DE19908516A1

DE19908516A1 - Festkörperlaservorrichtung

Info

Publication number: DE19908516A1
Application number: DE19908516A
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Takase
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2019-02-27
Also published as: JP2000082860A; US6282217B1; DE19908516B4

Abstract

Ein Laserstab (14) ist in einem ersten Rohr (11) vorgesehen, durch das ein Kühlmedium fließt. Der Laserstab (14) wird durch einen Halbleiterlaser (22) um das erste Rohr (11) herum und außerhalb von diesem gepumpt. Ein Laserstrahl, der von dem Halbleiterlaser (22) in das erste Rohr (11) eintritt, wird durch ein Diffusionsmittel (23) gestreut, bevor er auf den Laserstab (14) auftrifft. Das Diffusionsmittel (23) ist in einem Kühlmedium in dem ersten Rohr (11) so eingesetzt, daß sich die Reflexionskomponente des Laserstrahls, der in das Diffusionsmittel (23) eintritt, verringert und sich die Brechungskomponente desselben vergrößert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Festkörperlaservorrichtung zum Erzeugen von Laserlicht durch optisches Pumpen eines Festkörpermediums.

Im allgemeinen weist eine Festkörperlaservorrichtung einen Laserstab als ein Festkörperlasermedium auf, wobei dieser Laserlicht durch optisches Pumpen des Laserstabes zu erzeugen vermag. Falls der Laserstab innerhalb eines optischen Resonators angeordnet ist, wird das vom Laserstab erzeugte Laserlicht durch den optischen Resonator verstärkt, um eine Schwingungsausgabe zu erzeugen.

Zum optischen Pumpen des Laserstabes sind eine Bogenlampe, eine Blitzlichtlampe, ein Halbleiterlaser etc. als eine Pumplichtquelle bekannt, und neuerdings kann ein Halbleiterlaser oft zum Ausgeben von gepumptem Licht einer vorgegebenen Wellenlänge verwendet werden, das in dem Laserstab absorbiert ist. Auf diese Weise ist es möglich, den Laserstab wirksam optisch zu pumpen.

Bei einem Halbleiterlaser mit hoher Ausgangsleistung, der auf dem Markt erhältlich ist, wird von einer gestapelten Einheit Gebrauch gemacht, die eine Mehrzahl von Halbleiterlasern mit niedriger Ausgangsleistung aufweist, die in einer Stapelanordnung angeordnet sind, wobei jeder derselben einen kleinen lichtemittierenden Abschnitt aufweist. Da solche Halbleiterlaser mit hoher Ausgangsleistung eine Mehrzahl von solchen lichtemittierenden Abschnitten aufweisen, ergibt sich eine nachteilige Wirkung auf erhaltene Ausgabestrahlen. Insbesondere um zu ermöglichen, daß gepumptes Licht mit einem größeren Verbreiterungswinkel von dem Halbleiterlaser mit weniger Verlust auf den Laserstab einfällt, wird eine Kollimationslinse nahe dem lichtemittierenden Abschnitt angeordnet, wodurch der Verbreiterungswinkel des gepumpten Strahls unterdrückt wird, woraufhin ein Muster (Lichtstrahl) des gepumpten Lichts, das nach dem Laserstab hin auszurichten ist, in eine Mehrzahl von Strahlen aufgeteilt wird.

Daher kann der Laserstab nicht gleichförmig mit der gepumpten Strahlausgabe von Halbleiterlasern gepumpt werden, wodurch eine örtliche Belastungskonzentration und Temperaturerhöhung erzeugt wird, und folglich wird der Laserstab beschädigt. Als Ergebnis weist das Laserlicht von dem Laserstab eine nicht gleichförmige Intensitätsverteilung auf, die vom gepumpten Zustand abhängig ist. Ferner entsteht eine örtliche Wärmelinsenwirkung, was folglich zu einer Qualitätsminderung des Strahls führt.

Um ein derartiges Problem zu vermeiden, weist gemäß Fig. 1 ein Rohr 2 einen aufgenommenen Laserstab 1 und ein durch dieses fließende Kühlmedium auf, um den Laserstab 1 zu kühlen, sowie eine auf einer Außenumfangsoberfläche desselben gebildete Diffusionsoberfläche 3 auf. Außerdem ist das Rohr 2 in ein Einführungsloch 5 in einer Diffusionsplatte 4 eingeführt, und vier sich verjüngende Lichtleitdurchgänge 6 sind in der Diffusionsplatte 4 in 90°-Intervallen um den Umfang des Rohres 2 ausgebildet. Strahlen P, die von einem entsprechenden Halbleiterlaser 7 gepumpt werden, gehen durch den entsprechenden Lichtleitweg 6.

