAG (Nd : Yttrium Aluminum Garnet) ein Fest körpermaterial, das mit Nd als aktives Festkörpermedium dotiert ist. Darüber hinaus bezeichnen das Bezugszeichen 4 eine Punktlichtquelle, wie einen Halbleiterlaser einschließlich GaAlAs als Hauptbestandteil einschließt, 5 eine Spannungsversorgung, die die Punktlichtquelle 4 ver sorgt, 6 eine Fokussierlinse, 7 einen Laserstrahl, der in einer durch die Spiegel 1 und 2 gebildeten Laserkavität erzeugt wird, 10 eine optische Beschichtung auf dem Spiegel 1, die zur Totalreflexion des Laserstrahls 7 und zur totalen Transmission des einfallenden Lichtes von dem Halb leiterlaser 4 dient, 70 einen Laserstrahl, der aus dem Laserhohlraum über den teilweise reflektierenden Spiegel 2 herausgezogen wird und 100 eine Grundplatte.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktionsweise des Laser gerätes nach dem Stand der Technik gerichtet. Wenn die Spannungsver sorgung 5 eingeschaltet wird, wird das Licht von der Lichtquelle 4 in eine Sternfläche des Festkörpermaterials über die Fokussierlinse 6 ein gestrahlt. Dann erregt das in das Festkörpermaterial 3 eintretende Pumplicht das aktive Festkörpermedium, um ein Laserverstärkungs medium zu erzeugen. Das von dem Laserverstärkungsmedium emittierte Licht geht in dem durch die Spiegel 1 und 2 gebildeten Laserhohlraum hin und her und wird während des Durchganges verstärkt. Darüber hin aus wird die Richtwirkung bzw. die Strahlgüte des Laserstrahls 7 wäh rend des Durchgangs erhöht. Wenn die Leistung des Laserstrahls einen gewissen Wert erreicht, wird der Laserstrahl aus dem Laserhohlraum als Laserstrahl 70 ausgekuppelt.

Ein solches Festkörperlasergerät nach dem Stand der Technik mit dem oben erwähnten Aufbau weist den Nachteil auf, daß es keinen Hoch leistungs- und Hochqualitätslaserstrahl erzeugen kann, wenn es durch eine Hochleistungspumplichtquelle gepumt wird. Es wird angenommen, daß eine in dem Festkörpermaterial auf Grund einer thermischen De formierung erzeugte Doppelbrechung eine Verringerung der Laserstrahl qualität bewirkt. Allerdings ist der detaillierte Vorgang, der eine solche Verringerung bewirken kann, bisher nicht bekannt.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung liegt in der Vermeidung dieses Nachteils und es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Festkörperlasereinrichtung zu schaffen, die stabil einen Hochleistungs- und Hochqualitätslaserstrahl erzeugt.

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Festkörperlasereinrichtung vorgesehen, die eine Mehrzahl von Festkörpermaterialien, die getrennt auf einer optischen Achse eines auf fallenden Lichts angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Festkörper materialien jeweils ein aktives Festkörpermedium aufweisen, eine Pumpanordnung zum Pumpen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien, eine Vorrichtung, die zwischen zwei der Mehrzahl von Festkörper materialien angeordnet ist und die die Polarisationsrichtung eines auf fallenden Laserstrahls dreht und eine optische Laservorrichtung zum Auskoppeln des von der Mehrzahl von Festkörpermaterialien emittierten Laserstrahls aufweist. Vorzugsweise umfaßt die Polarisationsdrehvor richtung mindestens ein optisches Rotationsmaterial zum Drehen der Polarisationsrichtung des einfallenden Laserstrahls über einen Total winkel von ungefähr 90°, während der Laserstrahl einmal hindurch geht.

In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfin dung wird eine Festkörperlasereinrichtung vorgesehen, die eine Mehr zahl von Pumpmodulen aufweist, die jeweils eine Mehrzahl von Fest körpermaterialien, die getrennt auf einer optischen Achse eines auffal lenden Lichts angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Festkörperma terialien jeweils ein aktives Festkörpermedium aufweisen, eine Pumpan ordnung zum Pumpen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien, eine Vorrichtung, die zwischen zwei der Mehrzahl von Festkörpermaterialien angeordnet ist und die die Polarisationsrichtung eines auffallenden Laserstrahls dreht, eine optische Koppelvorrichtung zum optischen Koppeln der Mehrzahl von Pumpmodulen, derart, daß die Kurve der Außenform des Laserstrahls, die sich ändert, wenn er durch die Mehr zahl von Festkörpermaterialien in ihren Längsrichtungen hindurchgeht, in einem Pumpmodul ungefähr die gleiche ist, wie in jedem anderen Pumpmodul und eine optische Laservorrichtung zum Auskoppeln des von der Mehrzahl von Pumpmodulen emittierten Laserstrahls umfaßt.

In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfin dung ist eine Festkörperlasereinrichtung vorgesehen, die eine Mehrzahl von Festkörpermaterialien, die getrennt auf einer optischen Achse eines auffallenden Lichtes angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Festkör permaterialen jeweils ein aktives Festkörpermedium aufweist, eine Pumpanordnung zum Pumpen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien, eine Korrekturvorrichtung in der optischen Achse, die zwischen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien zum Korrigieren der Position der optischen Achse des auffallenden Laserstrahls angeordnet ist, und eine optische Laservorrichtung zum Auskoppeln des von der Mehrzahl von Festkörpermaterialien emittiertem Laserstrahls umfaßt.

In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfin dung ist eine Festkörperlasereinrichtung vorgesehen, die eine Mehrzahl von Festkörpermaterialien, die getrennt auf einer optischen Achse eines auffallenden Lichts angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Festkör permaterialien jeweils ein aktives Festkörpermedium aufweist, eine Pumpvorrichtung zum Pumpen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien, eine Bewegungsvorrichtung zum Bewegen eines Stirnteils mindestens eines Festkörpermaterials vertikal und horizontal und eine optische Laservorrichtung zum Auskoppeln des von der Mehrzahl von Festkör permaterialien emittierten Laserstrahls umfaßt.

In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfin dung wird eine Festkörperlasereinrichtung vorgesehen, die eine Mehr zahl von Festkörpermaterialien, die getrennt auf einer optischen Achse eines auffallenden Lichts angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Festkörpermaterialien jeweils ein aktives Festkörpermedium aufweist, eine Pumpanordnung zum Pumpen der Mehrzahl von Festkörperma terialien, eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung zum Umwandeln der Wellenlänge des von der Mehrzahl von Festkörpermaterialien emit tierten Laserstrahls, eine Temperatursteuervorrichtung zum Steuern der Temperatur der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, derart, daß eine Verteilung der thermischen Deformationen im Querschnitt der Wellen längenumwandlungsvorrichtung geometrisch gleich zu einer Verteilung der thermischen Deformationen im Querschnitt jedes der Festkörperma terialien ist und eine optische Laservorrichtung zum Auskoppeln des von der Mehrzahl von Festkörpermaterialien emittierten Laserstrahls umfaßt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine horizontale Querschnittsansicht einer Festkörperlasereinrich tung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2a eine vertikale Längsquerschnittsansicht einer Festkörperlaserein richtung nach Fig. 1;

Fig. 2b eine vertikale Schnittansicht in Querrichtung der Festkörper lasereinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 2c eine Seitenansicht der Festkörperlasereinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Kennliniendarstellung, die die Qualität des Laserstrahls und die Stärke eines Laserhohlraums in Bezug auf die Länge des Laserhohl raums in der Festkörperlasereinrichtung in Fig. 1 zeigt;

Fig. 4 eine Kennliniendarstellung der Leistung eines Laserstrahls in Bezug auf die Leistung einer Pumplichtquelle in der Festkörperlaserein richtung nach Fig. 1;

Fig. 5a und 5b Ansichten der Grundpolarisationsarten von Laserstrahlen, die in der Festkörperlasereinrichtung nach Fig. 1 erzeugt werden;

Fig. 6a eine Darstellung des Durchmessers eines durch ein Festkörper material hindurchgehenden Laserstrahls in Bezug auf die Leistung einer Pumplichtquelle in einer Festkörperlasereinrichtung nach dem Stand der Technik;

Fig. 6b eine Darstellung des Durchmessers eines durch ein Festkörper material hindurchgehenden Laserstrahls in Bezug auf die Leistung einer Pumplichtquelle in der Festkörperlaservorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 7 eine Darstellung des Durchmessers eines durch ein Festkörper materialien durchgehenden Laserstrahls in Bezug auf die Leistung einer Pumplichtquelle in einer Festkörperlasereinrichtung nach dem Stand der Technik, wenn die Wirkungen der thermischen Linse für unterschied liche Polarisationsarten nicht gleichmäßig sind;

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht eines optischen Rotationsmaterials in der Festkörperlasereinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 9 eine horizontale Querschnittsansicht einer Festkörperlasereinrich tung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht eines Haltegliedes zum Halten eines Festkörpermaterials in einer Festkörperlasereinrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine Darstellung der in einem Festkörpermaterial in einer Fest körperlasereinrichtung nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 erzeugten thermischen Deformationen;

Fig. 14a und 14b Darstellungen der in einem Wellenlängenumwand lungsmaterial erzeugten thermischen Deformationen in der Festkörper lasereinrichtung nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12;

Fig. 15 eine Darstellung von in einem Wellenlängenumwandlungsma terial erzeugten thermischen Deformationen in der Festkörperlaserein richtung nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12;

Fig. 16 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 17 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Wellenlängen umwandlungsmaterials in einer Festkörperlasereinrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 18 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 19 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einer Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 18;

Fig. 20 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einer Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 18;

Fig. 21 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einer Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 18;

Fig. 22 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einer Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 18;

Fig. 23 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einer Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 18;

Fig. 24a eine vertikale Längsschnittansicht einer Festkörperlasereinrich tung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 24b eine vertikale Queransicht der Festkörperlasereinrichtung nach dem obigen Ausführungsbeispiel;

Fig. 25 eine horizontale Querschnittsansicht einer Festkörperlaser einrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 26 eine Ansicht einer imaginären Drehung eines Koppelreflexions spiegels in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 25;

Fig. 27 eine horizontale Querschnittsansicht einer Festkörperlaserein richtung nach einer Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 25;

Fig. 28 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einer Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 25;

Fig. 29 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einer Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 25;

Fig. 30 eine Kennliniendarstellung der Beziehung zwischen der Laser leistung eines Laserstrahls und der Qualität des Laserstrahls, die durch Experimente erhalten wurde, in einer Festkörperlasereinrichtung nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 25;

Fig. 31 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 32 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einer Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 31;

Fig. 33 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einer Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 31;

Fig. 34 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 35 eine Darstellung einer Laserschwingungskennlinie in einer Schwingungsverstärkeranordnung nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 34 im Vergleich mit einer Laserschwingungskennlinie in einem Ein fach-Oszillator-Aufbau;

Fig. 36 eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einer Variante des Ausführungsbeispiels nach Fig. 34 und

Fig. 37 eine Ansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt eine horizontale einer Festkörperlasereinrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 2a ist ein vertikaler Längsquerschnitt, der genauer einen Pumpabschnitt der Fest körperlasereinrichtung zeigt, Fig. 2b ist eine vertikale Querschnittsan sicht in Querrichtung des Pumpabschnittes und Fig. 2c ist eine Seiten ansicht des Pumpabschnitts.

In den Figuren sind die gleichen Bauelemente wie die in der Festkörper lasereinrichtung mit den gleichen Bezugszeichen entsprechend Fig. 37 bezeichnet. Die Bezugszeichen 8 bezeichnen einen Kondensor mit einer diffus reflektierenden Innenfläche, 12 einen teilreflektierenden Spiegel, 14 einen durch eine Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 emittierten Grundwellen-Laserstrahl und 20 ein Strömungsrohr. In einem ein Fest körpermaterial 3 einschließenden Abschnitt fließt Wasser zwischen einem entsprechenden Strömungsrohr 20 und dem Festkörpermaterial 3. Darüber hinaus ist der Kondensor 8 so gelagert daß er das Strömungs rohr 20 umfaßt. In Fig. 2b bezeichnet das Bezugszeichen 45 ein opti sches Wellenleitermaterial in Form einer Platte, die aus einem Material, wie Saphir oder mit keinem Material dotiertem YAG aufgebaut ist. Das optische Wellenleitermaterial dient zum Leiten des von der Pumplicht quelle 4 emittierten Pumplichts in das Innere des Kondensors 8. Darüber hinaus bezeichnet das Bezugszeichen 80 eine Öffnung, die eine Seiten wand des Kondensors 8 durchquert, 95 bezeichnet ein optisches Rota tionsmaterial, das beispielsweise ein Kristall ist und das die Polarisa tionsrichtung des Laserstrahls 14 dreht, der durch die Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 emittiert wird und bei einem Winkel von unge fähr 90° hindurchgeht, 96 bezeichnet ein Winkeleinstellinstrument zum Einstellen des Winkels, das das optische Rotationsmaterial 95 mit dem einfallenden Laserstrahl 14 bildet, und 100 bezeichnet eine aus einer Platte aus rostfreiem Stahl oder Acryl hergestellten Grundplatte. Das Festkörpermaterial 3, die Pumplichtquellen 4, die Kondensoren 8, das optische Rotationsmaterial 95, der Reflexionsspiegel und der teilreflek tierende Spiegel 12 sind integral auf der Grundplatte 100 angeordnet. Weiterhin bezeichnet das Bezugszeichen 101 eine Seitenplatte, Φ be zeichnet den Durchmesser der Festkörpermaterialien 3 und R bezeich net die schmalste Stelle des Laserstrahls 14.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktionsweise der Festkör perlasereinrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel gerichtet. Die Betriebsweise eines Pumpabschnittes in der Festkörperlasereinrichtung mit dem obigen Aufbau wird unter Bezugnahme auf Fig. 2b beschrie ben. Wie aus der Fig. 2b zu erkennen ist, schreitet, wenn die Spannungsversorgung 5 die Pumplichtquelle 4 einschaltet, das von der Lichtquelle emittierte Pumplicht 40 fort, während es total und wieder holt an den unteren und oberen Flächen des optischen Wellenleiterma terials 45 reflektiert wird, das in eine Öffnung 80 in der Seitenwand des Kondensors 8 eingefügt ist. Dann tritt das Pumplicht in das Innere des Kondensors 8 ein und pumpt optisch das in dem Kondensor vorhandene Festkörpermaterial 3, um ein Laserverstärkungsmedium zum Verstärken des Laserstrahls 14 zu erzeugen.

