DE4446026C1

DE4446026C1 - Folded laser cavity resonator for continuous laser

Info

Publication number: DE4446026C1
Application number: DE19944446026
Authority: DE
Inventors: Keming Dr Du; Peter Dr Loosen
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1994-12-24
Filing date: 1994-12-24
Publication date: 1996-03-28
Anticipated expiration: 2014-12-25
Also published as: WO1996020520A1

Abstract

Laser resonators with at least two resonator mirrors (1, 9) that delimit the resonator are known. An active laser beam radiating medium (4) and a radiation-reflecting fold element (3) are arranged in the path of the beams reflected by the resonator mirrors (1, 9) and at least one of the mirrors (2) has at least a radiation output window (9). In order to scale such a fold resonator in a technically simple manner, while enabling simple adaptation of the power and quality of the radiation output from the resonator to various requirements, in particular to design a continuously operated laser, the fold element (3) is a radiation-transparent fold unit with two spaced apart parallel surfaces (5, 7) of which one forms a beam input surface (5) and the other a beam reflecting surface (7). A partial surface (6) of the beam input surface (5), upon which beams strike at an angle, is partially reflecting and the remaining areas (8) are less reflective than the partial surface (6). The beam reflecting surface (7) is a totally reflective surface. The beams projected by a mirror (1, 2) upon the partially reflecting surface (6) are subdivided into two partial beams. One partial beam is reflected towards the other mirror (2, 1) and the other partial beam enters the fold unit (3), is reflected by the totally reflective surface (7), leaves the beam reflecting surface (5) at a spot offset in relation to the entrance point of the beam and is reflected toward the other mirror (2, 1).

Description

Laserresonator mit mindestens zwei den Resonator begrenzenden Resona tor-Spiegeln, in deren Strahlengang ein aktives, Strahlung abgebendes Lasermedium und mindestens ein die Strahlung reflektierendes Fal tungs-Element angeordnet sind und mindestens einer der Spiegel mindestens ein Auskoppelfenster für die Strahlung besitzt.Laser resonator with at least two resonators delimiting the resonator Tor mirrors, in whose beam path an active, emitting radiation Laser medium and at least one case reflecting the radiation tion element are arranged and at least one of the mirrors at least has an output window for the radiation.

Laserresonatoren der vorstehend beschriebenen Art sind allgemein als gefaltete Resonatoren bekannt; ein solcher Resonator ist beispielsweise in der GB-PS 1 500 428 beschrieben.Laser resonators of the type described above are generally known as folded resonators known; such a resonator is for example in GB-PS 1,500,428.

Eine wichtige Aufgabe bei der Entwicklung und dem Aufbau von Laserstrahl quellen ist die Skalierung der Laserstrahlungsleistung unter Erzielung einer hohen Strahlqualität. Um dies zu erreichen, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden.An important task in the development and construction of laser beams swell is the scaling of the laser radiation power while achieving a high beam quality. To accomplish this, several Measures are taken.

Eine Möglichkeit besteht darin, die Laserleistung durch Skalierung des Laseroszillatorvolumens vorzunehmen. Bei einer Vergrößerung des Laseros zillatorvolumens muß allerdings immer berücksichtigt werden, daß die axiale Dimension, d. h. die Resonatorlänge, und die lateralen Dimensionen zueinander derart in Relation stehen, daß die Fresnel-Zahl des Oszilla tors nicht wesentlich größer als 1 wird, damit eine hohe Strahlqualität gewährleistet ist. Diese Randbedingungen beschränken die Auslegung eines Hochleistungsoszillators mit hoher Strahlqualität erheblich. Um die er forderlichen Resonatorlängen unter Beibehaltung einer kompakten Baugröße des Resonators zu erreichen, wird der Oszillator oft mehrfach gefaltet. Eine solche Faltung ist immer mit technischen Komplikationen verbunden, da zum Beispiel segmentierte Resonator-Spiegel mit individuell gekrümmten Spiegelflächen eingesetzt werden müssen, um eine thermische Linsenwirkung zu kompensieren. Weiterhin ist das Auskoppelfenster eines langen Oszil lators aufgrund der relativ kleinen Apertur stark belastet, was wiederum hinsichtlich des ausgekoppelten Strahls zu einer Verminderung der Strahl qualität führt.One possibility is to increase the laser power by scaling the Make laser oscillator volume. When enlarging the laser zillatorvolumens must always be taken into account that the axial dimension, d. H. the resonator length, and the lateral dimensions are so related that the Fresnel number of the Oszilla tors is not significantly larger than 1, so a high beam quality is guaranteed. These boundary conditions limit the interpretation of a High-performance oscillators with high beam quality considerably. To whom he required resonator lengths while maintaining a compact size to reach the resonator, the oscillator is often folded several times. Such folding is always associated with technical complications because, for example, segmented resonator mirrors with individually curved ones Mirror surfaces must be used to achieve a thermal lens effect to compensate. Furthermore, the decoupling window of a long Oszil lators due to the relatively small aperture, which in turn with regard to the outcoupled beam to reduce the beam quality leads.

Eine weitere Möglichkeit, die Laserstrahlungsleistung zu skalieren, be steht darin, einen sogenannten Oszillator-Verstärker zu verwenden. Hier bei wird zuerst ein Laseroszillator mit relativ geringer Leistung, jedoch hoher Strahlqualität, aufgebaut. Die aus dem Laseroszillator austretende Laserstrahlung wird dann in einen nachgeschalteten Leistungsverstärker eingespeist und zu der angestrebten, hohen Leistung verstärkt. Ein sol ches Laseroszillator-Verstärker-Prinzip findet meistens in gepulsten Lasern Anwendung. Mit einem solchen Laseroszillator-Verstärker-Prinzip können einige hundertfache Verstärkungen erzielt werden. Demgegenüber beträgt die Verstärkung in Verbindung mit kontinuierlich betriebenen Lasern nur einige wenige Hundert Prozent unter Berücksichtigung, daß der Wirkungsgrad des gesamten Lasers (Laseroszillator und Verstärker) nicht zu gering wird.Another way to scale the laser radiation power, be is to use a so-called oscillator amplifier. Here at first a laser oscillator with relatively low power, however high beam quality. The one emerging from the laser oscillator Laser radiation is then in a downstream power amplifier fed and amplified to the desired high performance. A sol The laser oscillator amplifier principle is mostly found in pulsed Laser application. With such a laser oscillator amplifier principle several hundredfold reinforcements can be achieved. In contrast is the gain in connection with continuously operated Lasers only a few hundred percent taking into account that the Efficiency of the entire laser (laser oscillator and amplifier) is not becomes too small.

