DE4041052A1 - Lasermedium zur verwendung in einem plattenlaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein ein Lasermedium und ins­ besondere ein Lasermedium zur Verwendung in einem Platten­ laser (nachstehend einfach als ein Plattenlasermedium be­ zeichnet), welches die verstärkte spontane Emission (nach­ stehend abgekürzt als ASE) abschwächen und parasitäre Os­ zillationen unterdrücken kann, um hierdurch einen Oszilla­ tionswirkungsgrad oder einen Verstärkungswirkungsgrad zu vergrößern.

Als ein konventionelles Festkörperlasermedium ist allgemein ein Plattenlasermedium bekannt, welches einen Plattenaufbau aufweist, der mit zwei parallelen Ebenen versehen ist, die einander als reflektierende innere Oberflächen gegenüberlie­ gen (nachstehend einfach als reflektierende Oberflächen be­ zeichnet), wie beispielsweise in der veröffentlichten japa­ nischen Patentanmeldung Nr. 48-15 599 im Amtsblatt beschrie­ ben ist. Dieses konventionelle Plattenlasermedium wird ver­ wendet zur Durchführung von Laserschwingungen oder zur opti­ schen Verstärkung, indem hiervon ein Laserstrahl abgezogen wird. Weiterhin folgt in diesem konventionellen Plattenlaser­ medium der Laserstrahl einem Zickzackweg, wobei innere Re­ flexionen an den abwechselnden reflektierenden Oberflächen auftreten. Selbst wenn die Entfernung zwischen den reflektie­ renden Oberflächen kurz ist, kann der von dem Laserstrahl eingenommene optische Weg daher genügend lang sein. Mit ande­ ren Worten kann selbst dann, wenn das Lasermedium dünn ausge­ führt ist, eine gewünschte Weglänge erhalten werden. Hier­ durch kann das Lasermedium wirksam gekühlt werden. Daher kann eine große Pumpenergie an das Lasermedium geliefert werden. Dies ermöglicht Laseroszillationen, die eine großer Laseraus­ gangsleistung zur Verfügung stellen.

Darüber hinaus erzeugen im allgemeinen, wenn ein thermischer Gradient innerhalb eines Lasermediums vorhanden ist, eine thermische Linsenbildung und thermische Doppelbrechung, die infolge thermisch induzierter Störungen und Spannungen auf­ treten, Phasendifferenzen unter abzuziehenden Laserstrahlen. Dies führt zu einer Verschlechterung der Strahlqualität. Allerdings bewegt sich im Falle dieses konventionellen Plat­ tenlasermediums der Laserstrahl entlang des Zickzackweges zwischen den reflektierenden Oberflächen, wie voranstehend beschrieben wurde. Daher breitet sich der Laserstrahl gleich­ mäßig und wiederholt schräg zu einer Querrichtung aus, in welcher der thermische Gradient vorliegt, senkrecht zu den beiden reflektierenden Oberflächen. Daher wird die Phasen­ differenz infolge der Ungleichmäßigkeit des Brechungsindex in dem Lasermedium, die infolge der thermischen Linsenbildung und der thermischen Doppelbrechung auftritt, im wesentlichen ausgeschaltet, und darüber hinaus läßt sich ein Laserstrahl mit verhältnismäßig guter Strahlqualität erhalten.

Als ein konventionelles Lasermedium, welches dadurch erhalten wird, daß eine bessere Verwendung der Eigenschaften dieses Plattenlasermediums zur Verbesserung der Strahlqualität ge­ macht wird, ist allgemein ein sogenanntes verbundplattenarti­ ges Lasermedium bekannt, welches durch J. L. Emmett et al. vorgeschlagen wurde (vergl. The Potential of High-Average- Power Solid State Lasers UCRL-53 571, Lawrence Livermore National Laboratory, California, 1984). Dieses kompositplat­ tenartige Lasermedium weist ein laseraktivierendes Material nur in einem bestimmten Bereich zwischen den reflektierenden Oberflächen auf, um den thermischen Gradienten zu verringern. Im allgemeinen ist in einem Plattenlasermedium die Tempera­ tur hoch in einem zentralen Abschnitt in der Querrichtung zwischen den beiden reflektierenden Oberflächen. Darüber hin­ aus ist die Temperatur desto niedriger, je näher man sich an den Endabschnitten befindet (also an den reflektierenden Ober­ flächen). Daher wird durch Entfernen des laseraktivierenden Materials von dem zentralen Abschnitt die Erzeugung von Hitze in diesem Abschnitt verhindert. Weiterhin wird durch Ausbil­ dung von Laserpumpbereichen der Endabschnitte in extrem dün­ ner Weise der thermische Gradient in der Querrichtung äußerst klein ausgebildet.

