DE4345404C2

DE4345404C2 - Verwendung eines Festkörperlasersystems zur Erzeugung eines Laserstrahls in einer Materialbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE4345404C2
Application number: DE4345404A
Authority: DE
Inventors: Koji Yasui; Tetsuo Kojima; Takashi Yamamoto; Akira Ishimori; Kuniaki Iwashiro
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1993-09-15
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2013-09-16
Also published as: DE4345434C2

Abstract

Es wird eine Festkörperlaservorrichtung beschrieben, mit der ein Laserstrahl hoher Energie erzeugt werden kann. Es wird ferner eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorgeschlagen, mit der eine Laserbearbeitung mit einem Laserstrahl durchgeführt werden kann, der von der Festkörperlaservorrichtung erzeugt wird. Bei der Festkörperlaservorrichtung besitzt ein Laserresonator eine Festkörperkomponente, die in einem zylindrischen Rohr durch Kontakt mit einer Flüssigkeit gekühlt wird, welche durch eine Einlaßöffnung eingeführt und durch eine Auslaßöffnung herausgeführt wird, hat die Festkörperkomponente einen größeren Brechungsindex als die Flüssigkeit, erregt eine durch eine Energiequelle eingeschaltete Lichtquelle die Festkörperkomponente und überträgt ein optisches System Licht von der Lichtquelle zur Festkörperkomponente. Die Oberflächenrauhigkeit der Festkörperkomponente wird eingestellt, besitzt ein Laserresonator eine Festkörperkomponente, die in einem zylindrischen Rohr durch Kontakt mit einer Flüssigkeit gekühlt wird, welche durch eine Einlaßöffnung eingeführt und durch eine Auslaßöffnung herausgeführt wird, hat die Festkörperkomponente einen größeren Brechungsindex als die Flüssigkeit, erregt eine durch eine Energiequelle eingeschaltete Lichtquelle die Festkörperkomponente und überträgt ein optisches System Licht von der Lichtquelle zur Festkörperkomponente. Die Oberflächenrauhigkeit der Festkörperkomponente wird eingestellt, um die Erregungsverteilung im Schnitt der ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Fest körperlasersystems zur Erzeugung eines Laserstrahls in ei ner Materialbearbeitungsvorrichtung.

Ein herkömmlicher Festkörperlaser ist aus der US 49 84 246 bekannt. Dieser herkömmliche Festkörperlaser weist einen flüssigkeitsgekühlten Laserstab auf, der in einer Kavität innerhalb eines optischen Resonators liegt. Der Laserstab wird transversal optisch gepumpt. Über die vom Pumplicht durchdrungenen Oberflächen des Laserstabs ist keine Aussage getroffen.

Die US 50 05 182 zeigt einen Festkörperlaser, dessen Ober fläche mit einer perlenförmigen Schicht überzogen ist. Die perlenförmige Schicht ist vorgesehen, um die von der Pump quelle zum Laserstab übertragene Pumpenenergie zu steigern.

Das DE-Buch: W. Koechner, Solid State Engineering Springer- Verlag Berlin etc., 2. Aufl., 1988, S. 366-368 zeigt eine Untersuchung an Festkörperlasern, bei der ein Einfluß der Oberflächenbeschaffenheit auf die thermische Linsenwirkung angesprochen ist, ohne Angaben über die Beschaffenheit der Oberfläche zu geben. Eine Oberflächenbeschaffenheit mit der zugehörigen Streuung muß so ausgewählt werden, daß das La serlicht in der Mitte des Laserstabs intensiver wird.

Die US 48 05 181 behandelt die Ausbildung der Kavität mit einer Blitzlampe zur Anregung des Laserstabs.

Schließlich zeigt die DE-OS 19 03 946 ebenfalls einen Fest körperlaser, bei dem die Verbesserung der Pumpflächen vor geschlagen wird. Die Lehre dieser Druckschrift besteht dar in, daß Vorsprünge bestimmter Gestalt und Einkerbungen vor gesehen sein müssen. Bezüglich der Oberflächenrauhigkeit ist der Druckschrift zu entnehmen, daß das Polieren der durch Schmirgelsand Nr. 220 aufgerauhten Pumpfläche eines Laserstabes weder den ursprünglichen Wirkungsgrad des Sta bes verkleinert noch die Aufweitung des ausgesandten Laser strahls vergrößert.

Die Fig. 1(a) und 1(b) zeigen einen weiteren, herkömmlichen Festkörperlaser, der beispielsweise in der US 38 03 509 of fenbart ist. In diesen Figuren ist mit 1 ein Totalreflexi onsspiegel, mit 2 ein Teilreflexionsspiegel und mit 3 ein Laserstab bezeichnet. Der Laserstab ist ein Yttrium Alumi nium Granat-(YAG)-Kristall, der eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 1,28 µm RMS besitzt, um eine parasitäre Schwingung zu vermeiden. Üblicherweise sind die YAG-Kristalle mit Neo dym dotiert. Mit 4 ist eine Lichtquelle, wie eine Bogenlam pe, mit 5 eine Stromquelle zum Einschalten der Lichtquelle und mit 6 eine Kavität für die Lichtquelle und das Laserme dium bezeichnet. Beispielsweise ist die Kavität 6 im Schnitt elliptisch ausgebildet, wobei eine Innenfläche des selben eine Lichtreflexionsfläche aufweist. Mit 14 ist ein Lichtstrahl bezeichnet, der in einem Laserresonator erzeugt wird, welcher die Spiegel 1 und 2 aufweist. Durch die zy lindrischen Rohre 9, 900 fließt ein Kühlmittel 70, das die Lichtquelle 4 und den Laserstab 3 peripher kühlt. Das zy lindrische Rohr 900 besitzt eine rauhe Oberfläche. Mit 7 ist ein Dichtungsmaterial, beispielsweise ein O-Ring be zeichnet. 81, 82 bezeichnen eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung für das Kühlmittel 70. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet den nach außen emittierten Laserstrahl, und mit 8 ist eine Basis bezeichnet.

Der herkömmlich ausgebildete Festkörperlaser ist in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet. Die Lichtquelle 4 und der Laserstab 3 sind in einem Brennpunkt der Kavität, der im Schnitt elliptisch ausgebildet ist, angeordnet; die Lichtquelle 4 wird von der Stromquelle 5 zur Abgabe von Licht eingeschaltet, und dieses Pumplicht durchläuft das eine streuende rauhe Oberfläche aufweisende zylindrische Rohr 900 und trifft gleichmäßig in Umfangsrichtung auf den Laserstab, der durch das Pumplicht angeregt wird. Ferner werden die Lichtquelle 5 und der Laserstab 3 durch das im zylindrischen Rohr 900 zirkulierende Kühlmedium 70 peripher gekühlt.

Bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Festkörper laser regt das von der Lichtquelle abgegebene Licht den La serstab in Umfangsrichtung gleichmäßig an. Der Laserstab wird jedoch in seiner Achsmitte stark angeregt. Es tritt daher eine Verstärkungsverteilung auf, so daß in bezug auf die Qualität des in diesem Abschnitt erzeugten Lasermediums Schwankungen erzeugt werden. Folglich ist es kaum möglich, einen Strahl hoher Qualität mit gutem Konzentrationsvermö gen vorzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst ef fizientes Festkörperlasersystem zur Materialbearbeitung an zubieten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 bis 6 gelöst.

Erfindungsgemäß wird das Pumplicht durch einen Halbleiter laser als Lichtquelle erzeugt. Die vom Pumplicht durchdrun gene Oberfläche des Laserstabes weist eine solche Oberflä chenrauhigkeit auf, daß keine Wellenfrontaberration des hindurchdringenden Laserstrahls auftritt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Oberflächenrauhigkeit nicht kleiner als 3,3 µm RMS (Wurzel aus dem quadratischen Mittelwert der Rauhtiefe) ist. Die auf die Pumpfläche auftreffenden Strah len werden nicht abgelenkt. Die thermische Linsenwirkung des Laserstabs wird so weitgehend eliminiert und Laser strahlen mit hoher Leistung und hoher Qualität erzielt. Die Oberflächenbeschaffenheit des Laserstabs dient dazu, daß die Brechungswirkung des Pumplichts auf der Oberfläche des Laserstabs reduziert wird. Ein derartiges hoch wirksames Festkörperlasersystem wird erfindungsgemäß zur Materialbe arbeitung verwendet.

Wahlweise weist die Innenseite der Kavität eine diffuse Re flexionsfläche auf, wodurch der erzielbare Wirkungsgrad weiter verbessert wird.

Bei dem in der Laserbearbeitungsvorrichtung verwendeten Festkörperlaser wird der Laserstab am Umfang durch eine Flüssigkeit gekühlt. Der Laserstab, der einen größeren Bre chungsindex als die Kühlflüssigkeit aufweist, erhält eine Oberflächenrauhigkeit von nicht weniger als 3,3 µm RMS. Es ist somit möglich, ein Lasermedium einzusetzen, mit dem ei ne im wesentlichen gleichmäßige Emission ohne Aberration im Querschnitt möglich ist. Auf diese Weise ist es möglich, einen Laserstrahl mit hoher Energie und Qualität zu erzeu gen.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Innenfläche der Ka vität diffus reflektiert. Der Pumplichtstrahl wird dann bei jeder Reflexion gleichmäßig in den Laserstab reflektiert. Durch die Oberflächenrauhigkeit des Laserstabs erfolgen keine Verluste bei Eintritt des Pumplichtes in den Laser stab. Somit ist es möglich, ein Absinken des Laserwirkungs grades zu verhindern.

Wahlweise können auch mehrere in Reihe geschaltete, durch Halbleiterlaser transversal optisch gepumpte Laserstäbe in Kavitäten von mehreren Resonatoren vorgesehen sein, um eine möglichst hohe Intensität des Laserstrahls zu erzielen.

Ebenso wahlweise kann die Oberflächenrauhigkeit in Längs richtung des Laserstabs unterschiedlich sein, wodurch sich eine Verstärkungsverteilung im Querschnitt des Laserstabs ergibt.

Vorteilhaft ist die Verwendung der Festkörperlaservorrich tung, wenn die Laserbearbeitungsvorrichtung in ihrem opti schen System eine Lichtleitfaser aufweist, die den Laser strahl von der Festkörperlaservorrichtung in die Nähe des Werkstücks führt.

Wahlweise kann ein von einem optischen System zum Werkstück austretender Laserstrahl der Laserbearbeitungsvorrichtung durch ein optisches Kondensorsystem gebündelt werden, in dessen Brennpunktnähe eine Blende vorgesehen ist.

Bevorzugte Vergleichsbeispiele der Erfindung werden nach folgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1(a) eine Seitenschnittansicht durch einen Festkörperlaser gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 1(b) einen Querschnitt des Festkörperlasers der Fig. 1(a);

Fig. 2(a) eine Seitenschnittansicht durch einen Festkörperlaser eines ersten Ver gleichsbeispiels;

Fig. 2(b) einen Querschnitt des Festkörperlasers der Fig. 2(a);

Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der Oberfläche des Laserstabs;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Wir kung der Oberflächenbeschaffenheit des Laserstabs;

Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der Oberfläche des Laserstabs;

die Fig. 6(a) und 6(b) Darstellungen zur Erläuterung der Wir kung der Oberfläche des Laserstabs;

Fig. 7 eine Teilansicht des Festkörperlasers der Fig. 3;

Fig. 8 ein Diagramm, das eine Beziehung zwi schen einem Abstand zwischen einer Lin se und einem Spiegel und einer äquiva lenten Spiegelkrümmung wiedergibt;

Fig. 9 ein Diagramm, das eine Beziehung zwi schen einer Laserleistung und einem Di vergenzwinkel wiedergibt;

Fig. 10 eine Abwandlung des Festkörperlasers der Fig. 2;

Fig. 11 eine weitere Abwandlung des Festkörper lasers der Fig. 2;

Fig. 12(a) eine Seitenschnittansicht durch einen Festkörperlaser eines zweiten Ver gleichsbeispiels;

Fig. 12(b) einen Querschnitt des Festkörperlasers der Fig. 12(a);

die Fig. 13 (a) und 13(b) zur Erklärung dienende Darstellungen der Laserintensitätsverteilungen beim zweiten Vergleichsbeispiel;

die Fig. 14 (a) und 14(b) eine Seitenschnittansicht und einen Querschnitt eines Festkörperlasers ge mäß einem dritten Vergleichsbeispiel;

Fig. 15 eine zur Erklärung dienende Darstellung der Laserintensitätsverteilung beim dritten Vergleichsbeispiel;

die Fig. 16(a) und 16(b) eine Seitenschnittansicht und einen Querschnitt eines Festkörperlasers ge mäß einem vierten Vergleichsbeispiel;

die Fig. 17 (a) und 17(b) eine weitere Seitenschnittansicht und einen weiteren Querschnitt des vierten Vergleichsbeispiels;

Fig. 18 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem fünften Ver gleichsbeispiel;

Fig. 19 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem sechsten Vergleichsbeispiel;

die Fig. 20(a) und 20(b) eine Seitenschnittansicht und einen Querschnitt gemäß einem Ausführungsbei spiel

Fig. 21 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem siebten Ver gleichsbeispiel;

Fig. 22 eine Teilansicht des Festkörperlasers der Fig. 21;

Fig. 23 ein Diagramm, das eine Beziehung zwi schen einem Abstand zwischen einer Lin se und einem Spiegel und einer äquiva lenten Spiegelkrümmung wiedergibt;

Fig. 24 ein Diagramm, das eine Beziehung zwi schen einer Laserleistung und einem Divergenzwinkel wiedergibt;

Fig. 25 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem achten Ver gleichsbeispiel;

die Fig. 26(a) und 26(b) Darstellungen der Laserintensitätsver teilungen beim achten Vergleichsbei spiel;

Fig. 27 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem neunten Ver gleichsbeispiel;

Fig. 28 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem zehnten Ver gleichsbeispiel;

Fig. 29 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem elften Ver gleichsbeispiel;

Fig. 30 ein Diagramm, das die Beziehung zwi schen einem Abstand zwischen optischen Komponenten und der Laserabgabeleistung bei dem Festkörperlaser der Fig. 25 zeigt;

Fig. 31 das Diagramm, das eine Impulsform zeigt, wenn eine Impulsschwingung in dem Festkörperlaser der Fig. 25 durch geführt wird;

Fig. 32 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem zwölften Ver gleichsbeispiel;

Fig. 33 eine Seitenschnittansicht einer Abwand lung des Festkörperlasers des zwölften Vergleichsbeispiels;

Fig. 34 ein Diagramm, das Beziehungen zwischen der vom Start der Laserschwingung abge laufenen Zeit und den Divergenzwinkeln des Laserstrahles zeigt;

Fig. 35 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem dreizehnten Vergleichsbeispiel;

Fig. 36 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem vierzehnten Vergleichsbeispiel;

Fig. 37 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem fünfzehnten Vergleichsbeispiel;

Fig. 38 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem sechzehnten Vergleichsbeispiel;

Fig. 39 eine Seitenschnittansicht eines Fest körperlasers gemäß einem siebzehnten Vergleichsbeispiel;

die Fig. 40(a) und 40(b) eine Seitenschnittansicht und einen Querschnitt eines achtzehnten Ver gleichsbeispiels;

die Fig. 41(a) und 41(b) eine Seitenschnittansicht und einen Querschnitt eines neunzehnten Ver gleichsbeispiels;

die Fig. 42(a) und 42(b) eine Seitenschnittansicht und einen Querschnitt eines zwanzigsten Ver gleichsbeispiels;

die Fig. 43(a) und 43(b) Darstellungen der Laserintensitätsver teilungen beim zwanzigsten Vergleichs beispiel;

die Fig. 44(a) und 44(b) eine Seitenschnittansicht und einen Querschnitt einer Abwandlung des zwanzigsten Vergleichsbeispiels;

die Fig. 45(a) und 45(b) eine Seitenschnittansicht und einen Querschnitt eines einundzwanzigsten Vergleichsbeispiels; und

die Fig. 46(a) und 46(b) eine Seitenschnittansicht und einen Querschnitt eines zweiundzwanzigsten Vergleichsbeispiels.

