DE4336058A1 - Mehrwellenlängen-Laser - Google Patents
Mehrwellenlängen-LaserInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrwellenlängen-
Laser.
Aus der US-Patentschrift US 5,048,034 ist bekannt, einen
Neodym-dotierten YAG-Kristall in einem Laser einzusetzen,
der bei einer Wellenlänge von 1,44 µm mit akzeptabler
Ausgangsleistung Laserstrahlung emittiert. Diese
Wellenlänge erweist sich bei einer Reihe von Anwendungen
als vorteilhaft. So erlaubt der hohe Wasser-Absorptions-
Koeffizient bei 1,44 µm (α = 26 cm-1) eine effektive
Wechselwirkung von Strahlung dieser Wellenlänge mit
menschlichem Gewebe bei chirurgischen Anwendungen. Ferner
ist Laser-Strahlung bei einer Wellenlänge von 1,44 µm als
augensicher klassifiziert.
Obwohl diese Vorteile auch mit Cr, Tm, Ho:YAG-Lasern, die
bei 2,1 µm arbeiten, erreicht werden können, bietet ein
Laser-System basierend auf der Nd:YAG-Technologie
verschiedenste Vorteile. So sinkt die Laser-Effizienz in
den Cr, Tm, Ho:YAG Laser-Medien signifikant mit steigender
Temperatur. Daraus resultiert eine Effizienz-Begrenzung in
derartigen Lasern bei Anwendungen hoher Leistung. So ist
beispielsweise bekannt, daß die mittlere Leistung eines
gepulsten Ho:YAG-Lasers nicht mit der Puls-Frequenz
ansteigt. Dies ist eine Folge des schmalen Energie-Gaps
zwischen dem niedrigsten Laser-Niveau und dem Grundzustand
in Cr-, Tm- oder Ho-dotiertem YAG. Ein derartiges
charakteristisches Verhalten tritt beim Nd-dotierten YAG-
Laser-Kristall nicht auf, ebensowenig wie die damit
verbundenen Probleme bei erhöhter Temperatur.
Die stärkste Emissionslinie im Nd:YAG liegt bei 1,064 µm.
Hocheffiziente Laser bei dieser Wellenlänge werden bereits
in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Um jedoch
nunmehr eine ausreichend effiziente Laser-Oszillation bei
1,44 µm in einem Nd:YAG-Kristall zu realisieren, ist
erforderlich,
- - die Laser-Oszillation bei anderen Wellenlängen als 1,44 µm zu unterdrücken, welche den 1,44 µm-Übergang unterdrücken und
- - die 1,44 µm Laser-Oszillation deutlich über der Schwelle zu betreiben, welche durch die bekannte Laser-Schwellenbedingung definiert ist.
Als eine Konsequenz dieser Bedingungen ergibt sich, daß es
von Bedeutung ist, die Laser-Oszillation bei 1,064 µm zu
unterdrücken.
Die erste, o.g. Bedingung resultiert daraus, daß der
Anregungs-Querschnitt für die Laser-Oszillation bei 1,44 µm
relativ klein ist, insgesamt etwa um den Faktor 10 kleiner
als bei 1,064 µm in diesem Laser-Medium. Des weiteren muß
auch die mögliche Laser-Oszillation bei 1,32-1,36 µm
unterdrückt werden. Die Rückkopplung aller
Strahlungsanteile außer 1,44 µm in den angeregten Laser-
Kristall muß demnach generell geringer als der
Rückkopplungsanteil der 1,44 µm-Strahlung gehalten werden.
Das zweite, o.g. Erfordernis resultiert aus dem
Zusammenhang, daß der geringe Anregungs-Querschnitt bei
1,44 µm zu einer hohen Durchbruchsschwelle für die Laser-
Oszillation bei 1,44 µm führt.
Trotz Berücksichtigung dieser Anforderungen verbleibt auch
in einem Multimode-1,44-µm-Nd:YAG-Laser ein signifikanter
Anteil von Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von
1,064 µm. So kann z. B., wenn der 1,44 µm-Resonator nicht
richtig ausgerichtet ist, das Relativ-Verhältnis zwischen
der Ausgangsleistung bei 1,064 µm und 1,44 µm sehr groß
werden. Dies bedeutet, daß die Ausgangsleistung bei 1,44 µm
nahezu gegen Null geht, während die Ausgangsleistung bei
1,064 µm verhältnismäßig groß wird. Ein derartiger Effekt,
d. h. die Emission der Laser-Wellenlänge 1,064 µm, während
der Benutzer jedoch eine Laser-Wellenlänge von 1,44 µm
erwartet, ist jedoch unerwünscht und kann in manchen
Anwendungen sogar extrem gefährlich werden. Dies trifft
insbesondere dann zu, wenn Wechselwirkungen zwischen der
Laserstrahlung und biologischem Gewebe bei der Anwendung
ausgenutzt werden, die signifikant von der jeweiligen
Wellenlänge abhängen und bei den beiden genannten
Wellenlängen ebenso signifikant differieren. Die bedeutet,
daß es für den Benutzer wünschenswert wäre, jede der beiden
Wellenlängen wahlweise zur Verfügung zu haben, um diese
auch definiert einsetzen zu können. So ist beispielsweise
die Laserstrahlung bei 1,44 µm nützlich, um biologisches
Gewebe zu schneiden und zu ablatieren, während die
Laserstrahlung bei 1,064 µm zum Koagulieren geeignet ist.
