DE19926299A1 - Upconversionlaser - Google Patents
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Abstract
Bei einem Upconversionlaser (100, 200, 300) mit einem für Pumplicht einer Wellenlänge lambda¶PUMP¶ zur Anregung von Laserlicht mit einer Wellenlänge lambda¶LAS¶ ausgelegten Resonator, der mindestens zwei den Resonator begrenzende Spiegel (109, 111) sowie eine Faser (104) aufweist, deren Faserkern als ein für die Wellenlänge lambda¶LAS¶ laseraktives Material ausgebildet ist, wobei dieser Upconversionlaser (100, 200, 300) ferner mit einem zur Abstimmung des Resonators beweglichen, zwischen Faserende und einem Resonatorspiegel befindlichen dispersiven optischen Element (108) versehen ist, ist vorgesehen, daß der Faserkern bei einem Radius a für eine numerische Apertur n¶A¶ mit den Grenzen DOLLAR A lambda¶LAS¶/(2,607*a) < n¶A¶ < lambda¶PUMP¶/(2,607*a) DOLLAR A ausgelegt ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Upconversionlaser mit einem für Pumplicht einer
Wellenlänge λPUMP zur Anregung von Laserlicht mit der Wellenlänge λLAS ausgelegten
Resonator, der mindestens zwei den Resonator begrenzende Spiegel sowie eine Faser
aufweist, deren Faserkern als ein für die Wellenlänge λLAS laseraktives Material
ausgebildet ist, wobei dieser Upconversionlaser ferner mit einem zur Abstimmung des
Resonators beweglichen, zwischen Faserende und einem Resonatorspiegel befindlichen
dispersiven optischen Element versehen ist.
Derartige Upconversionlaser sind beispielsweise aus der US 5 617 244 bekannt. Durch
Anregung der Laserstrahlung eines Pumplasers wird ein sehr hochenergetischer Zustand
über Multiphotonenanregung besetzt, der beim Lasen unter Aussendung eines Photons
mit der Wellenlänge λLAS wieder in den Grundzustand zurückfällt. Dafür eignen sich vor
allen Dingen Seltenerddotierungen in einem Faserkern eines Faserlasers.
Wie aus dem dargestellten Mechanismus deutlich wird, ist ein Upconversionprozess vor
allen Dingen dadurch gekennzeichnet, daß λLAS kleiner ist als λPUMP, da die
Photonenenergie des besetzten Zustands wesentlich höher als die einem Einzelprozess zur
Verfügung stehende Energie der einzelnen Pumpphotonen ist. Bei derartigen Prozessen
ist es zweckmäßig, ausschließlich den gewollten hochenergetischen Prozess zur
stimulierten Emission einzusetzen. Deshalb sollte der Resonator möglichst genau
abgestimmt werden. Insbesondere ist dafür ein wellenselektiver Filter hilfreich, der auch
in einem Beispiel der US 5 617 244 vorgesehen ist und aus einer dreifach-
doppelbrechenden Struktur besteht. Die Abstimmung auf die gewünschte Linie erfolgt
dabei mittels eines beweglichen Resonatorspiegels.
Ferner sind abstimmbare Faserlaser gemäß der Electronics Letters Vol. 29, No. 8, S.
755-757 bekannt, bei denen aus dem Faserende austretende Strahlung mit einem
Mikroskopobjektiv kollimiert und auf den Resonatorspiegel fokussiert wird. Zwischen
Kollimator und Spiegel befindet sich ein spezieller dielektrischer Bandpass-Filter, dessen
Transmissionswellenlänge von dessen Winkel zur optischen Achse abhängt. Durch
Verkippen des Filters läßt sich der Faserlaser abstimmen. Ein Nachteil dieser Anordnung
besteht darin, daß sich die dielektrischen Filter nur über einen Bereich von wenigen
Nanometer abstimmen lassen. Zudem muß mit achromatischen Kollimatoren gearbeitet
werden, damit der Laserresonator für alle Wellenlängen stabil ist.