Allerdings sind bei diesem Plattenlasermedium Schwierigkeiten bezüglich der ASE und parasitärer Oszillationen aufgetreten, die im Inneren des Lasermediums verursacht wurden, und hier­ durch ergeben sich Schwierigkeiten bezüglich der Erreichung einer größeren Laserausgangsleistung. Die ASE stellt emittier­ tes Licht dar, welches durch Fluoreszenz in einem Lasermedium stimuliert und verstärkt wird und die Energie abschwächt, bevor eine normale Laseroszillation und optische Verstärkung auftritt. Weiterhin stellen die parasitären Oszillationen ein Phänomen in der Hinsicht dar, daß in einem Lasermedium ein Teil der Laserstrahlen sich nicht entlang eines normalen opti­ schen Weges ausbreitet, der von einem Laserstrahl eingenommen werden soll, welcher in dem Lasermedium schwingt (nachstehend teilweise als ein resonanter optischer Weg bezeichnet), son­ dern daß diese Laserstrahlen eine schädliche Schwingung da­ durch ausführen, daß sie beispielsweise häufig zwischen den reflektierenden Oberflächen in der Querrichtung hin- und her­ gehen. Weiterhin werden dann, wenn parasitäre Oszillationen häufig auftreten, der Wirkungsgrad für wirksamer Laseroszil­ lation und der Wirkungsgrad der Verstärkung verringert, und dies führt dazu, daß eine hohe Laserausgangsleistung nicht erreicht werden kann.

Eine bekannte Vorgehensweise zur Unterdrückung dieser para­ sitären Oszillationen stellt das sogenannte segmentierte Ab­ standsstück dar (vergl. "New Slab and Solid-State Laser Tech­ nology and Application", SPIE., Vol. 736, S. 38, 1987). Bei diesem Verfahren wird ein Dichtungsteil, welches aus Gummi oder dergleichen besteht, in Berührung mit einer äußeren Oberfläche jedes der Teile, an welchen ein Laserstrahl nicht reflektiert wird, der parallelen Ebenen gebracht, um zu ver­ hindern, daß ein Zustand der Totalreflexion besteht. Wie vor­ anstehend beschrieben wurde, bewegt sich in dem Plattenlaser­ medium ein Laserstrahl, der hiervon abgezogen werden soll (nachstehend teilweise einfach als Abzugsstrahl bezeichnet) entlang einem Zickzackweg, wobei er Reflexionen an den ab­ wechselnd reflektierenden Oberflächen erfährt. Dies führt dazu, daß jede reflektierende Oberfläche gestreut wird mit Teilen eines Bereiches (nachstehend "Nicht-Pfad-Bereich"), durch welche der Abzugsstrahl nicht gelangt. Daher wird der Wirkungsgrad der Oszillationen nicht verringert in dem Falle, in welchem die Bedingungen für Totalreflexion des Laserstrahls ausgeschaltet werden für Teile des Nicht-Pfad-Bereiches. Dar­ über hinaus kann dadurch, daß das Auftreten der Bedingungen für Totalreflexion verhindert wird für Teile des Nicht-Pfad- Bereiches, die Reflexion von Licht verhindert werden, welches durch die ASE oder die parasitären Oszillationen erzeugt wird und die Teile des Nicht-Pfad-Bereiches erreicht hat. Darüber hinaus kann eine Abschwächung der gespeicherten Energie unter­ drückt werden.

Das segmentierte Abstandsstück wird entwickelt auf der Grund­ lage einer Vorstellung, daß die Reflexion eines Laserstrahls in Teilen des Nicht-Pfad-Bereiches dadurch eingeschränkt wird, daß die Zustände der Totalreflexion für die Teile des Nicht- Pfad-Bereiches nicht vorliegen. Daher wird das Dichtungsteil als Teil eingesetzt um sicherzustellen, daß die Zustände der Totalreflexion nicht existieren.

Allerdings haben die Ergebnisse von Versuchen, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, er­ geben, daß das Dichtungsteil durch die fortschreitende Laser­ oszillation und die optische Verstärkung sehr schnell zerstört wird. Durch eine Untersuchung hat sich herausgestellt, daß der Grund hierfür in einem Phänomen besteht, daß das Dichtungsteil nicht nur durch von dem Lasermedium geleitete Wärme erhitzt wird, sondern darüber hinaus Pumplicht absorbiert sowie Licht, welches infolge parasitärer Oszillation emittiert wird (nach­ stehend als parasitäres Oszillationslicht bezeichnet), und Wärme erzeugt, und daher steigt die Temperatur des Dichtungs­ teils auf eine zulässige Temperatur und darüber hinaus. Die­ ses Phänomen tritt besonders deutlich auf in einem Falle, in welchem eine Luftkühlung mit niedrigem Kühlungswirkungsgrad zum Kühlen des Lasermediums verwendet wird.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen die voranstehend be­ schriebenen Schwierigkeiten des konventionellen Plattenlasers ausgeschaltet werden.

Daher besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Plattenlasers, welcher wirksam parasitä­ re Oszillationen unterdrücken und stabil Laseroszillation und Lichtverstärkung für einen langen Zeitraum durchführen kann.

Zur Erzielung der voranstehend genannten Vorteile wird gemäß einer ersten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ein Plat­ tenlasermedium zur Verfügung gestellt, welches einen Platten­ aufbau aufweist, und mit zwei parallelen Ebenen versehen ist, die einander als reflektierende Oberflächen gegenüberliegen, und die zur Durchführung einer Laseroszillation oder einer optischen Verstärkung durch Abziehen eines Laserstrahls ver­ wendet werden, welcher einem Zickzackweg folgt und hierbei innere Reflexionen an den abwechselnd reflektierenden Ober­ flächen erfährt, wobei zumindest ein Teil eines Bereiches, der von dem Zickzackweg abweicht und durch welchen der Laser­ strahl, der hieraus abgezogen wird, nicht hindurchgelangt, aus einem lichtabsorbierenden Teil besteht.

