DE3745125C2 - Diode-pumped compact, solid-state laser head - Google Patents
Diode-pumped compact, solid-state laser headInfo
- Publication number
- DE3745125C2 DE3745125C2 DE3745125A DE3745125A DE3745125C2 DE 3745125 C2 DE3745125 C2 DE 3745125C2 DE 3745125 A DE3745125 A DE 3745125A DE 3745125 A DE3745125 A DE 3745125A DE 3745125 C2 DE3745125 C2 DE 3745125C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- laser
- rod
- housing
- laser head
- resonator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 33
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 7
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 12
- 229920004943 Delrin® Polymers 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/025—Constructional details of solid state lasers, e.g. housings or mountings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
- G02B6/4236—Fixing or mounting methods of the aligned elements
- G02B6/424—Mounting of the optical light guide
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
- G02B6/4236—Fixing or mounting methods of the aligned elements
- G02B6/4244—Mounting of the optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
- H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
- G02B6/422—Active alignment, i.e. moving the elements in response to the detected degree of coupling or position of the elements
- G02B6/4226—Positioning means for moving the elements into alignment, e.g. alignment screws, deformation of the mount
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/061—Crystal lasers or glass lasers with elliptical or circular cross-section and elongated shape, e.g. rod
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0619—Coatings, e.g. AR, HR, passivation layer
- H01S3/0621—Coatings on the end-faces, e.g. input/output surfaces of the laser light
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/086—One or more reflectors having variable properties or positions for initial adjustment of the resonator
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094049—Guiding of the pump light
- H01S3/094053—Fibre coupled pump, e.g. delivering pump light using a fibre or a fibre bundle
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
- H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
- H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft kompakte Festkörperlaser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates compact solid-state laser according to the preamble of patent claim 1.
In der älteren DE 36 14 401 A1 ist ein Festkörperlaser beschrieben, welcher einen Laserstab aufweist, der endseitig durch eine eingebaute Laserdiode gepumpt wird. Das Pumpvolumen der Laserdiode ist an den Laserstab angepaßt, um den Pumpwirkungsgrad zu optimieren. Der Laserresonator ist so ausgebildet, daß innerhalb des Resonators eine Strahltaille bereitgestellt wird, an der ein Frequenzverdopplerkristall angeordnet werden kann. Jeder Laser ist so ausgelegt, daß er eine bestimmte Ausgangsfrequenz erzeugt, welche von dem Material des Laserstabs und der Gegenwart oder der Abwesenheit des Verdopplerkristalls abhängt.In the older DE 36 14 401 A1 a solid-state laser is described, which has a laser rod, the end of a built-in laser diode is pumped. The pump volume of the laser diode is adapted to the laser rod, to optimize the pump efficiency. The laser resonator is designed that a beam waist is provided within the resonator at which a Frequency doubler crystal can be arranged. Every laser is like that designed to generate a certain output frequency, which of the Material of the laser stick and the presence or absence of the Depends on the doubler crystal.
Eine entsprechende Anordnung ist aus der älteren DE 36 43 648 A1 bekannt, bei der das Pumpvolumen im wesentlichen das gleiche sein soll wie das Laservolumen.A corresponding arrangement is from the older DE 36 43 648 A1 known in which the pump volume should be essentially the same as that Laser volume.
Für eine größtmögliche Anwendungsbreite und einfachsten Gebrauch ist es jedoch erwünscht, einen Laser mit der höchstmöglichen Packungsdichte und mit untereinander austauschbaren Komponenten zu erhalten, so daß mehrere unterschiedliche Ausgangscharakteristiken von demselben Lasersystem erhalten werden könnten.It is for the greatest possible range of application and easiest use however desired to have a laser with the highest possible packing density and with to get interchangeable components, so that several get different output characteristics from the same laser system could become.
In der US 4 383 318 ist ein Laserpumpsystem beschrieben, in welchem optische Fasern in einer zusammengeführten Anordnung die Energie eines Feldes von LED's oder Diodenlasern auf Punkte entlang der Längserstreckung eines Laserstabs konzentrieren.In US 4,383,318 a laser pump system is described in which optical fibers in a merged arrangement the energy of one Field of LEDs or diode lasers on points along the length of a laser stick.
Die US 4 035 742 beschreibt eine Vorrichtung zum optischen Pumpen von Festkörperlasern mit einem Wellenleiter zwischen der Pumpquelle und dem Laserstab, der in einem Winkel zur Oberfläche des Stabs angeordnet ist, welcher von dem Brechungsindex des Wellenleiters festgelegt wird.US 4 035 742 describes an apparatus for optical pumping of solid-state lasers with a waveguide between the pump source and the Laser rod, which is arranged at an angle to the surface of the rod, which is determined by the refractive index of the waveguide.
