DE19702146A1

DE19702146A1 - Festkörperlasereinrichtung, die durch von einer Laserdiode ausgesendetes Licht gepumpt wird

Info

Publication number: DE19702146A1
Application number: DE19702146A
Authority: DE
Inventors: Yukio Kyusho; Motohiro Arai
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 1997-07-24
Also published as: US5859868A; JPH09199774A; KR970060604A; JP2988354B2; KR100271046B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Festkörperlasereinrichtung, die durch von einer Laserdiode (nachfolgend abgekürzt bezeichnet als "LD") ausgesendetes Licht gepumpt wird (nachfolgend insgesamt bezeichnet als "LD-" gepumpte Festkörperlasereinrichtung), und genauer auf eine LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung basierend auf einem endgepumpten System, die in der Lage ist, ein optisches Ausgangssignal hoher Leistung in einer TEM₀₀-Mode zu induzieren, bei der spezifische TEM-Wellen, die elektromagnetisches Wellen sind, durch Hohlleiter (Wellenleiter) oder Hohlräume (Cavities) propagieren.

Bei herkömmlichen LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtungen wird oft zur Erzeugung von TEM₀₀-Moden-Laserlicht mit hoher Effizienz das endgepumpte System verwendet, welches eine effizientere Überlappung zwischen dem Licht von einer LD zum Pumpen eines Laserkristalls (nachfolgend abgekürzt als "LD-Licht") und dem in einem Resonator oszillierenden Laserstrahl liefert als das seitengepumpte System. Bei LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtungen auf Basis des endgepumpten Systems ist es notwendig, den Durchmesser der Strahlen des LD-Pumplichts auf effiziente Weise zu reduzieren, die von dem Streifenbereich der LD mit einer Variationsbreite von großen Divergenzwinkeln ausgegeben werden, so daß er mit dem Durchmesser des TEM₀₀-Moden- Laserlichts in dem Resonator übereinstimmt.

Wie in der japanischen Patentanmeldung HEI 6-347609 beschrieben, wird LD-gepumptes Licht üblicherweise durch eine Kondensorlinse (condensor lense), wie etwa eine Gradienten-Index-Linse (gradient-index lense, nachfolgend abgekürzt als "GRIN-Linse"), fokussiert, oder durch eine einzelne konvexe Linse als Kondensorlinse. Darüberhinaus wird, wenn das LD-gepumpte Licht auf einen kleinen Querschnitt fokussiert werden muß, ein optisches Linsensystem, in dem eine Kombination einer Vielzahl von konvexen Linsen und/oder konkaven Linsen vorgesehen ist, zur Fokussierung des LD-gepumpten Lichts verwendet.

Diese Art von herkömmlichen LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtungen wird, zusätzlich zu dem oben erwähnten Dokument, beispielsweise auch beschrieben in "High-power Nd:YAG laser end pumped by a cw, 10 mm × 1 µm aperture, 10-W laser-diode bar" in OPTICAL LETTERS; 16, No. 5, 1. März 1991; und in "7.6 W of continuous-wave radiation in a TEM₀₀ mode from a laser-diode end-pumped Nd: YAG laser" in OPTlCAL LETTERS, 17, No. 14, 15. Juli 1992.

Die in dem ersteren Dokument beschriebene LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung verwendet eine Vielzahl von zylindrischen Linsen oder Stablinsen (rod lenses), um das LD-gepumpte Licht zu fokussieren. Im Gegensatz dazu verwendet die LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung in dem nachfolgend genannten Dokument ein Bündel von optischen Fasern oder Glasfasern (fibers), um das LD-gepumpte Licht zu fokussieren.

Wenn solche herkömmlichen LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtungen für einzelne LDs vom Streifentyp (single stripe-type LDs) verwendet werden, so kann der optische Durchmesser des LD-Lichts auf ungefähr 100-200 µm reduziert werden, der fokussierte Lichtfleck ist jedoch elliptisch. Um den Ausgang von einzelnen Streifen-LDs zu vergrößern, müssen sie jedoch so konfiguriert werden, daß Ausgangslicht von einer Vielzahl von LD-Lichtquellen mit jeweiligen optischen Fasern mittels einer Linse gekoppelt wird, wie dies in der japanischen Patentanmeldung HEI 4-320383 beschrieben ist, oder es muß ein Bündel von Fasern verwendet werden, die mit Ausgangsbereichen einer Vielzahl von LD- Lichtquellen verbunden sind, wie dies in der japanischen Patentanmeldung HEI 1- 251 678 beschrieben ist, wobei in beiden dieser Fälle das gesamte gekoppelte optische System unvermeidlich kompliziert und größer wird.

