DE4307129A1 - Solid-state laser - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Festkörperlaser, umfassend einen sich entlang der optischen Achse erstreckenden Fest körperstab, mehrere seitlich des Festkörperstabs angeord nete und Pumplicht für den Festkörperstab abstrahlende Pumplichtquellen und eine zumindest einen Teil des Pump lichts auf den Festkörperstab reflektierende Abbildungs optik.The invention relates to a solid-state laser, comprising a feast extending along the optical axis body rod, several arranged to the side of the solid body rod nete and pump light for the solid-state rod Pump light sources and at least part of the pump images reflecting on the solid-state rod optics.
Erfindungsgemäß wird sowohl ein Laseroszillator als auch ein Laserverstärker als Festkörperlaser bezeichnet.According to the invention, both a laser oscillator and a laser amplifier referred to as a solid-state laser.
Derartige Festkörperlaser sind beispielsweise aus dem Artikel von Budin et al., "On the Design of Neodymium Miniature Lasers", IEEE J. Quentum. Electron. Vol. QE-14, No. II, 1978, s. 831-839 bekannt.Such solid-state lasers are for example from the Article by Budin et al., "On the Design of Neodymium Miniature Lasers ", IEEE J. Quentum. Electron. Vol. QE-14, No. II, 1978, p. 831-839.
Bei diesen wird das Pumplicht durch Leuchtdiodenanord nungen mittels eines Doppelspiegels als Abbildungsoptik auf den Festkörperstab abgebildet.In these, the pump light is arranged by light-emitting diodes using a double mirror as imaging optics mapped onto the solid-state rod.
Der Nachteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß mit dieser Laserleistungen mit schlechter Modenqualität erhäl tlich sind.The disadvantage of this solution is the fact that with receive this laser power with poor mode quality are.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Festkörperlaser der gattungsgemäßen Art hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit zu verbessern.The invention is therefore based on the object Solid-state lasers of the generic type with regard to improve its performance.
Diese Aufgabe wird bei einem Festkörperlaser der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Pumplichtquellen als Halbleiterlasereinheiten ausgebildet sind, daß jede Halbleiterlasereinheit als Linienstrahler ausgebildet ist und eine teilweise kohärente Laserstrah lungskeule abstrahlt, welche austrittsseitig einen in einer ersten Richtung langgezogenen Querschnitt aufweist und symmetrisch zu einer parallel zur ersten Richtung ver laufenden Laserstrahlungsmittelebene beugungsaufgeweitet ist und daß die Halbleiterlasereinheit so angeordnet ist, daß die erste Richtung im wesentlichen parallel zur op tischen Achse verläuft.This task is the beginning of a solid-state laser described type according to the invention solved in that the Pump light sources designed as semiconductor laser units are that each semiconductor laser unit as a line emitter is formed and a partially coherent laser beam beam that emits an in a first direction elongated cross section and symmetrical to a ver parallel to the first direction current laser radiation center plane diffraction-expanded and that the semiconductor laser unit is arranged that the first direction is essentially parallel to the op table axis runs.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch die Verwendung dieser besonderen Halb leiterlasereinheit und deren besonderer Anordnung relativ zur optischen Achse die Möglichkeit geschaffen wurde, den Festkörperstab mit weit größerer Leistung zu pumpen, einerseits aufgrund der kohärenten Abstrahlung und andererseits aufgrund der Abstrahlung in Form einer ge bündelten Keule, welche durch die Abbildungsoptik zu wesentlichen Teilen auf den Festkörperstab abbildbar ist, im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Halbleiterleuchtdioden, welche das Pumplicht halbkugel förmig abstrahlen, so daß bereits aufgrund dieser Ab strahlcharakteristik ein wesentlicher Teil des abgestrahl ten Pumplichts nicht von der Abbildungsoptik erfaßt werden kann. The advantage of the solution according to the invention is there too see that by using this particular half conductor laser unit and its special arrangement relative the possibility was created for the optical axis To pump solid-state rod with far greater power, on the one hand due to the coherent radiation and on the other hand due to the radiation in the form of a ge bundled club, which through the imaging optics essential parts can be mapped onto the solid-state rod, in contrast to those known from the prior art Semiconductor light-emitting diodes, the pump light hemisphere radiate blast, so that due to this Ab beam characteristics an essential part of the emitted ten pump lights cannot be captured by the imaging optics can.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn jeder Halbleiter lasereinheit eine Abbildungsoptik zugeordnet ist.It is particularly advantageous if each semiconductor imaging unit is assigned to the laser unit.
