DE19719901C2 - Festkörperlaser mit einer Longitudinalmode und Frequenztransformation - Google Patents

Festkörperlaser mit einer Longitudinalmode und Frequenztransformation

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Description

Die Erfindung betrifft allgemein Laser und insbesondere Fest­ körperlaser mit einer einzigen Longitudinalmode, wobei eine Frequenztransformation vorgesehen ist.
Die technischen und wissenschaftlichen Anwendungen von Lasern, die in einer einzigen Longitudinalmode oszillieren und bei de­ nen eine Frequenzumwandlung (-transformation) durchgeführt wird, sind vielfältig, z. B. in der Holographie, Interferome­ trie, der optischen Datenspeicherung, der Bilderzeugung mit La­ sern, der kohärenten Meßtechnik etc. Diese Laser sind auch we­ sentliche Bestandteile in kohärenten optischen Sensoren, Teil­ chenzählern und bei anderen optischen Meßinstrumenten. Hervor­ zuheben sind durch Laserdioden gepumpte Festkörperlaser mit ei­ ner einzigen Longitudinalmode und Frequenztransformation als Quellen kohärenter Strahlung mit sehr geringer Baugröße, hohem Wirkungsgrad und hoher Stabilität. Ein solcher Laser kann Strahlung mit entweder kurzer Wellenlänge (wie z. B. grünes oder blaues Licht oder Ultravilolettstrahlung) oder mit langer Wel­ lenlänge (Infrarot) erzeugen. Ein möglichst kompakter Laser wird bei vielen Anwendungen gefordert, wie z. B. der optischen Datenspeicherung, weil damit dann die optische Datenspeicher­ inrichtung selbst relativ klein gebaut werden kann. Eine kleine Baugröße ist z. B. bei CD-ROM Antrieben, "floptical disk"-An­ trieben oder bei lasergestützten Speicherschreibgeräten äußerst vorteilhaft, zumal es im gegenwärtigen Markt wesentlich um kleine, leichtgewichtige und tragbare Einrichtungen geht.
Im Stand der Technik sind freilaufende diodengepumpte Festkör­ perlaser mit Frequenzverdoppelung im Resonator bekannt, die typischerweise ein chaotisches Ausgangssignal mit großen Amplitu­ denfluktuationen abgeben. Solche Laser sind für bestimmte An­ wendungen nicht geeignet, wie z. B. die optische Datenspeiche­ rung, die Interferometrie oder die Laser-Bilderzeugung. Baer et al in J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 3, No. 9, pp. 1175-1180 (1986) und das U.S. Patent 4,701,929 beschreiben eine chaotische Ausgangs­ strahlung mit starkem Amplitudenrauschen bei einem diodenge­ pumpten Nd:YAG-Lasersystem mit Frequenzverdoppelung im Resona­ tor. Die Autoren sehen die Ursachen für die Instabilität in der nichtlinearen Koppelung von Axialmoden bei der Erzeugung von Summenfrequenzen und wechselseitigen Sättigungseffekten im La­ serresonator. Die Autoren berichten auch, daß bei Betrieb des Lasers in einer einzigen Longitudinalmode mit einem zusätzli­ chen Etalon das starke Amplitudenrauschen des grünen Ausgangs­ strahls verschwindet und die Ausgangsleistung stabil ist. Al­ lerdings ist die Ausgangsleistung auch relativ gering. Ein Eta­ lon dient typischerweise als Filter innerhalb des Laserresona­ tors zum Abstimmen des Lasers durch Selektion einer Wellenlänge des Lasers. Durch ein Etalon kann die Anzahl der oszillierenden Axialmoden begrenzt werden, wodurch ein Betrieb mit einer ein­ zigen Longitudinalmode erreicht werden kann. Das Einfügen eines Etalons (oder einer anderen entsprechenden Komponente) in den Laserresonator verursacht aber interne optische Verluste und reduziert somit den Laser-Wirkungsgrad. Auch bedeutet die An­ ordnung eines Etalons im Resonator eine wesentlich aufwendigere Konstruktion mit Nachteilen bei der Herstellung und auch beim Betrieb.
Das Amplitudenrauschen (also die Fluktuationen in der Intensi­ tät) der Ausgangsstrahlung von frequenzverdoppelten Lasern kann dadurch wesentlich vermindert werden, daß der Laser in einer einzigen Mode oszilliert, d. h. in einer einzigen Longitudinal­ mode oder in einer einzigen Transversalmode. Der Resonator ei­ nes Lasers muß deshalb bestimmten Anforderungen genügen, damit ein Betrieb mit einer einzigen Longitudinalmode erreicht wird.
Mit Diodenlasern gepumpte Festkörperlaser, die Ausgangsstrah­ lung mit einem Betrieb in einer einzigen Longitudinalmode und nach Frequenzkonversion abgeben, wurden kürzlich beschrieben. Ein Beispiel eines solchen Festkörperlasers ist im U.S. Patent 5,052,815 "Single Frequency Ring Laser with Two Reflecting Sur­ faces" angegeben, welches am 01. Oktober 1991 für Nightingale et al erteilt wurde. Der in diesem Patent beschriebene Ringla­ ser wird mit einem Diodenlaser gepumpt und kann eine stabile Laser-Ausgangsstrahlung abgeben mit einer einzigen Frequenz und mit einer Erzeugung der zweiten Harmonischen. Allerdings ist die optische Justierung eines Ringlaserresonators äußerst kri­ tisch, d. h. ein Ringlaser hat den Nachteil einer äußerst auf­ wendigen Herstellung und auch aufwendiger Justierungen. Mit an­ deren Worten: Obwohl der Ringlaser nach Nightingale einen La­ serbetrieb in einer einzigen Longitudinalmode erreicht, so ge­ schieht dies jedoch auf Kosten eines sehr komplexen Aufbaus des Laserresonators, was wiederum einen großen Herstellungs- und Kostenaufwand bedingt.
Auch andere Forscher haben versucht, frequenzverdoppelte Laser mit einer einzigen Longitudinalmode zu bauen. Das U.S. Patent 5,164,947 "Single Frequency, Frequency Doubled Laser", am 17. November 1992 für LUCKAS et al erteilt, zeigt einen Laser, der Laserlicht in einer einzigen Longitudinalmode und mit Frequenz­ verdoppelung erzeugt. Dieser Laser ist gekennzeichnet durch ei­ ne weitgehende Vermeidung des sogenannten räumlichen "hole bur­ ning" (also die Vermeidung von "Löchern" in der Intensitätsver­ teilungskurve) im Laserstrahlung erzeugenden Material und durch die Kombination eines Lyot-Filters mit den Techniken der Erzeu­ gung der zweiten Harmonischen. Allerdings leidet dieser bekann­ te Laser an Verlusten im Resonator aufgrund des Plättchens und des Polarisators des Lyot-Filters, die im Laserresonator ange­ ordnet sind. Somit erreicht der Laser von LUCKAS zwar einen Be­ trieb mit einer einzigen Longitudinalmode, jedoch nur mit be­ sonderen Komponenten im Laserresonator, nämlich der Wellenlän­ genplatte und dem Polarisator. Diese zusätzlichen Komponenten bewirken interne optische Verluste und bedingen auch einen kom­ plizierten Aufbau des Laserresonators.
