DE3813281C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Neodym-YAG- Laser mit umschaltbarer Wellenlänge gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1.

Ein bekannter Neodym-YAG-Laser (DE 36 17 084 A1) weist wenigstens einen Spiegel auf, der senkrecht zur optischen Achse des Lasers verschiebbar ist, so daß in den Strahlengang des Lasers Spiegelbe­ reiche mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen für die verschiedenen Emissionswellenlängen ein­ bringbar sind. Dabei hat insbesondere der eine Spiegelbereich ein hohes Reflexionsvermögen für die Wellenlänge 1064 nm bei gleichzeitig großer Transmission für die Wellenlänge 1320 nm, während der andere Spiegelbereich genau umgekehrte Charak­ teristik aufweist. Durch diese Ausbildung des be­ kannten Neodym-YAG-Lasers ist es zwar möglich, den Laser zwischen den beiden Emissionswellenlängen 1064 nm und 1320 nm umzuschalten. Der mechanische Aufwand ist aber außerordentlich hoch, da als Spie­ gelelement für den Laser verschiebbare Elemente vorgesehen sind, die entsprechend genau geführt sein müssen, um in den jeweiligen Stellungen die Erfüllung der Resonanzbedingungen des Lasers zu gewährleisten.

Bei Farbstofflasern ist es bekannt, zur Wellen­ längenselektion eine frequenzselektive Rückkopplung zu verwenden, beispielsweise ein in den Resonator eingebautes Gitter oder Intereferenzfilter, deren Winkellage verändert werden (APPT, W. ua; durch­ stimmbare kohärente Strahlung vom UV bis ins IR durch Farbstofflaser mit Frequenzwandlung; Fein­ werktechnik und Meßtechnik, 83. JG., 1975, Heft 2, Seite 33 bis 39). Auch bei dieser Anordnung ist ein großer mechanischer Aufwand notwendig, da die Win­ kelstellung der eingebrachten optischen Elemente genau justiert werden muß.

Bei einem gattungsgemäßen Laser (DE-37 13 635 A 1) wird die Wellenlängenselektion dadurch erreicht, daß auf einer Seite des Resonators zwei Spiegel hintereinander angeordnet sind, von denen der in­ nere für eine Wellenlänge den Resonator begrenzt, die andere Wellenlänge aber hindurchläßt, während der äußere für die vom inneren Spiegel hindurch­ gelassene Wellenlänge hoch-reflektierend ist und wobei der äußere Spiegel durch eine eingescho­ bene Blende unwirksam gemacht werden kann. Bei die­ ser Anordnung müssen zwei Spiegel sehr genau ju­ stiert werden, um die Resonatorbedingungen jeweils zu erfüllen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Laser derart auszubilden, daß möglichst wenige Teile genau justiert werden müssen, so daß dieser Laser im Betrieb besonders robust ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Laser der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Teile des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß bei Neodym-YAG-Kristallen die einzelnen Emissions­ wellenlängen unterschiedlich "stark angeregt wer­ den. Beispielsweise ist die Emissionswellenlänge 1064 nm "wesentlich stärker als die Emissionswel­ lenlänge 1320 nm. Deshalb wird der Laser, auch wenn für beide Emissionswellenlängen die Resonanzbe­ dingung erfüllt ist, trotzdem nur mit der einen Emissionswellenlänge schwingen, die stärker ange­ regt wird, während die andere Emissionswellenlänge praktisch völlig überdeckt wird. Bei den vorstehend als Beispiel genannten beiden Wellenlängen schwingt der Laser mit der Emissionswellenlänge 1064 nm, die die Emissionswellenlänge 1320 nm völlig "überdeckt". Dies gilt in ähnlicher Weise für die weiteren Emissionswellenlängen von Neodym-YAG-Kristallen.

Deshalb hat der Laser einen Aufbau mit zwei fest­ stehenden Spiegeln, deren Reflexionsvermögen so gewählt ist, daß für beide Emissionswellenlängen die Resonanzbedingung erfüllt ist. Dennoch wird - wie vorstehend ausgeführt - der Laser praktisch nur mit der Wellenlänge 1064 nm angeregt. Um den Laser auf die andere Emissionswellenlänge, d. h. z.B. auf die Wellenlänge 1320 nm, umzuschalten, ist es deshalb lediglich erforderlich, durch ein zu­ sätzlich eingebrachtes Element die Resonanzbedingung für die stärkere Wellenlänge, d. h. bei dem gewähl­ ten Beispiel die Wellenlänge 1064 nm, zu "stören".