Analoge Problemstellungen resultieren selbstverständlich
auch bei anderen Wellenlängen-Kombinationen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen
Mehrwellenlängen-Laser zu schaffen, der wahlweise Laser-
Wellenlängen bei unterschiedlichen Frequenzen bzw.
Wellenlängen zur Verfügung stellt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Mehrwellenlängen-
Laser mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung erfüllen in vorteilhafter Art und Weise die oben
genannten Anforderungen und liefern einen Mehrwellenlängen-
Laser, der insbesondere wahlweise Laserstrahlung bei
1,44 µm und/oder 1,064 µm zur Verfügung stellt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung besteht der erfindungsgemäße Mehrwellenlängen-
Laser aus zwei separaten Nd:YAG-Lasern, die benachbart
zueinander angeordnet sind und jeweils derart betrieben
werden, daß sie Laserstrahlung bei 1,44 µm oder 1,064 µm
emittieren.
In einer möglichen Ausführungsform wird im
erfindungsgemäßen Mehrwellenlängen-Laser eine optische
Einrichtung mit zwei separaten Baugruppen eingesetzt, die
den Strahlungsanteil der Laserstrahlung bei 1,064 µm im
Ausgangsstrahl des 1,44 µm-Lasers um einen Faktor 100 bis
1000 reduziert, während gleichzeitig der Anteil der
Strahlung bei 1,44 µm im Ausgangsstrahl dieses Lasers
lediglich um etwa 2% reduziert wird. Der erfindungsgemäße
Mehrwellenlängen-Laser ermöglicht zudem die Addition bzw.
Vereinigung der Ausgangsstrahlen des 1,44 µm-Lasers mit dem
1,064 µm-Laser. Durch diese Addition können beide
Ausgangsstrahlen mit jeweils optimierter Ausgangsleistung
gleichzeitig, d. h. überlagert in einen einzigen
faseroptischen Lichtleiter eingekoppelt werden.
Neben der Anwendung bei den beiden genannten Wellenlängen
können erfindungsgemäß auch andere Wellenlängen jederzeit
derart kombiniert werden. Hierzu umfaßt der
erfindungsgemäße Mehrwellenlängen-Laser einen ersten Laser,
der einen ersten Ausgangs-Strahl mit einer ersten und
Strahlungsanteilen mindestens einer zweiten Laser-
Wellenlänge liefert. Ferner ist ein zweiter Laser
vorgesehen, der einen zweiten Ausgangs-Strahl mit einer
dritten Wellenlänge liefert. Des weiteren umfaßt die
erfindungsgemäße Vorrichtung eine optische Einrichtung mit
mindestens zwei Baugruppen in den Strahlengängen des ersten
und zweiten Ausgangs-Strahles, wobei die erste Baugruppe
den ersten Ausgangsstrahl in zwei Teilstrahlengänge mit der
ersten und zweiten Wellenlänge trennt bzw. aufspaltet.
Schließlich ist in der optischen Einrichtung eine zweite
Baugruppe im Strahlengang des zweiten Ausgang-Strahles und
im ersten Teilstrahlengang mit der ersten Wellenlänge
angeordnet, die zum wahlweisen Vereinigen mindestens eines
Teilstrahlenganges mit dem zweiten Ausgangsstrahl dient.
Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen
Mehrwellenlängen-Lasers ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
beiliegenden Figuren.
Dabei zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Mehrwellenlängen-Lasers, der
wahlweise Laser-Strahlung bei 1,44 µm und
1,064 µm liefert;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Mehrwellenlängen-Lasers;
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Mehrwellenlängen-Lasers.