Es werden nunmehr ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie mehrere Vergleichsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Die Ausgestaltun gen der Vergleichsbeispiele sind auch beim Ausführungsbei spiel der Erfindung einsetzbar, sofern als Lichtquelle ein Halbleiterlaser verwendet wird.

Vergleichsbeispiel 1

In den Fig. 2(a) und 2(b) sind mit 11 ein Reflexions spiegel, mit 12 eine Linse, mit 13a und 13b entsprechende bewegliche Objekttische, um den Reflexionsspiegel 11 und die Linse 12 relativ zu einem Laserstab 300, der eine rauhe Oberfläche besitzt, vor und zurück zu bewegen, mit 6 eine Kavität, die eine diffus reflektierende Fläche als Innen fläche aufweist, und mit 9 ein transparentes zylindrisches Glasrohr bezeichnet.

Bei einem in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebilde ten Festkörperlaser sind die Lichtquelle 4 und der mit der rauhen Oberfläche versehene Laserstab 300 im Brennpunkt ei ner Kavität 6 angeordnet, die im Schnitt elliptisch ausge bildet ist. Die Lichtquelle 4 wird über die Stromquelle 5 zur Abgabe von Licht eingeschaltet, und der Laserstab 300 wird mit dem abgegebenen Licht angestrahlt. Somit wird der Laserstab durch das abgegebene Licht angeregt.

Durch Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit des Laserstabs wird typischerweise der Wirkungsgrad der Laserschwingung reduziert. Das ist darauf zurückzuführen, daß ein Teil des in eine Mantelfläche des Laserstabs eindringenden Lichtes auf der rauhen Oberfläche rückwärts gestreut wird, was zu einem Verlust dieses Teils des Lichtes führt.

Um einen reduzierten Wirkungsgrad zu vermeiden, wird die Kavität 6 verwendet, um das Pumplicht besser auszunützen. Nachdem das Pumplicht auf der Oberfläche des Laserstabs rückwärts gestreut und von der Kavität wieder reflektiert wurde, wird es erneut auf den Laserstab gerichtet. Daher ist es möglich, ein Absinken des Laserschwingungswirkungs grades durch die Oberflächenrauhigkeit des Laserstabs im Gegensatz zum Stand der Technik zu verhindern. Die Kavität 6 ist mit einer diffusen Reflexionsfläche als Innenfläche versehen.

Da bei der in Fig. 2 gezeigten Vergleichsbeispiel der Kavi tät eine diffus reflektierende Innenfläche vorgesehen ist, wird das auf der Oberfläche des Laserstabs gestreute Licht an der Innenfläche der Kavität gestreut und reflektiert, und mindestens ein Teil des Lichtes wird jedesmal in den Laserstab rückgeführt, um diesen anzuregen.

Bei den Ergebnissen des Experimentes mit dem Nd:YAG-Stab und der Bogenlampe wurde in der Tat mit experimenteller Ge nauigkeit keine Veränderung der Schwingungscharakteristik festgestellt, und zwar selbst dann, wenn die Oberflächen rauhigkeit des Laserstabs in einem Bereich von 1,28 bis 5,12 µm RMS variierte.

In dem stabilen Resonator, der durch die Spiegel 2, 11 und die Linse 12 definiert ist, wird ein Laserstrahl erzeugt, der eine im wesentlichen gleichmäßige Intensitätsverteilung senkrecht zur Längsachse des Laserstabs aufweist.

Durch eine Einströmöffnung 81 umfließt ein Kühlmittel 70 die Lichtquelle 4 und den Laserstab 300, die sich jeweils in einem zylindrischen Rohr 9 befinden. Das Kühlmittel 70 kühlt die Lichtquelle 4 und den Laserstab 300 in Umfangs richtung. Die Temperatur des Kühlmittels 70 steigt durch Kühlen des Laserstabs 300 und der Lichtquelle 4 an; das Kühlmedium 70 wird über die Ausströmöffnung 82 nach außen abgegeben. Die Enden des Laserstabs 300 sind mit Hilfe des Dichtungsmaterials 7 gegenüber der Kavität abgedichtet.

Wenn bei einem Festkörperlaser der als bekannt vorausge setzten Art das Pumplicht in Umfangsrichtung auf den Laser stab 300 trifft, so erzeugt es im Laserstab 300 eine Ver stärkungsverteilung in Form einer thermischen Linse. Als Folge hiervon tritt beim Laserstrahl eine Wellenfrontaber ration auf. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Laser stab 300 keine ausreichende Oberflächenrauhigkeit besitzt und das Licht auf der Oberfläche abgelenkt wird.

Um diesen Nachteil weitgehend zu beseitigen, weist der be vorzugte Laserstab eine aufgerauhte Oberfläche auf, so daß eine auf der Oberfläche des Laserstabs gestreute Lichtkom ponente stärker ansteigen kann als eine hierauf abgelenkte Lichtkomponente, so daß die thermische Linsenwirkung im Schnitt aufgrund einer Reflexionswirkung stark einge schränkt werden kann.

Ergänzend kann bei dem in Fig. 2 gezeigten Vergleichsbei spiel ein optisches System zur Korrektur der restlichen thermischen Linsenwirkung Verwendung finden, das den Total reflexionsspiegel 11 und die Kondensorlinse 12 anstelle des herkömmlichen Totalreflexionsspiegels 1 enthält.

Selbst wenn der Totalreflexionsspiegel 1 wie bei der her kömmlichen Vergleichsbeispiel verwendet wird, ist es mög lich, einen Laserstrahl 15 mit besserer Strahlqualität zu schaffen, da der Laserstab eine verringerte Wellenfront aberration bietet. Eine Erhöhung der Leistung des Pump lichts bewirkt jedoch eine Verstärkung der thermischen Lin senwirkung im Laserstab, so daß sich auf diese Weise die Qualität des Laserstrahles 15 geringfügig verschlechtert. Das den Totalreflexionsspiegel 11 und die Kondensorlinse 12 enthaltende optische System wird eingesetzt, um diese Ände rung zu beseitigen. Der Festkörper läßt daher einen Laser strahl ohne Wellenfrontaberration desselben hindurchtreten.

Fig. 3 zeigt die Ergebnisse eines Experimentes, bei dem die Wellenfrontaberration des Laserstabs infolge der thermi schen Linsenwirkung durch Verändern der Oberflächenrauhig keit des Laserstabs gemessen wurde. Mit den Versuchsergeb nissen werden zwei Fälle verglichen, d. h. ein Fall, bei dem ein Nd:YAG(Y₃Al₅O₁₂)-Stab mit einem Brechungsindex von 1,82, der als Laserstab diente, in Umfangsrichtung mit Wasser mit einem Brechungsindex von 1,3 gekühlt wurde, und ein anderer Fall, bei dem der Nd:YAG-Stab in der Atmosphäre angeordnet wurde.

Bei dem Versuch wurde der Nd:YAG-Stab durch eine Bogenlam penlichtquelle in Wasser erregt, und ein HeNe-Laserstrahl durchlief den Nd:YAG-Stab in Axialrichtung. Der Maximalwert der Aberration im Schnitt des emittierten Laserstrahles wurde gemessen und ist in Fig. 3 gezeigt.

Man kann erkennen, daß die Wellenfrontaberration infolge der Verstärkungsverteilung bis zu einem Schwellwert, der dem Laserstab eigen ist, wesentlich reduziert werden kann, wenn die Oberflächenrauhigkeit auf 1,28 µm RMS oder mehr festgelegt wird, wenn der Laserstab in der Atmosphäre ange ordnet ist.

Bei dem herkömmlichen Laserstab, der im Handel erhältlich ist, ist das Oberflächenfinish tatsächlich auf einen Be reich von einem polierten und transparenten Zustand bis zu einer Rauhigkeit von 1,28 µm RMS eingestellt. Es ist erfor derlich, eine parasitäre Schwingung mit einer Seitenfläche des Laserstabs als optischen Weg zu vermeiden oder die Gleichmäßigkeit der optischen Intensitätsverteilung in Um fangsrichtung zu verbessern, was der gleichen Zielsetzung wie beim Stand der Technik entspricht. Es ist bekannt, daß diese Zielsetzung durch einen Laserstab erreicht werden kann, der eine Oberflächenrauhigkeit von 0,51 bis 1,28 µm RMS aufweist und bei dem die Oberfläche wie bei einem ge schliffenen Glas sichtbar ist.

Wenn jedoch der Laserstab am Umfang gekühlt wurde, um einen Hochleistungslaserstab zu erzeugen, wurde festgestellt, daß die Oberflächenrauhigkeit auf einen Wert eingestellt werden sollte, der ein Mehrfaches des Wertes beträgt, bei dem der Laserstab in der Atmosphäre angeordnet ist, beispielsweise auf einen Wert von nicht weniger als 3,3 µm RMS, bevor die Wellenfrontaberration der Übertragung im Schnitt des Laser stabs auf im wesentlichen die Aberration reduziert werden konnte, die dem Laserstab eigen ist.

Dies ist möglicherweise auf die stärkere Immersionswirkung des Wassers zurückzuführen, da Wasser einen höheren Bre chungsindex als die Atmosphäre aufweist, so daß daher der Unterschied der Brechungsindizes des Laserstabs und des ihn umgebenden Mediums abnimmt, was zu einer Reduktion des Streueffektes auf der Oberfläche führt.

Auf diese Weise ist bei dem in Fig. 2 gezeigten Vergleichs beispiel die thermische Linsenwirkung des Laserstabs auf grund der rauhen Oberfläche im Schnitt im wesentlichen kon stant. Es tritt daher eine geringere Aberration auf, so daß die thermische Linsenwirkung durch das optische Bildüber tragungssystem über den gesamten Querschnitt korrigiert werden kann. Somit ist es möglich, einen Laserstrahl hoher Leistung und hoher Qualität in wirksamer Weise im gesamten Querschnitt des Laserstabs zu erzeugen.

Ein zweites Experiment wurde durchgeführt, das die vorste hend angegebene Annahme bestätigt, daß die Wellenfrontaber ration bei einem Anstieg des Streueffektes auf der Oberflä che abnimmt.

In diesem Experiment wurde der Laserstab durch einen paral lel ausgerichteten HeNe-Laserstrahl 700 an der Mantelfläche angestrahlt, ohne daß es zu der in der Fig. 5 gezeigten Wirkung kam. Es wurde damit beobachtet, wie sich das Licht im Schnitt des Laserstabs fortpflanzt.

Da der Nd:YAG-Stab in zylindrischer Form vorgesehen ist, wurde der HeNe-Laserstrahl 700 gebündelt. Er verlief in ei nem Schnitt des Stabes, wie in Fig. 6(a) gezeigt ist, wenn das Licht auf der Oberfläche abgelenkt wurde. Mit einer rauheren Oberfläche bei Erhöhung des Streueffektes wurde jedoch beobachtet, daß der He-Ne-Laserstrahl sich diffus im Schnitt fortpflanzt, wie in Fig. 6(b) gezeigt ist. Eine Bündelung trat nicht auf.

Bei dem Versuch wurde ein diffuser Zustand, wie in Fig. 6(b) gezeigt, bei dem Fall beobachtet, bei dem die Oberflä chenrauhigkeit 1,28 µm RMS in Atmosphäre betrug. Als jedoch der Laserstab in Wasser angeordnet war, wurde der in Fig. 6(a) gezeigte Zustand bei einer Oberflächenrauhigkeit von 1,28 µm RMS beobachtet. Daher wurde der Grad der Oberflä chenrauhigkeit auf 2,56 µm RMS oder mehr erhöht. Erst dann wurde ein sich nahezu vollständig in diffuser Weise fort pflanzender Laserstrahl gemäß Fig. 6(b) beobachtet.

Die Versuchsergebnisse bestätigen die Gültigkeit der nach folgenden Aussage, die aufgrund der Ergebnisse des Versuchs durch die Lichtquelle aufgestellt wird. "Dies ist möglich, weil Wasser einen höheren Brechungsindex als die Atmosphäre besitzt, so daß auf diese Weise der Unterschied zwischen den Brechungsindizes des Laserstabs und des ihn umgebenden Mediums abnimmt, was zu einer Reduzierung des Streueffektes auf der Oberfläche führt." Es wurde daher nachgewiesen, daß der Laserstab eine Oberflächenrauhigkeit von 2,56 bis 3,3 µm RMS oder mehr aufweisen muß, wobei dieser Wert doppelt so groß ist wie die übliche Oberflächenrauhigkeit, bevor die Wellenfrontaberration des Durchtritts im Schnitt des Laserstabs auf im wesentlichen die Aberration reduziert werden kann, die der Laserstab von Natur aus hat.

Die Streuwirkung auf der Oberfläche des Laserstabs kann möglicherweise durch das Verhältnis zwischen dem Brechungs index des Laserstabs und dem Brechungsindex des ihn umge benden Kühlmediums definiert werden. Daher können die Ver suchsergebnisse auf das Wasser als Hauptkomponente enthal tende Kühlmittel und einen Laserstab, der einen Brechungs index von etwa 1,8 oder weniger aufweist, wie beispielswei se ein LiYF₄, Al₂O₃, BeAl₂O₄, Glas, LiSrAlF₆, LiCaAlF₆ als Hauptbestandteile enthaltender Laserstab übertragen werden.

Es ist vorteilhaft, die Oberflächenrauhigkeit nur an den Stellen vorzusehen, die vom Licht der Pumplichtquelle er reicht wird. Dann brauchen die Kontaktabschnitte des Dich tungsmaterials 7 am Ende des Laserstabes keine Oberflächen rauhigkeit besitzen, damit das Kühlmittel 70 in beständiger Weise abgedichtet werden kann.

Des weiteren können Integralwerte, der Intensitätsvertei lung im Schnitt des Laserstabs durch axiales Verändern des Grades der Oberflächenrauhigkeit entsprechend der Intensi tätsverteilung des Laserstrahles verändert werden.

Es folgt nunmehr eine zusätzliche Beschreibung des opti schen Systems zum Einführen des Lichts der Lichtquelle in den Laserstab gemäß Fig. 2.

Der Totalreflexionsspiegel 11 und die Kondensorlinse 12 sind an Positionen angeordnet, um einem Bildübertragungszu stand gerecht zu werden. Es wird beispielsweise angenommen, daß R die Krümmung des Totalreflexionsspiegels, f die Brennweite der Kondensorlinse und L(= R + f) der Abstand zwischen dem Totalreflexionsspiegel und der Kondensorlinse ist. Hierbei kann ein Bild in einer Position, die um L von einer Vorderfläche der Kondensorfläche beabstandet ist, durch die Reflexion übertragen werden.