Noch vorteilhafter ist es, wenn jede Halbleiterlaser einheit mit der Abbildungsoptik einen einheitlichen, relativ zum Festkörperstab positionierbaren Pumpmodul bildet, so daß der Pumpmodul als Ganzes optimal relativ zum Festkörperstab ausgerichtet werden kann.It is even more advantageous if each semiconductor laser unit with the imaging optics a uniform, Pump module that can be positioned relative to the solid-state rod forms, so that the pump module as a whole is optimally relative can be aligned to the solid-state rod.
Vorteilhafterweise ist dabei der Pumpmodul relativ zum Festkörperstab, insbesondere in radialer Richtung dessel ben, justierbar ausgebildet.The pump module is advantageously relative to the Solid-state rod, in particular in the radial direction thereof ben, adjustable training.
Hinsichtlich der Art der Abbildungsoptik wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Abbildungsoptik jede Laserstrahlungs keule in eine Pumplichtkeule mit einem linienförmigen Pumpstrahlungsfokus abbildet und daß die Pumpstrahlungs foki aller Pumplichtkeulen resonatorachsennah im Fest körperstab liegen. Damit läßt sich die Pumpleistung in optimaler Weise in den Festkörperstab einbringen und so in diesem verteilen, daß dieser eine Lasertätigkeit mit mög lichst optimaler Modenstruktur zeigt.So far, regarding the type of imaging optics no details given. So is advantageous provided that the imaging optics each laser radiation club in a pump light club with a linear Pump radiation focus maps and that the pump radiation Focus of all pump light lobes near the resonator axis in the festival body rod lie. This allows the pumping power in optimally in the solid body rod and so in Distribute this that this is possible with a laser activity shows optimal fashion structure.
Noch vorteilhafter ist es dabei, wenn die linienförmigen Pumpstrahlungsfoki sich parallel zur optischen Achse er strecken. It is even more advantageous if the linear ones Pump radiation foci are parallel to the optical axis stretch.
Um möglichst viel Pumpleistung im Bereich der optischen Achse einbringen zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn mehrere Halbleiterlasereinheiten einen Pumpsatz bil den, deren Pumpstrahlungsfoki sich im wesentlichen längs desselben Abschnitts der optischen Achse erstrecken, so daß sich in diesem Abschnitt die Pumpleistungen mehrerer, seitlich des Festkörperstabs angeordneter Halbleiterlaser einheiten summieren.To get as much pumping power as possible in the field of optical To be able to insert the axis, it is particularly advantageous if several semiconductor laser units bil a pump set those whose pump radiation foci are essentially longitudinal extend the same section of the optical axis, so that in this section the pump outputs of several Semiconductor laser arranged to the side of the solid-state rod sum units.
Vorzugsweise sind dabei die Halbleiterlasereinheiten um den Festkörperstab herum angeordnet, wobei zweckmäßiger Weise mindestens drei Halbleiterlasereinheiten einen Pump satz bilden.The semiconductor laser units are preferably around arranged the solid rod around, more expedient Way at least three semiconductor laser units a pump build a sentence.
Hinsichtlich der sich im Resonator ausbildenden Moden qualität ist es besonders vorteilhaft, wenn in jedem Pump satz die Pumplichtkeulen symmetrisch zu Pumplichtmittel ebenen liegen und wenn alle Pumplichtmittelebenen des Pumpsatzes in gleichem Winkelabstand voneinander angeord net sind. Dies führt dazu, daß die Einstrahlung des Pump lichts in den Festkörperstab möglichst gleichmäßig erfolgt und somit eine möglichst gleichmäßige Deponierung der Pumpleistung im Laserstab, verbunden mit einer ebenfalls möglichst gleichmäßigen Erwärmung desselben, erfolgt.With regard to the modes developing in the resonator quality it is particularly advantageous if in every pump set the pump light lobes symmetrically to pump light means levels and if all pump light center levels of the Pump set arranged at the same angular distance from each other are not. This leads to the radiation of the pump light in the solid-state rod takes place as evenly as possible and thus the most even possible landfilling of the Pump power in the laser rod, combined with one heating the same as possible takes place.
