DE4208147A1

DE4208147A1 - Endgepumpter hochleistungsfestkoerperlaser

Info

Publication number: DE4208147A1
Application number: DE4208147A
Authority: DE
Inventors: Steve Chase Tidwell
Original assignee: BP Corp North America Inc
Current assignee: BP Corp North America Inc
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1992-09-17
Also published as: FR2679709A1; FR2679709B1; US5170406A; GB2254485B; GB9204193D0; GB2254485A; JPH05226739A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Laser, die ein Festkör per- Verstärkungsmedium aufweisen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Festkörperlaser, bei denen das Ver stärkungsmedium mittels einer Laserdiode gepumpt wird, wel che sich unter einem Winkel relativ zu der optischen Achse des Lasers befindet.

Viele neue Anordnungen sind entwickelt worden, um die Vor teile der kleinen Größe, der hohen Zuverlässigkeit und der hohen Effizienz von Diodenlaserpumpquellen ausnutzen zu kön nen. Endgepumpte Geometrien sind verwendet worden, um die höchsten Konversionseffizienzen zu demonstrieren und um typischerweise beugungsbegrenzte Ausgangsstrahlen zu erzeu gen. Indessen ist die Ausgangsleistung von endgepumpten La sern infolge der Schwierigkeiten beim effizienten Einkoppeln der Pumpleistung einer Mehrzahl von Laserdioden in das Mo denvolumen des Festköper- Verstärkungsmediums begrenzt gewe sen. "Seiten"-gepumte Laser sind leicht zu höheren Leistun gen heraufzusetzen, wie von Burnham und Hayes in Optics Let ters 14:27, 1989 beschrieben, aber diese Laser leiden unter einer geringen Konversionseffizienz und/oder einer vermin derten Strahlqualität. Die hohe Effizienz von endgepumpten Lasern tritt infolge einer höheren Absorption der Pump leistung, einer exzellenten Überlappung zwischen dem Pumpvo lumen und der Lasermode und höheren Pumpdichten auf.

Die Ausgangsleistung von endgepumpten Ausführungen ist durch die Verwendung einer Mehrzahl von Quellen erhöht worden, die mittels Multiplexen von: (1) der Anzahl der Enden, (2) den Pumplichtpolarisationen, (3) den mit der Quelle verbundenen Fasern, und (4) den Einfallswinkeln in das Verstärkungsme dium eingekoppelt werden. Jedes dieser Verfahren weist Nach teile bezüglich seiner Komplexität, Effizienz, und/oder Be grenzungen des Betrages der erzielbaren Ausgangsleistung, die erhalten werden kann, auf. Die Vielzahl von Oberflächen in Lasern mit einer Mehrzahl von Enden (oder Facetten), wie sie z. B. von Baer in dem U.S. Patent Nr. 48 37 771, be schrieben worden sind, können die Komplexität und die Ver luste im Resonator erhöhen. Die Effizienz von diodengepump ten Festkörperlasern fällt stark mit den Resonatorverlusten, wenn der Laser mit der Mehrzahl von Enden eine geringe Ver stärkung hat. Die Polarisationskopplung kann nur ein Faktor von 2 bereitstellen, um die Ausgangsleistung zu erhöhen und führt nur zu einem geringen Anwachsen der Laserausgangs leistung. Fasergekoppelte Laser sind von Kubodera und Noda, Applied Optics 21:2466, 1982, beschrieben worden. Das Ein koppeln mittels Fasern vermindert die Pumphelligkeit und führt typischerweise zu einem Verlust des Pumplichtes in der Höhe von 40%. Eine geringere Pumphelligkeit führt zu einer geringeren Verstärkung, die ihrerseits zu einer geringeren Laserextraktionseffizienz führt. Fan et al. beschreibt in Optics Letters 14:1057, 1989 das Muliplexen von Ein fallswinkeln, um eine Leistungserhöhung zu erzielen. Obwohl hohe Effizienzen unter Verwendung dieses Prinzips gezeigt wurden, wird die Anzahl der individuellen Pumpquellen, die verwendet werden können, aufgrund räumlicher Beschränkungen begrenzt sein; ferner ist diese Lösung mit der Verwendung von Laserdiodenblöcken als Pumpquellen inkompatibel. Darüber hinaus kann nur ein Ende des Verstärkungsmediums ohne Inter ferenzen mit dem optischen Resonator des Lasers gepumpt wer den, da die Pumpquellen quer über die optische Achse des La sers angeordnet sind. Laser, welche entlang der optischen Achse gepumpt werden, verwenden dichroische Beschichtungen, um das Pumplicht in das Verstärkungsmedium zu übertragen und um das Laserlicht zurück in den optischen Resonator zu re flektieren. Diese Beschichtungen weisen eine beschränkte Transmission auf und führen typischerweise zu einem 10 bis 15% Verlust der einfallenden Pumpleistung.

Um diese Nachteile des Standes der Technik zu beheben, ist ein endgepumpter Nd:YAG Laser entwickelt worden, welcher Hochleistungs- Diodenlaser- Blockpumpquellen verwendet, die in einem Aufbau angeordnet sind, welcher eine effiziente Er höhung der Ausgangsleistung bishin zu den Materialbegrenzun gen erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Laserverstär ker nach Anspruch 1, bzw. durch einen Laseroszillator nach Anspruch 6, bzw. ein thermisches Steuersystem nach Anspruch 11 gelöst.

Die vorliegende Erfindung trifft die optische Verbindung von Diodenblöcken mit endgepumpten Festkörper- Verstärkungsme dien, das außerachsige geometrische Multiplexen von Dioden lasern, und Linsendesigns, um mit Diodenlaserblöcken Spots hoher Intensität zu erzeugen. Da das Lasersystem der vorlie genden Erfindung für den allgemeinen Gebrauch bestimmt ist, muß es einen TEM₀₀ Strahl hoher Qualität für die Modenkopp lung (Mode Locking), für die effiziente Verdopplung und für andere nichtlineare optische Anwendungen bereitstellen.

Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Erfindung ein Laser verstärker, welcher ein Festkörper- Verstärkungsmedium auf weist, sowie wenigstens eine Pumpstrahlvorrichtung. Das Festkörper- Verstärkungsmedium ist entlang eines optischen Pfades angeordnet und weist erste und zweite gegenüberlie gende Endoberflächen auf, die von dem optischen Pfad ge schnitten werden. Das Verstärkungsmedium erzeugt die op tische Energie entlang des optischen Pfades in Antwort auf einen Pumpenergiestrahl. Die wenigstens eine Pumpstrahlvor richtung ist von dem optischen Pfad versetzt und kreisförmig um ihn herum verteilt. Jede Pumpstrahlvorrichtung erzeugt und führt einen Pumpstrahl auf entweder die erste oder die zweite der sich gegenüberliegenden Endoberflächen des Fest körper- Verstärkungsmediums.

