DE4039682A1 - Durch halbleiterlaser angeregte festkoerperlaservorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Festkörperlaservorrichtung, die eine wirksame Anregung durch einen Halbleiterlaser bewirkt, und insbesondere auf Mittel zum Einleiten eines von einem Halbleiterlaser gelieferten Pumplichtstrahls in ein Festkörperlasermedium, mit hohem Wirkungsgrad.

Fig. 2A stellt ein Erläuterungsdiagramm dar, das die Anordnung einer von einem Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung veranschaulicht, die im US-Patent Nr. 36 24 545, erteilt am 30. Nov. 1971, offenbart ist.

In Fig. 2A bezeichnen die Bezugszeichen: 1 - ein Festkörperlasermedium; 2 - eine Halbleiterlasergruppe; 3 - einen reflektierenden Zylinder; 4 - einen Hochreflexionsspiegel; 5 - einen Ausgangskopplungsspiegel; 6 - eine optische Achse; und 7 - eine Laserresonatormode. Fig. 2A zeigt also eine sogenannte "durch Seitenlicht angeregte Festkörperlaservorrichtung", bei der ein Festkörperlasermedium 1 durch Licht angeregt wird, das von der Halbleiterlasergruppe 2 ausgesandt wird, bei der es sich um eine Gruppe von mehreren Halbleiterlasern handelt, die ein dem Absorptionsspektrum des Festkörperlasermediums 1 im wesentlichen gleiches Emissionsspektrum besitzen.

Das Ausgangslicht der Halbleiterlasergruppe 2 wird derart auf das Festkörperlasermedium 1 gerichtet, daß es im wesentlichen senkrecht zur Seite desselben verläuft. Ein Teil des Lichtes wird vom Festkörperlasermedium 1 absorbiert, während das restliche Licht durch das Festkörperlasermedium 1 hindurchtritt und durch den Reflexionszylinder 3 reflektiert wird, so daß es erneut auf das Festkörperlasermedium 1 fällt, wodurch ein Anregungsgebiet zur Herbeiführung der Laserverstärkung ensteht. Der Hochreflexionsspiegel 4 und der Ausgangskopplungsspiegel 5 bilden einen Laserresonator, wodurch die Laserresonatormode 7 geliefert wird. Das Anregungsgebiet ist nicht besonders auf die Verteilungsmode der Laserresonatormode 7 abgeschirmt, das heißt, es ist im wesentlichen im gesamten Festkörperlasermedium 1 vorhanden. Vorzugsweise wird die Laseroszillationsmode TEM₀₀ gewählt (Transvers ElectroMagnetic mode), bei der es sich um die Grundwelle der Laserresonatormode 7 handelt. Fig. 2B stellt eine Querschnittsansicht durch die optische Achse 6 der Fig. 2A dar, welche die Beziehung zwischen dem Anregungsgebiet zur Ermöglichung der Laserverstärkung und der Laserresonatormode 7 veranschaulicht. In Fig. 2B bezeichnet das Bezugszeichen 8 das Anregungsgebiet. Fast die gesamte das Ausgangslicht der Halbleiterlasergruppe 2 begleitende Anregungsenergie ist auf den Bereich des Festkörperlasermediums 1 gerichtet, mit Ausnahme das von der Halbleiterresonatormode 7 besetzten Bereichs. Das heißt, daß ein großer Teil der Anregungsenergie nicht der Verstärkung der Laserschwingungsmode dient, so daß der Wirkungsgrad der Anregung niedrig ist.

Als Mittel zur Beseitigung des Problems, wonach das Anregungsgebiet und die Laseroszillationsmode voneinander nach Größe oder Volumen sehr unterschiedlich sind, ist durch das US-Patent Nr. 46 53 056, erteilt am 24. März 1987, ein durch End- bzw. Stirnlicht angeregter Festkörperlaser offenbart worden, bei der das austretende Licht der Anregungslichtquelle, nämlich eines Halbleiterlasers, im wesentlichen parallel zur optischen Achse 6 des oben erwähnten Laserresonators verläuft, so daß die Anregung von der Stirnseite des Festkörperlasermediums 1 her erfolgt, das im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse 6 erstreckt. Die Anordnung des durch das genannte US-Patent 46 53 056 offenbarten Festkörperlasers ist in Fig. 3 dargestellte in Fig. 3 bezeichnen die Bezugszeichen­ 9 - einen Halbleiterlaser; 10 - eine Linse; und 11 - einen Pumplichtstrahl. Das divergierend austretende Licht des Halbleiterlasers 9 wird durch die Linse 10 in einen konvergierenden Lichtstrahl umgewandelt. Der konvergierende Lichtstrahl wird nach Durchtritt durch den Hochreflexionsspiegel 4 auf das Festkörperlasermedium 1 gelenkt, und zwar durch eine der Endflächen, die im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse 6 verlaufen. Um den Wirkungsgrad der Anregung zu erhöhen, ist das Anregungsgebiet an das Modenvolumen der Grundmode TEM₀₀ der Laserschwingungsmode 7 angepaßt. Der durch stirnseitig einfallendes Licht angeregte Festkörperlaser mit Halbleiterlaser besitzt einen hohen Anregungswirkungsgrad, weil die Anregung auf das Modenvolumen der Grundmode TEM₀₀ abgestimmt werden kann. Die Ausgangsleistung des Festkörperlasers ist jedoch begrenzt, weil nahezu alle konventionellen Halbleiterlaser auf eine Ausgangsleistung von 1 W begrenzt sind; und selbst dann, wenn als Pumplichtquelle ein Halbleiterlaser mit höherer Ausgangsleistung verwendet wird, ist die für den durch stirnseitig einfallendes Licht angeregten Festkörperlaser nutzbare Energie begrenzt. Andererseits kann der durch Seitenlicht angeregte Festkörperlaser wesentlich mehr Energie aus der Pumplichtquelle in das Festkörperlasermedium bringen. Die Anpassung des Anregungsgebietes an das Modenvolumen der TEM₀₀-Mode ist jedoch schlechter.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist durch das US-Patent Nr. 47 10 940, erteilt am 1. Dez. 1987, ein Festkörperlaser offenbart worden, bei dem eine Pumplichtquelle, nämlich eine Halbleiterlasergruppe als Seitenlichtanregungstyp arbeitet; jedoch ist die Anordnung des zugehörigen Laserresonators so verändert worden, daß das Ausgangslicht der Halbleiterlaseranordnung im wesentlichen mit der optischen Achse des Laserresonators zusammenfällt.

Der durch das genannte US-Patent Nr. 47 10 940 offenbarte Festkörperlaser ist in Fig. 4 dargestellt. in Fig. 4 bezeichnen die Bezugszeichen: 12 - ein trapezförmiges Festkörperlasermedium mit ersten und zweiten Seitenflächen 14 und 15; 13 - eine erste Stirnfläche; und 16 - eine zweite Endfläche. Auf der ersten und auf der zweiten Seitenfläche 14 und 15 ist eine aus Dielektrika bestehende Mehrfachfilmbeschichtung aufgebracht, die die Wellenlänge der Schwingung des Festkörperlasers mit hohem Prozentanteil reflektiert, aber die Wellenlänge der Schwingung des Halbleiterlasers 19, der die Pumplichtquelle darstellt, nur zu einem niedrigem Prozentssatz reflektiert. Entsprechend ist auf der ersten und zweiten Endfläche 13 und 14 eine Mehrfachfilmbeschichtung von Dielektrika aufgebracht, welche die Wellenlänge der Schwingung des Festkörperlasers nur zu einem niedrigen Prozentsatz reflektiert. Bei dem so aufgebauten Festkörperlaser verläuft der Laserstrahl im Laserresonator gemäß Fig. 4 zickzackförmig durch das Festkörperlasermedium 12, wobei es zwischen der ersten und der zweiten Seitenfläche 14 und 15 reflektiert wird. Andererseits ist das Ausgangslicht des Halbleiterlasers, der die Pumplichtquelle darstellt, schräg auf die erste Seitenfläche 14 oder auf die zweite Seitenfläche 15 gerichtet, derart, daß die optische Achse des Lasers im wesentlichen mit derjenigen des zickzackförmig fortschreitenden Laserstrahls zusammenfällt. Daher kann, ähnlich wie im Falle des unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen, durch stirnseitig einfallendes Licht angeregten Festkörperlasers, das Anregungsgebiet an den Modenwert der TEM₀₀-Mode angepaßt werden, bei der es sich um die Grundwelle der Laserschwingungsmode 7 handelt. Es sei jedoch bemerkt, daß der Reflexionsgrad der hochreflektierenden Mehrfachfilmschichten auf der ersten und auf der zweiten Seitenfläche 14 und 15 beispielsweise nicht über 99,5% liegt, weil die Herstellungsgenauigkeit begrenzt ist, das heißt, daß das Licht bei jeder Reflexion einen verlust von 0,5% erleidet. Wenn also zur Erzielung einer höheren Ausgangsleistung die Anzahl der Reflexionen erhöht wird, steigt der Verlust in gleichem Maße.

