DE60103725T2

DE60103725T2 - Laserquelle

Info

Publication number: DE60103725T2
Application number: DE60103725T
Authority: DE
Inventors: Jean-Eucher Montagne
Original assignee: Compagnie Industriel des Lasers CILAS SA
Current assignee: Compagnie Industriel des Lasers CILAS SA
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: US20020114372A1; CN1216447C; CN1362764A; US6608851B2; FR2818814B1; EP1220386A1; DE60103725D1; EP1220386B1; FR2818814A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserquelle.
Man weiß, dass eine Laserquelle im Allgemeinen mindestens umfasst:

– ein aktives Element, das mindestens einen dotierten Stab umfasst, in dem ein angeregter Verstärkungsvorgang (Laser) erzeugt wird;
– ein Pumpsystem, das mindestens ein Pumpbündel erzeugt, das in dem aktiven Element derart ausgesendet wird, dass die notwendige Energie für die Laserverstärkung geliefert wird; und
– einen optischen Resonator, der dem durch diese Laserverstärkung erzielten Laserbündel seine Eigenschaften bezüglich Richtwirkung und Geometrie verleiht.

Man weiß, dass es, um ein zufriedenstellendes Pumpen zu erhalten, notwendig ist, dass dieses einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Homogenität (im dotierten Stab des aktiven Elements) aufweist, insbesondere im Fall eines Lasers mit drei Niveaus.
Was die Montage des Pumpsystems betrifft, so kennt man einen ersten Pumptyp, genannt transversales Pumpen, das darin besteht, das Pumpsystem, im Allgemeinen eine Laserdiode, rechtwinklig zu dem zu pumpenden Stab anzuordnen. Solange der Stab nicht zu lang ist, kann man in diesem Fall eine gute Homogenität entlang der Längsachse des Letztgenannten erzielen. Der Wirkungsgrad ist jedoch oft gering. Wenn der Stab länger als das Pumpsystem ist, ist es darüber hinaus notwendig, ein optisches System vorzusehen, um das Pumpen zu homogenisieren. Ein derartiges optisches System ist im Allgemeinen sehr platzraubend. Darüber hinaus bleibt der Wirkungsgrad dennoch gering.
Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, kann man einen zweiten Pumptyp verwenden, das sogenannte longitudinale Pumpen, das darin besteht, das Pumpsystem in der Achse des Laserstabs anzuordnen. In diesem Fall kann zwar der Wirkungsgrad sehr hoch werden, die Homogenität ist jedoch gering. Es ist nämlich schwierig, das vom Pumpsystem entfernte Ende des Stabs zu pumpen.
Um das Pumpenergiediagramm symmetrisch zu gestalten, injiziert man im Allgemeinen darüber hinaus die Pumpbündel, die von Laserdioden ausgesendet werden, in eine Lichtleitfaser. Am Ausgang der Faser sind die Nah- und Fernfeldprofile kreisförmig, was das Pumpen begünstigt. Faserdioden dieser Art sind jedoch sehr kostspielig. Darüber hinaus nimmt der erzielte Energieeintrag zwischen der Eintrittsfläche der Pumpbündel in den Stab und der Austrittsfläche stark ab, was den Wirkungsgrad verringert.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserquelle, die es ermöglicht, diesen Mängeln abzuhelfen, d.h. deren Pumpen mit hohem Wirkungsgrad und zugleich großer Homogenität erfolgt.
Aus der EP-0 404 635 ist eine Anordnung zur Beleuchtung eines Laserstabs mit abgesetzten optischen Quellen bekannt, die es ermöglicht, eine gute Abführung der durch die optischen Pumpquellen erzeugten Wärmeenergie und gleichzeitig eine zufriedenstellende Pumphomogenität zu erzielen. Dazu sind die optischen Quellen auf ein und demselben abgesetzten Träger angeordnet, der mit einem Wärme abführenden Kühlkörper versehen ist, wobei die Beleuchtungsanordnung eine Übertragungsoptik umfasst, um das Pumpbündel zum Stab zu übertragen. Diese Übertragungsoptik ist durch reflektierende Mittel gebildet, die das Pumpbündel zum Stab umlenken.
Diese bekannte Anordnung zur Beleuchtung ist jedoch relativ platzraubend, und der Wirkungsgrad ist nicht optimal.
Mit der vorliegenden Erfindung ist beabsichtigt, diesen Mängeln abzuhelfen. Sie betrifft eine Laserquelle mit wenig Raumbedarf, deren Pumpen insbesondere mit großer Homogenität und hohem Wirkungsgrad erfolgt.
Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung die Laserquelle, umfassend mindestens:

– ein Pumpsystem zur Erzeugung von mindestens einem Pumpbündel; und
– ein aktives Element, das umfasst: einen länglichen Stab, der mit einer dotierten Matrix versehen ist, die in der Lage ist, Pumpstrahlen des Pumpbündels zu absorbieren, um eine Laserstrahlung zu verstärken, und mindestens einen optischen Block, der an einer Seite des Stabs angeordnet ist, um die Pumpstrahlen zum Stab zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpsystem derart geformt ist, dass es gegenüber von mindestens einer Eintrittsfläche des optischen Blocks eine Vielzahl von Pumpstrahlen erzeugt, die zueinander parallel und quer zum aktiven Element verteilt sind, dass die Eintrittsfläche des optischen Blocks mindestens teilweise in Bezug auf die Längsachse des Stabs geneigt ist und mindestens teilweise nicht rechtwinklig zu den Pumpstrahlen ist, die vom Pumpsystem erzeugt werden, um die Pumpstrahlen durch

Brechung derart abzulenken, dass sie zum Stab übertragen werden, und dass die Neigung der Eintrittsfläche derart ist, dass sie die Pumpstrahlen derart ablenkt, dass die Letztgenannten den Stab so erreichen, dass sie über seine gesamte Länge verteilt werden.
Auf diese Weise werden erfindungsgemäß die Pumpstrahlen gleichförmig über die gesamte Länge des Stabs verteilt, so dass das Pumpen besonders homogen ist.
Darüber hinaus erfolgt die Ablenkung der Pumpstrahlen durch einfache Brechung. Daher ist es zum Erzielen dieser Ablenkung nicht notwendig, spezifische Mittel, wie zum Beispiel Reflexionsmittel, vorzusehen, die manchmal platzraubend sind und die zusätzliche Behandlungen erfordern, die oft kostspielig sind und deren Durchführung lange dauert.
Darüber hinaus ist anzumerken, dass sich der erfindungsgemäße Eintritt der Pumpstrahlen in den optischen Block von der herkömmlichen Praxis unterscheidet, derzufolge die Pumpstrahlen rechtwinklig zur Eintrittsfläche des optischen Blocks ausgesendet werden.
Vorzugsweise umfasst das aktive Element zwei optische Blöcke, die zu beiden Seiten des Stabs angeordnet sind und jeweils mit einer geneigten Eintrittsfläche versehen sind, so dass das Pumpen des Stabs von beiden Seiten erfolgt. Darüber hinaus erfolgt das Pumpen von beiden Seiten des Stabs auf identische Weise, wenn das aktive Element und das Pumpsystem in Bezug auf die Längsachse des Stabs symmetrisch sind.
Daher ist dank dieser zusätzlichen Merkmale das Pumpen nicht nur über die gesamte Länge des Stabs homogen, sondern auch (insgesamt) in seiner ganzen Tiefe.
Man weiß nämlich, dass die Pumpenergie im Allgemeinen auf einer kurzen Strecke des Eindringens in den Stab sehr stark absorbiert wird, so dass der Teil des Stabs, der dem Bereich des Eindringens des Pumpbündels in den Stab entgegengesetzt ist, meist schwach gepumpt ist. Durch das oben genannte Pumpen von beiden Seiten hilft man diesem Mangel ab und macht das Pumpen im gesamten Stab homogen (auch wenn die Mitte des Stabs trotz allem etwas weniger gepumpt ist als seine Ränder).
Dank der Erfindung durchqueren die Pumpstrahlen zwangsläufig den Stab, was es ermöglicht, einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen.
Auf vorteilhafte Weise:

– umfasst das Pumpsystem mindestens einen geraden Steg mit Laserdioden; und
– werden die Pumpstrahlen durch das Pumpsystem parallel zur Längsachse des Stabs erzeugt.

