DE4229545A1

DE4229545A1 - Diodengepumpter festkoerperlaser

Info

Publication number: DE4229545A1
Application number: DE4229545A
Authority: DE
Inventors: Akira Ishimori; Shigenori Yagi; Mitsuru Irie; Akihiro Shima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-09-06
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1993-05-13
Also published as: GB2259603B; GB2259603A; GB9218740D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen diodengepumpten Festkörperlaser, der eine Laserdiode (LD) als Strah lungsquelle zum optischen Pumpen verwendet und der in der Lage ist, eine erzeugte Polarisationsschwingung (Polarisationsmodus) in einem befriedigenden Ausmaß zu steuern.

Der diodengepumpte Festkörperlaser ist ein Festkör perlaser, der eine Laserdiode als Strahlungsquelle zum optischen Pumpen verwendet und der überlegen im Pumpwirkungsgrad (und somit Schwingungswirkungsgrad des Laserstrahles) ist, wodurch eine Möglichkeit zur Realisierung von Mikrominiaturisierung gegeben ist. Der diodengepumpte Festkörperlaser zieht auch sehr viel Aufmerksamkeit hinsichtlich einer Technik für seine Anwendung auf dem Informationsgebiet auf sich, beispielsweise erzeugt er eine zweite Oberwelle mit einem nichtlinearen optischen Kristall und wird dabei als Strahlungsquelle für eine magnetooptische Platte verwendet.

Nach dem Stand der Technik wird ein von einer Laser diode emittierter Laserstrahl über eine Sammellinse in das Festkörperlasermedium eingeleitet. In letzter Zeit wurde für eine Miniaturisierung eines Lasersy stems ein Festkörperlaser mit direkter Laserdioden kopplung vorgeschlagen, bei dem eine Laserdiode in der Nähe eines Festkörperlasermediums ohne Sammellin se angeordnet wird.

Die Fig. 20A und 20B sind eine schematische Auf sicht und eine schematische Seitenansicht auf einen solchen Festkörperlaser mit direkter Laserdiodenkopp lung. In diesen Figuren bezeichnen die Bezugszeichen 1 eine Laserdiode, 2 einen von der Laserdiode 1 aus gesandten Pumpstrahl, 3 ein Festkörperlasermedium, 3a die Eintritts-Stirnfläche des Festkörperlasermediums 3 für den Pumpstrahl, 3b die Austritts-Stirnfläche des Festkörperlasermediums 3 für einen Laserstrahl, 4 einen von dem Festkörperlasermedium ausgesandten La serstrahl und 5 einen teilreflektierenden Spiegel. Die Eintritts-Stirnfläche 3a des Festkörperlasermedi ums 3 für den Pumpstrahl weist eine Beschichtung auf, die für den Pumpstrahl 2 nichtreflektierend und für den Laserstrahl 4 totalreflektierend ist, während die Austritts-Stirnfläche 3b für den Laserstrahl eine Beschichtung aufweist, die für den Pumpstrahl 3 hoch reflektierend und für den Laserstrahl 4 nichtreflek tierend ist. Als Festkörperlasermedium 3 kann bei spielsweise ein Nd:YAG (Y_3-xNd_xAl₅O₁₂; 0 < x < 3)- Kristall mit einer Länge von 5 mm, einer Breite von 2 mm und einer Dicke von 0,5 mm od. dgl. verwendet wer den.

Der Festkörperlaser mit direkter Laserdiodenkopplung arbeitet wie folgt. Wenn der Pumpstrahl 2 in das Festkörperlasermedium 3 über die Eintritts-Stirnflä che 3a für den Pumpstrahl eintritt, wird er absor biert, während er intern durch die obere und untere Fläche des Festkörperlasermediums 3 reflektiert wird, wodurch das Lasermedium 3 effektiv gepumpt wird. Der optisch gepumpte Bereich in dem Lasermedium 3 er streckt sich von ungefähr 0,5 mm sowohl in vertikaler als auch in paralleler Richtung.

In diesem diodengepumpten Festkörperlaser wird ein stabiler Resonator zwischen der Eintritts-Stirnfläche 3a des Festkörperlasermediums 3 für den Pumpstrahl und dem teilreflektierenden Spiegel 5 gebildet. Bei spielsweise wird bei diesem stabilen Resonator ein Strahl mit einem Durchmesser von 0,35 mm in der Grundschwingung (Gauss mode) erzeugt, wenn die Ein tritts-Endfläche 3a für den Pumpstrahl eine Ebene ist (unendlicher Krümmungsradius), der Krümmungsradius des teilreflektierenden Spiegels 5 1000 mm beträgt und die Länge des Resonators 10 mm aufweist.

Bei einem derartigen diodengepumpten Körperlaser nach dem Stand der Technik ist allerdings der erzeugte Strahl dazu geeignet, zu einer elliptisch polarisier ten Strahlung zu werden, und es ist unmöglich, die Polarisierung in einem zufriedenstellenden Ausmaß zu steuern. In dem Fall, daß ein nichtlinearer Kristall zur Oberwellenerzeugung (oder ein Wellenlängenände rungselement) in den Resonator eingefügt wird, um höhere Oberwellen zu erzeugen, ist es notwendig, po larisationssteuernde Elemente, wie einen Polarisator und eine Verzögerungsplatte, in den Resonator einzu fügen, wodurch Nachteile wie Komplizierung des Auf baus und Schwierigkeit im Zusammenstellen bewirkt werden.

Zur Zeit wurde hinsichtlich des Zusammenbaus dieses diodengepumpten Festkörperlasers, wobei beispielswei se der Abstand zwischen der Laserdiode und dem Fest körperlasermedium geeignet aufrechterhalten wird, bisher noch kein konkreter Vorschlag gemacht.

Die vorliegende Erfindung wurde aufgrund der oben angeführten Umstände ausgeführt, und es ist Aufgabe der Erfindung, einen diodengepumpten Festkörperlaser zu schaffen, der in der Lage ist, in einfacher Weise und leicht die Polarisation eines erzeugten Strahles zu steuern. Weiterhin soll der diodengepumpte Fest körperlaser einen einfachen Aufbau und eine leichte Justierung und Einstellung gestatten. Darüber hinaus soll ein diodengepumpter Festkörperlaser vorgesehen werden, der im Falle des Vorsehens von Erzeugungsele menten für höhere Oberwellen zur Erzeugung eines La serstrahles mit höheren Oberwellen Veränderungen des Laserstrahles mit höheren Oberwellen durch Tempera turänderungen verhindert und der eine leichte Über wachung des ausgesandten Laserstrahles ermöglicht und mit dem eine Reduzierung der Abmessung des gesamten Lasersystems erzielt wird, selbst wenn Erzeugungsele mente für höhere Oberwellen darin vorgesehen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Hauptanspruches und der ne bengeordneten Ansprüche gelöst.

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein diodenge pumpter Festkörperlaser vorgesehen, der eine Laser diode zum Erzeugen einer Pumpstrahlung, ein Festkör perlasermedium mit einem Abschnitt, der ausreichend klein im Vergleich zu der Pumpstrahlerweiterung ist, und einen Laserresonatoraufbau zum Aussenden eines Laserstrahles aus dem Festkörpermedium umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Stirnfläche auf der Ausstrahlseite für den Laserstrahl des Festkör perlasermediums einen Brewster-Winkel relativ zu der optischen Achse des emittierten Laserstrahles auf weist.