Andererseits wurde durch das US-Patent Nr. 47 85 459 ein Festkörperlaser mit einer Diodenleiste offenbart, die aus einer Vielzahl von unter Belassung bestimmter Zwischenabstände angeordneten Halbleiterlasern besteht. Fig. 5 zeigt ein Beispiel der durch das genannte US-Patent Nr. 47 85 459 offenbarten Festkörperlaservorrichtung des harmonischen Oberwellentyp mit hohem Wirkungsgrad.

In Fig. 5 bezeichnen die Bezugszeichen: 17 - einen Laserblock, der aus einem Festkörperlasermedium besteht; 18 - eine Diodenleiste, die aus einer Vielzahl von mit vorbestimmten Zwischenabständen angeordneten Halbleiterlasern besteht; 20 - eine Faserlinse; 21 - eine erste Einfallsendfläche; und 22 - eine zweite Einfallsendfläche.

Nachfolgend wird der Betriebs des in der beschriebenen Weise aufgebauten Festkörperlasers beschrieben. Das Ausgangslicht der die Diodenleiste 18 bildenden Halbleiterlaser besitzt in Richtung senkrecht zur Zeichnungsoberfläche größeren Divergenzwinkel, als parallel dazu. Daher fällt das Ausgangslicht derart auf den Laserblock 17, daß seine senkrechte Komponente durch die Faserlinse 20 in einen Parallellichtstrahl umgewandelt wird, wobei der Strahldurchmesser in harmonischer Beziehung zur Größe der Seitenmode des Festkörperlasers steht. Wenn in diesem Falle dafür gesorgt wird, daß die Wellenlänge des Ausgangslichtes der Diodenleiste 18 mit dem Absorptionsband des Festkörperlasermediums zusammenfällt, wird das Ausgangslicht der Diodenleiste 18 bei der Ausbreitung im Laserblock 17 expotentiell absorbiert, so daß eine invertierte Population bzw. Besetzung entsteht, deren Gewinn der Wellenlänge der Schwingung des Festkörperlasers folgt. Die invertierte Besetzung ist an den Lichaustrittsstellen des Halbleiterlasers groß, während sie an den Anschlußpositionen des Halbleiterlasers gering ist, wobei sie die räumliche Verteilung des Ausgangslichtes der Laserleiste 18 reflektiert, welches die Faserlinse 10 passiert hat. Der Hochreflexionsspiegel 4 und der Ausgangskopplungsspiegel 5 sind so angeordnet, daß sie einen Laserresonator mit optischem Pfad bilden, derart, daß das Ausgangslicht der Diodenleiste 18 im Laserblock 17 zickzackförmig zwischen der ersten und der zweiten Seitenfläche 14 und 15 reflektiert wird, und zwar im wesentlichen genau an den Lichtaustrittsstellen der die Diodenleiste 18 bildenden Halbleiterlaser. Auf der ersten Seitenfläche 14 ist ein dichroitischer Film angebracht, auf den das Ausgangslicht der Diodenleiste 18 gerichtet ist, wobei der Film keine Reflexionswirkung in bezug auf die Wellenlänge des Ausgangslichtes der Diodenleiste 18 besitzt, wohl aber eine hohe Reflexionswirkung für die Wellenlänge der Schwingung des Festkörperlasers. Auf der zweiten Seitenfläche 15 ist eine Beschichtung angebracht, die für die Wellenlänge der Schwingung des Festkörperlasers hochreflektierend ist. Auf der ersten und auf der zweiten Einfallsendfläche 21 und 22, durch die der Laserstrahl auf den Hochreflexionsspiegel 4 und den Ausgangskopplungsspiegel 5 fällt, ist eine Beschichtung angebracht, die die Wellenlänge der Schwingung des Festkörperlasers nicht reflektiert. Mit dem so aufgebauten Laserresonator kann die Energie des von der Diodenleiste 18 ausgehenden Lichtes mit hohem Wirkungsgrad an die Laserschwingungsmode angekoppelt werden. Der Ausgangswert der Schwingung des Festkörperlasers kann durch Vergrößern der Anzahl der die Diodenleiste 18 bildenden Halbleiterlaser erhöht werden, also durch Erhöhen der Anzahl der zickzackförmigen Reflexionen.

Wie oben beschrieben, weist der in Fig. 2A dargestellte konventionelle, durch Seitenlicht angeregte Festkörperlaser insofern einen nachteil auf, als fast die gesamte Energie, die das Ausgangslicht der Halbleiterlasergruppe 2 begleitet, in den Bereich des Festkörperlasermediums 1 gelangt mit Ausnahme desjenigen Bereiches, der durch die Laserresonatormode besetzt ist. Das bedeutet, daß ein größerer Teil der Energie nicht für die Verstärkung der Laserschwingungsmode verwendet wird.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten konventionellen, durch endseitig einfallendes Licht angeregten Festkörperlaser kann das Anregungsgebiet an das Modenvolumen des TEM₀₀-Mode angepaßt werden, so daß der Anregungswirkungsgrad entsprechend hoch ist. Der Festkörperlaser weist dennoch den Nachteil auf, daß seine Ausgangsleistung begrenzt ist. Das bedeutet, daß unmöglich eine hohe Leistung geliefert werden kann, weil die Ausgangsleistung des konventionellen Halbleiterlasers nicht über 1 W liegt, und daß die vom Festkörperlaser mit Anregung durch endseitig einfallendes Licht umgesetzte Energie selbst dann begrenzt ist, wenn ein Halbleiterlaser mit höherer Ausgangsleistung als Pumplichtquelle verwendet wird.

Die in den Fig. 4 oder 5 dargestellte konventionelle, durch einen Halbleiterlaser angeregte Festkörperlaservorrichtung weist hinsichtlich folgender Punkte Nachteile auf: (1) um eine Anregung mit hohem Wirkungsgrad zu erzielen ist es erforderlich, daß die Positionen der die Diodenleiste 18 bildenden Halbleiterlaser mit den Reflexionsstellen des den Laserresonator bildenden zickzackförmigen optischen Pfades übereinstimmen. Daher ist es schwierig, die stellungsmäßige Beziehung zwischen dem Hochreflexionsspiegel 4 und dem Ausgangskopplungsspiegel 5 aufeinander abzustimmen. (2) Der auf dem Laserblock 17 gebildete hochreflektierende Film ist ein Mehrfachschichtfilm von Dielektrika. Wegen der optischen Absorption und Streuung des Mehrschichtfilms und wegen der Begrenzung der Herstellungsgenauigkeit des letzteren ist es jedoch schwierig, einen dielektrischen Mehrschichtenfilm mit einem Reflexionsgrad von 100% herzustellen. Das heißt, daß der Reflexionsgrad nicht größer als 99,5% ist. Das Licht erleidet also bei jeder Reflexion einen Verlust von ungefähr 0,5%. Das bedeutet, daß wenn die Anzahl der Reflexionen des zickzackförmigen optischen Pfades erhöht wird, auch der Verlust des Laserresonators zunimmt. (3) Es ist erforderlich, sowohl auf einem Teil der Seitenfläche, die aus der ersten und aus der zweiten Einfallsendfläche 21 und 22 besteht, und derjenigen Endfläche gegenüberliegt, in die das Ausgangslicht der Diodenleiste 18 einfällt, als auch auf die zweite Seitenfläche 15 eine für die Wellenlänge der Schwingung des Festkörperlasers nicht reflektierende Schicht aufzubringen, damit der Laserstrahl auf dem stark reflektierenden Spiegel 4 und auf den Ausgangskopplungsspiegel 5 fällt. Das bedeutet, daß bei der Herstellung des Festkörperlasers die Bereiche der stark reflektierenden und der nichtreflektierenden Beschichtung definiert werden müssen. Die Anzahl der Herstellungsschritte wird damit relativ groß.