Besonders gleichmäßig ist die Anregung des Festkörperstabs dann, wenn die Pumplichtkeulen so positioniert sind, daß sich im Festkörperstab eine Pumplichtverteilung mit einer mindestens dreizähligen Symmetrieachse ergibt. The excitation of the solid-state rod is particularly uniform then when the pump light lobes are positioned so that a pump light distribution with a results in at least three-fold axis of symmetry.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Symmetrieachse mit der optischen Achse zusammenfällt, um einer möglichst axialsymmetrischen Pumplichtverteilung im Festkörperstab nahe zukommen.It is preferably provided that the axis of symmetry coincides with the optical axis to make one possible axially symmetrical pump light distribution in the solid-state rod to get close.
Um insbesondere zu hohen Leistungen zu kommen, sind vor teilhafterweise mehrere Pumpsätze vorgesehen, welche in Richtung der optischen Achse aufeinanderfolgend um den Festkörperstab herum angeordnet sind.In order to achieve high performance, in particular in some cases several pump sets are provided, which in Direction of the optical axis successively around the Solid-state rod are arranged around.
Um zu erreichen, daß der sich im Resonator ausbildende Laserstrahl beim Hindurchtreten durch den Festkörperstab in der Summe näherungsweise zur optischen Achse axial symmetrisch verteilte Anwägungsbereiche im Festkörperstab passiert, ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Pump lichtmittelebenen des einen Pumpsatzes mit Winkelversatz zu den Pumplichtmittelebenen des anderen Pumpsatzes ange ordnet sind.In order to ensure that the one that forms in the resonator Laser beam as it passes through the solid-state rod in total approximately axially to the optical axis symmetrically distributed weighing areas in the solid-state rod happens, it is advantageously provided that the pump light levels of one pump set with angular offset to the pump light center planes of the other pump set are arranged.
Besonders vorteilhafte Symmetrieverhältnisse lassen sich dadurch erreichen, daß die Summe aller Pumplichtmittel ebenen aller Pumpsätze eine durch die optische Achse hin durch verlaufende Ebenenschar mit gleichen Winkelabständen bildet.Particularly advantageous symmetry relationships can be thereby achieve that the sum of all pump light means plan all pump sets one through the optical axis thanks to the level group running at equal angular intervals forms.
Das zur Anregung des Festkörperstabs dienende Pumplicht läßt sich besonders optimal dann ausnützen, wenn außerhalb des Festkörperstabs ein Reflektorsegment angeordnet ist, welches die jeweils in den Festkörperstab einfallende Pumplichtkeule nach Durchsetzen des Festkörperstabs in diesen zurückreflektiert. Diese Lösung schafft die Mög lichkeit, auch das Pumplicht, das quer zur optischen Achse durch den Festkörperstab hindurchgetreten ist, wiederum auszunützen, indem man dieses in den Festkörperstab zurückreflektiert.The pump light used to excite the solid-state rod can be used particularly optimally when outside a reflector segment of the solid body rod is arranged, which is the one falling into the solid-state rod Pump light lobe after passing through the solid rod in this reflected back. This solution creates the possibility the pump light, which is transverse to the optical axis has passed through the solid rod, again exploit by placing this in the solid-state rod reflected back.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Reflektorseg ment fokussierend ausgebildet ist. Noch vorteilhafter ist es, wenn das Reflektorsegment auf den Pumpstrahlungsfokus rückreflektierend ausgebildet ist.It is particularly advantageous if the reflector segment ment is focused. Is even more advantageous it when the reflector segment is focused on the pump radiation is designed to reflect back.
Hinsichtlich der Ausbildung der Abbildungsoptik wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.With regard to the formation of the imaging optics No details have been given so far.
So ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Abbildungs optik eine Spiegelfläche aufweist, welche einen Ausschnitt aus einer Zylinderfläche darstellt, wobei eine Zylinder achse dieser Zylinderfläche insbesondere parallel zur optischen Achse verläuft.It is advantageously provided that the imaging optics has a mirror surface, which has a cutout represents from a cylinder surface, being a cylinder axis of this cylinder surface in particular parallel to optical axis.
Vorzugsweise ist die Zylinderfläche die Fläche eines elliptischen Zylinders und der Ausschnitt ein sich von einem Scheitel der groben Halbachse zum Scheitel der kleinen Halbachse erstreckender Bereich der Zylinder fläche. Eine derartige Zylinderfläche bildet von einer Fokuslinie aus kommende Strahlung auf die andere Fokus linie der Ellipse ab.The cylinder surface is preferably the surface of a elliptical cylinder and the neckline a different from an apex of the coarse semiaxis to the apex of the small semiaxial area of the cylinder area. Such a cylinder surface forms one Focus line from coming radiation to the other focus line of the ellipse.