Die japanischen Patentanmeldung HEI 2-146782 beschreibt auch eine andere herkömmliche LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung, die ein optisches Fokussiersystem verwendet, das mit einem optischen Pumpsystem vom fasergekoppelten Typ ausgerüstet ist, welches LD-Ausgangspumplicht, das durch einen Kern von ungefähr 100 µm Durchmesser ausgesandt wird, mit einem Verhältnis von 1 : 1 oder weniger fokussiert. Insbesondere kann der Eintrittsbereich der optischen Faser Pumplicht selbst bei einer verhältnismäßig großen Lichtfleckfläche aufnehmen, indem eine optische Faser verwendet wird, die mit einem konisch zulaufend Glied ausgerüstet ist.

Da jedoch das LD-Pumplicht, das durch das Austrittsende der optischen Faser emittiert wird, mit einem großen Winkel divergiert, muß bei dieser herkömmlichen LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung das nach dem Austrittsende der optischen Faser angebrachte fokussierende optische System eine numerische Apertur von der Größe einer mikroskopischen Objektivlinse aufweisen, um die Kopplungsverluste zu minimieren. Insbesondere ist ein kompliziertes und großes optisches System erforderlich, um den Durchmesser des gepumpten Lichts so zu reduzieren, daß er ungefähr dem Kerndurchmesser der Faser am Emissionsende (Austrittsende) entspricht. Dies resultiert auch in einer geringeren Transmission (transmittance) des gepumpten Lichts und in größeren Herstellungskosten.

Darüberhinaus geht, obwohl es im allgemeinen extrem schwierig ist, anti reflektierende Beschichtungen auf beide Enden von flexiblen optischen Fasern aufzubringen, Ausgangsleistung des LD-gepumpten Lichts unausweichlich verloren, wenn keine antireflektierenden Beschichtungen für beide Enden der optischen Faser verwendet werden. Wenn z. B. eine aus Quarz bestehende optische Faser verwendet wird, so entsteht an deren beiden Enden ein Verlust des LD-gepumpten Lichts von ungefähr 8%.

Darüberhinaus tendiert im Falle der herkömmlichen LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtungen Staub dazu, sich an den Ausgangsenden der optischen Faser abzulagern, und somit tendiert das Ausgangsende der optischen Fasern dazu, beschädigt zu werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung auf Basis eines endgepumptem Systems zu schaffen, die in der Lage ist, gepumptes Licht, das von einer Laserdiode emittiert wird, mit hoher Dichte in ein Lasermedium zu fokussieren.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung auf Basis eines endgepumptem Systems zu schaffen, die in der Lage ist, das gepumpte Licht, das von einer Laserdiode ausgesendet wird, auf effiziente Weise in ein Lasermedium einzuschießen bzw. einzuspeisen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfach aufgebaute, kleine LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung auf Basis eines endgepumptem Systems zu schaffen, die in der Lage ist, das von einer Laserdiode ausgegebene Pumplicht in ein Lasermedium mit hoher Dichte und mit hoher Übertragungseffizienz zu fokussieren.

Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, weist die Lasereinrichtung mit einer Einrichtung zum Pumpen eines Lasermediums mit Licht, das von einer Laserdiode ausgesendet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung folgendes auf: ein optisches Medium, in das Licht, welches von einer Laserdiode ausgesendet wird, eingegeben wird, und das eine Emissionsapertur aufweist, die kleiner ist als seine Eintrittsapertur, sowie ein Lasermedium, das in Kontakt mit der Emissionsapertur des optischen Mediums angeordnet ist und durch Licht, das von dem optischen Medium ausgegeben wird, gepumpt wird.

