DE4018006A1

DE4018006A1 - Laser with gas mode aperture - has scattering lens aperture and absorbs energy of modes masked by aperture between active medium and decoupling mirror

Info

Publication number: DE4018006A1
Application number: DE19904018006
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Seifert
Original assignee: BAASEL CARL LASERTECH
Current assignee: BAASEL CARL LASERTECH
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1991-12-12

Abstract

The laser has a resonator that has a decoupling mirror (1), end mirror (2) and an active medium (3), such as Nd; YAG. A laser beam is generated along the axis of the unit. Improved focussing of the laser beam through the decoupling mirror is obtained using the mode aperture (4) with the expanded beam (6) received by an absorber made of heat conducting material (7). ADVANTAGE - Increased operational life.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laser, mit einem Resonator, bei dem zwischen einem Endspiegel und einem Auskoppel spiegel ein aktives Medium angeordnet ist, und einer Modenblende im Strahlengang des Lasers.The invention relates to a laser, with a resonator, where between an end mirror and an output coupling mirror an active medium is arranged, and one Mode diaphragm in the beam path of the laser.

Derartige Laser sind bekannt. Als aktives Medium zwischen dem Endspiegel und dem teildurchlässigen Auskoppelspiegel befindet sich typischerweise ein Nd:YAG-Element oder ein anderes aktives Medium hoher Verstärkung. Speziell bei derartigen Lasern hat selbst Laserlicht geringer Intensität nach einmaligem Hin- und Herlaufen zwischen den Spiegeln des Resonators eine beträchtliche Verstärkung erfahren. Abhängig vom Betrieb des Lasers gibt es mehrere mögliche Schwin gungszustände, d. h. Moden, die z. B. im Strahlquer schnitt als bestimmte Intensitätsverteilungen in Erscheinung treten.Such lasers are known. As an active medium between the end mirror and the partially transparent Auskoppelspiegel is typically a Nd: YAG element or other high active medium Reinforcement. Especially with such lasers Low-intensity laser light after a single and running between the mirrors of the resonator experience significant reinforcement. Depending on the Operation of the laser there are several possible Schwin conditions, d. H. Fashions that e.g. B. in the beam cross cut into as certain intensity distributions Appearance.

Mehrmoden-Laser haben allerdings für bestimmte An wendungszwecke den Nachteil, daß der aus dem Auskoppel spiegel austretende Laserstrahl schlechte Fokussierei genschaften aufweist. Aus diesem Grund verwendet man Modenblenden, das sind üblicherweise aus hochtempe raturbeständigem Metall bestehende Lochscheiben, die derart im Strahlengang des Laserlichts innerhalb des Resonators angeordnet sind, daß nur der Grundmode oder eine begrenzte Anzahl höherer Moden durchgelassen wird. Dadurch verbessern sich die Fokussiereigenschaften, wobei der Grundmode die bestmögliche Fokussierbarkeit aufweist.However, multi-mode lasers have certain types the disadvantage that the out of the coupling emitting laser beam poor focus properties. For this reason, one uses Fashion diaphragms are usually made of high temperature ratur resistant metal existing perforated disks, the such in the beam path of the laser light within the resonator are arranged that only the basic mode or let a limited number of higher modes pass becomes. This improves the focusing properties, where the basic fashion is the best possible focusability having.