Darüber hinaus hängt vorteilhafterweise die Neigung jeder Eintrittsfläche von der Länge L des Stabs und vom Brechungsindex n des den optischen Block bildenden Mediums in Bezug auf das Medium ab, in dem die Pumpstrahlen erzeugt werden. Insbesondere verifiziert auf vorteilhafte Weise der Neigungswinkel θ zwischen der geneigten Eintrittsfläche und der Längsachse des Stabs annähernd die folgende angenäherte Beziehung: cosθ = n.cos(θ+arctg (H/L))wobei:

– cosθ den Cosinus von θ darstellt;
– arctg(H/L) den Kehrwert der Tangente von H/L darstellt; und
– H die Breite des optischen Blocks senkrecht zur Längsachse des Stabs auf Höhe der Eintrittsfläche ist.

In einer besonderen Ausführungsform umfasst jeder optische Block an der seiner Eintrittsfläche entgegengesetzten Seite eine zweite geneigte Seite, wobei die Neigungen der zweiten Seiten derart sind, dass sie eine Rückkehr der Pumpstrahlen (zu den Eintrittsflächen) hervorrufen, was zu mindestens einem zusätzlichen Durchgang durch den Stab führt. So erhöht man die Zahl der Durchgänge durch den Stab für ein und denselben Pumpstrahl, was es ermöglicht, die Wirksamkeit des Pumpens zu erhöhen.
Darüber hinaus weist der Stab auf vorteilhafte Weise einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei zwei aneinandergrenzende Seiten die Breite bzw. die Höhe des Stabs definieren, wobei die genannte Höhe der Höhe des aktiven Elements entspricht, die Breite des aktiven Elements die Breite des Stabs sowie die Breiten der optischen Blöcke umfasst und die Höhe des aktiven Elements kleiner als das Doppelte der Breite des Stabs ist. Durch diese geringe Höhe des aktiven Elements (zwischen einer Oberseite und einer Unterseite) im Verhältnis zu seiner Breite kann man die Pumpstrahlen leiten, indem man sie an der Oberseite und der Unterseite reflektieren lässt, was es ermöglicht, eine kurze Leitungsstrecke und somit eine kurze Leitung zu definieren.
Was den Brechungsindex betrifft, so ist darüber hinaus auf vorteilhafte Weise der Index jedes optischen Blocks kleiner als der Index des Stabs. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Pumpstrahlen vom Stab reflektiert werden, anstatt ihn zu durchqueren.
Die beiliegenden Zeichnungen verdeutlichen, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesen Zeichnungen bezeichnen identische Bezugszeichen ähnliche Elemente.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Laserquelle.
2 zeigt in schematischer Perspektive ein erfindungsgemäßes aktives Element.
3 und 4 sind Diagramme, die es ermöglichen, die Berechnung der verschiedenen Abmessungen eines erfindungsgemäßen aktiven Elements zu erklären.
5 und 6 sind zwei schematische Ansichten eines erfindungsgemäßen aktiven Elements von oben bzw. von der Seite.
Die erfindungsgemäße und schematisch sowie teilweise in 1 dargestellte Laserquelle 1 umfasst auf bekannte Weise:

– ein unten beschriebenes Pumpsystem 2 zur Erzeugung von mindestens einem Pumpbündel, das aus Pumpstrahlen F gebildet ist;
– ein aktives Element 3, das umfasst: einen länglichen Stab 4 mit der Achse X–X mit rechteckigem Querschnitt, der mit einer herkömmlichen dotierten Matrix versehen ist (zum Beispiel mit einer Erbium-Ytterbium-Dotierung), um eine Laserstrahlung zu verstärken, indem er die Pumpstrahlen F aufnimmt; und zwei optische Blöcke 5, 6, zum Beispiel aus Glas, Aluminium- und Yttrium-Granat (YAG) oder aus Yttriumvanadat, die insbesondere durch Schweißen zu beiden Seiten des Stabs 4 befestigt sind, um die Pumpstrahlen F zu dem Letztgenannten zu leiten; und
– einen bekannten und nicht dargestellten optischen Resonator, der dem Laserbündel seine Eigenschaften bezüglich Richtwirkung und Geometrie verleiht.