Aus der US 3 982 201 ist ein endseitig gepumpter Festkörperlaser bekannt, in welchem ein Feld von Diodenlasern in einer solchen Rate und mit einem solchen Schaltverhältnis gepulst wird, daß kontinuierlicher (cw-) Betrieb erreicht wird.US Pat. No. 3,982,201 is a solid-state laser pumped at the end known in which an array of diode lasers at such a rate and with such a duty cycle is pulsed that continuous (cw) operation is achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Festkörperlaser mit einem kompakten Laserkopf bereitzustellen.The invention has for its object a solid-state laser with a provide compact laser head.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the invention specified in the claim. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Das Gehäuse des erfindungsgemäßen Laserkopfes ist so klein wie möglich ausgebildet und sämtliche darin enthaltenen Komponenten sind kompakt aufgebaut. Die Komponenten sind erfindungsgemäß so angeordnet, daß sie an das Pumpvolumen der Laserdiodenpumpquelle angepaßt sind, welches inbesondere über eine Faseroptik an den Laserkopf übertragen und in den Laserstab ins Laservolumen des Stabs abgebildet wird. Durch geeignete Lage und Geometrie der den Laserresonator ausbildenden optischen Elemente kann ein gewünschtes Strahlprofil in dem Resonator erzeugt werden, wodurch gemäß der Erfindung ein TEM00-Ausgangssignal bereitgestellt wird. Ein Frequenzverdopplerkristall kann ebenfalls in dem Laserkopf in dem optischen Resonator, vorzugsweise in einer Strahltaille, angeordnet werden, um ein frequenzverdoppeltes Ausgangssignal bereitzustellen. Jeder Kopf kann zur Erzeugung bestimmter Ausgangscharakteristiken ausgelegt werden. Daher wird ein äußerst vielseitiges System bereitgestellt, bei welchem nur die Laserköpfe ausgetauscht werden. Die geringen Abmessungen des Laserkopfes und die Möglichkeit, den Laserkopf in einer Entfernung von der Energiequelle zu betreiben, sind äußerst vorteilhaft für eine Vielzahl von Anwendungen. Darüber hinaus kann die Laserdiode, wenn nötig, ausgetauscht werden, ohne daß eine Justierung oder neue Anpassung der Komponenten des Laserkopfes erforderlich ist.The housing of the laser head according to the invention is made as small as possible and all components contained therein are of compact design. According to the invention, the components are arranged such that they are adapted to the pump volume of the laser diode pump source, which is transmitted to the laser head in particular via fiber optics and is imaged in the laser rod into the laser volume of the rod. A suitable beam profile can be generated in the resonator by suitable position and geometry of the optical elements forming the laser resonator, whereby a TEM 00 output signal is provided according to the invention. A frequency doubler crystal can also be placed in the laser head in the optical resonator, preferably in a beam waist, to provide a frequency doubled output signal. Each head can be designed to generate certain output characteristics. Therefore, an extremely versatile system is provided in which only the laser heads are exchanged. The small dimensions of the laser head and the possibility of operating the laser head at a distance from the energy source are extremely advantageous for a large number of applications. In addition, the laser diode can be replaced if necessary without the need to adjust or readjust the components of the laser head.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to drawings Exemplary embodiments explained, from which further advantages and Characteristics. Show it:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines kompakten Schnellanschluß-Laserkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 1 is a sectional view of a compact rapid connection laser head according to the present invention,
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Kugel- und Röhrenhalterung, welche einen Verdopplerkristall in dem Laserkopf hält, und Fig. 2 is a sectional view of a ball and tube holder which holds a doubler crystal in the laser head, and
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Lasersystems mit einem über eine Faseroptik mit einer Energiequelle verbundenen Laserkopf. Fig. 3 is a perspective view of a laser system with a computer connected via an optical fiber with an energy source laser head.