Die oben erwähnten sowie andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A eine Seitenansicht, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 1B eine Draufsicht, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 1C eine Darstellung des Aufbaus des Hauptteils der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A eine Seitenansicht, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2B eine Draufsicht, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3A eine Seitenansicht, die den Aufbau einer LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3B eine Draufsicht, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4A eine Seitenansicht, die den Aufbau einer LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4B eine Draufsicht, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4C eine Darstellung des Aufbaus des Hauptteils der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5A eine Seitenansicht, die den Aufbau einer LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5B eine Draufsicht, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 eine Seitenansicht, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7A eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7B eine Seitenansicht, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 eine schematische Darstellung, die den Aufbau der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 10 ein Zeitablaufsdiagramm, das das Ansteuerzeitverhalten der LD- Ansteuerschaltung der LD-gepumpten Festkörperlasereinrichtung gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1A, 1B und 1C beschrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 1A und 1B werden Strahlen von LD-Pumplicht, die von den jeweiligen Streifenbereichen einer LD 1 vom linearen Feldtyp (linear array type) emittiert werden und mit einem großen Divergenzwinkel von ungefähr 40^oin die Richtung senkrecht zur Länge der Streifen sich verteilen, bzw. sich aufspalten, in lediglich diese Richtung mittels zylindrischer Linsen 2 und 3 kollimiert. Die kollimierten Strahlen des LD-Pumplichts werden dann mit einem Reduktionsverhältnis in der Größenordnung von 1/5 bis 1/10 durch ein optisches Fokussiersystem fokussiert, welches eine sphärische Linse 4 und eine asphärische Linse 5 enthält, und die Strahlen werden zu einem Durchmesser in der Größenordnung von 2-3 mm sofort nach der asphärischen Linse 5 fokussiert. Die Übertragungseffizienz des LD-Lichts beträgt dabei ungefähr 90%. Das LD- gepumpte Licht mit einem reduzierten Durchmesser, das durch ein gekoppeltes optisches System 20-1, das mit den zylindrischen Linsen 2 und 3, der sphärischen Linse 4 und der asphärischen Linse 5 ausgerüstet ist, emittiert wird, wird in einen konisch zu laufenden oder kegelförmigen Totalreflektionsstab 6-1 (tapered total reflection rod) eingegeben.

Die Seite des konisch zulaufenden Totalreflektionsstabs 6-1, die der Kopplungsoptik 20-1 gegenüberliegt, ist so angeordnet, daß sie den Durchmesser des LD-Lichts, das von der Kopplungsoptik 20-1 ausgegeben wird, minimiert. Der Totalreflektionsstab 6-1 ist so konisch zulaufend, daß die Eintrittsfläche (incidence surface) des LD-gepumpten Lichts (nachfolgend bezeichnet als Eintrittsfläche) einen größeren Durchmesser aufweist als die Emissionsoberfläche oder Austrittsoberfläche des LD-gepumpten Lichts (nachfolgend bezeichnet als die Emissionsoberfläche). Beispielsweise ist die Eintrittsfläche mit einem Durchmesser von ungefähr 2 mm ausgebildet, und die Emissionsoberfläche ist mit einem Durchmesser von ungefähr 0,5 mm ausgebildet. Dabei reduziert die Kopplungsoptik 20-1 den Durchmesser des LD-Lichts so, daß er kleiner als die Größe der Eintrittsoberfläche des Totalreflektionsstabs 6-1 ist. Der Totalreflektionsstab verringert den Durchmesser des einfallenden LD-Lichts weiter, während er es intern total reflektiert. Die Länge des Totalreflektionsstabs 6-1 ist ferner vorzugsweise in der Größenordnung von 20-100 mm. Obwohl der Totalreflektionsstab 6-1 vorzugsweise kürzer ist, um die gesamte Lasereinrichtung verkleinern zu können, wird der Moden-Mischefekt (mode scrambling effect) verringert, wenn er über die Maßen kurz ist.