Folglich fallen die Strahlen P, die durch die Lichtleitdurchgänge 6 durchgehen, während sie auf der Innenoberfläche des Lichtleitdurchgangs 6 reflektiert werden, auf eine Diffusionsoberfläche an dem Außenumfang des Rohres 2. Die Strahlen, die an der Diffusionsoberfläche 3 gestreut werden, werden durch das Rohr 2 übertragen, um den Laserstab 1 optisch zu pumpen.

Gemäß einer derartigen Struktur werden die Strahlen P, die auf den Laserstab 1 gerichtet sind, an dem Lichtleitdurchgang 6 und der Diffusionsoberfläche 3 gestreut, wodurch es möglich ist, den Laserstab 1 durch die Strahlen P von dem Halbleiterlaser optisch zu pumpen.

Da jedoch diejenigen Strahlen P, die über den Lichtleitdurchgang 6 zur Diffusionsoberfläche 3 am Rohr 2 gelenkt werden, einer Reflexion auf der Diffusionsoberfläche 3 ausgesetzt sind, ergab sich ein größerer Verlust aufgrund der Reflexion des gepumpten Strahls P, und es kam gelegentlich zu einer Verminderung der Pumpwirksamkeit. Manchmal traten Fälle auf, bei denen die Diffusionsplatte 4 Wärme durch an der Diffusionsoberfläche 3 reflektierte Strahlen erzeugte und außerdem kam es zu einer Wärmetransformation auf der Diffusionsplatte 4. Um eine derartige Wärmetransformation zu verhindern, war es manchmal notwendig, die Diffusionsplatte 4 zu kühlen.

Es wurde ferner in Erwägung gezogen, als weiteres Mittel eine Diffusionsoberfläche am Außenumfang des Laserstabes zu bilden, wodurch Strahlen gestreut werden. Da es in diesem Fall nicht möglich ist, einen geeigneten Diffusionsabstand der Strahlen auf der Diffusionsoberfläche zu schaffen, werden auf den Laserstab auffallende Strahlen mit geringerer Wahrscheinlichkeit gestreut, wodurch es mißlingt, den Laserstab gleichförmig zu pumpen.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Festkörperlaservorrichtung zu schaffen, die eine geringere Pumpwirksamkeit sogar dann verhindert, wenn eine Diffusionsoberfläche auf einem zugeordnetem Rohr ausgebildet ist.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Festkörperlaservorrichtung folgende Merkmale auf:
ein erstes Rohr eines lichtdurchlässigen Materials, das ein Festkörperlasermedium aufnimmt, und es einem Kühlmedium ermöglicht, durch dieses hindurch zu fließen, um das Festkörperlasermedium zu kühlen; ein Halbleiterlaser, der um das erste Rohr herum und außerhalb von diesem angeordnet ist, um einen Strahl abzugeben, der durch das erste Rohr durchläuft und das Festkörperlasermedium optisch pumpt; und ein Diffusionsmittel, das in dem ersten Rohr vorgesehen ist, um den Strahl zu streuen, der das Festkörperlasermedium pumpt.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt, und gehen teilweise aus der Beschreibung hervor oder können durch Umsetzen der Erfindung in die Praxis in Erfahrung gebracht werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können durch die Hilfsmittel und Kombinationen, auf die nachfolgend besonders eingegangen wird, realisiert und erfüllt bzw. erzielt werden.

Die beigefügten Zeichnungen, die in die Spezifikation aufgenommen sind und einen Teil derselben bilden, stellen gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar, und dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der unten gegebenen detaillierten Beschreibung der ausführlichen Ausführungsformen zum Erläutern der Grundsätze der Erfindung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht, die eine herkömmliche Festkörperlaservorrichtung darstellt;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs einer Lichtachsenrichtung einer Festkörperlaservorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht in Achsenrichtung über einen Laserstab einer Festkörperlaservorrichtung;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die einen im Stapel angeordneten Halbleiterlaser in Fig. 2 darstellt;

Fig. 5 eine Schnittansicht gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in Achsenrichtung eines Laserstabes einer Festkörperlaservorrichtung;

Fig. 6 eine Schnittansicht gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in Lichtachsenrichtung einer Festkörperlaservorrichtung;

Fig. 7 eine Schnittansicht gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung in Lichtachsenrichtung einer Festkörperlaservorrichtung und

Fig. 8 eine Schnittansicht gemäß einer fünften Ausführungsform in Lichtachsenrichtung einer Festkörperlaservorrichtung.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 2 bis 4 erläutert.