Gemäß einem anderen Aspekt ist die Erfindung ein Laseroszil lator, welcher einen optischen Resonator, ein Festkörper- Verstärkungsmedium, und wenigstens eine Pumpstrahlvorrich tung aufweist. Der optische Resonator weist erste und zweite optische Elemente auf. Das erste optische Element empfängt optische Energie entlang eines optischen Pfades und reflek tiert die optische Energie entlang des optischen Pfades zu rück. Das zweite optische Element empfängt die optische En ergie entlang des optischen Pfades und reflektiert einen Teil der optischen Energie entlang den optischen Pfad zurück und koppelt den verbleibenden Teil der Energie aus dem opti schen Resornator aus. Das Festkörper- Verstärkungsmedium ist entlang dem optischen Pfad zwischen dem ersten und dem zwei ten optischen Element angeordnet. Das Verstärkungsmedium weist erste und zweite gegenüberliegende Endflächen auf, die von dem optischen Pfad geschnitten werden. Das Verstärkungs medium erzeugt die optische Energie entlang des optischen Pfades in Antwort auf einen Pumpenergiestrahl. Die Pumpstrahlvorrichtung ist von dem optischen Pfad versetzt und kreisförmig um ihn verteilt. Jede Pumpstrahlvorrichtung erzeugt und leitet einen Pumpstrahl auf eine der ersten oder zweiten sich gegenüberliegenden Endoberflächen des Festkörper- Verstärkungsmediums.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung ein Laseroszillator, welcher einen optischen Resonator, ein Festkörper- Verstärkungsmedium und wenigstens zwei Pump strahlvorrichtungen aufweist. Der optische Resonator weist ein erstes optisches Element und ein zweites optisches Ele ment auf. Das erste optische Element empfängt optische Ener gie entlang eines optischen Pfades und reflektiert die op tische Energie entlang des optischen Pfades zurück. Das zweite optische Element empfängt die optische Energie ent lang des optischen Pfades und reflektiert einen Teil der op tischen Energie entlang des optischen Pfades zurück und kop pelt den verbleibenden Teil der Energie aus dem optischen Resonator aus. Das Festkörper- Verstärkungsmedium ist ent lang des optischen Pfades zwischen dem ersten und dem zwei ten optischen Element angeordnet. Das Verstärkungsmedium weist erste und zweite sich gegenüberliegende Endoberflächen auf, welche von dem optischen Pfad geschnitten werden. Das Verstärkungsmedium erzeugt die optische Energie entlang des optischen Pfades in Antwort auf einen Pumpenergiestrahl. Eine der Pumpstrahlvorrichtungen erzeugt eine Mehrzahl von Pumpstrahlen und leitet diese Mehrzahl von Pumpstahlen auf eine der sich gegenüberliegenden Oberflächen des Festkörper- Verstärkungsmediums, während die zweite Pumpstrahlvorrich tung eine Mehrzahl von Pumpstrahlen erzeugt und diese Mehr zahl von Pumpstrahlen auf die andere der sich gegenüberlie genden Oberflächen des Festkörper- Verstärkungsmediums führt. Die Pumpstrahlen werden auf die sich gegenüberliegen den Oberflächen des Festkörper-Verstärkungsmediums aus ver schiedenen Richtungen geführt, die von den ersten und zwei ten Richtungen verschieden sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung ein thermisches Steuersystem zur Kontrolle der Temperatur einer Laserdiode. Das thermische Steuersystem weist einen thermischen Leiter auf, welcher Wärme von der Laserdiode leitet, und einen thermischen Regler, welcher mit dem ther mischen Leiter verbunden ist und die Leitung der Wärme von der thermischen Leitervorrichtung zu einem Kühlkörper steu ert.

Auf diese Art und Weise stellt die vorliegende Erfindung einen Festkörper- Laserverstärker mit einer hohen Konver sionseffizienz ohne einer hohen Komplexität bereit.

Darüber hinaus wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein kompakter endgepumpter Festkörperlaser bereitgestellt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Laserpumpquelle, die Pumplicht erzeugt, das auf ein Festkörper- Verstärkungsmedium unter einem Win kel auftrifft, der die Verwendung von verschiedenen Diodenblöcken in einem kreisförmigen Array erlaubt, um so die Ausgangsleistung zu erhöhen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß beide Enden eines Festkörper- Verstärkungsmediums simul tan gepumpt werden können.

Gemäß einem weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung wird eine Laserpumpquelle mit einer hohen Effizienz bereitge stellt.

Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung einer hohen Transfereffizienz der Pum pleistung einer Laserpumpquelle in ein Festkörper- Verstär kungsmedium.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß eine Laserpumpquelle bereitgestellt wird, welche unter keinen Umständen die Leistungsfähigkeit des Laserresonators beeinträchtigt oder herabsetzt.

Darüberhinaus liegt ein Vorteil in der vorliegenden Erfin dung in der Bereitstellung einer Laserpumpquelle mit sehr hoher Intensität, um zusammen mit einem Verstärkungsmedium eine hohe Verstärkung zu erzeugen.

Schließlich liegt ein Vorteil der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines thermischen Steuersystems, um die Temperatur einer Laserdiode zu steuern.

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung er geben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile und Einsatzmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug nahme auf die Zeichnung zu entnehmen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausfüh rungsform eines Laseroszillators gemäß der vorlie genden Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Ausgangsleistung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als eine Funktion der absorbierten Eingangsleistung darge stellt ist,

Fig. 3A eine schematische Endansicht einer zweiten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3B eine schematische Endansicht einer dritten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3C eine schematische Endansicht einer vierten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4A ein schematisches Diagramm der Pumpquelle und der Pumpstrahllinse der vorliegenden Erfindung, darge stellt in der Ebene parallel zu dem Laserdiodenarray der Pumpstrahlquelle,

Fig. 4B ein schematisches Diagramm der Pumpquelle und der Pumpstrahllinse der vorliegenden Erfindung, darge stellt in der Ebene senkrecht zu dem Laserdiodenar ray der Pumpstrahlquelle,

Fig. 5 ein Strahlendiagramm (ray trace diagramm) in dem die Ausbreitung des Pumplichtes von einer Pumpstrahl quelle durch eine Pumpstrahllinse zu einem Brenn punkt durch konventionelle Optiken dargestellt ist, für die vorliegende Erfindung in der Ebene parallel zu dem Laserdiodenarray,

Fig. 6 ein Konturausdruck der 1064 nm Fluoreszenz, die von einem Festkörper- Verstärkungsmedium bei Pumpen mit der Pumpstrahlvorrichtung aus der ersten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung emittiert wird. Die Spitzenwertkontur entspricht einer Pumpin tensität von 600 W/cm²,

Fig. 7A ein schematisches Diagramm der Pumpstrahlquelle und einer alternativen Pumpstrahllinse für die vor liegende Erfindung, dargestellt in einer Ebene parallel zu dem Laserdiodenarray der Pumpstrahl quelle,

Fig. 7B ein schematisches Diagramm der Pumpstrahlquelle und einer alternativen Pumpstrahllinse für die vor liegende Erfindung, dargestellt in der Ebene senk recht zum Laserdiodenarray der Pumpstrahlquelle,

Fig. 8 ein Strahlendiagramm, in dem die Ausbreitung von Pumplicht durch eine alternative Pumpstrahllinse zu einem Brennpunkt durch eine Mikrolinsenarray- Optik gezeigt ist, für die vorliegende Erfindung in der Ebene parallel zu dem Laserdiodenarray der Pump strahlquelle,