Aus Electronics Letters Vol. 31, No. 1, S. 37-38 sind Faserlaser mit Abstimmung mittels
Faser-Bragg-Gittern bekannt. Das Abstimmen erfolgt dabei durch mechanisches oder
thermisches Dehnen der Gitter. Ein Nachteil dieser Technik liegt vor allen Dingen in
dem dadurch geringen zur Verfügung stehenden Abstimmbereich. Außerdem lassen sich
beim heutigen Stand der Technik Bragg-Gitter nicht bei allen Faserarten praktisch
verwirklichen.
Zur Abstimmung wird ferner ein Dispersionsgitter vorgeschlagen, wie es aus dem
Artikel aus Conference on Lasers and Electro-Optics 1994, Anheim, CA, Technical
Digest (Optical Society of America, Washington DC, 1994), Paper CMK S. 38, bekannt
ist. Der Nachteil dieser Technik besteht in einem hohen Aufwand an Komponenten und
die Notwendigkeit einen achromatischen Kollimator verwenden zu müssen, um den
Laserresonator stabil zu halten.
Eine andere Möglichkeit ergibt sich durch die Verwendung von Dispersionsprismen, für
die allerdings die gleichen Nachteile wie für Dispersionsgitter gelten. Weiter gibt es
Ansätze, Akusto-Optische Modulatoren zur Abstimmung auf die Laserwellenlänge λLAS
einzusetzen, jedoch stellen sich auch diese Möglichkeiten als sehr aufwendig dar.
Bei derartigen Faserlasern will man allgemein eine höchstmögliche Strahlqualität
erreichen. Dies führt dazu, daß die Faser bezüglich des Faserradius sowohl für das
Laserlicht als auch das Pumplicht als Singelmodefaser ausgelegt wird.
Andererseits möchte man jedoch möglichst viel Pumpleistung in die Faser einstrahlen, da
die Konversionswahrscheinlichkeit mit der eingekoppelten Leistung quadratisch geht,
also bei geringen Leistungen nur eine geringe Konversion möglich ist, während bei
hohen Leistungen ein akzeptabler Konversionsgrad besteht. Insbesondere gibt es auch
eine Schwelle, oberhalb der der Prozeß erst wirkungsvoll einsetzt, so daß man auf hohe
Leistungen angewiesen ist.
Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, die Konversionswahrscheinlichkeit
anzuheben. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, Doppelkernfasern zu verwenden, wobei
Pumpleistung dann, damit mehr Fläche zur Einkoppelung vorhanden ist, in einen äußeren
Kern eingekoppelt wird. Durch die teilweise Streuung der Pumpstrahlung durch den
Kern hindurch kann der Laserstrahl dann effektiv angeregt werden. Durch entsprechende
geometrische Ausbildungen, beispielsweise mittels einem Anschliff am Kern, wie es in
der WO 97/129 29 beschrieben ist, wird der Wirkungsgrad drastisch erhöht, weil
dadurch jedes Pumpphoton öfter in den lasernden Kern eingestreut wird.
Die Herstellung von Doppelkernfasern ist jedoch aufwendig. Außerdem läßt sich die
erforderliche Pumpleistung zum Überschreiten der Schwelle nur unter technischen
Schwierigkeiten erreichen. Wünschenswert wäre es, ein anderes Verfahren zu finden, mit
dem die Konversionswahrscheinlichkeit, und damit die Effizienz für den Laserstrahl
geeignet erhöht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Upconversionlaser zu schaffen, der
gegenüber dem bekannten Stand der Technik eine erhöhte Konversion mit
vergleichsweise geringem Aufwand gestattet.
Die Aufgabe wird bei einem Upconversionlaser der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, daß der Faserkern bei einem Radius a für eine numerische Apertur nA mit den
Grenzen
λLAS/(2,607 × a)<nA<λPUMP/(2,607 × a)
ausgelegt wird.
In den angegebenen Grenzen arbeitet die Faser für die Pumpstrahlung im Singlemode,
während die Faser für die Laserstrahlung als Multimodefaser wirksam ist. Diese Lösung
scheint zunächst einfach zu sein, und es ist verwunderlich, daß die Fachleute bisher diese
Lösungen nicht erwogen haben. Das mag daran liegen, daß bei sehr hohen
Grundmodenanregungen zu erwarten ist, daß der Pumpstrahlungsbereich mit dem
Laserstrahlungsbereich aufgrund der Intensitätsverteilung der Schwingungsmoden gemäß
höherer Bessel-Funktionen transversal zur Faserachse nur wenig überlappt, wodurch die
Konversion entsprechend erniedrigt ist.