Gemäß der Erfindung:

– ist das Pumpsystem 2 derart geformt, dass es gegenüber der Eintrittsfläche 5A, 6A jedes der optischen Blöcke 5 und 6 eine Vielzahl von Pumpstrahlen F (von mindestens einem Pumpbündel) erzeugt, die zueinander parallel und (gleichförmig) quer zum aktiven Element 3 verteilt sind;
– ist die Eintrittsfläche 5A und 6A jedes der optischen Blöcke 5 und 6 um einen Winkel θ in Bezug auf die Längsachse X–X des Stabs 4 geneigt, wobei der Winkel θ verschieden von 90° ist (2);
– werden die Pumpstrahlen F derart erzeugt, dass sie nicht rechtwinklig zur entsprechenden Eintrittsfläche 5A, 6A sind, so dass sie durch Brechung abgelenkt werden; und
– ist die Neigung (Winkel θ) jeder Eintrittsfläche 5A, 6A derart, dass sie die Pumpstrahlen F, die sie durchqueren, derart ablenkt, dass die Letztgenannten den

Stab 4 so erreichen, dass sie über seine gesamte Länge L verteilt werden, wie dies in 1 dargestellt ist.
Dank der Erfindung:

– sind daher die Pumpstrahlen F gleichförmig über die gesamte Länge L des Stabs 4 verteilt; und
– erfolgt das Pumpen von beiden Seiten des Stabs 4 auf identische Weise, so dass das Pumpen besonders homogen und der Wirkungsgrad hoch ist.

Darüber hinaus werden die Ablenkungen der Pumpstrahlen F an den Eintrittsflächen 5A, 6A durch einfache Brechung, ohne zusätzliche Mittel, insbesondere ohne Reflexionsmittel, durchgeführt. Eine solche Lösung ist einfach, kompakt und wenig kostspielig.
Das Pumpsystem 2 umfasst einen geraden Steg 7, der mit einer Vielzahl von Laserdioden 8 ausgestattet ist, zum Beispiel einen Steg, der 100 W während 5 ms aussendet und einen Sendebereich von 10 mm × 1 μm aufweist, der mit fünfundzwanzig elementaren Laserdioden versehen ist.
Die Laserdioden 8 sind gleichförmig entlang des Stegs 7 verteilt, und zwar an den Teilen des Letztgenannten, die sich gegenüber von den Eintrittsflächen 5A und 6A befinden, um die gewünschte gleichförmige Verteilung für die ausgesendeten Pumpstrahlen F zu erhalten.
Vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, werden die Pumpstrahlen F, die zueinander parallel sind, parallel zur Längsachse X–X ausgesendet.
Anzumerken ist, dass die vorliegende Erfindung jedoch auch angewendet werden kann, wenn die Pumpstrahlen auf (leicht) geneigte Weise in Bezug auf die Achse X–X ausgesendet werden. Es genügt in diesem Fall, den Winkel θ der Eintrittsfläche 5A, 6A zu ändern, um die oben genannte homogene und erfindungsgemäße Verteilung des Pumpens zu erhalten.
Die Eintrittsfläche 5A, 6A ist vorzugsweise eben. Doch sie kann auch leicht gekrümmt sein (wobei der Neigungswinkel in diesem Fall nicht konstant, sondern leicht variabel ist).
Für die Anwendung der vorliegenden Erfindung kann man folglich herkömmliche, billige Laserdioden 8 verwenden. Es ist insbesondere nicht notwendig, teure Faserdioden zu verwenden.
Erfindungsgemäß hängt der Neigungswinkel θ jeder Eintrittsfläche 5A, 6A von der Länge L des Stabs 4 und vom Brechungsindex n des den optischen Block 5, 6 bildenden Milieus (zum Beispiel Glas) in Bezug auf das Milieu (zum Beispiel Außenluft) ab, in dem sich die Pumpstrahlen F befinden, bevor sie die entsprechende Eintrittsfläche 5A, 6A erreichen.
Genauer verifiziert der Neigungswinkel θ annähernd die folgende angenäherte Beziehung: cosθ = n.cos(θ+arctg(H/L)) (1)wobei:

– cosθ den Cosinus von θ darstellt;
– arctg(H/L) den Kehrwert der Tangente von H/L darstellt; und
– H die Breite eines optischen Blocks 5, 6 senkrecht zur Längsachse X–X des Stabs 4 im Bereich der Eintrittsfläche 5A, 6A ist, wie er in 3 dargestellt ist (die eine erklärende schematische Darstellung ohne geneigte Eintrittsfläche umfasst).