In Fig. 1 ist ein kompakter Schnellanschluß-Laserkopf 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Laserkopf 10 weist ein hohles Gehäuse 12 auf, welches vorzugsweise im wesentlichen zylindrisch oder röhrenförmig ausgebildet ist und typischerweise aus Edelstahl hergestellt ist. An einem Ende des Gehäuses 12 befindet sich eine Endkappe 14, typischerweise aus Plastik, beispielsweise aus teflongetränktem Delrin, und die Kappe ist aufgeschraubt auf das Gehäuse 12 oder sonstwie daran befestigt. Ein Spiegel 16 ist am Ende des Gehäuses 12 innerhalb der Endkappe 14 angebracht. Der Spiegel 16 weist vorzugsweise eine konkave innere Oberfläche und eine im wesentlichen ebene äußere Oberfläche auf. Der Spiegel 16 bildet einen Teil des optischen Laserresonators und ist das Ausgangskoppelglied für den Laserresonator. Der Spiegel 16 ist in einer Kugelhalterung 18 gehaltert, welche drehbar in der Endkappe 14 zwischen einer abgeschrägten Kante 20 des Gehäuses 12 und einer abgeschrägten Kante 22 der Endkappe 14 angebracht ist. Die Kugelhalterung 18 weist ein Hohlrohr 24 auf, welches sich von der Kugelhalterung 18 ins Innere des Gehäuses 12 erstreckt. Justierschrauben 26 erstrecken sich durch das Gehäuse 12 und berühren das Rohr 24, so daß die Winkellage der Kugelhalterung 18 eingestellt werden kann; typischerweise sind drei oder vier Justierschrauben 26 beabstandet um den Außendurchmesser des Gehäuses vorgesehen. In Fig. 1 a compact rapid connection laser head is shown in Figure 10 of the present invention. The laser head 10 has a hollow housing 12 , which is preferably essentially cylindrical or tubular and is typically made of stainless steel. At one end of the housing 12 is an end cap 14 , typically made of plastic, such as Teflon-impregnated Delrin, and the cap is screwed onto or otherwise attached to the housing 12 . A mirror 16 is attached to the end of the housing 12 within the end cap 14 . The mirror 16 preferably has a concave inner surface and a substantially flat outer surface. The mirror 16 forms part of the optical laser resonator and is the output coupling element for the laser resonator. The mirror 16 is held in a ball holder 18 which is rotatably mounted in the end cap 14 between a chamfered edge 20 of the housing 12 and a chamfered edge 22 of the end cap 14 . The ball holder 18 has a hollow tube 24 which extends from the ball holder 18 into the interior of the housing 12 . Adjusting screws 26 extend through the housing 12 and touch the tube 24 so that the angular position of the ball holder 18 can be adjusted; typically three or four adjusting screws 26 are provided spaced around the outer diameter of the housing.
In der Nähe des gegenüberliegenden Endes des Gehäuses 12 ist ein Festkörperlaserstab 28 angebracht, welcher in einem Träger oder einer Halterung 30 gehalten wird, welche in das Gehäuse 12 eingepaßt ist; der Stab 28 kann in seiner Lage mittels einer Justierschraube (nicht dargestellt) gehalten werden, welche eine mechanische Spannung auf den Stab ausübt, um das Ausgangssignal zu polarisieren. Alternativ hierzu kann der Laserstab 28 in einer Kugelhalterung aufgenommen sein, um eine Winkellage einzustellen. Die Halterung 30 hält ebenfalls eine Kugellinse oder Fokussierkugel 32 im Abstand zum Laserstab 28; die Linse 32 kann durch einen Kleber in ihrer Lage gehalten werden. Die Kugellinse 32 ist gegen eine abgeschrägte Kante 34 im Endabschnitt 36 der Halterung 30 gehaltert; der Endabschnitt 36 ist weiter als der Abschnitt der Halterung 30, welcher den Laserstab 28 hält. Am Ende des Gehäuses 12 ist eine Endkappe 38 angeordnet und enthält den, Endabschnitt 36 der Halterung 30. Die Endkappe 38 ist typischerweise aus teflonimprägniertem Delrin hergestellt. Die Endkappe 38 weist ebenfalls eine Kupplungsvorrichtung 40 auf, welche eine Verbindung einer Faseroptik 42 zum Laserkopf 10 ermöglicht. Die Kupplungsvorrichtung 40 ist vorzugsweise ein standardisierter Faseroptikverbinder entweder vom Bajonett- oder SMA (aufschraubbar)-Typ, beispielsweise Amphenol 905 und 906-Serienverbinder der Allied Corporation, oder irgendeine andere Kupplungsvorrichtung, welche für eine Ausrichtung der Faser und ein schnelles Anschließen und Trennen sorgt. Die Kupplungsvorrichtung 40 hält die Faseroptik 42, so daß deren Ende 44 sich nahe bei der Kugellinse 32 befindet. Der Laserstab 28, die Kugellinse 32 und das Ende der Faseroptik 42 sind so angeordnet, daß das Ausgangssignal der Faseroptik 42 auf den Laserstab 28 abgebildet wird, um ein wirksames longitudinales endseitiges Pumpen des Laserstabs 28 zu bewerkstelligen. Die Kupplungsvorrichtung 40 sorgt für eine richtige Justierung der Faser 42, die jedesmal nach Verbindung der Faser mit dem Laserkopf verläßlich ist.A solid-state laser rod 28 is attached near the opposite end of the housing 12 and is held in a carrier or holder 30 which is fitted into the housing 12 ; the rod 28 can be held in position by means of an adjusting screw (not shown) which