DE2331815A1

DE2331815A1 - Laseranordnung

Info

Publication number: DE2331815A1
Application number: DE2331815A
Authority: DE
Inventors: Ronald Benjamin Chesler
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1972-06-26
Filing date: 1973-06-22
Publication date: 1974-01-17
Also published as: JPS4952596A; GB1373336A; JPS5541036B2; FR2191310B1; US3753145A; FR2191310A1; CA992189A

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEM & KRAMER

PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHZN

DIPL-ING. P. G. BLUMBACH · DIPL-PHYS. Dr. V/. WESER · DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN ■ DIPL-ING. R. KRAMER

62 WIESBADEN . SONNENBERGER STRAS3E 4J · TEL. (06121) 562943, 5619 98 MÖNCHEN

WESTERN ELECTRIC COMPANY Chesler 4

Incorporated

NEW YORK, N. Y. 10007 USA Laseranordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laseranordnung mit einer Laserstab als stimulierbarem Medium und einer inkohärenten optischen Strahlungsquelle zum Anregen des Stabes zu stimulierter Emission, wobei die Quelle gegenüber dem Stab so angeordnet ist, daß die Anregungsstrahlung durch die eine Stirnfläche des Stabes in denselben eintritt und die kohärente optische Ausgangs strahlung den Stab durch dessen andere Stirnfläche verläßt.

In der U. S. -Patentschrift Nr. 3 624 545 wird ein Laserstab aus neodymdotiertem Yttriumaluminiumgranat (Nd:YAG-Laserstab) beschrieben, der durch eine Reihe von Hilfs-Halbleiterlaser als Anregungsquellen seitlich optisch angeregt wird. Mit seitlicher optischer Anregung

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ist gemeint, daß die von den Strahlungsquellen ausgehende Anregungsstrahlung durch eine Seitenfläche (sidewall) des Laserstabes in diesen eintritt. Hingegen wird die Laserausgangsstrahlung durch eine Austritts-Stirnfläche des Laserstabes emittiert. Um jedoch einen optimalen Ausgangswirkungsgrad zu erreichen, ist es erforderlich, daß der Durchmesser des NdrYAG-Laserstabes einer solchen seitlich angeregten NdrYAG-Laseranordnung etwa 5 mm beträgt (die Absorptionslänge des. Bandes der stärksten optischen Anregung, zentriert bei etwa 8050 A ). Deshalb beträgt die Länge eines solchen NdrYAG-Laserstabes in der Regel wenigstens etwa 50 mm, um ein vernünftiges Verstärkungs-Dämpfungs-Verhältnis (und deshalb Ge samt wirkungsgrad der Laseremission) aufrechtzuerhalten.

Folglich würde es wünschenswert sein, einen optisch angeregten Nd;YAG-Laserstab kompakter auszuführen. Außerdem ist die Lebensdauer einer NdrYAG-Laseranordnung, die durch Hilfs-Halbleiterlaser angeregt wird, wegen der begrenzten Lebensdauer der als Anregungsquellen dienenden Halbleiterlaser typischerweise auf 100 Stunden oder weniger eingeschränkt. Es würde deshalb

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außerdem wünschenswert sein, eine kompaktere Nd:YAG-Laseranordnung zu besitzen, die durch Quellen, von denen eine optische Anregungsstrahlung ausgeht, stimuliert werden können, deren Lebensdauer speziell im Dauerstrichbetrieb (CW-op er ation) größer als die Lebensdauer von als Anregungsquellen dienenden Halbleiterlasern ist.

Zur Lösung des angesprochenen Problemkreises geht die Erfindung von einer Laseranordnung der eingangs genannten Art aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle dergestalt optisch an den Stab gekoppelt und gegenüber diesem angeordnet ist, daß die größte Querschnittsfläche der inkohärenten optischen Strahlung, die sich von der Quelle zu der einen Stirnfläche des Stabes fortpflanzt, nirgendswo größer als die größte Querschnittsfläche des Stabes ist.

Die Zeichnung zeigt" im Querschnitt eine erfindungsgemäße Festkörper-Laseranordnung und ist nicht maßstäblich dargestellt.

