DE29818192U1

DE29818192U1 - Laser mit hohem Wirkungsgrad

Info

Publication number: DE29818192U1
Application number: DE29818192U
Authority: DE
Original assignee: SIMPATICO IND CO
Current assignee: SIMPATICO IND CO
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 1999-01-07
Anticipated expiration: 2008-10-13

Description

Beschreibung

Laser mit hohem Wirkungsgrad

Laser finden in verschiedene Bereichen wie z. B. beim Militär, beim Sondieren, in der Industrie, in der Verarbeitung, in der Medizin, im Handel und in der Werbung immer mehr Verwendung,. Beim Laserdesign sind die Verkleinerung des Laservolumens, die Steigerung der Stabilität und die Erhöhung des Wirkungsgrads wichtige Aufgaben. Aus dem US Patent 4,847,851 ist ein Laser bekannt, der ein geringers Volumen, einen einfachen Aufbau und eine bessere Stabilität aufweist. Aus dem US Patent 5,539,765 ist ein Laser mit hohem Wirkungsgrad bekannt. Der Aufbau der Laser in den obengenanten Patenten ist jedoch noch verbesserungsbedürftig, worin das Ziel der Erfindung besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laser zu schaffen, der Wärme durch einen Luftspalt ableitet und der einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, einen Laser zu schaffen, der einen vereinfachten Aufbau, ein geringeres Volumen und eine leichterte Herstellung aufweist. Außerdem liegt der Erfindung die weitere Aufgabe zugrunde, einen Laser zu schaffen, bei dem die Lage der optischen Elemente verstellt wer-5 den kann, um deren Wärmeverformung auszugleichen, so daß der höchste Wirkungsgrad erzielt wird.

Im folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen der Aufbau, die Merkmale und die Funktionsweise der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen:

Figur 1 eine Schnittansicht der Hauptelemente des Lasersystems aus dem US Patent 4,847,851;

Figur 2 eine Schnittansicht der Hauptelemente des Lasersystems aus dem US Patent 5,539,765; und

Figur 3 eine Schnittansicht der Hauptelemente des erfindungsgemäßen Lasersystems.

[File:Af\IM\SI59O1 B1.doc] Beschreibung, 07.10.9» , Laser with high efficiency · · · ·

Simpatico Industries Co., Ltd., Nleihu District, Taipei City

Bezugszeichenliste

10 Lasersystem aus dem US Patent 4,847,851

5 11 Laserdiode

12 Laserkristall

13 Resonator

14 gekrümmte Fläche

15 Innenfläche

20 Lasersystem aus dem US Patent 5,539,765

21 Anregungslichtquelle

22 Fokussierungselement

23 KTP-Kristall

24 durchsichtiger Klebstoff 15 25 Lichteinfallfläche

26 Lichtaustrittsfläche

30 Lasersystem der Erfindung

31 Anregungsfläche

32 nichtlinearer Kristall 20 33 hintere Fläche

In Figur 1 ist das Lasersystem 10 aus dem US Patent 4,847,851 gezeigt, bei dem eine Laserdiode 11 als Anregungslichtquelle verwendet wird, die direkt mit dem Laserkristall 12 zusammengeklebt ist, dessen Resonator 13 an der Au-5 ßenseite eine gekrümmte Fläche 14 aufweist. Wenn die Laserdiode 11 den Laserkristall 12 anregt, verwandelt sich ein Teil der Energie in Laserlicht um, das durch die Resonanz zwischen der Innenfläche 15 des Laserkristalls 12 und der gekrümmten Fläche 14 des Resonators 13 verstärkt wird und dann von der gekrümmten Fläche 14 ausstrahlt. Ein Teil der Energie wandelt sich jedoch in Wärme um, was eine Temperaturerhöhung des Laserkristalls 12 verursacht. Da die Laserdiode 11 mit dem Laserkristall 12 zusammengeklebt ist, wird die Temperaturänderung des Laserkristalls 12 an die Laserdiode 11 übertragen, so daß auch die Temperatur der Laserdiode 11 ansteigt. Wenn die Temperatur der Laserdiode 11 zu hoch ist, wird ihre Arbeitsleistung erheblich reduziert.

