DE19926299A1

DE19926299A1 - Upconversionlaser

Info

Publication number: DE19926299A1
Application number: DE1999126299
Authority: DE
Inventors: Andreas Tuennermann; Holger Zellmer
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-12-21

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 λ_PUMP zur Anregung von Laserlicht mit der Wellenlänge λ_LAS ausgelegten Resonator, der mindestens zwei den Resonator begrenzende Spiegel sowie eine Faser aufweist, deren Faserkern als ein für die Wellenlänge λ_LAS 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 λ_LAS 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 λ_LAS kleiner ist als λ_PUMP, 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 λ_LAS 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 n_A mit den Grenzen

λ_LAS/(2,607 × a)<n_A<λ_PUMP/(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 λ_LAS 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.

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 λ_LAS 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 J_n sondern auch die exponentiell abfallenden Bessel-Funktion K_n 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

2πa × n_A/λ<2,405,

wobei der Kernradius mit a die numerische Apertur n_A 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 n_A<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 λ_PUMP im Singelmodus betrieben werden, während höhere Moden des Laserlichts λ_LAS ausbreitungsfähig sind. Das führt dann aufgrund dieser Beziehung auf die folgende Ungleichung:

λ_LAS/(2,607 × a)<n_A<λ_PUMP/(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 λ_LAS ausschließlich die erste höhere transversale Mode ausbildet, wird die erste Nullstelle der Bessel-Funktion ersten Grades relevant. Dementsprechend lautet die dann gültige Ungleichung:

2πa × n_A/λ_LAS<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 n_A 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

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

1. Upconversionlaser (100, 200, 300) mit einem für Pumplicht einer Wellenlänge λ_PUMP zur Anregung von Laserlicht mit der Wellenlänge λ_LAS ausgelegten Resonator, der mindestens zwei den Resonator begrenzende Spiegel (109, 111) sowie eine Faser (104) aufweist, deren Faserkern als ein für die Wellenlänge λ_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, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserkern bei einem Radius a für eine numerische Apertur n_A mit den Grenzen
λ_LAS/(2,607 × a)<n_A<λ_PUMP/(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 λ_LAS 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 λ_LAS 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.