Fig. 9 ein Konturausdruck der 1064 nm Fluoreszenz, die von einem Festkörper- Verstärkungsmedium beim Pumpen durch eine alternative Pumpstrahlvorrichtung der vorliegenden Erfindung emittiert wird. Die Spitzen wertkontur entspricht einer Pumpintensität von 2100 W/cm²,

Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm eines thermischen Ma nagement- Systems für einen Diodenblock.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine erste Aus führungsform eines Laseroszillators 20 gemäß der vorliegen den Erfindung. Der Laseroszillator 20 weist ein erstes opti sches Element 22 und ein zweites optisches Element 24 auf, welche zwischen sich einen resonanten optischen Resonator 26 definieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste optische Element 22 ein Spiegel, der eine konvexe Oberfläche 27 mit einem Radius von 10,6 cm aufweist. In ei ner anderen Konfiguration kann das optische Element 22 eine konkave Oberfläche 27 aufweisen. Das zweite optische Ele ment 24 ist ein konkaver Spiegel, welcher einen Radius von 1,1 m und eine Reflektivität von ungefähr 97% bei einer Wel lenlänge von 1064 Nanometern aufweist. Die ersten und zwei ten optischen Elemente 22 und 24 reflektieren Licht zwischen sich entlang einer optischen Achse 28. Licht wird aus dem Laseroszillator 20 durch das zweite optische Element 24 ent lang einer Ausgangsachse 30 gekoppelt.

Der Laseroszillator 20 weist desweiteren ein Festkörper Verstärkungsmedium 32 auf, welches innerhalb des optischen Resonators 26 entlang der optischen Achse 28 angeordnet ist. Die Länge des Oszillators 20 muß groß genug sein, um die In tensität der optischen Energie auf dem ersten optischen Ele ment 22 zu begrenzen, um so eine optische Zerstörung zu ver meiden. Auch die Modengröße und die thermischen Brennpunkt verhältnisse des Festkörper- Verstärkungsmediums 32 müssen bestimmt werden, um den Laseroszillator 20 entwerfen zu kön nen. Um eine Mode mit einem Durchmesser von 3 mm in dem Festkörper- Verstärkungsmedium 32 zu erzeugen, muß der Ab stand zwischen dem ersten optischen Element 22 und dem Fest körper- Verstärkungsmedium 55 cm betragen. Wenn man die Brennweite einer thermischen Linse als 2 m annimmt, muß der Abstand zwischen dem Festkörper- Verstärkungsmedium 32 und dem zweiten optischen Element 23 cm betragen.

Das Festkörper- Verstärkungsmedium 32 enthält erste und zweite Oberflächen 34 und 36, welche jeweils die optische Achse 28 schneiden. In einer bevorzugten Ausführungsform be steht das Festkörper- Verstärkungsmedium 32 aus einem Neodym: YAG (Nd:YAG) Stab, welcher eine Länge von 7,5 mm entlang der optischen Achse 28 zwischen den ersten und zwei ten Oberflächen 34 und 36 aufweist. Sowohl die erste als auch die zweite Oberfläche 34 und 36 sind kreisförmig und weisen einen Durchmesser von 6,35 mm auf. Zusätzlich weisen die erste und die zweite Oberfläche 34 und 36 doppelt anti reflektierende Beschichtungen auf, die bei Wellenlängen von 810 Nanometern und 1064 Nanometern wirksam sind.

Der Laseroszillator 20 weist desweiteren eine Pumpstrahl vorrichtung 38 auf, welche eine Mehrzahl von Pumpstrahlen bei einer vorherbestimmten Pumpstrahlwellenlänge erzeugt und welche wenigstens einen der Pumpstrahlen auf die erste Ober fläche 34 und/oder auf die zweite Oberfläche 36 des Festkörper- Verstärkungsmediums 32 leitet. Das Festkörper- Verstärkungsmedium 32 und die Pumpstrahlvorrichtung 38 bil den zusammen einen Verstärker im Laseroszillator 20. Die Pumpstrahlvorrichtung 38 kann vollständig zwischen dem er sten und zweiten optischen Element 22 und 24 angeordnet sein, dies ist aber nicht notwendig. In der in Fig. 1 dar gestellten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Pumpstrahlvorrichtung 38 wenigstens eine Pump strahlquelle 40, die jeweils mit einer zugeordneten Linse (oder einem optischen Element) 42 zum Sammeln, Formen und Führen des Pumpstrahles entlang eines Pumpstrahlpfades 44 auf eine der ersten oder zweiten Oberflächen 34 oder 36 aus gestattet ist. Die Pumpstrahlquellen 40 sind durch die Be zugszeichen 40a, 40b, 40c und 40d bezeichnet und ihre zuge ordneten optischen Elemente 42 sind derartig angeordnet, daß ihr Pumpstrahlpfad 44 einen vorherbestimmten Winkel α mit der optischen Achse 28 bildet. Die linksseitigen zwei Pump strahlquellen 40a und 40b und ihre zugeordneten optischen Elemente 42 leiten ihr Pumpstrahllicht auf die erste Ober fläche 34, während die rechtsseitigen Pumpstrahlquellen 40c und 40d und zugeordneten optischen Elemente 42 ihr Pump strahllicht auf die zweite Oberfläche 36 leiten.

Jede der Pumpstrahlquellen 40 umfaßt einen Diodenblock (di ode bar) 46. Der Diodenblock ist ein 10 Watt Diodenblock wie das Modell Nr. SDL-4390-S, hergestellt von den Spectra Diode Laboratories. Dieser 10 MBit Diodenblock ist 10 mm lang und besteht aus 20 Sub- Arrays auf 500 Mikrometer Zentren. Jedes 1 Mikrometer · 100 Mikrometer Sub- Array ist aus 10 verstär kungsgeführten Streifen aufgebaut.

Die Pumpstrahllinse 42 umfaßt eine Stablinse 48 und eine Ab bildungslinse 50, welche entlang des Pumpstrahlpfades 44 an geordnet sind. Die Stablinse 48 sammelt das von der Pump strahlvorrichtung 40 emittierte stark divergierende Licht in der Richtung senkrecht zu dem Array des Diodenblockes 46 und überträgt einen Pumpstrahl 60 welcher ungefähr 1 mm hoch und nur schwach divergent ist. Die Stablinse 48 ist ein Quarz glasstab mit einem Durchmesser von 2 mm und weist eine Anti reflexionsbeschichtung für die Pumpwellenlänge auf. Die Stablinse 48 ist von der Pumpstrahlquelle 40 in einem Ab stand von ungefähr 0,05 mm angeordnet. Die Abbildungslinse 50 wird verwendet, um den Pumpstrahl in das Festkörper- Ver stärkungsmedium 32 zu fokussieren. Die Abbildungslinse 50 ist eine bikonvexe Linse, die eine Brennweite von 15 mm auf weist und antireflektierende Beschichtungen hat, die bei der Wellenlänge des Pumplichtes wirksam sind.