Daher absorbiert das lichtabsorbierende Teil ASE, parasitä­ res Oszillationslicht oder Fluoreszenz. Hierdurch kann die parasitäre Oszillation und dergleichen wirksam unterdrückt werden.

Weiterhin wird gemäß einer zweiten Zielrichtung der vorlie­ genden Erfindung ein Plattenlasermedium zur Verfügung ge­ stellt, welches einen Plattenaufbau aufweist, der mit zwei parallelen Ebenen versehen ist, die einander als reflektie­ rende Oberflächen gegenüberliegen und verwendet werden zur Durchführung von Laseroszillation oder optischer Verstärkung durch Abziehen eines Laserstrahls, der einem Zickzackpfad folgt und hierbei innere Reflexionen an den alternierend reflektierenden Oberflächen erfährt, wobei ein lichtabsor­ bierendes Teil fest auf einer äußeren Oberfläche zumindest eines Teils eines Bereiches angebracht ist, der von dem Zick­ zackweg abweicht und durch welchen der abzuziehende Laser­ strahl nicht hindurchgelangt, und zwar bezüglich jeder der beiden parallelen Ebenen, und wobei das lichtabsorbierende Teil aus Materialien besteht, die solche optische Eigenschaf­ ten haben, daß Zustände innerer Totalreflexion nicht erfüllt werden an einem Teil einer inneren Oberfläche jeder der bei­ den parallelen Ebenen, die einem Teil von deren äußerer Ober­ fläche entsprechen, auf welchem das lichtabsorbierende Teil fest angebracht ist, und zwar dann, wenn das lichtabsorbie­ rende Teil in Berührung mit dem Teil der äußeren Oberfläche gebracht wird, wobei die Materialien thermische Eigenschaften aufweisen, die ähnlich sind wie die thermischen Eigenschaften der Materialien, die das Plattenlasermedium abgesehen von dem lichtabsorbierenden Teil ausbilden.

Daher werden die Bedingungen für Totalreflexion des abzuzie­ henden Laserstrahls nicht erfüllt an dem Teil der inneren Oberfläche jeder der beiden parallelen Ebenen, die dem Teil von deren äußerer Oberfläche entsprechen, auf welcher das lichtabsorbierende Teil fest angebracht ist. Daher werden ASE, parasitäres Oszillationslicht oder Fluoreszenz, welche diesen Teil der inneren Oberfläche jeder der beiden parallelen Ebenen erreichen, die dem Teil von deren äußerer Oberfläche entspre­ chen, auf welchem das lichtabsorbierende Teil fest angebracht ist, nicht dort reflektiert, sondern durch das lichtabsorbie­ rende Teil absorbiert. Hierdurch können die parasitären Oszil­ lationen usw. wirksam unterdrückt werden. Weiterhin weist das lichtabsorbierende Teil eine gute Wärmewiderstandseigenschaft auf, da das lichtabsorbierende Teil thermische Eigenschaften aufweist, die ähnlich sind wie die der Materialien, die das Plattenlasermedium abgesehen von dem lichtabsorbierenden Teil ausmachen. Daher gibt es im wesentlichen keine Möglichkeit für das Auftreten thermischer Störungen infolge der Differenz der thermischen Ausdehnung zwischen Teilen des Lasermediums.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestell­ ter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen, und in welchen gleiche Be­ zugsziffern gleiche oder entsprechende Teile in verschiedenen Darstellungen bezeichnen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils A von Fig. 1;

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Eigenschaften der ersten Ausführungsform von Fig. 1;

Fig. 4 eine teilweise weggeschnittene Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine teilweise weggeschnittene Ansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils B von Fig. 5;

Fig. 7 eine graphische Darstellung zur Erläuterung von Eigen­ schaften der zweiten und dritten Ausführungsform von Fig. 5 bzw. 6;

Fig. 8 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 9 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 8.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorlie­ genden Erfindung im einzelnen unter bezug auf die beigefüg­ ten Zeichnungen erläutert.

Zunächst wird unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 eine erste Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung nachstehend im einzel­ nen beschrieben. Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform (also eines ersten Plattenlasermediums) der vorliegenden Erfindung. Weiterhin stellt Fig. 2 eine vergrö­ ßerte Schnittansicht eines Teils A dar, welches durch einen gestrichelten Kreis in Fig. 1 angedeutet ist. Diese Ausfüh­ rungsform ist ein Anwendungsbeispiel für die erste Zielrich­ tung der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf das, was als Kompositplattenart-Lasermedium bezeichnet wird.

In diesen Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 10 ein Laser­ medium, 11 einen Substratabschnitt, 12 und 13 Glassubstrat­ abschnitte, die aus Glas hergestellt sind (nachstehend als Laserglasplattenabschnitte bezeichnet), 14 einen Nicht-Pfad- Bereichsabschnitt, und 15 ein lichtabsorbierendes Teil.

Der Substratabschnitt 11 ist ein plattenartiger Abschnitt, der aus transparentem Phosphatglas hergestellt ist, und wel­ cher kein laseraktivierendes Material enthält, und ist etwa 6 mm dick, 25 mm breit und 80 mm lang. Weiterhin beträgt ein Brechungsindex n_d des Glases, welches den Substratabschnitt 11 bildet, 1,549, und dessen thermischer Ausdehnungskoeffi­ zient α beträgt 99×10^-7/°C.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Laserglasplattenabschnit­ te 12, ..., 12 und 13, ..., 13 und die lichtabsorbierenden Teile 15, ..., 15 an Oberflächen 11a bzw. 11b der Substrat­ abschnitte 11 befestigt.