Eine Festkörperlaservorrichtung der Erfindung weist gemäß Fig. 2 ein erstes Rohr 11, wie zum Beispiel ein Quarzrohr, auf. Das erste Rohr 11 wird flüssigkeitsdicht durch ein Paar von Blöcken 12 getragen, wobei ein Ende des ersten Rohres in einer Haltenut 13 in dem zugeordneten Block 12 und das andere Ende des ersten Rohres in einer Haltenut 13 in dem zugeordneten Block 2 eingeführt ist.

Ein Laserstab 14 ist als ein Festkörperlasermedium in das erste Rohr 11 eingeführt. Von einem Paar von Halterungs- Rohrstutzen 15 wird einer über das eine Ende des ersten Rohres 11 und einer über das andere Ende des ersten Rohres 11 flüssigkeitsdicht eingepaßt. Das andere Ende der betreffenden Halterungs-Rohrstutzen 15 wird flüssigkeitsdicht in einem entsprechenden Durchgangsloch 16 in dem entsprechenden Block 12 gehaltert, indem er in das entsprechende Durchgangsloch 16 im Block 12 eingeführt wird.

Ein hochreflektierender Spiegel 17 ist flüssigkeitsdicht an der einen Endseite des Halterungs-Rohrstutzens 15 gehaltert, um einer Endfläche des Laserstabs 14 gegenüberzustehen. Ein Ausgabespiegel 18 ist flüssigkeitsdicht in der anderen Endseite des anderen Halterungs-Rohrstutzens 15 gehaltert, um der anderen Endfläche des Laserstabs 14 gegenüberzustehen. Der hochreflektierende Spiegel 17 und der Ausgabespiegel 18 bilden einen optischen Resonator, und das Laserlicht L erzeugt, wie oben dargestellt, eine Schwingungsausgabe von dem Ausgabespiegel durch optisches Pumpen des Laserstabes 14.

In einem der paarigen Blöcke 12 ist auf einer Seite des ersten Rohres 11 ein Zuführkanal 19 ausgebildet, um mit einem Inneren des Rohres 11 in Verbindung zu stehen, während in dem anderen Block ein Austragskanal 21 auf der anderen Seite des Rohres 11 ausgebildet ist, um mit dem Inneren des Rohres 11 in Verbindung zu stehen. Ein Kühlmedium X, wie zum Beispiel reines Wasser, wird über den Zuführkanal 19 in das Rohr 11 zugeführt, um den Laserstab 14 zu kühlen. Das Kühlmedium X, das in das erste Rohr 11 zugeführt wird, kühlt den Laserstab und wird vom Austragskanal 21 ausgetragen.

Der Austragskanal 21 ist mit einer kleineren Querschnittsfläche als der Zuführkanal 19 gefertigt, so daß ein Durchflußkanalwiderstand so eingestellt ist, daß er größer als der des Zuführkanals ist.

Daher füllt das Kühlmedium X, das über den Zuführkanal 19 dem ersten Rohr 11 zugeführt wird, das Rohr 11 und wird von dem Austragskanal 21 ausgetragen. Das heißt, das Kühlmedium wird so durch das Rohr 11 geleitet, daß keine Luftschicht in dem Rohr 11 erzeugt wird.

In dem Fall, bei dem die Festkörperlaservorrichtung so anzuordnen ist, daß eine Achse des Laserstabs 14 horizontal ist, kann der Austragskanal 21 im wesentlichen auf dem gleichen Niveau wie eine innere Oberfläche des ersten Rohres 11 angeordnet werden, und der Zuführkanal 19 kann niedriger als der Austragskanal 21 angeordnet werden, und folglich kann das Kühlmedium durch das erste Rohr 11 hindurchfließen, ohne irgendeine Luftschicht in dem ersten Rohr 11 zu erzeugen.

In einer Mehrzahl von Abstandspositionen einer axialen Richtung des ersten Rohres 11, in dieser Ausführungsform sind dies zwei Abstandpositionen, sind gemäß Fig. 3 drei Halbleiterlaser 22 in 120°-Intervallen um einen Außenumfang und außerhalb einer Durchmesserrichtung des ersten Rohres 11 angeordnet.