Der Pumpstrahlpfad 44 schneidet die optische Achse 28 inner halb des Festkörper- Verstärkungsmediums 32, und zwar in ei ner geringen Entfernung von der ersten und/oder zweiten Oberfläche 34 bzw. 36. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Abbildungslinse 50 eine bikonvexe Linse, Modell Hr. MG01L0X019, hergestellt von Melles Griot. Die Abbildungs linse 50 ist in einem Abstand von 11,7 mm von der ersten Oberfläche 34 oder der zweiten Oberfläche 36 des Festkörper- Verstärkungsmediums 32 angeordnet. Die gegenüberliegende Seite der Abbildungslinse 50 ist von der Pumpstrahlquelle 40 ungefähr 14 mm entfernt. Der Winkel zwischen der optischen Achse 28 und dem Pumpstrahlpfad 44, der Multiplexwinkel α, beträgt 25 Grad. Wie dargestellt ist ein Teil der Abbil dungslinse 50 entfernt worden, um eine Verdeckung der op tischen Achse 28 zu vermeiden.

Im Betrieb erzeugt der Laseroszillator 50 einen Ausgangs strahl aus Licht, das eine Wellenlänge von 1064 Nanometern aufweist, und zwar entlang der Ausgangsachse 30 und in Ant wort auf einen Verstärkungsvorgang in dem Festkörper- Ver stärkungsmedium 32, der durch die Pumpstrahlvorrichtung 38 induziert wurde. In einer Konfiguration besteht die Pump strahlvorrichtung 38 aus vier Pumpstrahlquellen 40 und vier Linsen 42, die alle in der in Fig. 1 gezeigten Ebene lie gen. In einer anderen Konfiguration sind die rechtsseitigen zwei Pumpstrahlquellen 40 und Linsen 42 aus der Seitenebene um die optische Achse 28 herum gedreht, so daß sie in einer Ebene liegen, die sich unter einem Winkel zu der in Fig. 1 gezeigten Ebene befindet. In einer weiteren Konfiguration besteht die Pumpstrahlvorrichtung 38 nur aus den zwei Pump strahlquellen 40a und 40b und den zwei zugeordneten Pump strahllinsen 42, welche Pumplicht bei einer Wellenlänge von 810 Nanometern erzeugen und das Pumpstrahllicht auf die er ste Oberfläche 34 führen. In einer weiteren Konfiguration besteht die Pumpstrahlvorrichtung nur aus einer einzelnen Pumpstrahlquelle 40 und einer zugeordneten Pumpstrahllinse 42.

Fig. 2 ist ein Diagramm, in dem die Ausgangsleistung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als eine Funktion der absorbierten Eingangsleistung gezeigt ist. Der Graph zeigt, daß oberhalb einer absorbierten Eingangslei stung von ungefähr 3 Watt die vorliegende Erfindung einen maximalen optischen differentiellen Wirkungsgrad (slope ef ficiency) η_s von ungefähr 60% zeigt und eine Ausgangsleistung von ungefähr 15 Watt bei einer absorbierten Eingangsleistung von ungefähr 34 Watt (bei einer Gesamtpumpleistung von 42,6 Watt) erreicht. Hier enthält η_s die Quanteneffizienz, 67%, und die Extraktionseffizienz, η_e die 79% sein muß (ent sprechend 60%/76%). Die "elektrisch-in-optisch" Effizienz der Laserdioden, die in dem Diodenblock 46 enthalten sind, ergeben gemittelt 30%, so daß die gesamten elektrischen Ef fizienzen des Hd:YAG Lasers 10,5% sind (gleich 10% · 15/42.6).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die Pumpstrahl vorrichtung 38 aus einer Mehrzahl von Pumpstrahlquellen 40 und einer Mehrzahl von Pumpstrahllinsen 42, welche in einen radialsymmetrischen (oder kreisförmigen) Ringarray um die optische Achse 28 herum angeordnet sind. Die Fig. 3A, 3B und 3C sind schematische Endansichten von jeweils zweiten, dritten und vierten Ausführungsformen der vorliegenden Er findung. Sie zeigen die Pumpstrahlvorrichtung 38, und zwar betrachtet entlang der optischen Achse 28 für radialsym metrische ringförmige Arrays, die 3, 4 und 5 Pumpstrahlquel len 40 verwenden, welche um die erste Oberfläche 34 des Festkörper- Verstärkungsmediums 32 angeordnet sind. Jede Pumpstrahlquelle 40 und die da zugeordnete Linse 42 leitet den Pumpstrahl entlang dem Pumpstrahlpfad 44. Der Multi plexwinkel α erhöht sich, wenn die Anzahl der Pumpstrahl quellen 40 anwächst, um die Trennung (entlang der optischen Achse 28) zwischen den Pumpstrahlquellen 40 und dem Festkör per- Verstärkungsmedium 32 beizubehalten. Ein ähnliches Ar ray von Pumpstrahlquellen 40 und Linsen 42 ist um die op tische Achse 28 angeordnet, um auch Pumplicht auf die zweite Oberfläche 36 zu leiten.

In der in Fig. 3A gezeigten zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Pumpstrahlquellen 40 kreis förmig um die optische Achse 28 in einem einheitlichen Win kelmuster verteilt, wobei sie in einen Winkelabstand von 120 Grad zu den benachbarten Pumpstrahlquellen (bezüglich der optischen Achse 28) einhalten. In dieser Ausführungsform können 3 Pumpstrahlquellen 40 jeweils einen Pumpstrahl auf eine der Oberflächen 34 oder 36 unter einen Winkel α von nur 5,46 Grad leiten, wobei der minimale Abstand von jeder der Pumpstrahlquellen zu der optischen Achse 2,9 mm beträgt. Das Festkörper- Verstärkungsmedium 32 wird mit sechs Pump strahlquellen 40 gepumpt, wobei drei Pumplichtstrahlen auf die erste Oberfläche 34 und die anderen drei Pumplicht strahlen auf die zweite Oberfläche 36 auftreffen.

Gemäß der in Fig. 3B dargestellten dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden 4 Pumpstrahlquellen 40 kreisförmig um die optische Achse 28 in einem einheitlichen Winkelmuster angeordnet, wobei sich jede in einem Abstand von 90 Grad zu den benachbarten Pumpstrahlquellen befindet und der Winkel α einen Wert von nur 9,32 Grad annimmt. Der minimale Abstand von jeder der Pumpstrahlquellen 40 zu der optischen Achse 28 ist 5 mm. In dieser Ausführungsform wird das Festkörper- Verstärkungsmedium 32 von acht Pumpstrahl quellen 40 gepumpt, wobei jeweils vier Pumplichtstrahlen in jede Oberfläche pumpen.

Gemäß der in Fig. 3C dargestellten vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind fünf Pumpstrahlquellen 40 kreisförmig um die optische Achse 28 in einem einheitlichem Winkelmuster angeordnet, wobei jede in einem Abstand von 72 Grad von benachbarten Pumpstrahlquellen angeordnet ist. In dieser Ausführungsform beträgt der Winkel α nur 12,76 Grad und der minimale Abstand zwischen den Pumpstrahlquellen 40 und der optischen Achse 28 ist 6,9 mm. In dieser Ausfüh rungsform wird jede der ersten und zweiten Oberflächen 34 und 36 des Festkörper- Verstärkungsmediums 32 mit einem 50 Watt Pumpstrahl unter Verwendung von zehn Pumplichtquellen 40 gepumpt, wobei fünf Pumplichtquellen in jede Oberfläche pumpen.