applies mechanical tension to the rod to polarize the output signal. As an alternative to this, the laser rod 28 can be accommodated in a ball holder in order to set an angular position. The holder 30 also holds a ball lens or focusing ball 32 at a distance from the laser rod 28 ; the lens 32 can be held in place by an adhesive. The ball lens 32 is held against a bevelled edge 34 in the end section 36 of the holder 30 ; end portion 36 is wider than the portion of bracket 30 that holds laser rod 28 . An end cap 38 is arranged at the end of the housing 12 and contains the end section 36 of the holder 30 . The end cap 38 is typically made from Teflon impregnated Delrin. The end cap 38 also has a coupling device 40 , which enables a fiber optic 42 to be connected to the laser head 10 . Coupling device 40 is preferably a standard fiber optic connector of either bayonet or SMA (screw-on) type, for example Amphenol 905 and 906 series connectors from Allied Corporation, or any other coupling device that provides fiber alignment and quick connection and disconnection. The coupling device 40 holds the fiber optics 42 so that the end 44 thereof is close to the ball lens 32 . The laser rod 28 , the ball lens 32 and the end of the fiber optics 42 are arranged such that the output signal of the fiber optics 42 is imaged on the laser rod 28 in order to effect an effective longitudinal end-side pumping of the laser rod 28 . The coupling device 40 ensures correct adjustment of the fiber 42 , which is reliable each time the fiber is connected to the laser head.
Ein Frequenzverdopplerkristall 46 kann ebenfalls in dem Gehäuse 12 angebracht sein, um ein frequenzverdoppeltes Ausgangssignal bereitzustellen. Der Verdopplerkristall 46 ist in einer Kugelhalterung 48 montiert, welche sich gegen eine abgeschrägte Kante 50 im Inneren des Gehäuses 12 durch einen Kugelhaltering 52 abstützt, welcher mittels einer Feder 54 federbeaufschlagt ist, die durch einen Federhalter 56 gehalten wird, der im Gehäuse 12 angebracht ist. A frequency doubler crystal 46 can also be mounted in the housing 12 to provide a frequency doubled output signal. The doubler crystal 46 is mounted in a ball holder 48 which is supported against a beveled edge 50 inside the housing 12 by a ball retaining ring 52 which is spring-loaded by means of a spring 54 which is held by a spring holder 56 which is attached in the housing 12 .
Die Kugelhalterung 48 ist mit einem sich hiervon in Längsrichtung des Gehäuses 12 erstreckenden hohlen Rohr 58 versehen. Justierschrauben 60 erstrecken sich durch das Gehäuse 12 und berühren das Rohr 58, so daß die Winkellage der Kugelhalterung 48 eingestellt werden kann; typischerweise werden drei oder vier Justierschrauben 60 verwendet.The ball holder 48 is provided with a hollow tube 58 extending therefrom in the longitudinal direction of the housing 12 . Adjustment screws 60 extend through the housing 12 and touch the tube 58 so that the angular position of the ball holder 48 can be adjusted; typically three or four adjustment screws 60 are used.
In Übereinstimmung mit den in der DE 36 14 401 A1 beschriebenen Grundlagen und der erfindungsgemäßen kompakten Anordnung wird ein äußerst kurzer optischer Resonator bereitgestellt. Der optische Resonator wird bestimmt durch die Oberfläche 62 des Spiegels 16 und die Oberfläche 64 des Laserstabs 28. Die Oberfläche 64 läßt Pumpstrahlung durch, reflektiert jedoch das Laserausgangssignal des Laserstabs 28 und die frequenzverdoppelte Strahlung in solchen Fällen, in denen der Verdopplerkristall 46 verwendet wird. Durch geeignete Auswahl der Krümmung der optischen Oberflächen und der Entfernungen zwischen den optischen Oberflächen wird das Strahlprofil innerhalb des Resonators eingestellt. Insbesondere wird innerhalb des Resonators eine Strahltaille ausgebildet, welche die optimale Lage zur Anordnung des Verdopplerkristalls 46 bereitstellt. Durch Modenanpassung des Strahlprofils an die Resonatorabmessungen kann ein Betrieb in einer einzelnen transversalen Mode, dem TEM00-Betrieb, erreicht werden.In accordance with the principles described in DE 36 14 401 A1 and the compact arrangement according to the invention, an extremely short optical resonator is provided. The optical resonator is determined by the surface 62 of the mirror 16 and the surface 64 of the laser rod 28 . The surface 64 transmits pump radiation, but reflects the laser output signal of the laser rod 28 and the frequency-doubled radiation in cases in which the doubler crystal 46 is used. The beam profile within the resonator is set by suitable selection of the curvature of the optical surfaces and the distances between the optical surfaces. In particular, a beam waist is formed within the resonator, which provides the optimal position for arranging the doubler crystal 46 . By adapting the mode of the beam profile to the resonator dimensions, operation in a single transverse mode, the TEM 00 operation, can be achieved.