Die Halbleiterlaser 22 weisen jeweils eine gestapelte Struktur mit einer Zeilen/Spalten-Matrizenanordnung von lichtemittierenden Elementen mit niedriger Leistung 22a auf, die gemäß Fig. 4 angeordnet sind, wobei jeder Laserstrahlen aus seinen lichtemittierenden Elementen erzeugt. Eine Mehrzahl von Strahlen P fallen an der Umfangswand des ersten Rohres 11 vorbei auf eine Außenumfangsoberfläche des Laserstabs 14 auf, das heißt, die gepumpten acht Strahlen P pumpen den Laserstab 14. Selbst wenn es nur einen Halbleiterlaser 22 gibt, kann der Halbleiterlaser den Laserstab 14 pumpen.

An einer Innenoberfläche des ersten Rohres 11 ist eine Diffusionsoberfläche 23 als ein Mittel zum vollständigen Streuen der Strahlen P von den Halbleiterlasern 22 ausgebildet. Die Diffusionsoberfläche 23 wird so ausgebildet, damit beispielsweise das erste Rohr 11 eine unebene Oberfläche aufweist.

Daher werden die Strahlen P von den Halbleiterlasern 22 auf der Diffusionsoberfläche 23 gestreut und fallen auf die Außenumfangsoberfläche des Laserstabs 14 ein, um den Laserstab 14 zu pumpen.

Gemäß der derart aufgebauten Festkörperlaservorrichtung durchdringen die Strahlen P, die von der Halbleiterlaservorrichtung 22 abgegeben werden, die Umfangswand des ersten Rohres 11 und werden dabei an der Diffusionsoberfläche 23, das heißt, an der Innenoberfläche, des ersten Rohres gestreut und fallen auf die Außenumfangsoberfläche des Laserstabes 14 ein. Das heißt, die Strahlen P, die an der Diffusionsoberfläche 23 gestreut werden, beleuchten den Laserstab 14, so daß sie die Außenumfangsoberfläche des Laserstabes 14 von der Innenoberflächenwand des ersten Rohres herum gleichförmig pumpen.

Somit wird das Laserlicht L, dessen Querschnitt eine gleichförmige Intensitätsverteilung aufweist, von dem Laserstab 14 abgegeben, wobei es durch das gleichförmige Pumpen möglich ist, jegliche örtliche Belastungskonzentration und Temperaturverteilung in dem Querschnitt des Laserstabes 14 und einen daraus resultierenden Schaden an dem Laserstab 14 zu verhindern.

Da die Diffusionsoberfläche 23 an der Innenwandoberfläche des ersten Rohres 11 gebildet ist, ist diese mit dem Kühlmedium X, das durch das erste Rohr 11 fließt, in Kontakt, und die Strahlen P von den Halbleiterlasern 22, die die Umfangswand des ersten Rohres 11 durchdringen, werden auf der Diffusionsoberfläche 23 gestreut und pumpen den Laserstab 14 optisch.

In diesem Fall wird eine Reflexionskomponente R_a des gepumpten Strahls P durch

R_a = {(n₁ - n₂) (n₁) + (n₂)}²

= {(1 - n_a)/(1 + n_a)}²

dargestellt.

Das heißt, R_a wird zusätzlich zu der Oberflächenrauhigkeit der Diffusionsoberfläche 23 durch

n = (n₂/n₁)

bestimmt, wobei
n₁: Brechungsindex (absoluter Brechungsindex) des Quarzes, aus dem das erste Rohr 11 gebildet ist, und
n₂: Brechungsindex (absoluter Brechungsindex) des Kühlmediums X.

Folglich verringert sich die Reflexionskomponente und die Brechungskomponente vergrößert sich, wie sich das Verhältnis n_a an Eins annähert.

Falls sich andererseits eine derartige Diffusionsoberfläche 23 an der Außenumfangsoberfläche des ersten Rohres 11, wie in einem herkömmlichen Fall, bildet, wird eine Reflexionskomponente R_b des gepumpten Strahls P durch

R_b = {(n₃ - n₁)/(n₃ + n₁)}²

= {(1 - n_b)/(1 + n_b)}²

dargestellt. Das heißt, zusätzlich zu der Oberflächenrauhigkeit der Diffusionsoberfläche 23 wird R_b durch ein Verhältnis

n_b(n₁/n₃)

bestimmt, wobei
n₃: Brechungsindex (absoluter Brechungsindex) der Atmosphäre, die in Kontakt mit dem Außenumfang eines ersten Rohres 11 ist, und
n₁: Brechungsindex (absoluter Brechungsindex) eines Quarzes, aus dem das erste Rohr gebildet ist.