Eine derartige Abbildungsoptik sollte einerseits einen möglichst großen Bereich der Laserstrahlungskeule er fassen, andererseits möglichst klein dimensioniert sein, um die Möglichkeit zu eröffnen, eine möglichst grobe Zahl von Halbleiterlasereinheiten um den Festkörperstab herum anzuordnen und somit diesen möglichst effektiv zu pumpen.Such imaging optics should on the one hand area of the laser beam as large as possible on the other hand, be as small as possible, in order to open up the possibility of a roughly possible number of semiconductor laser units around the solid-state rod to arrange and pump it as effectively as possible.
Aus diesem Grund ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Abbildungsoptik eine beugungsaufgeweitete Strahlungs keule bis zu einem Aufweitwinkel von ungefähr 60° erfaßt. Dies läßt sich sinnvoller Weise mit einer üblichen Halb leiterlasereinheit kombinieren, da der überwiegende Teil der Leistung dieser Halbleiterlasereinheit in der Strah lungskeule mit in Summe einem Keulenwinkel von 120° liegt.For this reason, it is advantageously provided that the imaging optics a diffraction-expanded radiation club detected up to an expansion angle of about 60 °. This can be done with a usual half Combine the ladder laser unit because the majority the power of this semiconductor laser unit in the beam lobe with a total lobe angle of 120 °.
Mit derartigen Anforderungen baut die Abbildungsoptik jedoch hinlänglich grob und erstreckt sich nennenswert über den Scheitelpunkt der kleinen Halbachse hinaus.The imaging optics build with such requirements however rough enough and stretches appreciably beyond the apex of the small semi-axis.
Aus diesem Grund ist es im Hinblick auf eine möglichst kompakte Bauweise vorteilhaft, wenn die Abbildungsoptik eine beugungsaufgeweitete Strahlungskeule bis zu einem Aufweitungswinkel von ungefähr 450° erfaßt. In diesem Fall ist die Abbildungsoptik wesentlich kleiner, und der Ver lust an Leistung durch Erfassen nur eines Teils der Strah lungskeule ist im Hinblick auf die Möglichkeit, mehr Halb leiterlasereinheiten um den Festkörperstab herum anzuord nen, vernachlässigbar.For this reason, it is possible with regard to one compact design advantageous if the imaging optics a diffraction-expanded beam up to one Expansion angle of approximately 450 ° detected. In this case the imaging optics is much smaller, and the ver desire to perform by capturing only part of the beam lobe club is half in terms of possibility to arrange conductor laser units around the solid-state rod negligible.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne rischen Darstellung zweier Ausführungsbeispiele mit mehreren Varianten. Further features and advantages of the invention are opposed stood the following description and the drawing representation of two exemplary embodiments several variants.
In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen erfin dungsgemäßen Festkörperlaser; Figure 1 is a schematic plan view of an inventive solid state laser.
Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 durch einen Pump satz; Figure 2 is a section along line 2-2 through a pump set.
Fig. 3 eine ausschnittsweise vergrößerte Darstellung eines Pumpsatzes und der Abbildungsverhältnisse bei einer ersten Variante; Figure 3 is a fragmentary enlarged view of a pumping rate and the imaging conditions in a first variant.
Fig. 4 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 3 einer zweiten Variante; ., Similar to Figure 4 a schematic representation of Fig 3 of a second variant;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer durch zwei Pumpsätze erhältlichen Pumplichtverteilung; Fig. 5 is a schematic representation of a pump light distribution obtainable by two pumping rates;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Quer schnitts im Bereich eines Festkörperstabs bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches Reflektoren für Pumplichtkeulen umfaßt und Fig. 6 is a schematic representation of a cross section in the area of a solid body rod in a further embodiment, which comprises reflectors for pumping light lobes and
Fig. 7 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 6 einer weiteren Variante dieses Ausführungsbei spiels. Fig. 7 is a schematic representation similar to Fig. 6 another variant of this game Ausführungsbei.
Ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen als Laseroszillator ausgebildeten Festkörperlasers, dargestellt in Fig. 1, umfaßt einen in einem Resonator 10 angeordneten Festkörperstab 12, welcher sich längs einer Resonatorachse 14 als optische Achse erstreckt. Der Festkörperstab 12 ist vorzugsweise ein Nd:YAG-Laserstab. Es können jedoch auch andere Festkörper lasermaterialien für den Festkörperstab 12 verwendet werden.An embodiment, designated as a whole by 10 , of a solid-state laser according to the invention designed as a laser oscillator, shown in FIG. 1, comprises a solid-state rod 12 arranged in a resonator 10 , which extends along a resonator axis 14 as the optical axis. The solid-state rod 12 is preferably an Nd: YAG laser rod. However, other solid-state laser materials can also be used for the solid-state rod 12 .
Der Festkörperstab 12 liegt dabei zwischen einem ersten Endspiegel 16 und einem zweiten Endspiegel 18 des Resona tors 10, wobei der erste Endspiegel 16 beispielsweise eine konkav gewölbte Spiegelfläche 20 aufweist und voll reflek tierend ist, wenn der zweite Endspiegel eine ebene Spiegelfläche 22 aufweist und teildurchlässig ausgebildet ist, so daß durch den zweiten Endspiegel 18 hindurch ein Laserstrahl 24 austritt.The solid-state rod 12 lies between a first end mirror 16 and a second end mirror 18 of the resonator 10 , wherein the first end mirror 16 has, for example, a concavely curved mirror surface 20 and is fully reflective if the second end mirror has a flat mirror surface 22 and is partially transparent is so that a laser beam 24 emerges through the second end mirror 18 .
Ein Pumpen des Festkörperstabs erfolgt durch einen ersten Pumpsatz 26 und einen in Richtung der Resonatorachse 14 auf diesen folgend angeordneten zweiten Pumpsatz 28, wobei beide Pumpsätze 26, 28 mehrere identische Pumpmodule 30 aufweisen, welche jeweils seitlich des Festkörperstabs 12 und einer Umfangsfläche 32 desselben zugewandt angeordnet sind.The solid-state rod is pumped by a first pump set 26 and a second pump set 28 arranged in the direction of the resonator axis 14 following this, both pump sets 26 , 28 having a plurality of identical pump modules 30 , each of which is arranged laterally facing the solid-state rod 12 and a peripheral surface 32 thereof are.
Jeder der Pumpsätze 26 bzw. 28 umfaßt, wie in Fig. 2 dar gestellt, beispielsweise drei Pumpmodule 30, von denen jeder eine als Diodenlaserarray ausgebildete Halbleiter lasereinheit 34 aufweist, welche auf einem Kühlmodul 36 sitzt, wobei der Kühlmodul 36 auf einem Träger 38 ange ordnet ist, der seinerseits noch einen als Abbildungsoptik dienenden Abbildungsspiegel 40 mit einer Spiegelfläche 42 aufweist. Die Spiegelfläche 42 stellt einen Zylinder flächenausschnitt eines im Querschnitt elliptischen und mit seiner Zylinderachse parallel zur Resonatorachse 14 angeordneten Zylinders dar, wobei sich dieser Zylinderflächenausschnitt von einem Scheitel 44 einer großen Halbachse ausgehend in Richtung eines Scheitels 46 einer kleinen Halbachse und gegebenenfalls über diesen hinaus erstreckt.Each of the pump sets 26 and 28 comprises, as shown in FIG. 2, for example three pump modules 30 , each of which has a semiconductor laser unit 34 designed as a diode laser array, which sits on a cooling module 36 , the cooling module 36 being arranged on a carrier 38 is arranged, which in turn also has an imaging mirror 40 serving as imaging optics with a mirror surface 42 . The mirror surface 42 represents a section of a cylinder surface of an elliptical cylinder with a cross section and its cylinder axis parallel to the resonator axis 14 , this cylinder surface section extending from an apex 44 of a large semi-axis in the direction of an apex 46 of a small semi-axis and possibly beyond it.
Wie noch deutlicher in Fig. 3 dargestellt, zeigt eine der artige Spiegelfläche 42 zwei Fokuslinien F1 und F2 und reflektiert dabei divergierend von einer Fokuslinie F1, F2 ausgehende Strahlung konvergierend in die jeweils andere Fokuslinie F2, F1.As is shown even more clearly in FIG. 3, one of the mirror surfaces 42 of this type shows two focus lines F1 and F2 and in this case reflects radiation diverging from one focus line F1, F2 convergingly into the other focus line F2, F1.