Das U.S. Patent 5278851 beschreibt einen Festkörperlaser mit einem Etalon im Resonator, so daß nur eine einzige Longitudi­ nalmode oszilliert. Bei diesem Stand der Technik erfolgt also die Auswahl der Longitudinalmode durch das Etalon und nicht durch eine Koppelung von Resonatoren. Um eine einzige Longitu­ dinalmode des Etalons innerhalb der Verstärkungsbandbreite des Lasers zu erreichen, muß das Etalon sehr dünn sein. Auch hat dieser Stand der Technik den Nachteil, daß schon eine geringe Temperaturänderung die Longitudinalmode des Resonators drama­ tisch ändert und somit der Laser nicht für eine längere Zeit­ dauer mit einer einzigen Longitudinalmode schwingen kann. Viel­ mehr ergibt sich ein sog. "Modenhüpfen" (mode hopping) und da­ mit ein instabiler Laserausgangsstrahl.
Das U.S. Patent 5164947 beschreibt einen temperaturgesteuerten Laser mit Frequenzverdoppelung, wobei die Temperatursteuerung dazu dient, zu gewährleisten, daß der Erzeuger der zweiten Har­ monischen mit der Brewster-Platte als ein zweites Lyot-Filter wirkt. Die Temperatursteuerung dient dort nicht zur Justierung erster und zweiter Resonator-Längen.
In jüngerer Zeit zeigt das U.S. Patent 5,381,427 "Single Mode Laser", das am 10. Januar 1995 an Wedekind et al erteilt wurde, einen diodengepumpten Laser mit einem Einzelmodenbetrieb, bei dem ein Polarisator mit einem doppelbrechenden Kristall in dem Laserresonator angeordnet ist. Auch hier bewirken der Polarisa­ tor und das Wellenlängenplättchen im Resonator beträchtliche interne optische Verluste und reduzieren somit den Wirkungsgrad des Lasers.
Somit besteht ein Bedarf an einem Laser mit Frequenztransforma­ tion, der in einer einzigen Longitudinalmode betrieben werden kann und der weniger Bauteile im Resonator aufweist. Die Erfin­ dung setzt sich das Ziel, einen solchen Laser mit sehr guter Ausgangsstabilität, hohem Wirkungsgrad und einfachem Aufbau be­ reitzustellen.
Die einzelnen Ziele der Erfindung können wie folgt beschrieben werden:
Die Erfindung will einen Laser bereitstellen, der Laserlicht mit einer einzigen Longitudinalmode und einer einzigen Trans­ versalmode und mit einer Wellenlängentransformation erzeugt.
Weiterhin ist das Ziel der Erfindung, einen Laser mit Frequenz­ transformation bereitzustellen, der eine möglichst geringe An­ zahl an optischen Bauteilen im Laserresonator aufweist.
Auch soll ein mit Laserdioden gepumpter Festkörperlaser bereit­ gestellt werden, der einen mit Nd dotierten Laserkristall ver­ wendet und einen frequenzverdoppelnden Kristall, wobei die zweite Harmonische mit stabiler Ausgangsleistung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums erzeugt werden soll.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist die Bereitstellung eines Festkörperlasers mit Diodenlaserpumpen, gekoppelten Resonato­ ren, einer einzigen Longitudinalmode, und mit Frequenzverdoppe­ lung, wobei der Laser stabile Laserstrahlung erzeugen soll mit Amplitudenfluktuationen, die geringer sind als 1% (Rauschen, bestimmt gemäß der mittleren Quadratwurzel).
Schließlich ist es auch Gegenstand der Erfindung, einen dioden­ gepumpten Laser mit einer einzigen Longitudinalmode und Fre­ quenztransformation bereitzustellen, wobei ein gekoppelter Re­ sonator vorgesehen ist mit einem gemeinsamen, teilweise reflek­ tierenden Spiegel, der in ersten und zweiten Resonatoren wirk­ sam ist.
Gemäß der Erfindung wird also ein Laser mit Frequenztransformation und einer einzigen Longitudinalmode und folgenden Merkmalen bereitgestellt:
Zumindest einer optischen Pumpquelle (10, 11), die optische Pumpstrahlung (12) erzeugt;
einem gekoppelten Resonator (40), mit einem ersten Resonator (42) und einem zweiten Resonator (44); der mit dem ersten Reso­ nator (42) einen gemeinsamen, teilweise reflektierenden Spiegel (18) teilt;
einem Festkörperlasermedium (22), das im ersten Resonator (42) angeordnet ist und durch die optische Pumpstrahlung (12) op­ tisch gepumpt wird und das eine erste Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge erzeugt;
einer Einrichtung (24) für eine optische Wellenlängenumwand­ lung, die im zweiten Resonator (44) angeordnet ist, um die er­ ste Laserstrahlung der ersten Wellenlänge in zweite Laserstrah­ lung mit einer zweiten Wellenlänge umzuwandeln; und einer
Temperatursteuereinrichtung (30, 32, 33, 34, 36) zum Einstellen der Temperatur und damit der optischen Weglängen der ersten und zweiten Resonatoren derart, daß eine einzige Longitudinalmode des gekoppelten Resonators oberhalb des Laserschwellenwertes liegt, und daß die einzelne Longitudinalmode innerhalb der Ver­ stärkungsbandbreite oszilliert.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Auswahl der opti­ schen Weglängen der ersten und zweiten Resonatoren in dem ge­ koppelten Resonator des Lasers. Die optischen Weglängen der er­ sten und zweiten Resonatoren werden so ausgewählt, daß nur eine einzige Longitudinalmode des gekoppelten Resonators in der Ver­ stärkungsbandbreite oberhalb des Laser-Schwellenwertes liegt und die einzige Longitudinalmode im gekoppelten Resonator os­ zillieren kann. Die optische Weglänge ist das Produkt aus dem Brechungsindex und der geometrischen Länge. Bevorzugt werden die Längen des ersten Resonators und des zweiten Resonators so ausgewählt, daß das Intervall der Longitudinalmoden des gekop­ pelten Resonators größer ist als die halbe Verstärkungsband­ breite des Festkörperlasermediums bei der Wellenlänge der os­ zillierenden Strahlung.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die besondere Auswahl des gemeinsamen, teilweise reflektierenden Spiegels mit einem Reflexionsgrad zwischen 3% und 98% bei der genannten ersten Wellenlänge im Laser, wie sie oben beschrieben ist. Vorzugswei­ se hat der gemeinsame teilweise reflektierende Spiegel einen Reflexionsgrad zwischen 15% und 80% bei der ersten Wellenlän­ ge. Besonders bevorzugt hat der gemeinsame teilweise reflektie­ rende Spiegel einen Reflexionsgrad zwischen 25% und 70% bei der ersten Wellenlänge. Weiterhin bevorzugt ist vorgesehen, daß der Spiegel auf einer Fläche der genannten optischen Einrich­ tung zur Wellenlängentransformation ausgeformt ist oder daß er auf einer Fläche des Festkörper-Lasermediums ausgeformt ist. Die Fläche des Festkörper-Lasermediums liegt nahe der Fläche der optischen Einrichtung für die Wellenlängenumwandlung. Der gemeinsame teilweise reflektierende Spiegel kann auch absorbie­ rende Schichten aufweisen.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft also einen gekoppelten Resonator mit Frequenztransformation und folgenden Merkmalen:
Einen ersten Resonator mit einer ersten optischen Weglänge und einem Festkörper-Lasermedium zur Erzeugung einer er­ sten Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge, und
einen zweiten Resonator mit einer zweiten optischen Weglänge und einer optischen Einrichtung für die Wellen­ längenumwandlung zum Umwandeln der ersten Laserstrahlung der ersten Wellenlänge in eine zweite Laserstrahlung mit einer zweiten Wellenlänge, wobei
der erste Resonator mit dem zweiten Resonator einen ge­ meinsamen, teilweise reflektierenden Spiegel hat.