In diesem Fall kann das optische System in äquivalenter Weise als Reflexionsspiegel dienen, der eine geringere Krümmung besitzt, wenn der Abstand zwischen dem Totalrefle xionsspiegel und der Kondensorlinse um eine geringe Größe, beispielsweise über den Tisch 13a oder den Tisch 13b, ver ändert wird.

Mit anderen Worten, das im linken Diagramm der Fig. 7 ge zeigte optische Bildübertragungssystem entspricht einem Zu stand, in dem sich ein Spiegel mit einer im rechten Dia gramm der Fig. 7 gezeigten Krümmung in einer Position A im linken Diagramm der Fig. 7 befindet. Dieses optische System wird hiernach als Spiegel mit veränderlicher Krümmung zur Bildübertragung bezeichnet.

Der Krümmungsradius des Spiegels mit veränderlicher Krüm mung ist proportional zu der inversen Abweichungsgröße von einer Basisdistanz, um dem Bildübertragungszustand zwischen der Linse und dem Reflexionsspiegel gerecht zu werden, wie im rechten Diagramm der Fig. 7 gezeigt. Folglich wird in folge der geringen Änderung der Distanz der Krümmungsradius gegenüber dem einer Ebene wesentlich geändert.

Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem Abstand zwischen der Linse und dem Spiegel und dem Krümmungsradius eines ä quivalenten Spiegels. Man kann erkennen, daß sich die äqui valente Krümmung mit gutem Ansprechverhalten in bezug auf eine geringe Distanzänderung ändern kann und daß der Krüm mungsradius durch Änderung einer geringen Distanz von 0,5 mm in einem Bereich von unendlich bis etwa 2 mm stark ver ändert werden kann, da das optische Bildübertragungssystem verwendet wird.

Gemäß Fig. 2 kann das optische Bildübertragungssystem mit dem Totalreflexionsspiegel 11 und der Kondensorlinse 12 die gleiche Funktion ausüben wie ein in dem Laserstab angeord neten Spiegel mit veränderlicher Krümmung. Mit anderen Wor ten, es ist möglich, die thermische Linsenwirkung des La serstabs in unmittelbarer Nähe einer Position zu beseiti gen, an der die thermische Linsenwirkung auftritt.

Die thermische Linsenwirkung des Laserstabs ändert sich in Abhängigkeit von Änderungen der Energiezufuhr für die Lichtquelle. Der Abstand zwischen dem Totalreflexionsspie gel 11 und der Kondensorlinse 12 wird durch die Objektti sche 13a oder 13b um eine geringe Größe verändert, um die äquivalente Krümmung des optischen Bildübertragungssystems zu verändern, wodurch die Änderung aufgrund der thermischen Linsenwirkung aufgehoben wird. Auf diese Weise ist es mög lich, einen Laserstrahl zu erzeugen, der eine gleichmäßige Abstrahlqualität besitzt, und zwar unabhängig von Änderun gen aufgrund der thermischen Linsenwirkung des Laserstabs.

Bei dem Vergleichsbeispiel wurde angenommen, daß der Laser stab einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Der Quer schnitt des Laserstabs ist jedoch nicht auf einen derarti gen kreisförmigen Querschnitt beschränkt. Es können viel mehr auch Rechteckquerschnitte oder elliptische Querschnit te Verwendung finden.

Fig. 9 zeigt Versuchsergebnisse in bezug auf eine Messung des Divergenzwinkels, der als Index der Strahlqualität in Abhängigkeit von der Laserleistung dient, wenn der Nd:YAG- Stab als Festkörperkomponente verwendet wird. In Fig. 9 ist mit Linie A der herkömmliche Festkörperlaser angegeben, bei dem die thermische Linsenwirkung nicht kompensiert wird, während Linie B einen Fall zeigt, bei dem die thermische Linsenwirkung durch das optische Bildübertragungssystem kompensiert wird. Infolge der Kompensation der thermischen Linsenwirkung hängt der Divergenzwinkel kaum von der Laser leistung ab.

Das optische Bildübertragungssystem ist nicht auf eine Kom bination aus dem Reflexionsspiegel und der Linse be schränkt. Es kann irgendein optisches System verwendet wer den, das eine optische Krümmung aufweist, wobei das opti sche System als Äquivalenz zu einem optischen System ange sehen werden kann, das in der Nähe der Festkörperkomponente angeordnet ist. Es stehen somit Abwandlungen zur Verfügung, wie sie in den Fig. 10 und 11 gezeigt sind.

Fig. 10 zeigt Abwandlungen, bei denen das optische Bild übertragungssystem Reflexionsspiegel 11 anstelle der Linse 12 verwendet. Wie aus diesen Abwandlungen hervorgeht, soll te das optische Bildübertragungssystem nicht auf die in Fig. 2 gezeigte Kombination aus den Reflexionsspiegeln und der Linse beschränkt sein. Kurz gesagt, muß eine Vielzahl von optischen Systemen nur miteinander kombiniert und so eingesetzt werden, daß der Bildübertragungszustand erreicht wird.

Gemäß Fig. 11 ist ein optisches System mit einer Kombinati on aus dem Totalreflexionsspiegel 11 und der Kondensorlinse 12 in einem Gehäuse 60 untergebracht. Es ist auf diese Wei se mögliche, die in der Atmosphäre vorhandene Staubver schmutzung zu vermeiden und eine Qualitätsverschlechterung des Laserstrahles infolge der umgebenen Atmosphäre zu ver hindern, die örtlich durch Staub erhitzt wird, der am Brennpunkt des optischen Systems erhitzt wird.

Gemäß der in Fig. 11 vorgesehenen Abwandlung ist des weite ren ein Abführloch 61 vorgesehen, um den Druck im Gehäuse 60 zu reduzieren.

Auf diese Weise wird der durch den Laserstab 300 mit der rauhen Oberfläche erzeugte Laserstrahl 14 hoher Qualität auf einen kleinen Fleck zwischen dem Totalreflexionsspiegel 11 und der Kondensorlinse 12 konzentriert. Folglich ist es möglich, eine Plasmabildung (air break) zu verhindern.

Vergleichsbeispiel 2

Bei dem in den Fig. 12(a) und 12(b) gezeigten Ver gleichsbeispiel ist ein instabiler Resonator vorgesehen, bei dem ein vergrößerter Reflexionsspiegel 16, der Totalre flexionsspiegel 11 und die Kondensorlinse 12 anstelle eines Teilreflexionsspiegels Verwendung finden.

Dieser instabile Resonator erzeugt einen Laserstrahl, der eine gleichmäßigere Intensitätsverteilung besitzt, da hier bei im Gegensatz zu dem stabilen Resonator ein Beugungsef fekt auftritt.

Für Vergleichszwecke zeigen die Fig. 13(a) und 13(b) In tensitätsverteilungen des Laserstrahles in dem Laserstab, die in zwei Fällen erhalten werden, d. h. einem Fall, bei dem der stabile Resonator Verwendung findet (Fig. 13(a)), und einem anderen Fall, bei dem der instabile Resonator verwendet wird (Fig. 13(b)).

Da der Laserstrahl eine gleichmäßige Querschnittsform be sitzt, kann der gleichmäßige Laserstrahl den Laserstab selbst in einem hohen Energiebereich, in dem der Laser strahl teilweise von dem Laserstab absorbiert wird und die sen im Inneren erhitzt, gleichmäßig erhitzen. Daher wird durch gleichmäßiges Erregen des Inneren ein Lasermedium er zeugt, wobei die Gleichförmigkeit des Lasermediums aufgrund der Oberflächenrauhigkeit des Laserstabs nicht gestört wird. Somit ist es möglich, selbst im hohen Energiebereich die Qualität des Laserstrahles aufrechtzuerhalten.

Bei dem in den Fig. 12(a) und 12(b) gezeigten Ver gleichsbeispiel ist ferner ein optisches Bildübertragungs system dargestellt, das eine Kombination aus dem Totalre flexionsspiegel 11 und der Kondensorlinse 12 umfaßt.

Bei dem Laser, bei dem der instabile Resonator Verwendung findet, besitzt ein vom Resonator abgeleiteter Laserstrahl eine Wellenfrontaberration, die sich in Abhängigkeit von der thermischen Linsenwirkung des im Resonator angeordneten Laserstabs verändert. Wenn daher die Änderung der Wellen frontaberration durch Verwendung des optischen Bildübertra gungssystems stabilisiert wird, ist es möglich, einen La serstrahl mit einer stabilen äußeren Fortpflanzung zu er zeugen.

Vergleichsbeispiel 3

Bei dem in den Fig. 14(a) und 14(b) gezeigten Ver gleichsbeispiel ist ein Resonator vorgesehen, der einen vergrößerten Austrittsspiegel 25 anstelle des vergrößerten Reflexionsspiegels 16 der zweiten Vergleichsbeispiel, den Totalreflexionsspiegel 11 und die Kondensorlinse 12 be sitzt. Der vergrößerte Austrittsspiegel 25 umfaßt einen Teilreflexionsspiegel 26 an einem mittleren Abschnitt und einen nicht reflektierenden Abschnitt 27 an einem Umfangs abschnitt des mittleren Abschnitts.

Bei diesem Vergleichsbeispiel ist es möglich, im Inneren einen Laserstrahl vorzusehen, der eine Intensitätsvertei lung besitzt, die im wesentlichen die gleiche Form wie die in Fig. 11 gezeigte hat. Darüber hinaus ist es möglich, nach außen einen kompakten Laserstrahl (einschließlich ei nes vollständig kompakten Mittelstrahles) vorzusehen, wie in Fig. 15 gezeigt, d. h. einen Laserstrahl, der eine gute Fokussierbarkeit aufweist.

Im Vergleich zu dem zweiten Vergleichsbeispiel ist es somit möglich, die Intensität eines Laserstrahles 28, die für die gleiche Fokussierbarkeit erforderlich ist, und die Wärme menge, die infolge der Absorption des Laserstrahles durch den Laserstab erzeugt wird, zu reduzieren. Somit kann von der Festkörperkomponente entwickelte Wärme verringert wer den und selbst im hohen Energiebereich ein Laserstrahl ho her Qualität auf stabile Weise erzeugt werden.

Vergleichsbeispiel 4

Bei dem in den Fig. 16(a) und 16(b) gezeigten Ver gleichsbeispiel wird zusätzlich zu den Merkmalen des drit ten Vergleichsbeispiels eine Phasendifferenz zwischen einem den mittleren teilreflektierenden Spiegel 26 und einem den peripheren nicht reflektierenden Abschnitt 27 durchdringen den Laserstrahl beseitigt, indem der teilreflektierende Spiegel 26 mit einer Dicke, die ein Mehrfaches der normalen Dicke beträgt, vorgesehen ist oder indem in einer Außenflä che des Spiegels eine Stufe 35 vorgesehen ist, wie in den Fig. 17(a), 17(b) gezeigt. Es ist auf diese Weise mög lich, einen Festkörperlaserstrahl mit gleichmäßiger Phase vorzusehen.

Somit kann die Fokussierbarkeit des Laserstrahles weiter verbessert werden. Es ist daher möglich, die Intensität ei nes Laserstrahles 7, die für die gleiche Fokussierbarkeit erforderlich ist, niedriger zu machen als bei dem dritten Vergleichsbeispiel und die Wärmemenge zu reduzieren, die durch Absorption des Laserstrahles durch den Laserstab er zeugt wird. Somit kann die von dem Laserstab entwickelte Wärme reduziert werden, um selbst in einem hohen Energiebe reich auf stabile Weise einen Laserstrahl hoher Qualität zu erzeugen.

Vergleichsbeispiel 5

Bei dem in Fig. 18 gezeigten Vergleichsbeispiel wird ein Laserstab mit rauher Oberfläche so erregt, daß er zu einem Lasermedium wird, wobei der Laserstab als Verstärker für einen Laserstrahl verwendet wird.

Während in Fig. 18 eine als Oszillator dienende Laservor richtung auf der linken Seite der Figur dargestellt ist und der Vorrichtungen der Fig. 2(a) und 2(b) entspricht, ist eine auf der rechten Seite dargestellte und als Verstärker dienende Laservorrichtung nicht mit einem Resonator verse hen und verstärkt den von der Laservorrichtung auf der lin ken Seite erzeugten Laserstrahl 15, so daß dieser als La serstrahl 150 nach außen abgegeben wird.

Durch eine solche Kombination aus einem Oszillator und ei nem Verstärker wird ein Laserstrahl hoher Energie erzeugt, der besonders wirksam ist, wenn die Lichtquelle 4 den La serstab 300 pulsförmig erregt.

Der Laserstrahl 15 kann ohne Aberration im Schnitt ver stärkt werden, weil der Laserstab die rauhe Oberfläche be sitzt. Mit anderen Worten, der Laserstrahl 15 wird bei kon stanter Strahlqualität in hohem Maße verstärkt und kann als Laserstrahl 150 abgeleitet werden.

Obwohl dieses Vergleichsbeispiel in Verbindung mit dem Festkörperlaser des ersten Vergleichsbeispiels, der den La serresonator verwendet, beschrieben wurde, ist es möglich, den gleichen Effekt mit irgendeinem der Festkörperlaser der Vergleichsbeispiele 2, 3 und 4 zu erzielen.

Vergleichsbeispiel 6

Bei dem in Fig. 19 gezeigten Vergleichsbeispiel ist eine Vielzahl von Laserstäben 300 in Richtung einer optischen Achse angeordnet. Auf diese Weise kann ein Lasermedium in Längsrichtung ausgeweitet werden, um einen Laser mit hoher Energie zu erzeugen.

Es ist schwierig, die Vielzahl der Laserstäbe zu kombinie ren, wenn die entsprechenden Laserstäbe keine Aberration aufweisen. Daher ist es erforderlich, die Laserstäbe so auszuwählen, daß sich die Aberrationen der Vielzahl der La serstäbe teilweise neutralisieren können.

Bei diesem Vergleichsbeispiel ist wegen der Oberflächenrau higkeit der Laserstäbe nur eine kleine Aberration im Schnitt derselben vorhanden, so daß das längliche Laserme dium erhalten werden kann, indem die Vielzahl der Laserstä be ohne jegliche Auswahl derselben kombiniert wird. Mit Hilfe des Lasermediums läßt sich der Laserstrahl hoher E nergie mit niedrigen Kosten erzeugen.

Bei dem in Fig. 19 gezeigten sechsten Vergleichsbeispiel werden Linsen 12a und 12b als optisches System zur Korrek tur der thermischen Linse verwendet einschließlich eines durchlässigen optischen Bildübertragungssystems, das wie der in Fig. 7 gezeigte Spiegel mit veränderlicher Krümmung betrieben werden kann. Die Linsen 12a und 12b sind zwischen die Vielzahl der Laserstäbe eingesetzt, um die thermische Linse der Laserstäbe zu korrigieren. Es ist somit möglich, einen geringfügigen Fokussiereffekt oder eine geringfügige Divergenz durch Einstellung des Raumes zwischen den beiden Linsen 12a und 12b zu erhalten.

Da die entsprechenden Laserstäbe eine geringe Aberration besitzen, ist es möglich, die thermische Linse der Laser stäbe in einfacher Weise zu korrigieren, indem die Linse zwischen die entsprechenden Laserstäbe eingesetzt wird.