Die Halbleiterlasereinheit 34 ist vorzugsweise so ausge bildet, daß an einem Strahlungsaustritt 50 derselben eine Laserstrahlungskeule 52 austritt, welche nahe des Strah lungsaustritts 50 einen langgezogenen, linienförmigen Querschnitt parallel zu der Fokuslinie F1 aufweist, wobei die Halbleiterlasereinheit 34 und der Abbildungsspiegel 40 relativ zueinander in dem Pumpmodul 30 so angeordnet sind, daß der Strahlungsaustritt 50 in der Fokuslinie F1 liegt, d. h. mit dieser zusammenfällt.The semiconductor laser unit 34 is preferably formed so that a laser radiation lobe 52 emerges at a radiation exit 50 thereof, which near the radiation exit 50 has an elongated, linear cross section parallel to the focus line F1, the semiconductor laser unit 34 and the imaging mirror 40 relative to one another in the Pump module 30 are arranged so that the radiation exit 50 lies in the focus line F1, ie coincides with this.
Die austretende Laserstrahlungskeule 52 trifft somit auf die Spiegelfläche 42 und wird von dieser als Pumplicht keule 54 reflektiert und somit in der Fokuslinie F2 wiede rum zu einem linienförmigen Pumpstrahlungsfokus 56 fokus siert.The exiting laser beam 52 thus impinges on the mirror surface 42 and is reflected by this lobe as a pumping light 54 Siert thus re in the focal line F2 around a line-shaped focus pumping radiation 56 focus.
Die Laserstrahlungskeule 52 ist dabei symmetrisch zu einer ebenfalls durch den Strahlungsaustritt 50 hindurch verlaufenden Laserstrahlungsmittelebene 58 beugungsaufgeweitet. Um einen maximalen Teil der beugungs aufgeweiteten Laserstrahlungskeule 52 in die Pumplicht keule 54 zu reflektieren, ist bei einer ersten, in Fig. 3 dargestellten Variante, die Laserstrahlungsmittelebene 58 so relativ zu der Spiegelfläche 52 ausgerichtet, daß diese senkrecht auf einer großen Halbachse 60 steht, welche durch die Fokuslinie F1 und den Scheitel 44 verläuft. In diesem Fall lassen sich alle Anteile der Laserstrahlungs keule 52 bis über einen Aufweitungswinkel von 60° gegen über der Laserstrahlungsmittelebene 58 in die Pumplicht keule 54 reflektieren, allerdings mit der Folge, daß die Spiegelfläche 52 über den Scheitel 46 hinaus in Richtung der Fokuslinie F2 gezogen ist.The laser radiation lobe 52 is diffraction-widened symmetrically to a laser radiation center plane 58 which likewise extends through the radiation exit 50 . In order to reflect a maximum part of the diffraction-widened laser radiation lobe 52 into the pumping light lobe 54 , in a first variant shown in FIG. 3, the laser radiation center plane 58 is aligned relative to the mirror surface 52 such that it is perpendicular to a large semi-axis 60 , which runs through the focus line F1 and the vertex 44 . In this case, all parts of the laser beam lobe 52 can be reflected up to an expansion angle of 60 ° relative to the laser radiation center plane 58 in the pumping light lobe 54 , however with the result that the mirror surface 52 is drawn beyond the apex 46 in the direction of the focus line F2 is.
Bei einer zweiten Variante, dargestellt in Fig. 3, ist die Laserstrahlungsmittelebene 58 gegenüber der groben Halb achse 60 in Richtung auf den Scheitel 44 geneigt, so daß in einem Segment 62 der Spiegelfläche 42 zwischen dem Scheitel 44 und einem Schnittpunkt zwischen der Laser strahlungsmittelebene 58 und der Spiegelfläche 42 nur noch Anteile der Laserstrahlungskeule 52 bis zu einem Aufwei tungswinkel von ungefähr 45° gegenüber der Laserstrah lungsmittelebene 58 reflektiert werden, was andererseits erlaubt, die Spiegelfläche 42′ hinsichtlich ihrer Er streckung in Richtung der Fokuslinie F2 zu verkürzen, so daß diese ungefähr bei halber Erstreckung zwischen dem Scheitel 44 und dem Scheitel 46 endet. Dies hat den Vor teil, daß der Abbildungsspiegel 40′ wesentlich kompakter ist und mit einer Vorderkante 64′, im Gegensatz zur Vorderkante 64 in Fig. 3, in einem größeren Abstand zur Fokuslinie F2 endet und dadurch die Anordnung einer größeren Zahl von Pumpmodulen 30 in dem jeweiligen Pump satz 26 bzw. 28 zuläßt.In a second variant, shown in Fig. 3, the laser radiation center plane 58 is inclined relative to the coarse half axis 60 in the direction of the apex 44 , so that in a segment 62 of the mirror surface 42 between the apex 44 and an intersection between the laser radiation center plane 58th and the mirror surface 42 only portions of the laser beam 52 are reflected up to a widening angle of approximately 45 ° with respect to the laser radiation medium plane 58 , which on the other hand allows the mirror surface 42 'to be shortened with respect to its extension in the direction of the focus line F2, so that these ends approximately halfway between the vertex 44 and the vertex 46 . This has the part before that the imaging mirror 40 'is much more compact and ends with a front edge 64 ', in contrast to the front edge 64 in Fig. 3, at a greater distance from the focus line F2 and thereby the arrangement of a larger number of pump modules 30 in the respective pump set 26 or 28 permits.