Unter anderem deshalb ist wesentlich, daß der Laserprozess nur für eine bestimmte
Mode selektiert wird. Dies wird mit dem aus dem Stand der Technik schon bekannten
dispersiven optischen Element durchgeführt, das beim bisherigen Stand der Technik für
ganz andere Zwecke, nämlich ausschließlich zur Wellenselektion und nicht zum Zweck
der Modenselektion eingesetzt worden ist.
Wie aus den vorigen Erläuterungen schon deutlich wurde, kommt es im wesentlichen auf
eine Gleichverteilung der Intensität im Kern an. Sie wird gemäß einer bevorzugten
Weiterbildung der Erfindung dadurch bewirkt, daß der Radius der Lichtleitfaser so
gering ausgelegt ist, daß sich abhängig von den Brechungsindizes von Kern und Mantel
für das Laserlicht mit der Wellenlänge λLAS ausschließlich der erste höhere transversale
Mode ausbildet.
Der durch diese Bedingung festgelegte Kernradius a ist durch die Nullstellen der ersten
beiden Bessel-Funktionen J0 und J1 mit einem am Mantel fortgesetzten nahezu
exponentiellen Abfall, beschrieben durch die Bessel-Funktionen K0 und K1, eindeutig
bestimmt. Die aus K0 und J0 bzw. J1 und K1 gebildeten Funktionen für die Grundmode
und den ersten Transversalmode hängen dabei von den Brechungsindizes des Kerns und
des Mantels ab. Diese Abhängigkeiten sind bekannt. Deshalb lassen sich durch die
bekannten Approximationsmethoden für die jeweilige Materialwahl geeignete Grenzen
bestimmen. Derartige Rechnungen zur Bestimmung des Kernradius a aus dieser
Bedingung sind dem Fachmann bekannt und müssen hier nicht im einzelnen ausgeführt
werden.
Wie vorstehend schon dargestellt wurde, ist bei der Erfindung bezüglich des dispersiven
Elements vor allem auf eine gute Wellenlängenselektivität zu achten. Derartige Beispiele
wurden einleitend schon genannt. Jedoch sollte gerade bei hoher Wellenlängenselektivität
zur Auswahl der geeigneten Moden auch eine gute Justiergenauigkeit ermöglicht werden.
Auf diese Eigenschaft sind vor allen Dingen die nachfolgenden Weiterbildungen der
Erfindung gerichtet.
Insbesondere ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das dispersive
optische Element mindestens ein fokussierendes Element, wie eine Linse, aufweist.
Aufgrund der dadurch bewirkten Fokussierung auf einen Spiegel des Resonators läßt sich
der Upconversionlaser mit einfachen Mitteln über einen großen Spektralbereich
abstimmen. Diese Lösung ist wesentlich einfacher als diejenigen, die gemäß dem
eingangs genannten Stand der Technik bekannt sind. Insbesondere ermöglicht diese
Weiterbildung auch eine einfache Selektion einer von mehreren Laserlinien. Dabei ist die
erforderliche Justiergenauigkeit auch wesentlich höher als bei anderen dispersiven Filtern
wie dielektrischen Schichtsystemen. Aufgrund der Abhängigkeit der Filtereigenschaften
von der Brennweite des fokussierenden Elements läßt sich die Einstellgenauigkeit deshalb
nahezu beliebig vergrößern.
Diese Eigenschaften werden im wesentlichen noch durch die nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispiele deutlicher werden:
Wie aus der vorstehenden Diskussion schon deutlich wurde, kommt es vor allen Dingen darauf an, eine hohe Dispersion zu erzeugen. Deswegen ist es gemäß einer weiterführenderen Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn das fokussierende Element für eine Fokussierung aufgrund von Beugung ausgelegt ist und es insbesondere ein Hologramm, eine binäre Optik und eine Fresnel-Linse enthält.