Dieses Element kann gemäß Anspruch 5 beispielsweise ein Spiegel sein, der selektiv für die eine Wellen­ länge, also z.B. die Wellenlänge 1064 nm, beschichtet ist, und dessen Reflexionsvermögen für diese Wellen­ länge beispielsweise 5 bis 10% beträgt, der aber für die andere Wellenlänge, also z. B. die Wellen­ länge 1320 nm, praktisch vollständig durchlässig ist. Bringt man ein derartiges Element in den Strah­ lengang ein, so wird die Resonanzbedingung zwar für 1064 nm aufgehoben, für die Emissionswellenlänge 1320 nm ist die Resonanzbedingung aber weiterhin erfüllt, so daß der Laser auf die zweite Emissions­ wellenlänge "umgeschaltet wird.

Die vorstehenden beispielhaften Erläuterungen für die Wellenlängen 1064 nm und die Wellenlängen 1320 nm gelten in gleicher Weise natürlich auch für an­ dere Emissionswellenlängen.

Ferner können anstelle eines Spiegels auch andere Elemente verwendet werden, sofern diese nur in der Lage sind, für die stärkere Emissionswellenlänge die Laserbedingung zu stören, ohne daß die Laserbe­ dingung für die "schwächere Emissionswellenlänge ge­ stört wird. Derartige Elemente können - wie im An­ spruch 7 gekennzeichnet ist - beispielsweise schmal­ bandige Filter sein, die die stärkere Emissionswel­ lenlänge unterdrücken.

Dabei sind an die mechanische Führung des weiteren Elements keine besonderen Anforderungen zu stellen, da das weitere Element keine Laserbedingung erfül­ len muß, im Gegenteil, durch das Einbringen des weiteren Elements soll lediglich die Laserbedingung gestört werden.

Das erfindungsgemäße Grundprinzip, durch das Ein­ bringen eines weiteren Elements die Laserbedingung für die stärkere der beiden Emissionswellenlängen zu stören, die Laserbedingung für die schwächere der beiden Emissionswellenlängen aber (nahezu) ungeän­ dert zu lassen, ist selbstverständlich für die ver­ schiedensten Wellenlängenkombinationen anwendbar. Besonders vorteilhaft ist es jedoch für die Wellen­ längenkombination 1064 nm (stärkere Emissionswel­ lenlänge) und 1320 nm (schwächere Emissionswellen­ länge), da diese Emissionswellenlängen beispiels­ weise bei medizinischen Anwendungen häufig in einem Geräte zur Verfügung stehen sollten (Anspruch 2).

Im Anspruch 3 sind typische Reflexionsvermögen für die beiden Emissionswellenlängen angegeben, die er­ füllt sein müssen, damit das Umschalten zwischen den beiden Wellenlängen problemlos realisierbar ist.

Der Anspruch 4 kennzeichnet für das im Anspruch 2 angegebene bevorzugte Wellenlängenpaar besonders vorteilhafte Reflexionsvermögen, während im An­ spruch 6 Angaben für das weitere Element zu finden sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Aus­ führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung näher beschrieben,
deren einzige Figur einen Querschnitt durch einen Laser zeigt.

Der Laser besteht in an sich bekannter Weise aus einem Neodym-YAG-Kristall 1, der zwischen zwei Spie­ geln 21 und 22 angeordnet ist. Beispielsweise zwi­ schen dem Spiegel 22 und dem Neodym-YAG-Kristall 1 ist ein zusätzliches Element 3 einbringbar, das für die Wellenlänge 1064 nm ein so großes Refle­ xionsvermögen hat, daß für diese Wellenlänge die Resonanzbedingung nicht mehr erfüllt ist, das für die Wellenlänge 1320 nm aber praktisch vollständig durchlässig ist, so daß für diese Wellenlänge wei­ terhin die Reflexionsbedingung erfüllt ist.

Hierzu hat beispielsweise der Spiegel 21 ein Re­ flexionsvemrögen von 99,9% bei den Wellenlängen 1064 nm und 1320 nm, während der Spiegel 22 ein Re­ flexionsvermögen von 87 bis 88% für die Wellen­ länge 1064 nm und ein Reflexionsvermögen von 96 ± 1% bei 1320 nm hat, wobei die Reflexionsvermö­ gen jeweils für einen Einfallswinkel von 90° ange­ geben sind.