Weiterhin ist entsprechend der vorliegenden Erfindung ein diodengepumpter Festkörperlaser vorgesehen, der eine Laserdiode zum Erzeugen einer Pumpstrahlung, ein Festkörperlasermedium mit einem Abschnitt, der aus reichend klein im Vergleich zu der Erweiterung des Pumpstrahles ist und einen Laserresonator zum Aussen den eines Laserstrahles aus dem Festkörperlasermedi um, ein in dem Laserresonator angeordnetes Element zur Erzeugung Höherharmonischer umfaßt, wobei die optische Achse des Laserstrahles und die des Pump strahles im wesentlichen koaxial zueinander liegen. Der Festkörperlaser ist dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperlasermedium eine Eintritts-Stirnfläche für den Pumpstrahl senkrecht zu dem Laserstrahl und eine darauf aufgebrachte totalreflektierende Be schichtung aufweist und auch eine zu der Eintritts- Stirnfläche entgegengesetzte Stirnfläche mit einem Brewster-Winkel relativ zu der optischen Achse des ausgesandten Laserstrahles hat und daß der Laserreso nator aus einem totalreflektierenden Spiegel oder einer auf das Element zur Erzeugung höherer Harmoni schen aufgebrachten totalreflektierenden Beschichtung der auf das Festkörperlasermedium aufgebrachten to talreflektierenden Beschichtung und einem Aus gangsspiegel, der die Grundwelle zurückreflektiert und die höheren Harmonischen nach außen durchläßt, gebildet wird.

Weiterhin ist entsprechend der vorliegenden Erfindung ein diodengepumpter Festkörperlaser vorgesehen, der eine Laserdiode zum Erzeugen eines Pumpstrahles, ein Festkörperlasermedium mit einem Abschnitt, der aus reichend klein im Vergleich zu der Erweiterung des Pumpstrahles ist, und einen Laserresonator zum Aus senden eines Laserstrahles aus dem Festkörperlaserme dium und ein in dem Laserresonator angeordnetes Ele ment zur Erzeugung höherer Oberwellen aufweist, wobei zur Erzeugung eines Laserstrahles mit höheren Oberwel len die optische Achse des Laserstrahles und die des Pumpstrahles im wesentlichen koaxial zueinander lie gen. Der Festkörperlaser ist dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperlasermedium eine Eintritts-Stirn fläche für den Pumpstrahl senkrecht zu dem Laser strahl und eine darauf aufgebrachte total reflektie rende Beschichtung aufweist und gleichfalls eine zu der Eintritts-Stirnfläche entgegengesetzte Stirnflä che mit einem Brewster-Winkel relativ zu der opti schen Achse des ausgesandten Laserstrahles hat, daß der Laserresonator aus einem selektiv-reflektierenden Spiegel oder einer auf das Element zur Erzeugung höhe rer Oberwellen aufgebrachten selektiv-reflektierenden Beschichtung, der oder die die Grundwelle total re flektiert und höhere Oberwellen total oder teilweise transmittiert, sowie aus der auf das Festkörperlaser medium aufgebrachten total reflektierenden Beschich tung und einem Ausgangsspiegel, der die Grundwelle zurückgibt und die höheren Oberwellen nach außen läßt, gebildet ist, und daß ein Detektor zum Fest stellen des transmittierten Strahles höherer Oberwel len außerhalb des Laserresonators und außerhalb des selektiv-reflektierenden Spiegels oder der selektiv- reflektierenden Beschichtung angeordnet ist.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist darüber hinaus ein diodengepumpter Festkörperlaser vorgese hen, der eine Laserdiode zum Erzeugen eines Pump strahles, ein Festkörperlasermedium mit einem Ab schnitt, der ausreichend klein im Vergleich zu der Erweiterung des Pumpstrahles ist, und einen Laserre sonator zum Aussenden eines Laserstrahles aufweist, wobei der Laserresonator aus einer Eintritts-Stirn fläche des Festkörperlasermediums für den Pumpstrahl und einem Ausgangsspiegel mit einer reflektierenden Oberfläche über das Festkörperlasermedium entgegen gesetzt zu der Eintritts-Stirnfläche des Lasermediums für den Pumpstrahl besteht, wobei die Eintritts- Stirnfläche für den Pumpstrahl im wesentlichen senk recht zu der optischen Achse des Laserstrahles ist und eine total reflektierende Beschichtung für den Laserstrahl aufweist und die optische Achse des La serstrahles im wesentlichen koaxial zur optischen Achse des Pumpstrahles liegt und der Laserstrahl ge rade durch das Festkörpermedium geht. Der Festkörper laser ist dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdioden ungefähr im Zentrum eines ersten säulenförmigen Befe stigungselementes befestigt ist, daß eine Fläche des Festkörperlasermediums parallel zu dem Pumpstrahl durch Bonden an einer Ebene befestigt ist, die in etwa in der Mitte eines zweiten Befestigungselementes gebildet ist und in bezug auf einen peripheren Be reich des Befestigungselementes hervorsteht, wobei das zweite Befestigungselement eine Form aufweist, die das erste Befestigungselement abdeckt, daß ein drittes zylinderförmiges Befestigungselement vorgese hen ist, das zylinderförmig ist und das Äußere der hervorstehenden Ebene abdeckt, und daß der Außenspie gel durch Bonden an einem vierten Befestigungselement befestigt ist, das säulenförmig ist und in seiner Mitte mit einer Öffnung versehen ist, wobei die Befe stigungselemente integrale Bestandteile zueinander sind, so daß die Laserdiode, das Lasermedium und der Ausgangsspiegel zueinander ausgerichtet sind.

Da in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Stirnfläche des Festkörperlasermediums einen Brewster-Winkel aufweist, wird der Transmissionsgrad der Stirnfläche für p-polarisierte Strahlung des aus gesandten Strahles zu einem Maximum, so daß die p- polarisierte Strahlung selektiv emittiert wird.

Da in einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Stirnfläche des Lasermediums, die in Form einer dünnen Platte vorgesehen ist, einen Brewster-Winkel aufweist, wird der erzeugte Strahl an der Stirnfläche gebrochen. Durch Zurückleiten des gebrochenen Strah les mit dem Ausgangsspiegel und durch Einleiten des selben in das Element zur Erzeugung höherer Oberwel len ist es möglich, eine Reduzierung der Abmessung in Richtung der optischen Achse zu erzielen. Weiterhin ist es durch übereinstimmende Anordnung der reflek tierenden Oberfläche für den Laserstrahl der Grund welle und den Laserstrahlen für die höheren Oberwel len möglich, höherharmonische Laserstrahlen in zwei Richtungen übereinstimmend zueinander in Phase und optische Achse zu machen, wodurch das Auftreten von Änderungen im Ausgangsstrahl und Strahlabweichungen verhindert werden.

In einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein höherharmonischer Laserstrahl leicht durch den Detektor zur Erfassung des Laserstrahles höherer Oberwellen überwacht werden, der außerhalb des selek tiv-reflektierenden Spiegels, der nahe an dem Element zur Erzeugung höherer Oberwellen vorgesehen ist, oder außerhalb der selektiv-reflektierenden Beschichtung, die auf das Element zur Erzeugung höherer Oberwellen aufgebracht ist, angeordnet ist.

Da entsprechend einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Festkörperlasermedium auf eine vor springende Ebene gebondet ist, können das Lasermedium und die zu bondende Position leicht gesehen werden, und somit kann der Bondvorgang leicht durchgeführt werden. Da darüber hinaus die Bauteile des diodenge pumpten Festkörperlasers unabhängig voneinander an eine Mehrzahl von Befestigungselementen befestigt sind, ist es einfach, Befestigungselemente in den Formen entsprechend den Bauteilen herzustellen. Da darüber hinaus die Bauteile nicht vorher integral zueinander gemacht werden, ist es möglich, eine Ju stierung der optischen Achse leicht zum Zeitpunkt des Zusammenbaus durchzuführen. Als Ergebnis ist es mög lich, eine mikrominiaturisierte Zusammenstellung des diodengepumpten Festkörperlasers zu bewirken.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B eine schematische Aufsicht und eine schematische geschnittene Seitenan sicht eines diodengepumpten Festkör perlasers entsprechend einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfin dung,

Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf ein weitere Ausführungsbeispiel der Erfin dung,

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines weite ren Ausführungsbeispiels der Erfin dung,

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels der Er findung,

Fig. 6A und 6B eine schematische Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er findung und eine entsprechende schema tische Darstellung der Kristallachsen richtung,

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels der Er findung,

Fig. 8 eine schematische Ansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels der Er findung,