Der gemeinsame teilweise reflektierende Spiegel dient zur teil­ weisen Reflexion der Laserstrahlung erster Wellenlänge und zur teilweisen Transmission der Laserstrahlung erster Wellenlänge, wobei das Verhältnis der zweiten optischen Weglänge zur ersten optischen Weglänge im wesentlichen etwa 0,5 oder 1,5 ist oder wobei das Verhältnis der ersten optischen Weglänge zur zweiten optischen Weglänge im wesentlichen etwa gleich 0,5 oder 1,5 ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Festkörperlasers mit Frequenztransformation und Os­ zillation in einer einzigen Longitudinalmode;
Fig. 2a beispielhaft die Verstärkung im Lasermedium in Abhän­ gigkeit von der Wellenlänge, wobei der Laserschwel­ lenwert und die zugehörige Verstärkungsbandbreite eingezeichnet sind;
Fig. 2b beispielhaft die Positionen der Wellenlängen der Lon­ gitudinalmoden des ersten Resonators entsprechend ei­ nem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2c beispielhaft die Positionen der Wellenlängen der Lon­ gitudinalmoden des zweiten Resonators entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2d beispielhaft die Positionen der Wellenlängen der Lon­ gitudinalmoden der gekoppelten Resonatoren entspre­ chend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Festkörperlasers mit einer einzigen Longitudinalmode und Frequenzumwandlung, wobei zwei Pumpwellen vorge­ sehen sind und die Ausgangsstrahlung unter einem Win­ kel abgegeben wird;
Fig. 4 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Festkörperlasers mit einer einzigen Longitudinalmode und Frequenzverdoppelung; und
Fig. 5 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines Festkörperlasers mit einer einzigen Longitudinalmode und Frequenzverdoppelung.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zeigt einen Festkörperla­ ser 3 mit einer einzigen Longitudinalmode und Frequenzumwand­ lung. Dieses Ausführungsbeispiel weist eine optische Pumpquelle 10 zur Erzeugung optischer Pumpstrahlung, eine Einkoppeloptik 14, einen Eingangsspiegel 16, einen gemeinsamen teilweise re­ flektierenden Spiegel 18, einen Auskoppelspiegel 20, ein Fest­ körperlasermedium 22, eine Einrichtung 24 für die optische Wel­ lenlängenumwandlung, eine Temperatur-Einstelleinrichtung ein­ schließlich einer Steuerschaltung 30 und thermisch aktiver Ele­ mente 32, 34 und 36 und Temperatursensoren (nicht gezeigt) auf.
Ein gekoppelter Resonator 40 enthält einen ersten Resonator 42 und einen zweiten Resonator 44. Der Eingangsspiegel 16 und der teilweise reflektierende Spiegel 18 definieren den ersten Reso­ nator 42 und der Ausgangsspiegel 16 und der teilweise reflek­ tierende Spiegel 18 definieren den zweiten Resonator 44. Der gemeinsame teilweise reflektierende Spiegel 18 gehört sowohl zum ersten als auch zum zweiten Resonator. Das Festkörper- Lasermedium 22 ist im ersten Resonator 42 angeordnet, und zwar so, daß es die optische Pumpstrahlung 12 empfängt und eine er­ ste Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge in einer Trans­ versalmode (TEMoo) erzeugt. Die optische Wellenlängenumwand­ lungseinrichtung 24 ist im zweiten Resonator 44 angeordnet zum Umwandeln der ersten Laserstrahlung, die die erste Wellenlänge hat, in eine zweiter Laserstrahlung mit einer zweiten Wellen­ länge. Ein Teil der zweiten Laserstrahlung geht durch den Aus­ gangsspiegel 20 als Ausgangsstrahlung 26. Die ersten und zwei­ ten Resonatoren oszillieren die erste Laserstrahlung mit der ersten Wellenlänge.
Als optische Pumpquelle 10 kann jede Quelle optischer Strahlung dienen. Bevorzugt sind als optische Pumpquelle 10 eine Laserdi­ ode oder eine Laserdiodenreihe, oder lichtemittierende Dioden oder eine Gruppe von Laserdioden oder eine Gruppe von Laserdi­ odenreihen vorgesehen (Reihe = "array"). Solche Diodenlaser kön­ nen mit wärmeleitenden Kühlkörpern oder Temperiereinrichtungen verbunden sein und die Temperaturen dieser Kühlkörper bzw. Tem­ periereinrichtungen können gesteuert bzw. geregelt werden, um optimale Betriebsbedingungen für die optischen Pumpquellen si­ cherzustellen.
Die Einkoppeloptik 14 dient zum Fokussieren der optischen Pump­ strahlung 12 aus der Quelle 10 in das Festkörperlasermedium 22 innerhalb des Pumpvolumens. Dieses Pumpvolumen im Lasermedium ist im wesentlichen an das Volumen der transversalen Grundmode im gekoppelten Resonator angepaßt, um zu erreichen, daß die er­ ste Laserstrahlung im wesentlichen in einer einzigen transver­ salen Grundmode entsteht. Die Einkoppeloptik 14 enthält auch andere optische Einrichtungen und Spiegel zum Lenken des Lichtes. Beispielsweise kann die Einkoppeloptik 14 eine Linse, eine Linse mit veränderlichem Brechungsindex, eine Faseroptik, eine asphärische Linse, einen fokussierenden Spiegel, oder eine Kom­ bination derartiger optischer Bauelemente aufweisen.