Um die oben genannten Beziehung (1) zu präzisieren, berücksichtigt man den Winkel Φ, der dem Winkel zwischen der Achse X–X und einem äußersten abgelenkten Pumpstrahl F entspricht und der es ermöglicht, den Stab 4 an dem Ende 4A zu pumpen, das demjenigen 4B entgegengesetzt ist, das sich gegenüber vom Pumpsystem 2 befindet.
Dieser Winkel Φ verifiziert annähernd die Beziehung ( 3) . Φ = arctg(H/L) (2)
Darüber hinaus kann das Brechungsgesetz beim Passieren einer Eintrittsfläche 5A, 6A wie folgt geschrieben werden (siehe 4):
D.h: cosθ = n.cos(θ + Φ) (3)
Ausgehend von den Beziehungen (2) und (3) erhält man die oben genannte Beziehung (1).
Was die effektiven Abmessungen des aktiven Elements 3 für ein besonderes Beispiel einer Laserquelle 1 betrifft, so muss man insbesondere den gewünschten Wirkungsgrad, die energetischen Eigenschaften des Pumpbündels oder der Pumpbündel und die Pumpeigenschaften des Stabs 4 berücksichtigen.
Es ist anzumerken, dass die Länge L des Stabs 4 ausgehend von folgendem Ausdruck erhalten werden kann:
wobei:

– ln dem Logarithmus entspricht;
– G die Verstärkung für eine Hin- und Rückbewegung darstellt; und
– go die Kleinsignalverstärkung darstellt.