Weiterhin sind die Laserglasplattenabschnitte 12, ..., 12 und 13, ..., 13 plattenartige Abschnitte, die jeweils aus Phosphatglas bestehen, welches Nd³⁺-Ionen von 1×10²¹/cm³ als laseraktivierendes Material enthält, und etwa 1 mm dick sind. Weiterhin beträgt ein Brechungsindex n_d des Glases, welches die Laserglasplattenabschnitte 12, ..., 12 und 13, ..., 13 ausmacht, 1,549, und dessen thermischer Ausdehnungs­ koeffizient α beträgt 100×10^-7/°C.

Bei einer Bestrahlung mit vorbestimmten Pumplicht L führen diese Laserglasplattenabschnitte 12, ..., 12 und 13, ..., 13 eine stimulierte Emission von Laserlicht mit einer Wellenlän­ ge von 1,06 Mikrometer aus. Darüber hinaus tritt eine Laser­ oszillation bei einer Wellenlänge von 1,06 Mikrometer auf, wenn die Laserglasplattenabschnitte in einem vorbestimmten resonanten optischen Weg angeordnet sind. Darüber hinaus wird eine Lichtverstärkung erreicht, wenn ein Laserstrahl durch den Laserglasplattenabschnitt gelangt.

Weiterhin stellen die lichtabsorbierenden Teile 15, ..., 15 bandartige Abschnitte dar, von denen jeder aus Phosphatglas besteht, welches 1% Fe²⁺-Ionen enthält, und welche Licht absorbieren, das eine Wellenlänge von 1,06 Mikrometer auf­ weist, und welche etwa 1 mm dick sind. Das lichtabsorbieren­ de Teil 15 wird dadurch erhalten, daß zunächst 2,3% Fe₃O₄ einem Phosphatglas zugefügt werden und dann das Phosphatglas in einer reduzierenden Atmosphäre aufgelöst wird. Beim Durch­ gang wird die Breite jedes der lichtabsorbierenden Teile 15, ..., 15 auf geeignete Weise festgelegt, entsprechend den Nicht-Pfad-Bereichsabschnitten 14, ..., 14.

Darüber hinaus werden die Oberflächen der Laserglasplatten­ abschnitte 12 ... 12 und 13, ..., 13 und der lichtabsorbie­ rende Teil 15, ..., 15 wie ein Spiegel abgeschliffen. Darüber hinaus werden die abgeschliffenen Oberflächen der Laserglas­ plattenabschnitte 12, ..., 12 und 13, ..., 13 und der licht­ absorbierenden Teile 15, ..., 15 alternierend angeordnet und an die Oberflächen 11a und 11b des Substratabschnitts 11 an­ geschoben und angeschweißt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Es werden nämlich die gesamten Oberflächen 11a und 11b, die einander in der Querrichtung gegenüberliegen, durch die Laserglasplattenabschnitte 12, ..., 12 und 13, ..., 13 und die lichtabsorbierenden Teile 15, ..., 15 abgedeckt. In die­ sem Falle werden die lichtabsorbierenden Teile 15, ..., 15 in die Positionen der Nicht-Pfad-Bereichsabschnitte 14, ..., 14 gebracht.

Die Laserglasplattenabschnitte 12, ..., 12 und 13, ..., 13 und die lichtabsorbierenden Teile 15, ..., 15 bestehen aus dem Phosphatglasmaterial, dessen Brechungsindex verschieden ist von dem Brechungsindex des Phosphatmaterials des Substrat­ abschnitts 11 um einen Betrag von kleiner oder gleich 0,03, und der thermische Ausdehnungskoeffizient unterscheidet sich von dem des Phosphatglasmaterials des Substratabschnitts 11 um einen Betrag mit einem Absolutwert von kleiner oder gleich 5×10^-7/°C auf solche Weise, um das Auftreten einer Fres­ nel-Reflexion und einer thermischen Störung so weit wie mög­ lich zu verhindern.

Zusätzlich ist jede Einfallsendoberfläche 10a und jede Aus­ trittsendoberfläche 10b, die einander in Längsrichtung gegen­ überliegen, des Lasermediums 10 so ausgebildet, daß sie in einem vorbestimmten Winkel weg von der Längsrichtung geneigt sind, und diese Oberflächen sind darüber hinaus wie ein Spiegel abgeschliffen. Der Winkel wird so gewählt, daß ein Laserstrahl l₁, der in das Lasermedium in der Längsrichtung eintritt und dieses in dieser Richtung verläßt, die Brewster- Bedingung erfüllt. Daher kann eine Totalreflexion nur von polarisiertem Licht an den alternierend reflektierenden Ober­ flächen 10c und 10d erreicht werden.