Fig. 9 eine schematische Ansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels der Er findung,

Fig. 10 eine schematische Ansicht eines noch weiteren Ausführungsbeispiels der Er findung,

Fig. 11A u. 11B eine schematische Aufsicht und eine schematische Seitenansicht eines dio dengepumpten Festkörperlasers entspre chend einem weiteren Ausführungsbei spiel der Erfindung,

Fig. 12 eine schematische Ansicht eines dio dengepumpten Festkörperlasers entspre chend einem weiteren Ausführungsbei spiel der Erfindung,

Fig. 13 eine schematische Ansicht eines dio dengepumpten Festkörperlasers entspre chend einem noch weiteren Ausführungs beispiel der Erfindung,

Fig. 14 eine schematische Ansicht eines dio dengepumpten Festkörperlasers entspre chend einem noch weiteren Ausführungs beispiel der Erfindung,

Fig. 15A u. 15B eine Schnittansicht eines diodenge pumpten Festkörperlasers nach einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung und eine Seitenansicht, wie sie aus der Richtung des austretenden Strahles gesehen wird,

Fig. 16 eine geschnittene Seitenansicht nach einem noch weiteren Ausführungsbei spiel der Erfindung,

Fig. 17 eine geschnittene Seitenansicht nach einem noch weiteren Ausführungsbei spiel der Erfindung,

Fig. 18 eine geschnittene Seitenansicht nach einem noch weiteren Ausführungsbei spiel der Erfindung,

Fig. 19 eine geschnittene Seitenansicht nach einem noch weiteren Ausführungsbei spiel der Erfindung, und

Fig. 20A u.20B eine schematische Aufsicht und eine schematische Seitenansicht eines dio dengepumpten Festkörperlasers nach dem Stand der Technik.

In der Zeichnung werden die Elemente, die den Ausfüh rungsbeispielen gemeinsam sind, mit den gleichen Be zugszeichen versehen, wobei zur Vermeidung von Wie derholungen diese dann nicht noch einmal beschrieben werden.

Ausführungsbeispiel 1

In den Fig. 1A und 1B bezeichnen die Bezugszeichen 1 eine Laserdiode zur Erzeugung eines Pumpstrahles, 2 einen Pumpstrahl, 3 ein Festkörperlasermedium, das beispielsweise ein Nd:YAG (Y_3-xNd_xAl₅O₁₂; 0 < x < 3)-Kristall mit rechtecki gem Querschnitt ist, wobei die Länge 5 mm, die Breite 2 mm und die Dicke 0,5 mm betragen, und das Bezugs zeichen 32 bezeichnet eine Eintritts-Stirnfläche des Festkörperlasermediums 3 für den Pumpstrahl, wobei die Stirnfläche so beschichtet ist, daß sie für den Pumpstrahl 2 nichtreflektierend und für den Laser strahl 4 totalreflektierend ist. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Laserstrahl, der von dem Festkörper lasermedium 3 emittiert wird, 5 bezeichnet einen teilreflektierenden Spiegel und 6 ein Gehäuse.

Das Bezugszeichen 33 bezeichnet eine Stirnfläche des Festkörperlasermediums 3, die entgegengesetzt zu der Eintrittsseite desselben Lasermediums angeordnet ist. Die Stirnfläche 33 ist geschnitten und poliert, so daß sie einen Brewster-Winkel in Breitenrichtung re lativ zu dem Laserstrahl 4 aufweist. Es weist keine mit einer Reflexion einhergehende Beschichtung auf. Im Falle von Nd:YAG ist der Brechungsindex ungefähr 1,83, und folglich ist der Winkel zwischen der senk rechten auf der Stirnfläche 33 und der optischen Ach se des Laserstrahles 4 im Lasermedium gegeben zu:
R = tan^-1 (1/1,83) = 28,7 Grad.

Die Betriebweise des diodengepumpten Festkörperlasers mit dem obigen Aufbau wird im folgenden beschrieben.

Der Pumpstrahl 2 tritt in das Festkörperlasermedium 3 über die Eintritts-Stirnfläche 32 für den Pumpstrahl ein. Dann wird der Pumpstrahl 2 wiederholt im Inneren durch die oberen und unteren Flächen 31 des Festkör perlasermediums 3 reflektiert und absorbiert, während er in dem Lasermedium eingeschlossen ist, wodurch das Lasermedium wirksam gepumpt wird. In dem Festkorper lasermedium 3 läuft der Laserstrahl 4 geradeaus senk recht zu der Eintritts-Stirnfläche 32 für den Pump strahl und wird reflektiert, aber wird durch die Stirnfläche 3 des Lasermediums gebrochen, während in Luft (d. h. im Gehäuse 6) angenommen wird, daß er ge radlinig bei einem Winkel von 32,6° relativ zu der optischen Achse des Laserstrahles 4 in dem Festkör perlasermedium 3 ist. Ein stabiler Resonator wird zwischen der Eintritts-Stirnfläche 32 für den Pump strahl und den teilreflektierenden Spiegel 5 gebil det.

Da die Stirnfläche 33 einen Brewster-Winkel aufweist, geht die polarisierte Strahlungkomponente (p-polari sierte Strahlung) des Laserstrahles 4 in Richtung der Breite des Festkörperlasermediums 3 vollständig durch die Endfläche hindurch, so daß eine wirksame Abstrah lung des Laserstrahles ohne Verluste an der Stirnflä che 33 ermöglicht wird. Andererseits wird die polari sierte Strahlungskomponente (s-polarisierte Strah lung) in Richtung der Dicke wegen eines Reflexions vermögens von 20% oder mehr in seiner Abstrahlung unterdrückt. Als Ergebnis wird eine p-polarisierte Strahlung als emittierter Laserstrahl 4 ohne die Ein fügung eines anderen optischen Elementes erhalten. In diesem Fall ist es nicht nötig, eine Winkeleinstell vorrichtung zum Aufrechterhalten des Brewster-Winkels zu verwenden, da es sicher ist, daß der Laserstrahl 4 senkrecht zu der Eintritts-Stirnfläche 32 für den Laserstrahl steht.

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur geht der Laserstrahl zickzackförmig durch das Festkörperlasermedium 3, in dem eine Total reflexion der Seitenflächen 34 verwendet wird. Bei diesem Aufbau kann die optische Achse des Laserstrah les 4 parallel zu der Seitenfläche 34 des Festkörper lasermediums 3 in der Luft festgesetzt werden, indem geeignet ein totalreflektierender Winkel für den Pumpstrahl 2 ausgewählt wird. Dieses Ausführungsbei spiel ist auch dahingehend vorteilhaft, daß der La serstrahl längs eines zickzackförmigen optischen Pfa des entlangläuft, wodurch die wirkliche Länge des optischen Pfades länger wird, und somit kann die Län ge des Festkörperlasermediums 3 kürzer gemacht wer den.

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Da bei ist die Eintritts-Stirnfläche 32 des Festkörper lasermediums 3 für den Pumpstrahl in einem Brewster- Winkel relativ zu der optischen Achse des Pumpstrah les 2 ausgebildet, während die gegenüberliegende Stirnfläche 33 so ausgebildet ist, daß sie einen Brewster-Winkel relativ zu der optischen Achse des Laserstrahles 4 aufweist. Bei diesem Aufbau wird ver hindert, daß eine reflektierte Strahlung des Pump strahles 2 an der Eintritts-Stirnfläche 32 für den Pumpstrahl den Betrieb der Laserdiode 1 beeinflußt, wodurch ein Laser mit einer stabileren Betriebsweise erzielt wird.