Elemente mit der gleichen Funktion sind in den einzelnen
Ausführungsbeispielen der Fig. 1-3 dabei mit denselben
Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist in schematischer Form ein erstes
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mehrwellenlängen-
Lasers (50) dargestellt, der wahlweise Laser-Strahlung bei
den Wellenlängen 1,44 µm und 1,064 µm liefert. Im
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die beiden einzelnen
Laser (100, 200) in einer benachbarten Konfiguration mit
parallel verlaufenden ersten und zweiten Ausgangs-Strahlen
(700, 720) angeordnet und liefern Laser-Wellenlängen bei
1,44 µm und 1,064 µm. Da der effizienteste Betriebs-Modus
für die meisten Laser erst relativ weit über einer
bestimmten Schwellenbedingung erreicht wird, wird der erste
Laser (100) mit Pulsen hoher Spitzenleistung gepumpt, um
derart eine effiziente Laserleistung bei 1,44 µm im Nd:YAG-
Kristall (130), d. h. dem eigentlichen Laser-Medium, zu
erreichen. In diesem Ausführungsbeispiel werden Blitzlampen
(140, 150), eingesetzt, um den ersten Laser (100) zu
pumpen. Die Blitzlampen (140, 150) werden hierzu in
bekannter Art und Weise so geschaltet, daß sie in einen
Puls-Schaltkreis integriert sind, in dem ein Kondensator
regelmäßig entladen wird. Als Ergebnis arbeitet der
blitzlampengepumpte erste Laser (100) sehr effizient in
einem gepulsten Modus und liefert einen Multimode-
Ausgangsstrahl (700) bei einer Wellenlänge von 1,44 µm und
einer Energie von ca. 4 J. Des weiteren liefert der erste
Laser (100) einen gewissen Anteil Ausgangsstrahlung bei
einer Wellenlänge von 1,064 µm. Eine optische Einrichtung,
ausgeführt als reflektives Spektralfilter, bestehend aus
den zwei Baugruppen (160, 170) in Form zweier Spiegel,
reduziert den Strahlungsanteil der Laser-Strahlung bei
1,064 µm im ersten Ausgangsstrahl (700) um einen Faktor 100
bis 1000. Es resultiert demnach ein Strahl (730) nach dem
Passieren der beiden Spiegel (160, 170), der primär eine
Laser-Wellenlänge von 1,44 µm aufweist. Dagegen wird die
Ausgangsleistung der Laser-Strahlung bei 1,44 µm im Strahl
(730) nach dem Passieren der beiden Spiegel (160, 170) um
weniger als 2% im Vergleich zum ursprünglichen ersten
Ausgangsstrahl (700) des ersten Lasers (100) reduziert.
Vorteilhafterweise liefert der Mehrwellenlängen-Laser (50)
gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 ferner die
Möglichkeit der kollinearen Addition des zweiten
Ausgangsstrahles (720) des zweiten Lasers (200), der eine
Ausgangswellenlänge von 1,064 µm aufweist, mit dem ersten
Ausgangsstrahl (700) des ersten Lasers (100). Diese
kollineare Addition erlaubt, die Ausgangsstrahlen (700,
720) der beidenseparaten Laser (100, 200) zusammen in
einen einzigen faseroptischen Lichtleiter (190)
einzukoppeln. Durch geeignete - nicht dargestellte -
Schaltelemente kann der Benutzer wählen, ob er entweder
lediglich den ersten Laser (100), lediglich den zweiten
Laser (200) oder aber etwa beide Laser (100, 200)
gleichzeitig betreiben bzw. anwenden will. Als geeignete
Schaltelemente könne beispielsweise definiert vom Benutzer
einschwenkbare Shutter oder dgl. in den Ausgangsstrahlen
der beiden Laser (100, 200) angeordnet werden. Der
jeweilige Ausgangsstrahl der Laser (100, 200) kann dabei
nach dem Austritt aus der optischen Einrichtung mittels
eines faseroptischen Lichtleiters (190) zum jeweiligen Ort
der Anwendung, z. B. innerhalb einer Chirurgieverfahrens,
übertragen werden.
Im Ausführungsbeispiel des Mehrwellenlängen-Lasers gemäß
Fig. 1, das insbesondere für die Mikrochirurgie geeignet
ist, wird der erste Laser (100) bei 1,44 µm im gepulsten
Modus betrieben. Der zweite Laser (200), der bei 1,064 µm
arbeitet, wird dagegen im (kontinuierlichen) cw-Mode
betrieben. Auf diese Art und Weise kann der Benutzer
wählen zwischen:
- a) gepulster Laserstrahlung bei 1,44 µm zum Schneiden und Ablatieren oder
- b) kontinuierlicher Laserstrahlung bei 1,064 µm zum Koagulieren oder
- c) gleichzeitiger übertragener gepulster Strahlung bei 1,44 µm und kontinuierlicher Strahlung bei 1,064 µm zur Überlagerung der resultierenden Effekte.