Wenn erwünscht, können sechs Pumpstrahlquellen 40 kreisför mig um die optische Achse verteilt werden, wobei jede dann in einem Abstand von 60 Grad angeordnet wird, was einen Win kel α von nur 15,9 Grad und einen Abstand zwischen jeder der Pumpquellen 40 und der optischen Achse 28 von 8,66 mm er zeugt. Gemäß dem kreisförmig verteilten, multiplexenden "endgepumpten" Schema der vorliegenden Erfindung kann zu sätzliche Pumpleistung durch das Hinzufügen von zusätzlichen Diodenblöcken erzielt werden. Zusätzliche Diodenblöcke führen zu größeren Einfallswinkel und, mit mehr als vier Di odenblöcken an jedem Ende, zu einem größeren Pumpvolumen. Eine höhere Pumpabsorption begrenzt das Anwachsen der Pumpspotgröße mit zusätzlichen Diodenblöcken. Ein angenom mener Absorptionskoeffizient von 5 cm^-1 führt zu einer Pumpabsorption von mehr als 98% in einem 8 mm Verstärkungs medium. Da die Modengröße proportional mit der Pumpleistung anwächst wird - für eine feste Verstärkungseffizienz - der Be trag an Pumpleistung, der in das Festkörper- Verstärkungsme dium 32 eingekoppelt werden kann, das Heraufsetzen von di odengepumpten endgepumpten Lasersystemen zu höheren Leistun gen nicht begrenzen. Die optische Effizienz von kreisförmig verteilten Multiplex- Verfahren kann 44% erreichen, wobei eine 35% Effizienz gezeigt worden ist.

Gemäß dem Winkel- Multiplex- Endpumpschema der vorliegenden Erfindung wird zusätzliche Pumpleistung durch das Hinzufügen von Dioden in ringförmigen Arrays mit einem größeren Radius als das erste Array erzielt, und demgemäß mit einem größeren Multiplexwinkel α. Wenn der Multiplexwinkel α anwächst, wächst auch das Pumpvolumen, da das Pumplicht über eine signifikante Länge in dem Festkörper- Verstärkungsmedium 32 absorbiert wird. Da das Modenvolumen nur langsam anwächst, wenn die Anzahl der Pumpquellen ansteigt, wird der Betrag an Pumpleisung, der an das Festkörper- Verstärkungsmedium unter Verwendung der vorliegenden Erfindung übergeben wird, nicht durch geometrische Beschränkungen begrenzt. Daher kann die Ausgangsleistung des Festkörperlasers bis zur Spannungs bruchgrenze des Festkörper- Verstärkungsmaterials 32 herauf gesetzt werden. Beispielsweise wird ein endgepumpter Nd:YAG Stab in Folge von thermischen Spannungen brechen, wenn die Pumpleistung von acht 10 Wattblöcken auf eine Oberfläche 34 oder 36 geführt wird. Acht Diodenblöcke werden in einem ringförmigen Array mit einem Multiplexwinkel von α von weni ger als 35 Grad angeordnet.

Gemäß einer weiteren Konfiguration der vorliegenden Erfin dung enthält die Pumpstrahlvorrichtung 38 eine Mehrzahl von Pumpstrahlquellen 40 und Pumpstrahllinsen 42, welche in kon zentrischen ringförmigen Arrays um die optische Achse 28 an geordnet sind und auf die erste Oberfläche 34 geführt wer den. Für jedes ringförmige Array ist der Multiplexwinkel α für Pumpstrahlquellen 40 gleich, die auf einen gemeinsamen Punkt entlang der optischen Achse 28 angeordnet sind, aber er wird zwischen Arrays verschieden sein, die bei verschie denen Punkten entlang der optischen Achse 28 angeordnet sind. Gemäß dieser Ausführungsform kann der mittlere Multi plexwinkel α klein gehalten werden, wodurch sich die Moden größe in dem Festkörpermedium 32 und die Gesamtgröße der Pumpvorrichtung 20 vermindert.

Gemäß einer weiteren Konfiguration kann das Festkörper- Ver stärkungsmedium 32 eine reflektierende erste Oberfläche 34 aufweisen, welche die Funktion des ersten optischen Elemen tes 22 ausführt, wie in Fig. 1 gezeigt. Zusätzlich kann, wenn gewünscht, das erste optischen Element 22 eher konvex als konkav sein, wie in Fig. 1 gezeigt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung werden die Pumpstrahlvorrichtung 38 und das Festkörper- Verstärkungsmedium 32 separat als ein Laserverstärker ver wendet. Ein Extraktionsstrahl mit einer Wellenlänge von 1064 Nanometern, der auf die erste Oberfläche 34 auftritt, wird während den Durchganges durch das Festkörper- Verstärkungs mediums 32 verstärkt. Die Verstärkung erfolgt in Antwort auf einen Verstärkungsvorgang in dem Festkörper- Verstärkungsme dium 32, der durch die Pumpstrahlvorrichtung 38 induziert wurde. Die in dem Festkörper- Verstärkungsmedium ge speicherte Energie wird durch das mehrmalige Hindurchführen des Extraktionsstrahles durch das Festkörper- Verstärkungs medium 32 effizient extrahiert.

Die Fig. 4A und 4B sind schematische Diagramme der Pump quelle und der Pumpstrahllinse der vorliegenden Erfindung. Fig. 4A zeigt die Ebene parallel zu dem Laserdiodenarray. Figur B zeigt die Ebene senkrecht zu dem Laserdiodenarray. Wie in Fig. 4A gezeigt, besteht der Pumpstrahl 60 aus einer Mehrzahl von kleineren Strahlen 60 ₁,...,60_i, wie sie von individuellen Sub- Arrays eines Diodenblockes erzeugt worden sind. Jeder der kleinen Pumpstrahlen 60 _i ist breit in der Ebene von Fig. 4A, aber eng in der Ebene von Fig. 4B. Die Divergenz der individuellen Strahlen 60 _i ist groß in der Ebene von Fig. 4A, 40 Grad Halbwertsbreite ("full with half maximum) und ist klein in der Ebene von Fig. 4B, 10 Grad Halbwertsbreite. Die einzelnen Strahlen 60 _i sind beugungsbe grenzt in der Ebene von Fig. 4B und werden so zu einem sehr kleinen Spot fokussiert, während die Strahlen 60 _i in der Ebene von Fig. 4A zehn- bis fünfzehnfach beugungsbegrenzt sind. Die Kombination der kleinen Strahlen, die von dem La serdiodenblock 46 erzeugt worden ist, beeinflußt nicht die Strahlenqualität der Pumpquelle in der Ebene von Fig. 4B, während die Strahlqualität der Pumpstahlquelle 40 sich zu 1000- bis 1500-facher Beugungsbegrenzung in der Ebene von Fig. 4A erhöht. Die Größe des Pumpstrahls 60 in dem Fest körper- Verstärkungsmedium 32 ist durch die Strahlqualität der Pumpstrahlquelle 40 in der Ebene von Fig. 4A be schränkt. Daher wird, wenn der Diodenausgang mittels f/1 Op tiken fokussiert wird, die minimale Spotgröße an den Ober flächen des Festkörper- Verstärkungsmediums 32 ungefähr 1,6 mm betragen. Fig. 5 ist ein Strahldiagramm, das die Aus breitung des Pumpstrahles 60 von einer Pumpstrahlquelle 40 durch die zugeordnete Pumplinse 42 zu einem Brennpunkt zeigt, für die vorliegende Erfindung in der Ebene parallel zu dem Laserdiodenarray.