Ausführungsbeispiel 4

Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf ein viertes Aus führungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Stirnflä che 51 eines dem Festkörperlasermedium 3 zugewandten Resonatorspiegels (teilreflektierender Spiegel) 5a als Bestandteil eines Resonators schräg geschnitten ist und in der Weise angeordnet ist, daß die optische Achse des Laserstrahles 4 sich im wesentlichen längs einer geraden Linie als ein Gesamtes erstreckt. Die entgegengesetzte Stirnfläche 52 des Resonatorspiegels 5a ist mit einer teilweise reflektierenden Beschich tung versehen und bildet zusammen mit der Eintritts- Stirnfläche 32 des Festkörperlasermediums 3 für den Pumpstrahl einen Resonator. Bei diesem Aufbau sind die Stirnfläche 52 des Resonatorspiegels 5a und die Eintritts-Stirnfläche 32 des Festkörperlasermediums 3 für den Pumpstrahl parallel zueinander, wodurch der Aufbau des Laserstrahlgenerators vereinfacht wird.

Ausführungsbeispiel 5

Fig. 5 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein fünf tes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwei Festkörperlasermedien 3, 7 so angeordnet sind, daß der Laserstrahl 4 in einer geraden Linie strahlt. Eine Stirnfläche 71 des hinzugefügten Festkörperla sermediums weist einen Brewster-Winkel zu dem Laser strahl 4 auf, während seine gegenüberliegende Stirn fläche 72 senkrecht zu dem Laserstrahl liegt und eine nichtreflektierende Beschichtung aufweist. Entspre chend diesem Aufbau liegen der Resonatorspiegel 5 und die Eintritts-Stirnfläche 32 des Festkörperlasermedi ums 3 für den Pumpstrahl parallel zueinander, wodurch der Aufbau und die Montage des Laserstrahlgenerators vereinfacht wird.

Ausführungsbeispiel 6

Die Fig. 6A und 6B sind jeweils eine schematische Aufsicht und eine erklärende Ansicht in einer kristallografischen Achsrichtung (die Aufsicht auf das Element 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen vom Festkörperlasermedium 3 aus gesehen), die das Ausfüh rungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung zeigen.

In Fig. 6A ist ein diodengepumpter Festkörperlaser dargestellt, bei dem ein Element 8 zur Erzeugung hö herer Oberwellen in einem Resonator enthalten ist, um eine effiziente Erzeugung einer zweiten Oberwelle zu ermöglichen. Beide Stirnflächen des Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen weisen eine nichtreflek tierende Beschichtung für den Laserstrahl 4 auf. Bei spielsweise ist es bekannt (Japanische Offenlegungs schrift Nr. 2 20 879/1989), daß, wenn Nd:YAG als Fest körperlasermedium 3 und ein KTP (KTiOPO₄)-Kristall als Element 8 zur Erzeugung einer höheren Oberwelle ver wendet werden, der Erzeugungswirkungsgrad der zweiten Oberwelle maximal wird, wenn die Polarisationsrich tung des Laserstrahles in dem Resonator 45° zu der C- Achse des KTP liegt. Wie in Fig. 6B gezeigt wird, ist daher die C-Achse des KTP zu 45° relativ zur oberen und unteren Fläche des Festkörperlasermediums 3 an geordnet, wodurch es möglich ist, einen diodengepump ten Festkörperlaser zu erhalten, mit dem eine effi ziente Erzeugung einer zweiten Harmonischen in einer einfachen Konstruktion möglich ist.

Ausführungsbeispiel 7

Fig. 7 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein sie bentes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Temperaturregler 9 zu dem Element 8 zur Erzeugung höherer Harmonischer nach Ausführungsbeispiel 6 hin zugefügt ist. Bei der Erzeugung einer zweiten Ober welle unter Verwendung eines KTP-Kristall tritt der Nachteil auf, daß die polarisierte Strahlung des La serstrahles 4 sich in eine elliptisch polarisierte Strahlung in dem Element 8 zur Erzeugung höherer Har monischer dreht, wodurch in dem Resonator ein erhöh ter Verlust auftritt.

Bei dem diesen Nachteil verhindernden Ausführungsbei spiel wird die Temperatur des Elementes 8 zur Erzeu gung höherer Oberwellen eingestellt, um den Bre chungsindex zu ändern und die Differenz zwischen der Länge des optischen Pfades für die polarisierte Strahlung parallel zu der C-Achse in dem Kristall und der für die polarisierte Strahlung senkrecht zu der C-Achse ist festgesetzt zu (n + 1/2)-mal der Wellen länge der Grundwelle des Laserstrahles. In anderen Worten gesagt, ist das Element 8 zur Erzeugung höhe rer Oberwellen eine Halbwellen-Verzögerungsplatte (oder 1/2-Wellenplatte) für die Grundwelle. Wenn bei diesem Aufbau die Grundwelle des Laserstrahles durch das Element 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen hin- und hergeht, wird die ursprüngliche Polarisierung beibehalten, ohne es polarisierte Strahlung zu wer den, und daher ist es möglich, eine effiziente Erzeu gung einer zweiten Oberwelle ohne Verlust an dem Brewster-Winkel durchzuführen.

Ausführungsbeispiel 8

Fig. 8 ist eine schematische Aufsicht auf ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel 5 in der Weise aufgebaut ist, daß eine Stirnfläche 81 des Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen einen Brewster- Winkel relativ zu dem Laserstrahl 4 aufweist. Ent sprechend diesem Aufbau sind der Resonatorspiegel 5 und die Eintritts-Stirnfläche 32 des Festkörperlaser mediums 3 für den Pumpstrahl parallel zueinander, wodurch der Zusammenbau des Laserstrahlgenerators vereinfacht wird. In diesem Ausführungsbeispiel kann die nichtreflektierende Beschichtung auf der Stirn fläche 81 weggelassen werden.

Ausführungsbeispiel 9

Fig. 9 ist eine schematische Seitenansicht auf ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Obwohl in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen die Stirnfläche des Festkörperlasermediums derart ausge bildet ist, daß sie einen Brewster-Winkel in Richtung der Breite aufweisen, kann, wie im Ausführungsbei spiel 9, der Brewster-Winkel einer Stirnfläche 33 des Festkörperlasermediums 3 auch in Richtung der Dicke festgelegt werden.

Ausführungsbeispiel 10

Obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen ein soge nannter stirnflächengepumpter Festkörperlaser gezeigt wurde, bei dem die optische Achse des Pumpstrahles 2 von der Laserdiode 1 und die des Laserstrahles 4 mit einander übereinstimmen, ist die vorliegende Erfin dung auch bei einem seitengepumpten Festkörperlaser anwendbar, bei dem die optische Achse des Pumpstrah les 2 und die des Laserstrahles 4 orthogonal zueinan der liegen, wie in Fig. 10 gezeigt, wodurch die glei chen Wirkungen wie oben erhalten werden können. In diesem Ausführungsbeispiel 10 ist eine nichtreflek tierende Beschichtung für den Pumpstrahl 2 auf einer Seitenfläche 34 des Festkörperlasermediums 3 vorgese hen.

Ausführungsbeispiel 11

Die Figuren 11A und 11B sind eine schematische Auf sicht und eine schematische Seitenansicht auf einen diodengepumpten Festkörperlaser entsprechend einem elften Ausführungsbeispiel. In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen 41 und 42 Laserstrahlen mit höheren Oberwellen, 5 einen Ausgangsspiegel mit einem Krüm mungsradius von R = 400 mm od. dgl., wobei der Aus gangsspiegel 5 derart beschichtet ist, daß er den Laserstrahl mit der Grundwelle total reflektiert und die Laserstrahlen 41, 42 mit höheren Oberwellen total transmittiert. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen KTP-Kristall eines Elementes zur Erzeugung höherer Oberwellen, das benachbart zum Festkörperlasermedium 3 angeordnet ist. Sein Kristallschneidewinkel ist so eingestellt, daß eine Phasenanpassung für den Laser strahl 4 mit der Grundwelle und die Laserstrahlen 41, 42 mit den höheren Oberwellen im Falle des Auftref fens senkrecht zu der Stirnfläche 81 durchgeführt wird.