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die mit dem konventionellen, durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaser verbundenen, oben beschriebenen Schwierigkeiten zu vermeiden.

Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine durch einen Halbleiterlaser angeregte Festkörperlaservorrichtung zu schaffen, bei der, obwohl es sich um einen durch Seitenlicht angeregten Typ handelt, das Anregungsgebiet wirksam an das Modenvolumen der Laserschwingungsmode angepaßt wird, wodurch eine hohe Ausgangleistung und ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist die durch einen Halbleiterlaser angeregte Festkörperlaservorrichtung folgende Komponenten auf: ein Festkörperlasermedium; Halbleiterlasergruppen, die in Längsrichtung entlang beider Seitenflächen des Festkörperlasermediums zum Einstrahlen von Pumplicht in das Festkörperlasermedium angeordnet sind; einen Resonator zur Erzeugung einer Laserresonatormode im Festkörperlasermedium; ein als Block ausgebildetes Festkörperlasermedium mit einem Beugungsgitterblock, bei dem zwischen dem Festkörperlasermedium und der Halbleiterlasergruppe abwechselnd Durchgangsbeugungsgitter und Reflexionsbeugungsgitter angeordnet sind, derart, daß die Beugungsgitter im wesentlichen parallel zur Halbleiterlasergruppe liegen; und Stablinsen, die zwischen dem Block des Festkörperlasermediums und der Halbleiterlasergruppe angeordnet sind.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist die durch einen Halbleiterlaser angeregte Festkörpervorrichtung folgende Komponenten auf: ein Beugungsgitter zum Beugen des Ausgangslichtstrahls der Halbleiterlaser in der Bildungsricchtung der Laserresonatormode beim Anlegen des Ausgangslichtstrahls an das Festkörperlasermedium. Weiter wird in der Festkörperlaservorrichtung als Beugungsgitter ein Reflexionsbeugungsgitter verwendet.

Außerdem sind bei der Festkörperlaservorrichtung nichtreflektierende Überzüge und Reflexionsbeugungsgitter nahe bei oder in Berührung mit dem Festkörperlasermedium abwechselnd auf beiden Seitenflächen des Blockes des Festkörperlasermediums angeordnet.

Bei der durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung beugen die Beugungsgitter die Ausgangslichtstrahlen des Halbleiterlasers, die ihrerseits an die Anregung des Festkörperlasermediums angepaßt sind, so daß die Pumplichtstrahlen in die Ausbreitungsrichtung gelenkt werden. Dementsprechend kann die Richtung des Pumplichtstrahls im Festkörperlasermedium so getroffen werden, daß sie im wesentlichen mit der Richtung der Bildung der Laserresonatormode zusammenfällt, wobei das Anregungsgebiet wirksam an das Modenvolumen der Laserschwingungsmode angepaßt ist. Die Festkörperlaservorrichtung besitzt somit sowohl eine hohe Ausgangsleistung, als auch einen hohen Wirkungsgrad. Darüber hinaus kann das Durchgangsbeugungsgitter durch ein Reflexionsbeugungsgitter dargestellt werden, dessen Gittertiefe halb so groß wie diejenige des Durchgangsbeugungsgitters ist.

Nachfolgend wird der wesentliche lnhalt der Figuren beschrieben.

Fig. 1 stellt ein Erläuterungsdiagramm zum Aufbau eines Beispiels der durch einen Halbleiterlaser erregten Festkörperlaservorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung dar;

Fig. 2A stellt ein Erläuterungsdiagramm dar, das die Anordnung einer konventionellen, durch Seitenlicht angeregten Festkörperlaservorrichtung veranschaulicht;

Fig. 2B stellt ein Erläuterungsdiagramm dar, das die Beziehung zwischen dem Anregungsgebiet und der Laserschwingungsmode bei der in Fig. 2A dargestellten konventionellen, durch Seitenlicht angeregten Festkörperlaservorrichtung veranschaulicht;

Fig. 3 stellt ein Erläuterungsdiagramm dar, das das Beispiel einer konventionellen, durch endseitig einfallendes Licht angeregten Festkörperlaservorrichtung zeigt;

Fig. 4 und 5 stellen Erläuterungsdiagramme dar, die weitere Beispiele der konventionellen, durch endseitig einfallendes Licht angeregten Festkörperlaservorrichtung zeigen;

Fig. 6 stellt ein Erläuterungsdiagramm dar, das den Aufbau eines ersten Beispiels einer, durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 7A und 7B sind vergrößerte Darstellungen eines Teils der Fig. 6;

Fig. 8A und 8B sind Darstellungen zur Beschreibung des Aufbaus eines zweiten Beispiels der Festkörper­ laservorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung;

Fig. 9A und 9B sind Darstellungen zur Beschreibung des Aufbaus eines dritten Beispiels der Festkörperlaservorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung;

Fig. 10 ist eine Darstellung zur Beschreibung des Aufbaus eines vierten Beispiels der Festkörperlaservorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung;

Fig. 11 stellt ein Erläuterungsdiagramm dar, das den Aufbau eines ersten Beispiels der durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung der Erfindung mit einem Reflexionsbeugungsgitter veranschaulicht;

Fig. 12A und 12B stellen vergrößerte Ansichten eines Teils der Fig. 11 dar;

Fig. 13A und 13B stellen Erläuterungsdiagramme zur Be­ schreibung des Aufbaus eines zweiten Beispiels der in Fig. 11 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung dar;

Fig. 14 stellt ein Erläuterungsdiagramm dar, das den Aufbau eines Beispiels der durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung veranschaulicht, die so abgeändert ist, daß sie eine Frequenzvervielfachung durchführt;

Fig. 15 stellt ein Erläuterungsdiagramm dar, das den Aufbau eines Beispiels einer durch einen Halbleiterlaser erregten Festkörperlaservorrichtung veranschaulicht, die so abgeändert ist, daß sie Impulslicht erzeugt;

Fig. 16 stellt ein Erläuterungsdiagramm zur Beschreibung der Betriebsweise der Beugungsgitter der in Fig. 1 dargestellten Festkörperlaservorrichtung dar;

Fig. 17 stellt ein Erläuterungsdiagramm dar, das die Betriebsweise der Beugungsgitter in einem weiteren Beispiel der Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht; und

Fig. 18 und 19 stellen Erläuterungsdiagramme zu Beispielen einer durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung dar, die eine Vielzahl von Beugungsgittern und eine Vielzahl von Halbleiterlasergruppen gemäß der Erfindung verwendet.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Um die Beschreibung zu vereinfachen, ist angenommen, daß bei den Ausführungsbeispielen der Laserresonator so gestaltet ist, daß das Festkörpermedium die Form eines viereckigen Prismas besitzt, wobei die Richtung der Hauptachse des viereckigen Prismas mit der Richtung der optischen Achse des Laserresonators zusammenfällt; und daß die Pumplichtquelle so gestaltet ist, daß das Pumplicht des Halbleiterlasers von der Seite her oder in einer im wesentlichen senkrecht zur Hauptachse verlaufenden Richtung auf das Festkörperlasermedium fällt.