Bei den oben erwähnten leistungsstarken Lasern ist nun bereits nach einmaligem Durchlaufen des Resonators die Intensität des Laserstrahls so hoch, daß im Umfangsbereich des Blendenlochs Laserleistung vorhanden ist. Insbesondere bei Anordnung einer Blende im Inneren des Resonators ist diese thermische Belastung beträchtlich. Deshalb wurden die Modenblenden bislang aus hochschmelzendem Metall gefertigt. Zur Verringerung der thermischen Belastung wurden auch spiegelnde oder konische Modenblenden eingesetzt.With the powerful lasers mentioned above now after running through the resonator once the intensity of the laser beam so high that in Peripheral area of the aperture hole Laser power available is. In particular when arranging an aperture in This thermal load is inside the resonator considerably. That is why the fashion shades have so far made of high-melting metal. To reduce the thermal load was also reflective or conical fashion panels used.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei Lasern hoher Leistung die Modenblenden nach relativ kurzer Zeit unbrauchbar werden. Aufgrund des Wärmeeinflusses werden die Modenblenden zerstört. Die thermische Belastung der Modenblende steigt noch dadurch wahrend des Laser betriebs an, daß die Oberflächen der Modenblenden oxidieren und aus diesem Grund das Laserlicht besonders gut absorbieren.It has now been shown that high power lasers the fashion diaphragms are unusable after a relatively short time will. Due to the influence of heat Fashion screens destroyed. The thermal load on the As a result, the mode diaphragm rises during the laser operating that the surfaces of the fashion diaphragms oxidize and for this reason the laser light especially absorb well.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laser der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem auch bei hoher Laserleistung die Modenblende eine relativ lange Lebensdauer aufweist.The invention has for its object a laser of the type mentioned at the beginning, in the case of high laser power the mode aperture a relatively long Has lifespan.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Modenblende für die Laserlichtwellenlänge im wesentlichen durchlässig ist. Insbesondere kann man die Modenblende aus Glas fertigen, z. B. aus BK7. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme kann man die Modenblende z. B. als Streulinse ausbilden, welche das zu nutzende Laserlicht durch die Blendenöffnung durchläßt und die auszublendenden Moden von der Mittelachse des Laser strahls fort ablenkt.According to the invention, this object is achieved by that the mode aperture for the laser light wavelength in is essentially permeable. In particular you can manufacture the fashion diaphragm from glass, e.g. B. from BK7. By the measure according to the invention can be the mode diaphragm e.g. B. form as a diffusing lens, which is to be used Laser light passes through the aperture and the Modes to be hidden from the central axis of the laser distracted away.

Damit wird die Energie der auszublendenden Moden allen falls zu einem geringen Teil in der Modenblende selbst absorbiert, so daß dort kaum noch Schaden durch Über hitzung entstehen kann. Der größte Teil der ausge blendeten Laserenergie wird in einem spitzen Winkel bezüglich der Hauptstrahlrichtung gestreut. Dieses gestreute oder abgelenkte Licht gelangt dann vorzugs weise auf eine auf der Strahlaustrittsseite der Modenblende angeordnete Absorbereinrichtung. Da im engeren und weiteren Umfangsbereich der Hauptstrahl achse relativ viel Platz vorhanden ist, kann die Absorbereinrichtung relativ großzügig ausgestaltet werden. Sie kann die thermische Energie des ausge blendeten und durch die Modenblende gestreuten Laser lichts an die Umgebungsluft abgeben. Außerdem kann mit relativ einfachen Mitteln eine Wasserkühlung für die Absorberanordnung vorgesehen werden.So the energy of the modes to be hidden becomes everyone if to a small extent in the fashion diaphragm itself absorbed, so that there is hardly any damage from over heating can occur. Most of the out dazzled laser energy is at an acute angle scattered with respect to the main beam direction. This Scattered or deflected light is then preferred point to one on the beam exit side of the Mode aperture arranged absorber device. Since in narrower and wider circumferential area of the main beam axis has a lot of space, the Absorber device designed relatively spacious will. You can out the thermal energy of the dazzled and scattered through the fashion aperture laser emit light into the ambient air. Besides, can with relatively simple means water cooling for the absorber arrangement can be provided.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist darin zu sehen, daß im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Modenblende selbst die von ihr ausgeblendete Laserenergie absorbieren mußte, die Funktion der Blende einerseits und die Absorberfunktion andererseits getrennt sind. Damit erreicht man eine hoher Laser leistung bei langer Lebensdauer der Modenblende.An essential aspect of the invention is therein to see that, in contrast to the prior art, at to whom the fashion aperture itself hides the one it has hidden Laser energy had to absorb the function of the aperture on the one hand and the absorber function on the other are separated. With this one achieves a high laser performance with a long service life of the fashion panel.