In diesem Ausführungsbeispiel geht der Grundwellen- Laserstrahl 4 in dem Festkörperlasermedium 3 gerade durch senkrecht zu der Eintritts-Stirnfläche 32 für den Laserstrahl, aber er wird an der Stirnfläche 33 des Lasermediums gebrochen und dann setzt er sich in der Luft auf einer geraden Linie fort, die ungefähr einen Winkel von 32,6 relativ zu der Achse des Fest körperlasermediums 3 aufweist und erreicht dann den Ausgangsspiegel 5. Der Laserstrahl 4 wird durch den Ausgangsspiegel 5 in der Weise reflektiert, daß seine Fortschreitrichtung im wesentlichen parallel zu der optischen Achse in dem Festkörperlasermedium 3 liegt, tritt dann in das Element 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen ein und wird durch die Stirnfläche 82 des Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen auf der ursprünglichen optischen Achse total reflektiert, wodurch der Grundwellen-Laserstrahl 4 zwischen der Eintritts-Stirnfläche 32 des Festkörperlasermediums 3 für den Pumpstrahl und der Endfläche 82 des Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen eingeschlossen ist, um die Erzeugung der Oberwellen zu bewirken.

Der Austrittslaserstrahl mit höheren Oberwellen vari iert manchmal abhängig von Temperatur und als Grund dieses Phänomens wird folgendes angenommen. Bei den allgemeinen Herstellungsverfahren ist es extrem schwierig, das Element 8 zur Erzeugung höherer Ober wellen mit einer Dicke unter der Wellenlängen-Genau igkeit des Laserstrahles höherer Oberwellen herzu stellen. Eines der zwei Komponenten 41 und 42 des Laserstrahles höherer Oberwellen geht durch das Ele ment 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen hin und her und wird mit der anderen Komponente, die nur bei ei nem Weg erzeugt, kombiniert, so daß eine Phasenver schiebung zwischen den beiden unvermeidbar ist. Diese Phasenverschiebung kann aufgrund der Änderung des Brechungsindex bei Änderung der thermischen Bedingun gen in dem Element 8 variieren, wodurch eine Inter ferenz von zwei Komponenten des austretenden Laser strahles höherer Oberwellen bewirkt wird und somit ist die Ausgangsstrahlung nicht stabil. Wenn darüber hinaus die zwei Stirnflächen 81 und 82 des Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen nicht genau parallel zueinander ausgebildet sind, tritt eine linke Abweichung zwischen den zwei Laserstrahl komponenten 41 und 42 auf mit dem Ergebnis, daß die Strahlmode sich abhängig von der Ausbreitungsentfer nung ändert.

In diesem Ausführungsbeispiel wird im Inneren des Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen ein Teil des Grundwellen-Laserstrahles 4 in Laserstrahlen 41, 42 mit zweiter Oberwelle umgewandelt wird, die die halbe Welle des Laserstrahles 4 aufweisen. Der Laser strahl 41 höherer Oberwellen wird durch Umwandlung aus dem Grundwellen-Laserstrahl 4 erzeugt, der von links nach rechts in dem Element 8 zur Erzeugung hö herer Harmonischer entsprechend der Figur geht und er wird so wie er ist nach außen durch den Ausgangsspie gel 5 abgegeben. Dahingegen wird der Laserstrahl 42 höherer Oberwellen durch Umwandlung aus dem Grundwel len-Laserstrahl 4 erzeugt, der von rechts nach links in dem Element 8 zur Erzeugung höherer Harmonischer hindurchgeht und wird an der Stirnfläche 82 des Ele mentes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen total reflektiert, schreitet dann auf der gleichen opti schen Achse wie diejenige des Laserstrahles 41 fort und wird durch den Ausgangsspiegel 5 nach außen abge strahlt. Da dieser Aufbau totalreflektierende Ober fläche (Stirnfläche 82) einschließt, die dem Grund wellen-Laserstrahl 4 und dem Oberwellen-Laserstrahl 42 gemeinsam ist, gehen beide Oberwellen-Laserstrah len 41, 42 entlang der optischen Achse des Grundwel len-Laserstrahles 4 und daher tritt keine Abweichung in der optischen Achse zwischen den zwei Laserstrah len 41, 42 auf. Darüber hinaus sind der Grundwellen- Laserstrahl 4 und der Oberwellen-Laserstrahl 42 pha sengleich zueinander aufgrund der Phasenanpassung des Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen. Da auch die Stirnfläche 82 des Elementes 8 zur Erzeugung hö herer Oberwellen ein Resonator-Ende darstellt, stim men die Phase des Grundwellen-Laserstrahles 4 und die des Oberwellen-Laserstrahles 42 nach der Reflexion miteinander überein, so daß der Oberwellen-Laser strahl 41 gleichfalls in der gleichen Phase mit ihnen ist. Folglich ist der aus der Kombination der beiden Oberwellen-Laserstrahlen 41, 42 resultierende Aus gangslaserstrahl stabil, selbst im Falle von Änderun gen in verschiedenen Eigenschaften, z. B. des Brechungsindex des Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen aufgrund einer Temperaturänderung usw. Weiterhin brauchen, wie in Fig. 11A gezeigt wird, das Festkörperlasermedium 3 und das Element 8 zur Erzeu gung höherer Oberwellen nicht in der Laserstrahl richtung ausgerichtet werden, wodurch eine große Ver kleinerung der Abmessung der gesamten Anordnung mög lich ist.

Ausführungsbeispiel 12

Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine nichtreflektierende Beschichtung für die Wellenlänge eines Grundwellen-Laserstrahles 4 und für die der Oberwellen-Laserstrahlen 41, 42 auf einer Stirnfläche 82 eines Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen ausgebildet ist und bei dem ein totalreflektierender Spiegel 91 außerhalb der Stirnfläche 82 angeordnet ist. Der totalreflektierende Spiegel 91 weist eine totalreflektierende Beschichtung für die Wellenlänge des Grundwellen-Laserstrahles 4 und die der Oberwel len-Laserstrahlen 41, 42 auf.

Bei diesem Aufbau passiert der Grundwellen-Laser strahl 4, der in das Element 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen eingetreten ist, die Stirnfläche 82 des Elementes 8 und wird durch den totalreflektierenden Spiegel 91 auf der ursprünglichen optischen Achse totalreflektiert, wodurch der Laserstrahl 41 zwischen der Eintritts-Stirnfläche 32 des Festkörperlaser mediums für den Pumpstrahl und den totalreflektieren den Spiegel 91 zur Oberwellen-Erzeugung eingeschlos sen ist. Andererseits wird der Oberwellen-Laserstrahl 42, der durch Umwandlung aus dem Grundwellen-Laser strahl 4, der in dem Element 8 zur Erzeugung von Oberwellen von rechts nach links strahlt, erzeugt wurde, durch den totalreflektierenden Spiegel 91 to talreflektiert, schreitet dann auf der gleichen opti schen Achse wie die des Oberwellen-Laserstrahles 41 fort und wird dann über den Ausgangsspiegel 5 nach außen abgestrahlt. Entsprechend diesem Ausführungs beispiel tritt keine Phasenverschiebung der Oberwel len-Laserstrahlen auf, und es brauchen keine Restrik tionen hinsichtlich der Herstellungsgenauigkeit für das Element 8 zur Erzeugung von Oberwellen vorgegeben werden.

Ausführungsbeispiel 13

Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Stirnfläche 33 auf der der Eintrittsseite für den Pumpstrahl gegenüberliegenden Seite eines Festkörper lasermediums 3 so geschnitten ist, daß sie einen Brewster-Winkel in Richtung der Dicke in bezug auf den Grundwellen-Laserstrahl 4 aufweist. Bei diesem Aufbau kann die Abmessung der gesamten Vorrichtung in der Richtung der Breite des Festkörperlasermediums 3 auf die Abmessung des Festkörperlasermediums 3 und das Element 8 zur Erzeugung der Oberwellen (fast auf die Abmessung jedes Elementes) reduziert werden, wo durch eine weitere Verbesserung der Miniaturisierung erzielt wird.