Wie aus der vorstehenden Diskussion schon deutlich wurde, kommt es vor allen Dingen darauf an, eine hohe Dispersion zu erzeugen. Deswegen ist es gemäß einer weiterführenderen Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn das fokussierende Element für eine Fokussierung aufgrund von Beugung ausgelegt ist und es insbesondere ein Hologramm, eine binäre Optik und eine Fresnel-Linse enthält.
Aufgrund der Beugung entstehen sehr große Ablenkwinkel in Abhängigkeit der
Wellenlänge. Dies führt dazu, daß die Abstimmung auf eine Mode im Multimodus der
Faser besonders selektiv ist.
Gemäß einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß
das fokussierende Element axial verschiebbar zu dem Faserende angeordnet ist. Hiermit
unterscheidet sich die Erfindung in dieser Weiterbildung vom Stand der Technik
dadurch, daß keine rotierende Bewegung zur Einstellung verwendet wird, sondern eine
rein translatorische. Eine Verschiebung kann zwar mit ähnlich geringem Aufwand wie
eine Drehung verwirklicht werden, jedoch zeichnet sie sich demgegenüber dadurch aus,
daß bei der Abstimmung eine größere Gleichmäßigkeit bezüglich der Wellenlänge
gegeben ist.
Das gleiche gilt für eine andere Weiterbildung der Erfindung, bei der vorgesehen ist, daß
das fokussierende Element relativ zu dem auf der gleichen Seite der Faser liegenden
Resonatorspiegel verschiebbar angeordnet ist.
Eine weitere Verbesserung bezüglich der Wellenlängenselektivität wird gemäß einer
vorzugsweisen Weiterbildung dadurch erreicht, daß zwischen Resonatorspiegel und
Faserende ein wellenlängenselektiver Filter für die Wellenlänge λLAS vorgesehen ist.
Eine hohe Wellenlängenselektivität wird insbesondere dann erreicht, wenn der
wellenlängenselektive Filter ein Fabry-Perot-Filter oder ein sogenanntes Fabry-Perot-
Êtalon ist, also nach Art eines Fabry-Perot-Interferometers im wesentlichen aus zwei
parallelen teildurchlässigen Spiegeln besteht.
Bei einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß
zwischen Faserende und Resonatorspiegel ein Polarisator vorgesehen ist.
Dann kann auf einfache Weise ein polarisierter Laserstrahl erzeugt werden. Die
Anordnung eines Polarisators innerhalb des Resonators ist wesentlich günstiger als wenn
ein Polarisator nachträglich außerhalb des Lasers vorgesehen wird, da man damit eine
höhere Energie im polarisiertem Laserstrahl gewinnt.
Die folgenden Weiterbildungen der Erfindung beziehen sich im wesentlichen auf einem
einfachen Aufbau bezüglich der Ein- und Auskoppelung von Licht bei den
erfindungsgemäßen Upconversionlasern. Dabei ist einmal vorgesehen, daß das Pumplicht
auf der dem dispersiven optischen Element gegenüberliegenden Ende der Faser
eingekoppelt ist. Ferner ist es äußerst zweckmäßig, wenn das Laserlicht auf der dem
dispersiven optischen Element gegenüberliegenden Ende der Faser ausgekoppelt ist.
Insbesondere wird ein dichroitischer Strahlteiler, wenn das Laserlicht auf der gleichen
Seite eingekoppelt wird, auf der auch das Laserlicht ausgekoppelt wird, für die Trennung
von Laserlicht und Pumplicht vorgesehen.
Weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel.
Die Leitung von Licht in Lichtleitfasern, wie sie in den folgenden drei
Ausführungsbeispielen zur Anwendung kommt, ist prinzipiell der Ausbreitung von
elektrischen Wellen in einem Hohlraum ähnlich, wie sie beispielsweise in dem Buch
"Mathematical methods for physicists", Georg Arfken, Academic Press Inc.,
International Edition, New York, 1970, Seite 485ff, beschrieben ist. Die dort
dargestellten Rechnungen sind für den hier interessierenden Anwendungsfall allerdings
sehr vereinfacht, da sie von eine Begrenzung der Welle durch eine feste Wand ausgehen,
was bei Lichtleitfasern nicht der Realität entspricht.