Fig. 1 zeigt, in schematisierter Form, die beiden Laser
(100, 200), die jeweils Laserausgangs-Strahlung bei den
Wellenlängen 1,44 µm und 1,064 µm liefern. Wie in Fig. 1
dargestellt, umfaßt der Resonator für den ersten Laser
(100) die Resonatorspiegel (110, 120) sowie den Nd:YAG-
Kristall (130), der im eigentlichen Resonatorraum
angeordnet ist. Der Nd:YAG-Kristall (130) wird wie
beschrieben über Blitzlampen (140, 150) gepumpt bzw.
angeregt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die
Blitzlampen (140, 150) in einem Puls-Schaltkreis betrieben.
Dieser weist Kondensatoren auf, die regelmäßig von einer -
nicht dargestellten - Ladungsquelle geladen werden. Es hat
sich herausgestellt, daß das Verhältnis der
Strahlungsanteile bei den Ausgangs-Wellenlängen 1,44 µm und
1,064 µm von der Art der jeweiligen Anregung abhängt,
insbesondere von der jeweiligen Pumpleistung.
Der vom ersten Laser (100) emittierte erste Ausgangsstrahl
(700) trifft zunächst auf eine erste Oberfläche (161) eines
ersten Spiegels (160) auf, wobei der Anteil der
Strahlungsanteil der Wellenlänge 1,44 µm als ein erster
Teilstrahlengang (710) zu einem weiteren, zweiten Spiegel
(170) umgelenkt wird. Beim Auftreffen auf den ersten
Spiegel (160) wird ein Teil des ursprünglichen
Strahlenganges (700) durch den Spiegel (160) als
zweiter - nicht dargestellter - Teilstrahlengang transmittiert. Der
transmittierte Anteil bzw. der zweite Teilstrahlengang
entspricht dabei dem 1,064 µm-Anteil des ursprünglichen
Ausgangsstrahles (700).
Der erste Teilstrahlengang (710) wird dann von einer ersten
Oberfläche (171) des zweiten Spiegels (170) weiter in
Richtung des optischen Systemes (180) umgelenkt.
Dabei weist die erste Oberfläche (161) des ersten Spiegels
(160) eine Reflektivität R<99% für die Wellenlänge von
1,44 µm auf sowie eine Reflektivität
R<10% für die Wellenlänge 1,064 µm. Die erste Oberfläche
(171) des zweiten Spiegels (170) besitzt eine Reflektivität
R von nahezu 99% für die Wellenlänge 1,44 µm sowie eine
Reflektivität R<10% für die Wellenlänge 1,064 µm auf.
Selbstverständlich können die wellenlängenabhängigen
Reflexionseigenschaften dem beiden Spiegel (170, 160)
alternativ ebenso durch geeignet polarisierend wirkende
Beschichtungen erreicht werden.
Schließlich wird der Laser-Strahl (730) nach erfolgter
Reflexion am zweiten Spiegel (170) von einem optischen
System (180) fokussiert, um in den faseroptischen
Lichtleiter (190) eingekoppelt zu werden.
In Fig. 1 ist des weiteren, ebenfalls in schematisierter
Form, ein zweiter Laser (200) dargestellt, der eine
Ausgangsstrahlung von 1,064 µm liefert. Wie in Fig. 1
dargestellt, umfaßt der Resonator für den zweiten Laser
(200) Resonatorspiegel (210, 220) sowie den im Resonator
angeordneten Nd:YAG-Kristall (230). Der Resonator wird
somit durch die beiden Resonatorspiegel (210, 220)
definiert. Der Nd:YAG-Kristall (230) wird von einer
Bogenlampe (240) in bekannter Art und Weise gepumpt. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Bogenlampe (240)
kontinuierlich betrieben und von einer schaltbaren
Ladungsquelle gespeist, wobei die schaltbare Ladungsquelle
als bekannte Stromquelle ausgeführt ist. Die vom zweiten
Laser (200) emittierte Laser-Strahlung trifft als zweiter
Ausgangs-Strahl (720) auf den zweiten Spiegel (170) und
wird durch diesen weitgehend zum optischen System (180) hin
durchgelassen bzw. transmittiert.