Ausführungsbeispiel 14

Fig. 14 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem eine selektiv-reflektierende Beschichtung, die total reflektierend für die Wellenlänge des Grundwellen- Laserstrahles 4 und nichtreflektierend für die Wel lenlänge der Oberwellen-Laserstrahlen 41, 42 ist, auf einer Stirnfläche 82 des Elementes 8 zur Erzeugung von Oberwellen ausgebildet ist und ein Oberwellen- Laserstrahldetektor 10 ist außerhalb der Stirnfläche 82 angeordnet. Entsprechend diesem Aufbau wird der Grundwellen-Laserstrahl 4, der in das Element 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen eingetreten ist, durch die Stirnfläche 82 auf der ursprünglichen optischen Achse totalreflektiert, wodurch der Laserstrahl 4 zwischen der Eintritts-Stirnfläche 32 des Festkörper lasermediums 3 für den Pumpstrahl und der Stirnfläche 82 des Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen eingeschlossen ist. Andererseits passiert der Ober wellen-Laserstrahl 42, der durch Umwandlung aus dem in dem Element 8 zur Erzeugung von Oberwellen von rechts nach links gehende Grundwellen-Laserstrahl 4 erzeugt wurde, die Stirnfläche 82 des Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen und erreicht den Detek tor 10 für den Oberwellen-Laserstrahl. Die Erfas sungsfläche des Detektors 10 ist leicht geneigt, da mit nicht das von der Erfassungsfläche reflektierte Licht einen Einfluß auf den Oberwellen-Laserstrahl 41 ausübt. Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel ist es aufgrund des Vorhandenseins des Detektors 10 mög lich, den Ausgangsstrahl des Oberwellen-Laserstrahles zu überwachen und Daten zu sammeln, die für die ver schiedenen Steuerungen der Strahlungsquelle 3 notwen dig sind.

Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel eine selektiv- reflektierende Beschichtung auf der Stirnfläche 82 des Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen aus gebildet ist, kann eine Beschichtung, die nicht reflektierend für die Wellenlänge des Grundwellen- Laserstrahles 4 und die der Oberwellen-Laserstrahlen 41, 42 ist, auf der Stirnfläche 82 ausgebildet sein und ein selektiv-reflektierender Spiegel kann außer halb der Stirnfläche 82 zum Erfassen des Ausgangs strahles des Oberwellen-Laserstrahles angeordnet sein.

Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel eine nicht reflektierende Beschichtung für die Laserstrahlen höherer Oberwellen verwendet wird, kann auch eine teilreflektierende Beschichtung verwendet werden, wodurch nur ein Teil des Laserstrahles 42 höherer Oberwellen durch den Oberwellen-Laserstrahldetektor 10 erfaßt wird.

Ausführungsbeispiel 15

Die Fig. 15A und 15B sind eine Seitenansicht im Schnitt und eine Vorderansicht, die das Ausführungs beispiel 15 der vorliegenden Erfindung zeigen. In diesen Figuren bezeichnen das Bezugszeichen 11 ein erstes Befestigungselement, das säulenartig ist und zur Befestigung der Laserdiode 1 dient, 34 ein zwei tes Befestigungselement zum Befestigen des Festkör perlasermediums 3, wobei die Unterseite 31 des Fest körperlasermediums 3 beispielsweise durch Bonden oder Kleben mit dem zweiten Befestigungselement 34 befe stigt ist. Das Bezugszeichen 35 bezeichnet eine Ein spannvorrichtung, 36 ein drittes zylinderförmiges Befestigungselement, 4 den von dem Festkörperlaserme dium abgegebenen Laserstrahl, 5 den Ausgangsspiegel und 51 ein viertes Befestigungselement zum Befestigen des Ausgangsspiegels 5. Wie in Fig. 15B dargestellt wird, ist der äußere Umfang des zweiten Befestigungs elementes 34 viereckig, während der Rest zylinderför mig ist. Die anderen Befestigungselemente sind im wesentlichen zylindrisch.

Eine Laserdiode 1 ist etwa im mittleren Teil des zy lindrischen ersten Befestigungselementes 11 durch Löten oder Kleben verbunden. Das Festkörperlaser medium 3 ist durch Bonden an einer im wesentlichen mittig an dem zweiten Befestigungselement 34 ausge formten Ebene befestigt, das eine Form aufweist, die das erste Befestigungselement 11 überdeckt, wobei die Ebene in bezug auf den Randbereich hervorspringt. Die Einspannvorrichtung 35 und das zweite Befestigungs element 34 halten das erste Befestigungselement 11 zwischen ihnen und befestigen es, wobei die Position der Laserdiode 1 und die des Festkörperlasermediums 3 durch die Verwendung von Schraublöchern 341, 342, 343, 344 eingestellt werden, wobei die Schraublöcher in dem zweiten Befestigungselement 34, wie in Fig. 15B gezeigt, vorgesehen sind. Das dritte Befesti gungselement 36 bedeckt die die hervorstehende Ebene umgebenden Teile. Der Ausgangsspiegel 5 ist bei spielsweise durch Kleben oder Bonden an dem vierten Befestigungselement 51 befestigt, das eine mittlere Öffnung aufweist. Diese Befestigungselemente werden einstückig in einer zylindrischen Form als Ganzes unter Verwendung von Schrauben oder durch Kleben zu sammengefaßt und sind so zusammengebaut, daß die La serdiode 1, das Lasermedium 3 und der Ausgangsspiegel auf einer einzigen geraden Linie ausgerichtet sind.

Ein Pumpstrahl 2, der auf die Eintritts-Stirnfläche 32 für den Pumpstrahl trifft, wird intern wiederholt durch die obere und untere Fläche 31 des Festkörper lasermediums 3 reflektiert und wird absorbiert, wobei er in dem Lasermedium 3 eingeschlossen ist und das Lasermedium effektiv pumpt. Dadurch, daß die Refle xion der Strahlung, die in der vertikalen Richtung der aktiven Schicht der Laserdiode aufgefächert wird, an der oberen und unteren Fläche 31 ermöglicht wird, wird ein optisch gepumpter Bereich von ungefähr 0,5 mm sowohl in vertikaler Richtung als auch in par alleler Richtung in dem Festkörperlasermedium 3 er halten. Es wird ein stabiler Resonator zwischen der Eintritts-Stirnfläche 32 für die Pumpstrahlung und dem Ausgangsspiegel 5 gebildet, und wenn beispiels weise die Eintritts-Stirnfläche 32 für die Pumpstrah lung eine Ebene ist, der Krümmungsradius des Aus gangsspiegels 400 mm und die Resonatorlänge 10 mm betragen, wird ein Strahl von ungefährt 0,25 mm im Durchmesser in der Grundmode (Gauss mode) erzeugt.

Obwohl in dem obigen Ausführungsbeispiel der äußere periphere Bereich des zweiten Befestigungselementes 34 viereckig ausgebildet ist, kann er auch kreisför mig sein. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus die gesamte Form im wesentlichen zy lindrisch, die gleichen Wirkungen können erzielt wer den, selbst wenn die Form prismatisch ausgebildet ist.

Ausführungsbeispiel 16

Fig. 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die Befestigung des Festkörperlasermediums 3 unter Ver wendung eines fünften Befestigungselementes 37 und einer Schraube 38 durchgeführt wird. In diesem Aus führungsbeispiel drückt das fünfte Befestigungsele ment 37, das durch die Befestigungsschraube 38 nach unten gepreßt wird, das Festkörperlasermedium 3 gleichmäßig gegen eine auf dem zweiten Befestigungs element 34 ausgebildeten Ebene. Bei Verwendung eines hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit besseren Materi als als das Material des zweiten und des fünften Be festigungselementes 34, 37 ist es möglich, eine gleichmäßige Kühlung von der oberen und unteren Flä che des Festkörperlasermedium 3 durchzuführen, und es ist möglich, eine thermische Beanspruchung des Laser mediums 3 zu reduzieren und einen Laserstrahl mit verbesserten Sammeleigenschaften zu erhalten. Darüber hinaus kann das Festkörperlasermedium 3 durch Lösen der Befestigungsschraube 38 leicht ersetzt werden.