Wie in Fig. 19 gezeigt, ist die Kondensorlinse 12 auf dem Objekttisch 13b angeordnet, und die Abstände zwischen den entsprechenden Linsen werden in Abhängigkeit von den Aus gangsleistungen der Erregungslichtquellen 4, d. h. entspre chend der Größe der thermischen Linsen der Laserstäbe 300, verändert. Es ist somit möglich, eine solche Steuerung durchzuführen, daß die Vielzahl der Laserstäbe 300 konstan te Wirkungen auf den die Vielzahl der Laserstäbe durchdrin genden Laserstrahl ausübt, und zwar unabhängig von der Aus gangsleistung der Lichtquelle, d. h. dem erzeugten Laser.

Obwohl dieses Vergleichsbeispiel in Verbindung mit dem Festkörperlaser beschrieben wurde, der den Laserresonator des Vergleichsbeispiels 1 verwendet, ist es auch möglich, den gleichen Effekt bei sämtlichen Festkörperlasern der Vergleichsbeispiele 2, 3 und 4 zu erreichen.

Ausführungsbeispiel

Bei dem in den Fig. 20(a) und 20(b) gezeigten Ausfüh rungsbeispiel findet ein Halbleiterlaser 400 als Lichtquel le 4 Verwendung. Wenn ein Halbleiterlaser verwendet wird, der eine kürzere Wellenlänge ähnlich der eines Laserstrah les besitzt, ist es möglich, den Grad der Wärmeabsorption durch den Laserstab auf einen niedrigeren Wert zu bringen als in dem Fall, bei dem eine Bogenlampe als Lichtquelle verwendet wird. In den Fig. 20(a) und 20(b) ist mit 410 eine optische Komponente bezeichnet, die aus Glas o. ä. be steht, um das Licht des Halbleiters so zu begrenzen, daß es in den Kondensor 6 eingeführt wird.

Es ist somit möglich, die thermische Linsenwirkung des La serstabs zu reduzieren. Da der Laserstab außerdem eine rau he Oberfläche besitzt, ist es ferner möglich, die thermi sche Linsenwirkung niedriger zu machen als bei Verwendung einer Bogenlampe als Lichtquelle in einem Test, bei dem die gleiche Laserausgangsleistung erzielt wurde. Somit ist es möglich, einen Laserstrahl hoher Energie und hoher Qualität zu erreichen.

Falls der Halbleiterlaser verwendet wird, ist es ferner möglich, die Verstärkungsverteilung im Schnitt des Laser stabs einzurichten, indem die Wellenlänge und der Absorpti onskoeffizient des Halbleiterlaserlichtes in dem Laserstab verändert werden.

Wenn beispielsweise der Halbleiterlaser mit einer Wellen länge erregt wird, die nahe an der Absorptionswellenlänge des Laserstabs liegt, kann die Ausgangsleistung der Licht quelle in der Nachbarschaft der Oberfläche des Laserstabs beträchtlich absorbiert werden, was zur Ausbildung einer starken Verstärkungsverteilung in der Nachbarschaft der O berfläche führt.

Wenn im Gegensatz hierzu der Halbleiterlaser mit einer Wel lenlänge erregt wird, die von der Absorptionswellenlänge des Laserstabs weit entfernt ist, durchdringt das abgegebe ne Licht den Laserstab tief und wird danach davon absor biert. Folglich liegt eine relativ intensive Verstärkungs verteilung in der Nachbarschaft eines mittleren Abschnittes des Laserstabs vor.

Es ist somit möglich, die Verstärkungsverteilung durch Ver wendung der Wellenlänge des Halbleiterlasers und durch Aus nutzung der Rauhigkeit der Oberfläche des Laserstabs einzu richten.

Wenn daher die Wellenlänge des als Lichtquelle dienenden Halbleiterlasers in Abhängigkeit vom Zustand der Oberflä chenrauhigkeit des Laserstabs eingestellt wird, ist es mög lich, eine Verstärkungsverteilung vorzusehen, die eine In tensitätsverteilung mit größerer Gleichmäßigkeit im Schnitt des Laserstabs aufweist, d. h. ein gleichmäßiges Lasermedium und ein Lasermedium ohne jegliche Aberration.

Obwohl dieses Ausführungsbeispiel in Verbindung mit dem Festkörperlaser gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel, bei dem ein Laserresonator Verwendung findet, beschrieben wur de, ist es auch möglich, den gleichen Effekt mit irgendei nem der Festkörperlaser der Vergleichsbeispiele 2, 3 und 4 zu erreichen.

Vergleichsbeispiel 7

Fig. 21 ist eine Seitenschnittansicht, die einen Festkör perlaser gemäß Vergleichsbeispiel 7 zeigt.

In Fig. 21 sind mit 11 ein Totalreflexionsspiegel mit einem Krümmungsradius R, mit 12 eine Kondensorlinse, mit 13a und 13b entsprechende bewegliche Tische zur Bewegung des Refle xionsspiegels 11 und der Linse 12 relativ zum Teilreflexi onsspiegel 2 vor und zurück, mit 14 das in einem Laserreso nator (der den Totalreflexionsspiegel 11, den Teilreflexi onsspiegel 2 und die Kondensorlinse 12 umfaßt) erzeugte La serlicht und mit 15 ein von der Laservorrichtung abgegebe ner Laserstrahl bezeichnet.

Es wird nunmehr die Funktionsweise erläutert. Wie bei dem Festkörperlaser des Standes der Technik gibt die Erregungs lichtquelle 4 Licht ab, wenn die Stromquelle 5 eingeschal tet wird. Das abgegebene Licht wird in dem Laserstab 3 durch die Wirkung der Kavität 6 in einer Festkörperlaser vorrichtung konzentriert. Danach wird der Laserstab 3 durch Pumplicht von der Lichtquelle 4 transversal optisch ge pumpt, so daß das Laserlicht 14 erzeugt wird. Bei diesem Vergleichsbeispiel wird das Laserlicht 14 im Laserresona tor, der den Totalreflexionsspiegel 11, den Teilreflexions spiegel 2 und die Kondensorlinse 12 umfaßt, verstärkt. Des weiteren wird das Laserlicht 14 nach außen abgegeben, indem es als Laserstrahl 15 den Teilreflexionsspiegel 2 durch dringt, nachdem das Laserlicht 14 eine vorgegebene Intensi tät erreicht hat.

Es wird nunmehr ein optisches Bildübertragungssystem ein schließlich des Totalreflexionsspiegels 1 und der Konden sorlinse 12 beschrieben. Bei dem optischen Bildübertra gungssystem handelt es sich um ein optisches System, bei dem das von einem Punkt des optischen Systems abgegebene Licht selbst übertragen wird, indem es das optischen System durchdringt, und eine wesentliche zurückgelegte optische Distanz gleich Null ist. Mit anderen Worten, hierdurch wird ein Bildübertragungszustand erreicht. Bei dem Festkörperla ser sind der Totalreflexionsspiegel 11 und die Kondensor linse 12 in Positionen angeordnet, die zu allererst diese Bildübertragungsbedingung erfüllen. Wenn f die Brennweite der Kondensorlinse 12, R(= f) der Krümmungsradius des To talreflexionsspiegels 11 und L(= R + f = 2f) der Abstand zwi schen dem Totalreflexionsspiegel und der Kondensorlinse ist, durchdringt ein Bild in einer Position, die von der Vorderfläche der Kondensorlinse 12 um L entfernt ist, die Kondensorlinse 12 und wird danach durch den Totalreflexi onsspiegel in eine Ausgangsposition übertragen. Wenn der Abstand zwischen dem Totalreflexionsspiegel und der Konden sorlinse durch die Objekttische 13a, 13b um den kleinen Be trag (= 2Δf) verändert wird, kann das gesamte optische Sys tem in äquivalenter Weise als Totalreflexionsspiegel mit einem variablen Krümmungsradius R(= f/2Δ) wirken.

Bei dem auf der linken Seite der Fig. 22 gezeigten opti schen Bildübertragungssystem sind die Kondensorlinse 12 (mit der Brennweite f) und der Totalreflexionsspiegel 11 (mit dem Krümmungsradius R[= f]) in einem Intervall von 2f (1 + Δ) angeordnet, das durch Vergrößerung der Ausgangsdis tanz L(= 2f) um 2Δf erhalten wurde. Das optische Bildüber tragungssystem entspricht dem Fall, bei dem ein Totalrefle xionsspiegel 16A mit einem Krümmungsradius R₁(= f/2Δ), der auf der rechten Seite der Fig. 22 gezeigt ist, in einer mit A bezeichneten Position angeordnet ist (die von der Vorder fläche der Kondensorlinse 12 den Abstand L hat). Daher wird das optische Bildübertragungssystem hiernach als Bildüber tragungsspiegel mit veränderlicher Krümmung oder als Refle xionsspiegel mit veränderlicher Krümmung bezeichnet. Wie vorstehend angegeben, ist der Krümmungsradius R₁ des Bild übertragungsspiegels 16A mit veränderlicher Krümmung pro portional zu einem Wert 1/2Δ, bei dem es sich um eine Ab weichung von einer Basisdistanz L zwischen der Kondensor linse 12 und dem Gesamtreflexionsspiegel 11 handelt, um die Bildübertragungsbedingung zu erfüllen. Der Bildübertra gungsspiegel 16A mit veränderlicher Krümmung ist daher we gen dieser feinen Abweichung wesentlich anders als der To talreflexionsspiegel 1 (bei dem es sich um einen ebenen Spiegel mit unendlichem Krümmungsradius handelt) der Laser vorrichtung des Standes der Technik.

Fig. 23 zeigt die Beziehung zwischen dem Abstand zwischen der Kondensorlinse 12, die eine Brennweite von f = 50 mm be sitzt, und dem Totalreflexionsspiegel 11 und dem Krümmungs radius des Bildübertragungsspiegels mit veränderlicher Krümmung, der zu dem optischen Bildübertragungssystem äqui valent ist. Der Krümmungsradius dieses Spiegels kann in gu ter Ansprache auf eine geringfügige Veränderung des Abstan des geändert werden, da das optische Bildübertragungssystem als Stammkorpus des Spiegels dienen kann. Beispielsweise kann der Krümmungsradius in einem Bereich von unendlich bis etwa 2 m (2000 mm) im großen Umfang verändert werden, selbst wenn die Größe der Abweichung 2Δf nur um 0,0005 mm variiert wird.

Somit kann das optische Bildübertragungssystem einschließ lich des Totalreflexionsspiegels 11 und der Kondensorlinse 12 und der beweglichen Tische 13a, 13b gemäß Fig. 21 in der gleichen Weise funktionieren wie das optische Bildübertra gungssystem, bei dem der Reflexionsspiegel mit veränderli cher Krümmung in dem Laserstab 3 angeordnet ist. Mit ande ren Worten, durch eine Änderung der der Stromquelle 5 zuge führten Energie wird die Intensität des Pumplichtes von der Pumplichtquelle 4 verändert. Daher ändert sich die thermi sche Linsenwirkung des Laserstabs 3. Es ist jedoch möglich, den äquivalenten Krümmungsradius des optischen Bildübertra gungssystems, das den Totalreflexionsspiegel 11 und die Kondensorlinse 12 umfaßt, durch Bewegung der beweglichen Objekttische 13a, 13b geringfügig zu verändern.

Daher ist es bei dem siebten Vergleichsbeispiel möglich, die thermische Linsenwirkung des Laserstabs im Resonator durch Kompensation dieser thermischen Linsenwirkung in Ab hängigkeit von der Laserausgangsleistung zu beseitigen und auf diese Weise den Weg des Laserlichtes 14 zu korrigieren.

Ferner kann ein breiter Querschnittsbereich des Laserlich tes 14 durch Änderung des Krümmungsradius unabhängig von der Änderung der der Stromquelle 5 zugeführten Energie auf rechterhalten werden. Gemäß dem siebten Vergleichsbeispiel ist es somit möglich, Änderungen der thermischen Linse des Laserlichtes 14 in der Nachbarschaft der Erzeugungsposition desselben sehr genau zu korrigieren, ohne daß dies irgend welche Auswirkungen auf andere Abschnitte des Resonators hat, da das optische Bildübertragungssystem die wesentliche optische Fortpflanzungsdistanz von Null besitzt, wodurch eine konstante Funktionsweise des Resonators (ohne Diver genz des Laserstrahles) aufrechterhalten werden kann.

Fig. 24 ist ein Diagramm, das Änderungen des Divergenzwin kels eines Laserstrahles in Abhängigkeit von der Laseraus gangsleistung (die von der zugeführten Energie der Energie quelle für die Lichtquelle abhängig ist) zeigt, wenn ein Nd:YAG-Kristall als Laserstab verwendet wird. In Fig. 24 wird zwischen zwei Vergleichsbeispielen verglichen, d. h. dem Vergleichsbeispiel 7, bei dem die thermischen Linsen wirkung durch das optische Bildübertragungssystem des Ver gleichsbeispiels 7 kompensiert wird, und einem weiteren Vergleichsbeispiel, bei dem die thermische Linsenwirkung nicht kompensiert wird. Bei dem weiteren Vergleichsbeispiel der Fig. 24 steigt der Divergenzwinkel beträchtlich an, da ein Anstieg der Laserausgangsleistung die thermische Lin senwirkung ansteigen läßt. Im Gegensatz hierzu kann man er kennen, daß der Divergenzwinkel des Laserstrahles beim Ver gleichsbeispiel 7 unabhängig von der Laserausgangsleistung ist und durch die Kompensation der thermischen Linsenwir kung im wesentlichen konstant wird.

Vergleichsbeispiel 8

Es wird nunmehr Vergleichsbeispiel 8 in Verbindung mit den Fig. 25 und 26(a) und 26(b) erläutert. Fig. 25 ist eine Seitenschnittansicht, die einen Festkörperlaser gemäß dem Vergleichsbeispiel 8 zeigt. In Fig. 25 sind die Teile mit den Bezugszeichen 3 bis 8 und 11 bis 13b mit denen der Vor richtung des Vergleichsbeispiels 7 identisch. Mit 16 sind ein vergrößerter Totalreflexionsspiegel, mit 17 ein Teilre flexionsspiegel, mit 18 Laserlicht, das in einem Laserreso nator (der den Totalreflexionsspiegel 11, die Kondensorlin se 12, den vergrößerten Totalreflexionsspiegel 16 und den Teilreflexionsspiegel 17 umfaßt) erzeugt wird, und mit 19 ein von der Laservorrichtung abgegebener Laserstrahl be zeichnet.

Der Festkörperlaser des achten Vergleichsbeispiels funktio niert grundsätzlich wie der Festkörperlaser des siebten Vergleichsbeispiels, mit der nachfolgenden Ausnahme. Bei dem achten Vergleichsbeispiel finden der vergrößerte Total reflexionsspiegel 16 und der meniskusförmige Teilreflexi onsspiegel 17 anstelle des Teilreflexionsspiegels 2 der Fig. 21 Verwendung. Des weiteren umfaßt ein instabiler Re sonator einen Bildübertragungsspiegel veränderlicher Krüm mung, der den vergrößerten Totalreflexionsspiegel 16, den meniskusförmigen Teilreflexionsspiegel 17, die Kondensor linse 12 und den Totalreflexionsspiegel 11 umfaßt. Wenn der instabile Resonator Verwendung findet, findet eine wieder holte Divergenz (durch den vergrößerten Totalreflexions spiegel 16) und Konzentration (durch den Totalreflexions spiegel 11) des Laserlichtes 18 im Resonator statt. Folg lich ist es möglich, einen Laserstab 3 mit im wesentlichen gleichmäßiger Intensitätsverteilung im Schnitt vorzusehen.