Erfindungsgemäß werden verhältnismäßig langlebige inkohärente optische Strahlungsquellen wie etwa lichtemittierende Halbleiter-

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dioden verwendet, um einen NdrYAG-Laserstab anzuregen. Der Laserstab ist an seinen beiden Stirnseiten mit geeigneten reflektierenden Schichten versehen, um einen optischen Resonator zu bilden. Dieser Laserstab wird durch inkohärente optische Strahlung, die von einer oder mehreren lichtemittierenden Dioden (LED-Dioden) ausgeht, stirnseitig angeregt. Mit stirnseitiger Anregung ist gemeint, daß die Anregungsstrahlung durch eine Stirnfläche in den Laserstab eintritt, die sich gegenüber der Austritts-Stirnfläche befindet, durch die die Laserausgangsstrahlung des Laserstabes emittiert wird. Die Gesamtlänge der ganzen Laseranordnung einschließlich ihrer Wärmesenken kann in dieser Anordnung mit Stirnflächenanreguhg kleiner als 10 mm gemacht werden. In dieser an der Stirnfläche angeregten Anordnung wird die größte Querschnittsfläche der Anregungs-LED(oder die größte Querschnittsfläche einer Reihe solcher Anregungs-LED's) gleichgroß oder kleiner als die größte Quer Schnitts fläche des Laserstabes gewählt. So entsteht nicht nur eine kompaktere Ge samt anordnung, sondern es wird gleichzeitig ein hoher Wirkungsgrad der optischen Kopplung der von der Strahlungsquelle zum Laserstab emittierten

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Anregungsstrahlung aufrechterhalten.

Um physische Kompaktheit und einen Wirkungsgrad der optischen Kopplung zustande bringen zu helfen, wird die Anregungs-LED vorteilhafterweise kompakt optisch an den Laserstab gekoppelt, in dem die größte Querschnittsfläche der Kopplungsanordnung (optische Kopplungszone) zwischen der Anregungs-LED und dem Laserstab dieselbe (oder kleiner) wie (als) die größte Querschnittsfläche des Laserstabes ist. Spezieller ausgedrückt, ist dieser Kopplungszonenquerschnitt überall durch den Querschnitt des Teiles der optischen Strahlung bestimmt, die sich zwischen der Anregungs-LED und dem Laserstab fortpflanzt, ohne daß dabei irgendwelche Kollimationsfehler auftreten oder dazu Linsen benötigt werden. Eine derartige optische Kopplungszone kann speziell ein einfacher Hohlzylinder mit spiegelnd reflektierenden Zylinderwänden sein, die denselben Durchmesser wie der Laserstab haben. Wenn man jedoch ausreichend starke Anregungsquellen verwendet und einen geringeren Wirkungsgrad der optischen Kopplung inkauf nimmt, können die Wände eines solchen Zylinders fortgelassen werden, so daß nur der Zwischenraum zwischen der Anregungsquelle und dem Laserstab als Kopplungsanordnung

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oder -zone dienen kann. Im allgemeinen sollte der Brechungsindex jedoch in einem Bereich der Kopplungszone (der im wesentlichen gleich oder größer als die Hälfte der Kopplungszone sein kann) für die Ausgangsstrahlung zwischen der Anregungsquelle und dem Laserstab einen Betrag haben, der nicht größer als der des Br echungsindexes für den Laserstab ist.

Erfindungsgemäß ist ferner die Größe des Querschnittes an der Stelle der Anregungseingangsseite wichtig, an welcher der Brechungsindex nicht größer als der des Laserstabes wird. Ein zu großer Querschnitt an der zuvor erwähnten Stelle der Kopplungszone bewirkt eine unerwünschte Verminderung des Wirkungsgrades der optischen Kopplung zwischen der Anregungsquelle und dem Laser stab.· Ein zu kleiner Querschnitt bewirkt eine geringere Anregungsenergiedichte in dem Laserstab. Deshalb wird die Querschnittsfläche der Kopplungszone an der Stelle der Anregungseingangsseite im wesentlichen gleich der Querschnittsfläche der Eintritts-Stirnseite des Laserstabs gemacht.

Der Laserstab kann zusammen mit der Anregungs-LED- und der Kopplungsanordnung als eine Baueinheit auf eine im Handel

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erhältliche Trockenzellenbatterie aufgesetzt werden, die der Anregungs-LED elektrische Energie liefert. Dadurch erhält man ein netzunabhängiges tragbares Festkörper-Lasergerät.