Ausführungsbeispiel 17

Fig. 17 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das dritte und vierte Befestigungselement 36, 51 im Aus führungsbeispiel nach Fig. 15 als integrales Bauteil ausgebildet sind. Dieses Ausführungsbeispiel ist vor teilhaft darin, daß die Anzahl der Teile verringert werden und der Aufbau einfach ist.

Ausführungsbeispiel 18

Fig. 18 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Element 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen in dem Resonator vorgesehen ist, um die Erzeugung einer zweiten Oberwelle zu realisieren. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein nichtlinearer Kristall zur Oberwellen-Erzeugung (oder ein Element 8 zur Er zeugung höherer Oberwellen) in dem Inneren eines vierten Befestigungselementes 51 mittels eines sechsten Befestigungselementes 81 und einer Befesti gungssschraube 82 befestigt. Entsprechend diesem Auf bau wird eine Laserstrahlquelle für eine zweite Ober wellen-Erzeugung erzielt, die in den Abmessungen kom pakt ist und einfach zusammengebaut werden kann.

Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel das Element 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen an dem vierten Befe stigungselement 1 befestigt ist, kann ein Befesti gungselement nur für das Element 8 zur Erzeugung hö herer Oberwellen separat vorgesehen werden. In diesem Falle können das Element 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen und der Ausgangsspiegel 5 unabhängig hin sichtlich ihrer optischen Achsen eingestellt werden.

Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel das Element 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen unter Verwendung des sechsten Befestigungselementes 85 und der Befesti gungsschraube 86 befestigt ist, kann es auch unter Verwendung eines Klebers od.dgl. festgelegt werden.

Ausführungsbeispiel 19

Fig. 19 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zu sätzlich zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 eine Viertelwellen-Verzögerungsplatte (oder 1/4 Wellenpha senplatte) im Inneren des Resonators angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die 1/4 Wellenpha senplatte 75 an einem siebenten Befestigungselement 71 und beispielsweise unter Verwendung eines Klebers befestigt, wobei das siebente Befestigungselement 71 einstückig mit den anderen Befestigungselementen 36, 51 unter Verwendung von Schrauben oder durch Bonden oder Kleben gemacht werden kann. In dem Fall, bei dem das Element zur Erzeugung höherer Oberwellen ein KTP (KTiOPO₄)-Kristall ist, wie beispielsweise in der ja panischen Offenlegungsschrift Nr. 2 20 879/89 offen bart, ist es möglich, einen stabilen Ausgangsstrahl höherer Oberwelle zu erreichen, indem die kristallo graphische Achse der Phasenplatte 75 einen Winkel von 45° relativ zu der kristallographischen Achse (C-Ach se) der Elementes 8 zur Erzeugung höherer Oberwellen eingestellt wird.

Da, wie oben ausgeführt wurde, der diodengepumpte Festkörperlaser der vorliegenden Erfindung so aufge baut ist, daß die Stirnfläche des Lasermediums einen Brewster-Winkel relativ zu der optischen Achse des Lasers aufweist, ist es möglich, einen linear polari sierten Laserstrahl wirkungsvoll ohne die Verwendung von zusätzlichen Polarisationssteuerelementen zu er halten. Zusätzlich wird die Anzahl der benötigten Bauteile geringer, und es ist nicht notwendig, einen Winkeleinstellmechanismus zum Aufrechterhalten des Brewster-Winkels zu verwendend, wodurch der Aufbau und Zusammenbau der Vorrichtung vereinfacht wird.

Weiterhin ist entsprechend der vorliegenden Erfindung die Stirnfläche des Festkörperlasermediums, entgegen gesetzt zu der Eintritts-Stirnfläche für den Pump strahl, so ausgebildet, daß sie einen Brewster-Winkel relativ zu der optischen Achse des emittierten Laser strahles aufweist, und ein Laserresonator wird durch einen totalreflektierenden Spiegel oder durch eine totalreflektierende Beschichtung, die auf das Element zur Erzeugung höherer Oberwellen aufgebracht ist, durch die totalreflektierende Beschichtung auf der Eintritts-Stirnfläche für den Laserstrahl und einen Ausgangsspiegel gebildet, der die Grundwelle zurück gibt und die höheren Oberwellen nach außen weiterlei tet, wodurch der an der Stirnfläche des Lasermediums gebrochene Strahl durch den Ausgangsspiegel zurückge leitet wird und in das Element zur Erzeugung höherer Oberwellen eintritt. Folglich ist es möglich, die Verringerung der Abmessung in Richtung der optischen Achse zu erzielen. Da darüber hinaus die den Grund wellen-Laserstrahl reflektierende Oberfläche und die den Oberwellen-Laserstrahl reflektierende Oberfläche übereinstimmend zueinander gemacht werden, stimmen die in zwei Richtungen sich fortsetzenden Oberwellen- Laserstrahlen in Phase und in der optischen Achse miteinander überein, wodurch das Auftreten einer Än derung des Ausgangsstrahles und eine Strahlabweichung verhindert wird.

Weiterhin ist die Stirnfläche des Festkörperlaserme diums entgegengesetzt zu der Eintritts-Stirnfläche für den Pumpstrahl mit einem Brewster-Winkel relativ zu der optischen Achse des emittierten Laserstrahles ausgebildet, ein Laserresonator besteht aus einem selektiv-reflektierenden Spiegel oder einer auf dem Element zur Erzeugung höherer Oberwellen aufgebrach ten selektiv-reflektierenden Beschichtung, die die Grundwelle totalreflektiert und die höheren Oberwel len total oder teilweise transmittiert, aus einer auf der Eintritts-Stirnfläche des Lasermediums für den Pumpstrahl aufgebrachten totalreflektierenden Be schichtung und einem Ausgangsspiegel, der die Grund welle zurückreflektiert und die höheren Oberwellen nach außen leitet, gebildet und ein Detektor für dem Oberwellen-Laserstrahl erst außerhalb des selektiv- reflektierenden Spiegel oder der auf dem Element zur Erzeugung höherer Oberwellen aufgebrachten selektiv- reflektierenden Beschichtung. Folglich ist es mög lich, leicht den Oberwellen-Ausgangslaserstrahl zu überwachen.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine La serdiode nahe der Mitte eines ersten säulenförmigen Befestigungselementes befestigt; eine der Oberflächen des Festkörperlasermediums parallel zu dem Pumpstrahl ist durch Bonden an einer Ebene befestigt, die unge fähr mittig an einem zweiten Befestigungselement aus gebildet ist, das eine Form zum Bedecken des ersten Befestigungselementes aufweist, wobei die Ebene in bezug auf den peripheren Bereich hervorragt, das Äußere zu der hervorragenden Ebene ist mit einem dritten Befestigungselement abgedeckt, ein Ausgangs spiegel ist durch Bonden mit einem vierten Befesti gungselement verbunden, das säulenförmig ausgebildet ist und eine mittlere Öffnung aufweist, und die Befe stigungselemente werden zu einer Einheit zusammenge faßt, so daß die Laserdiode, das Lasermedium und der Ausgangsspiegel zueinander ausgerichtet sind. Folg lich ist das Lasermedium und seine gebondete Stellung leicht zu sehen, wodurch die Positionierung und der Bondvorgang für das Lasermedium vereinfacht wird. Da die Bauteile des diodengepumpten Festkörperlasers jeweils unabhängig voneinander mit den Befestigungs elementen verbunden werden, ist es möglich, die Befe stigungselemente mit an die einzelnen Bauteile ange paßten Formen leicht herzustellen. Zum Zeitpunkt des Zusammenbaues ist es darüber hinaus einfach, die op tische Achse einzustellen, da die Befestigungs elemente nicht integral sind, und es ist möglich, die Stellung der Laserdiode und die des Festkörperlaser mediums einzustellen, so daß ein wirksamer Einfall des Pumpstrahles in die Eintritts-Stirnfläche des Festkörperlasermediums für den Pumpstrahl erzielt wird. Es ist gleichfalls einfach, die optische Achse einzustellen und den Ausgangsspiegel u. dgl. zusammen zubauen, und es kann ein diodengepumpter Festkörper laser mit geringen Abmessungen erhalten werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele begrenzt. Selbstverständlich können Weiterbildungen und Modifikationen im Rahmen des Schutzbereiches der Ansprüche durchgeführt wer den.