Die optischen Eigenschaften der beiden Spiegel (160, 170)
sind demnach sogewählt, daß aus dem ursprünglichen
Ausgangsstrahl des ersten Lasers (100) bei jeder Reflexion
der 1,064 µm-Anteil der ersten Wellenlänge reduziert wird,
während der Strahlungsanteil der 1,44 µm-Strahlung nahezu
unverändert bleibt. Der zweite Spiegel (170) ist
des weiteren so gestaltet, daß die dritte Wellenlänge, d. h.
in diesem Fall 1,064 µm nahezu unbeeinflußt transmittiert
wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung besitzt der Resonatorspiegel (110) des ersten
Lasers (100) die folgenden Eigenschaften für senkrechten
Einfall:
Hohe Reflektivität bei 1,44 µm (Reflektivität R bei 1,44 µm < 99%); hohe Durchlässigkeit bei 1,064 µm (Reflektivität R bei 1,064 µm<10%); hohe Durchlässigkeit bei 1,310-1,360 µm (Reflektivität R bei 1,310-1,360 µm< ca. 40%).
Hohe Reflektivität bei 1,44 µm (Reflektivität R bei 1,44 µm < 99%); hohe Durchlässigkeit bei 1,064 µm (Reflektivität R bei 1,064 µm<10%); hohe Durchlässigkeit bei 1,310-1,360 µm (Reflektivität R bei 1,310-1,360 µm< ca. 40%).
Der Auskoppelspiegel (120) des ersten Lasers (100) besitzt
dagegen die folgenden Eigenschaften für senkrechten
Einfall:
Reflektivität R von ca. 75% bei 1,44 µm (Reflektivität R bei 1,44 µm = 75% + 2%); hohe Durchlässigkeit bei 1,064 µm (Reflektivität R bei 1,064 µm < 10%); hohe Durchlässigkeit bei 1,310-1,360 µm (Reflektivität R bei 1,310-1,360 µm < 40%).
Reflektivität R von ca. 75% bei 1,44 µm (Reflektivität R bei 1,44 µm = 75% + 2%); hohe Durchlässigkeit bei 1,064 µm (Reflektivität R bei 1,064 µm < 10%); hohe Durchlässigkeit bei 1,310-1,360 µm (Reflektivität R bei 1,310-1,360 µm < 40%).
Die Resonatorspiegel bzw. deren Radien werden auf bekannte
Art und Weise derart dimensioniert, daß der Ausgangsstrahl
die gewünschte Charakteristik aufweist und insbesondere das
bekannte "thermal lensing" im Laser-Medium verhindert wird.
Die Eigenschaften der Resonatorspiegel für den zweiten,
d. h. den 1,064-µm-Laser (200) sind im übrigen aus dem Stand
der Technik bekannt.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß das
beschriebene Konzept für den erfindungsgemäßen
Mehrwellenlängen-Laser nicht nur für die beiden
Wellenlängen 1,44 µm und 1,064 µm anwendbar ist, sondern
vielmehr auch andere Wellenlängen umfassen kann.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die
dichroitischen Spiegel (160, 170) der beiden Baugruppen der
optischen Einrichtung jeweils etwa in einem 45°-Winkel zu
den auftreffenden Laserstrahlen (700), 710, 720)
ausgerichtet. Die dichroitischen Spiegel (160, 170) weisen
dabei die im folgenden aufgeführten Eigenschaften auf:
Die Substrate der beiden Spiegel (160, 170) sind jeweils
aus einem Material gefertigt, das bei Wellenlängen von 1,06
im nahezu transparent ist. Für die ersten Oberflächen (161,
171) des beiden dichroitischen Spiegel (160, 170) gilt bei
45° Einfall etwa: Hohe Reflektivität R bei 1,44 µm für die
auftreffende Strahlung der Polarisation p und s
(Reflektivität R bei 1,44 µm, Polarisationsrichtung p<
99,0%; Reflektivität R bei 1,44 µm, Polarisation s<
99,7%); hohe Durchlässigkeit bei 1,064 µm für die
auftreffende Strahlung der Polarisationen p und s
(Reflektivität R bei 1,064 µm, Polarisation p< 10,0%
Reflektivität R bei 1,064 µm, Polarisation s< 10%).
Für die zweiten reflektierenden Oberflächen (162, 172) der
beiden dichroitischen Spiegel (160, 170) gilt bei
annäherndem 45°-Einfall:
Schmalbandige Antireflexbeschichtungen bei 1,064 µm (Reflektivität R bei 1,064 µm, Polarisation p< 0,5% Reflektivität R bei 1,064 µm, Polarisation s< 0,5%).
Schmalbandige Antireflexbeschichtungen bei 1,064 µm (Reflektivität R bei 1,064 µm, Polarisation p< 0,5% Reflektivität R bei 1,064 µm, Polarisation s< 0,5%).
Als Ergebnis dieser Parameter-Kombinationen für die beiden
dichroitischen Spiegel (160, 170) wird der größte Anteil
der 1,44-µm-Strahlung im ersten Ausgangs-Strahl (700) des
ersten Lasers (100) vom ersten Spiegel (160) reflektiert
und der Großteil der 1,064-µm-Strahlung im Ausgangs-Strahl
(700) durch diesen Spiegel (160) transmittiert. Es
resultieren demnach nach der ersten Baugruppe zwei
getrennte Teilstrahlengänge unterschiedlicher Wellenlänge.