Eine dritte Alternative, eine Laserstrahlquelle zu skalieren, stellt das Laser-Array dar. Hierbei handelt es sich um mehrere Laser-Oszillatoren, die räumlich nebeneinander in einer Feldanordnung bzw. einem Array ange ordnet sind und parallel betrieben werden. In einem solchen Laser-Array ist folglich die gesamte Laserstrahlungsleistung die Summe der Leistung der einzelnen Oszillatoren. Ein zentrales Problem, das sich in Verbindung mit diesem Skalierungsprinzip ergibt, ist die kohärente Kopplung der Oszillatoren miteinander. Es muß allerdings berücksichtigt werden, daß sich eine periodische Feldverteilung bei Ausbreitung in Amplitude und Phase in äquidistanten Ebenen reproduziert, so daß Maßnahmen ergriffen werden müssen, um diese Strahlen der einzelnen Laseroszillatoren in einer gemeinsamen Ebene oder in einem gemeinsamen Fokussierungspunkt zusammen zuführen, was einen hohen optischen Aufwand erfordert. Weiterhin muß, um eine kohärente Kopplung der Oszillatoren zu erreichen, gewährleistet werden, daß die Eigenfrequenzen der einzelnen Oszillatoren nicht zu stark voneinander abweichen. Weiterhin führen Abbildungsfehler bei zweidimen sionalen Laseroszillator-Arrays bei freier Ausbreitung zu Verlusten, die typischerweise Werte von 40%. im Vergleich zu eindimensionalen, aus acht Oszillatoren zusammengesetzten Arrays erreichen. Die hohen Verluste füh ren folglich zu einem geringen Wirkungsgrad. Aufgrund der erforderlichen Maßnahmen, um die Strahlen zusammenzuführen, entstehen Justierprobleme, so daß sich umgekehrt bei einer solchen Laseranordnung eine hohe Justie rempfindlichkeit zeigt. Weiterhin können in einer solchen Anordnung keine sphärischen Spiegel eingesetzt werden, da sich dadurch unterschiedliche Längen der einzelnen Oszillatoren ergeben, was aber gerade für einen stabilen Laserbetrieb notwendig ist. Weiterhin müßten zur Realisierung solcher Anordnungen Abstände benachbarter, einzelner Laseroszillatoren eingehalten werden, die bei realistischer Oszillatorenlänge so klein sind, daß sie praktisch nicht realisierbar und technisch zu beherrschen sind.A third alternative is to scale a laser beam source Laser array. These are multiple laser oscillators, which are spatially side by side in a field arrangement or an array are organized and operated in parallel. In such a laser array consequently the total laser radiation power is the sum of the power of the individual oscillators. A key problem that is related with this scaling principle, the coherent coupling is the Oscillators with each other. However, it must be borne in mind that there is a periodic field distribution when spreading in amplitude and Phase reproduced in equidistant planes so that action can be taken need to be these beams of individual laser oscillators in one common level or in a common focus point together lead, which requires a high optical effort. Furthermore, in order to to achieve a coherent coupling of the oscillators be that the natural frequencies of the individual oscillators are not too strong differ from each other. Image errors also result in two dimes sional laser oscillator arrays with free propagation at losses that typically values of 40%. compared to one-dimensional, out of eight Reach oscillators of composite arrays. The high losses lead ren consequently to a low efficiency. Because of the required Measures to bring the beams together lead to adjustment problems, so that conversely there is a high adjustment in such a laser arrangement shows sensitivity. Furthermore, none can in such an arrangement spherical mirrors can be used, because they are different Lengths of the individual oscillators result, but what exactly for one stable laser operation is necessary. Furthermore would have to be realized such arrangements distances of adjacent, individual laser oscillators be adhered to, which is so small with realistic oscillator length are that they are practically not feasible and technically controllable are.

In dem Aufsatz "The Use of a Single Plane Parallel Plate as a Lateral Shearing Interferometer with a Visible Gas Laser Source", APPLIED OPTICS, Vol. 3, No. 4, 1964 Seiten 531 ff., sind allgemein optische Platten als Faltungs- und Reflexionselemente, u. a. zum Erzeugen von Teilstrahlen mit unterschiedlichem Phasengang, beschrieben.In the essay "The Use of a Single Plane Parallel Plate as a Lateral Shearing Interferometer with a Visible Gas Laser Source ", APPLIED OPTICS, Vol. 3, No. 4, 1964 pages 531 ff., Are generally optical disks as Folding and reflection elements, u. a. for generating partial beams with different phase response.

In der DE-A1-42 03 225 ist ein Wellenleiterlaser beschrieben, bei dem die reflektierenden Elemente des Resonators eine Beugungskopplung aufgrund deren Dimensionierung in Azimutalrichtung bewirken.DE-A1-42 03 225 describes a waveguide laser in which the reflective elements of the resonator due to diffraction coupling effect their dimensioning in the azimuth direction.

Ein weiteres aktiv gefaltetes Resonatorsystem eines Festkörperlasers ist in der DE-C2-43 04 178 beschrieben, das zwei Rechteckprismen als laseraktives Material einsetzt. Another actively folded resonator system of a solid-state laser is described in DE-C2-43 04 178, the two rectangular prisms as uses laser-active material.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik und der diesbezüglich geschilderten Problematik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen gefalteten Resonator anzugeben, der in tech nisch einfacher Weise die Skalierung eines gefalteten Resonators mit einem hohen Wirkungsgrad zuläßt, der darüberhinaus die Möglichkeit bie tet, mit einfachen Maßnahmen die Leistung und die Strahlqualität der aus dem Resonator ausgekoppelten Strahlung den jeweiligen Erfordernissen anzupassen und der insbesondere auch zum Aufbau kontinuierlich betrie bener Laser geeignet ist.Based on the prior art described above and the The problem described in this regard lies with the present invention the task of specifying a folded resonator, which is in tech nisch simple way to scale a folded resonator a high efficiency, which also gives the possibility with simple measures, the performance and the beam quality of the radiation coupled out of the resonator to the respective requirements to adapt and operated continuously, especially for the construction bener laser is suitable.

Die vorstehende Aufgabe wird bei einem Laserresonator der ein gangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Faltungseinheit eine für die Strahlung transparente Faltungseinheit mit zwei zueinander beabstan deten parallelen Flächen ist, von denen die eine eine Strahleneintritts fläche und die andere eine Strahlenreflexionsfläche bildet, wobei eine Teilfläche der Strahleneintrittsfläche, auf die die Strahlen unter einem Winkel auftreffen, teilreflektierend und die verbleibenden Bereiche ge genüber der Teilfläche geringer reflektierend ist und die Strahlenre flexionsfläche eine vollreflektierende Fläche ist, wobei die auf die teilreflektierende Fläche auftreffenden Strahlen, die von dem einen Spie gel ausgehen, in zwei Teilstrahlen unterteilt werden, wobei der eine Teilstrahl zu dem jeweils anderen Spiegel hin reflektiert wird, während der andere Teilstrahl in die Faltungseinheit eintritt, an der vollreflek tierenden Fläche reflektiert wird und aus der Strahleneintrittsfläche zu seiner Strahleneintrittsstelle versetzt austritt und zu dem jeweils an deren Spiegel führt.The above task is the one with a laser resonator gangs specified solved in that the folding unit one for the radiation transparent folding unit with two mutually spaced parallel surfaces, one of which is a ray entry surface and the other forms a radiation reflection surface, one Partial area of the radiation entry surface onto which the rays pass under a Impact angles, partially reflective and the remaining areas is less reflective compared to the partial area and the radiation re flexion surface is a fully reflective surface, the on the partially reflecting surface impinging rays emitted by the one spie gel go out, divided into two partial beams, one Partial beam is reflected towards the other mirror while the other part of the beam enters the folding unit, where it is fully reflective ting surface is reflected and from the radiation entrance surface its radiation entry point emerges offset and to each whose mirror leads.