Das Lasermedium 22 emittiert die erste Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge, wenn die Pumpstrahlung 12 eingekoppelt wird. Geeignete Lasermedien sind Festkörper mit zumindest einem laseraktiven Element, wie Nd, Er, Ti, Cr oder andere seltene Erdenelemente. Vorzugsweise wird das Festkörper-Lasermedium 22 aus einem der folgenden Materialien gewählt: Nd:YAG, Nd:YAP, Nd:YVO4, Nd:GdVO4, Nd:Sr5(PO4)3F, Nd:LaSc3(BO3)4, NAB, NdP5O14, NdLiPO, NdKPO, Nd:YLF, Nd:Sr5(VO4)3F, Nd:YAB und Nd:XaZb(BO3)(a+b), wobei "X" ein Element ist, das aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Al Y Sc oder ein Element der seltenen Erden, wobei "Z" ein Element ist, das aus folgender Gruppe aus­ gewählt ist: Al, Y, Sc oder ein Element der seltenen Erden. Der Index "a" bedeutet eine Zahl und ein Bruchteil und auch der In­ dex "b" bedeutet eine Zahl und ein Bruchteil. Das Lasermedium kann ein Festkörper und eine Kombination von Festkörpern sein. Der Querschnittverlauf des Lasermediums 22 und der Einrichtung 24 für die Wellenlängenumwandlung kann jede geeignete Form an­ nehmen, wobei die Form des Mediums 22 von der Form der Einrich­ tung 24 verschieden sein kann.
Die Einrichtung 24 für die optische Wellenlängenumwandlung dient zur Transformation der ersten Laserstrahlung, die eine erste Wellenlänge hat und vom Lasermedium 22 erzeugt wurde, in eine zweiter Laserstrahlung mit einer zweiten Länge, die ver­ schieden ist von der ersten Wellenlänge. Es ist bekannt, daß die Umwandlung optischer Strahlung in eine Wellenlänge in opti­ sche Strahlung einer anderen Wellenlänge durch nichtlineare op­ tische Wechselwirkung mittels eines nichtlinearen optischen Ma­ terials unter Verwendung nichtlinearer optischer Umwandlungs­ techniken durchgeführt werden kann. Obwohl eine Verdoppelung der Frequenz bevorzugt ist, können auch andere Wellenlängenum­ wandlungen im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein. Beispiele solcher Umwandlungen sind die Erzeugung von Harmonischen, das optische Mischen, die parametrische Oszillation, die Auf­ wärtstransformation der Frequenz und die Abwärtstransformation der Frequenz. Geeignete optische Einrichtungen für die Wellen­ längenumwandlung sind z. B. nichtlineare optische Materialien. Zum Beispiel können folgende nichtlineare optische Materialien verwendet werden:
KTB, YAB, BBO, KNbO3, LiNbO3, LBO, CLBO, LIO, KDP, ADA, ADP, CDA und MTiO(XO4), wobei "M" zumindest für eines der folgenden Elemente bzw. eine der folgenden Verbindungen steht: K, Rb, Tl, Cs oder NH4, und wobei "X" für zumindest eines der folgenden Elemente steht: P oder As. Die wellenlängenumwandelnde Einrich­ tung weist ein nichtlineares optisches Material oder eine Kom­ bination nichtlinearer optischer Materialien auf.
Der Eingangsspiegel 16 läßt optische Pumpstrahlung durch und reflektiert im wesentlichen die Laserstrahlung der ersten Wel­ lenlänge, die durch das Lasermedium 22 erzeugt wird, dabei hat er bevorzugt einen Reflexionsgrad zwischen 99% und 100% bei der ersten Wellenlänge, während er hochgradig durchlässig ist für die Wellenlänge der optischen Pumpstrahlung (bevorzugt ist die Transmission T < 60%). Beispielsweise und bevorzugt ist der Eingangsspiegel 16 auf der Eingangsoberfläche 50 des Fest­ körperlasermediums 22 ausgeformt. Weiter bevorzugt ist der Ein­ gangsspiegel so ausgebildet, daß er die zweite Strahlung, die durch die optische Einrichtung 24 für die Wellenlängenumwand­ lung umgewandelt worden ist und welche die zweite Wellenlänge hat, im wesentlichen reflektiert.
Der Ausgangsspiegel 20 ist so ausgebildet, daß er die Laser­ strahlung der ersten Wellenlänge im wesentlichen reflektiert und die zweite Strahlung, die durch die Einrichtung 24 für die optische Wellenlängenumwandlung auf die zweite Wellenlänge transformiert worden ist, teilweise durchläßt. Bevorzugt ist der Reflexionsgrad zwischen 99 und 100% bei der ersten Wellen­ länge. Weiter bevorzugt ist der Ausgangsspiegel 20 direkt auf der Ausgangsoberfläche 56 der Einrichtung 24 für die optische Wellenlängentransformation ausgebildet.
Der gemeinsame reflektierende Spiegel 18, welcher dem ersten Resonator 42 und dem zweiten Resonator 44 gemeinsam ist, re­ flektiert die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge, die durch das Lasermedium 22 erzeugt wird, teilweise und läßt die Laser­ strahlung der ersten Wellenlänge teilweise durch. Er hat einen Reflexisonsgrad zwischen 3% und 98% bei der ersten Wellenlän­ ge. Vorzugsweise hat der gemeinsame teilweise reflektierende Spiegel 18 einen Reflexionsgrad zwischen 15% und 80% bei der ersten Wellenlänge. Weiter bevorzugt hat der gemeinsame, teil­ weise reflektierende Spiegel einen Reflexionsgrad zwischen 30% und 70% bei der ersten Wellenlänge. Weiterhin ist der Spiegel 18 bevorzugt so ausgebildet, daß er die Pumpstrahlung 12 re­ flektiert. Der Spiegel 12 ist bevorzugt auf einer Zwischenflä­ che 52 des Festkörperlasermediums 22 ausgebildet, das Wort "zwischen" bedeutet hier, daß die Fläche zwischen optischen Elementen liegt. In Abwandlung dieser Variante kann die Fläche auch auf einer Zwischenfläche 54 der Einrichtung 24 für die op­ tische Wellenlängenumwandlung ausgebildet sein, wobei die Zwi­ schenfläche 52 der Zwischenfläche 54 zugekehrt und die Flächen einander benachbart sind. Der gemeinsame, teilweise reflektie­ rende Spiegel 18 weist eine optische Dünnfilmbeschichtung auf, die dielektrische Schichten, Metallschichten und Absorptions­ schichten enthält. Eine Absorptionsschicht fördert die Reduzie­ rung der Verstärkungsbandbreite und auch eine Reduzierung der oszillierenden Longitudinalmoden in den gekoppelten Resonato­ ren. Die Einrichtung 24 für die optische Wellenlängenumwandlung im zweiten Resonator 44 erzeugt die zweite Strahlung in zwei Richtungen d. h. in der gleichen Richtung und in der entgegenge­ setzten Richtung, bezogen auf die Richtung der Laser-Ausgangs­ strahlung. Der gemeinsame, teilweise reflektierende Spiegel 18 reflektiert deshalb auch die zweite Strahlung bei der zweiten Wellenlänge. Auf diese Weise reduziert er die zweite Strahlung in Richtung entgegengesetzt der Laser-Ausgangsrichtung und er­ höht somit die Ausgangsleistung des Lasers.