Wie in der Zeichnung dargestellt wird, weist ein Lasergerät 10 einen kreiszylindrischen Laserstab 11 auf, dessen Zylinderwand 11. 5 mit einer spiegelnden Reflexionsschicht 11.1 überzogen ist. Die Stirnflächen 11. 2 und 11. 3 des Laserstabes 11 sind mit geeigneten dielektrischen Spiegel schichten 12 und 13 überzogen, die zwischen den Stirnflächen des Laserstabes einen Resonator zur Stimulierung der kohärenten Laserausgangsstrahlung 19 bilden. Die Stirnflächen 11. 2 und 11. 5 des Laserstabes 11 sind gekrümmt, um in der Laserstrahlung den gewünschten Transversalmode aufzubauen. Eine Wärmesenke 14 umgibt die spiegelnd reflektierende Schicht 11.1 auf der zylindrischen Außenfläche des Laser stabes 11. Eine Halbleiter-LED 15 dient als inkohärente optische Strahlungsquelle zum Anregen des Laserstabes 11 zu stimulierter Emission. Um eine bessere optische Kopplung der Strahlung zwischen der Halbleiter-LED 15· und dem

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Laser stab 11 zu erreichen, ist die Halbleiter-LED 15 (ausgenommen an ihrer nach rechts weisenden Oberfläche) von einer transparenten Kuppe 15. 5, die einen geeigneten Brechungsindex aufweist, umgeben. Die von der Halbleiter-LED 15 emittierte optische Anregungsstrahlung ist auf den Laserstab 11 gerichtet und durchläuft auf dem Wege dorthin die Kuppe 15. 5 und ein transparentes Kopplungsglied 16 zwischen der 15. 5 und dem dielektrischen Spiegel 13. Die Außenfläche des Kopplungsgliedes 16 ist mit einer spiegelnd reflektierenden Schicht 16. 5 überzogen . Eine metallische Wärmesenke 17, die die Halbleiter-LED 15 an ihrer rechten Oberfläche berührt, leitet die von der Halbleiter-LED 15 erzeugte Wärme ab.

Eine Batterie 18 oder andere Gleichstromquelle wird wahlweise über einen Schalter 18. 5 zugeschaltet, um elektrische Energie zur Anregung der Halbleiter-LED 15 zu liefern. Die nun von der Halbleiter-LED 15 emittierte optische Anregungs strahlung pflanzt sich durch die Kuppe 15. 5, das Kopplungsglied 16 und den dielektrischen Spiegel 13 in den Laser stab fort, wo die Anregungs strahlung absorbiert wird. Wegen der kohärenten

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Strahlungsprozesse, die durch die von der Halbleiter-LED 15 emittierte und den dielektrischen Spiegel 13 eintretende inkohärente optische Eingangsstrahlung im Laserstab 11 stimuliert werden, wird kohärente Laserausgangsstrahlung durch den dielektrischen Spiegel 12 emittiert. Deshalb wird der dielektrische Spiegel 13 als der Eingangsspiegel und der dielektrische Spiegel 12 als der Ausgangsspiegel bezeichnet. Die Batterie 18 kann eine gewöhnliche, im Handel erhältliche Trockenzellenbatterie sein, auf die die ganze Anordnung, die den Laserstab 11 und seine Wärmesenke 14 zuzusammen mit der Halbleiter-LED (oder einer Reihe von Halbleiter-LED*n) und ihrer Wärmesenke 17 sowie der ihr zugeordneten Kuppe 15. 5 und zusammen mit dem Kopplungsglied 16 umfaßt, als eine Baueinheit aufgebracht werden kann. Das ganze Lasergerät kann einschließlich seiner Wärmesenken und Energiequelle vollkommen netzunabhängig und leicht tragbar ausgeführt werden.

Die Länge des Laser Stabes 11 kann so ausgebildet werden, daß mindestens etwa die Hälfte der von der Halbleiter-LED

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emittierten Anregungsstrahlung in zwei Durchläufen längs des Laserstabes 11 (d.h. einem kompletten Hin- und Rücklauf) absorbiert werden könnte . Also sollte der Laserstab 11 für eine über das Anregungsband gemittelte Anregungs strahlung eine Länge in der Größenordnung der Absorptionslänge haben. Der Laserstab 11 kann eine kreiszylindrische Form mit einem Durchmesser haben, der kleiner (oder gleich) als die Laserstablänge ist, was vom Durchmesser der Halbleiter -LED (Reihe von Halbleiter-LED'n) und von der Energie der gewünschten Laserausgangs strahlung abhängig ist.