Die optischen Elemente 16, 28 und 46 befinden sich im Gehäuse 12 in den für eine bestimmte Resonatorauslegung erforderlichen Lagen. Die Elemente sind entlang der Bohrung des Gehäuses 12 zentriert. Um eine Anfangsjustierung der optischen Elemente 16 und 46 bereitzustellen, werden die Kugelhalterungen 18 bzw. 48 gedreht. Die Winkeleinstellung des Verdopplerkristalls 46 in der Kugelhalterung 48 ist in Fig. 2 erläutert. Der Kristall 46 ist in einem Kanal durch eine Kugelhalterung 48 gehalten. Die Kugelhalterung 48 ist typischerweise aus teflongetränktem Aluminium hergestellt und ist drehbar zwischen einer abgeschrägten Kante 50 des Gehäuses 12 und einem Haltering 52 gehalten. Ein Rohr 58 springt von der Kugelhalterung 48 in die Bohrung des Gehäuses 12 vor. Mehrere Justierschrauben 60, typischerweise drei oder vier, erstrecken sich durch das Gehäuse 12 und berühren das Rohr 58. Durch Justierung der Justierschrauben 60 kann das Rohr 58 in unterschiedlichen Lagen ausgerichtet werden, wie dargestellt, wodurch die befestigte Kugelhalterung 48 gedreht und die Orientierung des Kristalls 46 geändert wird. Derartige Kugelhalterungen bieten einen sehr kompakten Aufbau und einfache Justierung; eine Kugelhalterung kann ebenfalls für den Laserstab verwendet werden.The optical elements 16 , 28 and 46 are located in the housing 12 in the positions required for a specific resonator design. The elements are centered along the bore of the housing 12 . In order to provide an initial adjustment of the optical elements 16 and 46 , the ball holders 18 and 48 are rotated. The angle setting of the doubler crystal 46 in the ball holder 48 is explained in FIG. 2. The crystal 46 is held in a channel by a ball holder 48 . The ball bracket 48 is typically made of teflon-impregnated aluminum and is rotatably held between a beveled edge 50 of the housing 12 and a retaining ring 52 . A tube 58 projects from the ball holder 48 into the bore of the housing 12 . A plurality of adjustment screws 60 , typically three or four, extend through the housing 12 and contact the tube 58 . By adjusting the adjustment screws 60 , the tube 58 can be aligned in different positions, as shown, whereby the attached ball holder 48 is rotated and the orientation of the crystal 46 is changed. Such ball mounts offer a very compact structure and easy adjustment; a ball holder can also be used for the laser rod.
Eine Ansicht des gesamten Lasersystems 66 ist in Fig. 3 dargestellt, in welcher der Laserkopf 10 über eine Faseroptik 42 mit einer Energiequelle 68 verbunden ist. Die Energiequelle 68 enthält eine Laserdiodenpumpquelle, die geeignet zum Pumpen des Festkörperlaserstabs im Laserkopf 10 ausgebildet ist. Die Pumpstrahlung wird von der Energiequelle 68 über eine Faseroptik 42 an der Laserkopf 10 übertragen. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, wird die über die Faseroptik 42 übertragene Pumpstrahlung mittels der Kugellinse 32 auf die Endfläche 64 des Laserstabs 28 abgebildet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die von der Faser abgebildete Größe an die Modengröße in dem Laserstab angepaßt. Die Bildgröße von der Faser wird durch den Faserdurchmesser und die Divergenz des Lichts von der Faser bestimmt. Die Entfernungen von der Kugellinse zur Faser und zum Laserstab bestimmen das Abbildungsverhältnis. Bevorzugt wird eine Kugellinse (Fokussierkugel) aufgrund ihrer einfachen Zentrierbarkeit im Gehäuse 12 und der Abwesenheit von Justierproblemen verwendet. Das Laservolumen in dem Stab ist durch die Resonatoranordnung festgelegt, also die Länge des Resonators und die Krümmung des Ausgangskoppelspiegels und der vorderen Oberfläche des Laserstabs. Daher kann für jede gewünschte Resonatoranordnung die Pumpstrahlung von der Faseroptik in das gewünschte Laservolumen des Stabs zur Erzielung einer maximalen Wirksamkeit abgebildet werden. Die Verwendung einer Faseroptikkupplung gestattet einen sehr kompakten Aufbau des Laserkopfes, der nur die optischen Elemente enthält, während sämtliche elektronischen und sonstigen Elemente, einschließlich der Pumpquelle, in einer getrennten, stationären Energiequelle angeordnet werden können. Da die Faseroptik recht