DE602004009202T2 - Verstärkungsboost mit synchronisierten Mehrwellenlängenpumpen in einem Festkörperlaser - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Laser. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung Festkörperlaser mit ultrakurzer Impulsbreite im für das Auge sicheren Bereich des Spektrums.
  • Beschreibung des technischen Hintergrunds
  • Festkörperlaser verwenden ein Lasermedium mit dotierter Isolierung, wobei es sich um ein Kristall- oder Glasmaterial handeln kann. Die Eingangsleistungsquelle für das Lasermedium ist Pumplichtenergie, die optisch in das Medium eingekoppelt wird. Festkörperlaser können als Verstärkerstufen oder als Laserresonatoren ausgelegt sein. Die Resonatorvarietät unterscheidet sich dabei durch die Tatsache, dass sie von selbst oszilliert und keinen Laserstrahl benötigt, der von einer anderen Einrichtung eingegeben wird. Die Pumplichtenergie in Laserverstärkern und Laserresonatoren (kollektiv als „Laser" bezeichnet) kann von Licht emittierenden Hochleistungsdioden-Arrays, anderen Lasern oder anderen Quellen, die dem Fachmann bekannt sind, abgeleitet werden. Pumplichtenergie wird verwendet, um das Energieniveau von Dotierungsionen im Lasermedium zu erhöhen. Eine Laserwirkung tritt auf, wenn die Ionenenergie zu ihrem Ausgangszustand zurückkehrt und dabei Lichtenergie mit der Wellenlänge eines Laserstrahls abgibt.
  • Es wurden Festkörperlaser für den Betrieb mit unterschiedlichen Wellenlängen entworfen, wobei die Infrarotbanden sich als besonders geeignet erwiesen haben. Bei jeder Wellenlänge gibt es ein Strahlenergie- oder Fluenzniveau, das einen Schwellenwert für die Schädigung der menschlichen Retina darstellt. Es hat sich gezeigt, dass die Wellenlängenbande von etwa 1,4 Mikrometer bis 1,8 Mikrometer im Vergleich mit anderen Wellenlängen Energieniveaus benötigt, die um mehrere Größenordnungen höher sind, bevor der Schwellenwert für die Augenschädigung erreicht wird. Tatsächlich wird diese Bande von bestimmten US-Regierungsbehörden für „augensicher" gehalten. Daher werden in Betriebsumgebungen, wo sich Menschen aufhalten, augensichere Laser bevorzugt, weil sie sicherer sind.
  • Der Bedarf an augensicheren Laser und Laserresonatoren wächst, ebenso wie der Wunsch nach höheren Ausgangsleistungsniveaus in solchen Vorrichtungen. Natürlich sind eine kompakte Größe, Robustheit, ein hoher Wirkungsgrad, eine hohe Strahlqualität, eine ultrakurze Impulsdauer und ein günstiger Preis ebenfalls wünschenswerte Merkmale von augensicheren Lasern. Anwendungen für solche Laser schließen eine Reihe von Boden- und Luft-Sensoranwendungen ein, die einen Betrieb aus großem Abstand verlangen, ebenso wie LADAR, Entfernungsmessungs- und Zielidentifikationsfunktionen. Die Anforderungen an das Leistungsniveau solcher Vorrichtungen wachsen in einem Bereich von etwa 10 Millijoules pro Impuls bis bis zu Hunderten von Millijoules pro Impuls. Bei gütegeschalteten Laseranwendungen sollten die Impulsbreiten unter einer Nanosekunde liegen.