Der Rest des Pumplichts 40, das nicht in dem Festkörpermaterial 3 ab sorbiert wird, geht durch das Festkörpermaterial 3 hindurch und wird dann diffus an der Innenfläche des Kondensors 8 reflektiert. Dann tritt der Rest des Pumplichts in das Festkörpermaterial 3 von der Umgebung erneut ein und pumpt das Festkörpermaterial 3 gleichmäßig. Da somit das von der Pumplichtquelle 4 emittierte Licht wiederholt in dem Inne ren des Kondensors 8 fortschreitet und das meiste Licht in dem Festkör permaterial 3 ohne Verlust des Pumplichts absorbiert wird, kann ein gleichmäßiges Laserverstärkungsmedium wirkungsvoll in dem Festkör permaterial erzeugt werden. Wie in Fig. 2b gezeigt wird, sind die zwei optischen Wellenleitermaterialien 45, die jeweils das Pumplicht 40 führen, an beiden Seiten des Festkörpermaterials 3 angeordnet. Die ver tikalen Positionen des Festkörpermaterials sind unterschiedlich zueinan der. Sie sind einander gegenüberliegend angeordnet, so daß die Pumplichtstrahlen in Teile des Festkörpermaterials eintreten, die von der Achse des Festkörpermaterials entfernt sind. Daher kann diese Anord nung Interferenzen zwischen den von der Pumplichtquelle 4 der linken Seite und der Pumplichtquelle 4 der rechten Seite emittierten Licht strahlen verhindern und die Gleichmäßigkeit der Pumpverteilung in dem Festkörpermaterial 3 kann verbessert werden.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die zuvor erwähnten zwei Pump abschnitte, wie sie in Fig. 2a gezeigt und die jeweils ein Festkörper material 3 aufweisen, in einer Reihe mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet und das optische Rotationsmaterial 95, das mit dem eine feine Winkeleinstellung ermöglichenden Winkeleinstellinstrument 96 vorgesehen ist, zwischen den Pumpabschnitten angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt. Der durch eine Kombination des Reflexionsspiegels 1 und des teilreflektierenden Spiegels 2 aufgebaute Laserhohlraum koppelt den Laserstrahl 14 aus den zwei Pumpabschnitten aus.

Eine Beziehung zwischen der Länge L des Laserhohlraums oder dem Abstand (die vertikale Achse) zwischen dem Reflexionsspiegel 1 und dem teilreflektierenden Spiegel 12 und der Laserstrahlqualität (horizontale Achse) wird durch eine gekrümmte Linie A in Fig. 3 darge stellt. Diese Kennlinie zeigt, daß die Qualität eines von einem Fest körpermaterial 3 emittierten Laserstrahls mit steigender Länge des Laserhohlraums verbessert wird. Auf der anderen Seite ist die Leistung von einem Festkörpermaterial 3 emittierten Laserstrahls mit der Bestän digkeit (Stabilität) des Laserhohlraums in Bezug auf die Verzerrung des Festkörpermaterials 3 verbunden. Wenn die Länge des Laserhohlraums erhöht wird, wird die Beständigkeit des Laserhohlraums in Bezug auf die Verzerrung des Festkörpermaterials 3 verringert und somit kann die Laserleistung nicht verbessert werden. Eine gekrümmte Linie B1 in Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen der Länge des Laserhohlraums und der Beständigkeit des Laserhohlraums, wenn die Verzerrung des Festkör permaterials 3 relativ groß ist und eine gekrümmte Linie B2 zeigt eine Beziehung zwischen der Länge des Laserhohlraums und der Beständig keit des Laserhohlraums, wenn die Verzerrung des Festkörpermaterials 3 relativ klein ist.

Als nächstes wird ein Festkörperlaseraufbau zum Vergleich mit der vor liegenden Erfindung betrachtet, bei dem zwei Pumpabschnitte in einer Reihe mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind und kein opti sches Rotationsmaterial zwischen den Pumpabschnitten vorgesehen ist. Das heißt, eine Festkörperlasereinrichtung wird als Beispiel zum Ver gleich mit der vorliegenden Erfindung erläutert, in dem das optische Rotationsmaterial 95 und das Winkeleinstellinstrument 96 in der Fig. 1 weggelassen sind.

Wenn der Reflexionsspiegel 1 und 2 in der Nähe des Festkörpermate rials 3 angeordnet sind und die Länge des Laserhohlraums ungefähr 20 mm beträgt, wie bei einem oben beschriebenen Festkörperlaser nach dem Stand der Technik (s. Fig. 37), so wird diese Konfiguration durch den Punkt P in Fig. 3 angezeigt. Wie aus den gekrümmten Linien B1 und B2 zu erkennen ist, ist die Beständigkeit des Laserhohlraums nicht stark abhängig von der Verzerrung des Festkörpermaterials 3, im Fall der durch den Punkt P angegebenen Konfiguration. In diesem Fall kann eine ausreichende Laserleistung erhalten werden. Allerdings ist in dieser Konfiguration die Qualität des von dem Festkörpermaterial emittierten Laserstrahls (z. B. die Strahldivergenz des Laserstrahls zu schlecht, wie aus der gekrümmten Linie A zu erkennen ist. Es ist bekannt, daß die Qualität des Laserstrahls mit dem Abfall des Verhältnisses Φ/2ω erhöht wird, wobei Φ der Durchmesser des Festkörpermaterials 3 und ω der größte Wert des Laserstrahlradius ist, der variiert, wenn der Laserstrahl in dem Festkörpermaterial 3 hindurchgeht und wobei der Laserstrahl radius durch den Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Laserstrahls im Querschnitt und einem Punkt definiert ist, bei dem die theoretisch berechnete Stärke eines Gauß-Laserstrahls in dem Festkörpermaterial 3 auf 1/e² der Stärke an dem mittleren Punkt verringert wird (e: Basis des natürlichen Logarithmus). In der obigen Konfiguration mit schlechter Laserqualität ist der theoretisch berechnete Durchmesser des Gauß- Laserstrahls in dem Festkörpermaterial 3 ungefähr 1/14 des Durch messers des Festkörpermaterials 3 und die Qualität des Laserstrahls 14 ist ungefähr 1/200 der Qualität des Gauß-Laserstrahls, was die theore tische Grenze ist. Das heißt daß der Laserstrahl 14 des Transversal modus 200ster Ordnung kann erhalten werden.

Dagegen wird in dem Vergleichsbeispiel zu der vorliegenden Erfindung die Länge des Laserhohlraums auf ungefähr 500 mm gesetzt, wie in Fig. 1 zu erkennen ist. Es wird beispielsweise unter Verwendung des Reflex ionsspiegels 1 mit geringer Krümmung, z. B. kleiner als 1 m, typischer weise im Bereich von 0,5 m-0,1 m, ein fokussierter kleiner Fleck des Laserstrahls vor dem Reflexionsspiegel 1 erzeugt. Eine Kombination des konvexen teilreflektierenden Spiegels 12, der in der Nähe eines Festkörpermaterials 3 angeordnet ist und des thermischen konvexen Linseneffekts des Festkörpermaterials 3 dient als Reflexionsspiegel mit einer großen Krümmung von im wesentlichen einigen Metern. Die Kon figuration des nicht ausgeglichenen Laserhohlraums, dessen Länge unge fähr 500 mm ist, wird durch den Punkt Q in Fig. 3 angegeben. Daher kann die Qualität des Laserstrahls verbessert werden, wie aus der ge krümmten Linie A zu erkennen ist.

Der Laserhohlraum des Beispiels ist so aufgebaut, daß der Durchmesser des Laserstrahls 14 in einem Festkörpermaterial 3 größer ist als der des Laserstrahls an dem schmalsten Punkt des Strahls R und daher wird der theoretisch berechnete Durchmesser des Gauß-Laserstrahls in der Nähe jedes Festkörpermaterials 3 erhöht. Ein Experiment wurde bei der Be dingung durchgeführt, daß der theoretisch berechnete Durchmesser eines Gauß-Laserstrahls in der Nähe jedes Festkörpermaterials 3 ungefähr 1/5 des Durchmessers des Festkörpermaterials 3 ist. In diesem Fall war die Laserstrahlqualität ungefähr 1/20 der Beugungsgrenze und die Ordnung des Transversalmodus des Laserstrahls war ungefähr die 20. Ordnung. Das heißt, daß die Qualität des Laserstrahls merkbar auf ungefähr 1/10 der des Laserstrahls im Falle des oben erwähnten Festkörperlasers nach dem Stand der Technik reduziert war. Allerdings war der Schwin gungswirkungsgrad der Laservorrichtung reduziert und Schwankungen der Laserleistung wurden beobachtet. Fig. 4 zeigt ein Beispiel von Schwingungskennlinien, die durch das Experiment erhalten wurden. Die vertikale Achse des Diagramms zeigt die Leistung der Pumplichtquelle 4 und die horizontale Achse zeigt die Laserleistung. In der Figur stellt Linie C die Schwingungskennlinie des zuvor erwähnten Festkörperlasers nach dem Stand der Technik dar, der einen Laserstrahl mit einer schlechten Laserqualität erzeugt, die ungefähr 1/200 eines Gauß-Laser strahls mit der theoretischen Grenze ist, das heißt, mit einer Strahlquali tät der 200. Transversalmodusordnung. Die Linie D stellt die Schwingungskennlinie des oben erwähnten Beispiels dar, das einen Laserstrahl mit einer schlechten Strahlqualität erzeugt, die ungefähr 1/20 eines Gauß-Laserstrahls mit der theoretischen Grenze ist, das heißt, mit einer Strahlqualität ungefähr der 20. Transversalmodusordnung. In Übereinstimmung mit dem Beispiel, das die durch die Linie D darge stellte Schwingungskennlinie aufweist, wird die Laserstrahlqualität er höht. Allerdings gibt es das Problem, daß die Laserleistung reduziert ist.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das optische Rotationsmaterial 25 zwischen die Festkörpermaterialien eingefügt. Darüber hinaus kann der Winkel, den das optische Rotationsmaterial mit der optischen Achse des einfallenden Laserstrahls bildet, fein in Inkrementen von einigen Milli radiant mittels des Winkeleinstellinstrumentes 96 eingestellt werden.

Wenn die Winkeleinstellung optimal durchgeführt wird, wird die Be ständigkeit des Laserhohlraums größer als die des Laserhohlraums in dem Beispiel (s. die gekrümmte Linie B2), wie aus der gekrümmten Linie B3 in Fig. 3 zu erkennen ist. Somit kann die Festkörperlaserein richtung nach diesem Ausführungsbeispiel eine Laserstrahlqualität ähn lich der des zuvor erwähnten Beispiels und Schwingungskennlinien ent sprechend der Linie C in Fig. 4 vorsehen. Darüber hinaus kann die Fest körperlasereinrichtung dieses Ausführungsbeispiels eine Schwingungs welle mit geringen Schwankungen erzeugen.

Tab. 1 zeigt Laserleistungen, die mit dem Anstieg der Ordnung des Transversalmodus des Laserstrahls variieren, wenn das optische Rota tionsmaterial 95 zwischen die Festkörpermaterialien 3, wie in diesem Ausführungsbeispiel, eingefügt ist, und wenn kein optisches Rotations material 95 zwischen den zwei Festkörpermaterialien 3 wie in dem oben erwähnten Vergleichsbeispiel mit der vorliegenden Erfindung vorge sehen ist. Im Fall des Lasers nach dem Stand der Technik ohne optisches Rotationsmaterial 95 wird eine Laserleistung von 200 W für den Laser strahl bei 200. Ordnung des Transversalmodus erhalten, wie in Tabelle 1 gezeigt wird. In den Fall des oben erwähnten Beispiels ohne optisches Rotationsmaterial 95 wird eine Laserleistung von 50 W für einen Laserstrahl bei der 20. Ordnung des Transversalmodus erhalten. Wie früher erwähnt wurde, wird die Laserqualität der Lasereinrichtung des Beispiels verbessert, jedoch wird diese Laserleistung verringert. Dage gen wird im Falle dieses Ausführungsbeispiels mit dem optischen Rota tionsmaterial 95 eine Laserleistung von 200 W für den Laserstrahl bei 20. Ordnung des Transversalmodus erhalten. Somit kann die Laser leistung der Festkörperlasereinrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel verbessert werden.

Tabelle 1

Wie aus der Tab. 1 zu erkennen ist, es es aus den Experimentergebnissen klar, daß das optische Rotationsmaterial 95 am besten arbeitet, wenn die Qualität des Laserstrahls 14 ungefähr 1/100 der theoretischen Grenze ist, das heißt die Ordnung des Transversalmodus des Laserstrahls weniger als ungefähr die 100. Ordnung ist. Wenn ein stabiler Laserhohlraum, wie in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann oben erwähnte Be dingung durch Anordnen des stabilen Laserhohlraums erzielt werden, so daß Φ (2/ω) weniger als ungefähr 10 ist. Wenn ein instabiler Laserhohl raum verwendet wird, besteht keine Notwendigkeit die Ungleichung (Φ (2/ω) < ≈ 10) zu erfüllen, um einen Laserstrahl zu erzeugen, dessen Transversalmodusordnung geringer als ungefähr die 100. Ordnung ist.

Als nächstes wird die Wirkung des optischen Rotationsmaterials 95 ent sprechend diesem Ausführungsbeispiel theoretisch betrachtet. Wenn jedes Festkörpermaterial 3 durch Pumplicht gepumpt wird, wird es thermisch deformiert. Beispielsweise existieren im Fall eines Festkör permaterials mit kreisförmigem Querschnitt Differenzen zwischen der Expansion des Kristalls in der radialen Richtung im Querschnitt und der Expansion des Kristalls in Winkelrichtung des Querschnitts und ein Unterschied zwischen der Änderung im Brechungsindex des Kristalls in der radialen Richtung im Querschnitt und Variationen in dem Brechungsindex des Kristalls in Winkelrichtung im Querschnitt. Die Expansion in radialer Richtung ist senkrecht zu der Expansion in Winkelrichtung und daher dient das Festkörpermaterial als zwei thermi sche Linsen entsprechend den unterschiedlichen Expansionsrichtungen. Die Brennweiten der thermischen Linsen sind unterschiedlich für unter schiedlich polarisierte Komponenten des einfallenden Laserstrahls 14.

Wenn beispielsweise der Laserstrahl 14 bei zwei Grundpolarisations arten, wie durch die Pfeile in Fig. 5a und 5b angegeben wird, durch das Festkörpermaterial 3 hindurchgeht, ist die Größe der Wirkung der thermischen Linse auf eine Laserstrahlkomponente bei einer Grundpo larisationsart unterschiedlich von der der Wirkung der thermischen Linse auf die andere Laserstrahlkomponente in der anderen Grundpolarisa tionsart. Wenn im Fall eines Festkörperlasers ohne ein optisches Rota tionsmaterial 95 der theoretisch berechnete Durchmesser eines Gauß- Laserstrahls in einem Festkörpermaterial 3 in bezug auf die Leistung der Pumplichtquelle 4 aufgezeichnet wird, wird die Durchmesser- Leistungskennlinie für die Grundpolarisationsart nach Fig. 5a durch einen Bereich E1 dargestellt und die Durchmesser-Leistungskennlinie für die Grundpolarisationsart nach Fig. 5b wird durch einen Bereich E2 dargestellt, wie in Fig. 6a gezeigt wird. Wenn daher die Pumpleistung innerhalb dieser durch Berechnung erhaltenen Bereiche E1 und E2 liegt, kann das Festkörpermaterial bei beiden Grundpolarisationsarten schwin gen. Wenn die Pumpleistung nicht in einem der Bereiche E1 und E2 liegt, ist ein Verlust in dem Laserhohlraum zu groß, damit das Festkör permaterial schwingen kann. Wenn die Pumpleistung innerhalb des überlappenden Teils der Bereiche E1 und E2 liegt, können Laserstrahl komponenten bei den beiden Grundpolarisationsarten simultan erzeugt werden. In diesem Fall kann der Festkörperlaser einen Laserstrahl 14 mit einer in einer willkurlichen Richtung polarisierten Strahlkomponente erzeugen. Wenn jedoch die Pumpleistung in einem der Bereiche E1 und E2 außerhalb des überlappenden Teils liegt, so kann nur ein Laserstrahl 14 mit einer der zwei Grundpolarisationsarten nach den Fig. 5a und 5b erzeugt werden.