lang sein kann, bietet diese Anordnung des Systems eine große Vielseitigkeit bei der Verwendung des Lasers und gestattet eine äußerst gute Transportierbarkeit des Laserkopfes. Infolge der Schnellanschlußmöglichkeit können unterschiedliche Laserköpfe einfach ausgetauscht werden. Daher können mehrere unterschiedliche Laserköpfe, die unterschiedliche Ausgangssignaleigenschaften aufweisen, verwendet werden, wodurch einem Benutzer die wesentlichen Vorteile unterschiedlicher Systeme geboten werden, jedoch ohne die Kosten und die Redundanz insgesamt getrennter Systeme, da nur jeweils ein neuer Laserkopf für dieselbe Energiequelle erforderlich ist, um ein völlig neues System zu erhalten. Da der Laserkopf nur die optischen Komponenten enthält, wird die Verfügbarkeit unterschiedlicher Ausgangssignale relativ kostengünstig. Darüber hinaus sind Stillstandszeiten im Falle des Versagens eines Laserkopfes verringert, da auf einfache Weise ein Austauschkopf verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Ankupplung mittels Abbildung der Faseroptik zum Pumpen des Stabs liegt darin, daß im Falle eines erforderlichen Austausches der Pumpquelle die Laserdioden einfach ausgetauscht und den Fasern angepaßt werden können, ohne daß der Laserkopf neu justiert werden müßte, da die Abbildung der Faser in den Stab hiervon nicht betroffen wird.A view of the entire laser system 66 is shown in FIG. 3, in which the laser head 10 is connected to an energy source 68 via a fiber optic 42 . The energy source 68 contains a laser diode pump source, which is suitable for pumping the solid-state laser rod in the laser head 10 . The pump radiation is transmitted from the energy source 68 to the laser head 10 via a fiber optic 42 . As shown in FIG. 1, the pump radiation transmitted via the fiber optics 42 is imaged on the end surface 64 of the laser rod 28 by means of the spherical lens 32 . According to the present invention, the size imaged by the fiber is adapted to the mode size in the laser rod. The image size of the fiber is determined by the fiber diameter and the divergence of the light from the fiber. The distances from the ball lens to the fiber and the laser rod determine the image ratio. A ball lens (focusing ball) is preferably used due to its simple centerability in the housing 12 and the absence of adjustment problems. The laser volume in the rod is determined by the resonator arrangement, that is to say the length of the resonator and the curvature of the output coupling mirror and the front surface of the laser rod. Therefore, for each desired resonator arrangement, the pump radiation from the fiber optics can be imaged in the desired laser volume of the rod in order to achieve maximum effectiveness. The use of a fiber optic coupling allows a very compact construction of the laser head, which contains only the optical elements, while all electronic and other elements, including the pump source, can be arranged in a separate, stationary energy source. Since the fiber optics can be quite long, this arrangement of the system offers great versatility when using the laser and permits extremely good transportability of the laser head. Due to the quick connection option, different laser heads can be easily exchanged. Therefore, several different laser heads having different output signal characteristics can be used, which offers a user the essential advantages of different systems, but without the cost and redundancy of separate systems, since only one new laser head is required for the same energy source in order to achieve one to get completely new system. Since the laser head contains only the optical components, the availability of different output signals becomes relatively inexpensive. In addition, downtimes are reduced in the event of a laser head failure, since a replacement head can be used in a simple manner. Another advantage of using a coupling by means of imaging the fiber optics for pumping the rod is that, if the pump source needs to be replaced, the laser diodes can be easily exchanged and adapted to the fibers without the laser head having to be readjusted, since the imaging of the Fiber in the rod is not affected.