Die vorliegende Erfindung nutzt die Vorteile der Unter schiede der Strahlqualität des Pumpstrahles 60 aus, der von der Pumpstrahlquelle 40 in den Richtungen parallel und senk recht zu dem Array erzeugt worden ist. Dies wird getan, um sowohl die in dem Modenvolumen des Festkörper- Verstärkungs mediums 32 niedergelegte Pumpleistung zu erhöhen, als auch um die Verteilung der niedergelegten Pumpleistung zu steu ern. In Fig. 1 liegt der Multiplexwinkel α in der Ebene der Pumpstrahlquelle 40, die fest fokussiert wird, wie in Fig. 4B gezeigt. Wenn der Pumpstrahl 60 durch das Festkörper- Verstärkungsmedium 32 hindurch tritt und absorbiert wird, wird die Pumpleistung in einer Art und Weise niedergelegt, die vorwiegend gleichförmig, wenn man entlang der optischen Achse 28 schaut.

Fig. 6 ist ein Konturausdruck der 1064 Nanometer Fluores zenz, die von einem Festkörper- Verstärkungsmedium 32 emit tiert worden ist, das von einer Pumpstrahlvorrichtung 38 ge mäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gepumpt worden ist. Ungefähr 80% der von der Pumpstrahl quelle 40 produzierten Leistung wird in dem Festkörper- Ver stärkungsmedium 32 nach Berücksichtigung von Sammel-, Trans missions- und Absorptionsverlusten absorbiert. Wenn 4 Pump strahlquellen 40 verwendet werden, wird die absorbierte Lei stung 32 Watt sein. Der Verstärkungsbereich ist nahezu quadratisch und weist eine Halbwertsbreite von 2,2 mm auf. Die effektive Pumpintensität über den gleichförmigen zentra len Bereich in Fig. 6 ist 600 Watt/cm².

Um die Pumpleistung in Laserlicht einer hohen Qualität bei 1064 Nanometern effizient zu Konvertieren, ist es wünschens wert, die höchstmögliche Pumpquellenintensität auf die erste und zweite Oberfläche 34 und 36 des Festkörper- Ver stärkungsmediums 32 zu führen. Die Verminderung der Pumpspotgröße ist der effektivste Weg, um die Pumpquellenin tensität zu erhöhen. Ein zweiter Vorteil von kleineren Mo denvolumen ist, daß der Laserresonator 26 kürzer wird und sowohl gegen thermische Fokusvariationen in dem Festkörper- Verstärkungsmedium 32 als auch auf Ausrichtstörungen zwischen den optischen Elementen 22 und 24 weniger empfind lich reagiert.

Fig. 7A ist ein schematisches Diagramm der Pumpstrahlquelle und einer alternativen Pumpstrahllinse für die vorliegende Erfindung, dargestellt in der Ebene parallel zu dem Laserdi odenarray der Pumpstrahlquelle. Fig. 7B ist ein schemati sches Diagramm der Pumpstrahlquelle und einer alternativen Pumpstrahllinse für die vorliegende Erfindung, dargestellt in der Ebene senkrecht zu dem Laserdiodenarray der Pump strahlquelle. Die alternative Pumpstrahllinse 42 enthält eine Stablinse 48, ein Linsenarray 70 und eine Abbildungs linse 50.

Das Linsenarray 70 ist ein Array aus zylindrischen oder to roidischen Linsen. Ein zylindrisches Linsenarray kann aus optischen Fasern und einer indexangepaßten Flüssigkeit auf gebaut werden, die in einer kleinen Zelle enthalten sind. Sowohl das zylindrische als auch das toroidische Linsenarray kann desweiteren unter Verwendung von großvolumigen Techni ken hergestellt werden, so wie Mikrolithography, Ionenab reicherung (ion depletion), Mikroverarbeitung mit Spritzguß (micro machining with injection molding), und photother mischen Techniken. Die individuellen Elemente des Linsenar rays 70 kollimieren jeweils einen Strahl 60 _i der von einem Sub- Array der Pumpstrahlquelle 40 in der Ebene parallel zu dem Diodenarray des Diodenblockes emittiert worden ist. Da bei erhöht das Linsenarray 70 die effektive Strahlqualität der Pumpstrahlquelle 40, in dem der Füll-Faktor (fill fac tor) des Diodenarrays des Diodenblockes 46 erhöht wird. In der alternativen Pumpstrahllinse 42 sind die Stablinse 48 und die Abbildungslinse 50 identisch mit denen, die in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrie ben worden sind.

Fig. 8 ist ein Strahlendiagramm (ray trace diagramm), das die Ausbreitung von Pumplicht aus einer Pumpstrahlquelle durch eine alternaltive Pumpstrahllinse zu einem Brennpunkt darstellt, für die vorliegende Erfindung in der Ebene paral lel zu dem Laserdiodenarray der Pumpstrahlquelle. Die von der Pumpstrahlquelle 40 erzeugte Leistung wird in einen Spot fokussiert, der erheblich kleiner ist als der von der Linse in der ersten Ausführungsform erzeugte Punkt. Da die Ebene parallel zu dem Diodenblockarray die Pumpspotgröße in dem Festkörper- Verstärkungsmedium 32 begrenzt, wird die effek tive Pumpintensität mittels der Verwendung eines Linsenar rays 70 erheblich erhöht.

Fig. 9 ist ein Konturausdruck der 1064 Nanometer Fluores zenz, die von einem Festkörper- Verstärkungsmedium 32 emit tiert worden ist, wenn es mittels der alternativen Pumpstrahlvorrichtung 38 der vorliegenden Erfindung gepumpt wird. Das Festkörper- Verstärkungsmedium 32 in Fig. 9 weist einen Durchmesser von 6,35 mm und eine Länge von 7,5 mm auf. Die Pumpstrahlvorrichtung 38 enthält eine einzelne 10 Watt Pumpstrahlquelle 40, die mittels der alternativen Pumpstrahllinse 42 auf die erste Oberfläche 34 des Festkörper- Verstärkungsmediums 32 unter einem Multiplexwin kel von α gleich 5 Grad (vergleiche Fig. 1) geführt wird. Wie zuvor wird über 80% des Pumplichtes durch die Pumplinse übertragen und innerhalb des Festkörper- Verstärkungsmediums 32 absorbiert. Die Größe des Verstärkungsbereiches in dem Festkörper- Verstärkungsmedium 32 beträgt ungefähr 0,4 mm x 0.8 mm Halbwertsbreite und die effektive Pumpquellenintensi tät ist größer als 2 kW/cm².