Als nächstes wird die Beschreibung auf einen Verlusterzeugungs mechanismus in einem der Bereiche E1 und E2 mit der Ausnahme des überlappenden Teils gerichtet. Um einen Laserstrahl bei der Grundpola risationsart nach Fig. 5a zu erzeugen, müssen die Richtungen der ther mischen Deformationen im Querschnitt eines Festkörpermaterials 3 in Bezug auf die Mittelachse des Festkörpermaterials symmetrisch sein, das heißt, die Verteilung der Richtungen der thermischen Deformationen im Querschnitt eines Festkörpermaterials muß gleichmäßig sein. Aller dings kann tatsächlich ein Fall auftreten, bei dem die Richtungen der thermischen Deformationen im Querschnitt eines solchen Kristalls nicht symmetrisch in Bezug auf die Mittelachse des Kristalls sind. In einem solchen Fall wird das bei der Polarisationsart nach Fig. 5a erzeugte Licht teilweise in Licht bei der anderen Grundpolarisationsart nach Fig. 5b auf Grund der thermischen Deformationen in dem Festkörpermaterial 3 um gewandelt. Die Festkörperlasereinrichtung kann bei der umgewandelten Grundpolarisationsmode schwingen, wenn die Pumpleistung in dem Be reich E2 nach Fig. 6a liegt. Da jedoch die Pumpleistung in dem Bereich E1 liegt, wird das umgewandelte Licht aus dem Laserhohlraum als ein Verlust herausgelassen. Auf Grund der thermischen Deformationen in jedem der Festkörpermaterialien 3 variiert der Durchmesser des Laser strahls in dem Festkörpermaterial 3 in den Bereichen E1 und E2 nach Fig. 6a entsprechend der Leistung der Pumplichtquelle 4. Somit ist der überlappende Teil in den Bereichen schmaler als die anderen Teile der Bereiche und dies resultiert in einem großen Verlust in dem Laser hohlraum.

Je kleiner das Verhältnis Φ/2ω, wobei Φ der Durchmesser des Festkör permaterials 3 und ω der theoretisch berechnete Durchmesser eines Gauß-Laserstrahls ist, je kleiner wird der überlappende Teil in den Be reichen, wobei dies bei der theoretischen Berechnung gilt. Dies ist ein führender Grund einer unzureichenden Laserleistung, wenn die Laser strahlqualität des von den Festkörpermaterialien 3 in dem zuvor erwähn ten Beispiel emittierten Laserstrahls verbessert wird. Darüber hinaus verschiebt sich der überlappende Teil der Bereiche, wenn eine durch das Pumplicht von der Pumplichtquelle 4 beleuchtete Position sich ver schiebt. Dann bewirkt die Verschiebung der Pumpverteilung im Quer schnitt eines Festkörpermaterials, das ein Teil des Materials im Quer schnitt in einem Betriebszustand in dem überlappenden Teil E1 und E2 nach Fig. 6a ohne Verluste schwingt. Der Teil, der schwingt, bewegt sich in dem Festkörpermaterial, wenn die Pumpverteilung variiert. Als Er gebnis schwankt die Laserleistung.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dreht der Laserhohlraum mit dem zwischen den mehreren Pumpabschnitten eingefügten optischen Rotationsmaterial 95 die Polarisationsrichtung eines einfallenden Laser strahls, der durch das erste Festkörpermaterial 3 hindurchgegangen ist, um einen Winkel von ungefähr 90°. Das heißt, daß eine Laserstrahlkom ponente bei der Grundpolarisationsmode nach Fig. 5a, die auf das erste Festkörpermaterial 3 fällt, in eine Laserstrahlkomponente bei der Grundpolarisationsmode nach Fig. 5b umgewandelt wird und dann tritt die umgewandelte Strahlkomponente ein und geht durch das zweite Festkörpermaterial 3 hindurch und eine Laserstrahlkomponente bei der Grundpolarisationsmode nach Fig. 5b, die auf das erste Festkörperma terial 3 fällt, wird in eine Laserstrahlkomponente bei der Grundpolarisa tionsmode nach Fig. 5a umgewandelt und dann tritt die umgewandelte Laserstrahlkomponente in das zweite Festkörpermaterial 3 ein und geht hindurch. Daher geht eine Laserstrahlkomponente mit einer der Polari sationseigenschaften nach Fig. 5a und 5b durch die zwei Festkörperma terialien 3 hindurch, zwischen denen das optische Rotationsmaterial 95 in der Weise angeordnet ist, daß die Polarisationsrichtung der Kompo nente, wenn sie durch das erste Festkörpermaterial hindurchgeht, unter schiedlich von der der Komponente ist, wenn diese durch das zweite Festkörpermaterial hindurchgeht. Daher erfährt eine Laserstrahlkompo nente unterschiedliche thermische Linsenwirkungen entsprechend den Polarisationsrichtungen der Laserstrahlkomponente, wenn diese durch die zwei Festkörpermaterialien 3 hindurchgeht. Die Linsenwirkung eines Festkörpermaterials 3 differiert entsprechend den Polarisationsrich tungen des Laserstrahls 14, wie in Fig. 5a und 5b gezeigt wird, jedoch erfahren zwei Laserstrahlkomponenten, die in den unterschiedlichen Richtungen polarisiert sind und in dem Laserstrahl 14 enthalten sind, jeweils unterschiedliche thermische Linsenwirkungen, wenn sie durch die zwei Festkörpermaterialien 3 hindurchgehen und daher erfahren die zwei Laserstrahlkomponenten die gleiche thermische Linsenwirkung während sie durch das gesamte Lasergerät hindurchgehen. Wenn in diesem Fall der theoretisch berechnete Durchmesser eines Gauß-Laser strahls in einem Festkörpermaterial 3 in bezug auf die Leistung der Pumplichtquelle 4 mit dem gleichen Verfahren aufgezeichnet wird, wie es zum Berechnen der Bereiche nach Fig. 6a verwendet wurde, wird die Durchmesser-Leistungskennlinie für den Laserstrahl 14 bei der Grund polarisationsmode nach Fig. 5a durch einen Bereich F1 in Fig. 6 darge stellt und die Durchmesser-Leistungskennlinie für den Laserstrahl 14 bei der Grundpolarisationsmode nach Fig. 5b wird durch einen Bereich F2 nach Fig. 6b dargestellt. Wie in Fig. 6b gezeigt wird, überlappen die zwei Bereiche F1 und F2 für den Laserstrahl 14 bei den Grundpolarisa tionsmoden und der überlappende Teil ist bemerkenswert größer als in dem Fall nach Fig. 6a. Als Ergebnis kann das Festkörperlasergerät bei beiden Grundpolarisationsmoden in einem erweiterten Betriebszu standsbereich in dem überlappenden Teil der Bereiche F1 und F2 schwingen. Daher ist es klar, daß, selbst wenn die Polarisationsrichtung einer Laserstrahlkomponente variiert (z. B. ein linear polarisierter Strahl wird in einen elliptisch polarisierten Strahl auf Grund der Doppel brechung umgewandelt), der Laserstrahl nicht aus dem Laserhohlraum als Verlust herausgelassen wird und Schwankungen der Laserleistung können verhindert werden und die Laservorrichtung nach diesem Aus führungsbeispiel kann stabil schwingen. Da die Mittelbereiche der Muster der Laserstrahlen bei den Grundpolarisationsmoden nach Fig. 5a und 5b wie ein Pfannkuchen geformt sind, konnte die Notwendigkeit des Vorsehen des optischen Rotationsmaterials 95 vor der Durchführung der Experimente erwartet werden, wenn ein Gauß-Strahl mit der theoretisch begrenzten Strahlqualität erzeugt wird oder wenn ein linear polarisierter Laserstrahl durch Einfügen eines Polarisators in den Laserhohlraum er zeugt wird. Allerdings wurde niemals vor den Experimenten gezeigt, daß solch ein optisches Rotationsmaterial 95 selbst bei einem Schwingungs zustand niedriger Mode wirksam ist, bei dem die Laserstrahlqualität un gefähr 100 bis einige Male besser ist als die theoretisch begrenzte Quali tät.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Gleichmäßigkeit der Pump verteilung gerichtet sein. Bei der theoretischen Erläuterung wird ange nommen, daß der thermische Linseneffekt in jedem der Festkörperma terialien 3 gleichmäßig ist. Diese Annahme basiert auf der Tatsache, daß nach diesem Ausführungsbeispiel jedes der Festkörpermaterialien 3 in den entsprechenden Kondensor 3 gepumpt wird, der eine diffuse Reflexionsfläche aufweist, und daß das Pumplicht 40 nahezu gleich mäßig auf jedes der Festkörpermaterialien 3 fokussiert ist. Darüber hinaus kann nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ver gleichmäßigung bzw. Gleichmäßigkeit der thermischen Linsenwirkung in einem Festkörpermaterial 3 dadurch realisiert werden, daß die Flächenrauhigkeit des Festkörpermaterials 3 größer gemacht wird als ein vorbestimmter Wert, z. B. 100 µm, um so das Ausmaß der diffusen Reflexion des Pumplichts 40, das auf die Oberfläche des Festkörperma terials 3 fällt, einzustellen.

In einer Festkörperlasereinrichtung nach dem Stand der Technik, wie einem handelsüblichen Festkörperlaser, kann die Gleichmäßigkeit des Pumpens nicht realisiert werden. In einem solchen Fall wird eine ther mische Linsenverteilung im Querschnitt des Festkörpermaterials in den Laser erzeugt und daher wird die Wirkung durch das Einfügen eines optischen Rotationsmaterials reduziert. Fig. 7 zeigt, wie die Bereiche F1 und F2 nach Fig. 6b sich entsprechend einer nicht gleichförmigen ther mischen Linsenverteilung im Querschnitt des Festkörpermaterials ändert. In Fig. 7 bezeichnen die Bezugszeichen F1in und F1out jeweils Schwingungsbereiche, die in Betrachtung der thermischen Linsenwir kungen in den mittleren Bereich des Querschnitts des ersten Festkör permaterials 3 und in den mittleren Bereich umgebenden Umfangs bereich berechnet werden und F2in und F2out bezeichnen jeweils Schwingungsbereiche, die unter Berücksichtigung der thermischen Linsenwirkungen in dem mittleren Bereich des Querschnitts des zweiten Festkörpermaterials 3 und in dem mittleren Bereich umgebenden Um fangsbereich berechnet werden. Wenn die Gleichförmigkeit des Pumpens nicht realisiert werden kann, wird die Breite des überlappen den Teils in den Schwingungsbereichen im Vergleich zu Fig. 6b redu ziert, wie in Fig. 7 gezeigt wird. Somit wird die Laserleistung verringert und die Schwingungswelle des Laserstrahls wird unstabil, wie zuvor theoretisch unter Bezugnahme auf Fig. 6a erklärt wurde.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktion des Winkeleinstell instrumentes 96 zum Einstellen des Winkels gerichtet, den das optische Rotationsmaterial 95 mit der optischen Achse des auf das Material 95 fallenden Laserstrahls bildet. Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht des Winkeleinstellinstrumentes. In der Figur bezeichnet 96a ein Druckglied mit einer darin enthaltenen Feder und 96b bezeichnet einen Micrometer. Damit das optische Rotationsmaterial wirksam arbeitet, weisen die Fest körpermaterialien 3 identische Eigenschaften auf (z. B. identische Ab messungen und identische thermische Linseneffekte in bezug auf Pumpeingänge). Darüber hinaus muß der Laserstrahl 14 durch die gleichen Teile (z. B. die mittleren Bereiche) der zwei Festkörpermate rialien 3 in der Weise hindurchgehen, daß die Polarisationsrichtung einer Laserstrahlkomponente beim Hindurchgehen durch das erste Fest körpermaterial unterschiedlich zu der der Laserstrahlkomponente beim Hindurchgehen durch das zweite Festkörpermaterial ist. Zu diesem Zweck muß der Laserstrahl 14 so gerichtet werden, daß er durch den Mittelbereich jedes Festkörpermaterials 3 hindurchgeht und das optische Rotationsmaterial 95 muß genau die Polarisationsrichtung des Laser strahls 14 drehen.

Experimentelle Ergebnisse zeigten, daß ein Fall existiert, bei dem es notwendig ist, eine feine Winkeleinstellung des Winkels vorzunehmen, den das zwischen den zwei Festkörpermaterialien 3 angeordnete opti sche Rotationsmaterial 95 mit der optischen Achse des einfallenden Lichts bildet und zwar mittels des Winkeleinstellinstrumentes 96, so daß die Laserleistung stabil wird. Darüber hinaus gibt es einen Fall, bei dem es notwendig ist, eine feine Winkeleinstellung des Winkels vorzu nehmen, den das optische Rotationsmaterial 95 mit der optischen Achse des einfallenden Lichts bildet, entsprechend einer Änderung in dem er regten Zustand jedes der Festkörpermaterialien. Es kann angenommen werden, daß der Grund darin liegt, daß eine Einstellung zwischen den Mittelachsen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 notwendig ist. Die Einstellung zwischen den optischen Achsen der Mehrzahl von Fest körpermaterialien 3 kann durch Drehen des optischen Rotationsmaterials 95 unter Verwendung des Winkeleinstellinstrumentes 96 durchgeführt werden, um so den Strahlengang des einfallenden Lichts unter Verwen dung der Brechung des einfallenden Lichts an den Oberflächen des optischen Rotationsmaterials 95 zu ändern, wie in Fig. 8 gezeigt wird. Es wird geschlossen, daß der überlappende Teil in den Bereichen F1 und F2 nach Fig. 6b vergrößert werden kann, in dem die Verschiebungen der Achsen der Festkörpermaterialien 3 auf Grund einer fehlenden Posi tioniergenauigkeit der Materialien korrigiert werden und in dem Ver schiebungen der optischen Achse der thermischen Linsenwirkungen in den Festkörpermaterialien 3 korrigiert werden, die durch das Pumpen der Festkörpermaterialien 3 bewirkt werden.

Der Drehwinkel variiert mit der Neigung des optischen Rotationsma terials in bezug auf die optische Achse des einfallenden Lichts. Beispielsweise muß in dem Fall des optischen Rotationsmaterials 95 dieses Ausführungsbeispiels, das aus Kristall hergestellt wird, das die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts um einen Winkel ungefähr 90° drehen kann, eine Änderung des Winkels, den das optische Rota tionsmaterial 95 mit der optischen Achse bildet, innerhalb einiger Milli radianten liegen, um den Drehwinkel innerhalb 1% von 90° zu steuern.