Nachstehend werden Effekte betrachtet, die in einem solchen Fall erhalten werden, in welchem ein Laser mit der voranste­ hend beschriebenen Anordnung im Q-Switch-Betrieb betrieben wird. Wenn Spiegel zur Erzielung einer Laserresonanz an bei­ den Enden des Lasermediums 10 in der Längsrichtung angeord­ net werden, und weiterhin das Lasermedium 10 mit einem Pump­ licht L von einer (nicht dargestellten) Pumpquelle bestrahlt wird, so wird ein Laserstrahl l₁, der in dem Lasermedium schwingt (nachstehend teilweise als Laserresonanzlicht be­ zeichnet) zwischen dem Spiegel und dem Lasermedium erzeugt. Das Laserresonanzlicht l₁ folgt einem Zickzackweg und er­ fährt eine Totalreflexion an den alternierenden reflektie­ renden Oberflächen 10c und 10d, die einander in der Quer­ richtung gegenüberliegen. In diesem Fall wird ein Bereichs­ abschnitt 14, der von dem Zickzackweg abweicht (also ein Nicht-Pfad-Bereichsabschnitt) in dem Lasermedium 10 ausge­ bildet. Der Nicht-Pfad-Bereichsabschnitt 14 ist ein Abschnitt, durch welchen das Laserresonanzlicht l₁ nicht gelangt. Wie voranstehend beschrieben wurde, wird das lichtreflektierende Teil 15 in dem Nicht-Pfad-Bereichsabschnitt 14 angeordnet. Da­ her können ASE oder parasitäres Oszillationslicht, die in den Laserglasplattenabschnitten 12 und 13 erzeugt werden und sich von links nach rechts und umgekehrt ausbreiten, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, wirksam durch das lichtabsorbierende Teil 15 absorbiert werden. Daher kann die ASE abgeschwächt und die parasitäre Oszillation unterdrückt werden, und hierdurch läßt sich eine Oszillation mit gutem Wirkungsgrad erzielen. Beim Durchgang, wenn das Lasermedium 10 als Lichtverstärker verwendet wird, kann die ASE abgeschwächt und die parasitäre Oszillation unterdrückt werden, und es läßt sich eine Licht­ verstärkung mit gutem Wirkungsgrad erzielen.

In Fig. 3 ist ein Graph dargestellt, welcher die Ergebnis­ se der Messung einer Einzeldurchgangsverstärkung (= optische Weglänge x Verstärkung) des Lasermediums 10 gemäß dieser Aus­ führungsform darstellt sowie der Einzeldurchgangsverstärkung eines Kompositplattenart-Lasermediums nach dem Stand der Technik, welcher denselben Aufbau aufweist wie das Laser­ medium gemäß der vorliegenden Ausführungsform, mit der Aus­ nahme, daß er nicht mit lichtabsorbierenden Teilen versehen ist. In Fig. 3 stellt die vertikale Achse Einzeldurchgangs­ verstärkungen dar, die durch Relativwerte ausgedrückt sind; die horizontale Achse gibt die elektrische Eingangsenergie (also die Eingangspumpenergie) an, ausgedrückt in Kilojoule (kJ).

Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung nachstehend im einzelnen beschrieben. Fig. 4 stellt eine teilweise weggeschnittene Ansicht der zweiten Ausführungsform (also eines zweiten Plattenlasermediums) ge­ mäß der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform ist ein Anwendungsbeispiel der zweiten Zielrichtung der vor­ liegenden Erfindung im Hinblick auf ein sogenanntes Komposit­ plattenart-Lasermedium.

Bei dieser Ausführungsform wird das Lasermedium 20 aufgebaut durch Ersetzen der lichtabsorbierenden Teile 15 des Laser­ mediums 10 der ersten Ausführungsform mit den Laserglasplat­ tenabschnitten 12 und 13, und durch Schweißen der lichtabsor­ bierenden Teile 15 an die äußeren Oberflächen 24, ..., 24 der Nicht-Pfad-Bereichsabschnitte 14, ..., 14. Die anderen Teile dieser Ausführungsform sind dieselben Teile wie die entsprechenden Elemente bei der ersten Ausführungsform. Da­ her werden Bauteile der zweiten Ausführungsform, die diesel­ ben Teile sind wie die entsprechenden Elemente der ersten Ausführungsform, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, die bei den entsprechenden Elementen der ersten Ausführungsform verwendet wurden. Weiterhin wird zur Erleichterung der Beschreibung auf eine detaillierte Beschreibung der Aufbau­ elemente der zweiten Ausführungsform verzichtet, die diesel­ ben Teile sind wie die korrespondierenden Elemente der ersten Ausführungsform. Die Bezugsziffer 20a bezeichnet eine Ein­ trittsendoberfläche des Lasermediums 20, die Bezugsziffer 20b eine Austrittsendoberfläche des Lasermediums, und die Bezugs­ ziffern 20c und 20d bezeichnen reflektierende Oberflächen des Lasermediums. Weiterhin wird bei der zweiten Ausführungsform als lichtabsorbierendes Teil 15 dotiertes Phosphatglas ver­ wendet, welches etwa 5 bis 10% Sm³⁺-Ionen enthält, die durch Dotierung dem Glas zugefügt werden, wobei das Glas Licht mit einer Wellenlänge von 1,06 Mikrometer absorbiert. Beim Durchgang beträgt ein Brechungsindex n_d des Glases, welches das lichtabsorbierende Teil 15 bildet, 1,542, und dessen ther­ mischer Ausdehnungskoeffizient α beträgt 100×10^-7/°C. Da­ her ist der Unterschied im Brechungsindex des Glasmaterials zwischen den lichtabsorbierenden Teilen 15 und den Laserglas­ plattenabschnitten 12 und 13 sehr gering, also kleiner oder gleich etwa 0,01. Darüber hinaus weist das Lasermedium 20 ei­ ne Dicke von 10 mm und eine Breite von 30 mm auf. Weiterhin beträgt die Dicke des Substratabschnitts 11 6 mm. Schließlich ist die Anzahl der Totalreflexionen, die ein Abzugsstrahl in dem Lasermedium erfährt, gleich 6.