Ein Merkmal des Materials der erfindungsgemäßen Modenblende ist seine Transmission von mindestens 50%. Vorzugsweise wird sämtliche auszublendende Laser energie nach außen gestreut, d. h. aufgeweitet. Damit absorbiert die Modenblende selbst praktisch keine Energie, so daß praktisch keine Kühlungsmaßnahmen er griffen werden müssen. Ein weiteres Merkmal des Materials der erfindungsgemäßen Modenblende ist seine hohe optische Zerstörschwelle.A feature of the material of the invention Mode aperture is its transmission of at least 50%. All lasers to be masked out are preferred energy scattered outside, d. H. expanded. In order to the mode diaphragm itself practically does not absorb Energy so that he practically no cooling measures have to be gripped. Another characteristic of the material the mode diaphragm according to the invention is its high optical Destruction threshold.

Durch das Aufweiten der ausgeblendeten Laserstrahl anteile verringert sich die Energiedichte der ausge blendeten Strahlanteile, welche somit relativ groß flächig auf einen Absorber auftreffen können. Dement sprechend erhöht sich zum einen die Zerstörschwelle des Absorbers; zum anderen dessen Wärmeableitungsvermögen. By expanding the hidden laser beam proportions, the energy density of the out dazzled beam components, which are therefore relatively large can hit an absorber flat. Dement speaking, the destruction threshold of the Absorber; on the other hand, its heat dissipation capacity.

Die Absorberanordnung kann z. B. als geschlossener Ring ausgebildet sein, der konzentrisch hinter der Modenblende angeordnet ist.The absorber arrangement can, for. B. as a closed ring be formed concentrically behind the fashion diaphragm is arranged.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe following are exemplary embodiments of the invention explained in more detail with reference to the drawing. Show it

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines Lasers, Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a laser,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Moden blende gemäß der Erfindung, und Fig. 2 is a perspective view of a mode aperture according to the invention, and

Fig. 3 eine Längsschnittansicht durch die Modenblende nach Fig. 2. Fig. 3 is a longitudinal sectional view through the mode aperture of FIG. 2.

Fig. 1 zeigt den im Prinzip weitestgehend bekannten Aufbau eines Lasers mit einem Resonator, der einen teildurchlässigen Auskoppelspiegel 1, einen Endspiegel 2, ein aktives Medium 3, z. B. ein Nd : YAG- Medium, und eine zwischen dem aktiven Medium 3 und dem Auskoppelspiegel 1 befindliche Modenblende 4 um faßt. Fig. 1 shows the structure of a laser with a resonator, which is largely known in principle, and which has a partially transparent coupling-out mirror 1 , an end mirror 2 , an active medium 3 , for. B. a Nd: YAG medium, and one between the active medium 3 and the output mirror 1 mode aperture 4 summarizes.

Innerhalb und außerhalb des durch die beiden Spiegel 1, 2 begrenzten Resonators erhält man einen auf der Hauptstrahlachse liegenden Laserstrahl 5. Im Inneren des Resonantors erhält man außerdem einen Laserstrahl 6 nach zwei Durchläufen durch das aktive Medium 3.A laser beam 5 lying on the main beam axis is obtained inside and outside the resonator delimited by the two mirrors 1 , 2 . A laser beam 6 is also obtained inside the resonator after two passes through the active medium 3 .

Der Laserstrahl 6 bzw. die Moden 6 der in dem Resonator anschwingenden Moden werden von der als Lochblende ausgebildeten Modenblende 4 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise nach außen aufgeweitet in einen Laserstrahlkegel 6′.The laser beam 6 or the modes 6 of the modes oscillating in the resonator are expanded by the mode aperture 4 designed as a pinhole in the manner shown in the drawing outwards into a laser beam cone 6 '.