Mit den folgenden Werten, die es ermöglichen, eine Eintragsdichte von durchschnittlich etwa 12 J.cm^–3 zu erhalten:
nimmt die Länge L beispielsweise folgenden Wert an:
L = 25 mm.
Die Breite H ihrerseits wird in Abhängigkeit von der Länge ltot des Stegs 7 der Laserdioden 8 definiert, d.h. es gilt annähernd: ltot = 2H+l,wobei P die Breite des Stabs 4 ist.
Man erhält somit den Wert der Breite H ausgehend vom Ausdruck: H = (ltot–l) / 2.
Es ist anzumerken, dass in der Praxis die Breite des aktiven Elements größer als ltot ist, um der Abweichung des Stegs und den Positionierungstoleranzen Rechnung zu tragen. Die Gesamtbreite des aktiven Elements wird somit larg = 2H+l+2ε, wobei ε die Summe der halben Verbreiterung des Bündels an der Eintrittsfläche und der halben relativen Positionierungstoleranz des aktiven Elements und der Diode ist.
Der Winkel θ seinerseits wird ausgehend von der oben genannten Beziehung (1) ermittelt, indem man die so bestimmten Werte der Parameter H und L berücksichtigt.
Was die Breite l des Stabs 4 betrifft, so berücksichtigt man ein bekanntes Gesetz der Übertragung durch ein absorbierendes Medium, das wie folgt geschrieben wird:
wobei α der Absorptionskoeffizient des Mediums und X der erwartete Pumpenergieprozentsatz in der Mitte des Stabs 4 in Bezug auf die an der Oberfläche ankommende Energie ist.
Dieses Gesetz ermöglicht es, die Breite l zu bestimmen.
Darüber hinaus wird ausgehend von dieser Breite l, von der Länge L und vom Volumen v (v = l×h×L) des Stabs 4 die Höhe h definiert (2), die notwendig ist, um den gewünschten mittleren Energieeintrag in Abhängigkeit von der Energie des Pumpbündels oder der Pumpbündel zu erhalten.
Um zum Beispiel mit einer Laserdiode 8, die 0,5 J pro Impuls bei voller Leistung, davon etwa 0,45 J Nutzenergie, aussendet, einen mittleren Energieeintrag von 12 J.cm^–3 zu erhalten, muss das Volumen v des Stabs 4 etwa folgendermaßen sein: v = 0,45/12 = 0,0375 cm3 = 37,5 mm3.
Es ist anzumerken, dass bei einer bevorzugten Ausführungsform das aktive Element 3 folgende Abmessungen aufweist:
L = 25,7 mm
Φ = 12,5°
θ = 57,3°
l = 1,1 mm
h = 1, 3 mm.
Da der Stab 4 über die gesamte Höhe h des aktiven Elements 3 angeordnet ist (2), durchqueren die Pumpstrahlen F zwangsläufig den Stab 4 (und führen nicht, wie bei bestimmten Typen von bekannten aktiven Elementen, eine Vielzahl von Reflexionen an den Flächen des aktiven Elements aus, die zu Verlusten führen, bevor sie eventuell den Stab durchqueren), was es ermöglicht, einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen.
Darüber hinaus sind erfindungsgemäß die optischen Blöcke 5 und 6 in Bezug auf die Achse X–X symmetrisch, und jeder dieser optischen Blöcke 5, 6 umfasst an der seiner Eintrittsfläche 5A, 6A entgegengesetzten Seite eine zweite Seite 5B, 6B, die in Bezug auf die Achse X–X geneigt ist. Die Neigungen β der zweiten Seiten 5B, 6B werden üblicherweise so gewählt, dass sie eine Rückkehr der Pumpstrahlen zu den Eintrittsflächen 5A, 6A hervorrufen, wie dies für einen einzigen Strahl F in 5 dargestellt ist. In dem oben genannten bevorzugten Beispiel ist der Winkel β im Wesentlichen gleich 38,75°.
Dies ermöglicht es, die Anzahl der Durchgänge der Pumpstrahlen F durch den Stab 4 zu erhöhen und auf diese Weise die Wirksamkeit des Pumpens und somit die Wirksamkeit der Laserquelle 1 zu erhöhen.
Die geneigten Flächen 5A und 5B, 6A und 6B eines optischen Blocks 5, 6 sind mit einer Fläche 5C, 6C verbunden, die parallel zur Achse X–X ist.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß die Höhe h (die, wie man in 2 sehen kann, gleichzeitig der Höhe des Stabs 4 und derjenigen der optischen Blöcke 5 und 6 entspricht) kleiner als das Doppelte der Breite l und vorzugsweise nahe der Breite l, wie dies oben mit dem bezeichneten Beispiel dargestellt wurde. Folglich ist die Höhe h des aktiven Elements 3 viel kleiner als seine (Gesamt)breite ltot. Um die Länge des Wegs eines Pumpstrahls F zu verringern, führt man ihn erfindungsgemäß während seiner gesamten Fortpflanzung entlang der schnellen Achse, d.h. mit Reflexionen an der Oberseite S1 und der Unterseite S2 des aktiven Elements 3, wie dies in 6 dargestellt ist, die einer Draufsicht von 5 entspricht.
Darüber hinaus ist anzumerken, dass:

– die Materialien der optischen Blöcke 5 und 6 und des Stabs 4 vorzugsweise ausreichend nahe Ausdehnungkoeffizienten aufweisen müssen, um die Bildung einer wirksamen Schweißverbindung zwischen diesen Materialien zu ermöglichen; und
– was die Indizes dieser Materialien betrifft, es vorzuziehen ist, für die optischen Blöcke 5 und 6 ein Material mit niedrigerem Index zu verwenden, um eine Reflexion eines Pumpstrahls F am Stab 4 zu verhindern. Da diese Pumpstrahlen F vom Stab jedoch stets relativ weit entfernt sind, kann der Index der optischen Blöcke 5 und 6 größer als 0,01 sein, ohne deswegen die Pumpstrahlen F zu beeinträchtigen, die um mehr als 7° geneigt sind.

Folglich weist die vorliegende Erfindung insbesondere folgende Vorteile auf:

– eine gute Homogenität des Pumpens in Längsrichtung und in der Tiefe (zwischen 8,5 und 13 J/cm³ bei dem oben genannten Beispiel);
– ein direktes Pumpen ohne Faserdiode, auch bei einem Stab 4 mit geringem Durchmesser;
– ein Pumpen mit Hilfe eines einfachen Stegs 7 ohne optische Kollimationsmittel, wobei gleichzeitig ein aktives Volumen (Stab 4) gepumpt werden kann, das eine ausgedehnte Länge (zum Beispiel 25 mm) und einen geringen Durchmesser (zum Beispiel 1 mm) aufweist;
– und einen hohen Wirkungsgrad (etwa 90 %) sowie eine gute Homogenität unabhängig von der Verwendungstemperatur und dem verwendeten Material (Glas).