Die dielektrische Ausgangsspiegel schicht 12 ist typischerweise eine dielektrische Mehrlagenschicht, die im wesentlichen die ganze von der Halbleiter-LED 15 emittierte Anregungsstrahlung selektiv reflektiert und einige Zehntel von einem Prozent oder mehr der kohärenten Strahlung durchläßt, die im Laserstab 11 stimuliert wird. Andererseits läßt die dielektrische Spiegelschicht 13 wenigstens etwa 80% oder mehr der von der Halbleiter-LED 15 emittierten inkohärenten Anregungsstrahlung durch und reflektiert im wesentlichen die

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gesamte bei der Laserwellenlänge des Laser Stabes 11 gebildete kohärente Strahlung.

Die Kuppe 15. 5 ist in der Regel halbkugelförmig und hat etwa denselben Durchmesser wie der Laserstab 11. Um die inneren Reflektionsverluste zu vermindern, sollte die Kuppe 15. 5 aus einem Material mit einem Brechungsindex bestehen, der ungefähr derselbe wie oder etwas kleiner als der Brechungsindex der Emissionsoberfläche der Halbleiter-LED 15 und größer als der Brechungsindex des Laserstabes 11 bei der Anregungswellenlänge ist. Die Halbleiter-LED 15 sollte bezüglich der Kuppe 15. 5 zentrisch in der Ebene senkrecht zur Achse des zylin drischen Laserstabes 11 angeordnet sein.

Die Durchmesser des Kopplungsgliedes 16, des Laserstabes 11' und der Kuppe 15. 5 können im wesentlichen dieselben sein. Um einen Wirkungsgrad der optischen Kopplung zu erreichen, kann das Kopplungsglied 16 aus einem Material mit einem Brechungsindex sein, der kleiner ist als oder ungefähr derselbe wie der des Laserstabes 11. Die Länge des Kopplungsgliedes beliebig gewählt werden. Um jedoch eine insgesamt größere■> Kompaktheit zu erreichen, braucht diese Länge nicht größer

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als für die Verbindung der Kuppe 15. 5 mit dem dielektrischen Spiegel 13 mittels eines Kopplungsmediums unbedingt nötig, gewählt zu werden. Das Kopplungsglied bewirkt auch eine thermische Isolation zwischen der LED 15 und dein Laserstab 11.

Die Anregungs-LED 15 wird so ausgewählt, daß sie eine inkohärente optische Anregungsstrahlung in einem spektralen Bereich erzeugt, der das Material des Laserstabes 11 geeignet zur Laserwirkung anregt. Um außerdem eine zu weit gehende Emittierung von nicht-verwertbarer Anregungsstrahlung zu vermeiden, ist die größte lineare Abmessung der Anregungs-LED 15 (senkrecht zur Achse des zylindrischen Laserstabes 11) so gewählt, daß sie gleich dem Durchmesser der Kuppe 15. 5_f oder kleiner als dieser ist. Spezieller ausgedrückt, ist es vorteilhaft, daß der größte Durchmesser des lichtemittierenden Teils der Anregungs-LED 15 (oder einer Reihe solcher Anregungs-LED'n) senkrecht zur Achse des zylindrischen Laserstabs 11 gleich dem Durchmesser des Laserstabes 11 multiplizeiert mit dem Verhältnis der Brechungsindizes des Materials der an die Kuppe angrenzenden Kopplungszone und der Kuppel5. 5 (inn Wellenlängenanregungsband).

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Die Anregungs-LED 15 (oder eine Reihe der Anregungs-LED 15) sollte keinen geringeren Durchmesser als den genannten haben, um im Laserstab 11 die höchste optische Anregungsenergiedichte zu erhalten. Sie sollte aber auch keinen größeren Durchmesser haben, um die effizienteste optische Kopplung zwischen der Anregungsquelle und dem Laserstab zu ermöglichen. Falls eine Reihe von Anregungs-LED vorliegt, sollte jede Diode ihre eigene separate Kuppe haben, deren Gesamtquerschnitt mit der rechtsseitigen Eingangs-Stirnfläche des Laserstabes 11 übereinstimmt. Jede Kuppe kann eine Einzeldiode oder irgendein Teil der in einer Reihe angeordneten Dioden ausweisen. Außerdem kann das Verhältnis des Querschnittes jeder Kuppe, in der sich eine, viele oder sämtliche Dioden befinden, zum maximalen Querschnitt der Diode (oder Reihe von Dioden), die sich in jeder Kuppe befindet, im Band der Anregungswellenlängen gleich dem Verhältnis des Brechungsindex der Kuppe zum Brechungsindex der der Kuppe benachbarten Kopplungszone gemacht werden, um die optischen Übertragungsverluste zu minimalisieren.