In Fig. 2a ist beispielhaft die Verstärkung im Lasermedium ge­ gen die Wellenlänge aufgetragen. Die Fig. 2b, 2c bzw. 2d zeigen die Wellenlängen der Longitudinalmoden des ersten Reso­ nators 42, die Wellenlängen der Longitudinalmoden des zweiten Resonators 44 und die Wellenlängen der Longitudinalmoden des gekoppelten Resonators 40, entsprechend einem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung.
Die Fig. 2a bis 2d sind in vertikaler Richtung aufeinander abgestimmt, damit die relativen Positionen der einzelnen Wel­ lenlängen der Longitudinalmoden direkt vergleichbar und ihre Stellung in bezug auf die Verstärkungskurve (Fig. 2a) besser deutlich wird, insbesondere mit Blick auf die Verstärkungsband­ breite 61. Zum Beispiel zeigt Fig. 2b, daß die Wellenlängen 76 und 77 der Longitudinalmoden des ersten Resonators innerhalb der Verstärkungsbandbreite 61 des Lasers liegen. Fig. 2c zeigt, daß die Wellenlängen 85, 86 und 87 der Longitudinalmoden des zweiten Resonators ebenfalls innerhalb der Verstärkungs­ bandbreite 61 liegen. Dies bedeutet, daß mehrere Longitudinal­ moden unabhängig in diesen Resonatoren vorliegen können. Fig. 2 d zeigt, wie vorteilhafterweise erreicht wird, daß nur eine Wellenlänge 96 für den gekoppelten Resonator innerhalb der Ver­ stärkungsbandbreite 61 liegt. Somit bewirkt die Verwendung des gekoppelten Resonators bei diesem Ausführungsbeispiel eine ein­ zige Longitudinalmode beim Laserbetrieb, was die oben beschrie­ benen Vorteile ergibt.
Nachfolgend soll erläutert werden, wie der gekoppelte Resonator im einzelnen eingesetzt wird.
Die Verstärkungsbandbreite 61 des Lasermediums ist der Abstand der Punkte 62 und 64 (womit Wellenlängen bezeichnet sind) gemäß Fig. 2a. In diesem Bereich ist die Verstärkung gleich oder größer als die Verluste im Resonator. Innerhalb der Verstär­ kungsbandbreite 61 liegt die Verstärkung über dem Laser-Schwel­ lenwert und der Laser kann oszillieren. Außerhalb der Verstär­ kungsbandbreite ist die Verstärkung geringer als der Schwellen­ wert und der Laser kann nicht oszillieren. Die Verstärkungs­ bandbreite hängt zusammen mit den Verlusten bei einem Umlauf in dem Resonator, der Dichte der Besetzungsinversion, welche wiederum von der Pumpstrahlung abhängt und der Fluoreszenz-Linien­ breite sowie der Fluoreszenz-Lebensdauer des Lasermediums bei der Laser-Übergangswellenlänge. Das Intervall der Longitudinal­ moden des ersten Resonators 42 ist Δλ1 = λ2/2n1d1 wobei λ die er­ ste Wellenlänge der vom Lasermedium emittierten Strahlung ist, n1d1 die optische Weglänge im ersten Resonator mit n1 als Bre­ chungsindex für den ersten Resonator und d1 die geometrische Weglänge im ersten Resonator sind. Das Intervall der Longi­ tudinalmoden des zweiten Resonators 44 ist gegeben durch Δλ2 = λ2/2n2d2 wobei λ die erste Wellenlänge, n1d1 die optische Weglänge im zweiten Resonator mit n2 als Brechungsindex für den ersten Resonator und d2 der geometrische Länge im zweiten Reso­ nator sind. Wenn der Resonator aus mehreren optischen Medien besteht, ist die optische Weglänge des Resonators die Summe der optischen Weglängen der einzelnen optischen Medien.
Das Intervall Δλ0 der Longitudinalmoden des gekoppelten Resona­ tors 40 ist das kleinste gemeinsame Vielfache von Δλ1 und Δλ2. Beispielsweise ist gemäß den Fig. 2b und 2c und 2d das Verhältnis der optischen Weglänge des zweiten Resonators 44 zur optischen Weglänge des ersten Resonators 42 1,5, d. h. das In­ tervall Δλ0 der Longitudinalmoden des gekoppelten Resonators ist gleich 3Δλ1 und gleich 2Δλ2. Die Wellenlängenpositionen der Longitudinalmoden des ersten, des zweiten und des gekoppelten Resonators können abgestimmt und gesteuert werden durch eine geeignete Steuerung der Temperaturen der ersten und zweiten Re­ sonatoren. Weiterhin können die Positionen der Wellenlängen auch dadurch abgestimmt werden, daß der Druck auf die jeweils relevanten Bauteile des gekoppelten Resonators eingestellt wird.
Die optischen Weglängen des ersten Resonators 42 und des zwei­ ten Resonators 44 werden so gewählt, daß nur eine einzige Lon­ gitudinalmode des gekoppelten Resonators 40 innerhalb der Ver­ stärkungsbandbreite oberhalb des Schwellenwertes liegt und die einzige Longitudinalmode im gekoppelten Resonator oszilliert. Vorzugsweise werden die optischen Weglängen des ersten Resona­ tors 42 und des zweiten Resonators 44 so gewählt, daß das Intervall der Longitudinalmoden des gekoppelten Resonators 40 größer ist als die halbe Verstärkungsbandbreite des Lasermedi­ ums. Weiter bevorzugt ist das Verhältnis der optischen Weglänge des zweiten Resonators 44 zur optischen Weglänge des ersten Re­ sonators 42 im wesentlichen gleich einem der folgenden Werte: 0,5; 1,5; 2,5; 3,5; 4,5; 5,5; 6,5; 7,5 und 8,5. Weiter bevor­ zugt ist das Verhältnis der optischen Weglänge des ersten Reso­ nators 42 zur optischen Weglänge des zweiten Resonators 44 im wesentlichen gleich einem der folgenden Werte: 0,5; 1,5; 2,5; 3,5; 4,5; 5,5; 6,5; 7,5 und 8,5. Höchst bevorzugt ist das Ver­ hältnis der optischen Weglänge des zweiten Resonators 44 zur optischen Weglänge des ersten Resonators 42 im wesentlichen gleich einem der folgenden Wert: 0,5; 1,5 und 2,5.