Vom zweiten Spiegel (170) wird aufgrund dessen
Eigenschaften der Großteil der 1,44-µm-Strahlung des
auftreffenden Teilstrahlenganges (710) reflektiert, während
der Großteil der noch vorhandenen 1,064 µm Strahlung in
diesem Teilstrahlengang (710) durch den zweiten Spiegel
(170) transmittiert wird.
Selbstverständlich ist es für den Fachmann möglich, die
Spiegel (160, 170) so zu gestalten, daß auch andere
Einfalls-Winkel als 45° realisiert werden können.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird der
erste Ausgangs-Strahl (700), emittiert vom ersten Laser
(100), d. h. dem 1,44-µm-Laser (100) vom Spiegel (160) in
einem Winkel von 45° reflektiert und verläßt diesen Spiegel
als reflektierter Strahl (710) mit weniger als 1% Verlusten
bei 1,44 µm. Anschließend wird dieser Strahl (710) dann vom
Spiegel (170) bei einem 45°-Einfallswinkel erneut
reflektiert, ebenfalls wieder mit einem maximalen Verlust
von 1% bei 1,44 µm. Auf diese Art und Weise belaufen sich
die Verluste bei 1,44 µm des ursprünglichen Ausgangs-
Strahles (700) nach zwei erfolgten Reflexionen um etwa 2%.
Desweiteren wird die unerwünschte 1,064-µm-Strahlung im
Ausgangs-Strahl (700), der vom ersten Laser (100) emittiert
wird, durch die beiden erfolgenden Reflexionen um einen
Faktor 100-1000 reduziert.
Als Ergebnis resultiert durch den Einsatz der beiden
Spiegel (160, 170), daß die 1,064-µm-Strahlung aus dem
ursprünglichen ersten Ausgangsstrahl (700) des Lasers (100)
nahezu entfernt wurde. Die Reflektivität der beiden Spiegel
(160, 170) bei 1,064 µm ist hierzu jeweils geringer als 10%
zu wählen. Diese geringe Reflektivität bei 1,064 µm des
zweiten Spiegels (170) ist ferner vorteilhaft für eine
möglichst hohe Transmission des zweiten Ausgangs-Strahles
(720), der vom zweiten Laser (200), d. h. dem 1,064-µm-Laser
(200) emittiert wird. Der Ausgangsstrahl (720) des zweiten
Lasers (200) wird durch den zweiten Spiegel (170) mit
weniger als 10% Leistungsverlusten transmittiert.
Die beiden Spiegel (160, 170) werden in bekannter Art und
Weise ausgerichtet, so daß der 1,44-µm-Strahl (710), der
vom ersten Spiegel (160) reflektiert wird und der 1,064 µm
Laserstrahl (720), emittiert vom zweiten Laser (200) nahezu
koaxial vom Gesamtsystem (50) über den zweiten Spiegel
(170) emittiert werden.
Vorteilhafterweise werden beide Strahlen, also die 1,44 µm
Wellenlänge im Strahl (710) sowie der 1,064-µm-Strahl (720)
in denselben faseroptischen Lichtleiter (190) eingekoppelt.
Dies gestattet dem Benutzer zu wählen, welche Wellenlänge
er jeweils durch das gleiche optische Übertragungssystem
übermitteln will.
Neben den beiden dargestellten zwei Baugruppen der
optischen Einrichtung ist es auch möglich, noch mehrere
derartige Baugruppen hinzuzufügen, um die
Wellenlängentrennung der unterschiedlichen
Strahlungsanteile ggf. noch weiter zu optimieren.
Wie in Fig. 1 dargestellt können zum Pumpen der beiden
Laser (100, 200) separate Strahlungsquellen eingesetzt
werden, um derart die individuelle Anregung der jeweiligen
Laserzustände zu erreichen. Alternativ kann aber auch eine
einzige Strahlungsquelle zum Betreiben der beiden Laser
(100, 200) verwendet werden, d. h. die gleichzeitige
Anregung der beiden Laser.