Wie voranstehend beschrieben wurde, sind in dem Lasermedium 20 der zweiten Ausführungsform die lichtabsorbierenden Tei­ le 15, die aus dem Phosphatglas bestehen, welches einen Bre­ chungsindex aufweist, der sich nur sehr gering in der Größe von dem des Phosphatglases unterscheidet, welches die Laser­ glasplattenabschnitte bildet, auf die äußeren Oberflächen 24 der Nicht-Pfad-Bereichsabschnitte 14 aufgeschweißt. Daher sind an Teilen der Oberfläche, an welche die lichtabsorbie­ renden Teile angeschweißt sind, die Bedingungen für Total­ reflexion nicht erfüllt.

Daher wird parasitäres Oszillationslicht l₂, welches in den Laserglasplattenabschnitten 12 und 13 erzeugt wird, ei­ ne Wellenlänge von 1,06 Mikrometer aufweist und die Teile der geschweißten Oberfläche erreicht, nicht durch die äuße­ re Oberfläche 24 reflektiert und fällt auf das lichtreflek­ tierende Teil 15 ein und wird weiterhin hierin absorbiert. Hierdurch kann ein technischer Vorteil erhalten werden, der ähnlich dem technischen Vorteil gemäß der ersten Ausführungs­ form ist. Weiterhin ist der Unterschied im thermischen Expan­ sionskoeffizienten des Glasmaterials zwischen den lichtabsor­ bierenden Teilen und den Laserglasplattenabschnitten extrem gering. Daher gibt es praktisch keine Möglichkeit für das Auftreten thermischer Störungen oder Verzerrungen infolge eines Unterschiedes im thermischen Expansionskoeffizienten des verwendeten Glasmaterials zwischen den lichtabsorbieren­ den Teilen und den Laserglasplattenabschnitten. Daher weist diese Ausführungsform eine hervorragende thermische Bestän­ digkeit auf.

Nebenbei bemerkt stellt, wie voranstehend beschrieben wurde, diese Ausführungsform ein Beispiel der Anwendung der zweiten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung auf ein sogenanntes Kompositplattenart-Lasermedium dar. Es ist allerdings offen­ sichtlich, daß die zweite Zielrichtung der vorliegenden Er­ findung sich bei einem üblichen Plattenlasermedium einsetzen läßt.

Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben. Fig. 5 ist eine teilweise weggeschnittene Ansicht der dritten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung. Weiterhin ist Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils B von Fig. 5. Diese Ausführungs­ form stellt ein Beispiel dar für die Anwendung der ersten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung auf ein sogenanntes Kompositplattenart-Lasermedium.

In dieser Ausführungsform ist das Lasermedium 30 aufgebaut durch Schweißen von wasserfesten Glasplatten 36, ..., 36 und 37, ..., 37 an Abschnitte anders als die Abschnitte, an wel­ chen die lichtabsorbierenden Teile 15 befestigt sind, der reflektierenden Oberflächen 20c und 20d des Lasermediums 20 gemäß der zweiten Ausführungsform. Mit einer derartigen Anord­ nung der wasserfesten Glasplatten 36, ..., 36 und 37, ..., 37 läßt sich ein Schutz gegenüber Kühlwasser für die Laser­ glasplattenabschnitte 12, ..., 12 und 13, ..., 13 erreichen, die aus Phosphatglas bestehen (welches Nd-Ionen enthält), welches schlechte Wasserbeständigkeitseigenschaften aufweist. Daher kann eine Wasserkühlung durchgeführt werden. In Fig. 5 bezeichnet die Bezugsziffer 30a eine Eintrittsendoberfläche des Lasermediums 30, die Bezugsziffer 30b eine Austrittsend­ oberfläche des Lasermediums, und die Bezugsziffern 30c und 30d bezeichnen reflektierende Oberflächen des Lasermediums. Weiterhin sind die wasserfesten Glasplatten 36 und 37 aus Silikatglas hergestellt, dessen Brechungsindex n_d 1,555 beträgt, und dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient 101×10^-7/°C beträgt. Weiterhin wird als lichtabsorbierende Teile 15 wasserfestes Glas verwendet, welches dadurch erhalten wird, daß das Silikatglas 10% Cu²⁺-Ionen enthält, die para­ sitäres Oszillationslicht absorbieren, welches eine Wellen­ länge von 1,06 Mikrometer hat. Der Brechungsindex n_d die­ ses wasserfesten Glases beträgt 1,555 und dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient α beträgt 101×10^-7/°C. Der Was­ serwiderstand des wasserfesten Glases der Bauteilelemente 15, 36 und 37 wird durch Durchführung eines Pulververfahrens gemessen unter Verwendung von Wasser (H₂O) bei 100°C während 1 Stunde. Als Ergebnis der Messung ergibt sich, daß 0,03 Gew.-% des Wassers verringert ist. Weiterhin wird ein Feinschleifen auf den Oberflächen des wasserfesten Glases der Bauteilelemente 15, 36 und 37 durchgeführt mit dem Er­ gebnis, daß das wasserfeste Glas auf solche Weise ausgebil­ det ist, daß es eine Dicke von etwa 0,2 mm aufweist. Weiter­ hin beträgt die Dicke des Lasermediums 30 10 mm und die Breite 30 mm. Die Dicke des Substratabschnitts 11 beträgt 5,6 mm und dessen Länge 165 mm. Darüber hinaus ist die An­ zahl der Totalreflexionen, die ein Abzugsstrahl in dem Laser­ medium erfährt, gleich 6.