  • Augensichere Laser des Standes der Technik, die für Anwendungen mit großem Abstand verwendet werden, sind in der Regel mit Neodymium dotierte Yttrium/Aluminium/Granat-Laser (ebenso wie solche mit einem anderen Mutterkristall), die mittels eines optischen parametrischen Oszillators zur augensicheren Bande verschoben werden. Von Fachleuten als OPO-shifted Nd:YAG-Laser bezeichnet. Trotz des ausgezeichneten Wirkungsgrads dieser Laser sind sie von Natur aus sperrig und unhandlich, da sie in der Regel viele Pumplicht-Diodenstäbe benötigen, um mit einer nennenswerten Energieleistung arbeiten zu können. Ferner ist eine Energieumwandlung auf der Basis des OPO-Shift von Natur aus ineffizient und führt zu einer beeinträchtigen Strahlqualität. Man kennt auch direkte augensichere Laser auf der Basis von Ytterbiumionen und Erbiumionen, die aber einen Ionenenergietransfer zwischen Ytterbiumionen und Erbiumionen nutzen, die beide in einem Phosphatmutterglas diffundiert sind. Siehe allgemein T. Yanagisawa, K. Asaka, K. Hamazu und Y. Hirano „11-mJ, 15 Hz single frequency diode-pumped Q-switched Er, Yb:phosphate glass laser", Optics Lett. 26(16), 1262-1264 (2001), siehe auch A. Levoshkin, A. Petrov und J.E. Montagne „High-efficiency diode-pumped Q-switched Yb:Er:glass laser", Optics Communications, 185, 399-405 (2000). Ein Problem dieser Vorgehensweise besteht darin, dass das Mutterglas durch seine schlechten thermischen Eigenschaften starken Beschränkungen unterliegt, so dass ein Betrieb dieser Laser mit höheren Durchschnittsleistungen nicht zulässig ist. Versuche des Standes der Technik, den Ytterbium-/Erbiumen-Ionenenergietransfer-Pumprozess in einem Mutterkristall zu reproduzieren, wie in YAG und anderen, führten zu einer stark eingeschränkten Laserleistung, wie in T. Schweizer, T. Jensen, E. Heumann und G. Huber „Spectroscopic properties and diode pumped 1.6 μm performance in Yb-codoped Er:Y3Al5O12 and Er:Y2SiO5", Optics Communications, 118, 557-561 (1995) angegeben. Der Grund dafür ist, dass anders als bei Phosphatglas die Dynamik der Energieniveaus von Erbium in einem Mutterkristall im Vergleich zu Glas viel weniger günstig ist.
  • Die Implementierung eines direkten Resonanzpumpens eines mit Erbiumionen dotierten YAG („Er:YAG") und anderer Mutterkristalle hat sich als ziemlich effizient erwiesen, wie in K. Spariosu, M. Birnbaum und B. Viana „ER3+:Y3Al5O12 laser dynamics: effects upon upconversion", J. Opt. Soc. Am. B, 11(5), 894-900, (1994), und in K. Spariosu und M. Birnbaum, „Intracavity 1.549 μm pumped 1.634 μm Er:YAG Lasers at 300 K", IEEE J. Quantum Electron, 30(4), 1044-1049 (1994) nachzulesen. Jedoch leiden resonant gepumpte Erbiumlaser ebenso wie die resonant gepumpten Ytterbiumlaser, bei denen es sich um ein von Natur aus effizientes System handelt, unter einer begrenzten Inversionsdichte, die vom Stark-Splitting des unteren Laserniveau-Eingangs bzw. Multipletts, in der Regel dem Grundzustand der Ionen, diktiert wird. Um einen gütegeschalteten Betrieb mit ultrakurzer Impulsbreite zu erreichen, ist es daher notwendig, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem eine zusätzliche Gewinnverstärkung erzielt wird. Somit besteht in der Technik ein Bedarf an einer zusätzlichen Gewinnverstärkung in einem Er:Kristall-Laser.
  • US 5,594,747 offenbart einen rauscharmen Faserlaser mit dualer Wellenlänge. EP 1 039 593 offenbart einen Laserverstärker und einen Laseroszillator.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der Bedarf des Standes der Technik wird von der vorliegenden Erfindung erfüllt, die einen Laser schafft, der Folgendes aufweist: ein Medium, das mit ersten Ionen dotiert ist, die Licht mit einer Laserwellenlänge als Ergebnis des Übergangs der Elektronenergie von einem oberen Energieniveau-Multiplett zu einem unteren Energieniveau-Multiplett emittieren; ein erstes Pumplicht, das so ausgerichtet ist, dass es Energie mit einer ersten Wellenlänge, die aus einem ersten Teil der ersten Ionen tritt, in ein oberes Energieniveau-Multiplett in dem Medium einkoppelt; ein zweites Pumplicht, das so ausgerichtet ist, dass es Energie mit einer zweiten Wellenlänge, die aus einem zweiten Teil der ersten Ionen tritt, in ein drittes Energieniveau-Multiplett in dem Medium einkoppelt, wovon eine Fraktion sich auf das obere Energieniveau-Multiplett relaxiert und dadurch die Gesamtmenge der ersten Ionen, die sich auf dem ersten Energieniveau-Multiplett befinden, erhöhen, wodurch die Energie, die bei der Laserwellenlänge emittiert wird, erhöht wird, und einen Mechanismus zum Aktivieren des ersten Pumplichts und des zweiten Pumplichts mit aufeinanderfolgender nicht-überlappender Synchronisierung.