Durch die speziell aufgebaute, erfindungsgemäße Faltungseinheit, die erfindungsgemäß in dem Laserresonator integriert ist, können die einzelnen Strahlen zwischen den beiden Resonator-Spiegeln zueinander versetzt werden, indem ein Teil der Strahlung in diese Fal tungseinheit eintritt und an der Strahlenreflexionsfläche unter einem Winkel so reflektiert wird, daß sie versetzt zu ihrer Strahleneintritts stelle aus der Strahleneintrittsfläche austritt und sich dort mit Strah lung, die im Bereich der Austrittsstelle der Strahleneintrittsfläche reflektiert wird, überlagert. Je nach Formgebung und dem Winkel, unter dem die Strahlung auf die entsprechenden Strahleneintrittsflächen und Strahlenreflexionsflächen auftrifft, können die Strahlen definiert zusam mengeführt und gekoppelt, insbesondere auch kohärent gekoppelt, werden oder aber auch in mehrere Teilstrahlen unterteilt werden, die dann über Auskoppelfenster aus dem Resonator ausgekoppelt werden. Mit einer solchen Faltungseinheit ist es demzufolge möglich, in einfacher Weise innerhalb des Resonators die Strahlung zu beeinflussen, d. h. in einer erforder lichen Art und Weise zu falten, zu koppeln und zusammenzuführen.Due to the specially constructed, according to the invention Folding unit, which according to the invention is integrated in the laser resonator the individual beams between the two resonator mirrors are offset from each other by putting part of the radiation in this case unit enters and on the radiation reflection surface under one Angle is reflected so that it is offset from its beam entry place emerges from the radiation entry surface and there with beam lung in the area of the exit point of the radiation entry surface is reflected, superimposed. Depending on the shape and the angle, under which the radiation onto the corresponding radiation entry surfaces and Radiation reflection surfaces strikes, the rays can be defined together menu-driven and coupled, in particular also coherently coupled or can also be divided into several partial beams, which are then Decoupling window are coupled out of the resonator. With one Folding unit is therefore possible within a simple manner the resonator to influence the radiation, d. H. in a required fold, couple and merge.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Reflexionsvermögen insbeson dere der Strahlenreflexionsfläche der Faltungseinheit bzw. dessen Trans missionsprofil ortsabhängig stetig geändert, so daß über die Fläche der Faltungseinheit und damit über den Querschnitt des Laserresonators ein bestimmtes Profil der Strahlung erreicht werden kann. Dieses Strahlungs profil kann dann genutzt werden, indem beispielsweise im Strahlungsmaxi mum das bzw. die Auskoppelfenster im Bereich des oder der Resonator-Spie gel angeordnet wird. Vorzugsweise wird ein Reflexionsprofil der Strahlen eintrittsfläche in Form einer Gauß′schen Verteilung gewählt, d. h. in etwa der Mitte der Strahleneintrittsfläche der Faltungselnheit wird der über wiegende Anteil der auftreffenden Strahlen durch die Strahleneintritts fläche reflektiert, während der geringere Anteil in diesem mittleren Bereich durch die Strahleneintrittsfläche hindurchtritt.In a preferred embodiment, the reflectivity in particular that of the radiation reflection surface of the folding unit or its trans mission profile constantly changed depending on the location, so that over the area of Folding unit and thus over the cross section of the laser resonator certain profile of radiation can be achieved. This radiation profile can then be used, for example, in the radiation maxi mum the coupling window (s) in the area of the resonator or games gel is arranged. A reflection profile of the rays is preferred entry surface chosen in the form of a Gaussian distribution, d. H. in approximately the center of the radiation entrance surface of the convolution is over Weighing proportion of the incident rays due to the radiation entry area reflected, while the lower proportion in this middle Area passes through the radiation entry surface.

Um zu verhindern, daß Strahlen seitlich aus der Faltungseinheit austreten bzw. die Strahlen auf den Bereich der Faltungseinheit begrenzt wird, wird die Strahleneintrittsfläche in einem mittleren Bereich teilreflektierend ausgebildet, während sie in den den mittleren Bereich begrenzenden, von den Strahlen erfaßten Randzonen nicht reflektierend ist. In dieser Anord nung treten demnach alle Strahlen, die auf den Randbereich der Faltungs einheit auftreffen, durch dessen Strahleneintrittsfläche hindurch und werden an der Strahlenreflexionsfläche reflektiert, und zwar durch eine entsprechende Anordnung der Strahlenreflexionsfläche, derart, daß die reflektierten Strahlen in den mittleren Bereich der Faltungseinheit re flektiert werden; dort tritt dann eine verstärkte Strahlenintensität auf und die Strahlungsverluste in den Randbereichen können, wenn sie über haupt auftreten, gering gehalten werden.To prevent rays from emerging laterally from the folding unit or the rays are limited to the area of the folding unit partially reflecting the radiation entrance surface in a central area formed while in the middle area delimiting from edge zones detected by the rays is not reflective. In this arrangement Accordingly, all rays strike the marginal area of the convolution unit strike through its radiation entry surface and are reflected on the radiation reflection surface by a corresponding arrangement of the radiation reflection surface, such that the reflected rays in the middle area of the folding unit right be inflected; then there is an increased radiation intensity and the radiation losses in the peripheral areas can, if over occur at all, are kept low.

Um einerseits eine größere Variationsbreite zu erzielen, um den Laserre sonator zu skalieren, und um andererseits die Resonatorlänge weiterhin zu verkürzen, können zwei Faltungseinheiten in den Resonator integriert werden, die jeweils mit einer Strahleneintrittsfläche und einer in Rich tung der Eintrittsstrahlen gesehen dahinterliegenden Strahlenreflexions fläche ausgestattet sind. In order to achieve a larger range of variation on the one hand, the Laserre scaling sonator, and on the other hand the resonator length continues to increase shorten, two folding units can be integrated into the resonator be, each with a radiation entry surface and one in Rich tion of the entrance rays seen behind beam reflection are equipped.

Die erfindungsgemäße Maßnahme, d. h. die erfindungsgemäße Faltungseinheit in den Laserresonator einzusetzen, kann in Verbindung mit den unter schiedlichen Lasertypen umgesetzt werden, d. h. zum Beispiel in Verbindung mit Gaslasern, Festkörperlasern oder auch Diodenlasern. Ein kompakter Aufbau des Laserresonators wird unter Verwendung eines Festkörpers als Lasermedium erreicht. In Verbindung mit einem Festkörper ist es möglich, die Faltung über eine Mehrzahl von die Strahlung reflektierenden Stirn flächen vorzusehen und einen Resonator aufzubauen. Im Bereich einer sol chen Stirnfläche wird dann die erfindungsgemäße Faltungseinheit angeord net und die Stirnflache so ausgestaltet, daß die Strahlung auf die Strah leneintrittsfläche der Faltungselnheit fällt. Hierbei kann die Faltungs einheit mit ihrer Strahleneintrittsfläche direkt auf die dieser zugeord neten Stirnfläche des Festkörpers aufgesetzt werden, beispielsweise mit tels eines geeigneten, optisch angepaßten Klebemittels; es besteht aber auch die Möglichkeit, zwischen der Stirnfläche des Festkörpers und der Strahleneintrittsfläche der Faltungseinheit einen Abstand vorzusehen, über den, ebenso wie zusätzlich über den Einfallswinkel, die Teilre flexion an der Strahleneintrittsfläche einstellbar ist.The measure according to the invention, d. H. the folding unit according to the invention in the laser resonator can be used in conjunction with the different types of lasers are implemented, d. H. for example in connection with gas lasers, solid-state lasers or diode lasers. A compact one Structure of the laser resonator is used as a solid Laser medium reached. In connection with a solid body it is possible folding over a plurality of forehead reflecting the radiation plan areas and build a resonator. In the area of a sol Chen end face, the folding unit according to the invention is then arranged net and the end face designed so that the radiation on the beam leneinfläche of the foldedness falls. Here, the folding unit with its radiation entry surface directly assigned to it Neten end face of the solid body can be placed, for example with means of a suitable, optically matched adhesive; but it exists also the possibility between the face of the solid and the Provide a distance for the radiation entry surface of the folding unit, about the, as well as additionally about the angle of incidence, the part flexion is adjustable at the radiation entry surface.

Vorzugsweise wird ein Festkörper mit einer ungeraden Anzahl von Stirn flächen eingesetzt, die jeweils eine gleiche Länge besitzen. Hierdurch wird ein gleichmäßiger Strahlenverlauf innerhalb des Festkörpers er reicht. Einer Stirnfläche eines Festkörpers mit vorzugsweise drei Stirn flächen wird die strahlungstransparente Faltungseinheit zugeordnet. Eine größere Anzahl an Stirnflächen sollte immer dann gewählt werden, um hö here Ausgangsleistungen zu erzielen.A solid body with an odd number of foreheads is preferred surfaces used, each of the same length. Hereby a uniform beam path within the solid will enough. An end face of a solid with preferably three foreheads the radiation-transparent folding unit is assigned to surfaces. A a larger number of end faces should always be selected in order to to achieve output power here.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform stellt einen Festkörper mit einer geraden Anzahl von Stirnflächen, vorzugsweise vier solcher Stirnflächen, dar, wobei dann jeweils zwei der Stirnflächen parallel zueinander verlau fen und mindestens einer Stirnfläche eine erfindungsgemäße Faltungsein heit zugeordnet ist. Das Auskoppelfenster wird dann bevorzugt an einer Stirnfläche vorgesehen, die der Stirnfläche, der die Faltungseinheit zugeordnet ist, benachbart liegt. Another preferred embodiment provides a solid body with a even number of end faces, preferably four such end faces, represents, then two of the end faces parallel to each other fen and at least one end face an inventive folding is assigned. The decoupling window is then preferably at one End face provided that of the end face of which the folding unit is assigned, is adjacent.