Die von dei- Anregungs-LED 15 emittierte und durch die Kuppe 15. und Kopplungsanordnung 16 übertragene und in den Laserstab 11

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2 3 ° .

eintretende Anregungcstrahlung ist räumlich inkohärent und nichtkollimiert, d.h. sie hat einen relativ weiten Raumwinkelbereich bis hin zu einer Halbkugel mit dein Raumwinkel 2tr .Das ist von den Laser-Anregungsquellen zu unterscheiden, die sämtlich eine wenigstens teilweise kohärente und räumlich kollimierte AnregungsStrahlung aufweisen. Daher würde die Laser-Anregungsstrahlung in der Winkelverteilung, auf oder nahezu, innerhalb eines Faktors von typischerweise nicht mehr als das Zehnfache des kleinstmöglicheii ebenen Beugungswinkels beugungsbegrenzt sein, wobei die Anzahl der- Transversallaser-Moden gleich dem Quadrat dieses Faktors ist* Hingegen sind die vorliegend betroffenen inkohärenten optischen Anregungsquellen durch eine Verteilung der Anregungs strahlung über einen ebenen Winkel gekennzeichnet, der mehr als Zehnfache {und in der Regel Fünfzigfache oder mehr) des minimal möglichen Beugungswinkels beträgt.

Obwohl das Kopplungs^lied 15 in der Zeichnung als ein Zylinder mitzylindrischer, AuP3r.ilächen dargestellt ist, kann es im Einklang mit ei],tr gewöhnlich-^r: r'userop"ik.-.nord^vjg in rei::~r Längsrichtung

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gekrümmt sein. Jedenfalls ist die zylindrische Außenfläche des Kopplungsgliedes 16 vorteilhafterweise mit einer Schicht 16. 5 aus einem Material überzogen, das die Anregungsstrahlung zwischen der Diode 15 und dem Laser stab 11 spiegelnd reflektiert, um diese Strahlung effizienter zu beschränken und in den Laserstab einzukoppeln. Wie bereits ausgeführt wurde, kann das Kopplungsglied 16 die Form nur der spiegelnd reflektierenden Schicht 16. 5 oder, allgemeiner ausgedrückt, sogar die des Raumes zwischen der Diode 15 und dem Laserstab 11 annehmen.

In einem erläuternden Ausführungsbeispiel ist der Laserstab 11 aus Yttriumaluminiumgranat, der mit bis zu einem Atomprozent Neodym dotiert wurde. Der Laser stab 11 ist etwa 5 mm lang, was der Absorptionslänge der Anregungsstralilung im Laserstab entspricht, und hat einen Durchmesser von etwa 0, 4 mm. Es ist jedoch möglich, ein Maß von beiden oder beide Maße des erwähnten Laserstabes 11 größer oder kleiner zu wählen. In jedem Falle wird die Länge des Nd:YAG-Laserstabes 11 vorteilhafterweise innerhalb eines Faktors von zwei oder drei der gemittelten Absorptionslänge der optischen Strahlung

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im Anregungsband gewählt. Überdies liegt der Durchmesser des Laserstabes zwischen O₅ 1 mm und der Länge des Laserstabes selbst.

Die Wellenlänge der kohärenten Laser ausgangs strahlung beträgt 1,06 Mikrometer, wohingegen die inkohärente, von der Diode 15 emittierte Anregungsstrahlung reich an optischer Strahlung mit Spektrum in einem Frequenzband ist, dessen Wellenlänge bei etwa 8.050 A, d.h. dem Band der stärksten Absorption des NdrYAG-Laserstabes, der Laserschwingungen erzeugen kann, zentriert ist. Die Anregungs-LED 15 kann also beispielsweise eine Galliumaluminiumarsenid-Diode

(z.B. Ga₀ Al As) sein, die die verlangte inkohärente U,oo U, IZ

Anregungs strahlung bei 8. 050 A unter Raumtemperaturbedingungen emittiert. Alternativ dazu kann eine Galliumarsenidphosphid-Diode verwendet werden, die die verlangte Anregungs strahlung von 8. 050 A emittiert. Ohne Zweifel können jedoch andere Dioden und andere Wellenlängen entsprechend den verschiedenen Absorptionsbändern verwendet werden.