Fig. 1 veranschaulicht ein erstes Beispiel der durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen: 23 - den Block eines Festkörperlasermediums; 24 - ein erstes Beugungsgitter; 24a - erste Durchgangsbeugungsgitter; 24b - erste Reflexionsbeugungsgitter; 25 - ein zweites Beugungsgitter; 25a - zweite Durchgangsbeugungsgitter; 25b -zweite Reflexionsbeugungsgitter; 26 - eine erste Oberfläche; 27 - eine zweite Oberfläche; 28 - Stablinsen; 29 - einen Beugungslichtstrahl nullter Ordnung; 30 - einen ersten Beugungslichtstrahl erster Ordnung; 31 - einen ersten Beugungslichtstrahl minus-erster Ordnung; 32 - einen zweiten Beugungslichtstrahl erster Ordnung; 33 - einen zweiten Beugungslichtstrahl minus-erster Ordnung; und 34 - ein optisches Element im Resonator. Das erste Beugungsgitter 24 und das zweite Beugungsgitter 25 sind auf der Oberfläche des Blockes 23 des Festkörperlasermediums in der Weise angebracht, daß die ersten Durchgangsbeugungsgitter 24a den zweiten Reflexionsbeugungsgittern 25b gegenüberstehen. Ein dielektrischer Mehrschichtfilm, der das Pumplicht der Halbleiterlasergruppe 2 stark reflektiert und die Wellenlänge der Schwingung des Festkörperlasers im wesentlichen nicht reflektiert, ist auf jeder der ersten und der zweiten Seiten 26 und 27 angebracht.

Die Halbleiterlasergruppe 2 ist entlang der Seite des Blockes 23 des Festkörperlasermediums angeordnet, auf dem das erste und das zweite Beugungsgitter 24 und 25 angebracht sind, wie oben beschrieben, wobei sie eine Pumplichtquelle bildet. Die Halbleiterlasergruppe 2 besteht aus einer Vielzahl von Halbleiterlasern 19, die in gleichen Abständen in Längsrichtung der Gruppe in der Weise angeordnet sind, daß ihre Anschlußübergänge im wesentlichen parallel zueinander liegen. im einzelnen entspricht der Abstand zwischen den Halbleiterlasern 19 dem Abstand zwischen den ersten Durchgangsbeugungsgittern 24a, welche das erste Beugungsgitter 24 bilden, oder dem Abstand zwischen den zweiten Durchgangsbeugungsgittern 25a, die das zweite Beugungsgitter 25 bilden. Das von einem der Halbleiterlaser 19 ausgesandte Licht breitet sich so aus, daß der Divergenzwinkel in Richtung senkrecht zur Zeichnungsoberfläche größer als derjenige in Richtung parallel der genannten Oberfläche ist. Daher läuft das Licht durch die Stablinse 28, die das Licht nur in Richtung senkrecht zur Zeichnungsoberfläche beugt, um es in einen parallelen Lichtstrahl zu verwandeln.

Der durch die Stablinse 28 gelaufene, im wesentlichen parallele Lichtstrahl fällt auf das erste Durchgangsbeugungsgitter 24a, wodurch ein Beugungslichtstrahl 29 nullter Ordnung, ein erster Beugungslichtstrahl 30 erster Ordnung, ein erster Beugungslichtstrahl 31 minus-erster Ordnung und Beugungslichtstrahlen plus- und minus-zweiter Ordnung oder Beugungslichtstrahlen höherer Ordnung gebildet werden. Die Erzeugung von Beugungslichtstrahlen von plus- und minus-zweiter Ordnung oder von Beugungslichtstrahlen höherer Ordnung hängt vom Zwischenabstand der ersten Durchgangsbeugungsgitter 24a, der Wellenlänge λ des Ausgangslichtes der Halbleiterlasergruppe 2, welche die Pumplichtquelle bilden, dem Brechungsindex n des Blockes 23 des Festkörperlasermediums, und der Konfiguration des Abschnittes des ersten Durchgangsbeugungsgitters 24a ab. Obwohl nur der Fall des ersten Durchgangsbeugungsgitters 24a mit rechteckigem Querschnitt beschrieben wird, ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt.

Der Beugungslichtstrahl 29 nullter Ordnung breitet sich im Block 23 des Festkörperlasermediums in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse 6 aus, wobei sich seine intensität exponentiell abschwächt und somit ein Anregungsgebiet erzeugt.

Der erste Beugungslichtstrahl 30 erster Ordnung breitet sich mit einem Winkel R (ausgedrückt durch die nachfolgende Gleichung (1), aber wertmäßig nicht gleich null) zur senkrechten Linie des ersten Durchgangsbeugungsgitters 24 aus. Der Gitterzwischenabstand (d) des ersten Durchgangsbeugungsgitters 24 ist so festgelegt, daß der Winkel R so genau wie möglich den Wert 90° erreicht.

Der erste Beugungslichtstrahl 30 erster Ordnung breitet sich im Block 23 des Festkörperlasermediums in einer Richtung aus, die im wesentlichen parallel zur optischen Achse 6 liegt, wobei sich die intensität des Strahls exponentiell abschwächt. Dann wird der Strahl von der ersten Oberfläche 26 reflektiert, woraufhin er sich erneut im Block 23 des Festkörperlasermediums ausbreitet und dabei seine intensität exponentiell abschwächt, so daß ein Anregungsgebiet entsteht.

Der erste Beugungslichtstrahl 31 minus-erster Ordnung breitet sich derart aus, daß er in bezug auf die senkrechte Linie des ersten Durchgangsbeugungsgitters 24a symmetrisch zum oben beschrieben ersten Beugungslichtstrahl 30 erster Ordnung verläuft. Das heißt, daß sich der Lichstrahl 31 im Block 23 des Festkörperlasermediums in einer im wesentlichen parallel zur optischen Achse 6 verlaufenden Richtung ausbreitet, wobei sich seine Intensität exponentiell abschwächt. Danach wird der Strahl von der zweiten Oberfläche 27 reflektiert, so daß er sich erneut in den Block 23 des Festkörperlasermediums ausbreitet, wobei sich seine intensität exponentiell abschwächt und damit ein Anregungsgebiet erzeugt.

In gleicher Weise wird der von einem anderen Halbleiterlaser 19 der Halbleiterlasergruppe 2 ausgesandte Pumplichtstrahl auf das jeweilige erste Durchgangsbeugungsgitter 24a geworfen, so daß ein Beugungslichtstrahl nullter Ordnung, ein Beugungslichtstrahl erster Ordnung, ein Beugungslichtstrahl minus-erster Ordnung, Beugungslichtstrahlen plus- und minus-zweiter Ordnung oder Beugungslichtstrahlen höherer Ordnung erzeugt werden und sich im Block 23 des Festkörperlasermediums ausbreiten, wodurch Anregungsgebiete entstehen.

Der Beugungslichtbogen 29 nullter Ordnung breitet sich im Block 23 des Festkörperlasermediums in einer im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse 6 verlaufenden Richtung aus, wobei sich seine intensität exponentiell verringert. Er erreicht das zweite Beugungsgitter 25, woraufhin ein Beugungslichtstrahl 29 nullter Ordnung, ein zweiter Beugungslichtstrahl 32 erster Ordnung, ein zweiter Beugungslichtstrahl 33 minus-erster Ordnung, und Beugungslichtstrahlen plus- oder minus-zweiter Ordnung oder Beugungslichtstrahlen höherer Ordnung mit Hilfe des zweiten Reflexionsbeugungsgitters 25b erzeugt werden. Die Erzeugung der Beugungslichtstrahlen plus- und minus-zweiter Ordnung oder der Beugungslichtstrahlen höherer Ordnung hängt vom Gitterzwischenabstand der zweiten Reflexionsbeugungsgitter 25b, der Wellenlänge λ des Ausgangslichtbogens der Halbleiterlasergruppe 2, welche die Pumplichtquelle bildet, dem Brechnungsindex n des Blockes 23 des Festkörperlasermediums, und der Konfiguration des Abschnittes des zweiten Reflexionsbeugungsgitters 25b ab. Obgleich nur der Fall des Beugungsgitters 25 mit rechteckigem Querschnitt beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt.