Die Fig. 26(a) und 26(b) zeigen Strahlenmuster (d. h. In tensitätsverteilungen in Schnittrichtung des Laserlichtes) für zwei Fälle, d. h. einen Fall, bei dem der instabile Re sonator (Vergleichsbeispiel 8) Verwendung findet, und einen anderen Fall, bei dem der stabile Resonator verwendet wird. Wie die Fig. 26(a) und 26(b) zeigen, ist die Intensität des Laserlichtes bei dem Festkörperlaser des Vergleichsbei spiels 8 in Schnittrichtung gleichmäßig im Vergleich zu der glockenblumenförmigen Intensitätsverteilung beim stabilen Resonator.

Daher kann bei dem achten Vergleichsbeispiel der Laserstab 3 entlang seinem Schnitt gleichmäßig erhitzt werden, und zwar selbst in einem Bereich hoher Energie, in dem das La serlicht teilweise von dem Laserstab 3 absorbiert wird, um diesen zu erhitzen. Folglich ist es möglich, im Querschnitt eines Lasermediums 3 des achten Vergleichsbeispiels eine konstante thermische Linsenwirkung des Laserstabs zu errei chen und die Kompensation der thermischen Linsenwirkung durch einen Bildübertragungsspiegel veränderlicher Krümmung (der die Kombination aus dem Totalreflexionsspiegel 11, der Kondensorlinse 12 und den beweglichen Objekttischen 13a, 13b umfaßt) zu erleichtern. Es ist ferner möglich, die thermische Linsenwirkung genau zu beseitigen und auf diese Weise einen stabilen Laserstrahl hoher Qualität 19 (d. h. einen nicht divergierenden Laserstrahl) vorzusehen.

Vergleichsbeispiel 9

Es wird nunmehr Vergleichsbeispiel 9 in Verbindung mit Fig. 27 beschrieben. Fig. 27 ist eine Schnittansicht, die einen Festkörperlaser gemäß dem Vergleichsbeispiel 9 zeigt. In Fig. 27 sind die Teile mit den Bezugszeichen 3 bis 8, 11 bis 13b und 17 mit denen des Vergleichsbeispiels 8 iden tisch. Mit 25 ist ein vergrößerter Austrittsspiegel be zeichnet, der einen mittleren Teilreflexionsspiegel (vergrößerter Teilreflexionsabschnitt) 26 und einen peri pheren nicht reflektierenden Abschnitt 27 aufweist. Mit 28 ist Laserlicht bezeichnet, das in einem Laserresonator (der den Totalreflexionsspiegel 11, die Kondensorlinse 12, den vergrößerten Austrittsspiegel 25 und den Teilreflexions spiegel 17 umfaßt) erzeugt wird, und mit 29 ist ein von der Laservorrichtung abgegebener Laserstrahl bezeichnet.

Der Festkörperlaser des neunten Vergleichsbeispiels funkti oniert grundsätzlich wie der Festkörperlaser des vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispiels 8, mit der nachfolgenden Ausnahme. Bei dem neunten Vergleichsbeispiel findet der vergrößerte Austrittsspiegel 25 anstelle des vergrößerten Totalreflexionsspiegels 16 der Fig. 25 Verwendung, und ein instabiler Resonator umfaßt einen Bildübertragungsspiegel mit veränderlicher Krümmung, der den vergrößerten Aus trittsspiegel 25, die Kondensorlinse 12 und den Totalrefle xionsspiegel 11 aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, einen Laserstrahl 29 zu schaffen, der einen kompakten Quer schnitt (nicht pfannkuchenförmig) aufweist, und die Inten sität des Laserlichtes 28 zu reduzieren, die erforderlich ist, um das gleiche Konzentrationsvermögen wie bei dem ach ten Vergleichsbeispiel zur Verfügung zu stellen.

Gemäß dem neunten Vergleichsbeispiel ist es daher möglich, die infolge der Absorption des Laserlichtes 28 durch den Laserstab 3 erzeugte Wärmemenge herabzusetzen und die Kom pensation der thermischen Linsenwirkung durch den Bildüber tragungsspiegel mit veränderlicher Krümmung selbst in einem Bereich hoher Energie zu erleichtern. Man kann daher die thermische Linsenwirkung genau beseitigen und somit einen stabilen Laserstrahl 29 hoher Qualität erzeugen.

Vergleichsbeispiel 10

Es wird nunmehr Vergleichsbeispiel 10 in Verbindung mit Fig. 28 erläutert. Fig. 28 ist eine Schnittansicht, die ei nen Festkörperlaser gemäß dem zehnten Vergleichsbeispiel zeigt. In Fig. 28 sind die Teile mit den Bezugszeichen 3 bis 8, 11 bis 13b, 17 und 25 bis 28 mit denen der Vorrich tung des neunten Vergleichsbeispiels identisch. Mit 35 ist eine Stufe bezeichnet, die an einer Stelle an der Außenflä che des Teilreflexionsspiegels 17, der dem Teilreflexions spiegel 26 entspricht, vorgesehen ist. Mit 36 ist ein La serstrahl bezeichnet, der von der Laservorrichtung abgege ben wird.

Der Festkörperlaser des zehnten Vergleichsbeispiels funkti oniert grundsätzlich wie der Festkörperlaser des vorstehend beschriebenen neunten Vergleichsbeispiels, mit der nachfol genden Ausnahme. Bei dem zehnten Vergleichsbeispiel ist die Stufe 35 in der Außenfläche des Teilreflexionsspiegels 17 vorgesehen, um die Phasendifferenz zwischen einem Laser strahl, der den Abschnitt 26 des Teilreflexionsspiegels durchdringt, und einem Laserstrahl, der den nicht reflek tierten Abschnitt 27 durchdringt, zu beseitigen. Es ist da her mit dem zehnten Vergleichsbeispiel möglich, einen kom pakten Laserstrahl 36 zu erzeugen, der eine gleichmäßige Phase besitzt, und das Konzentrationsverhalten zu verbes sern (d. h. die Konzentration durch die Linse o. ä. aufgrund des nicht divergierenden Laserstrahles 36 zu erleichtern).

Vergleichsbeispiel 11

Es wird nunmehr Vergleichsbeispiel 11 in Verbindung mit den Fig. 29 bis 31 erläutert. Fig. 29 ist eine Schnittansicht, die einen Festkörperlaser gemäß dem Ver gleichsbeispiel 11 zeigt. In Fig. 29 sind die Teile mit den Bezugszeichen 2 bis 8 und 11 bis 13b mit denen der Vorrich tung des Vergleichsbeispiels 7 identisch. Mit 40 ist eine piezoelektrische Vorrichtung, mit 41 eine Steuereinheit zum Steuern der Expansion und Kontraktion der piezoelektrischen Vorrichtung, mit 40, 42 das in dem Resonator erzeugte La serlicht und mit 43 ein von der Laservorrichtung abgegebe ner Laserstrahl bezeichnet.

Der Festkörperlaser des elften Vergleichsbeispiels funktio niert grundsätzlich in der gleichen Weise wie der Festkör perlaser des vorstehend beschriebenen siebten Vergleichs beispiels, mit der folgenden Ausnahme. Bei dem elften Ver gleichsbeispiel wird der Abstand zwischen dem Totalreflexi onsspiegel 11 und der Kondensorlinse 12 durch die Expansion und Kontraktion der piezoelektrischen Vorrichtung 40, die an der Rückseite des Totalreflexionsspiegels 11 montiert ist, in einer kurzen Zeitspanne über den beweglichen Ob jekttisch 13a verändert, während die Energiezufuhr konstant gelassen wird (d. h. der Pumpzustand wird konstant gelas sen). Durch die Änderung des Abstandes zwischen dem Total reflexionsspiegel 11 und der Kondensorlinse 12 wird der Bildübertragungszustand des Laserresonators des Vergleichs beispiels 7 verändert. Folglich kann der Bildübertragungs zustand geometrisch und optisch zwischen einem stabilen Zu stand (d. h. einen Zustand des stabilen Resonators) und ei nem instabilen Zustand (d. h. einem Zustand des instabilen Resonators) umgeschaltet werden.

Fig. 30 zeigt die Beziehung zwischen dem Abstand zwischen dem Totalreflexionsspiegel 11 und der Kondensorlinse 12 und der Laserausgangsleistung. Man kann beispielsweise erken nen, daß die Laserausgangsleistung rapide ansteigt, wenn der Bildübertragungszustand von R = 2f = 100 mm auf R < 2f (f < 100 mm) verändert wird, wenn die Brennweite f der Kon densorlinse 12 50 mm beträgt.

Wenn ein Resonatorzustand durch die piezoelektrische Vor richtung 40 in einer kurzen Zeit (mit hoher Geschwindig keit) wiederholt verändert wird, kann der Resonator in der kurzen Zeit zwischen dem stabilen Zustand, der zu einem re duzierten Verlust führt, und dem instabilen Zustand, der zu erhöhten Verlusten führt (d. h. der Resonatorverlust kann sich mit der Zeit ändern [zyklisch]), geometrisch und op tisch fluktuieren. Daher steigt der Q-Wert des Resonators rasch an, so daß eine Schwingung mit scharfen Impulsen er zielt wird. Fig. 31 zeigt eine solche scharfe Impulsform, die in der vorstehend angegebenen Weise erhalten wird.

Vergleichsbeispiel 12

Es wird nunmehr Vergleichsbeispiel 12 in Verbindung mit den Fig. 32 bis 34 beschrieben. Fig. 32 ist eine Schnittan sicht, die einen Festkörperlaser gemäß dem Vergleichsbei spiel 12 zeigt. In Fig. 32 sind die mit den Bezugszeichen 2 bis 8 und 11 bis 13b sowie 40 versehenen Teile mit denen der Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 11 identisch. In Fig. 32 ist mit 50 eine zweite Lichtquelle, mit 51 ein von der Lichtquelle 50 abgegebener Lichtstrahl, mit 52 ein Fo todetektor, beispielsweise eine ladungsgekoppelte Vorrich tung (CCD), mit 53 eine Steuereinheit zum Steuern der Ex pansion und Kontraktion der piezoelektrischen Vorrichtung 40 in Abhängigkeit von den Meßergebnissen des Fotodetek tors, mit 54 das im Resonator erzeugte Laserlicht und mit 55 ein von der Laservorrichtung abgegebener Laserstrahl be zeichnet.

Fig. 33 ist eine Schnittansicht, die einen abgewandelten Festkörperlaser gemäß dem zwölften Vergleichsbeispiel zeigt. In Fig. 33 sind die Teile mit den Bezugszeichen 2 bis 8, 11 bis 13b, 40 und 50 bis 55 mit denen der Vorrich tung des Vergleichsbeispiels 12 identisch. Die Festkörper laservorrichtung umfaßt ferner Spiegel 56a, 56b, die den Lichtstrahl 51 von der zweiten Lichtquelle total reflektie ren, das Laserlicht 54 jedoch vollständig durchlassen.

Bei der in den Fig. 32 und 33 gezeigten Laservorrichtung kann der von der zweiten Lichtquelle 50 erzeugte Laser strahl 51 durch den Laserstab 3 durchtreten. Der Fotodetek tor 53 detektiert eine Änderung des Außendurchmessers des Lichtstrahles 51 infolge des Durchlaufens durch den Laser stab 3. In diesem Fall der Vorrichtung der Fig. 32 bewegt sich das Licht 51 diagonal relativ zum Laserlicht 54, so daß es direkt auf den Fotodetektor 52 fällt. Bei der Vor richtung der Fig. 33 bewegt sich das Licht 51 im Laserlicht 54 parallel hierzu durch den Spiegel 56a und weicht danach vom Laserlicht 54 durch den Spiegel 56b ab, so daß es auf den Fotodetektor 52 trifft. In der Steuereinheit 53 kann das Ausmaß der thermischen Linsenwirkung des Laserstabs 3 in Abhängigkeit von dem detektierten Wert (der den Grad der Änderung des Außendurchmessers des Lichtstrahles 51 dar stellt) errechnet werden, und die piezoelektrische Vorrich tung 40 wird in Abhängigkeit von dem errechneten Wert ange trieben, um den Abstand zwischen dem Totalreflexionsspiegel 11 und der Kondensorlinse 12 einzustellen. Daher ist es ge mäß dieser Vergleichsbeispiel möglich, die thermische Lin senwirkung des Laserstabs 3 zu beseitigen, während man kurzfristigen Schwankungen der thermischen Linsenwirkung folgt, und einen konstanten Divergenzwinkel aufrechtzuer halten.

Fig. 34 zeigt die Änderungen des Divergenzwinkels des La serstrahles 55 der in den Fig. 32 und 33 gezeigten La servorrichtung in Abhängigkeit von der nach Beendigung der Bereitstellung der Energiequelle 5 abgelaufenen Zeit im Vergleich zu der Änderung des Divergenzwinkels bei einem weiteren Vergleichsbeispiel, bei dem die thermische Linsen wirkung nicht kompensiert ist. Obwohl sich der Divergenz winkel des Laserstrahles ändert, bis die thermische Linse des Laserstabs des Vergleichsbeispiels stabilisiert ist, wird bei der zwölften Vergleichsbeispiel der Divergenzwin kel gleichzeitig mit der Bereitstellung der Energiequelle stabilisiert.

Obwohl bei jedem dieser Vergleichsbeispiele der Laserstrahl abgelenkt wird, indem die optischen Spiegel 2 und 17 ge trennt vom optischen Bildübertragungssystem vorgesehen sind, kann ein reflektierender Abschnitt für einen Teil des das optische Bildübertragungssystem bildenden Spiegels vor gesehen sein, um den Laserstrahl extern vom reflektierenden Abschnitt abzulenken.

Obwohl keine spezielle Beschreibung hierauf gerichtet wur de, kann ferner ein nicht reflektierender Film in einer Po sition der entsprechenden optischen Komponenten, die vom Laserstrahl durchdrungen werden, angeordnet werden, wie bei den typischen optischen Komponenten, obwohl diese Position nicht speziell beschrieben ist. Durch den nicht reflektie renden Film werden Verluste im Resonator reduziert, und es wird eine wirksame Laseroszillation ermöglicht.

Vergleichsbeispiel 13

Fig. 35 ist eine Schnittansicht, die einen Festkörperlaser gemäß dem Vergleichsbeispiel 13 zeigt. In Fig. 35 sind die Teile mit den Bezugszeichen 2 bis 8 und 11 bis 15 mit denen der Vorrichtung der Fig. 21 identisch. Mit 60 ist ein Ge häuse zur Aufnahme des Totalreflexionsspiegels 11 bezeich net, während mit 61 ein im Gehäuse 60 vorgesehenes Luftloch bezeichnet ist. In Fig. 35 gibt die gestrichelte Linie L die tatsächliche Anordnung eines Spiegels mit veränderli cher Krümmung wieder, der zu einem Bildübertragungssystem äquivalent ist, das den Totalreflexionsspiegel 11 und die Kondensorlinse 12 aufweist.

Bei dem Festkörperlaser ist ein Konzentrationspunkt des La serlichtes in einer mittleren Position zwischen dem Total reflexionsspiegel 11 und der Kondensorlinse 12 angeordnet. Das Gehäuse 60 verhindert, daß Staub o. ä. in der Atmosphäre zum Konzentrationspunkt gelangt. Daher ist es möglich, eine Qualitätsverschlechterung des im Bereich des Staubes hin durchtretenden Laserlichtes 14 infolge des vom Laserlicht erhitzten Staubes zu verhindern.

Wenn das Gehäuse 60 durch Anschließen einer Vakuumpumpe an das Luftloch 61 evakuiert wird, ist es möglich, das Staub problem noch leichter zu beseitigen und eine Qualitätsver schlechterung des Laserstrahles durch eine Plasmaerzeugung infolge einer erhöhten Intensität des Konzentrationspunktes oder eine Absorption des Laserlichtes infolge der Feuchtig keit in der Luft zu vermeiden. Es ist auch möglich, eine Plasmabildung in der Nähe des Konzentrationspunktes zu ver meiden, indem ein inaktives Gas vom Luftloch 61 in das Ge häuse geblasen wird.

Ferner kann der Totalreflexionsspiegel 11 vom beweglichen Objekttisch 13a entfernt und auf einer Wand des Gehäuses 16 montiert werden. Andererseits kann die Höhe des Unterdrucks durch das Luftloch 61 verändert werden, und das Gehäuse 60 kann durch Variation des Drucks des in das Gehäuse 60 ge blasenen Gases verformt werden. Es ist auf diese Weise mög lich, die Krümmung des Spiegels mit veränderlicher Krümmung in äquivalenter Weise zu verändern, indem man den Abstand zwischen dem Totalreflexionsspiegel 11 und der Kondensor linse 12 ohne den beweglichen Objekttisch 13a verändert. Es ist auch möglich, die Änderung der äquivalenten Krümmung des Spiegels mit veränderlicher Krümmung zu erzielen, indem man eine Heizeinrichtung in Kontakt mit dem Gehäuse 60 an ordnet und durch Erhitzen der Heizeinrichtung die Tempera tur im Gehäuse 60 verändert.

Vergleichsbeispiel 14

Fig. 36 zeigt eine Schnittansicht eines Festkörperlasers gemäß dem Vergleichsbeispiel 14. In Fig. 36 sind die Teile, die mit den Bezugszeichen 2 bis 8, 11 bis 15, 60, 61 be zeichnet sind, mit denen der Vorrichtung der Fig. 35 iden tisch. Mit 63 ist ein Wellenlängenumformer bezeichnet, der aus einem KTP (Kaliumtitanylphosphat)-Kristall o. ä. be steht.

Bei diesem Festkörperlaser ist der Wellenlängenumformer 63 so angeordnet, daß er die Wellenlänge des Laserlichtes 14 umformt und einen Laserstrahl 15 mit kürzerer Wellenlänge erzeugt, der eine gute Fokussierbarkeit besitzt. Insbeson dere ist der Wellenlängenumformer 63 an einem Fokuspunkt angeordnet, der sich in dem Zwischenraum zwischen dem To talreflexionsspiegel 11 und der Kondensorlinse 12 befindet. Es ist daher möglich, in wirksamer Weise die Wellenlänge umzuformen, indem man vom Laserlicht 14 Gebrauch macht, das am Fokuspunkt eine erhöhte Intensität besitzt.

Darüber hinaus ist der Wellenlängenumformer 63 im Gehäuse 60 untergebracht, so daß kein Staub o. ä. an einer Fläche des Wellenlängenumformers 63 haftet. Es ist daher möglich, die Wellenlänge für eine lange Zeitdauer auf beständige Weise umzuformen.

Vergleichsbeispiel 15

Fig. 37 ist eine Schnittansicht, die einen Festkörperlaser gemäß dem Vergleichsbeispiel 15 zeigt. In Fig. 37 sind die Teile mit den Bezugszeichen 2 bis 8, 11 bis 15, 60, 61 mit denen der Vorrichtung in Fig. 35 identisch. Andere Teile, die mit den Bezugszeichen 16, 17 versehen sind, sind mit denen der Vorrichtung der Fig. 25 identisch.

Bei diesem Festkörperlaser ist der gleiche instabile Laser resonator vorgesehen wie bei dem Vergleichsbeispiel in Fig. 25, so daß ein pfannkuchenförmiger Laserstrahl 15 erzeugt wird. Aufgrund des Gehäuses 60 ist es ferner möglich, das Anhaften von Staub am Bildübertragungssystem zu verhindern, so daß die Vorrichtung über eine lange Zeitdauer betätigt werden kann, ohne den Totalreflexionsspiegel 11 und die Kondensorlinse 12 reinigen zu müssen.

Vergleichsbeispiel 16

Fig. 36 ist eine Schnittansicht eines Festkörperlaser gemäß dem Vergleichsbeispiel 16. In Fig. 38 sind die Teile mit den Bezugszeichen 2 bis 8, 11 bis 15, 60, 61 mit denen der Vorrichtung der Fig. 35 identisch. Andere Teile, die mit den Bezugszeichen 17 und 25 bis 27 versehen sind, sind mit denen der Vorrichtung der Fig. 27 identisch.

Dieser Festkörperlaser besitzt den gleichen instabilen La serresonator wie das Vergleichsbeispiel der Fig. 27, so daß ein kompakter Laserstrahl 15 zur Verfügung gestellt wird. Des weiteren ist es möglich, das Anhaften von Staub am Bildübertragungssystem durch das Gehäuse 60 zu verhindern und die Vorrichtung über eine lange Zeitdauer zu betreiben, ohne den Totalreflexionsspiegel 11 und die Kondensorlinse 12 reinigen zu müssen.

Vergleichsbeispiel 17

Fig. 39 ist eine Schnittansicht, die einen Festkörperlaser gemäß dem Vergleichsbeispiel 17 zeigt. In Fig. 39 sind die Teile, die mit den Bezugszeichen 2 bis 8, 11 bis 15, 60, 61 versehen sind, mit denen der Vorrichtung der Fig. 35 iden tisch. Andere Teile, die die Bezugszeichen 17, 25 bis 27, 35 und 36 aufweisen, sind mit denen der Vorrichtung der Fig. 28 identisch.

Dieser Festkörperlaser weist den gleichen instabilen Laser resonator wie das Vergleichsbeispiel der Fig. 28 auf, so daß ein massiver Laserstrahl 36 mit keiner Phasendifferenz zur Verfügung gestellt wird. Des weiteren ist es möglich, das Anhaften von Staub am Bildübertragungssystem durch das Gehäuse 60 zu verhindern und die Vorrichtung über eine lan ge Zeitdauer zu betreiben, ohne den Totalreflexionsspiegel 11 und die Kondensorlinse 12 reinigen zu müssen.

Vergleichsbeispiel 18

Bei dem in den Fig. 40(a) und 40(b) gezeigten Ver gleichsbeispiel 18 trifft ein von einer Festkörperlaservor richtung erzeugter Laserstrahl auf ein Ende einer optischen Faser 200 und wird an eine entfernt angeordnete Stelle ü berführt. Der Laserstrahl wird des weiteren vom gegenüber liegenden Ende der optischen Faser 200 abgegeben und durch die Kondensorlinse 12 konzentriert. Der konzentrierte La serstrahl wird zur Bearbeitung eines Werkstücks 800 verwen det. In den Fig. 40(a) und 40(b) ist mit 820 der Einlaß für ein Prozeßgas und mit 810 eine Behandlungsdüse bezeich net.

Da bei dem achtzehnten Vergleichsbeispiel die Oberflächen rauhigkeit des Laserstabs die Aberration in einem Schnitt des Laserstabs verringert, kann der von dem Festkörperlaser des achtzehnten Vergleichsbeispiels erzeugte Laserstrahl zu einem kleinen Punkt fokussiert werden.

Der zu dem kleinen Punkt fokussierte Laserstrahl kann in wirksamer Weise auf das Ende der optischen Faser 200 tref fen und kann vom gegenüberliegenden Ende der Faser 200 ohne Verlust an Laserenergie abgegeben werden, so daß eine wirk same Bearbeitung des Werkstücks 800 mit hoher Qualität mög lich ist.

Obwohl das achtzehnte Vergleichsbeispiel in Verbindung mit dem Festkörperlaser beschrieben wurde, bei der der im ers ten Vergleichsbeispiel erläuterte Laserresonator Verwendung findet, ist es auch möglich, den gleichen Effekt mit ir gendeinem Festkörperlaser der Vergleichsbeispiele 2, 3 und 4 zu erzielen.

Vergleichsbeispiel 19

Bei dem in den Fig. 41(a) und 41(b) gezeigten Ver gleichsbeispiel wird ein von einem Festkörperlaser erzeug ter Laserstrahl durch die Atmosphäre zu einem entfernten Ort überführt und durch die Kondensorlinse 12 fokussiert, nachdem die Richtung des Laserstrahles durch den Totalre flexionsspiegel 11 geändert wurde. Des weiteren wird der fokussierte Laserstrahl zur Bearbeitung eines Werkstücks 800 verwendet.

Da bei diesem neunzehnten Vergleichsbeispiel die Oberflä chenrauhigkeit des Laserstabs die Aberration in einem Schnitt reduziert, kann der von dem Festkörperlaser erzeug te Laserstrahl zu einem kleinen Punkt fokussiert werden. Der fokussierte Laserstrahl ermöglicht eine wirksame Bear beitung des Werkstücks 800 mit hoher Qualität.

Obwohl dieses Vergleichsbeispiel in Verbindung mit dem Festkörperlaser beschrieben wurde, bei dem der im ersten Vergleichsbeispiel erläuterte Laserresonator Verwendung findet, ist es auch möglich, den gleichen Effekt mit ir gendeinem der Festkörperlaser der Vergleichsbeispiele 2, 3 und 4 zu erzielen.

Vergleichsbeispiel 20

Bei dem in den Fig. 42(a) und 42(b) gezeigten Ver gleichsbeispiel 20 wird der beispielsweise von dem Festkör perlaser gemäß Vergleichsbeispiel 19 erzeugte Laserstrahl durch die Atmosphäre an einen entfernten Ort überführt und durch die Kondensorlinse 12 fokussiert, nachdem die Rich tung des Laserstrahles vom Totalreflexionsspiegel 11 verän dert wurde. Danach wird der fokussierte Laserstrahl durch eine zweite Kondensorlinse 12 weiter fokussiert, und der fokussierte Laserstrahl wird zur guten Bearbeitung eines Werkstücks 800 verwendet.

Da bei diesem Vergleichsbeispiel durch die Oberflächenrau higkeit des Laserstabs die Aberration in einem Schnitt des Laserstabs reduziert wird, kann der von dem Festkörperlaser erzeugte Laserstrahl zu einem kleinen Punkt fokussiert wer den. Durch Fokussierung des Laserstrahles zu einem kleinen Punkt kann die Bearbeitung des Werkstücks 800 durchgeführt werden.

Es folgt nunmehr eine zusätzliche Beschreibung eines Aus führungsbeispiels und Vergleichsbeispiels, bei dem eine Vielzahl von Linsen Verwendung findet.

Beispielsweise kollidiert der von dem Festkörperlaser des Ausführungsbeispiels und der Vergleichsbeispiele 1 bis 17 erzeugte Laserstrahl mit dem Ende des Laserstabs, einem La serspiegel o. ä., der in einem Laserresonator angeordnet ist, was zur Erzeugung einer Beugungswelle führt.

Wenn die Beugungswelle fokussiert wird, besitzt sie eine Intensitätsverteilung an einem Umfangsabschnitt des Laser strahles und dient als peripherer Strahl, wie in Fig. 43(a) gezeigt ist, wenn der Laserstrahl fokussiert wird.

Wenn der Laserstrahl zur Materialbearbeitung verwendet wird, besteht das Problem, daß wegen der nachfolgend ange gebenen Gründe keine wirksame Materialbearbeitung mit hoher Qualität durchgeführt werden kann. Beim Schneiden ist es unmöglich, aufgrund des peripheren Strahles eine scharfe Schneidebene zu erreichen. Beim Durchtritt wird in Umfangs richtung an einem Bearbeitungsabschnitt unnötige Wärme er zeugt.

Um bei dem zwanzigsten Vergleichsbeispiel dieses Problem zu beseitigen, findet eine Vielzahl von Linsen Verwendung, um die Bildübertragung eines Laserstrahles auf ein Werkstück durchzuführen. Der Laserstrahl ist in der Nachbarschaft ei ner Stelle, von der aus die Beugungswelle erzeugt wird, und in der Nachbarschaft einer Laservorrichtung angeordnet.

Wie vorstehend ausgeführt, wird die Beugungswelle in erster Linie am Ende des Laserstabs oder am Ende des Spiegels in der Laservorrichtung erzeugt. Es ist daher möglich, einen fokussierten Laserstrahl zu schaffen, der keine Auswirkung auf die Beugungswelle aufweist, wenn das optische System so eingestellt ist, daß es die Bildübertragung des Laserstrah les in der Nachbarschaft dieser Stellen auf dem Werkstück 800 durchführt.

In Fig. 42 ist ein Vergleichsbeispiel mit zwei Linsen 12 dargestellt. Es ist möglich, den Laserstrahl auf jede be liebige Stelle in der Laservorrichtung durch Einstellen der Brennweiten der Linsen zu übertragen. Dies kann man mit ei nem fokussierten Laserstrahl mit keinem peripheren Strahl durchführen, wie beispielsweise in Fig. 43(b) gezeigt.

Obwohl das Vergleichsbeispiel, bei dem zwei Linsen Verwen dung finden, in Verbindung mit dem Vergleichsbeispiel 20 beschrieben wurde, können auch Reflexionsspiegel kombiniert werden. Kurz gesagt, das optische System kann kombiniert werden, damit eine Bildübertragung des in der Nachbarschaft des Innenraumes der Laservorrichtung erzeugten Laserstrah les möglich ist und kein periphere Strahl erzeugt wird.

In Fig. 44(a) ist ein weiteres Vergleichsbeispiel darge stellt, das eine Blende 50 aus einem metallischen, kerami schen oder Glaszylinder oder einer optischen Faser auf weist. Die Blende 50 ist an der optischen Bahn angeordnet, so daß eine Bildübertragung des Laserstrahles durchgeführt wird, bei der der periphere Strahl des Laserstrahles abge schnitten wird.

Dieses Vergleichsbeispiel ist besonders wirksam für den Fall, bei dem einer der Festkörperlaser der Vergleichsbei spiele 2, 3 und 4 verwendet wird, da hierbei das Ende des Spiegels im Laserresonator angeordnet ist.

Vergleichsbeispiel 21

Bei dem in den Fig. 45(a) und 45(b) gezeigten Ver gleichsbeispiel 21 wird der beispielsweise von dem Festkör perlaser gemäß Vergleichsbeispiel 19 erzeugte Laserstrahl durch die Atmosphäre an einen entfernten Ort überführt und von der Kondensorlinse 12 konzentriert, nachdem die Rich tung des Laserstrahles vom Totalreflexionsspiegel 11 verän dert wurde. Danach wird der fokussierte Laserstrahl durch eine zweite Kondensorlinse 12 weiter fokussiert, nachdem er die Blende 50 passiert hat, so daß der fokussierte Laser strahl zur Bearbeitung eines Werkstücks 800 eingesetzt wer den kann.

Da bei dem einundzwanzigsten Vergleichsbeispiel die Ober flächenrauhigkeit des Laserstabs die Aberration in einem Schnitt des Laserstabs reduziert, kann der von dem Festkör perlaser erzeugte Laserstrahl zu einem kleinen Punkt fokus siert werden. Der zu dem kleinen Punkt fokussierte Laser strahl ermöglicht eine gute Bearbeitung des Werkstücks 800.

Es erfolgt nunmehr eine zusätzliche Beschreibung der Blende 50.