Unter der Annahme, daß die Oberflächenrauhigkeit der Diffusionsoberfläche 23 gleichmäßig ist, folgt, daß sich im allgemeinen die Reflexionskomponente des gepumpten Strahls P in dem Maße verringert, in dem sich ein Brechungsindexverhältnis zweier sich gegenseitig berührender Oberflächen Eins nähert, d. h., falls das Brechungsindexverhältnis dieser beiden Materialien nahe Eins liegt, verringert sich die Reflexionskomponente an ihrer Kontaktoberfläche, und der Brechungsindex erhöht sich. Hier liegt das Verhältnis n_a zwischen dem Brechungsindex n₁ des Quarzes und desjenigen des Kühlmediums X näher an Eins als das Verhältnis n_b zwischen dem Brechungsindex n₃ der Atmosphäre und desjenigen des Quarzes, aus dem das erste Rohr 11 gebildet ist.

Das heißt, falls das Kühlmedium X reines Wasser ist, dann ist n₁ = 1,4, n₂ = 1,3 und n₃ = 1,0 und folglich n_a = (1,3/1,4) und n_b = (1,4/1,0). Ferner betragen die Reflexionsgrade R_a = 1,372 × 10^-3 bzw. R_b = 2,778 × 10^-2.

Aus diesem Grund wird die Diffusionsoberfläche 23 auf der Innenwandoberfläche des ersten Rohres 11 gebildet, und das Kühlmedium X befindet sich in Kontakt mit der Diffusionsoberfläche 23, so daß die Reflexionskomponente des gepumpten Strahls P im Vergleich mit einem herkömmlichen Fall verringert werden kann. Auf diese Weise durchdringt der gepumpte Strahl P wirksam das erste Rohr 11, und die Lichtpumpwirksamkeit des Laserstabes 14 kann verbessert werden. Ferner wird die Wirksamkeit, mit der der gepumpte Strahl P das erste Rohr 11 durchdringt, verbessert. Da deshalb das erste Rohr 11 durch den gepumpten Strahl P auf ein nicht mehr als notwendiges Maß aufgewärmt wird, wird verhindert, daß das erste Rohr 11 durch die beteiligte Wärme beschädigt wird.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. In der zweiten Ausführungsform werden die gleichen Bezugsziffern verwendet, um Teile oder Elemente zu kennzeichnen, die denjenigen entsprechen, die in der ersten Ausführungsform gezeigt wurden, und jegliche weitere Erläuterung entfällt. Das heißt, in der zweiten Ausführungsform wird das erste Rohr 11, wie es in der ersten Ausführungsform gezeigt ist, in ein zweites Rohr 31 eingeführt. Das zweite Rohr 31 ist aus Glas gebildet, wie z. B. Quarzglas, wie es bei dem ersten Rohr der Fall ist.

Außerhalb der Durchmesserrichtung des zweiten Rohres 31 werden Halbleiterlaser 22 beispielsweise in einem Intervall von 120° um den Außenumfang des zweiten Rohres 31 angeordnet. Eine Flüssigkeit Y wird in einem Raum zwischen einer Außenumfangsoberfläche des ersten Rohres 11 und einer Innenwandoberfläche des zweiten Rohres 31 gefüllt. Die Flüssigkeit Y wird nicht wie beim ersten Rohr 11 fließengelassen, sondern wird in den Raum zwischen dem ersten Rohr 11 und dem zweiten Rohr 31 eingefüllt, ohne daß dort eine Luftschicht dort erzeugt wird.

Als Flüssigkeit Y kann reines Wasser, wie im Fall des Kühlmediums X, das durch das erste Rohr 11 fließt, verwendet werden, es kann aber auch eine Flüssigkeit Y verwendet werden, wie z. B. Alkohol, die sich im Brechungsindex von reinem Wasser unterscheiden kann.

Eine Diffusionsoberfläche 23A wird auf mindestens einer von einer Innenwandoberfläche des ersten Rohres 11 in Kontakt mit dem Kühlmedium X, einer Außenumfangsoberfläche des ersten Rohres in Kontakt mit der Flüssigkeit Y und/oder einer Innenwandoberfläche des zweiten Rohres 31 in Kontakt mit der Flüssigkeit Y gebildet, wobei bemerkt sei, daß in der zweiten Ausführungsform die Diffusionsoberfläche 23A auf der Innenwandoberfläche des zweiten Rohres 31 gebildet ist.