Im allgemeinen können Verschiebungen des Strahlenganges des durch das optische Rotationsmaterial hindurchgehenden Lichts durch eine Winkeleinstellung von einigen Milliradianten korrigiert werden. Da ins besondere in diesem Ausführungsbeispiel die Festkörpermaterialien 3 jeweils in den Kondensoren mit den diffusen Reflexionsflächen ge pumpt werden, wodurch die Pumpverteilung in jedem der Festkörperma terialien 3 gleichmäßig ist, sind in den Festkörpermaterialien bewirkte thermische Deformationen jeweils symmetrisch in bezug auf die Achsen der Festkörpermaterialien und somit werden Verschiebungen der opti schen Achsen der Festkörpermaterialien, die durch die Mittelachsen der thermischen Verteilungen in den Materialien bestimmt werden, redu ziert. Wenn daher Einstellungen der optischen Achse der Festkörperma terialien in einem ausreichenden Ausmaß zu der ursprünglichen Einstel lung der Festkörpermaterialien durchgeführt werden, sind Verschiebun gen der optischen Achse der Festkörpermaterialien 3 auf Grund des Pumpens klein und somit können Verschiebungen des Strahlengangs des durch die Festkörpermaterialien hindurchgehenden Lichts geeignet durch eine Winkeleinstellung von einigen Milliradianten zu dem opti schen Rotationsmaterial korrigiert werden. Tatsächlich zeigten experi mentelle Ergebnisse, daß Verschiebungen der optischen Achse zwischen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 mit wenig Wirkung auf den Drehwinkel korrigiert werden können.

Die optische Achse eines Laserhohlraums wird durch eine Linie defi niert, die die Krummungsmitten der zwei den Laserhohlraum bildenden Spiegel verbindet. Eine Veränderung jeder Position der Krümmungsmit ten der zwei Spiegel ist proportional zu dem Krummungsradius jedes Spiegels. Daher wird bei Verwendung des Reflexionsspiegels mit einem kleinen Krümmungsradius, z. B. kleiner als 1 m, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, eine Änderung in der optischen Achse in Bezug auf Änderungen in den Winkeln, die die Spiegel mit der optischen Achse bilden, klein sein und der Betrieb des optischen Rotationsmaterials 95 wird stabiler.

Wie zuvor erwähnt, tritt entsprechend dem vorliegenden Ausführungs beispiel ein Vorteil dahingehend auf, daß die durch die Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 bewirkten thermischen Linseneffekte, die ent sprechend der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts differieren, für unterschiedliche Laserstrahlkomponenten bei unterschiedlichen Po larisationsmoden oder -arten die gleichen sind. Das heißt, die thermi schen Linsenwirkungen an Laserstrahlkomponenten bei unterschied lichen Polarisationsmoden werden vergleichmäßigt. Somit können Ver luste beim Laserstrahlerzeugungsprozeß hohen Schwankungen der Laserleistung reduziert werden und der Laserstrahl 14 hoher Qualität kann effizient und stabil erzeugt werden.

Darüber hinaus liegt ein weiterer Vorteil darin, daß Verschiebungen der optischen Achse zwischen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 durch Drehen des optischen Rotationsmaterials 95 unter Verwendung des Winkeleinstellinstrumentes 96 korrigiert werden können.

Weiterhin liegt ein anderer Vorteil darin, daß ein gleichmäßiges Laser verstärkungsmedium wirksam in jedem der Festkörpermaterialien 3 erzeugt werden kann, indem das Festkörpermaterial gleichmäßig von seiner Umgebung unter erneuter Verwendung des Pumplichts 40, das nicht in dem Festkörpermaterial 3 absorbiert wurde und von der diffusen Reflexionsoberfläche des Kondensors 8 reflektiert wurde, gepumpt wird.

Darüber hinaus gibt es einen anderen Vorteil dahingehend, daß das Festkörperlasergerät stabil arbeiten kann, da die Festkörpermaterialien 3 die Pumplichtquellen 4, die Kondensoren 8, das optische Rotationsma terial 95, der Reflexionsspiegel 1 und der teilreflektierende Spiegel 12 integral auf der Grundplatte 100 angeordnet sind.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das optische Rotationsmaterial 95 begrenzt, das die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts um einen Winkel von ungefähr 90° dreht. Alternativ können drei Festkör permaterialien 3 und zwei optische Rotationsmaterialien vorgesehen sein, die jeweils zwischen zwei der Festkörpermaterialien 3 angeordnet sind, wobei jedes die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts um einen Winkel von ungefähr 45° drehen kann. Das heißt, daß die zwei optischen Rotationsmaterialien so angepaßt sind, daß sie die Polarisa tionsrichtung des einfallenden Lichts um einen Gesamtwinkel von unge fähr 90° in Zusammenarbeit drehen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Festkörperlasereinrichtung dieses Ausführungsbeispiels begrenzt, das den durch die Spiegel 1 und 12 aufgebauten Laserhohlraum umfaßt. Der zuvor erwähnte Aufbau kann für einen Festkörperlaser ohne Laserhohlraum angewandt werden, der als Verstärker dient.

Fig. 9 zeigt eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlasereinrich tung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 97 einen Keil, das heißt eine Keilplatte, die aus einem Material wie Glas oder Kristall her gestellt ist. Die Keilplatte ist zwischen der Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten Festkörpermaterialien 3 angeordnet. Das Bezugszeichen 98 bezeichnet eine Dreheinheit zum Drehen der Keilplatte 97. In Fig. 9 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in Fig. 1 die gleichen oder ähnliche Bauelemente. Der Aufbau der Festkörperlasereinrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel ist der gleiche wie der Aufbau der Festkörperlasereinrichtung nach Fig. 1 mit der Ausnahme der Keilplatte 97, die vor dem optischen Rotationsmaterial 95 angeordnet ist.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktion der Festkörper lasereinrichtung dieses Ausführungsbeispiels gerichtet. Wie bei dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 können Verschiebun gen der optischen Achse des Laserstrahls 40 in einem gewissen Ausmaß korrigiert werden, in dem das optische Rotationsmaterial 95 in bezug auf die optische Achse des einfallenden Laserstrahls 14 gedreht wird. Wenn große Verschiebungen der optischen Achse auftreten, muß die Polarisa tionsrichtung des einfallenden Lichtes stark variiert werden, wenn eine Korrektur solcher Verschiebungen der optischen Achse nur unter Ver wendung des optischen Rotationsmaterials 95 durchgeführt wird. Andererseits können entsprechend diesem Ausführungsbeispiel die opti schen Achsen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 leicht einge stellt und übereinstimmend miteinander gemacht werden, indem die Keilplatte 97 in bezug auf die optische Achse des Laserstrahls 14 mittels der Dreheinheit 98 geneigt wird. Große Verschiebungen der opti schen Achsen können durch Kombination der Keilplatte 97 und der Dreheinheit 98 korrigiert werden.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer Lasereinrichtung, bei der nur eine einzige Keilplatte verwendet wird. Alternativ kann eine Mehrzahl von Keilplat ten verwendet werden. Darüber hinaus ermöglicht eine Hinzufügung eines Winkeleinstellinstrumentes zu der Keilplatte 97 eine Einstellung der optischen Achse der Mehrzahl von Festkörpermaterialien in noch einfacherer Weise.

Wie zuvor erwähnt wurde, gibt es entsprechend diesem Ausführungsbei spiel einen Vorteil dahingehend, daß eine Einstellung der optischen Achsen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 leicht durchgeführt werden kann, so daß die optischen Achsen der Mehrzahl von Festkör permaterialien miteinander übereinstimmen und große Verschiebungen der optischen Achsen können korrigiert werden.

Bei dem Aufbau, bei dem die optischen Achsen der Mehrzahl von Fest körpermaterialien 3 eingestellt und übereinstimmend miteinander mittels der Keilplatte 97 gemacht werden, kann der Laserstrahl bei jeder der Grundpolarisationsart nach den Fig. 5a und 5b leicht erzeugt werden und die Laserleistung des Laserstrahls kann bis zu einem gewissen Ausmaß ohne Verwendung des optischen Rotationsmaterials 95 erhöht werden.

Es wird nun auf Fig. 10 Bezug genommen, daß eine Schnittansicht eines Haltegliedes zum Halten eines Festkörpermaterials 3 und einen Bewe gungsmechanismus zum Bewegen eines Stirnteils des Festkörpermate rials 3 darstellt, die in einer Festkörperlasereinrichtung nach einem ande ren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 103 einen Halter zum Halten eines Endteils eines Festkörpermaterials, 102 bezeichnet eine Schraube zum Drücken des Halters 103 gegen die Seitenplatte 101 zum Festlegen des Halters und 104 bezeichnet ein elastisches Element wie einen O- Ring.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktion des Haltegliedes und des Bewegungsmechanismus gerichtet. Im Betrieb des Bewegungs mechanismus zum Bewegen eines Endteils eines Festkörpermaterials 3 nach diesem Ausführungsbeispiel wird der Halter 103 vertikal und hori zontal bewegt, so daß die Position des End- oder Stirnteils des Festkör permaterials 3 bewegt und das Stirnteil des Festkörpermaterials 3 wird durch Festziehen der Schrauben 102 festgelegt. Eine solche Funktion des Bewegungsmechanismus ermöglicht die Bewegung eines Stirnteils jedes der Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3, die jeweils in einer Mehrzahl von Pumpabschnitten angeordnet sind, in vertikaler und hori zontaler Richtung, um eine Einstellung der optischen Achse der Mehr zahl von Festkörpermaterialien 3 vorzunehmen. Der Einstellmechanis mus der optischen Achse entsprechend diesem Ausführungsbeispiel weist weniger Bauteile als der Mechanismus nach den zuvor erwähnten Ausführungsbeispielen entsprechend Fig. 1 und 9 auf.

Wie zuvor erwähnt wurde, tritt entsprechend diesem Ausführungs beispiel der Vorteil auf, daß die optischen Achsen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 eingestellt und miteinander übereinstimmend gemacht werden können und die Kosten der Festkörperlasereinrichtung können verringert werden, da die Anzahl der Komponenten des Bewe gungsmechanismus zum Einstellen der optischen Achse der Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 niedrig ist.

Bei dem Aufbau, bei dem die optischen Achsen der Mehrzahl von Fest körpermaterialien mittels des Bewegungsmechanismus durch Bewegen eines Stirnteils jedes der Festkörpermaterialien 3 eingestellt werden können, kann der Laserstrahl 14 bei jedem der Grundpolarisationsarten nach Fig. 5a und 5b leicht erzeugt werden und die Laserleistung des Laserstrahls kann zu einem gewissen Ausmaß ohne die Verwendung des optischen Rotationsmaterials 95 erhöht werden.

Fig. 11 zeigt eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlaserein richtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung. In der Figur bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in Fig. 1 die gleichen Elemente. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet einen Grundwellenlaserstrahl, der durch die Mehrzahl von Festkörpermate rialien 3 emittiert wird, 16 bezeichnet einen Laserstrahl, dessen Wellen länge von der des Laserstrahls 14 umgewandelt ist, 21 bezeichnet einen selektiven Reflexionsspiegel, der eine Reflexionscharakteristik, ab hängig von der Wellenlänge des einfallenden Lichts aufweist, 22 be zeichnet einen Reflexionsspiegel, 41 ein Wellenlängenumwandlungs material, 61 eine Lüftungsöffnung, 62 ein Gefäß, 80A einen Tempe ratursteuermechanismus, der als Temperatursteuerplatte, wie als Metallplatte zum Steuern der Temperatur des Wellenlängenumwandlungsmaterials 41 ausgebildet ist, 101A einen Ventilator und 102A einen Filter. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Laserhohlraum durch die zwei Spiegel 1 und 21 gebildet.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktionsweise der Festkör perlasereinrichtung dieses Ausführungsbeispiels gerichtet. In der Fest körperlasereinrichtung mit dem obigen Aufbau wird das von jeder der Pumplichtquellen 4 emittierte Pumplicht in einem entsprechenden Kon densor 8 gefangen und zu dem Festkörpermaterial 3 geleitet, so daß es das Festkörpermaterial anregt. Die in den angeregten Festkörpermateria lien 3 erzeugten Lasermedien produzierten einen Laserstrahl 14, der in dem durch die Spiegel 1 und 21 aufgebauten Laserhohlraum einge schlossen ist. Schließlich wird der Grundwellenlaserstrahl 14 hoher Leuchtdichte in dem Laserhohlraum erzeugt. Dann wandelt das Wellen längenumwandlungsmaterial 41 die Wellenlänge des in dem Laserhohl raum erzeugten Grundwellenlaserstrahls 14 um, um einen Laserstrahl 16 mit umgewandelter Wellenlänge zu erzeugen. Der Spiegel 21 weist eine optische Beschichtung auf, die vollständig die Grundwellenlänge 14 reflektiert und vollständig den Laserstrahl 16 mit der umgewandelten Wellenlänge durchläßt. Das meiste des Laserstrahls 16 mit umgewandel ter Wellenlänge wird durch den Spiegel 21 aus dem Laserhohlraum aus gekoppelt. Der Laserstrahl 16 mit umgewandelter Wellenlänge wird durch den Reflexionsspiegel 22 abgelenkt und zu einer Laserstation zum Bearbeiten oder dergleichen geleitet so daß der Laserstrahl zum Laserschneiden, Laserschweißen, Laserbohren oder Laserabtragung oder zum Laserpumpen für ein anderes Festkörpermaterial verwendet werden kann.

Bei einer Festkörperlasereinrichtung mit einem solchen Aufbau ist der Wirkungsgrad der Wellenlängenumwandlung proportional zu der Quali tät und Stärke des auf das Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 auffal lenden Laserstrahls. Ein Hochleistungs- und Hochqualitätslaserstrahl 14 kann in der gleichen Weise wie bei der Lasereinrichtung nach dem Aus führungsbeispiel nach Fig. 1 erzeugt werden, in dem das optische Rota tionsmaterial 95 und das Winkeleinstellinstrument 96 vorgesehen wer den, das in der Lage ist, den Winkel zwischen dem einfallenden Licht und dem optischen Rotationsmaterial, das zwischen den zwei Festkör permaterialien 3 angeordnet ist, einzustellen. Insbesondere ist es vorzu ziehen, daß die Qualität des Laserstrahls 14 ungefähr 1/100 der theoreti schen Grenze der Strahlqualität ist, daß heißt, das die Ordnung der trans versalen Mode gleich oder kleiner als die 100. Ordnung ist. In diesem Fall wird die Wirkung des optischen Rotationsmaterials 95 merkbar, wie zuvor bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 er wähnt wurde. Die Wirkung wird durch Anordnen des Wellenlängenum wandlungsmaterials 41 in der Nähe des Reflexionsspiegels 1, bei dem der in dem Laserhohlraum aufgenommene Laserstrahl den kleinsten Durchmesser hat, verbessert. Der Umwandlungswirkungsgrad des Wel lenlängenumwandlungsmaterials 41 ist auch eine Funktion der Tempera tur. Daher ist die Temperatursteuerplatte 80A ausgeführt, um die Temperatur des Wellenlängenumwandlungsmaterials 41 zu steuern.