Die Faltungseinheit kann als einfaches, optisches Bauelement angesehen werden, da sie aus einer Glasplatte, vorzugsweise aus Quarzglas, herge stellt werden kann, wobei die Strahleneintrittsfläche und die Strahlen reflexionsfläche entsprechend den gewünschten Strahlungsdurchlaß-Strah ungsreflexionsprofilen reflektierend oder transmittierend ausgestaltet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Faltungseinheit durch zwei zueinander beabstandete, parallele Glasplatten, wiederum bevorzugt aus Quarzglas, herzustellen, wobei dann die eine Glasplatte die Strahlenein trittsfläche und die zweite Glasplatte die Strahlenreflexionsfläche auf weist. Der Abstand der beiden Platten kann den Anforderungen entsprechend eingestellt werden. Die beiden Glasplatten bzw. die Strahleneintritts fläche und die gegenüberliegende Strahlenreflexionsfläche können eine Krümmung aufweisen, wodurch es möglich wird, Teil-Oszillatoren mit unter schiedlichen Abständen zu falten bzw. zu koppeln, um einen definierten Strahlenverlauf zwischen der Strahleneintrittsfläche und der Strahlen austrittsfläche zu erreichen, besitzen beide Flächen einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt, so daß sie konzentrisch zueinander verlaufend ange ordnet sind.The folding unit can be viewed as a simple, optical component are, since they are made of a glass plate, preferably quartz glass can be placed, the radiation entrance surface and the rays reflective surface corresponding to the desired radiation transmission beam Reflection profiles designed reflective or transmissive will. There is also the option of folding the unit by two spaced-apart, parallel glass plates, again preferably made of To produce quartz glass, the one glass plate then being the rays step surface and the second glass plate on the radiation reflection surface points. The distance between the two plates can meet the requirements can be set. The two glass plates or the radiation entry surface and the opposite radiation reflection surface can be a Have curvature, which makes it possible to use sub-oscillators with under different distances to fold or couple to a defined Beam path between the radiation entrance surface and the rays to reach exit surface, both surfaces have a common Center of curvature so that they are concentric to each other are arranged.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:Further details and features of the present invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments using the Drawing. The drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines gefalteten Laserresonators mit einer erfindungsgemäßen Faltungseinheit, um anhand des Strahlenver laufs das Prinzip der Erfindung zu erläutern, Fig. 1 is a schematic representation of a folded laser resonator with an inventive folding unit in order to explain the basis of the beam combiner run, the principle of the invention,

Fig. 2 eine Darstellung einer Ausführungsform, die der Ausführungsform der Fig. 1 entspricht, wobei allerdings die Strahlung an einer unter schiedlichen Stelle des Resonator-Spiegels ausgekoppelt wird und wobei dem Faltungs-Element ein Reflexionsprofil zugeordnet ist, Fig. 2 is an illustration of an embodiment corresponding to the embodiment of Fig. 1, although the radiation difference union point of the resonator mirror is coupled to one, and wherein the folding member is associated with a reflection profile,

Fig. 3 und 4 Anordnungen mit unterschiedlichen Auskoppelfenstern, wobei dem Auskoppel-Spiegel sowie der Faltungseinheit wiederum ein Re flexionsprofil zugeordnet ist, FIGS. 3 and 4 with different arrangements Auskoppelfenstern, wherein the coupling-out mirror and the folding unit in turn is associated with a re flexionsprofil,

Fig. 5A und 5B einen zweidimensional gefalteten Resonator mit zwei Faltungseinheiten, wobei die eine Faltungseinheit in der Fig. 5A darge stellt ist und die andere Faltungseinheit in der Fig. 5B dargestellt ist, Fig. 5A and 5B, a two-dimensionally folded resonator with two folding units, wherein the convolution unit is shown in Fig. 5A Darge and the other convolution unit is shown in Fig. 5B,

Fig. 6 den Auskoppelspiegel der Fig. 5B mit einer geänderten Anordnung der Auskoppelfenster, Fig. 6 shows the output mirror of FIG. 5B, with a modified arrangement of the coupling-out window,

Fig. 7 den einen Resonator-Spiegel der Ausführungsformen der Fig. 1 bis 5 mit einer segmentierten Spiegelfläche, Fig. 7 to a resonator mirror of the embodiments of FIGS. 1 to 5 with a segmented mirror surface,

Fig. 8 einen Ring-Festkörperlaser-Resonator mit einer der einen Stirn seite zugeordneten Faltungseinheit, Fig. 8 is a ring solid-state laser resonator with one of the one end side of the associated folding unit,

Fig. 9 die Anordnung des Festkörperresonators der Fig. 8 mit stehender Welle, Fig. 9 shows the arrangement of the Festkörperresonators FIG. 8 standing wave,

Fig. 10 den Festkörperlaser der Fig. 7 mit zwei Faltungseinheiten, und Fig. 10 shows the solid-state laser of Fig. 7 with two folding units, and

Fig. 11 einen Festkörperlaser mit drei Stirnflächen, wobei einer Stirn fläche eine Faltungseinheit zugeordnet ist.11 is associated with Fig. A solid state laser with three end faces, wherein an end face of a convolution unit.

Um das Prinzip der vorliegenden Erfindung zu erläutern, ist in Fig. 1 ein prinzipieller Aufbau eines Laserresonators mit zwei Resonator-Spie geln 1, 2 und einer Faltungseinheit 3, die den Resonator in einer Ebene faltet, sowie ein laseraktives Medium 4 mit fünf Strahlen A, B, C, D, E schematisch dargestellt. Das wesentliche Element dieses Laserresonators ist die Faltungseinheit 3. Diese Faltungseinheit 3 besitzt eine Strahlen eintrittsfläche 5, die zu dem Resonatorraum hin gerichtet ist. Diese ist teilreflektierend in ihrem mittleren Bereich 6, durch die unterbrochene Linie angedeutet, während die gegenüberliegende Strahlenreflexionsflä che 7 vollreflektierend vergütet ist. In den Randbereichen 8, die den mittleren Bereich bzw. teilreflektierenden Bereich 6 begrenzen ist die Strahleneintrittsfläche 5 geringer reflektierend bzw. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführung für die auftreffende Strahlung transmittierend. Der Resonator-Spiegel 2 ist in dem Bereich eines Auskoppelfensters 9 tellreflektierend vergütet, während die übrigen Reflexionsflächen hochreflektierend vergütet sind. Der Resonator-Spiegel 1 ist ebenfalls hochreflektierend auf seiner Innenfläche vergütet.In order to explain the principle of the present invention, in Fig. 1 is a basic structure of a laser resonator with two resonator mirrors 1 , 2 and a folding unit 3 , which folds the resonator in one plane, and a laser-active medium 4 with five beams A. , B, C, D, E shown schematically. The essential element of this laser resonator is the folding unit 3 . This folding unit 3 has a radiation entry surface 5 , which is directed towards the resonator chamber. This is partially reflective in its central region 6 , indicated by the broken line, while the opposite radiation reflection surface 7 is fully reflective. In the edge regions 8 , which delimit the central region or partially reflecting region 6 , the radiation entry surface 5 is less reflective or, in the embodiment shown in FIG. 1, is transmissive for the incident radiation. The resonator mirror 2 is coated in the region of a decoupling window 9 in a tell-reflective manner, while the other reflection surfaces are coated in a highly reflective manner. The resonator mirror 1 is also highly reflective on its inner surface.