Die Temperatursteuereinrichtung wird eingesetzt, um die Tempe­ ratur der Komponenten des ersten Resonators 42 einzustellen und zu regeln. Ebenfalls eingestellt bzw. geregelt werden die Tem­ peraturen der Komponenten des zweiten Resonators 44. Die opti­ schen Weglängen der ersten und zweiten Resonatoren werden durch die Temperatursteuereinrichtung so eingestellt, daß eine einzi­ ge Longitudinalmode des gekoppelten Resonators oberhalb des La­ serschwellenwertes liegt und daß die einzelne Longitudinalmode innerhalb der Verstärkungsbandbreite oszilliert. Die Tempera­ tursteuereinrichtung stellt die Einrichtung 24 für die optische Wellenlängenumwandlung im wesentlichen auf eine vorgegebene Temperatur, um eine Phasenanpassung zu gewährleisten und die optischen Weglängen der ersten und zweiten Resonatoren im we­ sentlichen auf vorgegebenen konstanten Werten zu halten. Auf diese Weise wird die Stabilität der Ausgangsstrahlung des La­ sers verbessert. Bevorzugt steuert bzw. regelt die Temperatur­ steuereinrichtung auch die Temperatur der Pumpquelle 10. Eine Heizeinrichtung, z. B. eine thermoelektrische Einrichtung oder ein Peltier-Element können verwendet werden, um als thermisch aktives Element zu dienen. Die Temperatursensoren können Ther­ mistoren, Thermoelemente oder Halbleiter-Thermosensoren etc. sein. Die Steuerschaltung 30 kann sowohl digital als auch ana­ log ausgeführt werden.
In den abgewandelten Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3, 4 und 5 sind einander entsprechende oder funktionsähnliche Bau­ teile, die bereits oben beschrieben wurden, analog dem Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1 und nur die Unterschiede werden nach­ folgend erläutert.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel hat ein Laser 4 ein Lasermedium 22, das an beiden Stirnseiten gemäß Fig. 3 gepumpt wird. Wie dargestellt ist, sind zwei getrennte Pumpquellen 10 und 11 vorgesehen, und zwar an jedem Ende des gekoppelten Reso­ nators, um die Leistung der vom Laser abgegebenen Ausgangs­ strahlung zu erhöhen. Ein dichroitischer Spiegel 48 ist nahe dem Ausgangsspiegel 20 außerhalb des gekoppelten Resonators 40 angeordnet, um optische Pumpstrahlung 12 durchzulassen und La­ serstrahlung der zweiten Wellenlänge, die durch den Ausgangs­ spiegel 20 als Ausgangsstrahlung 26 abgegeben wird, im wesent­ lichen zu reflektieren. Die Temperatursteuereinrichtung ein­ schließlich der Steuerschaltung 30 und der Peltier-Elemente 32, 33 und 34 wird eingesetzt, um den gekoppelten Resonator 40 und die Pumpquellen 10 und 11 einzustellen. Der Eingangsspiegel 16 und der gemeinsame, teilweise reflektierende Spiegel 18 sind direkt durch Beschichtung auf den Oberflächen des Lasermediums 12 ausgebildet und der Ausgangsspiegel 20 ist direkt durch Be­ schichtung auf der Ausgangsfläche der Wellenlängeumwandlungs­ einrichtung 24 ausgebildet.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 hat ein Laser 5 eine Di­ oden-Pumpquelle 10, die direkt am Lasermedium 22 angeordnet ist. Die Pumpquelle 10 und das Lasermedium 22 sind einander so nahe, daß ein divergenter Strahl der optischen Pumpstrahlung, welcher die Dioden-Pumpquelle verläßt, nur ein kleines Volumen im Lasermedium 22 pumpt, so daß nur eine einzige Transversalmo­ de d. h. die TEMoo-Mode anschwingt. Der Eingangsspiegel 34 ist durch Beschichtung direkt auf der Eingangsfläche 50 des Laser­ mediums 22 ausgebildet. Der Ausgangsspiegel 20 und der gemein­ same, teilweise reflektierende Spiegel 18 sind durch Beschich­ tung direkt auf den Oberflächen des Generators 24 für die zwei­ te Harmonische ausgebildet.
Beim besonderen Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird ein AlGaAs- Diodenlaser als Pumpquelle 10 verwendet, der z. B. 500 mW opti­ sche Pumpstrahlung 12 mit einer Wellenlänge von etwa 810 nm ab­ gibt. In diesem Falle wird ein Nd:YVO4-Krystall als Lasermedium 22 verwendet, der Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von etwa 1064 nm erzeugt. Ein KTP-Kristall wird als Generator 24 für die zweite Harmonische verwendet und er wird direkt benachbart dem Lasermedium 22 angeordnet, um die zweite Harmonische (532 nm) der Laserstrahlung (1064 nm) zu erzeugen. Der gekoppelte Reso­ nator 40 hat einen ersten Resonator 42 und einen zweiten Reso­ nator 44. Der erster Resonator 42 wird durch den Eingangsspie­ gel 16 und den gemeinsamen, teilweise reflektierenden Spiegel 18 gebildet, wobei letzterer mit dem zweiten Resonator 44 ge­ meinsam verwendet wird. Der zweite Resonator 44 wird durch den Ausgangsspiegel 20 und den gemeinsamen, teilweise reflektieren­ den Spiegel 18 bestimmt. Das Verhältnis der optischen Weglänge des zweiten Resonators 44 zur optischen Weglänge des ersten Re­ sonators 42 ist im wesentlichen gleich einem der folgenden Wer­ te: 0,5; 1,5; 2,5 oder 3,5. Bevorzugt wird die optische Weglän­ ge des ersten Resonators 42 so ausgewählt, daß sie etwa 1,5 mm beträgt und die optische Weglänge des zweiten Resonators wird zu 2,25 mm gewählt, was das bevorzugte Verhältnis von 1,5 er­ gibt. Der Eingangsspiegel 16, der für Strahlung der Wellenlänge 1064 nm hochgradig reflektierend ist (R < 99,9%) und für die Wellenlänge 810 nm hochgradig durchlässig ist (T < 95%) wird auf der Eingangsfläche 50 des Nd:YVO4-Kristalls ausgeformt. Der Ausgangsspiegel 20 ist hochgradig reflektierend (Reflexionsgrad R < 99,9%) bei der Wellenlänge 1064 nm und hochgradig durch­ lässig (T < 95%) bei der Wellenlänge 532 nm und wird auf der Ausgangsfläche 56 des KTP-Kristalls ausgebildet. Der gemeinsa­ me, teilweise reflektierende Spiegel 18 hat einen Reflexions­ grad von etwa 30% bei der Wellenlänge 1064 nm mit einer hoch­ gradigen Reflexion bei der Wellenlänge 532 nm und wird bevor­ zugt auf der Zwischenfläche 54 des KTP-Kristalls ausgebildet. In Abwandlung dieses Beispiels kann der Spiegel 18 auch auf der Zwischenfläche 52 des Nd:YVO4-Kristalls ausgebildet sein.