Claims

Laserquelle, umfassend mindestens: – ein Pumpsystem (2) zur Erzeugung von mindestens einem Pumpbündel; und – ein aktives Element (3), das umfasst: einen länglichen Stab (4), der mit einer herkömmlichen dotierten Matrix versehen ist, die in der Lage ist, Pumpstrahlen (F) des Pumpbündels zu absorbieren, um eine Laserstrahlung zu verstärken, und mindestens einen optischen Block (5, 6), der an einer Seite des Stabs (4) angeordnet ist, um die Pumpstrahlen (F) zum Stab (4) zu leiten, wobei dieses Pumpsystem (2) derart geformt ist, dass es gegenüber von mindestens einer Eintrittsfläche (5A, 6A) des optischen Blocks (5, 6) eine Vielzahl von Pumpstrahlen (F) erzeugt, die zueinander parallel und gleichförmig quer zum aktiven Element (3) verteilt sind, wobei diese Laserquelle dadurch gekennzeichnet ist, dass die Eintrittsfläche (5A, 6A) des optischen Blocks (5, 6) mindestens teilweise in Bezug auf die Längsachse (X–X) des Stabs (4) geneigt ist und mindestens teilweise nicht rechtwinklig zu den Pumpstrahlen (F) ist, die vom Pumpsystem (2) erzeugt werden, um die Pumpstrahlen (F) durch Brechung derart abzulenken, dass sie zum Stab (4) übertragen werden, und dass die Neigung (θ) der Eintrittsfläche (5A, 6A) derart ist, dass sie die Pumpstrahlen (F) derart ablenkt, dass die Letztgenannten den Stab (4) so erreichen, dass sie über seine gesamte Länge (L) verteilt werden.
Laserquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Element (3) zwei optische Blöcke (5, 6) umfasst, die zu beiden Seiten des Stabs (4) angeordnet sind und jeweils mit einer geneigten Eintrittsfläche (5A, 6A) versehen sind.
Laserquelle nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpsystem (2) mindestens einen geraden Steg (7) mit Laserdioden (8) umfasst.
Laserquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpstrahlen (F) parallel zur Längsachse (X–X) des Stabs (4) erzeugt werden.
Laserquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung (θ) jeder Eintrittsfläche (5A, 6A) von der Länge L des Stabs (4) und vom Brechungsindex n des den optischen Block (5, 6) bildenden Mediums in Bezug auf das Medium abhängt, in dem die Pumpstrahlen (F) erzeugt werden.
Laserquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel θ zwischen der geneigten Eintrittsfläche (5A, 6A) und der Längsachse (X–X) des Stabs (4) im Wesentlichen die folgende Beziehung verifiziert: cosθ = n.cos(θ+arctg(H/L))wobei: – cosθ den Cosinus von θ darstellt; – arctg(H/L) den Kehrwert der Tangente von H/L darstellt; und – H die Breite des optischen Blocks (5, 6) senkrecht zur Längsachse (X-X) des Stabs (4) auf Höhe der Eintrittsfläche (5A, 6A) ist.
Laserquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder optische Block (5, 6) an der seiner Eintrittsfläche (5A, 6A) entgegengesetzten Seite eine zweite geneigte Seite (5B, 6B) umfasst, und dass die Neigungen (β) der zweiten Seiten (5B, 6B) derart sind, dass sie eine Rückkehr der Pumpstrahlen (F) hervorrufen, was zu mindestens einem zusätzlichen Durchgang durch den Stab (4) führt.
Laserquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (4) einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei zwei aneinandergrenzende Seiten die Breite (l) bzw. die Höhe (h) des Stabs (4) definieren, dass die Höhe (h) der Höhe des aktiven Elements (3) entspricht, dass die Breite (ltot) des aktiven Elements (3) die Breite (l) des Stabs (4) sowie die Breiten (H) der optischen Blöcke (5, 6) umfasst und dass die Höhe (h) des aktiven Elements (3) kleiner als das Doppelte der Breite (l) des Stabs (4) ist .
Laserquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Index des optischen Blocks (5, 6) kleiner als der Index des Stabs (4) ist.