Die fünf in dem Lasermedium 4 repräsentativ herausgegriffenen, gleich mäßig zueinander beabstandeten Strahlen A, B, C, D, E stellen schematisch den Strahlenverlauf über den Querschnitt des Lasermediums und damit im Resonator zwischen den beiden Resonator-Spiegeln 1, 2 und der Faltungs einheit 3 dar, um das Prinzip der Erfindung zu veranschaulichen. Der von dem Lasermedium 4 ausgehende Strahl A trifft auf den mittleren, teilre flektierenden Bereich 6 der Strahleneintrittsfläche 5, im dargestellten Beispiel unter einem Winkel von 45°, und wird an der tellreflektierenden Fläche 6 in zwei Strahlen aufgeteilt. Der eine Strahl wird als Teil strahl a in Richtung des Resonator-Spiegels 2 reflektiert, trifft dort auf die hochreflektierende Fläche und wird als Strahl a′ zu der Strahlen eintrittsfläche 5 der Faltungseinheit 3 zurückgeführt. Dort wird der Strahl a′ wiederum in zwei Teilstrahlen zerlegt, wobei der eine Teil strahl als Strahl A′ zurück zu dem Lasermedium 4 führt, während der an dere Teilstrahl in die Faltungseinheit 3 propagiert. Dieser letztere Tellstrahl wird an der Strahlenreflexionsfläche 7 reflektiert, läuft innerhalb der Faltungseinheit 3 und tritt, zu der Eintrittsfläche ver setzt, aus der Strahleneintrittsfläche 5 heraus, im dargestellten Bei spiel unter anderem auch entlang des zweiten Strahls, der mit B bzw. B′ gekennzeichnet ist.The five beams A, B, C, D, E representatively picked out in the laser medium 4 , equally spaced from one another, represent schematically the beam path over the cross section of the laser medium and thus in the resonator between the two resonator mirrors 1 , 2 and the folding unit 3 to illustrate the principle of the invention. The beam A emanating from the laser medium 4 strikes the central, partially reflecting area 6 of the beam entry surface 5 , in the example shown at an angle of 45 °, and is divided into two beams on the tell-reflecting surface 6 . One beam is reflected as a partial beam a in the direction of the resonator mirror 2 , hits the highly reflective surface there and is returned as the beam a 'to the beam entry surface 5 of the folding unit 3 . There, the beam a 'is in turn broken down into two partial beams, the one partial beam leading as beam A' back to the laser medium 4 , while the other partial beam propagates into the folding unit 3 . This latter tell-ray is reflected on the beam reflection surface 7 , runs within the folding unit 3 and occurs, ver sets to the entry surface, out of the beam entry surface 5 , in the example shown also along the second beam, which is marked with B or B ' is.

Um wiederum zu dem Ausgangsstrahl A zurückzukehren, wird der andere Teil strahl des Strahls A an der Strahleneintrittsfläche 5 in die Faltungsein heit 3 an dem Auftreffpunkt propagiert, an der Strahlenreflexionsfläche 7 unter dem Einfallswinkel reflektiert, läuft innerhalb der Faltungsein heit 3 und tritt unter anderem parallel zu dem ersten Teilstrahl a als Tellstrahl e aus und fällt auf den Resonator-Spiegel 2, im dargestellten Beispiel unmittelbar auf den teilreflektierenden Bereich, der gleichzei tig das Auskoppelfenster 9 bildet. An dem Auskoppelfenster 9 wird ein Teilstrahl e′ zurückreflektiert, fällt auf den Randbereich 8 der Fal tungseinheit, der praktisch nicht reflektierend ist, propagiert durch die Faltungseinheit 3 und tritt an der Strahleneintrittsfläche aus und fällt unter anderem mit dem reflektierten Teilstrahl A′ zusammen zurück in das Lasermedium 4. Der Tellstrahl e′, der zurück in die Faltungseinheit 3 reflektiert und darin läuft, wird darin in die Strahlen A′, B′, C′, D′, E′ unterteilt. Diese Unterteilung trägt ebenfalls zur Kopplung der ver schiedenen Strahlen A bis E bei.In order to return again to the output beam A, the other part of the beam A is propagated at the beam entry surface 5 into the folding unit 3 at the point of incidence, reflected at the beam reflection surface 7 at the angle of incidence, runs within the folding unit 3 and inter alia occurs in parallel to the first sub-beam a as a tell-beam e and falls on the resonator mirror 2 , in the example shown directly on the partially reflecting area, which simultaneously forms the decoupling window 9 . At the decoupling window 9 , a partial beam e 'is reflected back, falls on the edge region 8 of the folding unit, which is practically non-reflecting, propagates through the folding unit 3 and emerges at the beam entrance surface and falls back together with the reflected partial beam A' the laser medium 4 . The tell ray e ', which reflects back into the folding unit 3 and runs therein, is divided into the rays A', B ', C', D ', E'. This subdivision also contributes to the coupling of the different rays A to E.

Der nächste, in Fig. 1 dargestellte Strahl B fällt entsprechend dem Strahl A auf die Faltungseinheit 3, wird ebenfalls von der teilreflek tierenden Strahleneintrittsfläche 5 in zwei Teilstrahlen aufgeteilt. Der Teilstrahl b führt zu dem Resonator-Spiegel 2 und wird von dort als Strahl b′ zurückreflektiert. Der andere Teilstrahl 2 läuft durch die Faltungseinheit 3, wird an der Strahlenreflexionsfläche 7 reflektiert und vereinigt sich unter anderem mit dem Teilstrahl a bzw. A′. Der andere Teil des durchgelassenen Strahls wird unter anderem durch Mehrfachre flexion zu der Austrittsstelle des Strahls e geleitet und aus dem Auskop pelfenster 9 ausgekoppelt.The next, shown in Fig. 1 beam B falls according to the beam A on the folding unit 3 , is also divided by the partially reflecting beam entry surface 5 into two partial beams. The partial beam b leads to the resonator mirror 2 and is reflected back from there as the beam b '. The other sub-beam 2 passes through the folding unit 3 , is reflected on the beam reflection surface 7 and combines, among other things, with the sub-beam a or A '. The other part of the transmitted beam is passed among other things by multiple reflection to the exit point of the beam e and coupled out of the Auskop pelfenster 9 .

Ein ähnliches Strahlführungsschema gilt auch für die Strahlen C, D und E. Die Leistung aus allen Strahlen wird durch mehrfache Reflexionen inner halb der Faltungselnheit 3 zu dem Auskoppelfenster 9 geführt und dort aus dem Resonator ausgekoppelt. Auf diese Weise können die Strahlen miteinan der kohärent gekoppelt werden, ohne daß hierzu komplizierte optische Bauteile erforderlich wären.A similar beam guidance scheme also applies to the beams C, D and E. The power from all beams is guided by multiple reflections within the convolution unit 3 to the decoupling window 9 and decoupled there from the resonator. In this way, the beams can be coherently coupled to one another without the need for complicated optical components.

Fig. 2 zeigt eine geänderte Ausführung des Resonators, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Gegenüber Fig. 1 weist der Laserresonator der Fig. 2 einen Resonator-Spiegel 2 auf, der sein Auskoppelfenster 9 und damit die teilreflektierende Fläche in etwa der Mitte der Spiegelfläche besitzt, die ansonsten hochreflektierend ausgebildet ist. Darüberhinaus ist in dieser Ausführungsform die Strahleneintrittsfläche 5 der Faltungsein heit 3 mit einem Reflexionsprofil 10 in x-Richtung ausgestattet, wie dies graphisch in der Fig. 2 angedeutet ist. Dieses Reflexionsprofil 10 zeigt einen Gauß′schen Verlauf, so daß die mittleren Strahlen, die von dem Lasermedium 4 ausgehend auf die Strahleneintrittsfläche 5 der Faltungs einheit 3 auftreffen, mit einem höheren Anteil in die Faltungseinheit 3 in dem mittleren Bereich propagiert werden als in dem Randbereich der Strahleneintrittsfläche 5. Hierdurch wird erreicht, daß eventuelle Re flexionsverluste minimiert werden. FIG. 2 shows a modified version of the resonator as shown in FIG. 1. Compared to FIG. 1, the laser resonator of FIG. 2 has a resonator mirror 2 , which has its decoupling window 9 and thus the partially reflecting surface approximately in the center of the mirror surface, which is otherwise highly reflective. In addition, in this embodiment, the radiation entry surface 5 of the folding unit 3 is equipped with a reflection profile 10 in the x direction, as is indicated graphically in FIG. 2. This reflection profile 10 shows a Gaussian curve, so that the central rays that strike from the laser medium 4 starting from the radiation entry surface 5 of the folding unit 3 are propagated with a higher proportion in the folding unit 3 in the central region than in the peripheral region the radiation entry surface 5 . This ensures that possible Re flexionsverluste be minimized.