Als Beispiel für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine bevorzugte Anordnung eines Laserkopfes etwa 8,4 cm lang und weist einen Durchmesser von etwa 1,0 cm auf. Der Laserstab ist ein Nd : YAG-Kristall mit einer Länge von etwa 5 mm und einem Durchmesser von 3 mm. Der Durchmesser der Kugellinse beträgt 5 mm; zwischen dem Ende der Faser und der Kugellinse ist ein freier Raum von etwa 1,8 mm und zwischen der Linse und dem Ende des Laserstabs ein freier Raum von etwa 3 mm. Der Verdopplerkristall ist ein KTP-Kristall mit Maßen von etwa 5 mm × 3 mm × 3 mm; der Verdopplerkristall ist 2,2 cm von dem Laserstab und 3,1 cm von dem Ausgangskoppelspiegel entfernt. Zahlreiche unterschiedliche Faseroptiken können verwendet werden; je kleiner die Faser ist, desto höher ist die Lichtausbeute, jedoch steigt dann auch die Schwierigkeit bei der Justierung. Eine Faser mit 200 µm Durchmesser, beispielsweise NRC FC-PC, eine Faser mit 125 µm Durchmesser, beispielsweise Corning 1504, und eine Faser mit 100 µm Durchmesser, beispielsweise NRC FC-MLD, die sämtlich von der Newport Research Corporation, Fountain Valley, California, USA, erhältlich sind, können verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Faser mit einem Durchmesser von 200 µm verwendet mit einer 1 : 1-Abbildung zur Erzeugung eines Modenvolumens von 200 µm, und es wird reiner TEM00-Mode erreicht. Die Merkmale der Erfindung können zur Ausbildung sogar noch kleinerer Laserköpfe angewendet werden, bis herunter zu 4 cm Länge und 7 mm Durchmesser. Laserstäbe mit Längen von etwa 1 mm und Verdopplerkristalle mit Längen von etwa 2 mm können verwendet werden.As an example of a preferred embodiment of the invention, a preferred arrangement of a laser head is approximately 8.4 cm long and has a diameter of approximately 1.0 cm. The laser rod is an Nd: YAG crystal with a length of approximately 5 mm and a diameter of 3 mm. The diameter of the ball lens is 5 mm; There is a free space of about 1.8 mm between the end of the fiber and the spherical lens and a free space of about 3 mm between the lens and the end of the laser rod. The doubler crystal is a KTP crystal with dimensions of approximately 5 mm × 3 mm × 3 mm; the doubler crystal is 2.2 cm from the laser rod and 3.1 cm from the output coupling mirror. Numerous different fiber optics can be used; the smaller the fiber, the higher the light output, but then the difficulty with the adjustment increases. A 200 micron diameter fiber, such as NRC FC-PC, a 125 micron diameter fiber, such as Corning 1504, and a 100 micron diameter fiber, such as NRC FC-MLD, all from Newport Research Corporation, Fountain Valley, California , USA, can be used. In a preferred embodiment, a fiber with a diameter of 200 μm is used with a 1: 1 image to produce a mode volume of 200 μm, and pure TEM 00 mode is achieved. The features of the invention can be used to form even smaller laser heads down to 4 cm in length and 7 mm in diameter. Laser bars with lengths of approximately 1 mm and doubler crystals with lengths of approximately 2 mm can be used.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/864,928 US4665529A (en) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | Laser diode pumped solid state laser with miniaturized quick disconnect laser head |
DE3715600A DE3715600C2 (en) | 1986-05-19 | 1987-05-09 | Compact laser head |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3745125C2 true DE3745125C2 (en) | 1998-04-16 |
Family
ID=25855421
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3745125A Expired - Fee Related DE3745125C2 (en) | 1986-05-19 | 1987-05-09 | Diode-pumped compact, solid-state laser head |
DE3745127A Expired - Fee Related DE3745127C2 (en) | 1986-05-19 | 1987-05-09 | Compact laser head |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3745127A Expired - Fee Related DE3745127C2 (en) | 1986-05-19 | 1987-05-09 | Compact laser head |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (2) | DE3745125C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1401066A2 (en) * | 2002-09-23 | 2004-03-24 | Litton Systems, Inc. | Microlaser cavity assembly with frequency doubling and adjustment means by rotation |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3982201A (en) * | 1975-01-24 | 1976-09-21 | The Perkin-Elmer Corporation | CW solid state laser |
US4035742A (en) * | 1975-03-07 | 1977-07-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Device for optical pumping solid state lasers |
US4383318A (en) * | 1980-12-15 | 1983-05-10 | Hughes Aircraft Company | Laser pumping system |