Das thermische Management des Diodenblockes 46 ist wichtig, um einen zuverlässigen Betrieb der Dioden und die maximale Effizienz für den diodengepumpten Laser zu erzielen. Die 10 Watt Laserdiodenblöcke erzeugen ungefähr 25 Watt an Wärme, die entfernt werden muß. Eine Überhitzung kann die Lebens dauer der Dioden in dem Diodenblock vermindern und zu ka tastrophalen Ausfällen führen. Darüber hinaus muß die Temp eratur der Dioden genau gesteuert werden, da die von einer Laserdiode erzeugte Wellenlänge mit der Diodentemperatur va riiert. Eine Temperaturänderung kann dazu führen, daß der Ausgang einer Laserdiode von dem Nd:YAG Absorptionsband weg driftet, was zu einer erhöhten Transmission des Pumplichtes durch das lasende Material 32 und daher zu einem erheblichen Leistungsverlust führt.

Während es möglich ist, die Wärme zu entfernen und die Tem peratur eines Diodenblockes mittels eines thermoelektrischen Kühlers (TEC) zu steuern, welcher zwischen einem Wärmever teiler (heat spreader, nicht dargestellt) und einem wasser gekühlten Wärmetauscher (nicht dargestellt) angeordnet ist, ist herausgefunden worden, daß derartige TECs verschiedene Nachteile aufweisen. Erstens sind derartige TECs nur zu 25% effizient, d. h. sie benötigen ungefähr 100 Watt an Leistung um 25 Watt an Wärme abzuführen. Die Effizienz eines Lasersy stems, welches TECs verwendet, wird daher durch die Effizi enz des Kühlsystemes bestimmt. Zweitens sind die TECs, die für das Entfernen von 25 Watt nötig sind, vergleichsweise groß und stehen der kompakten Natur der Laserdioden entge gen. Drittens sind TECs schlechte thermische Leiter wenn sie nicht in Betrieb sind und da große TECs Temperaturwechselbeanspruchungen nicht standhalten, stellen sie einen Schwachstellen- Fehlermechanismus mit einem hohem Risiko für ein diodenlasergepumptes Festkörperlasersystem dar.

Gemäß einer weiteren Möglichkeit für das thermische Manage ment kann Wasserkühlung direkt verwendet werden, wodurch die kompakte, effiziente und zuverlässige Natur des laserdioden gepumpten Lasers beibehalten wird. Dies wird in der ersten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 1 dargestellt ist, erreicht, indem ein gekühltes Kühlmittelbad bei einer Temperatur von nahe 0 Grad Celsius an allen Diodenblöcken 46 vorbei umgewälzt wird und die Betriebstemperatur von jeder Diode mit einem variablen thermischen Widerstand vorgespannt wird.

Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm eines derartigen thermischen Managementsystems für einen Diodenblock. Eine Oberfläche 47 des Laserdiodenblockes 46 ist thermisch mit einer Oberfläche 79 einer thermischem Steuervorrichtung 80 durch eine Indiumdichtung 92a verwunden. Die thermische Steuervorrichtung 80 enthält einen thermischen Widerstand 82 für einen thermischen Verteiler 88 und einen Wärmetauscher 90.

Der thermische Widerstand 82 ist mit dem thermischen Verteiler 88 verbunden, welcher seinerseits thermisch mit dem Wärmetauscher 90 verbunden ist. Die Indiumdichtung 92a zwischen dem Laserdiodenblock 46 und der Oberfläche 79 des thermischen Widerstandes 82 sichert einen guten thermischen Kontakt zwischen ihnen. Der thermische Widerstand 82 besteht aus einem Kupferabstandhalter 84 und einem Abstandhalter 86 aus rostfreiem Stahl. Die Abstandhalter 84 und 86 sind von einander mittels einer Indiumdichtung 92b getrennt. Die Dicke des thermischen Widerstandes 82 ist konstant, während die relative Dicke des Kupferabstandshalters 84 und des Ab standshalters 86 aus rostfreiem Stahl variiert wird, um den thermischen Widerstand zu variieren. Da die thermische Leit fähigkeit von Kupfer um ungefähr einen Faktor 20 größer ist als die von rostfreiem Stahl, kann die Temperaturdifferenz zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende des ther mischen Widerstandes 82 über einen weiten Bereich variiert werden, indem die relative Dicke der Abstandshalter 84 und 86 variiert wird.

Der thermische Abstandshalter 86 wird von dem thermischen Verteiler 88 mittels einer Indiumdichtung 92c getrennt. Der thermische Verteiler 88 ist mit einem Wärmetauscher 90 ver bunden. Kühlmittel wird in den Wärmetauscher 90 über ein Eingangstor 98 eingeführt und die Wärme wird mit dem Kühl mittel durch das Ausgangstor 96 abgeführt. Ein kleiner Wi derstandsheizer 94 wird verwendet, um die Wellenlänge des von der Diode 46 erzeugten Lichtes "feinabzustimmen". Es ist herausgefunden worden, daß mittels geeignetem Setzen der Di odenbetriebstemperaturen 96% des einfallenden Pumplichtes in dem Festkörper- Verstärkungsmedium 32 absorbiert werden kann.

Zusammenfassend kann also festgehalten werden, daß gemäß der vorliegenden Erfindung ein endgepumpter Laseroszillator einen Verstärker aufweist, der ein Festkörper- Verstärkungs medium enthält. Pumpstrahlen, welche von zwei Gruppen von Laserdiodenblöcken erzeugt worden sind, die zwischen den den optischen Resonator definierenden optischen Elementen ange ordnet sind, werden auf gegenüberliegende Endoberflächen des Festkörper Verstärkungsmediums geführt, die die optische Achse des optischen Resonators schneiden. Die Laserdioden blöcke von jeder Gruppe sind kreisförmig um die optische Achse in einem einheitlichen Muster und im gleichen Abstand entlang der optischen Achse von dem Verstärkungsmedium ver teilt. Eine Gruppe von Diodenblöcken ist auf der einen Seite des Verstärkungsmediums und die andere Gruppe ist auf der anderen Seite des Verstärkungsmediums angeordnet. Pump strahlenergie wird dadurch effektiv und effizient auf beide Endoberflächen des Festkörper- Verstärkungsmediums von einer Mehrzahl von Laserdiodenblöcken geführt, was die Erhöhung der Ausgangsleistung, die von dem Verstärkungsmedium erzeugt wird, bis zu den thermischen Grenzen des Verstärkungsmediums erlaubt.

Wie zuvor aufgeführt, sind illustrierende Ausführungsformen offenbart worden. Indessen sind aber auch andere Systeme möglich, die im Einzelnen von den offenbarten Ausführungs formen erheblich abweichen. Beispielsweise können andere Ausführungsformen mit anderen Festkörperverstärkungsmedien, Pumpquellen mit verschiedenen physikalischen Parametern und Geometrien, sowie spezifische Linsendesigns und verschiedene Resonatordesigns eingesetzt werden. Konsequenterweise sind die spezifischen strukturellen und funktionellen Details der hier offenbarten Erfindung mehr repräsentativen Charakters: diesbezüglich wird angenommen, daß sie im Hinblick auf die Offenbarung und für die Bereitstellung einer Grundlage für die Ansprüche die besten Ausführungsformen darstellen.