Anhand der Fig. 2 ist ersichtlich, daß durch unterschiedliche Transmis sions- und Reflexionsprofile sowohl der Strahleneintrittsfläche 5, der Strahlenreflexionsfläche 7, der Faltungseinheit 3 als auch der Re flexionsflächen der beiden Resonator-Spiegel 1, 2 ein zusätzlicher Frei heitsgrad zur Beeinflussung des Strahlquerschnittprofils innerhalb des Resonators gegeben ist. Über ein solches Profil kann in einfacher Weise die Kopplungsstärke der einzelnen Teilstrahlen beeinflußt werden. Neben einem Gauß′schen Profil besteht auch die Möglichkeit, durch geeignete Beschichtung der Reflexionsflächen ein stufenförmiges Strahlprofil zu erzeugen, das insbesondere dann bevorzugt ist, wenn mehrere Teilstrahlen, in ihrer Intensität abgestuft, aus einem Resonator-Spiegel ausgekoppelt werden sollen, wie dies beispielsweise in Fig. 3 in Form von drei reprä sentativen Teilstrahlen angedeutet ist. Hierzu ist der Resonator-Spie gel 2 mit drei entsprechenden Auskoppelfenstern 9 ausgestattet.With reference to FIG. 2 it can be seen that different transmission and reflection profiles of both the radiation entry surface 5 , the radiation reflection surface 7 , the folding unit 3 and the reflection surfaces of the two resonator mirrors 1 , 2 provide an additional degree of freedom for influencing the beam cross-sectional profile within of the resonator is given. The coupling strength of the individual partial beams can be influenced in a simple manner via such a profile. In addition to a Gaussian profile, there is also the possibility of generating a step-shaped beam profile by suitable coating of the reflection surfaces, which is particularly preferred if several partial beams, graded in intensity, are to be coupled out of a resonator mirror, as is shown, for example, in Fig. 3 is indicated in the form of three representative partial beams. For this purpose, the resonator mirror 2 is equipped with three corresponding decoupling windows 9 .

Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform, in der die innere Fläche des Resonator-Spiegels 2 gleichmäßig transmittierend beschichtet ist. In diesem Fall wird ein gleichmäßiges, aus den einzelnen Teilstrahlen inner halb des Resonators zusammengesetztes Strahlungsfeld, ausgekoppelt, wie dies durch die fünf repräsentativen Teilstrahlen 2 angedeutet ist. Aller dings kann auch in diesem Beispiel sowohl die Reflexionsfläche des Reso nator-Spiegels 2 als auch die Reflexionsfläche der Strahleneintritts fläche 5 so vergütet werden, daß wiederum ein Strahlenprofil gebildet wird; auch hierbei wird vorzugsweise ein Strahlprofil 10 in Gauß-Form, wie es in Fig. 4 angedeutet ist, gewählt, um die Strahl Intensität auf den mittleren Bereich zu konzentrieren. Fig. 4 shows schematically an embodiment in which the inner surface of the resonator mirror 2 is coated in a uniformly transmissive manner. In this case, a uniform radiation field composed of the individual partial beams within the resonator is coupled out, as is indicated by the five representative partial beams 2 . However, in this example, both the reflection surface of the resonator mirror 2 and the reflection surface of the radiation entry surface 5 can be remunerated so that a radiation profile is again formed; Here too, a beam profile 10 in Gaussian form, as indicated in FIG. 4, is preferably selected in order to concentrate the beam intensity on the central region.

In den vorstehend beschriebenen Figuren ist jeweils das aktive Laserme dium 4 zwischen dem Resonator-Endspiegel 1 und der Faltungseinheit 3 angeordnet; falls es erforderlich ist, kann das Lasermedium auch zwischen der Faltungseinheit 3 und dem Resonator-Spiegel 2 zugeordnet werden, vorzugsweise zusätzlich zwischen dem Lasermedium 4, wie dies in Fig. 4 in Form des zusätzlichen, aktiven Lasermediums 11 angedeutet ist.In the figures described above, the active laser medium 4 is arranged between the resonator end mirror 1 and the folding unit 3 ; if necessary, the laser medium can also be assigned between the folding unit 3 and the resonator mirror 2 , preferably additionally between the laser medium 4 , as indicated in FIG. 4 in the form of the additional, active laser medium 11 .

Während in den Fig. 1 bis 4 schematische Anordnungen dargestellt sind, bei denen der Resonator nur in einer Ebene gefaltet ist, ist es unter Einsatz von Faltungseinheiten, wie sie vorstehend beschrieben sind, mög lich, einen Resonator zweidimensional zu falten. Ein Beispiel hierfür ist in den Fig. 5A und 5B dargestellt, wiederum anhand von fünf repräsen tativen Einzelstrahlen. Der Resonator wird, wie dies in Fig. 5A darge stellt ist, durch die Faltungseinheit 13 in die Zeichenebene gefaltet. Die Strahlverteilung der repräsentativen Strahlen ist auf einer Abbil dungsebene 12 in Fig. 5A veranschaulicht. Dieses Strahlenprofil trifft dann auf eine zweite Faltungseinheit 23 auf, die in Fig. 5B gezeigt ist, und wird durch diese Faltungseinheit 23 senkrecht zur Papierebene gefal tet. Der Strahl tritt dann aus dem Resonator-Endspiegel 2 durch ein Aus koppelfenster 9 in etwa in der Mitte aus. Durch die beiden Faltungsein heiten 13, 23 werden die repräsentativen Einzelstrahlen in beiden Koor dinatenrichtungen der Abbildungsebene 12 gekoppelt.As shown in FIGS. 1 to 4 are schematic arrangements, in which the resonator is folded only in one plane, it is with the use of folding units as described above are possible, please include, for folding a resonator two-dimensionally. An example of this is shown in FIGS. 5A and 5B, again using five representative individual beams. The resonator is, as shown in FIG. 5A Darge, folded by the folding unit 13 in the plane of the drawing. The beam distribution of the representative beams is illustrated on an imaging plane 12 in FIG. 5A. This beam profile then strikes a second folding unit 23 , which is shown in FIG. 5B, and is folded by this folding unit 23 perpendicular to the paper plane. The beam then emerges from the resonator end mirror 2 through a coupling window 9 approximately in the middle. The two folding units 13 , 23 couple the representative individual beams in both coordinate directions of the imaging plane 12 .

Entsprechend den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 4 können die beiden Faltungseinheiten 13, 23 sowie die beiden Resonator-Spiegel 1, 2 Re flexions- bzw. Transmissionsprofile aufweisen, um der Kopplung der Oszil latoren (aktives Medium) eine Vorzugsrichtung entsprechend den Anforde rungen an den Ausgangsstrahl zu vermitteln.According to the embodiments of FIGS. 1 to 4, the two folding units 13 , 23 and the two resonator mirrors 1 , 2 can have reflection or transmission profiles in order to couple the oscillators (active medium) in a preferred direction according to the requirements to convey the output beam.

Analog der Ausführungsform der eindimensionalen Darstellung des Resona tors der Fig. 3 ist in Fig. 6 die in den Fig. 5A und 5B dargestellte zweidimensionale Faltung mit mehreren Auskoppelfenstern 9 versehen, so daß insgesamt 9 Austrittsstrahlen 14, wie dies in Fig. 7 unterhalb des Resonator-Spiegels 2 angedeutet ist, ausgekoppelt werden. Analogous to the embodiment of the one-dimensional representation of the resonator of FIG. 3, the two-dimensional folding shown in FIGS. 5A and 5B is provided in FIG. 6 with several decoupling windows 9 , so that a total of 9 exit beams 14 , as shown in FIG. 7 below the Resonator mirror 2 is indicated, are coupled out.