Daher muß das Lasersystem mit Einrichtungen, wie z. B. einem Temperatursensor und einem Kühler, ausgestattet sein, um die Temperatur zu steuern. Durch die gekrümmte Fläche 14 des Resonators 13 des Lasersystems kann zwar eine stabile Resonanz erreicht werden, es muß jedoch die Richtung des Laserlichts für die Resonanz auf die Achse, die durch den Scheitel der gekrümmten Fläche 14 läuft, ausgerichtet werden, um den höchsten Wirkungsgrad zu erreichen. Daher sollen die Laserdiode 11, der Laserkristall 12 und der Resonator 13 sehr exakt zusammengebaut werden, was bei der Herstellung nicht einfach ist.

5 In Figur 2 ist das Lasersystem 20 aus US dem Patent 5,539,765 gezeigt, bei dem das Licht aus der Anregungslichtquelle 21 durch ein Fokussierungselement 22 auf die Lichteinfallfläche 25 des Laserkristalls 12 fokussiert wird, der

oc] Beschreibung, 07.10.93 , Laser with high efficiency · · · ·

Simpatico Industries Co., Ltd., Neihu District, Taipei City

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mit einem KTP-Kristall 23 mit durchsichtigem Klebstoff 24 zusammengeklebt ist. Der eben-ebene Resonator bei diesem Lasersystem weist im Vergleich mit dem eben-gekrümmten Resonator bei dem obengenannten US Patent 4,847,851 einen einfacheren Zusammenbau auf, wobei die Stabilität des Resonators durch den Thermolinseneffekt auf der Lichteinfallfläche 25 des Laserkristalls 12 erzielt wird. Diese Thermolinse weist jedoch keine perfekte sphärische Symmetrie auf, sondern wird von Abweichungen und Verzerrungen begleitet, so daß der Betrieb mit Hochleistung einen erheblichen Verlust verursacht. Da der Laserkristall 12 dieses Lasersystems 20 nicht direkt mit der Anregungslichtquelle 21 zusammengeklebt ist, wird keine Wärme auf die Anregungslichtquelle 21 übertragen, so daß die Arbeitsleistung nicht beeinflußt wird. Es ist jedoch der Laserkristall 12 mit dem KTP-Kristall 23 zusammengeklebt, wodurch die Temperaturänderung des Laserkristalls 12 bei der Arbeit direkt auf den KTP-Kristall 23 übertragen werden kann, so daß der KTP-Kristall 23 wegen der Temperaturänderung eine Phasenfehlanpassung verursacht und sich somit das Grundfrequenzlicht des Lasers nicht durch den KTP-Kristall 23 wirksam in Doppelfrequenzlicht umwandeln kann. Daher wird der Wirkungsgrad erheblich gesenkt.

0 In Figur 3 ist das erfindungsgemäße Lasersystem 30 gezeigt. Hier sind weder die Läserdiode 11 und der Laserkristall 12, noch der Laserkristall 12 und der nichtlineare Kristall 32 zusammengeklebt, sondern sie sind durch einen geeigneten Spalt getrennt. Sowohl die Anregungsfläche 31 des Laserkristalls 12 und ihre gegenüberliegende Fläche als auch die hintere Fläche 33 des nichtlinea-5 ren Kristalls 32 und ihre gegenüberliegende Fläche sind mit einer erforderlichen optischen Schicht überzogen. Wegen des Spalts zwischen dem Laserkristaü 12 und der Laserdäode 11 und dem nichtlinearen Kristall 32 kann die Wärme, die bei der Arbeit erzeugt wird, nicht direkt auf die Laserdiode 11 oder den nichtlinearen Kristall 32 übertragen werden, so daß deren Arbeitsleistung nicht beeinflußt wird. Daher wird die Arbeitsleistung des Lasers bei Betrieb mit Hoch- oder Niederleistung erheblich gesteigert, ohne den komplizierten Temperatursensor oder Kühler, wie beim Lasersystem 10, oder das Fokussierungselement 22, wie beim Lasersystem 20, haben zu müssen, so daß die Zahl der Bauteile reduziert wird. Das Problem des Lasersystems 20, der KTP-Kristall 23 durch die Temperaturänderung eine Phasenfehlanpassung verursacht, da die Temperaturänderung des Laserkristalls 12 bei der Arbiet direkt auf den KTP-Kristall 23 übertragen wird, so daß sich das Grundfrequenzlicht des Lasers nicht durch den KTP-Kristall wirksam in Doppelfrequenzlicht umwandeln kann, wodurch der Wirkungsgrad erheblich reduziert wird, liegt bei der vorliegenden 0 Erfindung nicht vor. Außerdem kann der Neigungswinkel der vertikalen optischen Achse des nichtlinearen Kristalls 32 eingestellt werden, um die Wärmeverformung des Laserkristalls 32 auszugleichen, so daß das erfindungsgemäße Lasersystem 30 in der Lage ist, die beste Arbeitsleistung zu erzielen. Das erfindungsgemäße Lasersystem 30 weist im Vergleich mit den obengenannten 5 Lasersystemen 10, 20 eine bessere Arbeitsleistung auf, d.h. die Energie der Laserdiode 11 zum Anregen des Laserkristalls 12 kann sich im höheren Verhältnis in Energie des Laserlichts und im niedrigeren Verhältnis in Wärme ver