Der Beugungslichtbogen 29 nullter Ordnung breitet sich im Block des Festkörperlasermediums in einer im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse 6 verlaufenden Richtung zum ersten Beugungsgitter 24 hin aus, wobei sich seine intensität exponentiell abschwächt und dadurch ein Anregungsgebiet erzeugt.

Der zweite Beugungslichtstrahl 32 erster Ordnung breitet sich mit einem Winkel R (nicht null), entsprechend der obigen Gleichung (1) aus (wobei der Gitterzwischenabstand der zweiten Reflexionsbeugungsgitter 25b demjenigen der ersten Durchgangsbeugungsgitter 24a entspricht). Der zweite Beugungslichtstrahl 32 erster Ordnung breitet sich im Block 23 des Festkörperlasermediums in einer im wesentlichen parallel zur optischen Achse 6 verlaufenden Richtung aus, wobei sich seine intensität exponentiell abschwächt; er wird dann von der ersten Oberfläche 26 reflektiert. Als Ergebnis breitet sich der Beugungslichtstrahl 32 erneut im Block 23 des Festkörperlasermediums aus, wobei sich seine intensität exponentiell abschwächt und dadurch ein Anregungsgebiet schafft.

Der zweite Beugungslichtstrahl 33 minus-erster Ordnung schreitet derart voran, daß er in bezug auf die Senkrechte zum zweiten Reflexionsbeugungsgitter 25b im wesentlichen symmetrisch zum zweiten Beugungslichtstrahl 32 erster Ordnung verläuft. Das heißt, daß sich der Lichtstrahl 33 im Block 23 des Festkörperlasermediums in einer im wesentlichen parallel zur optischen Achse 6 verlaufenden Richtung ausbreitet, wobei sich seine intensität exponentiell abschwächt und er dann von der zweiten Oberfläche 27 reflektiert wird. Als Ergebnis breitet sich der Lichtstrahl 33 erneut im Block 23 des Festkörperlasermediums aus, wobei sich seine intensität exponentiell abschwächt und damit ein Anregungsgebiet erzeugt.

Das resultierende Anregungsgebiet besteht somit aus der Uberschneidung der genannten Beugungslichtstrahlen. Da sich der oben beschriebene erste Beugungslichtstrahl 30 erster Ordnung, der erste Beugungslichtstrahl 31 minus-erster Ordnung, der zweite Beugungslichtstrahl 32 erster Ordnung, und der zweite Beugungslichtstrahl 33 minus-erster Ordnung im wesentlichen parallel zur optischen Achse 6 ausbreiten, ist die Absorptionslänge genügend groß. Zusätzlich kann das Anregungsgebiet mit dem Modenvolumen im Block 23 des Festkörperlasermediums der Laserresonatormode 7 zusammenfallen. Daher besitzt die Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung einen hohen Anregungswirkungsgrad.

Fig. 16 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Beugungslichtbogen 29 nullter Ordnung, dem ersten Beugungslichtbogen 30 erster Ordnung sowie dem ersten Beugungslichtbogen 30 minus-erster Ordnung, der durch das erste Beugungsgitter 24 gebildet wird, sowie dem Beugungslichtbogen 29 nullter Ordnung, dem zweiten Beugungslichtbogen 32 erster Ordnung und dem zweiten Beugungslichtbogen 33 minus-erster Ordnung, der durch das zweite Beugungsgitter 25 gebildet wird, und sie zeigt die Beziehung zwischen dem Anregungsgebiet 8 und der Laserresonatormode 7. Ein Hauptvorteil der Mittel zur Bildung eines Anregungsgebietes unter Verwendung von Beugungsgittern besteht darin, daß das Pumpvolumen des Pumplichtes so beeinflußt werden kann, daß es in ausreichendem Umfange mit dem Modenvolumen des Laserresonators zusammenfällt. Das Modevolumen des Laserresonators ist durch die eingestellten Positionen und Konfigurationen des stark reflektierenden Spiegels und des Ausgangskopplungsspiegels 5 bestimmt. Von der Lasermoden ist die TEM₀₀-Mode brauchbar und vorzuziehen, da sie aus einer einzelnen Spitze besteht und keine Seitenkeulen aufweist. Bei den Mitteln zur Erzeugung eines Anregungsgebietes unter Verwendung von Beugungsgittern kann eine Anzahl von Halbleiterlasern entlang der Seite des Blockes 23 des Festkörperlasers angeordnet werden, wo die ersten und zweiten Beugungsgitter 24 und 25 angebracht sind, so daß der angeregte Lasergewinnteil des Blockes des Festkörperlasermediums erheblich gesteigert werden kann, wei auch der Wirkungsgrad der Anregung durch Anpassen des Anregungsgebietes an das Modenvolumen des Laserresonators erhöht werden kann. Somit besitzt die Festkörperlaservorrichtung sowohl einen hohen Wirkungsgrad, als auch einen hohen Gewinn.

Fig. 17 zeigt ein zweites Beispiel der durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind anstelle der beim ersten Beispiel direkt auf dem Block 23 des Festkörperlasermediums angebrachten ersten und zweiten Beugungsgitter 24 und 25 erste und zweite Beugungsgitterblocks 35 und 36 in der Weise angeordnet, daß sie nahe bei oder in Berührung mit der Oberfläche des Blockes 23 des Festkörperlasermediums liegen.

Die Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung verwendet verschiedene Festkörperlasermaterialien, wie beispielsweise Nd: YAG, Nd: Glas oder Nd: YLF. Bei der Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung kann das Anregungsgebiet an die TEM₀₀-Mode angepaßt werden, bei der es sich um die niedrigste Welle des Laserresonators handelt. Zusätzlich kann die Festkörperhalbleitervorrichtung in kleinen Abmessungen hergestellt werden. Daher ist die Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung für die Frequenzvervielfachung geeignet. Das heißt, daß mit einem in den Laserresonator eingesetzten Frequenzvervielfacher ein Laserstrahl erzeugt werden kann, dessen Wellenlänge halb so groß 1/2 wie die der Grundwelle ist. Zu diesem Zweck wird das optische Element 34 in den Resonator eingesetzt, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Impulslicht kann durch Verwendung eines Q-Switch bzw. Güteschalters als optisches Element 34 im Resonator der Fig. 1 erzeugt werden.

Fig. 6 veranschaulicht den Aufbau eines ersten Beispiels einer durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.

in Fig. 6 bezeichnen die Bezugszeichen: 122 - ein Festkörperlaermedium; 123 - eine erste Seitenfläche des Festkörperlasermediums; 124 - ein Durchgangsbeugungsgitter an der ersten Seitenfläche 123; 125 - eine erste Oberfläche des Festkörperlasermediums 122; 126 - eine zweite Oberfläche des Festkörperlasermediums 122; 127 - eine zweite Seitenfläche des Festkörperlasermediums 122, welche der ersten Seitenfläche gegenübersteht; 128 - eine Stablinse, die zwischen einer Halbleiterlasergruppe 2 und dem Beugungsgitter 124 angeordnet ist, um das Ausgangslicht der Halbleiterlaser 9 der Halbleiterlasergruppe 2 mit hohem Wirkungsgrad auszusenden; 129 - den durch das Beugungsgitter 124 erzeugten Beugungslichtstrahl nullter Ordnung des Ausgangslichtes des Halbleiterlasers; 130 - den Beugungslichtbogen erster Ordnung; und 131 - den Beugungslichtbogen minus-erster Ordnung.