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Die halbkugelförmige Kuppe 15. 5 hat einen Brechungsindex von etwa 3, 5 bis 8.050 A, der ungefähr gleich dem Brechungsindex des der Kuppel 15 benachbarten randlichen Halbleitermaterials der LED 15. Typischerwei.se kann die Kuppe 15. 5 aus Halbleitermaterial hergestellt werden, obwohl ein Glas vom Chalcogenid-Typ mit einem etwas geringeren Brechungsindex zwischen 2, 2 und 2, 8 ebenso verwendet werden kann. In jedem Falle kann die halbkugelförmige oberfläche der Kuppe 15. 5 mit einer nichtreflektierenden Schicht überzogen werden, um eine gute optische Kopplung zu erhalten.

Das Kopplungsglied 16 ist typischerweise ein Epoxy-Glied mit einem Brechungsindex von etwa 1, 5, obwohl der natürliche Laft- oder Vakuum-Zwischenraum zwischen der Kuppe 15. 5 und der dielektrischen Schicht 13 ebenso zur Kopplung der von der inkohärenten optischen Anregungsdiode 15 emittierten und zum Laserstab 11 übertragenen optischen Strahlung verwendet werden kann. Also sollte, um das etwas allgemeiner auszudrücken, die optische Kopplungsanordnung zwischen der Anregungsdiode und dem Laserstab 11 so aufgefaßt werden, als enthalte sie

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irgendein zwischen den letzteren angeordneten Medium, dessen physischer Querschnitt überall durch den Querschnitt des Teiles der optischen Strahlung bestimmt ist, der sich von dieser optischen Anregungsquelle zum Laser stab fortpflanzt.

Der dielektrischeAusgangs spiegel 12 läßt sich für optische Laserstrahlung der Wellenlänge von 1, 06 Mikrometer durch eine Durchlässigkeit von etwa 0,1 bis 1% für Anregungsstrahlung von 8.050 A durch eine Durchlässigkeit von etwa 0 - 10% charakterisieren. Der dielektrische Eingangs spiegel 13 läßt sich durch eine Durchlässigkeit zwischen 0 und 0,1% bei 1, 06 Mikrometer und zwischen 80 und 100% bei 8.050 A charakterisieren. Ferner haben die dielektrischen Spiegel 12 und 13 beide einen mit den Stirnflächen 11. 2 und 11. 3 übereinstimmenden Krümmungsradius von 1, 7 cm.

Für einen NdrYAG-Laserstab 11 wurde praktisch gefunden, daß die Schwellstromdichte in der Diode 15 für Laserwirkung im

Laserstab 11 500 Ampere/cm beträgt, wenn die Diode 15 eine Galliumaluminiumarsenid-Diode mit einem ungefähr 15%igen externen Energiewirkungsgrad ist, und da in Verbindung mit

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einem dielektrischen Ausgangs spiegel 12, dessen Durchlässigkeit bei 1, 06 Mikrometer etwa 0, 1 % und bei 8. 050 A etwa 10% beträgt, und mit einem dielektrischen Eingangsspiegel 13, dessen Durchlässigkeit bei 1,06 Mikrometer 0% und bei 8.050 A 90% beträgt. Also kann eine relativ hohe Lebensdauer der LED-Anregungsquelle 15 erwartet werden, d.h. in der Größenordnung von Jahren selbst bei Dauerstrichbetrieb (CW-operation).

Die zylindrischen Außenflächen des Laser Stabes 11 können mit einer spiegelnd reflektierenden Goldschicht 11. 1 überzogen werden, die nur im Band der Anregungswellenlänge spiegelnd zu reflektieren braucht). Auch die Außenfläche des Kopplungsgliedes 16 ist mit einer gleichartigen Schicht 16. 5 aus Gold überzogen, die auf ähnliche Weise spiegelnd reflektiert.