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wandeln. Daher kann die Laserstrahlungsleistung durch die Auswahl der Laserdiode 11 mit höherer Leistung gesteigert werden, so daß die Erfindung als Hochleistungslaser verwendet werden kann.

Als Laserkristall der Erfindung wird der ND:YVO4 Laserkristall verwendet. Die Konzentration von Neodym beträgt 2%, die Abmessung des Kristalls 3x3x1 mm und die Länge in der Lichtrichtung 1mm. Die Anregungsfläche des Laserkristalls ist mit einer hochdurchläßigen Schicht von 809 nm sowie einer reflektierenden Schicht von 1064nm und 532nm überzogen. Die andere Fläche ist mit einer die Durchläßigkeit erhöhenden Schicht von 1064nm überzogen. Der nichtlineare Kristall ist der KTBrKristall, dessen Doppelfrequenzkristall eine Abmessung von 3x3x5 mm aufweist. Die Phasenanpassung gehört zu Gruppe II; der Winkel symbol 198 \f "Symbol" \s 14/E}=23symbol 176 \f "Symbol" \s 14°}, symbol 113Vf "Symbol" \s 14q=90symbol 176 \f "Symbol" \s 14°}. Die dem Laserkristall zugewandte Fläche des KTP-Kristalls ist mit einer die Durchläßigkeit erhöhenden Schicht von 1064nm und 532nm und die andere Fläche ist mit einer reflektierenden Schicht von 1064nm und einer hochdurchläßigen Schicht von 532nm überzogen. Das Ergebnis des Versuchs zeigt, daß bei einer Anregungsleistung von 500 mW ein Grünlicht von über 5OmW im besten Zustand erzielt werden kann, so daß die Licht-Licht-Umwandlung 10% erreicht. Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung, bei der der Laserkristall 12 an den beiden Seiten jeweils einen Spalt aufweist, zu den obengenannten zwei Lasersystemen 10, 20 und dem normalen Feststofflaser einen offensichtlichen Unterschied hat. Neben dem Ausgleich der Wärmeverformung der optischen Elemente wird die Licht-Licht-Uwandlungsleistung des Lasers mit hoher oder niedriger Leistung auch erheblich gesteigert. Außerdem kann die Erfindung auf einen Temperatursensor, einen Kühler und eineFokussierungseinrichtung verzichten, so daß die Herstellung erleichtert wird. Daher entspricht die Erfindung in ihrer Fortschrittlichkeit den Anforderungen eines Gebrauchsmusters.

Claims

Ansprüche

1. Laser mit hohem Wirkungsgrad, der im wesentlichen aus einer Laserdiode (11), einem Laserkristall (12) und einem nichtlinearen Kristall (32) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Laserdiode (11) und dem Laserkristall (12) sowie dem Laserkristall (12) und dem nichtlinearen

Kristall (32) jeweils ein Spalt vorgesehen ist.

2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserkristall (12) ein Nd:YV04 Laserkristall ist, wobei die Konzentration von Neodym 2% . beträgt.

3. Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Kristall (32) ein KTP-Kristall ist.

4. Laser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsfläche des Laserkristalls (12) mit einer hochdurchläßigen Schicht von 809 nm sowie einer reflektierenden Schicht von 1064nm und 532nm überzogen ist.

5. Laser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem

5 Laserkristall (12) zugewandte Fläche des KTP-Kristalls mit einer die

Durchläßigkeit erhöhenden Schicht von 1064nm und 532nm und die andere Fläche mit einer reflektierenden Schicht von 1064nm und einer hochdurchläßigen Schicht von 532nm überzogen ist.