In der Anordnung dieses Ausführungsbeispiels wird die Wirkung des optischen Rotationsmaterials 95 merkbar. Die Umwandlungswirksam keit des Wellenlängenumwandlungsmaterials 41 hängt von dem auf das Material 41 auffallenden Grundwellenlaserstrahls 14 ab. Eine Änderung in der Leistung des Grundwellenlaserstrahls 14 bewirkt eine Änderung in der Wellenlängenumwandlungswirksamkeit. Dann bewirkt die Ände rung in dem Wellenlängenumwandlungswirkungsgrad eine weitere Ver änderung der Leistung des in dem Laserhohlraum eingeschlossenen Grundlaserstrahls 14. Somit weist ein Festkörperlasergerät nach dem Stand der Technik den Nachteil auf, daß eine kleine Änderung der Leistung des Grundwellenlaserstrahls mit der Zeit verstärkt wird und dieses resultiert in einer starken Änderung der Leistung des Laserstrahls 16 mit umgewandelter Wellenlänge, der aus dem Laserhohlraum ausge koppelt wird. Da im Gegensatz zu dem Lasergerät nach dem Stand der Technik die Festkörperlasereinrichtung nach diesem Ausführungsbei spiel das optische Rotationsmaterial 95 umfaßt, kann der überlappende Teil der Schwingungsbereiche für die zwei unterschiedlichen Polarisa tionsmoden großgemacht werden, wie in der Fig. 6b gezeigt wird, und somit können Änderungen in der Leistung des Grundwellenlaserstrahls im wesentlichen eliminiert werden.

Wenn die Leistung des Grundwellenlaserstrahls 14 erhöht wird, kann ein Teil des Grundwellenlaserstrahls 14 in dem Wellenlängenum wandlungsmaterial 41 absorbiert werden, woraus thermische Deforma tionen in dem Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 resultieren. Wenn das Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 mit einem rechteckförmigen Querschnitt verwendet wird, wird die Verteilung der thermischen De formationen derart erzeugt daß jede der gekrümmten Linien, die Punkte gleicher thermischen Deformation verbinden, die Form eines Rechtecks aufweist. Da in diesem Fall die Temperatur des Wellenlängenum wandlungsmaterials nur über eine Bodenplatte gesteuert wird, kann sich die Mitte der thermischen Deformationsverteilung aus der optischen Achse des einfallenden Lichts wegbewegen. Es wird angenommen, daß, wenn das optische Rotationsmaterial 95 zwischen die Festkörpermate rialien eingefügt ist, der überlappende Teil bei den zwei Polarisations modenbereichen E1 und E2 weiter schmaler gemacht wird, wie in Fig. 6a gezeigt wird. Im Gegensatz zu dieser Anordnung dient entsprechend diesem Ausführungsbeispiel das optische Rotationsmaterial 95 zur Er höhung der Breite des überlappenden Teils in den zwei Bereichen F1 und F2 der Polarisationsarten, wie in Fig. 6b gezeigt wird. Als Ergebnis kann der Laserstrahl 16 mit umgewandelter Wellenlänge stabil aus dem Laserhohlraum ausgekoppelt werden. Tatsächlich zeigen experimentelle Ergebnisse, daß die Leistung des Laserstrahls 16 mit umgewandelter Wellenlänge sich bei Weglassung des optischen Rotationsmaterials 95 aus der Festkörperlasereinrichtung nach Fig. 11 zufällig und merkbar änderte und instabil wurde, während dagegen die Leistung des Laser strahls 16 mit umgewandelter Wellenlänge durch Vorsehen des opti schen Rotationsmaterials 95 stabil wurde.

Bei dem Laserhohlraum mit einem ablenkenden Spiegel, wie der Spiegel 21 nach Fig. 11, kann ein elliptisch polarisierter Laserstrahl in dem Laserhohlraum in einer solchen Weise erzeugt werden, daß die Hauptachse der elliptischen Polarisation parallel zu der die Zeichnung aufweisenden Seite liegt, da der Reflexionsgrad des Umlenkungsspie gels sich abhängig davon ändert, ob die Polarisationsrichtung des einfal lenden Lichts senkrecht oder parallel zu der Fläche der die Zeichnung aufweisenden Seite liegt. Der elliptisch polarisierte Laserstrahl 14 kann nicht erzeugt werden, es sei denn, daß zwei Laserstrahlkomponenten bei den Grundpolarisationsmoden nach den Fig. 5a und 5b gleich zeitig erzeugt werden. Damit die Festkörperlasereinrichtung bei den zwei Moden schwingt, muß sie in einem Zustand betrieben werden, bei dem der überlappende Teil in den Bereichen F1 und F2 breit ist, wie in Fig. 6b gezeigt wird. Daher wird bei einem Laserhohlraum mit einem solchen Ablenkungsspiegel die Wirkung des oben erwähnten Aufbaus unter Verwendung des zwischen der Mehrzahl von Festkörpermateria lien 3 angeordneten optischen Rotationsmaterials 95 verbessert.

Wenn das Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 aufgeheizt wird, wird die Leistung des Laserstrahl 16 mit umgewandelter Wellenlänge stabiler, indem der Winkel, den das optische Rotationsmaterial 95 mit dem ein fallenden Licht bildet, entsprechend einer Änderung der Eingangs leistung jeder der Pumplichtquellen 4 mittels des Winkeleinstellin strumentes 96 variiert wird.

Wie zuvor erläutert wurde, gibt es entsprechend diesem Ausführungs beispiel den Vorteil, daß ein Grundwellenlaserstrahl 14 hoher Qualität und hoher Leistung effizient in der Nähe des Wellenlängenum wandlungsmaterials 41 erzeugt werden kann, wobei die Wellenlängen umwandlung für den Grundwellenlaserstrahl 14 effizient durchgeführt werden kann und ein Laserstrahl 16 hoher Leistung umgewandelter Wellenlänge kann stabil erzeugt werden.

In Fig. 12 ist eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlaserein richtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In der Figur bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die nach Fig. 11 die gleichen Elemente. In diesem Ausführungsbei spiel ist einziges Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 zwischen zwei Paaren von Temperatursteuerplatten 80B eingeschlossen, die jeweils vertikal und horizontal angeordnet sind und die die Temperatur des Wellenlängenumwandlungsmaterials 41 steuern. Die zwei Paare von Temperatursteuerplatten 80B sind zum Beispiel als metallische Platten ausgebildet.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktionsweise der Festkör perlasereinrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel gerichtet. Das Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 wird längs seiner Länge in zwei Bereiche zum individuellen Steuern der Temperaturen der Bereiche auf geteilt. Das heißt, das die Temperatur des einen Bereichs des Wellen längenumwandlungsmaterials 41 von einem Paar der Temperatursteuer platten 80B gesteuert wird, die im Querschnitt des Wellenlängenum wandlungsmaterials 41 vertikal angeordnet sind, was senkrecht zu der optischen Achse des Wellenlängenumwandlungsmaterials 41 ist. Darüber hinaus wird die Temperatur des anderen Bereichs des Wellen längenumwandlungsmaterials 41 durch das andere Paar von Temperatur steuerplatten 80B gesteuert, das im Querschnitt des Wellenlängenum wandlungsmaterials horizontal angeordnet ist, was senkrecht zu der opti schen Achse des Wellenlängenumwandlungsmaterials 41 ist. Die Temperatursteuerung wird durch eine Kombination der Temperatur steuerungen für die zwei Bereiche durchgeführt, so daß die Verteilung der thermischen Deformationen mindestens im Querschnitt des Wellen längenumwandlungsmaterials 41 mittleren Bereich symmetrisch in Be zug auf die Mittelachse des Wellenlängenumwandlungsmaterials 41 ist und die thermischen Deformationen in dem Wellenlängenum wandlungsmaterial 41 und die thermischen Deformationen in jedem der Festkörpermaterialien 3 geometrisch gleich sind.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Steuern der Temperatur des Wel lenlängenumwandlungsmaterials nach diesem Ausführungsbeispiel genauer erläutert.

Fig. 13 ist eine dreidimensionale Ansicht, die eine Verteilung des Brechungsindex zeigt, die entsprechend einer in einem Festkörperma terial erzeugten Temperaturverteilung erscheint. Wenn beispielsweise das Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 mit rechteckiger Quer schnittsform von einem Paar von vertikal angeordneten Temperatur steuerplatten 80B eingeschlossen und gekühlt wird, wird eine vertikale Temperaturverteilung erzeugt. Auf Grund der vertikalen Temperaturver teilung erscheint eine Verteilung des Brechungsindex, wie in Fig. 14a gezeigt wird, in dem Wellenlängenumwandlungsmaterial 41.

Die dreidimensionale Zeichnungsdarstellung nach Fig. 14a, die die in dem Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 erzeugte Brechungsindex verteilung zeigt, unterscheidet sich merkbar von der nach Fig. 13, die die in dem Festkörpermaterial 3 erzeugte Brechungsindexverteilung zeigt. Der in dem Laserhohlraum erzeugte Laserstrahl 14 weist eine Quer schnittsverteilung der Phase auf, die einer in jedem der Festkörperma terialien 3 erzeugten Brechungsindexverteilung entspricht. Wenn daher die in dem Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 erzeugte Verteilung des Brechungsindex sich von der in jedem der Festkörpermaterialien 3 erzeugten Verteilung des Brechungsindex unterscheidet, wird die Phasenverteilung des Laserstrahls 14 gestört und somit wird der Schwingungszustand gestört. Da daher die Qualität des Laserstrahls 14 verringert wird und der Arbeitspunkt, bei dem die Laservorrichtung in dem Laserhohlraum schwingen kann, verschoben wird, wenn die Phasenverteilung des Laserstrahls 14 gestört ist, wird in dem Laserhohl raum ein Verlust erzeugt und somit verringert sich die Laserleistung. Die Verringerung der Laserstrahlqualität und die Verringerung der Laser leistung resultieren in einer merkbaren Verringerung der Leistung des Laserstrahls mit umgewandelter Wellenlänge.

Um in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel solch eine Verringerung der Leistung des Laserstrahls mit umgewandelter Wellenlänge zu verhindern, werden die zwei Teile des Wellenlängenumwandlungsmate rials 41 individuell gekühlt, so daß die Kühlrichtungen in den zwei Teilen voneinander unterschiedlich sind und die Form der Verteilung des Brechungsindex in dem Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 und die Form einer Verteilung des Brechungsindex in jedem der Festkör permaterialien 3 geometrisch gleich sind. Wenn beispielsweise ein Teil des Wellenlängenumwandlungsmaterials durch ein vertikal angeordnetes Paar von Temperatursteuerplatten 80B gekühlt wird, erscheint eine Ver teilung des Brechungsindex wie in Fig. 14a in dem Wellenlängenum wandlungsmaterial 41. Wenn darüber hinaus der andere Teil des Wel lenlängenumwandlungsmaterials 41 durch das andere, horizontal ange ordnete Paar von Temperatursteuerplatten 80B gekühlt wird, erscheint eine Verteilung des Brechungsindex nach Fig. 14b in dem Wellenlängen umwandlungsmaterial 41. Wenn daher das Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 gleichzeitig durch die zwei Paare von Temperatursteuerplat ten 80B gekühlt wird, entspricht eine in dem Wellenlängenum wandlungsmaterial 41 auftretende Verteilung des Brechungsindex einer Synthese der Verteilungen des Brechungsindex nach den Fig. 14a und 14b. Die Zusammensetzung der Verteilungen des Brechungsindex, wenn sie aus der optischen Achse des Wellenlängenumwandlungs materials 41 gesehen wird, ist in Fig. 15 dargestellt. Die Synthese der Verteilungen des Brechungsindex kann nahezu symmetrisch in Bezug auf die optische Achse des Wellenlängenumwandlungsmaterials 41 sein und kann ähnlich zu der Verteilung des Brechungsindex in jedem der Festkörpermaterialien 3, wie sie in Fig. 13 gezeigt ist, sein, die ent sprechend einer in jedem der Festkörpermaterialien 3 erzeugten Tempe raturverteilung auftritt. Daher können Schwingungen in einem Hoch leistungsbereich stabil werden.

Wie zuvor erwähnt wurde, gibt es entsprechend diesem Ausführungs beispiel den Vorteil, daß ein Grundwellenlaserstrahl 14 hoher Qualität und hoher Leistung effizient in der Nähe des Wellenlängenum wandlungsmaterials 41 erzeugt werden kann, daß die Wellenlängenum wandlung effizient für den Grundwellenlaserstrahl 14 durchgeführt werden kann und daß ein Laserstrahl 16 mit umgewandelter Wellen länge hoher Leistung im Vergleich zu dem zuvor erwähnten Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 11 stabiler erzeugt werden kann.

In Fig. 16 ist eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlaserein richtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. In dieser Figur bezeichnen die gleichen Bezugs zeichen wie in Fig. 11 die gleichen Elemente. In diesem Ausführungs beispiel sind zwei Wellenlängenumwandlungsmaterialien in einer Reihe längs ihrer optischen Achsen mit vorbestimmtem Abstand angeordnet. Darüber hinaus sind die zwei Wellenlängenumwandlungsmaterialien 41 jeweils durch die zwei Paare von Temperatursteuerplatten 80B einge schlossen, die jeweils vertikal und horizontal angeordnet sind.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktionsweise der Festkör perlasereinrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel gerichtet. Die Temperaturen der zwei Wellenlängenumwandlungsmaterialien 41 werden individuell gesteuert. Das heißt, daß die Temperatur des einen Wellenlängenumwandlungsmaterials 41 durch ein Paar von im Quer schnitt vertikal angeordneten Temperatursteuerplatten gesteuert wird, was senkrecht zu der optischen Achse des Wellenlängenumwandlungs materials 41 ist, und die Temperatur des anderen Wellenlängenum wandlungsmaterials 41 wird durch das andere Paar von horizontal an geordneten Temperatursteuerplatten 80B gesteuert. Die Temperatur steuerung wird durch eine Kombination der Temperatursteuerungen für die zwei Wellenlängenumwandlungsmaterialien 41 durchgeführt, so daß eine Synthese der Verteilungen der thermischen Deformationen in mindestens den im Querschnitt mittleren Teilen der Wellenlängenum wandlungsmaterialien 41 in bezug auf die Mittelachsen der Wellen längenumwandlungsmaterialien 41 symmetrisch ist und eine Synthese der in den zwei Wellenlängenumwandlungsmaterialien 41 erzeugten thermischen Deformationen und die in jedem der Festkörpermaterialien 3 erzeugten thermischen Deformationen sind geometrisch gleich oder zumindest sehr ähnlich.

Wie in dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 macht ein solcher Aufbau des Ausführungsbeispiels es möglich, eine Synthese der Verteilungen des Brechungsindex durchzuführen, die in den Wellen längenumwandlungsmaterialien 41 erscheinen und die nahezu symme trisch in Bezug auf die optischen Achsen der Wellenlängenum wandlungsmaterialien 41 sind, wobei die Synthese gleich oder sehr ähn lich zu der Verteilung des Brechungsindex in jedem der Festkörper materialien 3 ist, die entsprechend einer in jedem der Festkörperma terialien 3 erzeugten Temperaturverteilung auftritt. Somit können Schwingungen in einem Hochleistungsbereich stabil gemacht werden.

Darüber hinaus macht das Vorsehen der zwei Wellenlängenum wandlungsmaterialien 41 es möglich, eine Vorrichtung zur individuellen Steuerung der Temperaturen der Wellenlängenumwandlungsmaterialien 41 dem Lasergerät in einfacher Weise hinzuzufügen. Da der Wärmefluß in jedem der Wellenlängenumwandlungsmaterialien 41 im Vergleich mit dem des zuvor erwähnten Ausführungsbeispiels nach Fig. 12 vereinfacht wird, kann die Temperatursteuerung leicht durchgeführt werden. Somit können die Temperaturen der zwei Wellenlängenumwandlungsmate rialien 41 so gesteuert werden, daß die Synthese der Verteilungen der thermischen Deformationen mindestens in den im Querschnitt gese henen mittleren Bereichen des Wellenlängenumwandlungsmaterials 41 symmetrisch in bezug auf die Mittelachsen der Wellenlängenum wandlungsmaterialien 41 ist und eine Synthese der in den zwei Wellen längenumwandlungsmaterialien 41 erzeugten thermischen Deforma tionen sind noch ähnlicher zu den in jedem der Festkörpermaterialien 3 erzeugten thermischen Deformationen. Somit werden Schwingungen in einem Hochleistungsbereich extrem stabil.