Wegen des exponentiellen Abfalls im Mantel müssen bei Lichtleitfasern nicht nur die
Bessel-Funktionen Jn sondern auch die exponentiell abfallenden Bessel-Funktion Kn
mit den entsprechenden Stetigkeitsbedingungen an der Grenzfläche Kern-Mantel
berücksichtigt werden. Das Prinzip ist aber schon aus den vereinfachten Rechnungen in
dem angegebenen Buch verständlich:
Dementsprechend sind für die verschiedenen Moden die Nullstellen der Bessel-Funktio nen wesentlich. D. h. für den Singelmodus die erste Nullstelle die Bessel-Funktion J0 und für den ersten Transversalmodus die erste Nullstelle der Bessel-Funktion J1. Aus den Rechnungen folgt in der entsprechenden Vereinfachung, daß der Singlemode dann gegeben ist, wenn
Dementsprechend sind für die verschiedenen Moden die Nullstellen der Bessel-Funktio nen wesentlich. D. h. für den Singelmodus die erste Nullstelle die Bessel-Funktion J0 und für den ersten Transversalmodus die erste Nullstelle der Bessel-Funktion J1. Aus den Rechnungen folgt in der entsprechenden Vereinfachung, daß der Singlemode dann gegeben ist, wenn
2πa × nA/λ<2,405,
wobei der Kernradius mit a die numerische Apertur nA und die Wellenlänge des Lichtes
mit λ bezeichnet sind.
Die angegebene Grenze von 2,405 ist dabei die erste Nullstelle der Bessel-Funktion J von
Grad 0. Das bedeutet in dieser Approximation, daß die numerische Apertur der Faser
nA<λ/(2,607 × a) sein muß, damit die Faser bei entsprechender Wellenlänge λ als
Singelmodefaser arbeitet.
Bei den hier interessierenden Upconversionlasern soll die Faser für die Pumpwellenlänge
λPUMP im Singelmodus betrieben werden, während höhere Moden des Laserlichts λLAS
ausbreitungsfähig sind. Das führt dann aufgrund dieser Beziehung auf die folgende
Ungleichung:
λLAS/(2,607 × a)<nA<λPUMP/(2,607 × a)
Bei einer weiteren Einschränkung, nämlich daß der Radius der Lichtleitfaser so gering
ausgelegt ist, daß sich abhängig von dem Brechungsindex vom Kernmaterial für das
Laserlicht mit der Wellenlänge λLAS ausschließlich die erste höhere transversale Mode
ausbildet, wird die erste Nullstelle der Bessel-Funktion ersten Grades relevant.
Dementsprechend lautet die dann gültige Ungleichung:
2πa × nA/λLAS<3,818317,
wobei die Grenze die erste Nullstelle der ersten Bessel-Funktion J1 ist.
Die genannten Zahlenangaben beziehen sich natürlich auf die oben genannte
Approximation und müssen gegebenenfalls noch durch die Brechungsindizes des Mantels
und des Kerns einer Lichtleitfaser modifiziert werden.
Bei den folgenden Ausführungsbeispielen ist die Lichtleitfaser bezüglich der numerischen
Apertur nA und dem Radius a folgendermaßen ausgelegt: Der Kern ist vorwiegend mit
Seltenen Erden, beispielsweise Neodym, Erbium, Holmium, Thulium, Ytterbium oder
Kombinationen von diesen dotiert. Als Materialien für die aktive Phase sind alle üblichen
laseraktiven Fasern aus beispielsweise Quarzglas, ZBLAN-Fluoridglas, Chalkogenitglas,
Phosphatglas oder Schwermetalloxidglas geeignet.
Folgende Abmessungen der Lichtleitfaser werden für derartige Materialien und
Dotierstoffe bevorzugt:
Radius des aktiven Kerns ca. 1 µm-10 µm
Länge der Faser ca. 10 cm-50 m
Radius des aktiven Kerns ca. 1 µm-10 µm
Länge der Faser ca. 10 cm-50 m
In den folgenden Figuren der dargestellten Ausführungsbeispiele sind gleiche Merkmale
durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Faserlasers 100 der genannten Art gezeigt.