Beispielsweise kollidiert der von dem Festkörperlaser der Vergleichsbeispiele 1 bis 17 erzeugte Laserstrahl mit einem Ende des Laserstabs, einem Laserspiegel o. ä., der in einem Laserresonator angeordnet ist, was zur Erzeugung einer Beu gungswelle führt.

Wenn die Beugungswelle fokussiert wird, besitzt sie eine Intensitätsverteilung an einem Umfangsabschnitt des Laser strahles und dient als periphere Strahl, wie in Fig. 43(a) gezeigt, wenn der Laserstrahl fokussiert wird.

Wenn der Laserstrahl für die Materialbearbeitung eingesetzt wird, besteht das Problem, daß keine wirksame Materialbear beitung mit hoher Qualität durchgeführt werden kann, was auf die nachfolgend angegebenen Gründe zurückzuführen ist.

Bei der Schneidbearbeitung ist es unmöglich, infolge des peripheren Strahles eine scharfe Schneidebene vorzusehen. Beim Durchtritt wird am Bearbeitungsabschnitt in Umfangs richtung überflüssige Wärme erzeugt.

Bei dem einundzwanzigsten Vergleichsbeispiel dringt der La serstrahl durch die Blende und wird auf die optische Bahn konzentriert. Somit kann die Beugungswelle durch die Blende abgetrennt werden, und die Materialbearbeitung durch den Laserstrahl kann ohne die Beugungswelle durchgeführt wer den.

Dieses einundzwanzigste Vergleichsbeispiel ist besonders wirksam bei dem Festkörperlaser der Vergleichsbeispiele 2, 3 und 4, da hierbei das Ende des Spiegels in einem Laserre sonator angeordnet ist.

Vergleichsbeispiel 22

Bei dem in den Fig. 46(a) und 46(b) gezeigten Ver gleichsbeispiel 22 wird der beispielsweise von dem Festkör perlaser gemäß Vergleichsbeispiel 19 erzeugte Laserstrahl durch die Atmosphäre an einen entfernten Ort überführt und durch die Kondensorlinse 12 fokussiert, nachdem die Rich tung des Laserstrahles durch den Totalreflexionsspiegel 11 verändert wurde. Danach wird der fokussierte Laserstrahl durch eine zweite Kondensorlinse 12 weiter fokussiert, nachdem er einen übersättigten Absorber 3000 passiert hat. Der fokussierte Laserstrahl wird zur Durchführung einer Be arbeitung eines Werkstücks 800 verwendet.

Da bei diesem zweiundzwanzigsten Vergleichsbeispiel die O berflächenrauhigkeit des Laserstabs die Aberration in einem Schnitt des Laserstabs reduziert, kann der von dem Festkör perlaser erzeugte Laserstrahl zu einem kleinen Punkt fokus siert werden. Der zu dem kleinen Punkt fokussierte Laser strahl ermöglicht eine gute Laserbearbeitung des Werkstücks 800.

Es folgt nunmehr eine zusätzliche Beschreibung des übersät tigten Absorbers 3000.

Wenn die Beugungswelle fokussiert wird, besitzt sie eine Intensitätsverteilung auf einem Umfangsabschnitt des Laser strahles und wirkt als peripherer Strahl, wie in Fig. 43(a) gezeigt, falls der Laserstrahl fokussiert wird.

Wenn der Laserstrahl für die Materialbearbeitung verwendet wird, besteht das Problem, daß keine wirksame Materialbear beitung mit hoher Qualität durchgeführt werden kann, was auf die nachfolgenden Gründe zurückzuführen ist. Bei der Schneidbearbeitung ist es unmöglich, infolge des peripheren Strahles eine scharfe Schneidebene zu erzielen. Beim Durch tritt wird am Bearbeitungsabschnitt in Umfangsrichtung ü berflüssige Wärme erzeugt.

Das zweiundzwanzigste Vergleichsbeispiel wird mit Hilfe ei nes YAG-Laserstrahles als Beispiel erläutert. Dieser Laser strahl dringt durch den übersättigten Absorber 3000, der aus Cr⁴⁺:YAG, LiF:F₂ ^- o. ä. besteht, wenn der Laserstrahl auf der optischen Bahn fokussiert wird. Der übersättigte Absor ber dient typischerweise als Reflektor, kann jedoch auch durchlässig sein, indem er einen starken Laserstrahl absor biert, wenn dieser starke Laserstrahl auf den übersättigten Absorber trifft.

Somit kann bei dem in Fig. 43(a) gezeigten Laserstrahl nur ein zentraler Abschnitt mit großer Intensität hindurchdrin gen, so daß ein peripherer Abschnitt, der als Komponente der Beugungswelle wirkt, eliminiert wird.

Dieses Vergleichsbeispiel ist besonders wirksam für den Fall, wenn einer der Festkörperlaser der Vergleichsbeispie le 2, 3 und 4 verwendet wird, weil das Ende des Spiegels in einem Laserresonator angeordnet ist.

Der Laserresonator kann durch eine der Materialbearbei tungsvorrichtungen der Vergleichsbeispiele 18 bis 22 er zeugt und in das Ende der optischen Faser des Vergleichs beispiels 18 eingeführt werden. Es ist somit möglich, den Laserstrahl in wirksamer Weise in eine Faser einzuführen und somit sicher an den entfernten Ort zu überführen.

Mit den vorstehend beschriebenen Festkörperlasersystemen und einer Materialbearbeitungsvorrichtung werden die nach folgend erläuterten Vorteile erreicht.

Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Festkörperlasersys tem wird der Laserstab durch Flüssigkeit peripher gekühlt, und die Oberflächenrauhigkeit des Laserstabs, die einen größeren Brechungsindex als die Flüssigkeit besitzt, be stimmt die Erregungsverteilung im Schnitt des Laserstabs. Es ist somit möglich, ein Lasermedium zu schaffen, mit dem eine im wesentlichen gleichmäßige Emission im Schnitt ohne Wellenfrontaberration möglich ist. Des weiteren ist es mög lich, unter Verwendung des Laserresonators auf beständige Weise einen Laserstrahl hoher Energie und hoher Qualität vorzusehen.

Bei jedem der Festkörperlasersysteme wird der Laserstab pe ripher durch eine Flüssigkeit gekühlt, und die Oberflächen rauhigkeit, die einen größeren Brechungsindex als die Flüs sigkeit aufweist, beträgt 3,3 µm RMS oder mehr. Es ist so mit möglich, ein Lasermedium vorzusehen, mit dem eine im wesentlichen gleichmäßige Emission ohne Aberration im Schnitt möglich ist. Des weiteren ist es möglich, durch Verwendung des Laserresonators einen Laserstrahl mit hoher Energie und hoher Qualität zu erzeugen.

Bei dem Festkörperlasersystem findet ein Lichterregungssys tem mit einer Kavität Verwendung, um das Licht der Licht quelle zu begrenzen und in den Laserstab einzuführen. Das dabei auf der Oberfläche des Laserstabs gestreute Licht wird von der Kavität wiederholt reflektiert und in den La serstab eingeführt. Es gibt daher keine Reduzierung des Ü bertragungsvermögens des Lichtes der Lichtquelle auf den Laserstab durch dessen Oberflächenrauhigkeit. Somit ist es möglich, eine Absenkung des Laserwirkungsgrades zu verhin dern.

Bei dem Festkörperlasersystem findet ein Lichterregungssys tem einschließlich einer Kavität Verwendung, mit der das von der Lichtquelle abgegebene Licht begrenzt wird und die eine diffuse Reflexionsfläche an einem Innenabschnitt auf we 16531 00070 552 001000280000000200012000285911642000040 0002004345404 00004 16412ist, um das Licht der Lichtquelle in den Laserstab einzu führen. Somit wird das auf der Oberfläche des Laserstabs gestreute Licht wieder von der Kavität diffus reflektiert. Der Laserstrahl wird daher in zuverlässiger Weise bei jeder Reflexion teilweise in den Laserstab eingeführt, und durch die Oberflächenrauhigkeit des Laserstabs wird keine Redu zierung des Übertragungsvermögens des Lichtes der Licht quelle auf den Laserstab bewirkt. Somit ist es möglich, ein Absinken des Laserwirkungsgrades zu verhindern.

Darüber hinaus kann die diffuse Reflexionsfläche das Licht der Lichtquelle in der Kavität so ausgleichen, daß der La serstab mit gleichmäßigem Licht transversal gepumpt wird. Es ist daher möglich, ein Lasermedium zu erzeugen, das im Schnitt in Umfangsrichtung einheitlich ist, und unter Ver wendung des Laserresonators auf beständige Weise einen La serstrahl mit hoher Energie und hoher Qualität zur Verfü gung zu stellen.

Eine Vielzahl von Laserstäben mit rauher Oberfläche wird in Richtung der optischen Achse angeordnet, um einen verlän gerten Erregungsabschnitt vorzusehen. Auf diese Weise ist es möglich, die Länge des Lasermediums ohne Auswahl der La serstäbe auszuweiten und mit niedrigen Kosten einen Laser strahl hoher Energie vorzusehen.

Bei einem Festkörperlasersystem kann ein optisches Korrek tursystem zur Korrektur der thermischen Linsenwirkung zwi schen die entsprechenden Laserstäbe eingesetzt werden. Hiermit ist es möglich, auf beständige Weise einen Laser strahl hoher Energie ohne jegliche Beeinflussung des Laser stabs durch die thermische Linse zu erzeugen.

Bei einem Festkörperlasersystem wird von dem Laserstab mit rauher Oberfläche unter Verwendung eines stabilen Resona tors eine entsprechende Laserausgangsenergie abgeleitet. Es ist dabei möglich, einen Laserstrahl zu erzeugen, der in dem Laserstab eine im wesentlichen gleichmäßige Intensi tätsverteilung besitzt. Durch die Laserenergie kann der La serstab ohne Störung der Gleichmäßigkeit über den Schnitt gleichmäßig erhitzt werden, selbst dann, wenn die Laser energie ansteigt und von dem Laserstab teilweise absorbiert wird, so daß dieser erhitzt wird. Auf diese Weise ist es möglich, auf beständige Weise einen Laserstrahl hoher Ener gie zu erzeugen.

Bei einem Festkörperlasersystem wird der Laserstrahl von dem eine rauhe Oberfläche aufweisenden Laserstab ebenfalls unter Verwendung eines instabilen Resonators abgeleitet. Damit ist es möglich, einen Laserstrahl mit einer gleichmä ßigeren Intensitätsverteilung zu erzeugen als mit dem sta bilen Resonator. Hierbei kann der Laserstab durch die La serenergie ohne Störungen der Gleichförmigkeit über den Schnitt gleichmäßig erhitzt werden, selbst dann, wenn die Laserenergie ansteigt und von dem Laserstab teilweise ab sorbiert wird, so daß der Laserstab erhitzt wird. Auf diese Weise ist es möglich, auf beständige Art einen Laserstrahl hoher Energie zu erzeugen.

Bei einem Festkörperlasersystem wird der Laserstrahl von dem mit der rauhen Oberfläche versehenen Laserstab abgelei tet, indem ein Laserresonator verwendet wird, der einen Austrittsspiegel besitzt, welcher einen partiell reflektie renden Abschnitt am mittleren Abschnitt und einen nicht re flektierenden Abschnitt an seinem Umfangsabschnitt auf weist, und der einen einzigen Totalreflexionsspiegel oder optisches System zur Korrektur der thermischen Längenwir kung besitzt. Es ist damit möglich, in dem Laserstab einen Laserstrahl zu erzeugen, der eine gleichmäßigere Intensi tätsverteilung aufweist als bei dem stabilen Resonator, und einen Laserstrahl zu erzeugen, dessen Fokussierbarkeit grö ßer ist als das bei dem instabilen Resonator.

Der Laserstab kann somit durch die Laserenergie ohne Stö rungen der Gleichmäßigkeit im Querschnitt selbst bei an steigender Laserenergie gleichmäßig erhitzt werden, wobei die Laserenergie teilweise von dem Laserstab absorbiert wird. Es ist somit möglich, auf beständige Weise einen La serstrahl hoher Energie zu erzeugen.

Bei einem Festkörperlasersystem wird der Laserstrahl ferner von dem mit der rauhen Oberfläche versehenen Laserstab ab geleitet, indem ein Laserresonator verwendet wird, der ei nen Austrittsspiegel mit partiell reflektierendem Abschnitt am mittleren Abschnitt und nicht reflektierendem Abschnitt am Umfangsabschnitt und Einrichtungen zum Kompensieren der Phasendifferenz des den partiell reflektierenden Abschnitt und den nicht reflektierenden Abschnitt durchdringenden La serstrahles sowie einen einzigen Totalreflexionsspiegel o der ein optisches System zur Korrektur der thermischen Lin senwirkung aufweist. Damit ist es möglich, in dem Laserstab einen Laserstrahl zu erzeugen, der eine gleichmäßigere In tensitätsverteilung aufweist als bei dem stabilen Resona tor, sowie einen Laserstrahl zu erzeugen, dessen Fokussier barkeit größer ist als bei dem instabilen Resonator.

Somit kann der Laserstab ohne Störungen der Gleichmäßigkeit im Schnitt durch die Laserenergie gleichmäßig erhitzt wer den, und zwar selbst dann, wenn die Laserenergie ansteigt und teilweise von dem Laserstab absorbiert wird, so daß dieser erhitzt wird. Es ist damit möglich, auf beständige bzw. stabile Weise einen Laserstrahl hoher Energie zu er zeugen.

Bei einem Festkörperlasersystem wird der Laserstrahl, der von einem getrennten Festkörperlaser erzeugt wurde, in den Laserstab eingeführt, der die rauhe Oberfläche aufweist, um auf diese Weise einen verstärkten Laserstrahl extern zu er zeugen. Dabei ist es möglich, den Laserstrahl ohne die A berration zu verstärken, und in einfacher Weise einen La serstrahl hoher Qualität und hoher Energie vorzusehen.

Des weiteren kann der Laserresonator verwendet werden, um die Laserenergie von dem mit der rauhen Oberfläche versehe nen Laserstab abzuleiten. In diesem Fall wird das optische System zur Korrektur der thermischen Linsenwirkung, das die Vielzahl der optischen Komponenten aufweist, als ein opti sches Lasersystem verwendet, das den Resonator bildet, um mindestens einen der Abstände zwischen den optischen Kompo nenten zu steuern und in Abhängigkeit von der Abgabeleis tung der Lichtquelle entsprechend zu verändern. Selbst wenn daher durch eine Änderung der Abgabeleistung der Lichtquel le die thermischen Linse des Laserstabs verändert wird, ist es möglich, diese Änderung durch Änderung von mindestens einem der Abstände zwischen den optischen Komponenten zu beseitigen. Folglich ist es möglich, einen Laserstrahl mit stabiler Strahlqualität zu erzeugen, und zwar unabhängig von der Abgabeleistung der Lichtquelle oder von der erzeug ten Laserenergie.

Des weiteren kann der Laserresonator dazu verwendet werden, um die Laserenergie von dem mit der rauhen Oberfläche ver sehenen Laserstab abzuleiten, wobei ein optisches Bildüber tragungssystem vom Reflexions- oder Transmissionstyp als ein optisches System zur Korrektur der thermischen Linsen wirkung, das den Resonator bildet, verwendet wird. Selbst wenn durch eine Änderung der Abgabeleistung der Lichtquelle die thermische Linse des Laserstabs verändert wird, ist es möglich, diese Änderung zu beseitigen, indem mindestens ei ner der Abstände zwischen den optischen Komponenten nur ü ber eine geringe Distanz verändert wird. Folglich ist es möglich, unabhängig von der Abgabeleistung der Lichtquelle oder der erzeugten Laserenergie eine Steuerung mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen und einen Laserstrahl mit stabiler Strahlqualität zu erzeugen.