Jeder der Pumpmodule 30 ist so justiert, daß der Pump strahlungsfokus 56 mit seiner linienförmigen Erstreckung parallel zur Resonatorachse 14 verläuft, vorzugsweise mit dieser zusammenfällt, und außerdem sind alle Pumpmodule 30 eines Pumpsatzes 26 bzw. 28 so angeordnet, daß die linien förmige Erstreckung des Pumpstrahlungsfokus sich über je weils denselben Abschnitt 66 der Resonatorachse 14 er streckt.Each of the pump modules 30 is adjusted so that the pump radiation focus 56 with its linear extension runs parallel to the resonator axis 14 , preferably coincides therewith, and in addition all pump modules 30 of a pump set 26 or 28 are arranged such that the linear extension of the pump radiation focus extends over the same section 66 of the resonator axis 14 because it stretches.
Die Pumplichtkeulen 54 konvergieren gegen eine als Ganzes mit 70 bezeichneten Pumplichtmittelebene, welche durch den linienförmigen Pumpstrahlungsfokus 56 und durch ein inneres Intensitätsmaximum der Pumplichtkeule 54 hindurch verläuft. Vorzugsweise sind alle Pumplichtmittelebenen 70 der Pumplichtmodule 30 eines Pumpsatzes 26 bzw. 28 so an geordnet, daß sie einen ungefähr gleichen Winkelabstand 72 von einander aufweisen. In einem vorteilhaften Fall fallen alle Pumpstrahlungsfoki 56 aller Pumpmodule 30 eines Pumpsatzes 26 bzw. 28 miteinander zusammen und vorzugs weise zusätzlich auch noch mit der Resonatorachse 14, so daß die Summe aller Pumpstrahlungsfoki eine mehrzählige Symmetrieachse, vorzugsweise eine mindestens dreizählige Symmetrieachse, für eine durch die Summe aller Pumplicht keulen 54 gebildete Pumplichtverteilung 74 im Festkörper stab 12 darstellt (Fig. 5). The pumping light lobes 54 converge towards a pumping light center plane, designated as a whole by 70 , which passes through the linear pump radiation focus 56 and through an internal intensity maximum of the pumping light lobe 54 . Preferably, all the pump light center planes 70 of the pump light modules 30 of a pump set 26 or 28 are arranged in such a way that they have an approximately equal angular distance 72 from one another. In an advantageous case, all pump radiation foci 56 of all pump modules 30 of a pump set 26 or 28 coincide with one another and preferably additionally also with the resonator axis 14 , so that the sum of all pump radiation foci is a multiple symmetry axis, preferably an at least three-fold symmetry axis, for one by the Sum of all pumping light lobes 54 represents pumping light distribution 74 formed in the solid-state rod 12 ( FIG. 5).