Der Totalreflektionsstab 6-1 ist wie ein optische Faser bzw. eine Glasfaser oder ein Lichtwellenleiter aufgebaut und weist einen Kern und eine Hülle auf. Der Totalreflektionsstab 6-1 kann aus einem unflexiblen optischen Material gefertigt sein, ohne daß er auf herkömmliche flexible optische Fasern beschränkt ist. Genauer kann der Totalreflektionsstab 6-1 beispielsweise als ein konischer Stab aus Quarz, dichtem Flintglas oder optischem Glas hergestellt sein, das die Wellenlänge des LD-Lichts nicht absorbiert, wobei eine Seite davon auf einen spiegelglatten Zustand poliert ist, so daß selbst ohne Hülle oder Beschichtung eine Totalreflektion ermöglicht wird. Alternativ dazu kann der Totalreflektionsstab 6-1 gefertigt sein, indem ein Metall wie Aluminium oder Gold auf einer Seite von optischem Glas oder ähnlichem aufgebracht ist.

Im vorliegenden Fall weisen beide Endflächen des Totalreflektionsstabs 6- 1 Beschichtungen 61 auf, die für die Wellenlänge des LD-Lichts antireflektierend sind, wie in Fig. 1C dargestellt ist.

In dem Fall, in dem der Totalreflektionsstab 6-1 aus dichtem Flintglas hergestellt und mit einer Hülle oder Beschichtung versehen ist, weist der Stab 6-1 eine numerische Apertur von 0,9 auf und kann Einfallslicht in einem Feld mit einem vorgegebenen Winkel von 128° aufnehmen.

Das einmal in den Totalreflektionsstab eingespeiste LD-Licht wird mit einer Effizienz von ungefähr 100% zu der Emissionsoberfläche geleitet, und das Ausgangslicht wird durch die Emissionsfläche mit einem großen Emissionwinkel emittiert. Deshalb wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Emissionsoberfläche des Totalreflektionsstabes 6-1 in Kontakt mit einem Lasermedium 7-1 angeordnet. Der Totalreflektionsstab 6-1 und das Lasermedium 7-1 werden durch Heißpressen oder durch Verwendung eines optischen Klebstoffes miteinander in optischen Kontakt gebracht.

Das Lasermedium 7-1 wird durch das LD-Licht, das auf seiner Endfläche einfällt, gepumpt, und sendet Oszillationslicht aus. Ein Ausgangsspiegel 8 ist an der Seite des Lasermediums 7-1 angeordnet, mit der der Totalreflektionsstab 6-1 nicht in Kontakt ist. Wie in Fig. 1C dargestellt, weist das Lasermedium 7-1 dabei eine Beschichtung 71 auf der Seite auf, die sich in Kontakt mit dem Totalreflektionsstab 7-1 befindet, welche die Oszillationswellenlänge vollständig reflektiert, aber ist antireflektiv bezüglich der Wellenlängen des LD-Lichts ist, sowie eine Beschichtung 72 auf der anderen Seite, welche für die Oszillationswellenlänge antireflektiv ist.

Wie oben beschrieben, wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Ausgangslicht von der Kopplungsoptik, die das LD-Licht fokussiert, in den konisch zulaufenden Totalreflektionsstab eingegeben, um den Lichtfleck weiter zu fokussieren, wodurch die Miniaturisierung und Vereinfachung des Aufbaus der Einrichtung ermöglicht wird, die den Lichtfleck des LD-Lichts von der LD vom zweidimensionalen Feldtyp (two-dimensional array-type) auf einen Durchmesser von 1 mm oder kleiner fokussiert. Darüberhinaus kann das LD-Licht leicht in das Lasermedium fokussiert werden, indem die Reflexionsoberfläche des Totalreflektionsstabs in Kontakt mit dem Lasermedium gebracht wird.

Ferner erlaubt der einfache Aufbau der Lasereinrichtung und die große Verbesserung der Laseroszillations-Effizienz die Verkleinerung der Einrichtung.

Ferner erlaubt die Verwendung eines Stabs für den Totalreflektionsstab, der aus einem von herkömmlichen flexiblen optischen Fasern unterschiedlichem Glas hergestellt ist, die Aufbringung von Beschichtungen auf seinen beiden Endflächen, die bei der Wellenlänge des LD-Lichts antireflektierend sind, wodurch die Pumpverluste verringert werden können.

Nachfolgend wird die LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 2A und 2B beschrieben.