Wie in Fig. 1 dargestellt sind die beiden Laser (100, 200)
benachbart zueinander angeordnet, wobei jeder der beiden
Laser ein eigenes Lasermedium (130, 230) umfaßt. Dies ist
insofern vorteilhaft, als es dadurch möglich ist, jeden der
beiden Laser (100, 200) unabhängig von einander zu
optimieren. Diese Optimierung betrifft dabei etwa die Nd-
Dotierung des YAG-Materiales (130, 230), die
Resonatorspiegel (110, 120/210, 220), die Pumplampen (140,
150/240) die Anregungsbedingungen der Lampen sowie die
Resonator- bzw. Cavity-Dimensionierung.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die beiden Laser
(100, 200) des weiteren im selben wassergekühlten Gehäuse
angeordnet, d. h. es ist vorteilhafterweise lediglich ein
einziger Kühlkreislauf für beide Laser erforderlich.
In Fig. 2 ist in schematisierter Form eine alternative
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Hierbei ist ein Prisma (400) im Resonatorraum des ersten
Lasers (100) angeordnet. Das Prisma (400) ist durch eine
geeignete Materialwahl sowie die geometrische
Dimensionierung derart ausgelegt, daß die auch im Resonator
des ersten Lasers (100) entstehende, unerwünschte, 1,064-µm-
Laserstrahlung, aus dem Resonatorraum ausgelenkt wird. Der
Ausgangsstrahl (700) des ersten Lasers (100) ist demnach
bereits um den Anteil der 1,064-µm-Strahlung reduziert.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
in Fig. 3 schematisiert dargestellt. Hierbei werden die
beiden Laser (100, 200) nicht parallel zueinander in einem
Gehäuse angeordnet, wie dies im Ausführungsbeispiel der
Fig. 1 der Fall war. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3
sind die beiden Laser (100, 200) vielmehr in einem
definierten Winkel zueinander angeordnet, so daß deren
Ausgangsstrahlen jeweils auf eine Prisma (500) auftreffen.
Das Prisma (500) ist durch Materialwahl und geometrische
Dimensionierung so ausgelegt, daß die Laserstrahlung der
Wellenlänge 1,44 µm, die vom ersten Laser (100) geliefert
wird in Richtung des optischen Systemes (510) und
anschließend in den faseroptischen Lichtleiter (520)
gelenkt wird. Des weiteren bewirkt das Prisma (500), daß die
1,064 µm Strahlung, die ebenfalls vom ersten Laser (100)
emittiert wird, von der Linse (510) weggelenkt wird.
Des weiteren ist das Prisma (500) so ausgelegt, daß die
1,064 µm Strahlung, die aus Richtung des zweiten Lasers
(200) ankommt, in Richtung der Linse (510) abgelenkt und
anschließend in den faseroptischen Lichtleiter (520)
eingekoppelt wird.
Die bislang beschriebenen Ausführungsbeispiele umfassen
jeweils einen ersten Laser (100), der bei einer ersten
Wellenlänge in der Größenordnung 1,44 µm emittiert und
desweiteren eine zweite, nicht ganz unterdrückbare
Wellenlänge bei etwa 1,064 µm liefert. Selbstverständlich
kann anstelle der zweiten Wellenlänge 1,064 µm eine ganze
Reihe weiterer - prinzipiell unerwünschter - Wellenlängen
vorhanden sein. Z.B. kann die zweite Wellenlänge aus einer
Reihe folgender Laser-Wellenlängen des Nd-Ions bestehen:
1,32 µm, 1,34 µm und/oder 1,36 µm.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dominiert jedoch
primär eine zweite Wellenlänge in der Größenordnung
1,064 µm.
Anstelle der in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen
Konfiguration der beiden Laser (100, 200), die benachbart
zueinander in einem Gehäuse angeordnet sind, sind
erfindungsgemäß auch Ausführungen der Erfindung jederzeit
möglich, die eine andere Relativanordnung der beiden Laser
(100, 200) aufweisen. Diese können dabei durchaus anders
zueinander ausgerichtet sein und auch über andere Elemente
als die beschriebenen dichroitischen Spiegel (160, 170)
miteinander kombiniert werden.
Ferner sei erwähnt, daß es auch möglich ist, den zweiten
Spiegel (170) aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 oder
Fig. 2 verschieb- oder verschwenkbar im Strahlengang
anzuordnen, so daß der Spiegel (170) etwa definiert aus dem
Strahlengang herausgeschwenkt werden kann. Dies kann etwa
dann vorteilhaft sein, wenn vom Benutzer lediglich der
Ausgangsstrahl (720) des zweiten Lasers (200) gewünscht
wird. Eine derartige Anordnung verhindert
vorteilhafterweise einen unzulässigen Verlust an
Strahlleistung des Strahles (720) des zweiten Lasers, bevor
er in den faseroptischen Lichtleiter eingekoppelt wird.
Analog hierzu kann auch der erste Spiegel (160) verschieb-
bzw. verschwenkbar im Strahlengang angeordnet werden.
