DE4336058A1 - Mehrwellenlängen-Laser - Google Patents

Mehrwellenlängen-Laser

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DE4336058A1
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laser
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DE4336058A
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Jun William L Nighan
Darin Y Ursuliak
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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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%).
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%).
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%).
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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