Wie zuvor erwähnt wurde, ist es entsprechend diesem Ausführungs beispiel von Vorteil, daß ein Grundwellenlaserstrahl 14 hoher Qualität und hoher Leistung effizient in der Nähe des Wellenlängenum wandlungsmaterials 41 erzeugt werden kann, daß eine Wellenlängen umwandlung effizient für den Grundwellenlaserstrahl 14 durchgeführt werden kann, daß ein Laserstrahl 16 umgewandelter Wellenlänge mit hoher Leistung stabil erzeugt werden kann und daß eine Temperatur steuerung für die Wellenlängenumwandlungsmaterialien 41 im Ver gleich zu dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 leichter durchgeführt werden kann.

In Fig. 17 ist eine horizontale Schnittansicht einer Festkörperlaserein richtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Figur bezeichnen die gleichen Bezugs zeichen wie die in Fig. 16 die gleichen Bauelemente. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet ein ein Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 um schließendes Strömungsrohr. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 so konstruiert, daß sein Quer schnitt die gleiche Form wie die des Festkörpermaterials 3 aufweist.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktionsweise der Festkör perlasereinrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel gerichtet. Das zylindrische Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 wird durch Wasser gekühlt, so daß eine Verteilung der thermischen Deformation im Quer schnitt des Wellenlängenumwandlungsmaterials 41 nahezu ähnlich zu einer Verteilung der thermischen Deformationen im Querschnitt jedes Festkörpermaterials 3 ist. Der Aufbau der Temperatursteuervorrichtung ist der gleiche, wie der, der für ein Festkörpermaterial 3 nach Fig. 2a verwendet wurde. Das zylindrische Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 wird durch Kühlwasser gekühlt, das zwischen dem Strömungsrohr und dem Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 fließt. Die Seitenplatte 101 ist als Wasserweg in Zusammenarbeit mit dem Strömungsrohr aus gebildet.

Der Aufbau kann gleichfalls die Temperatur des Wellenlängenum wandlungsmaterials 41 kontrollieren, so daß eine Verteilung der ther mischen Deformationen die von der optischen Achse des Wellen längenumwandlungsmaterials 41 gesehen wird, noch ähnlicher zu einer Verteilung der thermischen Deformationen in jedem der Festkörperma terialien 3 ist. Daher können Schwingungen in einem Hochleistungs bereich stabiler werden.

Wie zuvor erwähnt wurde gibt es entsprechend diesem Ausführungs beispiel einen Vorteil dahingehend, daß ein Grundwellenlaserstrahl 14 hoher Qualität und hoher Leistung effizient in der Nähe des Wellen längenumwandlungsmaterials 41 erzeugt werden kann, daß eine Wellen längenumwandlung effektiv für den Grundwellenlaserstrahl 14 durch geführt werden kann und daß ein Laserstrahl 16 umgewandelter Wellen länge und hoher Leistung stabil erzeugt werden kann.

In Übereinstimmung mit dem Temperatursteuermechanismus dieses Ausführungsbeispiels für das Wellenlängenumwandlungsmaterial 41 kann der Laserstrahl 14 bei jedem der Grundpolarisationsmoden nach Fig. 5a und 5b leicht erzeugt werden und die Laserleistung des Laser strahls kann zu einem bestimmten Ausmaß ohne die Verwendung des optischen Rotationsmaterials 95 erhöht werden.

Darüber hinaus ist der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels nicht auf eine Festkörperlasereinrichtung mit einer Mehrzahl von Festkörperma terialien 3 begrenzt. Die Temperatursteuervorrichtung kann bei einer Festkörperlasereinrichtung angewandt werden, die nur ein Festkörper material 3 aufweist.

Fig. 18 ist eine Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der Figur bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in Fig. 1 die gleichen oder entsprechenden Komponenten. Die Bezugszeichen 6a, 6b bezeichnen Linsen. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein sogenanntes optisches Bildumschreibsystem, das aus den Linsen 6a, 6b und einem teilreflektierenden Spiegel 12 aufgebaut ist, anstelle des teilreflektieren den Spiegels 12 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 verwendet.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Betriebsweise des Festkör perlasers gerichtet. Bei dem Festkörperlaser mit dem obigen Aufbau wird ein Laserstrahl 14 mit einem im wesentlichen konstanten Laser strahldurchmesser nach außen emittiert, so daß ein Laserstrahlmuster in der Nähe der Stirnflächen des Festkörpermaterials 3 auf den teilreflektie renden Spiegel 12 übertragen werden kann. Der emittierte Laserstrahl 14 wird durch die Linse 6a in paralleles Licht umgewandelt und einer Laserarbeitsstation unter der gleichen für die Verwendung beispiels weise beim Laserschneiden, Laserschweißen, Laserbohren, Laserab lösung und zum Pumpen eines anderen Festkörpermaterials zugeführt.

Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind bei diesem Ausfüh rungsbeispiel ein optisches Rotationsmaterial 95, das mindestens an einer Stelle zwischen einer Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten Festkörpermaterialien 3 angeordnet ist und ein Winkeleinstellmechanis mus zum Einstellen eines Winkels des optischen Rotationsmaterials vor gesehen. Da der Festkörperlaser in der Weise aufgebaut ist, daß der Winkeleinstellmechanismus 96 fein die optischen Achsen zwischen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 einstellt, werden die thermischen Linseneffekte für Laserstrahlen bei unterschiedlichen, in der Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 erzeugten Polarisationsmoden gleich, wo durch Verluste und Schwankungen in dem Laserhohlraum reduziert werden. Als Ergebnis kann der Laserstrahl 14 mit einer hohen Qualität effizient und stabil erzeugt werden.

Das sogenannte optische Bildüberschreibsystem, das aus den Linsen 6a, 6b und dem teilreflektierenden Spiegel 12 besteht, ist äquivalent zu dem teilreflektierenden Spiegel 12, der eine Krümmung in der Nähe einer Stirnfläche eines Festkörpermaterials 3 aufweist und es führt die gleiche Funktion wie dieser durch. Seine Krümmung kann durch Ändern der Abstände zwischen dem teilreflektierenden Spiegel und den Linsen 6a und 6b geändert werden. Wenn daher beispielsweise jedes der Festkör permaterialien 3 gepumpt und thermisch deformiert wird, um einen thermischen Linseneffekt zu haben, kann der thermische Linseneffekt durch Ändern der äquivalenten Krümmung des optischen Bildüber schreibsystems kompensiert werden.

Wenn in diesem Fall die Abstände zwischen dem teilreflektierenden Spiegel 12 und den Linsen 6a, 6b durch Piezo-Elemente bewegt werden, können die thermischen Linseneffekte der Festkörpermaterialien 3 bei einer hohen Geschwindigkeit kompensiert werden.

Durch diese Kompensation des thermischen Linseneffekts kann ein stabiler Bereich, der sich in der Mitte des durch Überlappung der ge krümmten Linien E1 und E2 bezeichneten Betriebsbereichs, wie in Fig. 6a befindet, mit 31208 00070 552 001000280000000200012000285913109700040 0002019601951 00004 31089dem die Funktion des obigen Ausführungsbeispiels er läutert wurde, bewegt werden. Somit kann eine Schwingung immer in dem stabilen Bereich entsprechend den Änderungen der Leistung der Pumplichtquellen 4 auftreten.

Wie oben beschrieben, können da die thermischen Linseneffekte für Laserstrahlen bei unterschiedlichen Polarisationsmoden, die in der Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 erzeugt werden, gleich werden, Verluste und Änderungen in der Laserstrahlerzeugung verringert werden und daher kann der Laserstrahl 14 mit einer hohen Qualität effizient und stabil erzeugt werden.

Darüber hinaus kann durch Bewegen der Abstände zwischen dem teilre flektierenden Spiegel 12 und den Linsen 6a, 6b mit Piezo-Elementen der thermische Linseneffekt der Festkörpermaterialien 3 bei hoher Ge schwindigkeit kompensiert werden.

Es sei bemerkt, daß das optische System zur Kompensierung des thermi schen Linseneffekts nicht nur für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, sondern auch für die anderen Ausführungsbeispiele verwendet werden kann.

Darüber hinaus ist der Aufbau des Laserhohlraums, der in diesem Aus führungsbeispiel verwendet werden kann, nicht auf den oben erwähnten Aufbau begrenzt. Jeder Laserhohlraum kann verwendet werden, der einen Aufbau aufweist, bei dem der Strahldurchmesser des Laserstrahls 14 innerhalb oder in der Nähe jedes der Festkörpermaterialien 3 größer ist, als der an dem Verdichtungspunkt R des Laserstrahls 14. Beispiels weise kann, wie in Fig. 19 gezeigt wird, ein kleiner konvexer Spiegel mit einer Krümmung von einem Meter oder weniger als Reflexionsspiegel 1 verwendet werden.

Solch ein Aufbau ermöglicht einen kompakten Laserhohlraum mit einer kurzen Länge, während ein Strahlengang in der Nähe des Festkörperma terialien 3 in der gleichen Weise aufrechterhalten wird wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Wie in Fig. 20 gezeigt wird, kann ein Laserhohlraum durch einen Faltspiegel 11 gefaltet werden, um die Länge des Lasers zu verkürzen. Darüber hinaus können, wie in den Fig. 21 und 22 gezeigt wird, kleine Spiegel z. B. mit einer Krümmung von einem Meter oder weniger an beiden Seiten verwendet werden. Zusätzlich kann beispielsweise, wie in Fig. 23 gezeigt wird, ein Faltmechanismus vorgesehen sein.

Bei dem Laserhohlraum, der den Faltspiegel 11 verwendet, ist der Reflexionsgrad 11 in vertikaler Richtung zu dem Papier unterschiedlich zu dem in der horizontalen Richtung. Aus diesem Grund kann ein in dem Laserhohlraum polarisierter ein elliptisch polarisierter Strahl sein, dessen lange Achse sich längs der Papierrichtung befindet. Wenn die zwei Grundpolarisationsmoden, wie in Fig. 5a und 5b gezeigt wird, zur gleichen Zeit schwingen, kann der elliptisch polarisierte Laserstrahl 14 realisiert werden, das heißt, der Durchmesser eines Laserstrahls in dem Festkörpermaterial 3 muß in einem Zustand sein, bei dem der über lappende Teil groß ist, wie in Fig. 6b gezeigt wird. Somit kann bei einem Festkörperlaser mit dem Laserhohlraum unter Verwendung eines Fallspiegels 11 die durch den Aufbau der Mehrzahl von Festkörperma terialien in einer Reihe und durch das optische Rotationsmaterial 95 er haltene Wirkung weiter verbessert werden.

Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele den Aufbau zeigen, bei dem der teilreflektierende Spiegel 12 in der Nähe des Festkörpermaterials 3 vorgesehen ist, ist die Erfindung nicht darauf begrenzt. Ein Laserstrahl 14 kann unter Verwendung jedes Spiegels als teilreflektierender Spiegel herausgekoppelt werden.

Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele des Festkörperlasers den Winkeleinstellmechanismus zum Einstellen eines Winkels relativ zur optischen Achse des optischen Rotationsmaterials 95 aufweisen, kann die Einstellung durch Verbesserung in der Anfangsgenauigkeit oder durch einen bewegbaren Bereich einer Befestigungsschraube durchge führt werden.

Obwohl die Ausführungsbeispiele unter Verwendung von zwei Festkör permaterialen beschrieben sind, ist die Erfindung nicht darauf begrenzt. Die Anzahl der Festkörpermaterialien kann größer als zwei sein. In einem solchen Fall können optische Rotationsmaterialien an allen Stellen oder an einigen ausgewählten Stellen zwischen den Festkörper materialien 3 angeordnet werden.

Darüber hinaus können die keilartigen Elemente auch an all den Stellen oder an einigen ausgewählten Stellen zwischen den Festkörpermate rialien 3 positioniert werden.

Weiterhin können Mechanismen zum Bewegen eines Stirnteils eines Festkörpermaterials 3 nach rechts, links, nach oben oder nach unten gleichfalls für alle Festkörpermaterialien 3 oder einige ausgewählte Materialien 3 vorgesehen sein.

Fig. 24a ist eine Längsschnittansicht, die im Detail einen Pumpabschnitt entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung zeigt. Fig. 24b ist eine Querschnittsansicht. In der Figur be zeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in den Fig. 2a und 2b die gleichen oder entsprechende Teile. Entsprechend diesem Ausfüh rungsbeispiel ist der Querschnitt eines Kondensors eine Ellipse. Ein Festkörpermaterial und eine Pumplichtquelle 4 als Bogenlampe sind jeweils an den Brennpunkten des elliptischen Kondensors angeordnet.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktionsweise des Pumpabschnittes gerichtet. Wenn eine Spannungsversorgung 5 die Pumplichtquelle 4 einschaltet, wird das von der Lichtquelle emittierte Pumplicht diffus in einem Kondensor 8 reflektiert, um gleichförmig ein Festkörpermaterial 3 von seinem Umfang her zu pumpen. Im Fall eines Kondensors 8 mit einer diffus reflektierenden Kondensorfläche, wie in dem obigen Ausführungsbeispiel erwähnt ist, erlaubt der Kondensor 8 die Bildung eines im wesentlichen gleichförmigen Lasermediums in einem Abschnitt des Festkörpermaterials 3, wenn die Leistung der Pumplichtquelle 4 klein ist. Wenn andererseits die Leistung der Pump lichtquelle 4 extrem groß ist, neigt die Seite, die näher an der Pump lichtquelle 4 liegt, dazu, stärker gepumpt zu werden. In diesem Fall ist die thermische Linsenwirkung stärker an der nahe der Pumplichtquelle 4 liegenden Seite, während der Linseneffekt relativ schwach an der ent fernteren Seite ist. Es besteht eine Verteilung der thermischen Linsen wirkung. Als Ergebnis werden die Wirkungen des optischen Rotations materials 95, die in der obigen Beschreibung erläutert wurde, ge schwächt.

Dagegen ist bei einem Festkörperlaser nach dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 24a und 24b die Form des Kondensors 8 eine Ellipse und das Festkörpermaterial 3 und die Pumplichtquelle 4 sind jeweils an den Brennpunkten der Ellipse angeordnet. Die Kondensorwirkung der ellipsenförmigen Reflexionsfläche wird zusätzlich zu der diffusen Re flexionswirkung benutzt, wodurch ein gleichmäßiges Pumpen ermög licht wird. Während das von der Pumplichtquelle 4 emittierte Pumplicht diffus von der inneren Fläche des Kondensors 8 reflektiert wird, wird eine diffuse mittlere Komponente längs der inneren Flächenform der Ellipse reflektiert. Durch den Kondensoreffekt der Ellipse wird das an dem ersten Brennpunkt angeordnete Festkörpermaterial 3 gleichmäßig von seiner Umgebung gepumpt.