Bezugnehmend auf 2A und 2B ist die Emissionsoberfläche eines konisch zulaufenden Totalreflektionsstabs 6-2 spärisch poliert.

Indem die einer Kugellinse äquivalent gekrümmte Oberfläche mit einem kleinen Krümmungsradius (z. B. einem Radius von 0,5 mm oder kleiner), welche auf der Emissionsoberfläche des Totalreflektionsstabs 6-2 ausgebildet ist, in Kontakt mit dem Lasermedium 7-1 gebracht wird, kann die Größe des Lichtflecks kleiner gemacht werden als in dem Fall, in dem die ebenen Flächen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben miteinander in Kontakt gebracht werden.

Die LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 3A und 3B beschrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 3A und 3B ist die Eintrittsoberfläche eines konisch zulaufenden Totalreflektionsstabs 6-3 sphärisch poliert bzw. geschliffen.

Da die Eintrittsoberfläche des Totalreflektionsstabs 6-3 eine kugellinsen äquivalent gekrümmte Oberfläche mit einem kleinen Krümmungsradius (etwa einem Radius von 1,5 mm oder kleiner) aufweist, besteht keine Notwendigkeit, das direkt vorhergehende gekoppelte optische System 20-3 mit einer asphärischen Linse zu versehen. Darüberhinaus kann die Kopplungseffizienz des LD-Lichts über die Kopplungsoptik 20-3 und den Totalreflektionsstab 6-3 vergrößert werden.

Sowohl die Eintritts- als auch die Emissionsoberfläche des Totalreflektionsstabs können hier jeweils sphärisch geschliffen sein, indem das zweite mit dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kombiniert wird.

Die LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4A, 4B und 4C beschrieben.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Eintrittsoberfläche des Totalreflektionsstabs 6-4 mit einer Beschichtung 61 versehen, die bei der Wellenlänge des LD-gepumpten Lichts antireflektierend ist, während die Emissionsoberfläche des Totalreflektionsstabs 6-4 mit einer dichroischen Beschichtung 62 versehen ist, die die Eigenschaft aufweist, antireflektierend bei der Wellenlänge des LD-gepumpten Lichts zu sein, jedoch die Oszillationswellenlänge des Lasermediums vollständig zu reflektieren. Darüberhinaus ist eine dichroische Beschichtung 73 auf die Oberfläche des Lasermediums 7-2 auf der Seite des Totalreflektionsstabs 6-4 aufgebracht, welche für die Wellenlänge des LD-gepumpten Lichts sowie für die Oszillationswellenlänge des Lasermediums 7-2 antireflektierend ist. Ferner ist eine dichroische Beschichtung 74 auf die Oberfläche des Lasermediums 7-2 auf der Seite des Ausgangsspiegels aufgebracht, welche die Eigenschaft aufweist, die Wellenlänge des LD-gepumpten Lichts vollständig zu reflektieren, jedoch für die Oszillationswellenlänge des Lasermediums 7-2 antireflektierend zu sein.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Beschichtungen, welche für die Wellenlänge des Oszillations-Laserlichts antireflektierend sind, auf beide Endflächen des Lasermediums aufgebracht, und eine Beschichtung, die als Totalreflektionsspiegel eines Laserresonators dient, ist auf die Emissionsoberfläche des konisch zu laufenden Totalreflektionsstabs aufgebracht, der in Kontakt mit dem Lasermedium angeordnet ist. Deshalb wird verhindert, daß das Laseroszillationslicht aufgrund möglicher Deformation der Endoberflächen des Lasermediums instabil wird, die durch Erzeugung von Absorptionswärme verursacht wird, wenn das Lasermedium mit einer hohen Pumplichtdichte endgepumpt wird.

Die LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5A und 5B beschrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 5A und 5B ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine konisch zu laufende Totalreflektionsplatte 6-5 als dasjenige optische Medium vorgesehen, welches das Ausgangslicht von der Kopplungsoptik zu dem Lasermedium leitet, anstelle des konisch zulaufenden oder kegelförmigen Totalreflektionsstabs, der in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurde. Darüberhinaus ist eine zylindrische Linse 15 in einem gekoppelten optischen System 20-5 anstelle der sphärischen Linse vorgesehen. Derselbe Effekt kann selbst dann erzeugt werden, wenn eine Totalreflektionsplatte anstelle des Totalreflektionsstabs als optisches Medium verwendet wird.