Gemäß der so aufgebauten Festkörperlaservorrichtung durchdringen Strahlen P von dem Halbleiterlaser 22, die an der Diffusionsoberfläche 23A auf der Innenwandoberfläche des zweiten Rohres 31 gestreut werden, die Umfangswand des ersten Rohres 11 und fallen dann auf einen Laserstab 14 auf, so daß der Laserstab 14 optisch gepumpt wird.

Da die Strahlen P, die auf der Diffusionsoberfläche 23A gestreut werden, auf den Laserstab 14 auffallen, wird die Außenumfangsoberfläche des Laserstabs 14 in einer gleichmäßigen Art an vorbestimmten Positionen in einer axialen Richtung des Laserstabes 14 optisch gepumpt.

Die Diffusionsoberfläche 23A ist in Kontakt mit der Flüssigkeit Y, die in dem zweiten Rohr aufgenommen ist. Aus diesem Grund verringern sich die Reflexionskomponenten der Strahlen P im Vergleich mit dem Fall, bei dem sich die Diffusionsoberfläche 23A in Kontakt mit der Atmosphäre befindet, und deren Brechungskomponenten erhöhen sich, so daß die Strahlen die Diffusionsoberfläche 23A wirksam durchdringen, um zu bewirken, daß der Laserstab 14 optisch gepumpt wird.

Durch den Brechungsindex der Flüssigkeit Y, die in dem zweiten Rohr 31 aufgenommen ist, ist es möglich, einen Verbreiterungswinkel einzustellen, mit dem der gepumpte Strahl P auf das erste Rohr 11 einfällt. Es ist daher möglich, einen Beleuchtungsbereich durch den gepumpten Strahl auf dem Laserstab 14 und insbesondere einen Umfangsbereich einzustellen, in dem eine Flüssigkeit P mit einem vorbestimmten Brechungsindex, der abhängig von dem Abstand von einer Ausgangsfläche des Halbleiterlasers 22 zu der Außenumfangsoberfläche des Laserstabs 14 ist, verwendet wird.

Es ist daher möglich, durch die drei Halbleiterlaser 22, die in gleicher Beabstandung um und außerhalb der Außenumfangsoberfläche des zweiten Rohres angeordnet sind, den Laserstab 14 gleichförmig um einen vollen Umfang des Laserstabs 14 zu beleuchten.

Ferner weist eine angewandte Doppelrohrstruktur das erste Rohr 11 und das zweite Rohr 31 auf, und in diesem Fall fließt ein Kühlmedium X nur durch das erste Rohr 11, so daß ein größerer Abstand zwischen dem Halbleiterlaser 22 und dem Laserstab 14 eingestellt wird, ohne daß sich die Durchflußmenge des Kühlmediums X erhöht. Dabei ist es möglich, die Strahlgröße des gepumpten Strahls P zum Beleuchten des Laserstabs 14 zu vergrößern und folglich die Pumpwirksamkeit des Laserstabs 14 und sein gleichmäßiges Pumpen zu verbessern.

Obgleich in der zweiten Ausführungsform die Diffusionsoberfläche 23A nur auf der Innenwandoberfläche des zweiten Rohres 31 gebildet ist, kann sie auf den drei Oberflächen oder auf beliebigen zwei Oberflächen, d. h. der Innenwandoberfläche des ersten Rohres 11, der Außenumfangsoberfläche des ersten Rohres 11 und der Innenwandoberfläche des zweiten Rohres 31 gebildet werden.

Es ist offensichtlich, daß in der zweiten Ausführungsform das Kühlmedium X und die Flüssigkeit Y in einen Raum im ersten Rohr 11 bzw. in einen Raum zwischen dem ersten Rohr 11 und dem zweiten Rohr 31 gefüllt werden, ohne daß dort irgendeine Luftschicht erzeugt wird.

Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. In der dritten Ausführungsform ist die Struktur einer Festkörperlaservorrichtung, mit Ausnahme einer Streueinrichtung zum Streuen von Strahlen P, im wesentlichen ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform.