Besonders vorteilhafte Verhältnisse lassen sich dann er reichen, wenn die Pumplichtmittelebenen 70 beispielsweise des ersten Pumpsatzes 26 gegenüber Pumplichtmittelebenen 70′ des zweiten Pumpsatzes 28 mit einem konstanten Winkel versatz den Festkörperstab 12 durchsetzen, wobei der Winkelversatz 76 vorzugsweise einem Viertel des Winkelab stands 72 entspricht. In diesem Fall läßt sich dann, wenn die Abschnitte 66, längs welcher die Pumpstrahlungsfoki 56 der Pumpsätze 26, 28 zusammenfallen, gleichlang sind, über die gesamte Erstreckung des Festkörperstabs 12 längs der Resonatorachse 14 gesehen, eine Pumplichtverteilung 74 er reichen, welche ungefähr einer Pumplichtverteilung 74 mit einer noch höheren Symmetrie, nämlich der doppelten Zähig keit der Symmetrie, entspricht und damit die Pumplichtver teilung 74 einer im wesentlichen zur Resonatorachse 14 axialsymmetrischen Pumplichtverteilung nahekommt (Fig. 5).Particularly advantageous conditions can then be achieved if the pump light center planes 70, for example of the first pump set 26 with respect to pump light center planes 70 'of the second pump set 28, enforce the solid-state rod 12 with a constant angular offset, the angular offset 76 preferably corresponding to a quarter of the angular distance 72 . In this case, if the sections 66 , along which the pump radiation foci 56 of the pump sets 26 , 28 coincide, over the entire extent of the solid rod 12 along the resonator axis 14 , a pump light distribution 74 can be reached , which approximately corresponds to a pump light distribution 74 with an even higher symmetry, namely the double toughness of the symmetry, and thus the pump light distribution 74 comes close to a substantially axially symmetrical to the resonator axis 14 pump light distribution ( Fig. 5).
Eine noch optimalere Ausnutzung der Pumplichtkeule 54 läßt sich bei einem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung noch dadurch erreichen, wenn das Pumplicht jeder Pumplichtkeule 54 nach Hindurchtreten durch den Pumpstrahlungsfokus 56 und Austreten aus dem Festkörperstab 12 durch einen Reflektor 80 in den Fest körperstab 12 zurückreflektiert wird, wobei der Reflektor 80 vorzugsweise so ausgebildet ist, daß er in den Linien fokus 56 zurückreflektiert. Dies läßt sich ganz einfach dadurch erreichen, daß der Reflektor 80 auf einer zu dem jeweiligen Linienfokus 56 kreiszylindrischen Mantelfläche 82 eines den Festkörperstab 12 umschließenden Kühlmantels 84 angeordnet ist, wobei die Mantelfläche 82 eine innere oder eine äußere Mantelfläche des Kühlmantels sein kann. An even more optimal utilization of the pumping light lobe 54 can be achieved in an embodiment of the solution according to the invention shown in FIG. 6 if the pumping light of each pumping light lobe 54 after passing through the pump radiation focus 56 and emerging from the solid-state rod 12 through a reflector 80 into the solid-state rod 12 is reflected back, the reflector 80 preferably being designed such that it reflects back focus 56 in the lines. This can be achieved very simply by arranging the reflector 80 on a circumferential cylindrical surface 82 of the respective line focus 56 of a cooling jacket 84 enclosing the solid rod 12 , the circumferential surface 82 being an inner or an outer circumferential surface of the cooling jacket.
Mit diesem, den Festkörperstab 12 in Umfangsrichtung um schließenden Kühlmantel 84 läßt sich zwischen diesem und dem Festkörperstab 12 ein Ringraum 86 schaffen, welcher mit einem Kühlmedium durchströmbar ist, so daß zusätzlich in einfacher Weise noch eine direkte Kühlung des Fest körperstabs 12 möglich ist, um diesen auf einer konstanten Temperatur zu halten.With this, the solid rod 12 in the circumferential direction by closing the cooling jacket 84 can be between this and the solid rod 12, an annular space provide 86 which can be flowed through by a cooling medium, so that in simple manner more direct cooling of the solid is possible additionally body stabs 12 to to keep it at a constant temperature.
Bei einer in Fig. 7 dargestellten weiteren Variante dieses Ausführungsbeispiels sitzt der Reflektor 90 direkt auf der Umfangsfläche 92 des Festkörperstabs 12.In a further variant of this exemplary embodiment shown in FIG. 7, the reflector 90 is seated directly on the peripheral surface 92 of the solid-state rod 12 .
Die Reflektoren 80, 90 sind vorzugsweise aufgedampfte Schichten aus das Pumplicht reflektierendem Material, beispielsweise dielektrische Schichten oder Gold etc.The reflectors 80 , 90 are preferably vapor-deposited layers made of material reflecting the pump light, for example dielectric layers or gold etc.
Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Festkörperstab vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich einer halben Absorptionslänge.In this embodiment, the solid rod preferably a diameter in the range of half Absorption length.
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- 1993-03-06 DE DE19934307129 patent/DE4307129C2/en not_active Expired - Fee Related
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