Wie oben erwähnt wurde, kann entsprechend diesem Ausführungsbei spiel ein gleichmäßiges Pumpen sichergestellt werden, selbst wenn die Leistung der Pumplichtquelle 4 extrem stark ist. Zusätzlich zu der Funk tion des zwischen der Mehrzahl der Festkörpermaterialien 3 angeord neten optischen Rotationsmaterials 95 können Verluste und Schwankun gen, die in einem Fall erzeugt werden, bei der eine Mehrzahl von Fest körpermaterialien vorgesehen sind, verringert werden und der Laser strahl 14 kann aus dem Lasermedium ohne Verluste herausgezogen wer den, wodurch eine effiziente und stabile Erzeugung eines Laserstrahl mit hoher Qualität ermöglicht wird.

Da diffuse Reflexion verwendet wird, hat die Genauigkeit der ellipti schen Form des Kondensors eine Toleranz. Selbst wenn der elliptische Kondensor im Querschnitt keine vollständige Ellipse aber in Näherung eine Ellipse ist, werden die gleichen Wirkungen erhalten.

Fig. 25 ist eine Schnittansicht, die einen Festkörperlaser nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur werden die gleichen Bezugszeichen wie die nach Fig. 1 für die gleichen oder für entsprechende Bauteile verwendet. Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Koppelreflexionsspiegel. Bezugszeichen 101 ist eine Modulgrundplatte aus beispielsweise rostfreiem Stahl oder aus Acryl, auf der die Festkörpermaterialien 3, die Pumplichtquellen 4, die Kon densoren 8 und das optische Rotationsmaterial 95 zur Bildung eines integrierten Pumpmoduls angeordnet sind. Das Bezugszeichen 200a be zeichnet ein erstes Pumpmodul, während das Bezugszeichen 200b ein zweites Pumpmodul bezeichnet.

Der Laserhohlraum ist aus einem teilreflektierenden Spiegel 12, dem Koppelreflexionsspiegel 24 und einem Reflexionsspiegel 1 aufgebaut. Die optischen Bedingungen eines ersten Strahlengangs, der zwischen dem teilreflektierenden Spiegel 12 und dem Koppelspiegel 24 hin und her geht, sind so festgelegt, daß sie denen des zweiten Strahlenganges, der zwischen dem Koppelspiegel 24 und dem Reflexionsspiegel 1 hin und her geht, entsprechen. Beispielsweise kann eine solche Einstellung dadurch realisiert werden, daß die Krümmung des teilreflektierenden Spiegels 12 die gleiche ist, wie die des Reflexionsspiegels 1 und daß der Abstand zwischen dem teilreflektierenden Spiegel 12 und dem Koppelreflexionsspiegel 24 der gleiche ist wie der zwischen dem Re flexionsspiegel 1 und dem Koppelreflexionsspiegel 24.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktionsweise des Fest körperlasers gerichtet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Festkörper laser mit den optischen Systemen 200a, 200b in der Weise aufgebaut, daß die optischen Bedingungen des zweiten Pumpmoduls 200b zwi schen dem teilreflektierenden Spiegel und dem Koppelreflexionsspiegel 24 die gleichen sind, wie die des ersten Pumpmoduls 200a zwischen dem Koppelreflexionsspiegel 24 und dem Reflexionsspiegel 1. Das heißt, wenn der Koppelreflexionsspiegel 24 zu dem teilreflektierenden Spiegel 12 gedreht, wie in Fig. 26 gezeigt wird, geht ein Laserstrahl 14 in dem aus dem teilreflektierenden Spiegel 12 und dem Koppelreflexionsspiegel 24 bestehenden Laserhohlraum hin und her und der Laser strahl 14 kann aus dem zweiten Pumpmodul 200b ausgekoppelt werden. Wenn der Koppelreflexionsspiegel 24 so gedreht wird, daß ein Laser strahl 14 zu dem Reflexionsspiegel 1 übertragen (unter der Annahme, daß der Reflexionsspiegel 1 oder der Koppelreflexionsspiegel 24 ein teilreflektierender Spiegel ist), kann der Laserstrahl 14 auch aus dem Pumpmodul 200a ausgekoppelt werden. Da somit die optischen Bedin gungen eines durch das erste Pumpmodul 200a hindurchgehenden Laserstrahls 14 die gleichen sind wie die des durch das zweite Pump modul 200b hindurchgehenden Laserstrahls 14 sind die Kurven der Außenform des Laserstrahls in den beiden Strahlengängen in ihren Längsrichtungen die gleichen (das heißt, die Außenform des Laserstrahls 14 variiert in ähnlicher Weise) und es gibt keine Änderung in der Quali tät oder dergleichen des Laserstrahls. Folglich kann ein Laserstrahl 14 von fast der gleichen Qualität, dessen Leistung um das doppelte auf Grund der Verbindung der zwei Pumpmodule 200a, 200b verbessert wird, erzeugt werden. Wie oben erwähnt, kann durch Verbinden der Mehrzahl von Pumpmodulen 200a, 200b eine höhere Laserleistung er zielt werden, als bei einem einzigen Pumpmodul. Der so erhaltene Laserstrahl 14 wird in eine Laserarbeitsstation oder dergleichen für die Verwendung beim Laserschneiden, Laserschweißen, Laserbohren, Laserablösen und beim Pumpen eines anderen Festkörpermaterials ein geführt.

Dieses Ausführungsbeispiel zeigt ein Beispiel, bei dem konkave Spiegel als teilreflektierende Spiegel 12, Koppelreflexionsspiegel 24 und Re flexionsspiegel 1 verwendet werden. Wenn jedoch die konkaven Spiegel durch konvexe Spiegel ersetzt werden, wie in Fig. 27 gezeigt wird, können die gleichen Wirkungen erhalten werden. Wie darüber hinaus in Fig. 28 gezeigt wird, kann der Koppelreflexionsspiegel 24 ein konvexer Spiegel sein, während der teilreflektierende Spiegel 12 und der Reflexionsspiegel 1 konkave Spiegel sein können. Für jeden Aufbau wird verlangt, daß die Außenform eines Laserstrahls 14 in dem Pump modul 200a die gleiche ist, wie die in dem Pumpmodul 200b. In diesem Fall wird die Divergenz eines Laserstrahls 14 auf Grund eines konvexen Spiegels im wesentlichen dadurch aufgehoben, daß eine Fokussierung auf Grund des thermischen Linseneffektes des Festkörpermaterials auf tritt, wodurch der Laserstrahl 14 in einem Laserhohlraum gehalten wird.

Dieses Ausführungsbeispiel zeigt ein Beispiel, bei dem die zwei Pump module 200a, 200b mittels eines einzigen Koppelreflexionsspiegels 24 verbunden werden. Allerdings kann, wie in Fig. 29 gezeigt wird, die Anzahl der Pumpmodule weiter erhöht werden. Drei Pumpmodule 200a, 200b, 200c können verbunden werden. Wenn die Anzahl der Pumpmodule erhöht wird, kann die Leistung eines Laserstrahls bis zu einem gewünschten Ausmaß erhöht werden, während die Qualität des Laserstrahls aufrecht erhalten bleibt, in dem die optischen Bedingungen der Strahlengänge in all den Pumpmodulen gleichgemacht werden. Fig. 30 sind Kennlinien die eine Beziehung zwischen der Laserleistung und der Laserstrahlqualität zeigen, die tatsächlich in einem Experiment beobachtet wurden. In dem Diagramm stellt die horizontale Achse die Leistung (W) der Pumplichtquellen 4 und die vertikale Achse die Laser leistung (W) und die Laserstrahlqualität (M²) dar. Eine gerade Linie P1 und eine gekrümmte Linie Q1 stellen jeweils die Schwingungskenn linien und die Laserstrahlqualität eines Pumpmoduls dar, während eine gerade Linie P2 und eine gekrümmte Linie Q2 jeweils die Schwingungs kennlinie und die Laserstrahlqualität der zwei Pumpmodule 200a, 200b in diesem Ausführungsbeispiel darstellen. Die Laserstrahlqualität (M²) ist ein Anzeiger dafür, wievielmal der Divergenzwinkel des Laser strahls 14 der Divergenzwinkel eines Gauß-Laserstrahls 14 mit der theo retischen Grenze ist. Je kleiner der Wert ist, um so besser ist die Laser strahlqualität. Wie aus Fig. 30 ersichtlich ist, verbessert eine Erhöhung der Anzahl der Pumpmodule die Laserleistung. Die Laserleistung wird im wesentlichen mit der Anzahl der Pumpmodule verbessert.

Wie oben erwähnt, können in diesem Ausführungsbeispiel Verluste und Schwankungen, die durch die Vielzahl von Festkörpermaterialien 3 er zeugt werden, verringert werden und der Laserstrahl 14 kann aus dem Lasermedium ohne Verluste herausgeholt werden. Somit kann der Laserstrahl 14 mit einer hohen Qualität und einer hohen Leistung wirk sam und stabil erzeugt werden. Da darüber hinaus die Pumpmodule 200a, 200b auf der gleichen Basis 110 integriert sind, kann das Pump modul 200a mit dem Pumpmodul 200b mit hervorragender Genauigkeit verbunden werden, wodurch eine stabile Operation gewährleistet wird.

Fig. 31 ist eine Schnittansicht einer Festkörperlasereinrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die in Fig. 25 die gleichen oder die entsprechenden Bauteile. Bezugszeichen 26 ist eine Linse zum Verbinden der zwei Pumpmodule 200a, 200b. In diesem Ausführungsbeispiel dient die Linse 26 als Koppelreflexionsspiegel 24 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 25.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktionsweise gerichtet. Da die Linse 26 mit einer Brennweite vorgesehen ist, die der Hälfte der Krümmung des Koppelreflexionsspiegels 24 in dem Ausführungsbei spiel nach Fig. 25 entspricht, sind die Kurven der Außenform des Laser strahls (das heißt, die Änderung in der Außenform eines Laserstrahls) in den Strahlengängen der zwei Pumpmodule 200a, 200b in ihrer Längs richtung wie in dem obigen Ausführungsbeispiel nach Fig. 25 gleich.

Die Laserhohlräume können in einer geraden Linie angeordnet sein. Wie darüber hinaus in Fig. 32 gezeigt wird, verringert die Kombination mit flachen Reflexionsspiegeln 9a, 9b die Länge der Einrichtung. In diesem Fall sind die Reflexionsgrade der flachen Reflexionsspiegel 9a, 9b für den S polarisierten Strahl unterschiedlich zu denen für den P polarisier ten Strahl. Somit kann, wie in Fig. 33 gezeigt wird, ein Polarisator 98 zwischen dem ersten Pumpmodul 200a und dem zweiten Pumpmodul 200b vorgesehen werden, um den Reflexionsgrad gegen den P polari sierten Strahl und den S polarisierten Strahl auszugleichen. Es wird beispielsweise angenommen, daß ein Laserstrahl 14, dessen Hauptkom ponente ein linear polarisierter Strahl vertikal zum Papier ist, einfällt. Vor dem Einfallen des Laserstrahls auf den flachen Reflexionsspiegel 9a wird dieser linear polarisierte Laserstrahl 14 in einen zirkular polari sierten Laserstrahl durch den Polarisator 98 umgewandelt, der als ¼ Wellenlängenplatte ausgebildet und bei einer Neigung von 45° in einer Ebene vertikal zu dem Papier angeordnet ist. Der zirkular polarisierte Laserstrahl 14 wird an dem ersten Reflexionsspiegel 9a reflektiert, geht durch eine Linse 26, wird an dem zweiten Reflexionsspiegel 9b reflektiert, geht durch das erste Pumpmodul 200a und fällt dann auf einen Reflexionsspiegel 1. Wenn der Laserstrahl 14 an dem Reflex ionsspiegel 1 reflektiert wird, wird die Drehrichtung des zirkular polari sierten Strahls umgekehrt. Der umgekehrte zirkular polarisierte Laserstrahl geht durch das erste Pumpmodul 200a, den zweiten Reflexionsspiegel 9b, die Linse und den Reflexionsspiegel 9a hindurch und fällt dann wieder auf den Polarisator 98. Der Polarisator 98 wandelt die Pola risationsrichtung in die Richtung parallel zu dem Papier um. Da der Po larisator 98 eingefügt ist (Fig. 33), wird, wenn ein linear polarisierter Strahl vertikal oder parallel zu dem Papier erzeugt wird, seine lineare Richtung unmittelbar in die dazu vertikale Richtung bei jedem Hin- und Hergehen zwischen den Pumpmodulen 200a, 200b umgewandelt. Das heißt, eine Komponente, vertikal zu dem Papier wird in eine Kompo nente parallel zu dem Papier umgewandelt und eine Komponente paral lel zu dem Papier wird in eine Komponente vertikal zu dem Papier um gewandelt. Als Ergebnis werden die Leistungen der zwei Komponenten ausgeglichen, um zu verhindern, daß eine Polarisationsrichtung in irgendeine Richtung neigt. Dagegen wird in einem Fall, bei dem kein Polarisator 98 vorgesehen, wie in Fig. 32 gezeigt wird, die Leistung einer linear polarisierten Komponente eines Laserstrahls vertikal oder parallel zu dem Papier abhängig von der Faltrichtung der flachen Reflexionsspiegel 9a, 9b größer.

Wie oben erwähnt wurde, können entsprechend diesem Ausführungsbei spiel wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 25 Verluste und Schwankungen, die durch die Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 erzeugt werden, verringert werden und der Laserstrahl 14 kann aus dem Lasermedium ohne Verluste herausgeholt werden. Somit kann der Laserstrahl 14 mit einer hohen Qualität und einer hohen Leistung effi zient und stabil erzeugt werden. Da darüber hinaus die Pumpmodule auf der gleichen Basis 110 integriert sind, kann das Pumpmodul 200a stabil mit dem Pumpmodul 200b verbunden werden.

Fig. 34 ist eine Schnittansicht eines Festkörperlasers nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der Figur bezeich nen die gleichen Bezugszeichen wie die nach Fig. 25 die gleichen oder entsprechende Bauteile. Wie in den obigen Ausführungsbeispielen nach den Fig. 25 und 31 sind Festkörpermaterialien 3, Pumplichtquellen 4, Kondensoren 8 und optische Rotationsmaterialien 95 auf einer Modulbasis 110 angeordnet, um ein integriertes Pumpmodul zu bilden. Der Festkörperlaser dieses Ausführungsbeispiels weist einen Aufbau eines Laseroszillators-Laserverstärkers auf. Ein erstes Pumpmodul 200a ist ein Laser-Oszillator mit einem aus einem teilreflektierenden Spiegel 12 und einem Reflexionsspiegel 1 bestehenden Laserhohlraum. Der Laser ist in der Weise konstruiert, daß ein von dem ersten Pumpmodul 200a emittierte Laserstrahl 14 einmal durch ein zweites Pumpmodul 200b hindurchgeht. Der Laserstrahl 14 wird durch das Pumpmodul 200b verstärkt.