Der dielektrische Mehrschichtfilm, der eine starke Reflexion für das Pumplicht der Halbleiterlasergruppe 2 besitzt, aber keine Reflexion auf die Wellenlänge der Schwingung des Festkörperlasers ausübt, ist auf jeder der ersten und zweiten Oberflächen 125 und 126 angebracht. Ein dielektrischer Mehrschichtfilm, der eine hohe Reflexion für das Pumplicht der Halbleiterlasergruppe 2 besitzt, ist auf der zweiten Seitenfläche 127 angebracht. Die Halbleiterlasergruppe 2 besteht aus einer Vielzahl von Halbleiterlasern 4, die in gleichen Zwischenabständen in Richtung der optischen Achse 6 in der Weise angeordnet sind, daß die Übergänge der Halbleiterlaser 9 im wesentlichen parallel zueinander liegen.

Die Betriebsweise der so aufgebauten Festkörperlaservorrichtung entspricht im wesentlichen derjenigen der unter Bezugnahme auf Fig. 16 zuvor beschriebenen Festkörperlaservorrichtung. Auch wenn das Beugungsgitter 124 rechteckigen Querschnitt besitzt, kann der Beugungslichtbogen nullter Ordnung durch Festsetzen des Gitterzwischenabstandes und der Gittertiefe auf geeignete Werte unterdrückt werden.

Die Fig. 7A und 7B stellen vergrößerte Ansichten eines Teils der Fig. 6 dar, und zwar zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Beugungslichtbogen 130 erster Ordnung und dem Beugungslichtbogen 131 minus-erster Ordnung, sowie der Beziehung zwischen dem Anregungsgebiet 8 und der Laserresonatormode 7 im Festkörperlasermedium 122. insbesondere zeigt Fig. 7 einen Teil des Festkörperlasermediums 122, während Fig. 7B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 7A wiedergibt.

Wie aus der Überschneidung des Anregungsgebietes 8 und der Laserresonatormode 7 gemäß Fig. 7B hervorgeht, kann mit den Mitteln zur Erzeugung des Anregungsgebietes 8 unter Verwendung des Beugungsgitters 124 das Pumpvolumen des Pumplichtes genügend genau in Ubereinstimmung mit dem Modevolumen des Laserresonators gebracht werden. Das Modevolumen des Laserresonators wird durch die Positionen und Konfigurationen des stark reflektierenden Spiegels 4 und des Ausgangskopplungsspiegels 5 bestimmt. Von den Laserresonatormoden ist die TEM₀₀-Mode brauchbar und vorzuziehen, weil sie nur eine einzelne Spitze und keine Seitenkeulen besitzt. Bei den Mitteln zur Erzeugung des Anregungsgebietes unter Verwendung des Beugungsgitters 124 kann eine Anzahl von Halbleiterlasern an derjenigen Seite des Festkörperlasermediums 122 angeordnet werden, an der das Beugungsgitter 124 angebracht ist, so daß der Lasergewinnteil des Blockes des Festkörperlasermediums, das angeregt wird, beträchtlich vergrößert werden kann, wie auch der Wirkungsgrad der Anregung durch Anpassen des Anregungsgebietes an das Modenvolumen des Laserresonators erhöht werden kann. Die Festkörperlaservorrichtung besitzt also sowohl einen hohen Wirkungsgrad, als auch einen hohen Gewinn.

Ein zweites Beispiel der durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist in den Fig. 8A und 8B entsprechend den Fig. 7A und 7B dargestellt. insbesondere stellen die Fig. 8A und 8B vergrößerte Ansichten eines Teils der Festkörperlaservorrichtung dar. Bei der Festkörperlaservorrichtung ist das Beugungsgitter nicht auf dem Festkörperlasermedium 122 angebracht; das heißt, daß ein Durchgangsbeugungsgitter 132 in der Weise angebracht ist, daß es sich nahe bei oder in Berührung mit der ersten Seitenoberfläche 123 des Festkörperlasermediums 122 befindet. Das Durchgangsbeugungsgitter 132 und das Festkörperlasermedium 122 sind in bezug auf den Brechungsindex aneinander angepaßt.

Ein drittes Beispiel der durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 9A und 9B entsprechend den Fig. 7A und 7B dargestellt. insbesondere stellen die Fig. 9A und 9B vergrößerte Ansichten eines Teils der Festkörperlaservorrichtung dar. Bei der Festkörperlaservorrichtung ist anstelle des direkt auf dem Festkörperlasermedium 122 angebrachten Beugungsgitters 124 und der im Schnitt kreisförmigen Stablinse 128 eine im Schnitt halbkreisförmige Stablinse auf deren flacher Oberfläche ein Durchgangsbeugungsgitter angebracht ist, derart angeordnet, daß sie sich nahe bei oder in Berührung mit der ersten Seitenfläche 123 des Festkörperlasermediums 122 befindet. Die im Querschnitt halbkreisförmige Stablinse 133 wie auch die im Querschnitt kreisförmige Stablinse 128 brechen das Licht nur senkrecht zur Zeichenoberfläche, so daß sie die austretenden Lichtstrahlen der Halbleiterlaser 9 in parallele Strahlen umwandelt. Die Stablinse 133, auf der das Durchgangsbeugungsgitter angebracht ist, und das Festkörperlasermedium 122 sind im Brechungsindex aneinander angepaßt.

Auch beim zweiten und dritten Beispiel wirkt das Brechungsgitter in der gleichen Weise wie im Falle des ersten Beispiels und erzeugt somit die gleichen Wirkungen.

Fig. 18 stellt ein Erläuterungsdiagramm dar, das den Aufbau eines vierten Beispiels der durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung veranschaulicht. Das vierte Ausführungsbeispiel wird durch Abänderung des in den Fig. 7A und 7B dargestellten ersten Beispiels in folgender Weise erhalten: Ein Beugungsgitter 134 wird zusätzlich auf der zweiten Seitenfläche des Festkörperlasermediums 122 angebracht und zusätzlich ist eine im Querschnitt kreisförmige Stablinse 135 und eine Halbleiterlasergruppe 136 wie im Falle der ersten Seitenfläche 123 vorhanden, so daß rundherum mehr Pumplicht auf das Festkörperlasermedium aufgebracht wird. In Fig. 10 bezeichnet das Bezugszeichen 137 die durch die Beugungsgitter 124 und 134 erzeugten Beugungslichtstrahlen plus- und minus-erster Ordnung.

Bei der in Fig. 10 dargestellten Festkörperlaservorrichtung sind die Beugungsgitter 124 und 134 jeweils auf den ersten und zweiten Seitenflächen des Festkörperlasermediums 122 angebracht. Die Festkörperlaservorrichtung kann aber auch so abgeändert werden, daß zusätzlich Beugungsgitter an den übrigen beiden Seitenflächen des Festkörperlasermediums 122 gebildet werden.

Weiter versteht sich von selbst, daß bei der Anbringung der Beugungsgitter im Falle des in Fig. 10 dargestellten vierten Beispiels die technischen Konzepte des zweiten und des dritten Beispiels angewandt werden können.

Bei der obigen Beschreibung der Festkörperlaservorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung werden ein oder mehrere Durchgangsbeugungsgitter verwendet. Es kann aber auch ein Reflexionsbeugungsgitter verwendet werden.