Die LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 6 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein konisch zulaufender, hohler Wellenleiter 16 (waveguide) anstelle des konisch zulaufenden Totalreflektionsstabs des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen. Der hohle Wellenleiter 16 ist aus einer Kupferröhre gebildet, und seine innere Oberfläche wird poliert und dann mit Nickel und danach mit Gold plattiert.

Die Verwendung eines solchen, aus einem Metall hergestellten, hohlen Wellenleiters als optisches Medium, welches das Ausgangslicht von der Kopplungsoptik an das Lasermedium leitet, resultiert in keinen Kopplungsverlusten des LD-gepumpten Lichts an seiner Eintritts- und Emissionsoberfläche, wodurch die Pumpleistung erhöht wird. Darüberhinaus erlaubt der Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. des vorliegenden Ausführungsbeispiels leicht eine Kühlung, falls notwendig.

Die LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun bezugnehmend auf Fig. 7A und 7B beschrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 7A und 7B werden Ausgangssignale von einer Vielzahl von einzelnen LDs vom Streifentyp 1-1 zu jeweiligen optischen Fasern 12 geleitet. Die Strahlen des LD-gepumpten Lichts, die von den jeweiligen LDs 1-1 ausgegeben werden, werden mittels einer Fokussierlinse 14 (beispielsweise eine konvexe Linse) über eine Kollimatorlinse 13 (beispielsweise eine GRlN-Linse) fokussiert, die an dem vorderen Ende von jeder der optischen Fasern 12 vorgesehen ist, und werden in einen konisch zulaufenden Totalreflektionsstab 6-6 eingespeist. Auf diese Weise können Ausgangssignale von einer Vielzahl von Pumplichtquellen gebündelt werden, um Oszillationslaserlicht hoher Leistung zu erhalten.

Darüberhinaus resultiert die Verwendung des konisch zulaufenden Totalreflektionsstabs als optisches Medium zum Leiten des Ausgangslichts von der Kopplungsoptik zu dem Lasermedium in erhöhter Flexibilität des Aufbaus der Kopplungsoptik, die direkt vor dem Stab angeordnet ist. Deshalb können leicht Ausgangssignale von einer Vielzahl von Pumplichtquellen gebündelt werden, um die Ausgangleistung zu erhöhen.

Somit kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Pumpen mit höherer Leistung durchgeführt werden, indem eine neuerdings entwickelte Glasfaser-Ausgangs-LD vom linearen Feldtyp verwendet wird.

Die LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun bezugnehmend auf Fig. 8 beschrieben.

In Fig. 8 sind eine Vielzahl von konisch zulaufenden Totalreflektionsstäben 6-6 vorgesehen, wie sie im oben beschriebenen siebten Ausführungsbeispiel dargestellt waren. Die Ausgangsenden der jeweiligen Totalreflektionsstäbe 6-6 sind in einem Bündel verbunden bzw. gebündelt, und dann mit einem konisch zulaufenden Totalreflektionsstab 6-7 verbunden, der eine größere Eintrittsapertur als die Totalreflektionsstäbe 6-6 aufweist.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel ermöglicht eine Pumpen mit höherer Leistung als das siebte Ausführungsbeispiel.

Die LD-gepumpte Festkörperlasereinrichtung gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel wird nun bezugnehmend auf Fig. 9 und Fig. 10 beschrieben.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Lasereinrichtung, die unter Verwendung quasi kontinuierlicher Oszillations-LDs Pulse oszilliert. Bezugnehmend auf Fig. 9 steuert eine LD-Ansteuerschaltung 19 die quasi kontinuierliche Oszillations-LD, die für jedes einer Vielzahl von gekoppelten optischen Systemen 18 vorgesehen ist. Die LD-Ansteuerschaltung 19 steuert die quasi kontinuierlichen Oszillations-LDs an, die für die jeweiligen gekoppelten optischen Systeme 18 vorgesehen sind, und zwar mit vorherbestimmten Phasenverschiebungen gemäß dem in Fig. 10 dargestellten Zeitablauf.