Mit dieser Ausführungsform kann ein technischer Vorteil er­ halten werden, der ähnlich ist wie der technische Vorteil bei der ersten bzw. zweiten Ausführungsform. Darüber hinaus kann eine Auflösung der Laserglasplattenabschnitte infolge des Kühlwassers unterdrückt werden. Hierdurch läßt sich eine Laseroszillation mit einer höheren Laserausgangsleistung er­ reichen, oder es läßt sich eine höhere optische Verstärkung erreichen.

In Fig. 7 ist ein Graph dargestellt, welcher die Meßergeb­ nisse für Einzeldurchgangsverstärkungen des Lasermediums 20 und 30 der zweiten und dritten Ausführungsform darstellt sowie der Einzeldurchgangsverstärkung eines Kompositplat­ tenart-Lasermediums nach dem Stand der Technik, der densel­ ben Aufbau aufweist wie das Lasermedium gemäß der zweiten Ausführungsform, abgesehen davon, daß dieser keine licht­ absorbierenden Teile aufweist. In Fig. 7 stellt die verti­ kale Achse Einzeldurchgangsverstärkungen dar, die durch Relativwerte ausgedrückt sind, und die horizontale Achse gibt die elektrische Eingangsenergie an (also die Eingangs­ pumpenergie), ausgedrückt in kJ.

Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung im einzelnen beschrieben. Fig. 8 ist eine Schnittansicht der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 9 ist eine Perspektivansicht in Explo­ sionsdarstellung der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 8. Diese Ausführungsform ist ein Anwendungsbeispiel für die erste Zielrichtung der vorliegenden Erfindung bei einem üblichen Plattenlasermedium. Bei dieser Ausführungsform bestehen nämlich Abschnitte, die den Nicht-Pfad-Bereichs­ abschnitten 14 jeder der ersten bis dritten Ausführungsform entsprechen, aus lichtabsorbierenden Teilen, und die anderen Abschnitte dieser Ausführungsform bestehen aus Glasteilen, welche laseraktivierende Materialien enthalten.

In den Fig. 8 und 9 bezeichnet die Bezugsziffer 40 ein Laser­ medium, die Bezugsziffer 41 einen Substratabschnitt, die Be­ zugsziffern 42 und 43 reflektierende Plattenabschnitte, und die Bezugsziffer 45 ein lichtabsorbierendes Teil.

Der Substratabschnitt 41 weist eine Form auf, die im wesent­ lichen dieselbe ist wie die Form der Substratabschnitte 11 jeder der ersten bis dritten Ausführungsform, jedoch gibt es einen Unterschied bezüglich des Materials gegenüber dem Sub­ strat 11. Der Substratabschnitt 14 besteht nämlich aus Phos­ phatglasteilen, welche Nd³⁺-Ionen als Laseraktivierungs­ material enthalten.

Darüber hinaus ist das lichtabsorbierende Teil 45 im wesent­ lichen wie ein Dreiecksprisma geformt, ähnlich wie in den Fällen der Nicht-Pfad-Bereichsabschnitte der ersten bis dritten Ausführungsform. Weiterhin besteht das lichtabsorbie­ rende Teil 45 aus Phosphatglas einschließlich Ionen, welche Licht mit einer Wellenlänge von 1,06 Mikrometer absorbieren. Weiterhin sind die Oberflächen des lichtabsorbierenden Teils 45 wie ein Spiegel geschliffen.

Weiterhin weist, wie aus Fig. 8 deutlich wird, jeder der re­ flektierenden Plattenabschnitte 42 und 43 geneigte Oberflä­ chen auf, die als Kontaktoberflächen verwendet werden, wenn die Abschnitte 42 und 43 und das lichtabsorbierende Teil 45 alternierend miteinander auf derselben Ebene auf solche Wei­ se kombiniert werden, daß ein plattenartiger Körper herge­ stellt wird. Beim Durchgang ist die Oberfläche der geneigten Ebene wie ein Spiegel abgeschliffen. Darüber hinaus bestehen der Substratabschnitt 41 und die reflektierenden Plattenab­ schnitte 42 und 43 aus demselben Glasmaterial.

Wie in Fig. 9 erläutert ist, sind die reflektierenden Plat­ tenabschnitte 42 und 43 auf die beiden Oberflächen des Sub­ stratabschnitts 41 aufgeschweißt, die einander jeweils in Querrichtung gegenüberliegen. Daraufhin werden die lichtab­ sorbierenden Teile 45 angebracht und darüber hinaus auf zwei benachbarte reflektierende Plattenabschnitte 42, ..., 42 und 43, ..., 43, aufgeschweißt. Daher wird ein Lasermedium 40 er­ halten, in welchem die Nicht-Pfad-Bereichsabschnitte, die von dem Zickzackweg abweichen, aus den lichtabsorbierenden Teilen 45 bestehen.