Claims

1. Diodengepumpter Festkörperlaser mit einer Laser diode (1) zum Erzeugen einer Pumpstrahlung, ei nem Festkörperlasermedium mit einem Abschnitt, der ausreichend klein im Vergleich zu der Erwei terung des Pumpstrahles ist, und einem Laserre sonatoraufbau zum Aussenden eines Laserstrahles aus dem Festkörperlasermedium, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnfläche (33) auf der den Laserstrahl (4) emittierenden Seite des Festkörperlasermediums (3) derart an geordnet ist, daß sie einen Brewster-Winkel re lativ zu der optischen Achse des emittierten Laserstrahles bildet.

2. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des Laserstrahles und die des Pumpstrahles im wesentlichen koaxial zueinander liegen.

3. Festkörperlaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperlaser medium (3) eine Eintritts-Stirnfläche (32) für den Pumpstrahl (2) aufweist, die senkrecht zum Laserstrahl liegt und die eine total reflektie rende Beschichtung aufweist, wobei der Laser strahl gerade durch das Festkörperlasermedium geht.

4. Festkörperlaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperlaser medium eine Eintritts-Stirnfläche für den Pump strahl aufweist, die senkrecht zum Laserstrahl liegt und eine total reflektierende Beschichtung aufweist, wobei der Laserstrahl sich zickzack förmig in dem Lasermedium fortpflanzt und eine Totalreflexion an den Seitenflächen des Festkör perlasermediums ausgenutzt wird.

5. Festkörperlaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts-Stirn fläche des Festkörperlasermediums für den Pump strahl einen Brewster-Winkel relativ zur opti schen Achse des Pumpstrahles für die Wellenlänge des Pumpstrahles aufweist.

6. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse des Laserstrahles und die des Pumpstrahles im wesentlichen senkrecht zueinander stehen.

7. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element zur Er zeugung von Oberwellen in dem Resonator angeord net ist.

8. Festkörperlaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Elementes (8) zur Erzeugung von Oberwellen einen Brewster-Winkel relativ zu der optischen Achse des Laserstrahles aufweist.

9. Festkörperlaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Elementes (8) zur Erzeugung von Oberwellen so eingestellt ist, daß das Element als 1/2 Wellen platte dient.

10. Diodengepumpter Festkörperlaser mit einer Laser diode zum Erzeugen eines Pumpstrahles, einem Festkörperlasermedium mit einem Abschnitt, der ausreichend klein im Vergleich zu der Aufweitung des Pumpstrahles ist, einem Laserresonator zum Emittieren eines Laserstrahles aus dem Festkör perlasermedium und einem in dem Laserresonator angeordneten Element zur Erzeugung von Oberwel len, wobei zur Erzeugung eines Oberwellen-Laser strahles die optische Achse des Laserstrahles und die des Pumpstrahles im wesentlichen koaxial zueinander liegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperlaser medium (3) eine Eintritts-Stirnfläche (32) für den Pumpstrahl senkrecht zu dem Laserstrahl und eine darauf aufgebrachte total reflektierende Beschichtung aufweist und auch eine zu der Eintritts-Stirnfläche (32) für den Pumpstrahl entgegengesetzte Stirnfläche (33) mit einem Brewster-Winkel relativ zu der optischen Achse des ausgesandten Laserstrahles hat, und daß der Laserresonator aus einem total reflektierenden Spiegel oder einer auf das Element zur Erzeugung von Oberwellen aufgebrachten total reflektie renden Beschichtung, der auf das Festkörperla sermedium aufgebrachten total reflektierenden Beschichtung und einem Ausgangsspiegel, der die Grundwelle zurückreflektiert und die Oberwellen nach außen durchläßt, gebildet wird.

11. Diodengepumpter Festkörperlaser mit einer Laser diode zum Erzeugen eines Pumpstrahles, einem Festkörperlasermedium mit einem Abschnitt, der ausreichend klein im Vergleich zu der Aufweitung des Pumpstrahles ist, einem Laserresonator zum Emittieren eines Laserstrahles aus dem Festkör perlasermedium und einem in dem Laserresonator angeordneten Element zur Erzeugung von Oberwel len, wobei zur Erzeugung eines Oberwellen-Laser strahles die optische Achse des Laserstrahles und die des Pumpstrahles im wesentlichen koaxial zueinander liegen, dadurch gekennzeichnet, daß das Festkörperlaser medium (3) eine Eintritts-Stirnfläche (32) für den Pumpstrahl senkrecht zu dem Laserstrahl und eine darauf aufgebrachte total reflektierende Beschichtung aufweist und darüber hinaus eine zu der Eintritts-Stirnfläche (32) entgegengesetzte Stirnfläche (33) mit einem Brewster-Winkel rela tiv zu der optischen Achse des emittierten La serstrahles hat, daß der Laserresonator aus ei nem selektiv-reflektierenden Spiegel oder einer auf das Element zur Erzeugung von Oberwellen aufgebrachten selektiv-reflektierenden Beschich tung, die die Grundwelle total reflektieren und höhere Harmonische total oder teilweise transmittieren, sowie aus der auf das Festkör perlasermedium aufgebrachten total reflektieren den Beschichtung und einem Ausgangsspiegel ge bildet ist, der die Grundwelle zurückgibt und die Oberwellen nach außen durchläßt, und daß ein Detektor zum Erfassen des transmittierten Ober wellenstrahles außerhalb des Laserresonators und außerhalb des selektiv-reflektierenden Spiegels oder der selektiv-reflektierenden Beschichtung angeordnet ist.

12. Diodengepumpter Festkörperlaser mit einer Laser diode zum Erzeugen einer Pumpstrahlung, einem Festkörperlasermedium mit einem Abschnitt, der ausreichend klein im Vergleich zu der Erweite rung des Pumpstrahles ist, und einem Laserreso nator zum Emittieren eines Laserstrahles, wobei der Laserresonator aus einer Eintritts-Stirnflä che des Festkörperlasermediums für den Pump strahl und einem Ausgangsspiegel mit einer re flektierenden Oberfläche über das Festkörperla sermedium entgegengesetzt zu der Eintritts- Stirnfläche des Lasermediums für den Pumpstrahl besteht, wobei die Eintritts-Stirnfläche für den Pumpstrahl im wesentlichen senkrecht zu der op tischen Achse des Laserstrahles angeordnet ist und eine total reflektierende Beschichtung für den Laserstrahl aufweist und die optische Achse des Laserstrahles im wesentlichen koaxial zu der optischen Achse des Pumpstrahles liegt und wobei der Laserstrahl gerade durch das Festkörperla sermedium geht, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode in etwa in der Mitte eines ersten säulenförmigen Befestigungselementes befestigt ist, daß eine der Flächen des Festkörperlasermediums parallel zu dem Pumpstrahl durch Bonden an einer Ebene befestigt ist, die ungefähr in der Mitte eines zweiten Befestigungselementes ausgebildet ist und in bezug auf einen peripheren Bereich des zweiten Befestigungselementes hervorsteht, wobei das zweite Befestigungselement eine Form auf weist, die das erste Befestigungselement über deckt, daß ein drittes zylinderförmiges Befesti gungselement vorgesehen ist, das zylinderförmig ausgebildet ist und den Außenbereich der hervor stehenden Ebene abdeckt, und daß der Ausgangs spiegel durch Bonden an einem vierten Befesti gungselement befestigt ist, das säulenförmig ist und in seiner Mitte mit einer Öffnung versehen ist, wobei die Befestigungselemente zu einer Einheit zueinander angeordnet sind, so daß die Laserdiode, das Lasermedium und der Ausgangsspie gel zueinander ausgerichtet sind.