In Fällen, in denen die maximale Oszillations-Wiederholfrequenz der quasi kontinuierlichen Oszillations-LDs A (Hz) ist, kann die Wiederholfrequenz auf "n"- Male erhöht werden, indem die jeweiligen quasi kontinuierlichen Oszillations-LDs mit derselben Wiederholfrequenz A (Hz) mit Perioden, die um 1/nA (s) phasen verschoben sind, angesteuert werden.

Claims

1. Lasereinrichtung mit einer Einrichtung zum Pumpen eines Lasermediums mit Licht, welches von einer Laserdiode ausgesendet wird, gekennzeichnet durch:
ein optisches Medium (6-1), in das Licht, welches von einer Laserdiode (1) ausgesendet wird, eingegeben wird, und welches eine Emissionsapertur oder Austrittsapertur aufweist, die kleiner ist als die Eintrittsapertur; und
ein Lasermedium (7-1), das in Kontakt mit der Emissionsapertur des optischen Mediums angeordnet ist und durch Licht gepumpt wird, das von dem optischen Medium ausgegeben (6-1) wird.

2. Lasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode eine Laserdiode vom linearen Feldtyp (linear array-type laser diode) ist.

3. Lasereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Medium ein konisch zulaufender Stab (6-1) ist.

4. Lasereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der konisch zulaufende Stab gebildet wird, indem eine Seite eines konischen optischen Gliedes in einen spiegelglatten Zustand poliert wird.

5. Lasereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der konisch zu laufende Stab aus einem unflexiblen Glied oder Material hergestellt ist.

6. Lasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Medium aus einer konisch zulaufenden Platte (6-5) besteht.

7. Lasereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Medium ein konisch zulaufendes Hohlglied (16) ist und daß die innere Oberfläche dieses Gliedes so ausgebildet ist, daß sie das von der Laserdiode ausgesendete Licht vollständig reflektiert.

8. Lasereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlglied aus einem metallischen Material gebildet ist.

9. Lasereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlglied aus einer Kupferröhre oder einem Kupferhohlleiter besteht, und die innere Oberfläche dieser Röhre mit Nickel und Gold plattiert ist.

10. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner umfaßt:
ein optisches System (20-1), welches das von der Laserdiode ausgesendete Licht fokussiert und das fokussierte Licht zu dem optischen Medium leitet.

11. Lasereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System umfaßt:
eine erste Linse (2, 3), um das von der Laserdiode ausgesendete Licht zu kollimieren; und
eine zweite Linse (4, 5), um den Durchmesser des Flecks des Lichts, welches durch die erste Linse kollimiert wurde, zu reduzieren, so daß er kleiner ist als die Eintrittsapertur des optischen Mediums.

12. Lasereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Medium in optischem Kontakt mit dem Lasermedium ist.

13. Lasereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der konisch zu laufende Stab (6-2) an seiner Emissionsapertur eine sphärische Oberfläche aufweist.

14. Lasereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der konisch zulaufende Stab (6-3) an seiner Eintrittsapertur eine sphärische Oberfläche aufweist.

15. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner umfaßt:
eine erste Beschichtung (71), die auf der Seite des Lasermediums ausgebildet ist, an der es mit dem optischen Medium in Kontakt ist, und die die Oszillationswellenlänge des Lasermediums vollständig reflektiert und für die Wellenlänge des von der Laserdiode ausgegebenen Lichts antireflektierend ist;
eine zweite Beschichtung (72), die auf der anderen Seite des Lasermediums ausgebildet ist und für die Oszillationswellenlänge antireflektierend ist; und
dritte Beschichtungen (61), die an der Eintrittsapertur und der Emissionsapertur des optischen Mediums ausgebildet sind und für die Wellenlänge des von der Laserdiode ausgesendeten Lichts antireflektierend sind.

16. Lasereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner umfaßt:
eine Beschichtung (61), die an der Eintrittsapertur des optischen Mediums ausgebildet ist und für die Wellenlänge des von der Laserdiode ausgesendeten Lichts antireflektierend ist;
eine Beschichtung (62), die an der Emissionsapertur des optischen Mediums ausgebildet ist und die für die Wellenlänge des von der Laserdiode ausgesendeten Lichts antireflektierend ist und die Oszillationswellenlänge des Lasermediums vollständig reflektiert;
eine Beschichtung (73), die an der Seite des Lasermediums ausgebildet ist, an der das optische Medium in Kontakt mit dem Lasermedium ist und die für die Wellenlänge des von der Laserdiode ausgesendeten Lichts und für die Oszillationswellenlänge (des Laserlichts) antireflektierend ist; und
eine Beschichtung (74), die an der anderen Seite des Lasermediums ausgebildet ist und die für das von der Laserdiode ausgesendete Licht totalreflektierend ist und für die Oszillationswellenlänge antireflektierend ist.

17. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Medium das von der Laserdiode ausgesendete Licht, welches das optische Medium passiert, vollständig in das Innere des optischen Mediums reflektiert, um den Durchmesser des Flecks des Lichts, welches von der Laserdiode ausgesendet wird, zu verringern.

18. Lasereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Medium in der Nähe des optischen Systems angeordnet ist, so daß die Eintrittsapertur an einem solchen Ort angeordnet ist, daß das optische System das von der Laserdiode ausgesendete Licht in dem höchstmöglichen Ausmaß fokussiert.

19. Lasereinrichtung mit einer Einrichtung zum Pumpen eine Lasermediums mit Licht, welches von einer Laserdiode ausgesendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
ein optisches Medium (6-6), welches eine Emissionsapertur aufweist, die kleiner ist als die Eintrittsapertur;
ein gekoppeltes optisches System (12, 13, 14), um Lichtstrahlen, welche von einer Vielzahl von Laserdioden (1-1) ausgesendet werden, zu der Eintrittsapertur des optischen Mediums zu leiten; und
eine Lasermedium (7-1), welches in Kontakt mit der Emissionapertur des optischen Mediums angeordnet ist und durch Licht gepumpt wird, welches von der Emissionapertur des optischen Mediums ausgesendet wird.

20. Lasereinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das gekoppelte optische System umfaßt:
eine Vielzahl von optischen Fasern (12), welche jeweils mit der Vielzahl von Laserdioden verbunden sind;
eine Kollimatorlinse (13), die an dem vorderen Ende von jeder der Vielzahl der optischen Fasern vorgesehen ist; und
ein fokussierendes optisches System (14), um die Strahlen des Lichts, welche von der Vielzahl von Kollimatorlinsen ausgesendet werden, zu fokussieren und die fokussierten Lichtstrahlen zu der Eintrittsapertur des optischen Mediums zu leiten.

21. Lasereinrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode eine Kombination von quasi-kontinuierlichen Oszillationslaserdioden mit einer maximalen Oszillations-Wiederholfrequenz von "A" ist, und daß die Lasereinrichtung ferner umfaßt:
eine Ansteuerschaltung (19), um die jeweiligen quasi-kontinuierlichen Oszillationslaserdioden mit der maximalen Wiederholfrequenz A mit Perioden anzusteuern, die um eine vorbestimmte Phase verschoben sind, welche kleiner als die Wiederholfrequenz A ist.

22. Lasereinrichtung mit einer Einrichtung zum Pumpen eines Lasermediums mit Licht, welches von einer Laserdiode ausgesendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
eine Vielzahl von ersten optischen Medien (6-6), von denen jedes eine Emissionsapertur aufweist, die kleiner ist als die Eintrittsapertur;
ein erstes optisches System (12, 13, 14), um die Strahlen des Lichts, welches von einer Vielzahl von Laserdioden (1-1) ausgesendet wird, zu den Eintrittsaperturen der ersten optischen Medien zu leiten;
ein zweites optisches Medium (6-7), in das die Lichtstrahlen, welche von der Vielzahl der ersten optischen Medien ausgesendet werden, eingegeben werden, und welches eine Emissionsapertur aufweist, die kleiner ist als die Eintrittsapertur; und
ein Lasermedium (7-1), welches in Kontakt mit der Emissionsapertur des zweiten optischen Mediums angeordnet ist und durch Licht gepumpt wird, welches von dem zweiten on- Mediums angeordnet ist und durch Licht gepumpt wird, welches von dem zweiten optischen Medium ausgesendet wird.