Daher kann im Falle der vierten Ausführungsform eine parasi­ tische Oszillation durch Wirkungen unterdrückt werden, die im wesentlichen gleich den Wirkungen im Falle der ersten bis dritten Ausführungsform sind. Darüber hinaus kann eine Laser­ oszillation mit einer höheren Laserausgangsleistung oder ei­ ne höhere optische Verstärkung erreicht werden.

Zwar wurden voranstehend bevorzugte Ausführungsformen der vor­ liegenden Erfindung beschrieben, jedoch wird darauf hingewie­ sen, daß die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Beispielsweise können Pr³⁺-, Dy³⁺- und V³⁺-Ionen als die Ionen verwendet werden, die in dem lichtabsorbieren­ den Teil enthalten sind, um parasitäres Oszillationslicht zu absorbieren. Weiterhin können die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden, um eine Laseroszillation oder eine optische Verstärkung von Laserlicht mit einer Wel­ lenlänge abweichend von 1,06 Mikrometer zu erreichen. Darüber hinaus können die Bauteilelemente des Lasermediums aus einem kristallinen Material anstelle eines Glasmaterials hergestellt werden.

Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß Fachleuten andere Ab­ änderungen auffallen werden, ohne daß von dem Umfang der vor­ liegenden Erfindung abgewichen wird.

Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird daher nur durch den Offenbarungsgehalt der gesamten Anmeldeunterlagen begrenzt.

Claims (6)

1. Lasermedium zur Verwendung in einem Plattenlaser mit ei­ nem Plattenaufbau, welcher zwei parallele Ebenen aufweist, die einander als reflektierende Oberflächen gegenüberlie­ gen und eingesetzt werden, um eine Laseroszillation oder eine optische Verstärkung durch Abziehen eines Laserstrahls durchzuführen, welcher einem Zickzackweg folgt und innere Reflexionen an den alternierend reflektierenden Oberflächen erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasermedium wei­ terhin ein lichtabsorbierendes Teil aufweist, welches zu­ mindest einen Abschnitt eines Bereiches ausmacht, welcher von dem Zickzackweg abweicht, und durch welchen der hier­ aus abzuziehende Laserstrahl nicht hindurchgelangt.

2. Lasermedium zur Verwendung in einem Plattenlaser mit ei­ nem Plattenaufbau, welcher zwei parallele Ebenen aufweist, die einander als reflektierende Oberflächen gegenüberlie­ gen und eingesetzt werden, um eine Laseroszillation oder eine optische Verstärkung durch Abziehen eines Laserstrahls durchzuführen, welcher einem Zickzackweg folgt und innere Reflexionen an den alternierend reflektierenden Oberflä­ chen erfährt, dadurch gekennzeichnet, daß das Laser­ medium weiterhin ein lichtabsorbierendes Teil aufweist, welches fest auf einer äußeren Oberfläche zumindest eines Teils eines Abschnitts angebracht ist, welcher von dem Zickzackweg abweicht und durch welchen der hieraus abzu­ ziehende Laserstrahl nicht hindurchgelangt, jeder der beiden parallelen Ebenen, wobei das lichtabsorbierende Teil aus Materialien besteht, die solche optische Eigen­ schaften aufweisen, daß Bedingungen für innere Total­ reflexion nicht erfüllt werden an einem Teil einer inneren Oberfläche jeder der beiden parallelen Ebenen, die einem Teil von deren äußerer Oberfläche entsprechen, auf welcher das lichtabsorbierende Teil fest angebracht ist, wenn das lichtabsorbierende Teil in Berührung mit dem Abschnitt der äußeren Oberfläche gebracht wird, und die thermische Eigen­ schaften aufweisen, die ähnlich den thermischen Eigenschaf­ ten von Materialien sind, welche das Lasermedium bilden, abgesehen von dem lichtabsorbierenden Teil.

3. Lasermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß weiterhin eine Schicht eines ersten Typs vorge­ sehen ist, sowie zwei Schichten eines zweiten Typs, die zwischeneinander die Schicht des ersten Typs halten und ein laseraktivierendes Material enthalten, wobei die Schicht des ersten Typs aus einem Teil besteht, welches ein laseraktivierendes Material enthält, dessen Menge geringer ist als die des laseraktivierenden Materials, welches in den Schichten des zweiten Typs enthalten ist, oder im wesentlichen kein laseraktivierendes Material enthält, und wobei die Seiten der Schichten des zweiten Typs gegenüberliegend zu Grenzoberflächen zwischen der Schicht des ersten Typs und den Schichten des zweiten Typs die beiden parallelen Ebenen sind, die einander zu­ gewendet sind.

4. Lasermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das lichtabsorbierende Teil aus einem ersten Material besteht, welches dasselbe Material ist wie das Material der Bauelemente abgesehen von dem lichtabsorbie­ renden Teil des Lasermediums, und ein zweites Material enthält, welches Laserlicht absorbiert, welches von ei­ nem laseraktivierenden Material emittiert wird, anstelle von dem laseraktivierenden Material.

5. Lasermedium nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material ein Glasmaterial ist, und das licht­ absorbierende Teil aus demselben Glasmaterial wie dem ersten Material besteht, welches Ionen enthält, die Laser­ licht absorbieren, welches von dem laseraktivierenden Mate­ rial emittiert wird.

6. Lasermedium nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Lichtabsorptionsteil enthaltenen Ionen eine oder mehrere Arten folgender Ionen sind: Nd³⁺, Sm³⁺, Cu²⁺, Pr³⁺, Dy³⁺, und V³⁺.