Die Aufweitung der Laserstrahlanteile 6 durch die Modenblende 4 wird dadurch erreicht, daß die Moden blende 4 aus Glas, beispielsweise BK7-Glas, mit negativer Brennweite besteht. Damit ist die Modenblende 4 als Streulinse ausgebildet, welche die Laserstrahlanteile 6 streut oder aufweitet, so daß die aufgeweiteten Laser strahlanteile 6′ relativ großflächig auf einen zwischen der Modenblende 4 und dem Auskoppelspiegel 1 angeordneten Absorber 7 auftrifft.The expansion of the laser beam portions 6 through the mode diaphragm 4 is achieved in that the mode diaphragm 4 is made of glass, for example BK7 glass, with a negative focal length. Thus, the mode aperture 4 is formed as a diffusion lens which diffuses the laser beam portions 6 or expands so that the expanded laser beam portions 6 'hits a relatively large area on a mode diaphragm is arranged between the 4 and the output mirror 1 absorber. 7

Bei dem Absorber 7 kann es sich um einen geschlossenen Ring aus einem gut wärmeableitendem Material handeln.The absorber 7 can be a closed ring made of a good heat-dissipating material.

Die Absorber 7 nimmt praktisch die gesamte von der Modenblende 4 gestreute Strahlung 6′ großflächig auf und gibt die Wärme an die Umgebungsluft ab. Es können auch in der Zeichnung nicht dargestellte Wasser kühlungseinrichtungen vorgesehen sein.The absorber 7 takes up practically all of the radiation 6 'scattered by the mode diaphragm 4 ' over a large area and emits the heat to the ambient air. Water cooling devices, not shown, can also be provided in the drawing.

Fig. 2 zeigt die Modenblende 4 in perspektivischer Darstellung. Der Querschnitt der Blendenöffnung 10 wird so gewählt, daß die gewünschten Moden ausgeblendet werden. Fig. 2 shows the mode diaphragm 4 in a perspective view. The cross section of the aperture 10 is selected so that the desired modes are hidden.

Die Modenblende 4 besteht hier aus Glas und läßt praktisch sämtliche Laserenergie der auszublendenden Moden durch und streut sie auf den Absorber 7. Grundsätzlich kommt als Material für die Modenblende 4 jedes Material in Betracht, welches für die jeweilige Laserwellenlänge gut durchlässig ist und laserlicht brechende Eigenschaften zeigt.The mode diaphragm 4 here consists of glass and allows practically all the laser energy of the modes to be masked out and scatters it on the absorber 7 . In principle, any material that is well transmissive for the respective laser wavelength and shows laser-refractive properties can be considered as the material for the mode diaphragm 4 .

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Blende 4 im Inneren des Resonators angeordnet.In the embodiment described above, the diaphragm 4 is arranged inside the resonator.

Man kann die Blende aber auch außerhalb des Resonators anordnen, z. B. um die Intensitätsverteilung im Strahl querschnitt eines Hochleistungslasers zu messen, indem man den Strahl quer zu seiner Ausbreitungsrichtung ab tastet.You can also use the aperture outside the resonator arrange, e.g. B. the intensity distribution in the beam to measure the cross section of a high power laser by one crosses the beam across its direction of propagation gropes.

Claims

1. Laser, with a resonator in which an active medium ( 3 ) is arranged between an end mirror ( 2 ) and a coupling-out mirror ( 1 ), and a mode diaphragm ( 4 ) in the beam path of the laser, characterized in that the mode diaphragm ( 4 ) is essentially transparent to the laser light wavelength.

2. Laser according to claim 1, characterized in that the mode diaphragm ( 4 ) consists of a transparent medium for the laser radiation.

3. Laser according to claim 1 or 2, characterized in that the mode diaphragm is formed as a diverging lens ( 4 ).

4. Laser according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the active medium opposite side of the mode diaphragm ( 4 ), an absorber device ( 7 ) is arranged.

5. Laser according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mode diaphragm ( 4 ) within the resonator ( 1 , 2 , 3 ), preferably between the active medium ( 3 ) and the coupling mirror ( 1 ) is arranged.

6. Laser according to one of claims 1 to 5, characterized characterized that the material of the fashion diaphragm has at least 50% transmission.