Thermoelektrische Kühlmittel, wie z. B. die Peltier-Elemente 32 und 34, und Heißleiter (Thermistoren) werden eingesetzt, um die Temperatur der Diodenlaser und die Temperatur des gekoppelten Resonators und seiner Komponenten zu steuern. Typische Tempera­ turen der Bauteile des gekoppelten Resonators liegen im Bereich von 0°C bis 60°C und für dieses Ausführungsbeispiel soll die Temperatur des gekoppelten Resonators konstant bei etwa 0,2°C liegen.
Dieser Laser emittiert grüne sichtbare Strahlung der Wellenlän­ ge 532 nm mit mehr als 20 mW in einer einzigen Longitudinalmode und einer einzigen Transversalmode in der Ausgangsstrahlung. Diese Laserausgangsstrahlung ist stabil im Bereich von 1%, ge­ messen nach der Methode der mittleren quadratischen Abweichung. Da alle Spiegel im gekoppelten Resonator auf den Oberflächen des Festkörperlasermediums bzw. des Generators für die zweite Harmonische durch Beschichtung aufgebracht sind, ist die Anzahl optischer Bauteile im gekoppelten Resonator stark reduziert und die optischen Verluste im Resonator sind sehr gering. Mit die­ ser Technik wird die Ausgangsstrahlung in Form der zweiten Har­ monischen stark verbessert und auch die Herstellung des Lasers stark vereinfacht.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lasers 6 mit einer einzigen Longitudinalmode und Frequenzverdoppelung im blauen Bereich. Bei diesem Beispiel emittiert eine Dioden-Pump­ quelle 10 optische Pumpstrahlung 12 mit einer Wellenlänge von etwa 808 nm. Die Einkoppeloptik 14 fokussiert die Pumpstrahlung in das Lasermedium in Form eines Nd:YAG-Kristalls 22 innerhalb eines hinreichend kleinen Pumpvolumens, um Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 947 nm in einer einzigen Transversalmode zu erzeugen, d. h. der TEMoo-Mode. Der Eingangsspiegel 16 ist hochgradig reflektierend (R < 99,9%) bei der Wellenlänge 947 nm und transparent bei den Wellenlängen 808 nm, 1064 nm und 1023 nm. Der Eingangsspiegel 16 ist direkt auf die Eingangsflä­ che 50 des Nd:YAG-Kristalls aufgeschichtet. Der gemeinsame, teilweise reflektierende Spiegel 18 ist durch Beschichtung auf der Zwischenfläche 52 des Nd:YAG-Kristalls aufgetragen und der Spiegel 18 hat einen partiellen Reflexionsgrad (etwa 50%) bei der Wellenlänge 947 nm. Bevorzugt weist der Spiegel 18 zusätz­ lich eine hochgradige Reflexion bei der Wellenlänge 808 nm und eine hohe Durchlässigkeit bei den Wellenlängen 1064 nm und 1320 nm auf. Weiter bevorzugt hat der Spiegel 18 eine hochgradige Reflexion bei der Wellenlänge 473 nm. Der Ausgangsspiegel 20 ist durch Beschichtung auf die Ausgangsfläche 56 des Generators 24 für die zweite Harmonische aufgebracht, letzteres ist ein KNbO3-Kristall, der Strahlung der Wellenlänge 473 nm aus Strah­ lung der Wellenlänge 947 nm erzeugt. Der Ausgangsspiegel 20 ist bei der Wellenlänge 947 nm hochgradig reflektierend und trans­ parent bei den Wellenlängen 473 nm, 1064 nm und 1320 nm. Die Stärke der Nd:YAG- und KNbO3-Kristalle ist etwa 0,8 mm bzw. 1 mm. Der Brechungsindex des Nd:YAG-Kristalls liegt bei 1,83 und der Brechungsindex des KNbO3-Kristalls liegt bei 2,23. Somit ist die optische Weglänge des ersten Resonators 1,83 × 0,8 mm = 1,484 mm und die optische Weglänge des zweiten Resonators ist 2,23 mm, was das bevorzugte Verhältnis der optischen Weglänge des zweiten Resonators 44 zur optischen Weglänge des ersten Re­ sonators 42 ergibt, nämlich etwa 1,5. Peltier-Elemente und Heißleiter werden für die Temperatursteuerung des gekoppelten Resonators und die Steuerung der Temperatur der Dioden-Pump­ quellen verwendet. Im Ergebnis emittiert der Laser blaues Licht mit einer Leistung von mehr als 3 mW mit einer Wellenlänge von 473 nm mit einer einzigen Longitudinalmode und einer einzigen Transversalmode.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Er­ zeugung grüner oder blauer Laserstrahlung, jedoch läßt sich das Prinzip auch bei der Erzeugung von Laserstrahlung mit anderen Wellenlängen einsetzen. Die Einrichtung für die Umwandlung der Wellenlänge muß nicht auf die Verdoppelung der Frequenz einge­ schränkt sein, es können auch andere Frequenzen erzeugt werden. Auch für die Einrichtungen für die Temperatursteuerung sind un­ terschiedliche Mittel dem Fachmann bekannt.

Claims (23)

1. Festkörperlaser mit Frequenztransformation und einer ein­ zigen Longitudinalmode und folgenden Merkmalen:
Zumindest einer optischen Pumpquelle (10, 11), die optische Pumpstrahlung (12) erzeugt;
einem gekoppelten Resonator (40), mit einem ersten Resonator (42) und einem zweiten Resonator (44), der mit dem ersten Reso­ nator (42) einen gemeinsamen, teilweise reflektierenden Spiegel (18) teilt;
einem Festkörperlasermedium (22), das im ersten Resonator (42) angeordnet ist und durch die optische Pumpstrahlung (12) op­ tisch gepumpt wird und das eine erste Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge erzeugt;
einer Einrichtung (24) für eine optische Wellenlängenumwand­ lung, die im zweiten Resonator (44) angeordnet ist, um die er­ ste Laserstrahlung der ersten Wellenlänge in zweite Laserstrah­ lung mit einer zweiten Wellenlänge umzuwandeln; und einer
Temperatursteuereinrichtung (30, 32, 33, 34, 36) zum Einstellen der Temperatur und damit der optischen Weglängen der ersten und zweiten Resonatoren derart, daß eine einzige Longitudinalmode des gekoppelten Resonators oberhalb des Laserschwellenwertes liegt, und daß die einzelne Longitudinalmode innerhalb der Ver­ stärkungsbandbreite oszilliert.
2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Weglängen der ersten und zweiten Resonatoren so gewählt sind, daß nur eine Longitudinalmode des gekoppelten Resonators innerhalb der Verstärkungsbandbreite (61) des Laser­ mediums (22) liegt.