DE3614401A1 (en) * | 1985-05-01 | 1986-11-06 | Spectra-Physics, Inc., San José, Calif. | ND YAG LASER |
DE3643648A1 (en) * | 1985-12-19 | 1987-07-16 | Spectra Physics | LASER DIODE-PUMPED SOLID LASER |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1472190A1 (en) * | 1965-07-07 | 1969-01-09 | Rodenstock Optik G | Adjustable bracket for mirror and the like. |
DE2033097C3 (en) * | 1970-07-03 | 1975-05-15 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Holder for an adjustable mirror to be used with solid-state lasers |
US4387279A (en) * | 1981-10-19 | 1983-06-07 | Methode Electronics, Inc. | Column mounted switch for vehicles and the like |
US4409470A (en) * | 1982-01-25 | 1983-10-11 | Symbol Technologies, Inc. | Narrow-bodied, single-and twin-windowed portable laser scanning head for reading bar code symbols |
-
1987
- 1987-05-09 DE DE3745125A patent/DE3745125C2/en not_active Expired - Fee Related
- 1987-05-09 DE DE3745127A patent/DE3745127C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3982201A (en) * | 1975-01-24 | 1976-09-21 | The Perkin-Elmer Corporation | CW solid state laser |
US4035742A (en) * | 1975-03-07 | 1977-07-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Device for optical pumping solid state lasers |
US4383318A (en) * | 1980-12-15 | 1983-05-10 | Hughes Aircraft Company | Laser pumping system |
DE3614401A1 (en) * | 1985-05-01 | 1986-11-06 | Spectra-Physics, Inc., San José, Calif. | ND YAG LASER |
DE3643648A1 (en) * | 1985-12-19 | 1987-07-16 | Spectra Physics | LASER DIODE-PUMPED SOLID LASER |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1401066A2 (en) * | 2002-09-23 | 2004-03-24 | Litton Systems, Inc. | Microlaser cavity assembly with frequency doubling and adjustment means by rotation |
EP1401066A3 (en) * | 2002-09-23 | 2004-05-12 | Litton Systems, Inc. | Microlaser cavity assembly with frequency doubling and adjustment means by rotation |
US6891879B2 (en) | 2002-09-23 | 2005-05-10 | Litton Systems, Inc. | Microlaser cavity assembly and associated packaging method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3745127C2 (en) | 1998-09-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3715600C2 (en) | Compact laser head | |
DE69736133T2 (en) | DIRECT HIGH-PERFORMANCE LASER DIODE SYSTEM WITH HIGH EFFICIENCY AND APPROPRIATE METHOD | |
DE3614401C2 (en) | Laser diode pumped solid state laser | |
DE19680482B4 (en) | Apparatus for coupling a multi-emitter laser diode to a multi-mode optical fiber | |
DE2936463C2 (en) | ||
DE69105952T3 (en) | Solid-state laser diode light source | |
DE3026908C2 (en) | Detachable connection for connecting optical fibers in pairs | |
EP0961688B1 (en) | Device for laser writing on materials | |
DE4021434A1 (en) | OPTICAL SEMICONDUCTOR MODULE | |
DE19823934A1 (en) | Device for coupling a light source to an optical fiber | |
DE2159327A1 (en) | DEVICE FOR ADJUSTING TWO OPTICAL COMPONENTS | |
DE102010031674A1 (en) | Fiber optic coupler | |
DE2656410C3 (en) | Device for adjusting an optical axis of an element, in particular a curved mirror | |
DE69922303T2 (en) | Multiple light source and optical system using it | |
DE3745125C2 (en) | Diode-pumped compact, solid-state laser head | |
DE2720790A1 (en) | NON-MECHANICAL PRINTER | |
DE4304178A1 (en) | Active, folded resonator system | |
DE102010041689B4 (en) | Socket for receiving a plug with a light guide | |
DD299574A5 (en) | ARRANGEMENT FOR TRANSVERSAL PUMPING OF SOLID BODY LASERS | |
DE19926707A1 (en) | Illumination device for endoscope e.g. electronic endoscope | |
DE102007056642B3 (en) | Optical arrangement for optical sensor in image-processing system, has support fixable in hollow space of retainer in desired position, where displacement of displacement fin and cutting of thread structure takes place in bearing surface | |
DE3929944C2 (en) | ||
DE3330434A1 (en) | STABILIZATION DEVICE FOR A SEMICONDUCTOR LASER | |
DE2934153A1 (en) | DISTRIBUTION COUPLER | |
DE3330901A1 (en) | ADJUSTMENT DEVICE FOR THE FINE ADJUSTMENT OF THE OPTICAL COUPLING BETWEEN TWO OPTICAL ELEMENTS AND USE OF THE ADJUSTMENT DEVICE FOR A SEMICONDUCTOR LASER AND A FIBER-SHAPED FIBER |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
Q172 | Divided out of (supplement): |
Ref country code: DE Ref document number: 3715600 |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
AC | Divided out of |
Ref country code: DE Ref document number: 3715600 Format of ref document f/p: P |
|
8125 | Change of the main classification |
Ipc: H01S 3/08 |
|
AC | Divided out of |
Ref country code: DE Ref document number: 3715600 Format of ref document f/p: P |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |