DE3904039C2 - Laseranordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laseranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Eine derartige Laseranordnung, die aus der US-PS 3 624 545 bekannt ist, enthält eine mehrere Laserdioden oder lichtaussendende Dioden aufweisende Pump- oder Anregungslichtanordnung zur Anregung des Lasermediums. Nach dem dort beschriebenen Aufbau umfaßt der bekannte Laser mehrere transversal zur optischen Achse angeordnete Laserdioden, ein in der optischen Achse liegendes Lasermedium, z. B. einen YAG-Stab, dessen eines Ende vollständig reflektierend und dessen anderes Ende teilweise reflektierend ausgebildet ist sowie einen parallel zur optischen Achse sich erstreckenden, das Lasermedium teilweise umgebenden Pumplichtreflektor. Das von den Laserdioden ausgesendete Pumplicht wird von dem Medium teilweise absorbiert. Das nicht absorbierte Licht wird durch den Pumplichtreflektor reflektiert und trifft erneut auf das Lasermedium auf. Das dann nicht absorbierte Licht tritt an den Laserdioden vorbei ins Freie und ist für den Pumpvorgang verloren oder beeinflußt die Laserdioden nachteilig.

Der Absorptionskoeffizient des Lasermediums für das Licht der Laserdioden weist eine große Wellenlängenabhängigkeit auf, die beispielsweise 0,75 mm^-1 für eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 808,5 nm und 0,1 mm^-1 für eine Strahlung von 802 nm beträgt. Es war daher bisher notwendig, das Spektrum der Laserdioden genau zu steuern, um eine wirksame Absorption des Lichts durch das Lasermedium zu erreichen.

Bei diesem bekannten Laser ist es schwierig, eine vollständige Absorption des Lichtes von der Laserdiode durch das Lasermedium zu erreichen, so daß die wirksame Energie der Laserschwingung gering bleibt. Der bekannte Laser hat weiter eine unzureichende Wärmeabstrahlung vom Lasermedium, so daß das Problem besteht, daß die Strahlenqualtiät bei gesteigertem Ausgang schlechter wird.

Ferner werden etwa 20% des von den Laserdioden auftreffenden Lichts von der Oberfläche des Lasermediums oder dem Pumplichtreflektor reflektiert und treten erneut in die Laserdioden ein, wodurch es zu einer Störung der Laserdioden kommt und die Intensität des emittierten Lichts und die Wellenlänge der Laserdioden verändert werden.

Die US-PS 3 684 980 offenbart einen Laser mit einem zylinderförmigen Lasermedium, welches entlang seiner Achse auf seinem Umfang in drei voneinander getrennten Abschnitten von einer reflektierenden Fläche abgedeckt ist. Zwischen diesen Abschnitten sind in Richtung der Achse Aussparungen vorgesehen, durch welche Pumplicht in das Lasermedium gelangen kann. Jede der Aussparungen nimmt dabei eine Vielzahl von parallel zur Achse angeordneten Pumplichtquellen auf. Auch dieser bekannte Laser hat einen schlechten Anregungswirkungsgrad, da viel Pumplicht aus den drei Aussparungen wieder entweichen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Laser der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß der Wirkungsgrad bei der Anregung des Lasermediums erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch angeführten kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein erfindungsgemäß optimierter Laser weist den bedeutenden Vorteil eines erhöhten Wirkungsgrades auf. Mit einem gewissen Quantum an Anregungsleistung kann eine höhere Laserausgangs­ leistung erzielt werden, was seinen Grund darin hat, daß beim erfindungsgemäßen Laser nur noch ein sehr geringer Anteil des Pumplichtes durch die Zuführungsöffnungen für das Pumplicht wieder entweichen kann. Zudem ist die effektive, zur Kühlung des Lasermediums verwendbare Fläche größer.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1(a) und 1(b) einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform des Lasers;

Fig. 2 bis 4 Ansichten des Lasers mit Abänderungen der ersten Ausführungsform;

Fig. 5(a) einen Querschnitt zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Lasers;

Fig. 5(b) eine Ansicht der von der zweiten Ausführungsform erhaltenen Strahlform;

Fig. 6(a) bis 6(b) einen Längsschnitt und einen Querschnitt einer Abänderung der zweiten Ausführungsform.

Der Längsschnitt gemäß Fig. 1(a) bzw. der Querschnitt gemäß Fig. 1(b) zeigen einen Laser gemäß der ersten Ausführungs­ form. Dieser Laser umfaßt einen reflektierenden Halterungskörper 50, eine Öffnung 51, eine Reflektionsfläche 52, ein transparentes Haftmittel 6 eine Strahlungsrippe 7 und einen Lichtstrahl 11 von der Laserdiode 1. Die Innenfläche der Öffnung 51 ist reflek­ tierend, indem man sie z. B. mit Gold plattiert hat. Die re­ flektierende Fläche 52 besteht aus einer mehrschichtigen Filmbeschichtung oder aus einer Plattierung aus Metall, wie z. B. Gold.

Der Lichtstrahl 11 von der Laserdiode 1 trifft von der an einem Teil des reflektierenden Körpers 50 vorgesehenen Öffnung 51 auf das Lasermedium 2 auf und wird durch das Lasermedium 2 absorbiert, wobei er mehrfach durch die reflektierende Fläche 52 des Halterungskörpers 50 reflektiert wird, und regt optisch das Lasermedium 2 an.

Eine dünne Schicht aus einem optisch durchlässigen, trans­ parenten Haftmittel 6 ist zwischen dem Lasermedium 2 und der reflektierenden Fläche 52 vorgesehen und gestattet, daß das Licht von der Laserdiode wirksam hindurchgeht, wobei es das Lasermedium 2 und den reflektierenden Körper 50 thermisch so verbindet, daß das Lasermedium wirksam gekühlt wird.

Die reflektierende Fläche 52 wird durch Kratzen oder Auf­ rauhen optisch nicht glatt, um das Auftreten von einer para­ sitären Schwingung innerhalb der reflektierenden Fläche 52 zu verhindern.

Bei der ersten Ausführungsform ist der Umfang des Lasermediums 2 von dem reflektierenden Halterungskörper 50 umgeben, und der Laserstrahl ist so, daß er auf das Lasermedium 2 durch die Öffnung 51 in einem Teil des reflektierenden Halterungskörpers 50 auftrifft, so daß das Licht von der Laserdiode nahezu vollständig durch das Lasermedium 2 absorbiert wird, auch wenn die Frequenz des Lichts etwas von dem optimalen Wert abweicht. Man erhält daher eine Wirkung, durch die der Anregungswirkungsgrad der Laserschwingung merklich verbessert wird. Bei der ersten Ausführungsform ist die wärmeabstrahlende Konstruktion an der Außenseite des reflektierenden Halterungskörpers vorgesehen, so daß das Lasermedium 2 wirksam durch die Abstrahlung der Wärme, die im Lasermedium 2 erzeugt wird, gekühlt wird, und zwar über das Haftmittel 6, den reflektierenden Halterungskörper 50 und die Strahlungsrippe 7. Es wird somit möglich, eine Verschlechterung der Strahlqualität zu unterdrücken, die auftritt, wenn die Ausgangsleistung gesteigert wird, und die Qualität der Strahlen zu verbessern.

Fig. 2 zeigt eine Abänderung der ersten Ausführungsform, wobei Fig. 2(a) einen Querschnitt und Fig. 2(b) eine An­ sicht eines Teils des in Fig. 2(a) dargestellten Laserme­ diums 2 ist. Bei dieser Abänderung ist die reflektierende Fläche direkt auf dem Lasermedium 2 als ein reflektierender Film 500 ausgebildet, wobei eine thermisch leitende Füllung 60 den reflektierenden Film 500 und einen wärmeabstrahlen­ den Körper 70 miteinander verbindet.

Fig. 3 zeigt eine weitere Abänderung der in Fig. 2 darge­ stellten Modifikation. Bei dieser Abänderung wird, nachdem der gesamte Umfang des Lasermediums 2 mit dem reflektieren­ den Film 500 umgeben wurde, ein Teil des Films herausge­ schnitten, um eine Öffnung 510 auszubilden, durch die das Licht gelangt.

Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen und ihren Abänderungen trifft das Licht von der Laserdiode auf das Lasermedium nur in einer Richtung auf. Durch Einstellen der Auftreffrichtungen des Lichts bei jeden 180°, 120° oder ähnlichen kann eine Wirkung sichergestellt werden, daß man Strahlen mit einer besseren Symmetrie erhält. Fig. 4 zeigt eine derartige Abänderung, bei der die Auftreffrichtung jeweils um 120° versetzt eingestellt wurde.

Bei allen obigen Ausführungsformen und den Änderungen ist ein optischer Resonator durch einen teilweise reflektieren­ den Film 4 und einen vollständig reflektierenden Film 3, die an den entsprechenden Enden des Lasermediums angeordnet sind, ausgebildet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, einen optischen Resonator dadurch auszubilden, daß man entweder eine oder beide Endflächen mit einem Antireflektionsfilm versieht und einen Spiegel außerhalb vorsieht. Statt der Laserdiode kann auch eine lichtaussendende Diode verwendet werden.

Fig. 5(a) und Fig. 5(b) sind Ansichten zur Darstellung der zweiten Ausführungsform, wobei Fig. 5(a) eine horizon­ tale Schnittansicht des Lasers und Fig. 5(b) eine Ansicht der Form des Strahls darstellt. Bei dieser Ausführungsform wird eine Öffnung 51 von dem Lasermedium 2 versetzt, so daß das Laserlicht von 1 in einer von der Mittelachse des Lasermediums 2 versetzten Richtung auftrifft.

Bei der zweiten Ausführungsform ist die Öffnung 51 an einer Stelle von der Mitte des Lasermediums 2 entfernt ausgebil­ det. Nachdem das Licht von der Laserdiode durch die Öffnung 51 auftrifft und der Linsenwirkung des Lasermediums 2 und der reflek­ tierenden Fläche 52 unterworfen wird, gelangt nur ein sehr geringer Teil durch die Öffnung 51 zurück, und der Haupt­ teil wird durch die reflektierende Fläche 52 erneut reflek­ tiert und vom Lasermedium 2 absorbiert. Das Pumplicht wieder­ holt mehrfache Reflektionen innerhalb der reflektierenden Fläche 52, und der Hauptteil seiner Energie wird vom Laser­ medium 2 absorbiert; die Erregung des Lasermediums 2 wird homogen.

Es wurde festgestellt, daß der durch das obige System erhal­ tene Strahl 38 eine im wesentlichen ideale kreisförmige Form aufweist, wie dies in Fig. 5(b) dargestellt ist.

Bei der obigen Ausführungsform wird das Pumplicht nur von einer Seite eingestrahlt. Durch das Einstrahlen des Pumplichts von beiden Seiten und symmetrisch in bezug auf die vertikale Richtung, wie in den Fig. 6(a) und 6(b) dargestellt, wird es jedoch möglich, eine gleichförmige Erregung durchzuführen und einen Strahl hoher Dichte zu realisieren, indem man Laserdioden 1 versetzt an der linken und rechten Seite anordnet.

Wie oben beschrieben, trifft bei der zweiten Ausführungsform das Pumplicht so auf, daß die optische Achse von der Mittelachse des Lasermediums versetzt ist, so daß man Strahlen hoher Wirksamkeit und hoher Qualität erhält und eine homogene Erregung realisiert.

Claims (6)

1. Laseranordnung

• - mit einem Lasermedium (2),
• - einer mehrere Halbleiterlichtquellen (1) aufweisenden Pumplichtanordnung zur Anregung des Lasermediums (2),
• - einer den äußeren Umfang des Lasermediums (2) längs seiner optischen Achse umgebenden, reflektierenden Fläche (52), die so ausgestaltet ist, daß sie an einer vorgegebenen Stelle den Eintritt des Lichtes von der Pumplichtanordnung in das Lasermedium (2) gestattet,

dadurch gekennzeichnet, daß zahlreiche Öffnungen (51) in der reflektierenden Fläche (52) vorgesehen sind, durch die jeweils das Licht nur einer Halbleiterlichtquelle (1) der Pumplichtanordnung in das Lasermedium (2) gelangt.

2. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen des von den Halbleiterlichtquellen (1) ausgesendeten Lichts und die optische Achse des Lasermediums (2) versetzt verlaufen.

3. Laseranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als reflektierende Fläche (52) eine mehrschichtige Filmbeschichtung an der Innenfläche eines das Lasermedium (2) umgebenden Halterungskörpers (50) aufgebracht ist.

4. Laseranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als reflektierende Fläche (52) eine auf der Innenfläche des Halterungskörpers (50) aufgebrachte Metallplattierung vorgesehen ist.

5. Laseranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche (52) ein reflektierender Film (500) ist, der direkt auf dem Lasermedium (2) vorgesehen ist.