Claims

1. Laserverstärker, mit:
einem Feskörper- Verstärkungsmedium, welches entlang eines optischen Pfades angeordnet ist, wobei das op tische Verstärkungsmedium erste und zweite gegenüber liegende Endoberflächen aufweist, welche von dem op tischen Pfad geschnitten werden, wobei das Verstär kungsmedium optische Energie entlang des optischen Pfades in Antwort auf einen Pumpenergiestrahl erzeugt; und
wenigstens einer Pumpstrahlvorrichtung, welche versetzt von und kreisförmig um den optischen Pfad herum ange ordnet ist, wobei jede Pumpstrahlvorrichtung einen Pumpstrahl erzeugt und auf eine der ersten oder zweiten sich gegenüberliegenden Endoberflächen des Festkörper- Verstärkungsmediums führt.

2. Laserverstärker nach Anspruch 1, worin die Pumpstrahl vorrichtungen jeweils im wesentlichen gleich von dem optischen Pfad versetzt sind und jeweils bei einer Po sition entlang des optischen Pfades in ungefähr dem gleichen Abstand von dem Verstärkungsmedium angeordnet sind, um jeweils einen Pumpstrahl bei ungefähr dem gleichen Winkel relativ zu dem optischen Pfad zu erzeu gen.

3. Laserverstärker nach Anspruch 2, worin die Pumpstrahl vorrichtungen einheitlich kreisförmig um den optischen Pfad herum angeordnet sind.

4. Laserverstärker nach Anspruch 3, worin die Pumpstrahlvorrichtungen desweiteren eine zweite Mehr zahl von Pumpstrahlvorrichtungen aufweisen, die ver setzt von und kreisförmig um den optischen Pfad herum verteilt sind, wobei jede Pumpstrahlvorrichtung einen Pumpstrahl erzeugt und auf eine der ersten oder zweiten sich gegenüberliegenden Endoberflächen des Festkörper- Verstärkungsmediums führt, wobei die zweite Mehrzahl von Pumpstrahlvorrichtungen jeweils im wesentlichen gleich von dem optischen Pfad versetzt sind und jeweils bei einer zweiten Position entlang des optischen Pfades unter im wesentlichen dem gleichen Abstand von dem Ver stärkungsmedium angeordnet sind, um einen Pumpstrahl unter im wesentlichen dem gleichen Winkel relativ zu dem optischen Pfad zu erzeugen.

5. Laserverstärker nach Anspruch 1, welcher desweiteren wenigstens zwei zusätzliche Pumpstrahlvorrichtungen enthält, die zwischen den ersten und zweiten optischen Elementen bei Positionen entlang des optischen Pfades zwischen dem Verstärkungsmedium und dem anderen der ersten oder zweiten optischen Elemente angeordnet sind, wobei die zusätzlichen Pumpstrahlvorrichtungen versetzt und kreisförmig um den optischen Pfad herum angeordnet sind, wobei jede zusätzliche Pumpstrahlvorrichtung einen Pumpstrahl erzeugt und auf die andere der ersten oder zweiten sich gegenüberliegenden Endoberflächen des Verstärkungsmediums führt.

6. Laseroszillator, mit:
einem optischen Resonator, welcher ein erstes optisches Element aufweist, das optische Energie entlang eines optischen Pfades empfängt und die optische Energie zu rück entlang dem optischen Pfad reflektiert, und einem zweiten optischen Element, das die optische Energie entlang des optischen Pfades empfängt und einen Teil der optischen Energie zurück entlang dem optischen Pfad reflektiert und den verbleibenden Teil der Energie aus dem optischen Resonator auskoppelt;
einem Festkörper- Verstärkungsmedium, welches entlang dem optischen Pfad zwischen den ersten und zweiten op tischen Element angeordnet ist, wobei das Verstärkungs medium erste und zweite sich gegenüberliegende Endober flächen aufweist, welche von dem optischen Pfad ge schnitten werden, wobei das Verstärkungsmedium die op tische Energie entlang dem optischen Pfad in Antwort auf einen Pumpenergiestrahl erzeugt; und
wenigstens einer Pumpstrahlvorrichtung, die versetzt von und kreisförmig um den optischen Pfad herum ver teilt ist, wobei jede der Pumpstrahlvorrichtungen einen Pumpstrahl erzeugt und auf eine der ersten oder zweiten sich gegenüberliegenden Endoberflächen des Festkörper- Verstärkungsmediums führt.

7. Laserverstärker nach Anspruch 6, worin die Pumpstrahlvorrichtungen jeweils ungefähr gleich von dem optischen Pfad versetzt sind und jeweils bei Positionen entlang des optischen Pfades angeordnet sind, die im wesentlichen gleich von dem Verstärkungsmedium entfernt sind, um jeweils einen Pumpstrahl unter ungefähr dem gleichen Winkel relativ zum optischen Pfad zu erzeugen.

8. Laseroszillator nach Anspruch 6 bzw. 7, worin die Pumpstrahlvorrichtungen einheitlich kreisförmig um den optischen Pfad herum angeordnet sind.

9. Laseroszillator nach Anspruch 8, worin die Pumpstrahlvorrichtungen desweiteren eine zweite Mehr zahl von Pumpstrahlvorrichtungen aufweisen, welche von dem optischen Pfad versetzt und kreisförmig um ihn herum angeordnet sind, wobei jede der Pumpstrahlvor richtungen einen Pumpstrahl erzeugt und auf eine der ersten oder zweiten sich gegenüberliegenden Endober flächen des Festkörperverstärkungsmediums führt, wobei die zweite Mehrzahl von Pumpstrahlvorrichtungen jeweils ungefähr gleich von dem optischen Pfad versetzt ist und jeweils bei einer zweiten Position entlang des op tischen Pfades angeordnet ist, die von dem Verstär kungsmedium ungefähr gleich entfernt ist, um jeweils einen Pumpstrahl unter ungefähr dem gleichen Winkel re lativ zu dem optischen Pfad zu erzeugen.

10. Laseroszillator nach Anspruch 6, welcher wenigstens zwei zusätzliche Pumpstrahlvorrichtungen aufweist, die zwischen den ersten und zweiten optischen Elementen bei Positionen entlang des optischen Pfades zwischen dem Verstärkungsmedium und dem anderen der ersten oder zweiten optischen Elemente angeordnet sind, wobei die zusätzlichen Pumpstrahlvorrichtungen von dem optischen Pfad versetzt und kreisförmig um ihn herum angeordnet sind, wobei jede der zusätzlichen Pumpstrahlvor richtungen einen Pumpstrahl erzeugt und auf die andere der ersten oder zweiten sich gegenüberliegenden End oberflächen des Verstärkungsmediums führt.

11. Thermisches Steuersystem zur Steuerung der Temperatur einer Laserdiode, mit:
thermischen Leitervorrichtungen, die Wärme von der Laserdiode abführen; und
einem thermischen Regler, welcher mit dem thermischen Leiter verbunden ist und welcher das Abführen der Wärme von den thermischen Leitervorrichtungen zu einem Kühl körper steuert.