Fig. 11 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer solchen Festkörperlaservorrichtung, die ein Reflexionsbeugungsgitter verwendet, entsprechend dem in den Fig. 7A und 7B dargestellten Beispiel. in Fig. 11 bezeichnet das Bezugszeichen 138 ein Reflexionsbeugungsgitter auf der ersten Seitenfläche 123 des Festkörperlasermediums 122. Das Beugungsgitter 138 ist mit einem dielektrischen Mehrschichtfilm bzw. einem Metallfilm bedeckt, der mit einem hohen Prozentanteil das Pumplicht der Halbleiterlasergruppe 2 reflektiert. Die Stablinse 128 und die Halbleiterlasergruppe 2 sind an der Seite der zweiten Seitenfläche des Halbleiterlasermediums 122 angebracht Die Ausgangslichtstrahlen des Halbleiterlasers 9 werden durch die Stablinse in parallele Lichtstrahlen senkrecht zur Zeichenoberfläche umgewandelt. Die parallelen Lichtstrahlen werden auf das Festkörperlasermedium 122 geworfen und durch das Reflexionsbeugungsgitter 138 gebeugt, wodurch ein Anregungsgebiet 8 gebildet wird. Ähnlich wie im Falle des oben beschriebenen Durchgangsbeugungsgitters sind beim Reflexionsbeugungsgitter 138 die Gittertiefe und der Gitterzwischenabstand so festgelegt, daß das Beugungslicht nullter Ordnung unterdrückt wird.

Die Fig. 12A und 12B stellen vergrößerte Ansichten eines Teils der Fig. 11 dar, und zwar zur Beschreibung der Beziehungen zwischen dem Beugungslichtstrahl 129 nullter Ordnung, dem Beugungslichtstrahl 130 erster Ordnung, und dem durch das Reflexionsbeugungsgitter 138 erzeugten Beugungslichtstrahl minus-erster Ordnung, und es beschreibt die Beziehung zwischen dem Anregungsgebiet 8 und der Laserresonatormode 7 im Festkörperlasermedium 122. im einzelnen zeigt Fig. 12A einen Teil des Festkörperlasermediums 122, während Fig. 12B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 12A darstellt.

Wie aus der in Fig. 12B dargestellten Überschneidung des Anregungsgebietes 8 und der Laserresonatormode 7 hervorgeht, sind die Mittel zur Bildung des Anregungsgebietes 8 unter Verwendung des Reflexionsbeugungsgitters 138 insofern vorteilhaft, als das Pumpvolumen des Pumplichtes sehr gut an das Modenvolumen des Laserresonators angepaßt werden kann, wodurch ähnlich wie im Falle des oben beschriebenen Durchgangsbeugungsgitters die sich ergebende durch einen Halbleiterlaser angeregte Festkörperlaservorrichtung einen hohen Wirkungsgrad und einen hohen Gewinn besitzt. Weiter kann das Reflexionsbeugungsgitter leicht angebracht werden, weil der Beugungseffekt des Durchgangseffekt des Durchgangsbeugungsgitters durch ein Reflexionsbeugungsgitter erzielt werden kann, dessen Gittertiefe halb so groß wie diejenige des Durchgangsbeugungsgitters ist.

Die Fig. 13A und 13B stellen Diagramme zur Veranschaulichung eines zweiten Beispiels der durch einen Halbleiterlaser angezeigten Festkörperlaservorrichtung mit Verwendung des Reflexionsbeugungsgitters entsprechend der Festkörperlaservorrichtung der Fig. 8 dar. Wie im Falle der Fig. 12A und 12B stellen die Fig. 13A und 13B eine vergrößerte Ansicht eines Teils der durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung dar. Bei dem vorliegenden Beispiel ist das Reflexionsbeugungsgitter 138 nicht auf dem Festkörperlasermedium 122 angebracht, sondern es ist stattdessen derart angeordnet, daß es sich nahe bei oder in Berührung mit der ersten Seitenfläche 123 des Festkörperlasermediums befindet. Das Reflexionsbeugungsgitter 138 ist bezüglich des Brechungsindex an das Festkörperlasermedium 122 angepaßt. Beim zweiten Beispiel wirkt das Reflexionsbeugungsgitter in der gleichen Weise wie bei dem in bezug auf die Fig. 12A und 12B beschriebenen ersten Beispiel, und ruft daher die gleichen Wirkungen hervor.

Bei den oben beschriebenen Festkörperlaservorrichtungen werden die Ausgangslichtstrahlen der Halbleiterlaser auf das Festkörperlasermedium derart durch Beugung am Durchtrittsgitter gerichtet, daß sie mit der Richtung der Bildung der Laserresonatormode im Festkörperlasermedium in einer Flucht liegen, so daß die in Frage kommenden Komponenten keine besonders gute Einstellungsgenauigkeit aufweisen müssen.

Bei den beschriebenen Festkörperlaservorrichtungen ist der Resonator so gestaltet, daß das Festkörperlasermedium in Form eines rechteckigen Prismas besitzt; daß weiter die Richtung der Hauptachse des rechteckigen Prismas mit der Richtung der optischen Achse des Laserresonators zusammenfällt, wobei die Pumplichtquelle so positioniert ist; und daß das Pumplicht der Halbleiterlaser von rundherum auf das Festkörperlasermedium einfällt, oder daß dies senkrecht zur Hauptachse des Mediums geschieht. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung nicht auf diese Anordnungsweise beschränkt ist. Das heißt, daß die Festkörperlaservorrichtung frei unter den oben beschriebenen Bedingungen abgeändert werden kann. Die Ausgangslichtstrahlen der Halbleiterlaser werden auf das Festkörperlasermedium durch Beugung seitens der Beugungsgitter derart abgelenkt, daß sie mit der Richtung der Bildung der Laserresonanzmode im Festkörperlasermedium in einer Flucht liegen, wodurch das Pumpvolumen des Pumplichtes mit dem Modenvolumen des Laserresonators zusammenfällt.

Die Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung kann ein weites Spektrum von Festkörperlasermaterialien, wie beispielsweise Nd: YAG, Nd: Glas oder Nd: YLF verwenden. Weiter kann bei der Festkörperlaservorrichtung der Erfindung die Anregungsmode an die TEM₀₀-Mode angepaßt werden, die die kleinste Mode des Laserresonators ist, so daß eine Miniaturisierung erfolgen kann. Die Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung ist daher für die Frequenzvervielfachung geeignet. Ein Beispiel der durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung, angewandt auf die Frequenzvervielfachung, ist in Fig. 14 dargestellt, bei der der Frequenzvervielfacher 139 in den Lasergenerator eingesetzt ist und einen Laserstrahl erzeugt, dessen Wellenlänge halb so groß ist (1/2) wie diejenige der Grundwelle.

Bei der Festkörperlaservorrichtung der Erfindung kann Impulslicht mit einem in den Lasergenerator gemäß Fig. 15 eingebauten Q-Switch erzeugt werden, wie im Falle des optischen Elementes 34 in dem in Fig. 1 dargestellten Resonator.

Fig. 18 zeigt ein erstes Beispiel einer von einem Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung, die beispielsweise vier Reflexionsbeugungsgitter, vier nichtreflektierende Überzüge, und vier Halbleiterlasergruppen besitzt. Es versteht sich von selbst, daß die Anzahl dieser Komponenten nicht auf vier beschränkt ist.

In Fig. 18 bezeichnen die Bezugszeichen: 2A, 2B, 2C und 2D- Halbleiterlasergruppen; 222 - den Block eines Festkörperlasermediums; 223a, 223b, 223c und 223d - Reflex­ ionsbeugungsgitter; 224a, 224b, 224c und 224d - nicht­ reflektierende Überzüge; 225 - eine erste Oberfläche; 226 - eine zweite Oberfläche; 227a, 227b, 227c und 227d - Stab­ linsen; 228 - einen Beugungslichtstrahl nullter Ordnung; 229 - einen Beugungslichtstrahl erster Ordnung; 230 - einen Beugungslichtstrahl minus-erster Ordnung; und 231 - ein optisches Element im Resonator. Die Reflexionsbeugungsgitter 223a bis 223b sind so angeordnet, daß sie sich nahe bei oder in Berührung mit der Oberfläche des Blockes 222 des Festkörperlasermediums befinden und jeweils den nichtreflektierenden Überzügen 224a, 224b, 224c und 224d gegenüberliegen. Die erste und die zweite Oberfläche 225 und 226 des Blockes des Festkörperlasermediums ist mit einem dielektrischen Mehrschichtfilm bedeckt, der eine hohe Reflexionswirkung in bezug auf das Pumplicht der Halbleiterlasergruppe 2 besitzt, aber im wesentlichen keine Reflexion der Wellenlänge der Schwingung des Festkörperlasers herbeiführt. Die den nichtreflektierenden Überzügen 224 gegenüberliegenden Halbleiterlasergruppen 2A bis 2D bilden eine Pumplichtquelle. Jede der Halbleiterlasergruppen 2a bis 3d besteht aus einer Vielzahl von Halbleiterlasern 9, die in Längsrichtung in gleichen Abständen angeordnet sind derart, daß die Übergänge derselben parallel zueinander liegen.