Der Halbleiterlaser wird als Lichtquelle verwendet. Daher ist es möglich, die Größe der in dem Laserstab erzeugten thermischen Linsenwirkung zu reduzieren und auf diese Weise die Verteilung der thermischen Linsenwirkung zu reduzieren und die Wellenlänge des Halbleiterlasers so einzustellen, daß eine gleichmäßige Intensitätsverteilung im Schnitt des Laserstabs, d. h. eine gleichmäßige Verteilung der thermi schen Linsenwirkung, erreicht wird. Es ist ferner möglich, auf diese Weise ein gleichmäßiges Lasermedium zur Verfügung zu stellen, so daß ein Laserstrahl mit hoher Qualität er zeugt wird.

Bei einem Festkörperlasersystem bilden der Totalreflexions spiegel und die Kondensorlinse das Bildübertragungssystem im Laserresonator und werden in Richtung der optischen Ach se des Laserresonators bewegt. Es ist daher möglich, den Weg des Laserlichtes im Laserresonator einzustellen und ei nen breiten Querschnittsbereich des Laserlichtes aufrecht zuerhalten, um die Fokussierwirkung des Laserstrahles in folge der thermischen Linsenwirkung des Laserstabs zu be seitigen. Auf diese Weise kann ein Festkörperlaser geschaf fen werden, der eine stabile Schwingung eines Strahles mit guter Fokussierbarkeit ermöglicht.

Bei dem stabilen Laserresonator, der eine Kombination aus dem optischen Bildübertragungssystem einschließlich einer Kombination des Totalreflexionsspiegels und der Kondensor linse mit einem partiell reflektierenden Spiegel aufweist, werden der Totalreflexionsspiegel und die Kondensorlinse, die das Bildübertragungssystem bilden, durch die Bewegungs einrichtungen in Richtung der optischen Achse des Laserre sonators bewegt. Es ist daher möglich, den Weg des Laser lichtes im Resonator einzustellen und einen breiten Quer schnittsbereich des Laserlichtes aufrechtzuerhalten, wäh rend eine glockenblumenförmige Intensitätsverteilung im Schnitt der Festkörperkomponente aufrechterhalten wird, um die Fokussierwirkung des Laserstrahles infolge der thermi schen Linsenwirkung des Laserstabs zu beseitigen.

Bei dem instabilen Laserresonator, der eine Kombination aus dem optischen Bildübertragungssystem einschließlich einer Kombination des Totalreflexionsspiegels und der Kondensor linse mit dem vergrößerten Totalreflexionsspiegel umfaßt, werden der Totalreflexionsspiegel und die Kondensorlinse, die das Bildübertragungssystem bilden, durch die Bewegungs einrichtungen in Richtung der optischen Achse des Laserre sonators bewegt. Daher ist es möglich, den Weg des Laser lichtes im Laserresonator einzustellen und eine gleichmäßi ge Intensitätsverteilung im Schnitt des Laserstabs auf rechtzuerhalten. Folglich wird die Kompensation der thermi schen Linsenwirkung erleichtert.

Des weiteren kann der vergrößerte Austrittsspiegel mit dem vergrößerten partiell reflektierenden Abschnitt am mittle ren Abschnitt und dem nicht reflektierenden Abschnitt am Umfangsabschnitt anstelle des vergrößerten Totalreflexions spiegels verwendet werden, um einen Laserstrahl zu schaf fen, der einen kompakten Querschnitt (keinen pfannkuchen förmigen bzw. ringförmigen Querschnitt) aufweist. Es ist daher möglich, die Intensität des Laserlichtes, die erfor derlich ist, um im wesentlichen die gleiche Fokussierbar keit zu erreichen, zu reduzieren und auf diese Weise die Belastung des Festkörperlasersystems zu reduzieren.

Des weiteren kann das Festkörperlasersystem Phasendiffe renzbeseitigungseinrichtungen aufweisen, um einen kompakten Laserstrahl mit gleichmäßiger Phase zu erzeugen, der ein verbessertes Fokussierbarkeit aufweist.

Des weiteren kontaktiert bei einem Festkörperlasersystem die piezoelektrische Vorrichtung mindestens die Kondensor linse und/oder den Totalreflexionsspiegel, die das optische Bildübertragungssystem bilden, und die piezoelektrische Vorrichtung wird expandiert und kontrahiert, so daß der Bildübertragungszustand zwischen dem stabilen Zustand und instabilen Zustand hin- und hergeschaltet werden kann. Es ist auf diese Weise möglich, durch rasches Verändern des Q- Wertes des Resonators eine Schwingung mit scharfen Impulsen zu erzeugen.

Des weiteren kann ein Festkörperlasersystem eine zweite Lichtquelle umfassen, um einen Lichtstrahl abzugeben, der den Laserstab und den Fotodetektor durchdringt, um einen Lichtstrahl zu erhalten und die Veränderung im Außendurch messer des Lichtstrahles zu messen. Wenn daher die piezo elektrische Vorrichtung unabhängig von den Ergebnissen der Detektion betrieben wird, ist es möglich, die thermische Linsenwirkung des Laserstabs zu beseitigen, während man kurzfristigen Schwankungen der thermischen Linse genau nachfolgt. Folglich wird die Kompensation der thermischen Linsenwirkung erleichtert.

Das Festkörperlasersystem kann darüber hinaus ein Gehäuse umfassen, das den Totalreflexionsspiegel und die Kondensor linse, die das Bildübertragungssystem bilden, aufnimmt. Da mit ist es möglich, eine Verschlechterung der Qualität des Laserstrahles infolge der Erzeugung eines Plasmas zu ver meiden, das durch den erhitzten Staub am Fokuspunkt des La serlichtes, der zwischen dem Totalreflexionsspiegel und der Kondensorlinse angeordnet ist, verursacht wird.

Bei der Materialbearbeitungsvorrichtung wird der Laser strahl von dem die rauhe Oberfläche aufweisenden Laserstab erzeugt und in die optische Faser eingeführt, um an den entfernten Ort überführt zu werden. Die Materialbearbeitung wird durch Ausnutzung des von der Faser abgegebenen Laser strahles am entfernten Ort durchgeführt. Es ist somit mög lich, in wirksamer und sicherer Weise das Licht in die Fa ser einzuführen und dadurch eine wirksame und sichere Mate rialbearbeitung durchzuführen.

Bei der Materialbearbeitungsvorrichtung wird der von dem Laserstab mit rauher Oberfläche erzeugte Laserstrahl ferner durch ein optisches Kondensorsystem fokussiert, um die La serbearbeitung durchzuführen. Damit ist es möglich, einen Laserstrahl zu schaffen, der zu einem kleinen Punkt fokus siert wird, und eine wirksame Materialbearbeitung unter Verwendung dieses Laserstrahls durchzuführen.

Bei der Materialbearbeitungsvorrichtung wird der Laserstab durch Kontakt mit einer Flüssigkeit gekühlt. Der Laserstab besitzt einen größeren Brechungsindex als die Flüssigkeit. Die Oberflächenrauhigkeit des Laserstabs wird in Längsrich tung variiert, um die Erregungsverteilung im Schnitt des Laserstabs zu verändern. Es ist damit möglich, die Stabili tät der Laserbearbeitungsvorrichtung zu verbessern, bei spielsweise durch Reduzierung der Rauhigkeit der Fläche, die das zum Abdichten des Kühlmediums eingesetzte Dich tungsmaterial kontaktiert, um eine zuverlässig Dichtung vorzusehen.

Bei einem Festkörperlasersystem wird der von der Laservor richtung erzeugte Laserstrahl durch das optische System in die Nähe des Werkstücks überführt und fokussiert. Der La serstrahl verläuft nach der Fokussierung weiter und wird erneut fokussiert, um ihn in das Werkstück einzuführen und die Materialbearbeitung durchzuführen. Es ist damit mög lich, den infolge der am Fokuspunkt des Laserstrahles er zeugten Beugungswelle entstehenden peripheren Strahl zu be seitigen, so daß eine wirksame Materialbearbeitung mit ho her Qualität erreicht werden kann.

Bei einem Festkörperlasersystem wird der von der Laservor richtung erzeugte Laserstrahl vom optischen System in die Nähe des Werkstücks übertragen und fokussiert. Des weiteren wird die Beugungswelle durch eine Blende vom Laserstrahl entfernt, wobei diese Blende in der Nähe des Brennpunktes angeordnet ist, und der Laserstrahl wird danach erneut fo kussiert, um in das Werkstück eingeführt zu werden und die Materialbearbeitung durchzuführen. Es ist damit möglich, den peripheren Strahl aufgrund der am Fokus- oder Brenn punkt des Laserstrahles erzeugten Beugungswelle zu beseiti gen, wodurch eine wirksame Materialbearbeitung mit hoher Qualität erreicht wird.

Bei einem Festkörperlasersystem wird der von der Laservor richtung erzeugte Laserstrahl durch das optische System in die Nähe des Werkstücks übertragen und fokussiert. Des wei teren wird die Beugungswelle vom Laserstrahl durch einen übersättigten Absorber entfernt, der in der Nachbarschaft des Brennpunktes angeordnet ist, und der Laserstrahl wird danach erneut fokussiert, um in das Werkstück eingeführt zu werden und die Materialbearbeitung durchzuführen. Es ist daher möglich, den peripheren Strahl aufgrund der am Brenn punkt des Laserstrahles erzeugten Beugungswelle zu entfer nen, wodurch eine wirksame Materialbearbeitung mit hoher Qualität erzielt wird.

Claims

1. Verwendung eines Festkörperlasersystems zur Erzeugung eines Laserstrahls, das einen flüssigkeitsgekühlten Laserstab aufweist, der sich in einer Kavität innerhalb eines optischen Resonators befindet und der durch einen Halbleiterlaser (400) als Lichtquelle transversal optisch gepumpt wird, wobei der Laserstab (300) einen größeren Brechungsindex als die ihn umgebende Flüssigkeit aufweist, wobei die vom Pumplicht durchdrungene Oberfläche des Laserstabs (300) einen Bereich der Oberflächenrauhigkeit aufweist, der nicht kleiner als 3,3 µm RMS (Wurzel aus dem quadratischen Mittelwert der Rauhtiefe) ist, in einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem optischen System, durch das der Laserstrahl in die Nähe eines Werkstücks (800) führbar ist.

2. Verwendung eines Festkörperlasersystems zur Erzeugung eines Laserstrahls, das einen flüssigkeitsgekühlten Laserstab aufweist, der sich in einer eine diffuse Reflexionsfläche an ihrer Innenseite aufweisenden Kavität innerhalb eines optischen Resonators befindet und der durch einen Halbleiterlaser (400) als Lichtquelle transversal optisch gepumpt wird, wobei der Laserstab (300) einen größeren Brechungsindex als die ihn umgebende Flüssigkeit aufweist, wobei die vom Pumplicht durchdrungene Oberfläche des Laserstabs (300) einen Bereich der Oberflächenrauhigkeit aufweist, der nicht kleiner als 3,3 µm RMS (Wurzel aus dem quadratischen Mittelwert der Rauhtiefe) ist, in einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem optischen System, durch das der Laserstrahl in die Nähe eines Werkstücks (800) führbar ist.

3. Verwendung eines Festkörperlasersystem zur Erzeugung eines Laserstrahls, das mehrere in Reihe geschaltete, flüssigkeitsgekühlte Laserstäbe aufweist, die sich in Kavitäten innerhalb von optischen Resonatoren befinden und die durch Halbleiterlaser (400) als Lichtquellen transversal optisch gepumpt werden, wobei die Laserstäbe (300) einen größeren Brechungsindex als die sie umgebende Flüssigkeit aufweisen, wobei die vom Pumplicht durchdrungenen Oberflächen der Laserstäbe (300) einen Bereich der Oberflächenrauhigkeit aufweisen, der nicht kleiner als 3,3 µm RMS (Wurzel aus dem quadratischen Mittelwert der Rauhtiefe) ist, in einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem optischen System, durch das der Laserstrahl in die Nähe eines Werkstücks (800) führbar ist.

4. Verwendung eines Festkörperlasersystems zur Erzeugung eines Laserstrahls, das einen flüssigkeitsgekühlten Laserstab aufweist, der sich in einer Kavität innerhalb eines optischen Resonators befindet und der durch einen Halbleiterlaser (400) als Lichtquelle transversal optisch gepumpt wird, wobei der Laserstab (300) einen größeren Brechungsindex als die ihn umgebende Flüssigkeit aufweist, wobei die vom Pumplicht durchdrungene Oberfläche des Laserstabs (300) einen Bereich der Oberflächenrauhigkeit aufweist, der nicht kleiner als 3,3 µm RMS (Wurzel aus dem quadratischen Mittelwert der Rauhtiefe) ist, wobei die Oberflächenrauhigkeit in Längsrichtung des Laserstabs (300) unterschiedlich ist, so daß sich eine Verstärkungsverteilung im Querschnitt des Laserstabs ergibt, in einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem optischen System, durch das der Laserstrahl in die Nähe eines Werkstücks (800) führbar ist.

5. Verwendung eines Festkörperlasersystems zur Erzeugung eines Laserstrahls, das einen flüssigkeitsgekühlten Laserstab aufweist, der sich in einer Kavität innerhalb eines optischen Resonators befindet und der durch einen Halbleiterlaser (400) als Lichtquelle transversal optisch gepumpt wird, wobei der Laserstab (300) einen größeren Brechungsindex als die ihn umgebende Flüssigkeit aufweist, wobei die vom Pumplicht durchdrungene Oberfläche des Laserstabs (300) einen Bereich der Oberflächenrauhigkeit aufweist, der nicht kleiner als 3,3 µm RMS (Wurzel aus dem quadratischen Mittelwert der Rauhtiefe) ist, in einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem optischen System mit einer Lichtleitfaser (200), in deren eine Endfläche der Laserstrahl des Festkörperlasersystems eingeführt wird, wobei die entgegengesetzte Endfläche der Lichtleitfaser (200) zur Laserbearbeitung in die Nähe eines Werkstücks (800) einsetzbar ist.

6. Verwendung eines Festkörperlasersystems zur Erzeugung eines Laserstrahls, das einen flüssigkeitsgekühlten Laserstab aufweist, der sich in einer Kavität innerhalb eines optischen Resonators befindet und der durch einen Halbleiterlaser (400) als Lichtquelle transversal optisch gepumpt wird, wobei der Laserstab (300) einen größeren Brechungsindex als die ihn umgebende Flüssigkeit aufweist, wobei die vom Pumplicht durchdrungene Oberfläche des Laserstabs (300) einen Bereich der Oberflächenrauhigkeit aufweist, der nicht kleiner als 3,3 µm RMS (Wurzel aus dem quadratischen Mittelwert der Rauhtiefe) ist, in einer Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem optischen System, durch das der Laserstrahl in die Nähe eines Werkstücks (800) führbar ist, wobei der von dem optischen System zum Werkstück austretende Laserstrahl durch ein optisches Kondensorsystem gebündelt wird, in dessen Brennpunktnähe eine Blende (50) vorgesehen ist.