DE3813572A1 - Laser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Laser, mit einem mittels zweier Resonatorendspiegel mehrfach gefalteten Strah­ lengang und mit mindestens einem den Laserstrahl retroreflektiv faltenden Reflektor, dessen Achse zur Achse eines weiteren Reflektors insbesondere parallel versetzt angeordnet ist, nach Patent ... (Patentanmeldung P 37 16 873.8).

Bei dem Laser nach der Haupterfindung ist eine Vielzahl von den Laserstrahl retroreflektiv faltenden Reflektoren als Dachkantspiegel ausgebildet und jeweils zwei benachbarte sind zueinander in der Faltungsebene etwa um die Hälfte ihrer Gesamtbreite bzw. etwa um die Breite eines Reflektorspiegels achsparallel versetzt, damit der Strahlengang des Laserstrahls hin- und hergehend und dabei fortschreitend gefaltet werden kann. Die Dachkantspiegel sind also Bauteile eines sogenannten Multipassresonators. Deren Faltungsspiegel bzw. Reflektoren dienen dazu, die Längserstreckung des Lasers zu verringern.

Durch die Faltung ergeben sich jedoch im allgemeinen Probleme in der Strahlführung und in der Strahlqualität. Die Strahl­ führung wird dadurch beeinträchtigt, daß der Strahl nicht völlig exakt in die gewünschte Richtung reflektiert wird, weil die Spiegeljustierung nicht exakt ist oder durch die Ausge­ staltung des Lasers unerwünschterweise beeinflußt werden kann. Die Strahlqualität wird beispielsweise durch Beugungseffekte beim Reflektieren in den Eckbereichen von Dachkantspiegeln verschlechtert. Allgemein gilt, daß die Nachteile mit der Anzahl der Faltungen zunehmen.

Eine generelle Verbesserung hinsichtlich der vorerwähnten Nachteile ergibt sich durch die Verwendung von retroreflektiven Spiegeln, zu denen auch die vorerwähnten Dachkantspiegel zäh­ len. Derartige retroreflektive Spiegel haben die Eigenschaft, einen einfallenden Strahl unabhängig vom Einfallswinkel parallel zu sich selbst zu reflektieren, so daß ihre Justier­ ungsempfindlichkeit vergleichsweise gering ist. Derartige retroreflektive Reflektoren wirken in einer Ebene, wie beispielsweise die vorerwähnten Dachkantspiegel, oder drei­ dimensional, wenn also drei Spiegelflächen rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Obwohl die Justierungsempfindlich­ keit von z. B. 10 Millirad gegenüber anderen, nicht retroref­ lektiven Reflektoren von z. B. 100 Mikrorad bereits erheblich verringert ist, wird die Strahlqualität jedoch noch als verbesserungswürdig angesehen.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen Laser der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er unter Beibehaltung seiner vergleichsweise geringen Justierungsem­ pfindlichkeit eine verbesserte Strahlqualität aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Strahlengang mit dem retroreflektiven Reflektor mindestens zweimal gefaltet ist.

Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß der Einfluß op­ tischer Inhomogenitäten auf die Strahlqualität durch die spezielle Faltungsgeometrie dieser retroreflektiven Reflektoren zumindest teilweise aufgehoben werden kann. Auch die Justie­ rungsempfindlichkeit wird bei solchen Reflektoren weiter verringert. Das wird in erster Linie dadurch erreicht, daß der retroreflektive Reflektor mehrfach ausgenutzt wird, um den Strahlengang zu falten. Es entfallen also die optischen Ungenauigkeiten zwischen einzelnen, von einander unabhängigen Reflektoren, wobei auch Justierungsfehler mehrerer einzelner retroreflektiver Reflektoren vermieden und die Stabilität erhöht werden können. Optische Inhomogenitäten werden insbe­ sondere im Vergleich zu herkömmlichen Multipassresonatoren verringert, indem räumliche Überlagerungen einzelner Strah­ lengangabschnitte vermieden werden können.

Vorteilhafterweise ist die Achsversetzung der Reflektoren gleich oder größer, als der Radius des Laserstrahls und kleiner, als die radiale Erstreckung eines Reflektorspiegels. Durch diese Bemessung der Achsversetzung wird einerseits gewährleistet, daß eine gegenseitige Überlappung von Strah­ lengangabschnitten vermieden wird. Durch die Vermeidung von Überlappungen einander paralleler Strahlengangabschnitte des Laserstrahls wird die dabei bestmögliche Strahlqualität erreicht. Der Laserstrahl bleibt im Faltungsbereich der beiden Reflektoren. Außerdem wird dadurch ermöglicht, daß der Laserstrahl nicht in den Eckbereich eines Reflektors hinein­ zustrahlen braucht. Derartige Ecken zwei- oder dreidimen­ sionaler retroreflektiver Reflektoren führen zu ausgeprägten Beugungseffekten, weil die Ecken der Reflektoren nicht exakt rechtwinklig ausgeführt werden können. Vielmehr sind stets Abrundungen und weitere Resonatorverluste bewirkende Uneben­ heiten vorhanden, die einen erheblichen Divergenzwinkel der von ihnen reflektierten Strahlung bewirken und auch die Strahl­ qualität entschieden beeinträchtigen. Darüber hinaus ist die Ecke des retroreflektiven Reflektors generell der Beschä­ digungsgefahr ausgesetzt, so daß durch eine diese Ecke vermeidende Strahlführung die Gefahr der Beeinträchtigung der Laserstrahlung allgemein vermieden wird.

Der retroreflektive Reflektor wirkt zweidimensional und die Achsversetzung liegt in der Faltungsebene vor. Durch diese Ausgestaltung des Lasers bzw. seiner Resonatoranordnung kann eine günstige Ausnutzung des aktiven Lasermaterials in einer Ebene erreicht werden. Eine optimale Ausnutzung des aktiven Materials im Raum bzw. in drei voneinander abweichenden Richtungen wird erreicht, wenn der retroreflektive Reflektor dreidimensional wirkt und die Achsversetzung durch eine auf den zur Verfügung stehenden Querschnitt des aktiven Lasermaterials angepaßte translatorische Versetzung dieses Reflektors bestimmt ist. In beiden vorbeschriebenen Fällen kommt zu den oben genannten Vorteilen noch eine gesteigerte Flexibilität bei der Anpassung der Reflektoren an die baulichen Gegebenheiten des Lasers durch entsprechende Wahl der Achsversetzung. Außerdem ist auch die Ausnützung des aktiven Materials effektiver, also der Leistungsgewinn, als bei herkömmlichen Multipassresona­ toren.

Vorteilhafterweise sind zwei einander zumindest optisch gegenüberliegende retroreflektive Reflektoren vorhanden und jeder Reflektor faltet den Strahlengang mindestens zweimal. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere für einen einfachen Aufbau zwei- oder dreidimensional wirkender retro­ reflektiver Reflektoren vorteilhaft, weil zumindest etwa gleichviel faltende und damit etwa gleichgroße Reflektoren zum Einsatz kommen.

Um den zwischen zwei retroreflektiven Reflektoren befindlichen Raum, der das aktive Lasermaterial möglichst gedrängt aufweist, möglichst vollständig auszunutzen, ist der Laser so ausgebildet, daß ein Resonatorendspiegel gleichachsig mit einem retroreflektiven Reflektor oder zu diesem achsparal­ lel im Sinne einer spiralartigen Aufweitung des Strahlengangs angeordnet ist. Dabei ist es zweckmäßig, daß der Resonator­ endspiegel im Eckbereich des Reflektors angeordnet ist, der ohnehin wegen der oben beschriebenen Nachteile nicht in den Strahlengang mit einbezogen werden sollte, so daß sich dadurch die Kompaktheit des Aufbaus des Lasers weiter steigern läßt.

Von besonderer Bedeutung für eine möglichst kompakte Bauart des Lasers ist die Ausnutzung eines sich radial in allen Richtungen erstreckenden Raums des aktiven Lasermaterials. Das kann mit ebenen bzw. zweidimensional wirkenden retroreflektiven Reflektoren dadurch erreicht werden, daß zwei den Laserstrahl in mindestens zwei Strahlengangebenen retroreflektiv zu falten gestattende zweidimensional wirkende Reflektoren und mindestens ein dazu hochkant angeordneter, die Überleitung des Strahlen­ gangs zwischen den beiden Strahlengangebenen bewirkender retroreflektiver Reflektor vorhanden sind. Damit die retro­ reflektiven Reflektoren möglichst optimal zur Strahlfaltung ausgenutzt werden können, sind die beiden Resonatorendspiegel seitlich außerhalb der Strahlengangebene neben einem der retroreflektiven Reflektoren jeweils auf der Höhe einer der Strahlengangebenen angeordnet.

Wenn zwei dreidimensional retroreflektiv wirkende Reflektoren vorhanden sind und eine zwei einander parallele Strahlengangebenen bewirkende translatorische Achsversetzung aufweisen, wird die Anzahl voneinander separater reflektie­ render Bauteile der mehrere Strahlengangebenen aufweisenden Resonatoranordnung weiter verringert. Es entfallen ein oder mehrere Spiegel zur Überleitung des Strahlengangs zwischen zwei Strahlengangebenen.

Da die Laserstrahlung insbesondere bei einer vielfachen Faltung des Strahlengangs nicht immer zu vernachlässigende Divergenzen bzw. Leistungsverluste aufweist, ist es vorteil­ haft, wenn in den Strahlengang mindestens eine zwischenfokus­ sierende Optik eingeschaltet ist. Die Ausgestaltung dieser Op­ tik wird auf die jeweils gegebene Anordnung der Strahlführung abgestimmt. Vorteilhafterweise ist ihre Ausbildung derart, daß die zwischenfokussierende Optik ein alle Strahlengangabschnitte jeweils umlenkender, parabolisch wirkender Spiegel oder eine sich über den gesamten, vom gefalteten Strahlengang einge­ nommenen Querschnitt erstreckende Sammellinse ist. Dabei wird der parabolisch wirkende Spiegel aus Gründen einfacher Herstellbarkeit insbesondere bei in einer oder in mehreren Ebenen gefaltetem Strahlengang eingesetzt, während die Sammellinse vorzuziehen ist, wenn der Strahlengang bezüglich der Querschnittsebene derart ausgestaltet ist, daß die Herstellung parabolisch wirkender Spiegel zu aufwendig ist oder zu größerer ungenauer Strahlführung und unannehmbar verschlech­ terter Strahlqualität führt.

Der erfindungsgemäße Laser kann unter Heranziehung der vorbeschriebenen Merkmale insbesondere so ausgestaltet werden, daß er eine Strahlteilung ermöglicht. Er wird dabei so ausgerüstet, daß ein Resonatorendspiegel als teiltransmittie­ rendes Fenster innerhalb des gefalteten Strahlengangs ange­ ordnet ist, und daß diesem Resonatorendspiegel mindestens ein weiterer teiltransmittierender Auskoppelspiegel nachgeordnet ist. Die den Resonator verlassende Laserstrahlung wird zwischen den retroreflektierenden Reflektoren außerhalb des Resonator­ bereichs so geführt, daß ein Teil der Laserstrahlung ausge­ koppelt wird und der reflektierte Strahlungsanteil als zweiter Strahl an anderer Stelle zur Verfügung steht. Die auf diese Weise erreichte Strahlteilung ist insbesondere deswegen von Interesse, weil der den Resonator verlassende Strahlungsanteil von den retroreflektiven Reflektoren erneut durch aktives Lasermaterial geleitet und damit verstärkt werden kann, und zwar sowohl vor dem Erreichen des bzw. eines Auskoppelspiegels, als auch danach.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn beide Resonatorendspiegel gleichachsig angeordnet sind und mindestens eine Reflektorfläche eines der Reflektoren den Auskoppelspiegel bildet. In diesem Fall stehen alle durch die Reflektoren gebildeten Strahlengangabschnitte zur Verstärkung der gesamten Laserstrahlung oder eines Teils derselben zur Verfügung und die Strahlqualität sowie die Justierungsempfindlichkeit werden nicht durch eine vergrößerte Anzahl von Einzelteilen ver­ schlechtert.

In Ausgestaltung der Erfindung hat der Laser einen das ak­ tive Material in dem Strahldurchmesser angepaßten Kanälen aufweisenden Laserblock aus dielektrischem Werkstoff, und die retroreflektiven Reflektoren sind im Abstand vom Block oder auf entsprechend geformten Endflächen angeordnet.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1, 2 zwischen zwei zweidimensionalen retroreflektiven Spiegeln gefaltete unterschiedliche Strahlengänge in schematischer Darstellung,

Fig. 3a eine perspektivische schematische Darstellung eines mit zwei Strahlengangebenen ausgebildeten Resonators,

Fig. 3b eine Aufsicht auf den Resonator der Fig. 3a zur Ver­ deutlichung der Strahlführung,

Fig. 4a eine perspektivische Darstellung eines Resonators mit zwei kubisch wirkenden retroreflektiven Reflek­ toren,

Fig. 4b die Strahlverteilung der Anordnung der Fig. 4a in Richtung A,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines einzelnen dreidimensional wirkenden retroreflektiven Reflek­ tors,

Fig. 6 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung mit einer zwischenfokussierenden Optik,

Fig. 7 einen dreidimensional wirkenden retroreflektiven Re­ flektor mit einem zwischenfokussierenden Parabolspie­ gel,

Fig. 8, 9 Ausführungsformen von Lasern mit mehrfach ausge­ koppelter Laserstrahlung.

Fig. 1 zeigt zwei in derselben Ebene einander gegen­ überliegend angeordnete retroreflektive Reflektoren M 1 und M 2. Jeder Reflektor M 1, M 2 hat zwei im rechten Winkel zueinander angeordnete Spiegelflächen 10, 11, welche die Achsen a 1, a 2 als Winkelhalbierende einschließen. Diese Achsen sind in der Darstellungsebene achsparallel zueinander versetzt, wobei die Achsversetzung gleich d ist. Die Reflektoren M 1, M 2 bilden mit zwei Resonatorendspiegeln m 1, m 2 eine Resonatoranordnung, wobei der zwischen den Endspiegeln m 1, m 2 verlaufende Laserstrahl 13 in der Darstellungsebene mehrfach gefaltet ist. Die räumliche Ausbreitung bzw. der Durchmesser des Laserstrahls 13 wird durch den Spiegel m 1 bestimmt, der im Eckbereich des Reflektors M 1 angeordnet ist. Demgemäß hat der Laserstrahl 13 den Durchmesser D. In Bezug darauf ist die Achsversetzung der Reflektoren M 1, M 2 derart, daß d gleich oder größer als D/2 ist, also als der Radius des Laserstrahls 13.

Gemäß Fig. 1 ist der Strahlengang des Laserstrahls 13 zwischen den Resonatorendspiegeln m 1, m 2 mehrfach gefaltet, wobei der linke Reflektor M 1 zweifach und der rechte Reflektor M 2 dreifach faltet. Es ergeben sich insgesamt sechs parallel nebeneinander in einer Strahlengangebene liegende Strahlen­ gangabschnitte 14, wobei die Parallelität der Strahlengang­ abschnitte 14 relativ unabhängig davon ist, ob die Reflektoren M 1, M 2 etwa in der Darstellungsebene gemäß Doppelpfeil 29 geringfügig zueinander verdreht sind; denn die Faltung durch die Reflektoren M 1, M 2 erfolgt retroreflektiv, d.h. ein einfallender Strahlengangabschnitt wird parallel zu sich selbst reflektiert.

Aus Fig. 1 ist weiterhin ersichtlich, daß die Strahlen­ gangabschnitte 14 relativ dicht nebeneinander angeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine gute Ausnutzung des aktiven Laser­ materials, welches zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Die Ausnutzung ist über den gesamten der Laserstrahlung zur Verfügung stehenden Querschnitt etwa gleich groß, weil der Resonatorendspiegel m 1 gleichachsig mit dem retroreflektiven Reflektor M 1 angeordnet ist und die Achsversetzung d nur wenig größer als D/2 ist. Dieses Übermaß bestimmt, wie weit die beiden innersten Strahlengangabschnitte 14 a, 14 b von der Ecke 15 des Reflektors M 2 entfernt sind. Diese Entfernung der Strahlengangabschnitte 14 a, 14 b von der Ecke 15 bzw. die gegen­ seitige Entfernung der Strahlengangabschnitte 14 a, 14 b muß umso größer sein, je inhomogener die Ausbildung der Ecke 15 und je größer infolgedessen die Verringerung der Strahlqualität ist.

Fig. 2 zeigt eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, bei der der Abstand der einander benachbarten inneren Strahlen­ gangabschnitte 14 a, 14 b erheblich größer ist, als in Fig. 1. Diese Ausführungsform kommt für solche Resonatoranordnungen in Betracht, bei denen die Ecken 15 der Reflektoren M 1, M 2 besonders inhomogen sind. Das ist beispielsweise der Fall, falls die Reflektoren M 1, M 2 nicht einstückig sind, also bei­ spielsweise aus einstückigen Dachkantspiegeln bestehen, sondern aus voneinander separaten Spiegelflächen, die mit einem ge­ wissen Abstand voneinander z.B. von einem blockartigen Bauteil in ihrer zueinander rechtwinkeligen Anordnung gehalten werden. In diesem Fall ist nicht nur die Ecke 15, sondern auch der sie umgebende Eckbereich für eine Reflektion des Laserstrahls nicht verwendbar und vorteilhafterweise wird der Resonatorendspiegel m 1 nicht gleichachsig zum Reflektor M 1 angeordnet, wie in Fig. 1, sondern achsparallel zu diesem Reflektor M 1 versetzt.

In beiden vorbeschriebenen Resonatoranordnungen ist die Zuordnung der Resonatorendspiegel M 1, M 2 zu den Achsen a 1, a 2 der Reflektoren M 1, M 2 so getroffen, daß sich eine spiralartige Aufweitung des Strahlengangs ergibt. In beiden Fällen versteht sich auch, daß die Achsversetzung d kleiner ist, als die radiale Erstreckung r eines Reflektorspiegels, z. B. 11, da sonst eine Mehrfachfaltung durch zumindest einen Reflektor­ spiegel, z.B. M 2 nicht möglich ist.

In Fig. 3a, 3b ist ein Laser mit zwei retroreflektiven Reflektoren M 1, M 2 dargestellt, welche als Dachkantspiegel für zwei übereinander liegende Strahlengangebenen 16, 17 ausge­ bildet sind. Dementsprechend ist die Höhe h jedes Reflektors M 1, M 2 mindestens gleich 2 D. Zur Überleitung des Laserstrahls 13 zwischen den beiden Strahlengangebenen 16, 17 ist ein hochkant angeordneter retroreflektiver Reflektor M 3 vorhanden, der die Umlenkung des Laserstrahls 13 zwischen den Strahlen­ gangabschnitten 14 c und 14 d vornimmt, wobei er gleichachsig mit dem Reflektor M 1 angeordnet ist, der in seinem Eckbereich zwei übereinanderliegende Durchtrittsbohrungen 18 für den Laser­ strahl 13 aufweist.

Der Reflektor M 1 ist gemäß Fig. 3b unter Berücksichtigung der Achsversetzung d etwas schmaler gehalten, als der Reflektor M 2, so daß der Laserstrahl 13 zu den Resonatorendspiegeln m 1, m 2 gelangen kann. Diese sind an einem Trägerblock 19 überein­ ander jeweils auf der Höhe der Strahlengangebenen 16, 17 angeordnet. Der Spiegel m 1 wirkt, wie bei den Ausführungsformen der Fig. 1, 2, ausschließlich reflektierend, während der Spiegel m 2, wie die Spiegel m 2 der vorbeschriebenen Ausfüh­ rungsformen, ein teiltransmittierendes Fenster ist, also als Auskoppelspiegel wirkt. Der Strahlengang der Laserstrahlung 13 verläuft infolgedessen ausgehend vom Spiegel m 1 in der Strahlengangebene 16 spiralig bis in die Achse a 1 des Reflek­ tors M 1 und von dort über den hochkant angeordneten Reflektor M 3 in die Strahlengangebene 17 und sich spiralig aufweitend bis zum Endspiegel m 2, durch den ein Teil der Laserstrahlung ausgekoppelt wird.

Die in den Fig. 1 bis 3b dargestellten Resonatoranord­ nungen betreffen retroreflektive Reflektoren, welche zwei­ dimensional wirken. Diese sind senkrecht zur Darstellungsebene justierungsempfindlich, so daß bei entsprechenden Anforderungen vorteilhafterweise dreidimensional wirkende retroreflektive Reflektoren verwendet werden sollten. Einen solchen Reflektor M 4 zeigt in schematischer Darstellung Fig. 5. Dieser Reflektor M 4 besteht aus drei rechtwinkelig zueinander angeordneten Spiegeln 20, 21, 22, was in Fig. 4a ebenfalls dargestellt wurde. Die Laserstrahlung wird durch einen solchen kubisch wirkenden retroreflektierenden Reflektor M 4 auch dann parallel zu sich selbst reflektiert, wenn der Reflektor nicht nur in der Darstellungsebene verschwenkt angeordnet ist, sondern auch und/oder zusätzlich in einer zur Reflektorachse senkrechten Richtung.

In Fig. 4a ist eine Reflektoranordnung dargestellt, deren Reflektoren M 4, M 5 kantenparallel bzw. drehungsfrei und damit translatorisch um den Vektor r 0 verschoben ist. Es ergeben sich zwei Faltungsebenen 16, 17 gemäß Fig. 4b, in der die Projek­ tionen r′0 und die Projektionen der in Fig. 4a dargestellten Ortsvektoren r 2 bis r 5 der Umlenkpunkte des Strahlengangs des Laserstrahls 13 auf den Reflektorspiegeln 20, 21, 22 sowie die Projektionen der Ortsvektoren r 1, r 6 für die Resonatorend­ spiegel m 1, m 2 bzw. die mit diesen fluchtenden Durchtritts­ öffnungen des Spiegels 20 eingezeichnet sind, von denen eine Durchtrittsöffnung 23 in Fig. 4a dargestellt ist.

Die Achsversetzung der Reflektoren M 4, M 5 ergibt sich aus der Projektion r′0.

Fig. 6 zeigt eine der Fig. 1 ähnliche Anordnung von Reflektoren M 1, M 2 und Resonatorendspiegeln m 1, m 2, wobei aber in dem Strahlengang des Laserstrahls 13 ein parabolisch wirkender Spiegel 24 angeordnet ist. Die Anordnung ist derart, daß eine Umlenkung des gesamten Strahlenganges um 90° erfolgt. Der Spiegel 24 ist eine zwischenfokussierende Optik und besteht aus mehreren, jeweils einen Parabolspiegel bildenden Spiegel­ teilen 24′, die auf den Strahlengang so abgestimmt sind, daß jedem Strahlengangabschnitt, z. B. 14 a, ein Spiegelteil 24′ zugeordnet ist und die zwischenfokussierende Wirkung ausübt.

Die aus Fig. 6 ersichtliche, um 90° erfolgende Umlenkung des gesamten Strahlengangs kann unerwünscht sein, wenn die durch die Umlenkung bedingten räumlichen Überlagerungen der Strahlengangabschnitte in aktivem Material stattfinden. In diesem Fall wäre eine Sammellinse anstelle des Spiegels 24 und Anordnung der Reflektoren gemäß Fig. 1 vorteilhafter.

Fig. 7 zeigt einen retroreflektiven Reflektor M 4 mit drei rechtwinkelig zueinander angeordneten Reflektorspiegeln 20 bis 22, wobei jedoch der Spiegel 20 parabolisch ausgebildet ist. Es erfolgt also eine Zwischenfokussierung durch diesen Spiegel 20 im Falle des dreidimensional wirkenden Reflektors M 4. Da der Spiegel 20 die Fokussierung nur bezüglich einer Ebene vornehmen kann, ist es erforderlichenfalls vorteilhaft, auch die Spiegel 21, 22 parabolisch auszubilden.

Fig. 7 betrifft die Ausbildung eines oder mehrerer Reflektorspiegel 20 bis 22 des räumlich wirkenden Reflektors M 4 als zwischenfokussierende Optik. Auch bei zweidimensional wirkenden Reflektoren ist eine Zwischenfokussierung durch den Reflektor selbst möglich. Dies wurde in Fig. 3a durch eine entsprechend gekrümmte Kantenlinie 25 am Reflektor M 2 ange­ deutet.

Anstelle der Resonatorendspiegel m 1 oder m 2 kann ein Scraperspiegel mit konvex gekrümmtem, auf die Lochgröße des Scraperspiegels abgestimmtem Endspiegel verwendet werden, um einen Multipassresonator instabiler Konfiguration zu schaffen, der insbesondere für einen Hochleistungslaser ausgelegt ist, wobei die vielfache Faltung des Strahlengangs zu einer ent­ sprechend großen Verstärkung bei möglichst kompakter Laser­ ausbildung und den vorbeschriebenen besonderen Vorteilen geringer Justierungsempfindlichkeit und hoher Strahlqualität führt. Es ist aber auch möglich, die vorbeschriebenen Reso­ natorkonfigurationen stabil auszubilden. Die mehrfache Faltung mit eng nebeneinander liegenden Strahlengangabschnitten bewirkt dann die gewünschte hohe Ausnutzung des aktiven Lasermaterials auch bei niedrigen Moden bzw. geringen Strahlquerschnitten.

Besondere Bedeutung hat die erfindungsgemäße Mehrfach­ faltung in dem Fall, daß gemäß Fig. 8, 9 ein Resonatorend­ spiegel m 2 innerhalb des gefalteten Strahlengangs des Laser­ strahls 13 angeordnet wird. Fig. 8, 9 zeigen gleichachsig angeordnete Resonatorendspiegel m 1, m 2. Der Spiegel m 2 ist teiltransmittierend, so daß die ihn verlassende Laserstrahlung in ihren Grundeigenschaften durch die Verhältnisse zwischen den Spiegeln m 1, m 2 bestimmt wird. Der Resonator kann beispiels­ weise mit einer nicht dargestellten Modenblende auf Grund­ modebetrieb eingestellt werden. Die den teiltransmittierenden Resonatorendspiegel m 2 verlassende Strahlung wird dann in vorbeschriebener Weise durch die retroreflektiven Reflektoren M 1, M 2 und gegebenenfalls eine zwischenfokussierende Optik 24 gefaltet bzw. umgelenkt, wobei sie beim Durchlaufen aktiven Materials verstärkt wird.

Die Besonderheit beider Ausführungsformen der Fig. 8, 9 besteht darin, daß dem Resonatorendspiegel m 2 ein Auskoppel­ spiegel m 3 im Strahlengang nachgeordnet ist. Infolgedessen verläßt ein Teil des Laserstrahls das System und bildet einen ersten externen Laserstrahl S 1. Dabei ersetzt der Auskoppel­ spiegel m 3 den lediglich reflektierenden, nicht teiltrans­ mittierenden Spiegel 11 des retroreflektiven Reflektors M 1. Infolgedessen ergibt sich eine den Fig. 1, 2 entsprechende spiralige Führung des Strahlengangs, bei der jedes Mal, wenn der Laserstrahl erneut auf den Reflektorspiegel m 3 trifft, ein weiterer externer Laserstrahl erzeugt wird, z.B. S 2, bis der Laserstrahl 13 das Reflektorsystem verläßt und den externen Strahl S 3 bildet. Auf diese Weise kann eine Strahlteilung erreicht werden, wobei auch von den Vorteilen der vorbe­ schriebenen Ausführungsformen Gebrauch gemacht wird. Bei der Strahlaufteilung ist besonders vorteilhaft, daß nach jeder Strahlteilung eine Verstärkung stattfindet, so daß externe Strahlen mit entsprechend angepaßten Leistungen zur Verfügung stehen. Beispielsweise kann die Leistungsanpassung so erfolgen, daß alle Strahlen gleiche Leistung haben. Es ist dann bei­ spielsweise Grundmodebetrieb möglich, so daß die externen Laserstrahlen S 1 bis S 3 beispielsweise als parallel geführte Schneidstrahlen eingesetzt werden können, z.B. bei der Blechtrennung.

In Fig. 8 ist zwischen den Reflektoren M 1, M 2 ein Laser­ block 26 angeordnet, der aus dielektrischem Werkstoff besteht, beispielsweise aus Keramik. In ihm sind Kanäle 27 angeordnet, die das aktive Material aufnehmen, beispielsweise Gas. Der Laserblock 26 hat im Winkel zueinander stehende Endflächen 28, auf die der retroreflektive Reflektor M 1 bzw. M 2 aufgebracht ist, so daß sich eine dementsprechend kompakte und stabile Laserausgestaltung ergibt.

Die Kanäle 27 sind entsprechend dem Strahlengang einander parallel und senkrecht zueinander angeordnet, so daß sie sich entsprechende räumliche Überlagerung der Strahlengänge ergeben. Das kann zu einer unannehmbaren Verschlechterung der Strahl­ qualität führen. In diesem Falle müßten räumlichen Überla­ gerungen außerhalb des aktiven Materials des Lasers erfolgen, was in Fig. 9 dargestellt wird, wo der Laserblock 26 so an­ geordnet ist, daß die retroreflektierenden Reflektoren M 1, M 2 bzw. der zwischenfokussierende Spiegel 24 Abstand davon haben.

Bezüglich der Resonatorendspiegel m 1, m 2 versteht sich für alle Ausführungsformen, daß entweder teiltransmittieren­ de oder vollreflektierende Spiegel verwendet werden können. Während erstere üblicherweise dazu benutzt werden, stabile Resonatoren zu bilden, werden letztere zur Konstruktion in­ stabiler Resonatoren herangezogen. Die vorbeschriebenen Fal­ tungskonzepte sind also für die beiden grundsätzlichen Re­ sonatorkonzepte einsetzbar. Außerdem ist es möglich, die Re­ sonatorendspiegel m 1, m 2 durch nicht lichtsperrende Fenster zu ersetzen. Es liegt dann ein Verstärker bzw. Oszillator vor, der der Verstärkung des in ihn eingestrahlten kohären­ ten Lichts dient. Ein solcher Verstärker kann in Verbindung mit Lasern eingesetzt werden, die ihrerseits ein eigenständiges, laserlichterzeugendes Resonatorsystem aufweisen. Auch in einem solchen Fall bewähren sich die vorbeschriebenen Faltungs­ konzepte im Sinne der Aufgabenstellung zur Verbesserung von Lasersystemen.

Claims (16)

1. Laser, mit einem mittels zweier Resonatorendspiegel mehr­ fach gefalteten Strahlengang und mit mindestens einem den Laserstrahl retroreflektiv faltenden Reflektor, dessen Achse zur Achse eines weiteren Reflektors insbesondere pa­ rallel versetzt angeordnet ist, nach Patent ... (Patent­ anmeldung P 37 16 873.8), dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Strahlengang mit dem retroreflek­ tiven Reflektor (M 1, M 2, M 4, M 5) mindestens zweimal gefaltet ist.

2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Achsversetzung (d) der Reflek­ toren (M 1, M 2, M 4, M 5) gleich oder größer ist, als der Radius (D/2) des Laserstrahls (13) und kleiner, als die radiale Erstreckung (r) eines Reflektorspiegels (z. B. 11).

3. Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der retroreflektive Reflektor (M 1, M 2) zweidimensional wirkt und die Achsversetzung (d) in der Faltungsebene vorliegt.

4. Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der retroreflektive Reflektor (M 4, M 5) dreidimensional wirkt und die Achsversetzung durch eine auf den zur Verfügung stehenden Querschnitt des aktiven Lasermaterials angepaßte translatorische Verset­ zung r 0 dieses Reflektors (z. B. M 4) bestimmt ist.

5. Laser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei ein­ ander zumindest optisch gegenüberliegende retroreflektive Reflektoren (M 1, M 2) vorhanden sind und jeder Reflektor (M 1, M 2) den Strahlengang mindestens zweimal faltet.

6. Laser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Resonatorendspiegel (m 1) gleichachsig mit einem retro­ reflektiven Reflektor (M 1) oder zu diesem achsparallel im Sinne einer spiralartigen Aufweitung des Strahlengangs angeordnet ist.

7. Laser nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Resonatorendspiegel (m 1) im Eckbereich des Reflektors (M 1) angeordnet ist.

8. Laser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei den Laserstrahl (13) in mindestens zwei Strahlengangebenen (16, 17) retroreflektiv zu falten gestattende zweidimen­ sional wirkende Reflektoren (M 1, M 2) und mindestens ein dazu hochkant angeordneter, die Überleitung des Strahlen­ gangs zwischen den beiden Strahlengangebenen (16, 17) bewirkender retroreflektiver Reflektor (M 3) vorhanden sind.

9. Laser nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Resonatorendspiegel (m 1, m 2) seitlich außerhalb der Strahlengangebenen (16, 17) neben einem der retroreflektiven Reflektoren (M 1, M 2) jeweils auf der Höhe einer der Strahlengangebenen (16, 17) angeordnet sind.

10. Laser nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei dreidimensional retroreflektiv wirkende Reflektoren (M 4, M 5) vorhanden sind und eine zwei einander parallele Strahlengangebenen (16, 17) bewirkende translatorische Achsversetzung (r 0) aufweisen.

11. Laser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlengang mindestens eine zwischenfokussierende Optik (24) eingeschaltet ist.

12. Laser nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zwischenfokussierende Optik (24) ein alle Strahlengangabschnitte jeweils umlenkender, parabolisch wirkender Spiegel oder eine sich über den gesamten, vom gefalteten Strahlengang eingenommenen Querschnitt erstreckende Sammellinse ist.

13. Laser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reso­ natorendspiegel (m 2) als teiltransmittierendes Fenster innerhalb des gefalteten Strahlengangs angeordnet ist, und daß diesem Resonatorendspiegel (m 2) mindestens ein weiterer teiltransmittierender Auskoppelspiegel (m 3) nachgeordnet ist.

14. Laser nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Resonatorendspiegel (m 1, m 2) gleichachsig angeordnet sind und mindestens eine Reflek­ torfläche eines der Reflektoren den Auskoppelspiegel (m 3) bildet.

15. Laser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß er einen das aktive Material in dem Strahldurchmesser angepaßten Kanälen (27) aufweisenden Laserblock (26) aus dielek­ trischem Werkstoff hat, und daß die retroreflektiven Reflektoren (M 1, M 2, M 4, M 5) im Abstand vom Block (26) oder auf entsprechend geformten Endflächen (28) angeordnet sind.

16. Laser, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß an­ stelle der Resonatorendspiegel (m 1, m 2) nicht licht­ sperrende Fenster vorhanden sind.