3. Laser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der optischen Weglänge des zweiten Resona­ tors (44) zur optischen Weglänge des ersten Resonators (42) im wesentlichen gleich einem der folgenden Werte ist: 0,5; 1,5; 2,5; 3,5; 4,5; 5,5; 6,5; 7,5 und 8,5.
4. Laser nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der optischen Weglänge des ersten Resonators (42) zur optischen Weglänge des zweiten Resonators (44) im we­ sentlichen gleich einem der folgenden Werte ist: 0,5; 1,5; 2,5; 3,5; 4,5; 5,5; 6,5; 7,5 und 8,5.
5. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Weglängen der ersten und zweiten Resonatoren so gewählt sind, daß das Intervall zwischen Longitudinalmoden des gekoppelten Resonators (40) größer ist als die Hälfte der Verstärkungsbandbreite (61) des Festkörperlasermediums (22).
6. Laser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der optischen Weglänge des zweiten Resona­ tors (44) zur optischen Weglänge des ersten Resonators (42) im wesentlichen gleich einem der folgenden Werte ist: 0,5; 0,75; 1,5; 2 und 2,5.
7. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Pumpquelle (10, 11) durch einen Diodenlaser, mehrere Diodenlaser, eine Reihe von Diodenlasern oder durch lichtemittierende Dioden gebildet ist.
8. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperlasermaterial (22) ein aus den folgenden Ele­ menten ausgewählter Festkörper ist: Nd, Ho Er, Tm, Ti, Cr, Yb, Ce und die Elemente der seltenen Erden.
9. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperlasermedium (22) aus einem oder mehreren der folgenden Materialien besteht: Nd:YAG, Nd-dotierte Granate, Nd- Glas, Nd:YAP, Nd:YVO4, Nd:GdVO4, Nd:Sr5(PO4)3F, Nd:LaSc3(BO3)4, NAB, NdP5O14, NdLiPO, NdKPO, Nd:YLF, Nd:Sr5(VO4)3F, Nd:YAB und Nd:XaZb(BO3)(a+b), wobei "X" eines der folgenden Elemente ist: Al, Y, Sc oder ein Element der seltenen Erden, und wobei "Z" eines der folgenden Elemente ist: Al, Y, Sc oder ein Element der seltenen Erden.
10. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (24) für die Wellenlängenumwandlung aus ei­ nem der folgenden Materialien besteht: KTP, KDP, ADA, ADP, CDA, YAB, BBO, KNbO3, LiNbO3, LBO, CLBO, LIO und MTiO(XO4), wobei "M" zumindest eine der folgenden Substanzen ist: K, Rb, Tl, Cs oder NH4, und wobei "X" aus P und/oder As besteht.
11. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursteuereinrichtung eine Steuerschaltung (30) und ein aktives Element (32, 33, 34, 36) aufweist, welches ein Heizer oder ein thermoelektrischer Kühler ist.
12. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Resonator (42) einen Eingangsspiegel (16) auf­ weist, der für die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge im we­ sentlichen reflektierend ist und der die optische Pumpstrahlung (12) im wesentlichen durchläßt, daß der erste Resonator (42) einen gemeinsamen, teilweise reflektierenden Spiegel (18) mit dem zweiten Resonator (44) teilt und daß der zweite Resonator (44) einen Ausgangsspiegel (20) aufweist, der die Laserstrah­ lung der ersten Wellenlänge im wesentlichen reflektiert und zu­ mindest einen Teil der zweiten Laserstrahlung mit der zweiten Wellenlänge durchläßt und daß der zweite Resonator den gemein­ samen, teilweise reflektierenden Spiegel (18) mit dem ersten Resonator (42) teilt, wobei der gemeinsame, teilweise reflek­ tierende Spiegel (18) die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge teilweise reflektiert und die Laserstrahlung der ersten Wellen­ länge teilweise durchläßt.
13. Laser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsspiegel (16), der die zweite Strahlung der zweiten Wellenlänge reflektiert, auf der Eingangsfläche (50) des Festkörperlasermediums (22) ausgeformt ist.
14. Laser nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsspiegel (20), auf der Ausgangsfläche (56) der Einrichtung (24) für die Frequenzumwandlung ausgebildet ist.
15. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Resonator einen Eingangsspiegel (16) aufweist, dessen Reflexionsgrad bei der ersten Wellenlänge zwischen 99% und 100% liegt, und daß der erste Resonator (42) den gemein­ samen, teilweise reflektierenden Spiegel (18) mit dem zweiten Resonator (44) teilt, wobei der zweite Resonator einen Aus­ gangsspiegel (20) aufweist mit einem Reflexionsgrad zwischen 99% und 100% bei der ersten Wellenlänge, und wobei der zweite Resonator mit dem ersten Resonator den gemeinsamen, teilweise reflektierenden Spiegel (18) teilt.
16. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame, teilweise reflektierende Spiegel (18) einen Reflexionsgrad zwischen 3% und 98% bei der ersten Wellenlänge hat.
17. Laser nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame, teilweise reflektierende Spiegel einen Re­ flexionsgrad zwischen 15% und 80% bei der ersten Wellenlänge hat, insbesondere einen Reflexionsgrad zwischen 25% und 70%, weiter insbesondere zwischen 30% und 70%.
18. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame, teilweise reflektierende Spiegel auf einer Zwischenfläche der Einrichtung (24) für die optische Wellenlän­ genwandlung ausgeformt ist, wobei die Zwischenfläche benachbart dem Festkörperlasermedium (22) angeordnet ist.
19. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame, teilweise reflektierende Spiegel auf einer Zwischenfläche des Festkörpermediums (22) ausgeformt ist, wobei diese Zwischenfläche benachbart der Einrichtung (24) für die optische Wellenlängenumwandlung angeordnet ist.
20. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame, teilweise reflektierende Spiegel (18) zu­ mindest eine Absorptionsschicht aufweist.
21. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame, teilweise reflektierende Spiegel so ausge­ bildet ist, daß er Laserstrahlung der ersten Wellenlänge teil­ weise reflektiert und resonante Laserstrahlung der ersten Wel­ lenlänge teilweise durchläßt, wobei die zweite Strahlung der zweiten Wellenlänge reflektiert wird.
22. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (24) zur Wellenlängenumwandlung ein Generator für die zweite Harmonische ist, und wobei der erste Resonator (42) und der zweite Resonator (44) die erste Laserstrahlung mit der ersten Wellenlänge oszillieren lassen, während der gemeinsame, teilweise reflektierende Spiegel die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge teilweise reflektiert und die resonante Laserstrah­ lung der ersten Wellenlänge teilweise durchläßt.
23. Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Weglängen der ersten und zweiten Resonatoren (42, 44) so gewählt sind, daß im gekoppelten Resonator (40) nur eine einzige Longitudinalmode oszilliert.
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