Die Wärme senken 14 und 17 können, wie bekannt ist, gut Wärme ableitende Blöcke etwa aus metallischem Kupfer oder Silber sein. Um z. B. Luftkühlung zu bewirken, können konventionelle Rippen auf beiden Wärme senken vorgesehen

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werden.

Die Batterie 18 kann eine im Handel erhältliche 3-Volt-"A"-Zellenbaueinheit sein, auf die die übrige Laseranordnung montiert oder aufgebracht wird, um ein vervollständigtes netzwerkunabhängiges und tragbares Lasergerät zur Verfügung zu stellen.

Wenn während des Betriebes Moden höherer Ordnung im Laser eine unerwünschte Streuung der Laserausgangsstrahlung verursachen, dann können derartige Moden höherer Or dnung dadurch minimalisiert oder eliminiert werden, daß der Ort des dielektrischen Spiegels 12 in einem geeigneten Abstand von dem dem Spiegel zugeordneten Ende des Laserstabes festgelegt wird. Jedoch muß die Gesamtkompaktheit die gleiche bleiben. Eine derartige Unterdrückung der Moden kann im allgemeinen auch durch eine geeignete Ausv/ahl der Krümmungsradien der Spiegel erfolgen, die entsprechend der Darstellung in der Zeichnung die Stirnseiten des Laserstabes berühren.

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Claims

BLUMBACH ■ WESER - BERGEN A KRAMER PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN DiPL-ING. P. G. BLUMBACH ■ DSPL-PHYS. Dr. W. WESFR - DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMER WIESBADEN · SONNtNBERGER STRASSE 43 · TEL (06121) 562943, 561998 MÖNCHEN PATENTANSPRÜCHE

1. Laseranordnung mit einem Laser stab als stimulierbarem Medium und einer inkohärenten optischen Strahlungsquelle zum Anregen des Stabes zu stimulierter Emission , wobei die Quelle gegenüber dem Stab so angeordnet ist, daß die Anregungsstrahlung durch die eine Stirnfläche des Stabes in denselben eintritt und die kohärente optische Ausgangs strahlung den Stab durch dessen andere Stirnfläche verlaß ,

dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle dergestalt optisch an den Stab gekoppelt und gegenüber diesem angeordnet ist, daß die größte Querschnittsfläche der inkohärenten optischen Strahlung, die sich von der Quelle zu der einen Stirnfläche des Stabes fortpflanzt, nirgendwo größer als die größte Querschnittsfläche des Stabes ist.

2. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Quelle mindestens eine lichtemittierende

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Diode aufweist, die in einer Kuppel eines Brechungsindexes für die inkohärente Strahlung eingeschlossen ist, der größer als der des Laserstabes bei der Anregungswellenlänge ist, wobei der Brechungsindex der optischen Kopplungszone zwischen dem Stab und der Diode nicht größer als der des Stabes längs eines wesentlichen Teiles desjenigen Gebietes ist, in welchem sich die inkohärente Strahlung von der Diode zum Stab fortpflanzt, daß die Diode einen größten Durchmesser (senkrecht zur Stabachse) besitzt, der ungefähr gleich ist dem Stabdurchmesser, multipliziert mit dem Verhältnis der Brechungsindizes von an die Kuppe angrenzender Kopplungszone und Kuppe .

3. Laseranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der inkohärenten optischen Strahlung an der Stelle auf der Anregungseingangsseite, an welcher der Brechungsindex nicht größer als der des Laserstabes wird, gleich dem Querschnitt der Eintritts-Stirnfläche des Laserstabes ist.

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4. Laseranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstab ein im wesentlichen Nd-dotierter Yttriumaluminiumgranat ist.

5. Laseranordnung nach Anspruch 4, dadurch gkennzeichnet, daß der Laserstab mit etwa einem Atomprozent Nd (Neodym) dotiert und etwa 5 mm lang ist.

6. Laseranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstab mit etwa einem Atomprozent Nd dotiert ist und die inkohärente optische Quelle mindestens eine lichtemittierende Halbleiterdiode aufweist, deren emittierte Strahlung bei einer Wellenlänge von etwa 8.050 A zentriert ist.

7. Laseranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine inkohärentes Licht emittierende Germaniumaluminiumarsenid-Diode vorgesehen ist.

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8. Laseranordnung nach Anspruch T₁ dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine inkohärentes Licht emittierende Germaniumarsenidphosphid-Diode vorgesehen ist.

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