Claims (11)
1. Mehrwellenlängen-Laser mit
- - einem ersten Laser (100), der einen ersten Ausgangs-Strahl (700) mit einer ersten Wellenlänge sowie Strahlungsanteilen mindestens einer zweiten Wellenlänge liefert;
- - mindestens einem zweiten Laser (200), der einen zweiten Ausgangsstrahl-Strahl (720) mit einer dritten Wellenlänge liefert, sowie
- - einer optischen Einrichtung, angeordnet in den Strahlengängen des ersten Ausgangs-Strahles (700) und des zweiten Ausgangs-Strahles (720), die zum selektiven Trennen der ersten und zweiten Wellenlänge des ersten Ausgangs-Strahles (700) in mindestens zwei Teilstrahlengänge (710) und des weiteren zum wahlweisen Vereinigen mindestens eines dieser Teilstrahlengänge (710) mit dem zweiten Ausgangs-Strahl (720) der dritten Wellenlänge dient.
2. Mehrwellenlängen-Laser nach Anspruch 1, wobei die
optische Einrichtung
- - eine erste Baugruppe umfaßt, angeordnet im ersten Ausgangs-Strahl (700) zum Trennen des ersten Ausgangs-Strahles (700) in einen ersten Teilstrahlengang (710) mit überwiegenden Strahlungsanteilen bei der ersten Wellenlänge und in einen zweiten Teilstrahlengang mit überwiegenden Strahlungsanteilen bei der zweiten Wellenlänge und
- - eine zweite Baugruppe vorgesehen ist, angeordnet im Strahlengang des zweiten Ausgangs-Strahles (720) und im Strahlengang des ersten Teilstrahlenganges (710), welche die beiden Wellenlängen des ersten Teilstrahlenganges (710) trennt und mit einem nennenswerten Anteil der Strahlung der dritten Wellenlänge im zweiten Ausgangs-Strahl (720) wahlweise kombiniert.
3. Mehrwellenlängen-Laser nach Anspruch 2, wobei die
erste Baugruppe den ersten Teilstrahlengang (710) mit
der ersten Wellenlänge reflektiert, den Anteil des
zweiten Teilstrahlenganges mit der zweiten Wellenlänge
transmittiert und die zweite Baugruppe im ersten
Teilstrahlengang angeordnet ist und dort den ersten
Teilstrahlengang (710) reflektiert, eventuell noch
vorhandene Anteile der zweiten Wellenlänge in diesem
ersten Teilstrahlengang (710) transmittiert und
des weiteren den zweiten Ausgangs-Strahl (720) des
zweiten Lasers transmittiert.
4. Mehrwellenlängen-Laser nach Anspruch 3, wobei die
beiden Baugruppen der optischen Einrichtung
dichroitische Spiegel (160, 170) umfassen.
5. Mehrwellenlängen-Laser nach Anspruch 1, mit
Schaltelementen zum alternativen Auswählen der
Wellenlänge des ersten Lasers und/oder der Wellenlänge
des zweiten Lasers.
6. Mehrwellenlängen-Laser nach Anspruch 1, wobei die
zweite und dritte Wellenlänge nahezu identisch sind.
7. Mehrwellenlängen-Laser nach Anspruch 6, wobei die
erste Wellenlänge bei 1,44 µm liegt und die zweite
Wellenlänge bei 1,064 µm liegt.
8. Mehrwellenlängen-Laser nach Anspruch 1, wobei die
optische Einrichtung mindestens ein Prisma (500)
umfaßt, welches den ersten Ausgangsstrahl in zwei
Teilstrahlengänge unterschiedlicher Wellenlänge
aufspaltet und derart relativ zum zweiten Laser
angeordnet ist, daß der zweite Ausgangsstrahl mit
einem der beiden Teilstrahlengänge kombinierbar ist.
9. Mehrwellenlängen-Laser nach Anspruch 3 oder 8, wobei
des weiteren ein optisches System (180) zum Einkoppeln
des resultierenden Teilstrahlenganges (730) des ersten
Ausgangsstrahles (700) nach Passieren der beiden
Baugruppen und/oder des zweiten Ausgangs-Strahles (720
in einen faseroptischen Lichtleiter (190) vorgesehen
ist.
10. Mehrwellenlängen-Laser nach mindestens einem der
vorangehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite
Laser (100, 200) so zueinander angeordnet sind, daß
deren Ausgangsstrahlen (700, 720) nahezu parallel
zueinander verlaufen.
11. Mehrwellenlängen-Laser nach mindestens einem der
vorangehenden Ansprüche, wobei beide Laser (100, 200)
in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind und
lediglich ein einziger Kühlkreislauf für beide Laser
(100, 200) vorgesehen ist.
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