Das zusätzlich in den Strahlengang des Lasers ein­ bringbare Element hat beispielsweise ein Reflexions­ vermögen von 5% bis 10% für die Wellenlänge 1064 nm und ein Reflexionsvermögen von 0,1% für die Wellenlänge 1320 nm.

Da das zusätzlich in den Strahlengang einzubringen­ de Element - anders als die Laserspiegel 21 und 22 - nicht exakt zur optischen Achse 4 des Lasers auszu­ richten ist, sind die Anforderungen an die mecha­ nische Führung des zusätzlich einzubringenden Ele­ ments 3 gering, so daß der Laser kostengünstig her­ zustellen ist.

Damit ist in einfacher Weise ein zwischen zwei Emissionswellenlängen umschaltbarer Neodym-YAG- Laser herstellbar.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Aus­ führungsbeispiels ohne Beschränkung des allgemei­ nen Erfindungsgedankens beschrieben worden, der darin besteht, einen Neodym-YAG-Laser zu auszule­ gen, daß im Grundzustand die Laserbedingung für bei­ de Wellenlängen erfüllt ist und daß zum Umschalten auf die "schwächere" Emissionswellenlänge durch ein zusätzliches Element die Laserbedingung für die "stärkere" Emissionswellenlänge zerstört wird.

Claims (7)

1. Neodym-YAG-Laser mit umschaltbarer Wellenlänge, bei dem

• 1. der Neodym-YAG-Kristall (1) zwischen einem ersten Spiegel (21) und einem zweiten Spie­ gel (22) angeordnet ist, die den Laserreso­ nator begrenzen,
• 2. die Emissionswellenlänge zwischen einer er­ sten Wellenlänge λ₁ und einer zweiten Wellen­ länge λ₂ umschaltbar ist, wobei die Verstär­ kung des Neodym-YAG-Kristalls (1) für die erste Wellenlänge größer ist als für die zweite Wellenlänge λ₂,
• 3. im Ausgangszustand lediglich Strahlung der Wellenlänge λ₁ anregbar ist,
• 4. die Spiegel (21, 22) fest angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
• 5. beide Spiegel (21, 22) für beide Emissions­ wellenlängen λ₁ und λ₂ ein hohes Reflexions­ vermögen aufweisen,
• 6. zum Umschalten von der ersten Wellenlänge λ₁ zur zweiten Wellenlänge λ₂ in den Strah­ lengang zwischen dem Neodym-YAG-Kristall (1) und einem der Spiegel (21, 22) ein Element (3) einbringbar ist, dessen Reflexions- oder Absorptionsvernögen für die erste Wellen­ länge λ₁ größer ist als das Reflexionsver­ mögen für die zweite Wellenlänge λ₂, so daß die Resonanzbedingung für die erste Wellenlänge aufgehoben wird, während die Resonanzbedingung für die zweite Wellen­ länge λ₂ praktisch nicht geändert wird.

2. Neodym-YAG-Laser nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Emissionswellen­ länge λ₁ die Laserwellenlänge 1064 nm und die zweite Emissionswellenlänge λ₂ die Wellenlänge 1320 nm ist.

3. Neodym-YAG-Laser nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Reflexionsvermö­ gen des ersten Spiegels (21) für beide Emissions­ wellenlängen λ₁ und λ₂ größer als 99% und das Re­ flexionsvermögen des zweiten Spiegels (22) zwi­ schen den und den Neodym-YAG-Kristall (1) das Element (3) einbringbar ist, für die zweite Emissionswellenlängen λ₂ größer als 94% und für die erste Emissionswellenlänge λ₂ größer als 86% ist.

4. Neodym-YAG-Laser nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Reflexionsvermögen des ersten Spiegels (21) für beide Emissionswellen­ längen ca. 99,9% und das Reflexionsvermögen des zweiten Spiegels (22) für die erste Emissions­ wellenlänge λ₁ 87 bis 88% und für die zweite Emissionswellenlänge λ₂ 96% ±1% beträgt.

5. Neodym-YAG-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (3) ein Spiegel ist.

6. Neodym-YAG-Laser nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spiegel (3) ein Reflexionxver­ mögen von 5 bis 10% für die erste Emissionswel­ lenlänge λ₁ und ein Transmissionsvermögen von < 99,5% für die zweite Emissionswellenlänge λ₂ hat.

7. Neodym-YAG-Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (3) ein schmalbandiges Filter ist, das die erste Emissionswellenlänge λ₁ unterdrückt.