Dieser besteht aus einer Pumplichtquelle 101, vorzugsweise einer Laserdiode, deren
Strahlung über eine Koppeloptik 103 für das Pumplicht 102 in eine aktive Lichtleitfaser
104 eingekoppelt wird. Die Laserstrahlung 107 tritt aus dem der Laserdiode
abgewandten Faserende 106 aus und wird mit einer Linse 108 auf einen zweiten
Resonatorspiegel 111 fokussiert. Aufgrund der Dispersion der Linse 108, liegt der Fokus
je ihrer Stellung oder des zweiten Resonatorspiegels 111 nur für eine bestimmte
Wellenlänge 109 auf dem Resonatorspiegel 111. Die Wellenlängenselektion erfolgt
dadurch, daß der Resonator des Faserlasers nur auf die Laserstrahlung einer bestimmten
Wellenlänge abgestimmt ist, die einen Fokus genau auf dem Resonatorspiegel 111 hat.
Prinzipiell kann hier nicht nur eine einzige Linse 108 als fokussierendes Element
eingesetzt werden, sondern auch mehrlinsige Linsensysteme.
Die höchste Dispersion erreicht man ferner bei fokussierenden Elementen, die für eine
Fokussierung aufgrund von Beugung ausgelegt sind. Dies sind insbesondere
Hologramme, binäre Optiken oder Fresnel-Linsen, wobei unter einer Fresnel-Linse eine
Linse mit der bekannten fresnelschen Zonenkonstruktion gemeint ist. Prinzipiell könnte
der Spiegel 111 auch gekrümmt sein, wobei statt der axialen Bewegung, die in Fig. 1 mit
Hilfe von Pfeilen angedeutet ist, auch eine transversale Bewegung oder eine Kippung
eine ähnliche Funktionsweise für die Wellenlängenselektion erzeugen würde.
Als Linse 108 ist vor allen Dingen auch eine Gradientenindexlinse geeignet, d. h. eine
Linse, die auf der optischen Achse einen größeren Brechungsindex als am Rand aufweist,
denn eine derartige Linse weist ebenfalls eine hohe Dispersion und damit eine große
Wellenlängenselektivität auf.
Bei praktischen Versuchen hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die
Brennweite der Linse 108 in der Größenordnung von 1 mm bis 50 mm beträgt und der
Abstand des zweiten Resonatorspiegels 111 von der Linse 108 ungefähr 1 mm bis 50 mm
ist. Die zur Abstimmung zweckmäßige axiale Verschiebung wird im Beispiel von Fig. 1
durch Befestigung an einem Piezotranslator 113 mittels eines geeigneten Halters 114
vorgesehen. In Fig. 2 ist die Ausbildung eines erfindungsgemäßen Faserlasers 200
gezeigt, die sich von dem. Ausführungsbeispiel von Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß
zwischen dem Faserende 106 und dem zweiten Resonatorspiegel 111, in der Zeichnung
zwischen der faserendseitigen Linse 108 und dem zweiten Resonatorspiegel 111, ein
weiterer dispersiver Filter 213 angeordnet ist, der eine weitere spektrale Einengung des
Lasers bewirkt. Insbesondere ist dafür ein Filter 213 nach Art des Fabry-Perot-
Interferometers, beispielsweise ein Fabry-Perot-Êtalon, geeignet, der eine besonders
schmalbandige spektrale Einengung erlaubt.
Außerdem ist in Fig. 2 ein Polarisator 214 gezeigt, der im Ausführungsbeispiel als
Brewsterplatte ausgeführt ist und der dazu verwendet wird, linear polarisierte
Laserstrahlung zu erzeugen.
In Fig. 3 ist die Ausbildung eines Faserlasers 300 gezeigt, die sich von dem in Fig. 1
gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß die Laserstrahlung nicht durch
den zweiten Resonatorspiegel 111 ausgekoppelt wird, sondern auf derjenigen Seite auf
der sich auch die Pumpquelle 101 befindet, also durch den ersten Resonatorspiegel 105.
Dann wird als zweiter Resonatorspiegel 111 vorzugsweise ein hochreflektierender
Spiegel verwendet.
Die Strahlung 102 der Laserdiode 101 wird über eine Linsengruppe 103a und 103b durch
den ersten Resonatorspiegel 105 in die aktive Faser 104 eingekoppelt. Die Linse 103b,
vorzugsweise ein achromatisches Linsensystem, dient dabei gleichzeitig zum Kollimieren
der Laserstrahlung 312, die dem Pumplicht 102 entgegenläuft. Die Laserstrahlung 312
wird vom Pumplicht 102 mit Hilfe eines dichroitischen Strahlteilers 313 getrennt.
Diese genannten Eigenschaften zeigen beispielhaft, mit wie vielen Möglichkeiten die
Erfindung verwirklicht werden kann. Wesentlichstes Element der Erfindung ist dabei
aber, daß die Faser für die Pumpstrahlung im Singlemode und für die ausgekoppelte
Laserstrahlung im Multimode betrieben wird.
Claims (12)
1. Upconversionlaser (100, 200, 300) mit einem für Pumplicht einer Wellenlänge
λPUMP zur Anregung von Laserlicht mit der Wellenlänge λLAS ausgelegten
Resonator, der mindestens zwei den Resonator begrenzende Spiegel (109, 111)
sowie eine Faser (104) aufweist, deren Faserkern als ein für die Wellenlänge λLAS
laseraktives Material ausgebildet ist, wobei dieser Upconversionlaser (100, 200,
300) ferner mit einem zur Abstimmung des Resonators beweglichen, zwischen
Faserende und einem Resonatorspiegel befindlichen dispersiven optischen
Element (108) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserkern bei einem
Radius a für eine numerische Apertur nA mit den Grenzen
λLAS/(2,607 × a)<nA<λPUMP/(2,607 × a)
ausgelegt ist.
λLAS/(2,607 × a)<nA<λPUMP/(2,607 × a)
ausgelegt ist.
2. Upconversionlaser (100, 200, 300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Radius der Lichtleitfaser so klein ausgelegt ist, daß sich abhängig von den
Brechungsindizes von Kern und Mantel für das Laserlicht mit der Wellenlänge
λLAS ausschließlich der erste höhere transversale Mode ausbildet.
3. Upconversionlaser (100, 200, 300) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das dispersive optische Element (108) mindestens ein
fokussierendes Element (108), wie eine Linse und insbesondere eine
Gradientenindexlinse, aufweist.
4. Upconversionlaser (100, 200, 300) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das fokussierende Element (108) für eine Fokussierung aufgrund von
Beugung ausgelegt ist und es insbesondere ein Hologramm, eine binäre Optik
oder eine Fresnel-Linse enthält.
5. Upconversionlaser (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das fokussierende Element (108) axial verschiebbar zu dem
Faserende angeordnet ist.
6. Upconversionlaser (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das fokussierende Element (108) relativ zu dem auf der
gleichen Seite der Faser (104) liegenden Resonatorspiegel verschiebbar
angeordnet ist.
7. Upconversionlaser (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen Resonatorspiegel und Faserende ein
wellenlängenselektiver Filter (213) für die Wellenlänge λLAS vorgesehen ist.
8. Upconversionlaser (100, 200, 300) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der wellenlängenselektive Filter (213) ein Fabry-Perot-Filter ist.
9. Upconversionlaser (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen Faserende und Resonatorspiegel ein Polarisator
vorgesehen ist.
10. Upconversionlaser (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Pumplicht auf der dem dispersiven optischen Element
(108) gegenüberliegenden Ende der Faser (104) eingekoppelt ist.
11. Upconversionlaser (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Laserlicht auf der dem dispersiven optischen Element
(108) gegenüberliegenden Ende der Faser (104) ausgekoppelt ist.
12. Upconversionlaser (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Laserlicht auf der gleichen Seite eingekoppelt ist, auf der
auch das Laserlicht ausgekoppelt ist und für die Trennung von Laserlicht und
Pumplicht ein dichroitischer Strahlteiler (313) vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
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DE1999126299 DE19926299A1 (de) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | Upconversionlaser |
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ID=7910679
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1999126299 Ceased DE19926299A1 (de) | 1999-06-09 | 1999-06-09 | Upconversionlaser |
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