Das heißt, daß die Diffusionselemente 32 innerhalb eines ersten Rohres 11 derart vorgesehen sind, daß jedes Diffusionselement quer zu einem entsprechenden optischen Weg von Strahlen P angeordnet ist, die von den Halbleiterlasern 22 in das erste Rohr 11 eintreten. Das Diffusionselement 32 besteht aus einem bandartigen Element einer spezifischen Breitenabmessung, wobei eine Fläche, beispielsweise eine einem Laserstab 14 gegenüberstehende Fläche, eine Diffusionsoberfläche 23B aufweist.

Das Diffusionselement 32 ist aus einem lichtdurchlässigen Material, wie beispielsweise Quarzglas und Keramik, gebildet.

Die Diffusionselemente 32 sind entlang einer axialen Richtung des Laserstabs 14 angeordnet und ihre einander in Längsrichtung gegenüberliegenden Endabschnitte, obgleich nicht gezeigt, werden durch ein Paar von Blöcken 12, wie in der ersten Ausführungsform von Fig. 2, gehaltert.

In dieser Anordnung werden Strahlen P, die von den Halbleiterlasern 22 in das erste Rohr 11 eintreten, durch die Diffusionsoberflächen 23B der Diffusionselemente 32 gestreut, wobei jedes dieser Elemente quer zu dem entsprechenden optischen Weg angeordnet ist, und fallen dann auf den Laserstab 14 ein.

Da die Diffusionselemente 32 in dem Kühlmedium X, das durch das erste Rohr 11 zirkuliert, angeordnet sind, verringert sich eine Reflexionskomponente der Strahlen P an der Diffusionsoberfläche 23B und ihr Brechungskomponent erhöht sich dort.

Aus diesem Grund ist es möglich, den Lichtdurchlaßgrad (E: transmission efficiency) der Strahlen P an der Diffusionsoberfläche 23B zu verbessern, so daß kein Temperaturanstieg an dem Diffusionselement 32 stattfindet.

Fig. 7 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform stellt ein Diffusionsmittel eine Variante des Diffusionsmittels der zweiten Ausführungsform dar. Das heißt, die Diffusionseinrichtung dieser Ausführungsform ist von der Art, bei der Diffusionselemente 32 gemäß Fig. 6 in dem ersten Rohr 11 angeordnet sind.

Fig. 8 stellt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung dar. Diese Ausführungsform stellt eine Variante der vierten Ausführungsform dar und ist derartig, daß Diffusionselemente 32 zwischen einem ersten Rohr und einem zweiten Rohr 31 angeordnet sind.

Bei den vierten und fünften Ausführungsformen ist es möglich, den gleichen Vorteil wie bei der zweiten Ausführungsform zu erhalten.

Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind für Fachleute ohne weiteres erkennbar. Daher ist diese Erfindung in ihren allgemeineren Aspekten nicht auf die spezifischen Einzelheiten und die gezeigten und hier beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen beschränkt. Demgemäß können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne daß vom Geist oder Schutzbereich des allgemeinen erfinderischen Konzepts, wie es durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist, abgewichen wird.

Claims

1. Eine Festkörperlaservorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
ein erstes Rohr (11) eines lichtdurchlässigen Materials, das ein Festkörperlasermedium (14) aufnimmt und es einem Kühlmedium ermöglicht, durch dieses hindurchzufließen, um das Festkörperlasermedium (14) zu kühlen;
ein Halbleiterlaser (22), der um das erste Rohr herum (11) und außerhalb von diesem angeordnet ist, um einen Strahl abzugeben, der durch das erste Rohr hindurchläuft und das Festkörperlasermedium (14) optisch pumpt; und
ein Diffusionsmittel (23), das im ersten Rohr (11) vorgesehen ist, um den Strahl zu streuen, der das Festkörperlasermedium (14) pumpt.

2. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionsmittel (23) eine Diffusionsoberfläche aufweist, die auf einer Innenwandoberfläche des ersten Rohres gebildet ist, um es dem Strahl zu ermöglichen, der das Festkörperlasermedium (14) pumpt, gestreut zu werden.

3. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionsmittel ein Diffusionselement eines lichtdurchlässigen Materials aufweist, das zwischen der Innenwandoberfläche des ersten Rohres (11) und einem Außenumfang des Festkörperlasermediums (14) in einer Art und Weise angeordnet ist, um auf entsprechenden optischen Wegen des Laserstrahls, der durch das erste Rohr (11) übertragen wird, zu liegen, und entsprechende Diffusionsoberflächen aufweist, um es dem Strahl zu ermöglichen, der durch das erste Rohr (11) übertragen wird, gestreut zu werden.

4. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionselement (23) ein bandartiges Element, das aus Quarzglas oder lichtdurchlässiger Keramik hergestellt ist, aufweist.

5. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium eine Flüssigkeit ist, dessen Brechungsindex näher demjenigen des ersten Rohres (11) ist.

6. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr (11) aus Quarzglas hergestellt ist und das Kühlmedium Wasser ist.

7. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Endelementen (12) flüssigkeitsdicht an beiden gegenüberliegenden Endöffnungen des ersten Rohres (11) derart vorgesehen sind, daß ein Zuführkanal (19) in einem dieser Endelemente zur Zuführung des Kühlmediums vorgesehen ist und ein Austragskanal (21) in dem anderen Endelement zum Austragen des dem ersten Rohr zugeführten Kühlmediums vorgesehen ist.

8. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrags- und Zuführkanäle (21, 19) so vorgesehen sind, daß das Kühlmedium durch das erste Rohr (11) zu fließen vermag, ohne daß irgendeine Luftschicht in dem ersten Rohr (11) gebildet wird.

9. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchflußwiderstand des Austragskanals (21) so gewählt ist, daß dieser größer als derjenige des Zuführkanals (19) ist.

10. Eine Festkörperlaservorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
ein erstes Rohr (11), das ein Festkörperlasermedium (14) aufnimmt und es einem Kühlmedium ermöglicht, durch dieses hindurchzufließen, um das Festkörperlasermedium zu kühlen;
ein zweites Rohr (31), das das erste Rohr (11) aufnimmt, wobei eine Flüssigkeit in einen Raum zwischen einer Innenwandoberfläche des zweiten Rohres (31) und einer Außenumfangsoberfläche des ersten Rohres (11) eingefüllt ist;
ein Halbleiterlaser (22), der um das zweite Rohr (31) herum und außerhalb von diesem angeordnet ist, zum Abgeben eines Strahls, der die ersten und zweiten Rohre (31, 11) durchläuft und das Festkörperlasermedium (14) optisch pumpt; und
ein Diffusionsmittel (23A), das in dem ersten Rohr angeordnet ist, um es einem von dem Halbleiterlaser (22) abgegebenen Laserstrahl zu ermöglichen, auf das Festkörperlasermedium (14) einzufallen.

11. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionsmittel eine Diffusionsoberfläche aufweist, die an mindestens einer von einer Innenwandoberfläche des ersten Rohres (11), einer Außenumfangsoberfläche des ersten Rohres (11) und einer Innenwandoberfläche des zweiten Rohres (31) gebildet ist, um eine Streuung des auf das Festkörperlasermedium (14) hin gerichteten Strahls zu ermöglichen.

12. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Brechungsindex des Kühlmediums, das durch das erste Rohr (11) fließt, von demjenigen einer Flüssigkeit unterscheidet, die in einen Raum zwischen dem ersten Rohr (11) und dem zweiten Rohr (31) gefüllt ist.

13. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionsmittel ein Diffusionselement (32) eines lichtdurchlässigen Materials aufweist, das zwischen dem ersten Rohr (11) und dem zweiten Rohr (31) derart vorgesehen ist, daß es auf einen optischen Weg des durch das erste Rohr (11) übertragenen Laserstrahls gesetzt wird, wobei jedes Element eine Diffusionsoberfläche (23B) aufweist, um eine Streuung der durch das erste Rohr (11) übertragenen Laserstrahlen zu ermöglichen.

14. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionselement (32) ein bandartiges Element, das aus Quarzglas oder lichtdurchlässiger Keramik hergestellt ist, aufweist und entlang einer axialen Richtung des Festkörperlasermediums (14) angeordnet ist.

15. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionsmittel Diffusionselemente eines lichtdurchlässigen Materials aufweist, die zwischen dem zweiten Rohr (31) und dem Festkörperlasermedium (14) derart vorgesehen sind, daß sie auf einen optischen Weg des durch das zweite Rohr (11) übertragenen Laserstrahls gesetzt werden, wobei jedes Element eine Diffusionsoberfläche (23B) aufweist, um eine Streuung der durch das zweite Rohr (31) übertragenen Laserstrahlen zu ermöglichen.

16. Eine Festkörperlaservorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionselement ein bandartiges Element aufweist, das aus Quarzglas oder lichtdurchlässiger Keramik hergestellt ist, und entlang einer axialen Richtung des Festkörperlasermediums (14) angeordnet ist.