Die Betriebsweise der wie erläutert aufgebauten Festkörperlaservorrichtung entspricht im wesentlichen derjenigen der oben beschriebenen Betriebsweisen.

Ein weiteres Beispiel der von einem Halbleiterlaser angeregten Festkörpervorrichtung ist in Fig. 19 dargestellt. Bei der Vorrichtung sind Wellenplatten 232 zwischen dem Block 222 des Festkörperlasermediums und den Stablinsen 227 angeordnet. Im Falle, daß der Block 222 des Festkörperlasermediums aus einem einachsigen Kristall, wie beispielsweise Nd: YLF besteht, hängt der Absorptionskoeffizient von der Polarisationsrichtung des Ausgangslichtes der Halbleiterlaservorrichtung 2 ab. Aus diesem Grunde werden Wellenplatten verwendet, so daß die Polarisationsrichtungen der Ausgangslichtstrahlen der Halbleiterlasergruppen zur Vergrößerung des Absorptionskoeffizienten eingestellt werden können.

Bei der Festkörperlaservorrichtung der Erfindung kann das Anregungsgebiet an die TEM₀₀-Mode angepaßt werden, welche die kleinste Mode des Laserresonators ist, so daß eine Miniaturisierung erfolgen kann. Die Festkörperhalbleitervorrichtung der Erfindung ist daher für die Frequenzvervielfachung geeignet. Das heißt, daß mit einem in den Lasergenerator eingebauten Frequenzvervielfacher ein Laserstrahl erzeugt werden kann, dessen Wellenlänge halb so groß ist (1/2) wie diejenige der Grundwelle. Zu diesem Zweck ist das optische Element 231 in den Resonator eingesetzt, wie Fig. 18 zeigt. Lichtimpulse können durch Verwenden eines Q-Schalters als das optische Element 231 bei dem in Fig. 18 dargestellten Resonator erzeugt werden.

Wie oben beschrieben, wird bei der durch einen Halbleiterlaser angeregten Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung das Anregungsgebiet durch ein Paar von Beugungsgittern erzeugt, die zu beiden Seiten des Blockes des Festkörperlasermediums angeordnet sind, derart, daß sie im wesentlichen parallel zueinander liegen; und eine Anzahl von Halbleiterlasern kann entlang der Seiten des Blockes des Halbleiterlasers angeordnet werden, auf dem die Beugungsgitter angebracht sind. Dementsprechend kann das Festkörperlasermedium einen höheren Lasergewinn erzielen, während der Anregungswirkungsgrad durch Anpassung des Anregungsgebietes an das relevante Modenvolumen des Laserresonators erhöht wird. Die Festkörperlaservorrichtung der Erfindung besitzt daher sowohl einen höheren Wirkungsgrad, als auch einen höheren Gewinn. Sie kann zu niedrigen Herstellungskosten erzeugt werden und bedarf keiner besonderen Einstellgenauigkeit.

Im Falle, daß Reflexionsbeugungsgitter verwendet werden, kann die von Durchgangsbeugungsgittern erreichte Beugung durch Reflexionsbeugungsgitter mit einer Gittertiefe erreicht werden, die halb so groß ist wie die der Durchgangsbeugungsgitter. In diesem Falle kann das Beugungsgitter entsprechend leicht angebracht werden.

Claims (10)

1. Festkörperlaservorrichtung, die durch einen Halbleiterlaser angeregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Komponenten aufweist:
ein Festkörperlasermedium, in welchem ein Anregungsgebiet erzeugt wird;
Halbleiterlasergruppen, die in Längsrichtung entlang einer Seitenfläche des Halbleiterlasermediums zum Aufbringen von Pumplicht des Festkörperlasermediums angeordnet sind;
Linsen, die zwischen dem genannten Block des Festkörperlasermediums und den Halbleiterlasergruppen zum Umwandeln des von den Halbleiterlasergruppen ausgesandten Laserstrahls in einen parallelen Lichtstrahl angeordnet sind;
einen Resonator zur Erzeugung einer Laserresonatormode im Festkörperlasermedium; und
Beugungsgitter zum Beugen des parallelen Lichtstrahls der Halbleiterlaser in Richtung der Erzeugung der Laserresonatormode.

2. Festkörperlaser, der durch einen Halbleiterlaser angeregt wird, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsgitter an der Seitenoberfläche des Festkörperlasermediums angebracht sind.

3. Festkörperlaservorrichtung, die durch einen Halbleiterlaser angeregt wird, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter mindestens ein aus der Kategorie der Durchgangsbeugungsgitter und der Kategorie der Reflexionsbeugungsgitter ausgewähltes Gitter ist.

4. Festkörperlaservorrichtung, die durch einen Halbleiterlaser angeregt wird, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugunsgitter einen Beugungsgitterblock umfaßt, der nahe bei oder in Berührung mit der Seitenfläche des Festkörperlasermediums angeordnet ist.

5. Festkörperlaservorrichtung, die durch einen Halbleiterlaser angeregt wird, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Beugungsgitterblock mindestens ein aus der Kategorie der Durchgangsbeugungsgitter und der Kategorie der Reflexionsbeugungsgitter ausgewählter Block ist.

6. Festkörperlaservorrichtung, die durch einen Halbleiterlaser angeregt ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter ein Beugungsgitterblock ist, bei dem abwechselnd Durchgangsbeugungsgitter und Reflexionsbeugungsgitter zwischen dem Festkörperlasermedium und der Halbleiterlasergruppe angeordnet sind, derart, daß die Beugungsgitter im wesentlichen parallel zur Halbleiterlasergruppe liegen.

7. Festkörperlaservorrichtung, die durch einen Halbleiterlaser angeregt wird, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse eine im Querschnitt halbkreisförmige Stablinse umfaßt, auf deren flacher Oberfläche ein Durchgangsbeugungsgitter angebracht ist, derart, daß die im Schnitt halbkreisförmige Stablinse nahe bei oder in Berührung mit der Seitenfläche des Festkörperlasermediums angebracht ist.

8. Festkörperlaservorrichtung, die durch einen Halbleiterlaser angeregt wird, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterlasergruppe, die Linse und das Beugungsgitter mehrfach vorhanden sind.

9. Festkörperlaservorrichtung, die durch einen Halbleiterlaser angeregt wird, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Block des Festkörperlasermediums im wesentlichen parallele Seitenflächen besitzt, auf denen abwechselnd mindestens eine lichtreflektierende Deckschicht und mindestens ein Reflexionsbeugungsgitter plaziert und derart angebracht sind, daß sie sich nahe bei oder in Berührung mit den Seitenflächen befinden, wobei die nichtreflektierende Deckschicht dem Reflexionsbeugungsgitter gegenüberliegt; daß mindestens eine Halbleiterlasergruppe eine Vielzahl von Halbleiterlasern aufweist, die gegenüber der nichtreflektierenden Deckschicht angeordnet sind; und daß mindestens eine Linse zwischen der Seitenfläche, auf der die nichtreflektierende Deckschicht gebildet ist, mit der Halbleiterlasergruppe angeordnet ist.

10. Festkörperlaservorrichtung, die durch einen Halbleiterlaser angeregt wird, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter mindestens eine Wellenplatte aufweist, die zwischen der Seitenfläche des Blockes des Festkörperlasermediums und der Stablinse angeordnet ist.