Die Fig. 7 zeigt einen Resonator-Endspiegel, bei dem es sich zum Bei spiel um den Resonator-Spiegel 1 handeln kann, dessen Spiegelfläche in einzelne Spiegelsegmente 15 unterteilt segmentiert ist. Die Krümmung der einzelnen Spiegelsegmentflächen ist derart gewählt, daß jeder Teilresona tor ein stabiler Resonator ist. Ein solcher Spiegel bringt den Vorteil mit sich, daß Laser auch im Fall ohne eine positive Linsenwirkung des Mediums sowie im Fall einer negativen Linsenwirkung des Mediums stabil betrieben werden können. Fig. 7 shows a resonator end mirror, which can be, for example, the resonator mirror 1 , the mirror surface of which is segmented into individual mirror segments 15 . The curvature of the individual mirror segment surfaces is chosen such that each partial resonator is a stable resonator. Such a mirror has the advantage that lasers can be operated stably even in the case without a positive lens effect of the medium and in the case of a negative lens effect of the medium.

Während in den Fig. 1 bis 7 prinzipielle Aufbauten gefalteter Resona toren dargestellt sind, die in Verbindung mit Gaslasern, Festkörperlasern oder aber auch in Verbindung mit Halbleiterlasern als aktives Medium 4 verwirklicht werden können, sind in den Fig. 8 bis 11 verschiedene, gefaltete Resonatoren dargestellt, die die Umsetzung des erfindungsge mäßen Prinzips zum Aufbau von Halbleiterlasern und Festkörperlasern dar stellt.Are shown during factors in FIGS. 1 to 7 basic structures of folded resonator, in conjunction with gas lasers, solid state lasers, or may be implemented in conjunction with semiconductor lasers as the active medium 4, are shown in Figs. 8 to 11 different folded resonators shown, which represents the implementation of the inventive principle for the construction of semiconductor lasers and solid-state lasers.

Fig. 8 zeigt einen quadratischen, rechtwinkligen Festkörper 16, dessen Stirnflächen 17 totalreflektierend oder hochreflektierend beschichtet sind. Der Resonator wird durch die Stirnflächen 17, die den Resonator begrenzen, und eine Faltungseinheit 33 gefaltet. An einer Stirnfläche 17, die der Stirnfläche, die mit der Faltungseinheit 33 verbunden ist, be nachbart liegt, ist ein das Auskoppelfenster 9 bildendes Prisma 18 ange ordnet. Fig. 8 shows a square, rectangular solid 16 whose end faces 17 are coated totally reflective or highly reflective. The resonator is folded by the end faces 17 , which delimit the resonator, and a folding unit 33 . On an end face 17 , which is the end face, which is connected to the folding unit 33 , is adjacent, a decoupling window 9 forming prism 18 is arranged.

Die Faltungseinheit 33 der Fig. 8 ist hinsichtlich des Strahlenverlaufs mit der Ausführungsform der Fig. 1 vergleichbar, so daß die Erläute rungen zu der Fig. 1 der Strahlaufteilung der auf die Strahleneintritts fläche 5 auftreffenden Strahlen sowie die Strahlausbreitung und die Strahlreflexion innerhalb der Faltungseinheit 3 und an deren Strahlenre flexionsfläche 7 analog auf die Fig. 8 übertragen werden können. Während in der Ausführungsform in der Fig. 1 die Teilstrahlen, die jeweils auf den Resonator-Spiegel 2 fallen, unmittelbar auf die Faltungseinheit 33 zurückreflektiert wurden, verlaufen die an der Strahleneintrittsfläche 5 der Faltungseinheit 3 reflektierten Strahlen auf die benachbarte Stirn fläche 17 usw., so daß sie erst nach einem Umlauf um alle Stirnflächen 17 wieder auf die Strahleneintrittsfläche 5 der Faltungseinheit 33 fallen. Die Fig. 8 verdeutlicht, daß in einer solchen Anordnung wiederum die einzelnen Strahlen kohärent miteinander gekoppelt werden, wozu nur eine einfach aufzubauende Faltungseinheit 33, wie sie dargestellt ist, notwen dig ist. Die Transmission an einer Stirnfläche 17 oder der Strahlenein trittsfläche 5 der Faltungseinheit 43 kann zum Beispiel durch den Abstand zwischen dem Festkörper 16 und der Faltungselnheit 3 variiert werden. Der Festkörper 16 wird zum Beispiel von Diodenlasern 19 gepumpt, die parallel zu den gefalteten Strahlengängen angeordnet werden, wie dies in Fig. 8 angedeutet ist. Das Pumpen einer solchen Anordnung mit Diodenlasern bie tet den Vorteil, daß eine optimale Überlappung des gepumpten Volumens und des Modenvolumens und damit eine hohe Effizienz und eine hohe Strahl qualität bei kompaktem Aufbau erreicht wird.The folding unit 33 of FIG. 8 is comparable in terms of the beam path with the embodiment of FIG. 1, so that the explanations for FIG. 1 of the beam distribution of the beams incident on the beam entry surface 5 and the beam propagation and beam reflection within the folding unit 3 and can be transferred to the radiation reflection surface 7 analogously to FIG. 8. While in the embodiment in FIG. 1 the partial beams, each falling on the resonator mirror 2 , were directly reflected back on the folding unit 33 , the rays reflected at the radiation entry surface 5 of the folding unit 3 extend onto the adjacent end face 17 , etc., so that they only fall back onto the radiation entry surface 5 of the folding unit 33 after one revolution around all end surfaces 17 . Fig. 8 illustrates that in such an arrangement again the individual beams are coherently coupled to each other, for which purpose only a simple to assemble folding unit 33 , as shown, is necessary dig. The transmission at an end face 17 or the radiation entrance surface 5 of the folding unit 43 can be varied, for example, by the distance between the solid body 16 and the folding unit 3 . The solid body 16 is pumped, for example, by diode lasers 19 which are arranged parallel to the folded beam paths, as indicated in FIG. 8. The pumping of such an arrangement with diode lasers offers the advantage that an optimal overlap of the pumped volume and the mode volume and thus high efficiency and high beam quality is achieved with a compact structure.

Während in Fig. 8 ein quadratischer Festkörper 16 dargestellt ist, kann, um einen solchen Ring-Resonator aufzubauen, eine Anordnung gewählt wer den, in der der Festkörper rautenförmig aufgebaut ist, d. h. jeweils zwei gegenüberliegende Stirnflächen 17 verlaufen parallel zueinander.While a square solid 16 is shown in FIG. 8, an arrangement can be chosen to build such a ring resonator, in which the solid is diamond-shaped, ie two opposite end faces 17 run parallel to each other.

In Fig. 9 ist wiederum der Festkörper 16 der Fig. 9 dargestellt, aller dings ist die Faltungseinheit 33 dahingehend geändert, daß die Strahlen eintrittsfläche 5 an dem linken, unteren Ende, das mit dem Bezugszei chen 20 bezeichnet ist, abgeschrägt ist, so daß sich in diesem gefalteten Ring-Resonator stehende Wellen, durch die Doppelpfeile 21 an den einzel nen Strahlen angedeutet, ausbilden.In Fig. 9 again the solid 16 of Fig. 9 is shown, however, the folding unit 33 is changed so that the radiation entry surface 5 at the left, lower end, which is designated with the reference character 20 , is chamfered, so that standing waves in this folded ring resonator, indicated by the double arrows 21 on the individual NEN rays, form.

Der aktive Festkörper 16, wie er in den Fig. 8 und 9 sowie in den Fig. 10 und 11, die nachfolgend noch erläutert werden, dargestellt ist, kann bei Gaslasern ein entsprechendes Entladungsvolumen sein, das durch die Stirnflächen 17 bzw. die dann durch diese Stirnflächen 17 ge bildeten Resonator-Spiegel begrenzt wird. Weiterhin können in diesen Ausführungsformen die Stirnflächen 17 sowie die Reflexionsflächen und Transmissionsflächen der Faltungseinheit 33 mit unterschiedlichen Trans missions- oder Reflexionsprofilen ausgestattet werden, um die Strahl qualität den jeweiligen Anforderungen anzupassen.The active solid 16 , as shown in FIGS. 8 and 9 and in FIGS. 10 and 11, which will be explained in the following, can be a corresponding discharge volume in gas lasers, which through the end faces 17 or through this end faces 17 ge formed resonator mirror is limited. Furthermore, in these embodiments, the end faces 17 and the reflection surfaces and transmission surfaces of the folding unit 33 can be equipped with different transmission or reflection profiles in order to adapt the beam quality to the respective requirements.