Als nächstes wird die Beschreibung auf die Funktionsweise des Festkör perlasers gerichtet. Der Laserstrahl 14 wird von dem ersten Pumpmodul 200a, das ein Laseroszillator ist und an der linken Seite des Papiers angeordnet ist, durch den Laserhohlraum erzeugt, der aus dem teilreflek tierenden Spiegel und dem Reflexionsspiegel 1 besteht. Die Krümmung der Außenfläche des teilreflektierenden Spiegels 12 ist so ausgebildet, daß dem Laserstrahl, der durch Teilreflexion dieses Spiegels erzeugt wird, ein gewisser Linseneffekt mitgeteilt wird. Hier werden, wie in dem obigen Ausführungsbeispiel nach Fig. 25, die optischen Bedingungen des ersten zwischen dem teilreflektierenden Spiegel 12 und dem Reflexionsspiegel 1 liegenden Strahlengangs so festgelegt, daß sie denen des durch ein zweites Pumpmodul 200b hindurchgehenden Laserstrahls 14 entsprechen (Kurve der Außenform eines Lasers in optischer axialer Richtung). Somit geht ein aus dem teilreflektierenden Spiegel austreten der Laserstrahl 14 des in dem ersten Pumpmodul 200a erzeugten Laser strahls durch das zweite Pumpmodul 200b mit der gleichen Kurve der Außenform hindurch und wird zur gleichen Zeit durch das zweite Pumpmodul 200b verstärkt, das als Laserverstärker dient.

Der Aufbau des oben erwähnten Laseroszillators-Laserverstärkers ist besonders wirksam für das Auskuppeln großer Laserleistungen und zur Erzielung einer gepulsten Laserleistung geeignet. In dem obigen Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 31 sind alle Pumpmodule 200a, 200b in der Laserkavität angeordnet und die Verwendung der Mehrzahl von Pump modulen führt zu hoher Leistung. In diesem Fall ist die Laserleistung innerhalb der Laserkavität größer als die nach außen ausgekuppelte Laserleistung. Da alle die großen Laserleistungen zwischen all den Pumpmodulen 200a, 200b hin- und hergehen, können die Pumpmodule 200a, 200b oder die optischen Innenbauteile thermisch deformiert wer den. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein in dem Laserhohlraum hin- und hergehender Laserstrahl nur in dem ersten Pumpmodul 200a erzeugt und geht dann einmal durch das zweite Pumpmodul 200b hindurch, das als Verstärkungsmedium dient. Da die Mehrzahl von Pumpmodulen 200a, 200b in einer solchen Weise aufgebaut sind, kann der Grad der thermischen Deformierung der Pumpmodule 200a, 200b oder der opti schen inneren Bauteile verringert werden.

Wenn die Stärke des durch das Lasermedium hindurchgehenden Laser strahls 14 ansteigt, neigt das Verstärkungsverhältnis des Lasermediums zur Sättigung. Wenn beispielsweise die Eingangslaserleistung sehr klein ist, so wird eine einfallende Laserleistung, deren Verstärkungsverhältnis auf die Hälfte gedämpft ist, als gesättigte Stärke bezeichnet. Wenn eine Laserleistung mit einer Stärke nahe der gesättigten Stärke einfällt, kann eine wirksame Laserleistung nur durch Verstärkung ohne die Verwen dung einer Laserkavität erhalten werden. Der Wert dieser gesättigten Stärke eines beispielsweise Nd:YAG-Lasers ist ungefähr 1500 W für einen Stab mit 8 mm Durchmesser. Wenn daher ein Laser mit großer Leistung von ungefähr 1500 W aufgebaut wird, kann eine Laserleistung effizient erzeugt werden, indem der Laseroszillator-Laserverstärker Auf bau verwendet wird. Fig. 35 ist ein Diagramm, das die Laserschwin gungskennlinien in dem Laseroszillator-Laserverstärker Aufbau entspre chend diesem Ausführungsbeispiel und in einem einzigen Laseroszilla tor-Aufbau zeigt. In dem Diagramm stellt P3 die Laserschwingungs kennlinie bei einem Aufbau mit Laseroszillator-Laserverstärker nach diesem Ausführungsbeispiel dar, während P4 die Laserschwingungs kennlinie bei einem Aufbau mit Laseroszillator zeigt. Wie aus dem Diagramm zu erkennen ist, ist der Aufbau mit Laseroszillator- Laserverstärker nach dieser Erfindung vorteilhafter, wenn die Laserleistung 2000 W überschreitet.

Obwohl der Laseroszillator in diesem Ausführungsbeispiel aus einem einzigen Pumpmodul 200a besteht, kann er aus einer Mehrzahl von mit einander verbundenen Pumpmodulen konstruiert sein. Soweit als eine ähnliche Kurve der Außenform des Laserstrahls (Änderung in der Außenform eines Laserstrahls) in jedem Pumpmodul in optischer axialer Richtung gebildet wird, kann Laserleistung bis zu einem gewünschten Ausmaß verbessert werden, während die Qualität des Laserstrahls 14 erhalten bleibt.

Wie darüber hinaus in Fig. 36 gezeigt wird, werden flache Reflexions spiegel 9a, 9b kombiniert, um die Länge der Vorrichtung zu verkürzen.

Wie oben bemerkt wurde, können entsprechend diesem Ausführungsbei spiel wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 25 Verluste und Schwankungen, die durch die Mehrzahl von Festkörpermaterialien 3 erzeugt werden, verringert werden und der Laserstrahl 14 kann aus dem Lasermedium ohne Verluste ausgekuppelt werden. Im Vergleich mit den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 25 und 31 kann der Laserstrahl 14 mit höherer Qualität und höherer Leistung effizient und stabil erzeugt werden. Da darüber hinaus die Pumpmodule 200a, 200b auf der gleichen Basis 110 integriert sind, kann das Pumpmodul 200a stabil mit dem Pumpmodul 200b verbunden werden. Zusätzlich kann der Grad der thermischen Deformierung der Pumpmodule 200a, 200b oder der opti schen inneren Bauteile verringert werden.

In jedem der obigen Ausführungsbeispiele wird vorgegeben, daß die Querschnitte der Festkörpermaterialien 3 und der Strömungsrohre 20 kreisförmig sind. Jedoch sind sie nicht auf einen Kreis begrenzt, sie können rechteckförmig oder elliptisch ausgebildet sein.

Obwohl darüber hinaus keine besondere Erläuterung in jedem der obi gen Ausführungsbeispiele vorhanden ist, kann eine nicht reflektierende dünne Schicht auf einige der Teile, wie Seitenwände der Strömungsrohre 20 und optische Materialien, durch die der Laserstrahl 14 hindurchgeht und die nicht besonders erwähnt werden, wie normale optische Materia lien aufgebracht werden. Als Ergebnis wird der Durchgangsverlust ver ringert, wodurch eine wirksamere Laserschwingung ermöglicht wird.

Obwohl darüber hinaus Nd : YAG (Nd : Yttrium Aluminum Garnet) als Festkörpermaterial 3 verwendet wird, ist dieses nicht darauf begrenzt. Beispielsweise kann Nd : YLF (Nd : Lithium Yttrium Fluoride) verwendet werden. Jedes Material, das ein Lasermedium durch Pumplicht sein kann, kann verwendet werden. Solch ein Material ist nicht auf einen Festkörper begrenzt.

Obwohl darüber hinaus ein Halbleiterlaser als Pumplichtquelle 4 ver wendet wird, bestehen keine Begrenzungen darauf. Beispielsweise können als Lichtquelle für das Pumplicht, wie in Fig. 37, eine Bogen lampe oder eine Blitzlampe verwendet werden.

Obwohl darüber hinaus Festkörpermaterialien mit den gleichen Abmes sungen bei den gleichen Bedingungen gepumpt werden, ist keine Be grenzung darauf vorgesehen. In einigen Fällen werden Festkörperma terialien 3, die unterschiedlich in der Länge oder Eigenschaften sind, vorzugsweise verwendet so daß die zwei Bereiche überlappen, wie in Fig. 6b gezeigt wird. Darüber hinaus wird in einigen Fällen die Leistung der Pumplichtquelle 4 durch mehrere Festkörpermaterialien 3 variiert.

Claims

1. Festkörperlasereinrichtung mit
einer Mehrzahl von Festkörpermaterialien (3), die getrennt auf einer optischen Achse eines darauffallenden Lichts angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Festkörpermaterialien jeweils ein aktives Festkörper medium aufweist;
eine Pumpanordnung (4) zum Pumpen der Mehrzahl von Festkörper materialien (3);
eine Vorrichtung (95), die zwischen zwei der Mehrzahl von Festkörper materialien (3) angeordnet ist und die die Polarisationsrichtung eines darauffallenden Laserstrahls dreht und
eine optische Laservorrichtung (12) zum Auskoppeln des von der Mehr zahl von Festkörpermaterialien (3) emittierten Laserstrahls.

2. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (95) zum Drehen der Polarisationsrichtung min destens ein optisches Rotationsmaterial zum Drehen der Polarisations richtung des einfallenden Laserstrahls über einen Totalwinkel von unge fähr 90° aufweist, während der Laserstrahl einmal hindurchgeht.

3. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Winkeleinstellvorrichtung (96) zum Einstellen eines Winkels, den die Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung mit der optischen Achse des einfallenden Laserstrahls bildet, vorgesehen ist.

4. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrekturvorrichtung (97) der optischen Achse vorgesehen ist, die zwischen zwei der Mehrzahl von Festkörpermaterialien zum Korri gieren der Position der optischen Achse des darauffallenden Laserstrahls angeordnet ist.

5. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturvorrichtung der optischen Achse ein Keilelement (97) ist.

6. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewegungsvorrichtung (102, 103) zum Bewegen eines Stirn teils mindestens eines Festkörpermaterials (3) in vertikaler und horizon taler Richtung vorgesehen ist.

7. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Laservorrichtung eine Laserkavität (1, 12), umfaßt, die einen Laserstrahl bei einer Transversalmode auskoppeln kann, deren Ordnung gleich oder kleiner als die 100. Ordnung ist.

8. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung (41) zum Umwandeln der Wellenlänge des von der Mehrzahl von Festkörpermaterialien (3) emittierten Laserstrahls vorgesehen ist.

9. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatursteuervorrichtung (80B) zum Steuern der Tempera tur der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung (41) vorgesehen ist, der art, daß eine Verteilung der thermischen Deformationen in Quer schnittsrichtung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung (41) geome trisch ähnlich zu einer Verteilung von thermischen Deformationen im Querschnitt eines der Festkörpermaterialien ist.

10. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Pumpvorrichtung (4) eine Mehrzahl von Kondensoren (8) umfaßt, wobei jeder eine diffuse Reflexionsfläche zum Fokussieren des Lichts auf ein Festkörpermaterial aufweist, das von der diffusen Re flexionsfläche umgeben ist.

11. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß die diffuse Reflexionsfläche des Kondensors (8) die Quer schnittsform einer Ellipse aufweist und jedes der aktiven Festkörper medien der Mehrzahl von Festkörpermaterialien (3) jeweils auf ersten Brennpunkten der elliptischen Kondensoren (8) befestigt sind und wobei die Pumpvorrichtung eine Mehrzahl von Pumplichtquellen (4) umfaßt, die jeweils auf zweiten Brennpunkten der elliptischen Kondensoren (8) befestigt sind.

12. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß eine Grundplatte (100) vorgesehen ist, auf der mindestens die Mehrzahl von Festkörpermaterialien (3), die Pumpvorrichtung (4, 8) und die Vorrichtung zum Drehen der Polarisationsrichtung (95) integral angeordnet sind.

13. Festkörperlasereinrichtung mit einer Mehrzahl von Pumpmodulen, wobei jedes umfaßt:
eine Mehrzahl von Festkörpermaterialien (3), die getrennt auf einer opti schen Achse eines darauffallenden Lichts angeordnet ist, wobei die Mehrzahl von Festkörpermaterialien jeweils ein aktives Festkörper medium aufweist, eine Pumpanordnung (4, 8) zum Pumpen der Mehr zahl von Festkörpermaterialien (3) und eine Vorrichtung (95), die zwischen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien angeordnet ist und die die Polarisationsrichtung eines darauffallenden Laserstrahls dreht und eine optische Koppelvorrichtung zum optischen Koppeln der Mehrzahl von Pumpmodulen, derart, daß die Kurve der Außenform des Laser strahls, die sich ändert, wenn er durch die Mehrzahl von Festkörper materialien in ihre Längsrichtung, in einem Pumpmodul ungefähr die gleiche ist, wie in jedem anderen Pumpmodul und eine optische Laser vorrichtung zum Auskoppeln des von der Mehrzahl von Festkörper materialien emittierten Laserstrahls.

14. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net daß die Vorrichtung (95) zum Drehen der Polarisationsrichtung mindestens ein optisches Rotationsmaterial zum Drehen der Polarisa tionsrichtung des einfallenden Laserstrahls über einen Totalwinkel von ungefähr 90° aufweist, während der Laserstrahl einmal hindurchgeht.

15. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß eines der Mehrzahl von Pumpmodulen (200a, 200b) als La seroszillator und die anderen Pumpmodule als Laserverstärker dienen.

16. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß jedes der Mehrzahl von Pumpmodulen (200a, 200b) eine Grundplatte (101) umfaßt, auf der das Pumpmodul integral angeordnet ist.

17. Festkörperlasereinrichtung mit einer Mehrzahl von Festkörperma terialien (3), die getrennt auf einer optischen Achse eines darauffallen den Lichts angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Festkörpermate rialien jeweils ein aktives Festkörpermedium aufweist, einer Pumpvor richtung (4, 8) zum Pumpen der Mehrzahl von Festkörpermaterialien, einer Korrekturvorrichtung (97) der optischen Achse, die zwischen zwei der Mehrzahl von Festkörpermaterialien (3) angeordnet ist und zum Korrigieren der Position der optischen Achse des darauffallenden Laser strahls dient und einer optischen Laservorrichtung (4, 8) zum Auskop peln des von der Mehrzahl von Festkörpermaterialien (3) emittierten Laserstrahls.

18. Festkörperlasereinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich net, daß die Korrekturvorrichtung der optischen Achse ein Keilelement ist.

19. Festkörperlasereinrichtung mit einer Mehrzahl von Festkörperma terialien (3), die getrennt auf einer optischen Achse des einfallenden Lichts angeordnet sind und jeweils ein aktives Festkörpermedium auf weisen:
einer Pumpvorrichtung (4 8) zum Pumpen der Mehrzahl von Festkör permaterialien;
einer Bewegungsvorrichtung (102, 103) zum Bewegen eines Stirnteils mindestens eines Festkörpermaterials (3) in vertikaler und horizontaler Richtung und einer optischen Laservorrichtung (1, 12) zum Auskoppeln des von der Mehrzahl von Festkörpermaterialien (3) emittierten Laser strahls.

20. Festkörperlasereinrichtung mit einer Mehrzahl von Festkörperma terialien (3), die getrennt auf einer optischen Achse eines darauffallen den Lichts angeordnet sind und die jeweils ein aktives Festkörper medium aufweisen;
einer Pumpvorrichtung (4, 8) zum Pumpen der Mehrzahl von Festkör permaterialien einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung (41) zum Umwandeln der Wellenlänge des von der Mehrzahl von Festkörperma terialien (3) emittierten Laserstrahls;
einer Temperaturvorrichtung (80B) zum Steuern der Temperatur der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung (41) derart, daß eine Verteilung der thermischen Deformationen im Querschnitt der Wellenlängenum wandlungsvorrichtung geometrisch gleich einer Verteilung der ther mischen Deformationen im Querschnitt ist;
einer optischen Laservorrichtung (1, 12, 21) zum Auskoppeln des von der Mehrzahl von Festkörpermaterialien emittierten Laserstrahls.