Ein Ring-Resonator, wie er in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, bietet die Möglichkeit, in einfacher Weise zwei Faltungseinheiten 33 vorzusehen, die dann vorzugsweise an gegenüberliegenden Stirnflächen 17 des Festkör pers 16 angeordnet werden, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Eine solche Ausführung ist dann zu bevorzugen, wenn ein verstärkter Kopplungseffekt erwünscht ist.A ring resonator, as shown in FIGS. 8 and 9, offers the possibility of providing two folding units 33 in a simple manner, which are then preferably arranged on opposite end faces 17 of the solid body 16 , as shown in FIG. 10 is. Such an embodiment is preferred if an increased coupling effect is desired.

Fig. 11 zeigt einen Festkörper 24 mit drei Stirnflächen 17 gleicher Länge, wobei einer dieser Stirnflächen 17 eine Faltungseinheit 43 zuge ordnet ist. Auf diese Ausführungsform sind die vorstehenden Ausführungen zu den Fig. 8 und 9 sowie der Fig. 1, anhand deren der Strahlungsver lauf in der Faltungseinheit 3 erläutert wurde, analog übertragbar. Fig. 11 shows a solid body 24 with three end faces 17 of equal length, one of these end faces 17 is assigned a folding unit 43 . In this embodiment, the above explanations for FIGS. 8 and 9 and also FIG. 1, on the basis of which the radiation run in the folding unit 3 was explained, can be transferred analogously.

Wie die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele zeigen, wird mit der erfindungsgemäßen Faltungseinheit ein einfacher Weg zur Skalierung der Laserstrahlungsleistung unter gleichzeitiger Erfüllung einer hohen Strahlqualität aufgezeigt. Die Vorteile und das sich ergebende Anwen dungspotential können wie folgt zusammengefaßt werden:As the exemplary embodiments explained above show, the folding unit according to the invention a simple way to scale the Laser radiation power while meeting a high Beam quality shown. The advantages and the resulting application potential can be summarized as follows:

- The construction of the folded resonator is very simple, i. H. the fal device and the coupling of the beams within the resonator can through a simple component (folding unit), which also is easy to adjust.
- The radiant power can be simply switched in parallel by acti ven routes can be increased, or by increasing the cross section of the active medium without affecting the beam quality becomes more complex or to achieve the folding and coupling Components must be used.
- The coupling between different active routes can in particular due to the transmission and the transmission profile of the beam len entry surface of the folding unit can be varied and optimized. For example, the laser can be in parallel as required switched oscillators with one or more coupled out Output beams or as a coupled laser field arrangement if operated with one or more output beams.
- Since the radiation power is not in the structure according to the invention what is to be multiplied by series-connected routes a simultaneous multiplication of the thermal effect would, the embodiments of the invention are coupled individual resonators, in which the thermal Effect corresponds to that of a single partial resonator. Consequently the thermal effects occur to a significantly reduced extent than was previously the case with coupled resonators.

Claims

1. Laser resonator with at least two resonator-bounding mirror mirrors, in the beam path of which an active radiation-emitting laser medium and at least one radiation-reflecting folding element are arranged and at least one of the mirrors has at least one coupling-out window for the radiation, thereby indicates that the folding element is a folding unit transparent to the radiation ( 3 ; 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) with two mutually spaced parallel surfaces ( 5 , 7 ), one of which is a radiation entry surface ( 5 ) and the other forms a radiation reflection surface ( 7 ), a partial surface ( 6 ) of the radiation entry surface ( 5 ), on which the rays strike at an angle, partly reflecting and the remaining areas ( 8 ) opposite the partial surface ( 6 ) is less reflective and the radiation reflecting surface ( 7 ) is a fully reflecting surface, with the partially reflecting F surface ( 6 ) impinging rays which from the one mirror ( 1 , 2 ; 17 ) go out, are divided into two partial beams, one partial beam being reflected towards the other mirror ( 2 , 1 ; 17 ), while the other partial beam enters the folding unit ( 3 ; 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) , is reflected on the fully reflecting surface ( 7 ) and emerges from the radiation entry surface ( 5 ) offset to its radiation entry point and leads to the other mirror ( 2 , 1 ; 17 ).

2. Laser resonator according to claim 1, characterized in that the reflectivity or transmission profile ( 10 ) of the radiation entrance surface ( 5 ) changes continuously depending on the location.

3. Laser resonator according to claim 2, characterized in that the radiation entrance surface ( 5 ) has a transmission profile ( 10 ) in the form of a Gaussian distribution with a maximum in the region of the center of the radiation entrance surface ( 5 ).

4. Laser resonator according to claim 1, characterized in that the radiation entrance surface ( 5 ) in a central region ( 6 ) is partially reflective and in the central region ( 6 ) delimiting edge zones ( 8 ) detected by the beams is not reflective.

5. Laser resonator according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the resonator mirrors ( 1 , 2 ; 17 ) two Folding units ( 3 ; 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) are arranged.

6. Laser resonator according to claim 5, characterized in that the laser medium ( 4 ) is arranged between the folding units ( 3 ; 13 ; 23 ; 33 ; 43 ).

7. Laser resonator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the laser medium ( 4 ) is a solid or semiconductor ( 16 ; 24 ).

8. Laser resonator according to claim 7, characterized in that the solid body or semiconductor ( 24 ) has an odd number of end faces ( 17 ), preferably three end faces ( 17 ), which have the same length, at least one of the end faces ( 17 ) a folding device ( 43 ) is assigned such that rays emerge from this end face ( 17 ) and impinge on the radiation entry face ( 5 ) of the folding unit ( 43 ), the other end faces ( 17 ) forming the resonator mirror.

9. Laser resonator according to claim 7, characterized in that the solid body has an even number of end faces, preferably four end faces, wherein two of the end faces each run parallel to one another, at least one of the end faces ( 17 ) having a folding unit ( 33 ) in this way is assigned that rays emerge from this end face ( 17 ) and impinge on the radiation entry face ( 5 ) of the folding unit ( 33 ), the other end faces ( 17 ) forming the resonator mirror.

10. Laser resonator according to claim 8 or 9, characterized in that the radiation entry surface ( 5 ) of the folding unit ( 33 ; 43 ) abuts the end face ( 17 ).

11. Laser resonator according to one of claims 7 to 10, characterized in that two folding units ( 33 ) are provided which are assigned to opposite end faces ( 17 ).

12. Laser resonator according to one of claims 1 to 11, characterized in that the folding unit ( 3 ; 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) is formed from a glass plate, preferably from quartz glass.

13. Laser resonator according to claim 12, characterized in that the folding unit ( 3 ; 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) is a solid body, one surface of which forms the radiation entry surface ( 5 ) and the surface opposite the radiation reflection surface ( 7 ).

14. Laser resonator according to claim 12, characterized in that the folding unit ( 3 ; 13 ; 23 ; 33 ; 43 ) is formed by two mutually spaced, parallel glass plates, the one glass plate having the radiation entry surface and the second glass plate having the radiation reflection surface.

15. Laser resonator according to one of claims 1 to 14, characterized in that at least one of the resonator mirrors ( 1 , 2 ; 17 ) has a location-dependent changing reflection profile.

16. Laser resonator according to claim 15, characterized in that the Reflection profile has the shape of a Gaussian distribution with a maximum in the area of the center of the mirror.

17. Laser resonator according to claim 15 or 16, characterized in that at least one decoupling window ( 9 ) lies approximately in the region of the center of the mirror ( 1 , 2 ; 17 ).