  • In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung kann das Medium ein Kristall sein, der ausgewählt ist aus: Sc2SiO7; Sc2SiO5; Y2SiO5; Ca2Al2SiO7; Ca2Ga2SiO5; YVO4, BeAl2O4 und ähnlichen Materialien (einschließlich von Gläsern). In einer speziellen Ausführungsform ist der Kristall Yttrium/Aluminium/Granat. In einer Ausführungsform sind die ersten Ionen Erbiumionen. Somit ist das untere Energieniveau-Multiplett das Erbium 4I15/2-Multiplett, das obere Energieniveau-Multiplett ist das Erbium-4I13/2-Multiplett und das dritte Energieniveau-Multiplett ist das Erbium-4I11/2-Multiplett. Ferner ist die erste Wellenlänge nahe 1540 nm, die zweite Wellenlänge ist nahe 980 nm und die Laserwellenlänge ist nahe 1640 nm. In einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Pumplicht ein Licht emittierendes Dioden-Array und das zweite Pumplicht ist ein Erbium:Faser-Laser, der Energie mit einer Wellenlänge nahe 980 Nanometer emittiert. Um einen gepulsten Betriebsmodus des Lasers zu ermöglichen, kann der Laser einen Güteschalter an einem Ende des Mediums aufweisen, durch welchen das emittierte Licht mit der Laserwellenlänge das Medium verlässt.
  • In einer bestimmten Ausführungsform koppelt das erste Pumplicht Energie mit der ersten Wellenlänge für etwa vier Millisekunden ein, und das zweite Pumplicht koppelt anschließend Energie mit der zweiten Wellenlänge für etwa zwei Millisekunden ein.
  • In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließt der Laser ferner zweite Ionen ein, die in das Medium dotiert sind. Dann regt die Energie mit der zweiten Wellenlänge den zweiten Teil der ersten Ionen durch direktes Anregen eines Teils der zweiten Ionen, was einen Interionen-Transfer zum zweiten Teil der ersten Ionen induziert, indirekt auf ein erhöhtes Energieniveau-Multiplett ein. In einer bestimmten Ausführungsform sind die ersten Ionen Erbiumionen und die zweiten Ionen sind Ytterbiumionen. Somit ist das Multiplett mit dem erhöhten Energieniveau das Ytterbium-2F5/2-Multiplett, das Multiplett mit dem unteren Energieniveau ist das Erbium-4I15/2-Multiplett, das Multiplett mit dem oberen Energieniveau ist das Erbium-4I13/2-Multiplett und das Multiplett mit dem dritten Energieniveau ist das Erbium-4I11/2-Multiplett. Dies führt dazu, dass die erste Pumpwellenlänge nahe 1540 nm liegt, die zweite Pumpwellenlänge nahe 940 nm liegt und die Laser-Ausgangswellenlänge nahe 1640 nm liegt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung lehrt einen Laser mit einem Medium, das aus mit Erbiumionen dotiertem Yttrium/Aluminium/Granat gebildet ist. Dieses Medium emittiert Laserlicht nahe der 1640 Nanometer-Wellenlänge als Ergebnis des Übergangs von Elektronenenergie vom 4I13/2-Energieniveau-Multiplett der Erbiumionen auf das 4I15/2-Energieniveau-Multiplett der Erbiumionen. Der Laser weist ein Dioden-Array-Pumplicht auf, das so ausgerichtet ist, dass es Energie nahe der 1540 Nanometer-Wellenlänge für einen ersten Zeitraum, der etwa vier Millisekunden oder weniger dauert, in das Medium einkoppelt und dadurch einen ersten Teil der Erbiumionen in 4I13/2-Energieniveau-Multiplett des Erbiums einkoppelt. Außerdem ein Erbium:Faser-Laserpumplicht, das so ausgerichtet ist, dass es Energie nahe 980 Nanometer über einen anschließenden Zeitraum, der etwa zwei Millisekunden oder weniger dauert, in das Medium einkoppelt und dadurch einen zweiten Teil der Erbiumionen in das 4I11/2-Energieniveau-Multiplett der Erbiumionen einregt. Eine Fraktion dieser Ionen relaxiert auf das 4I13/2-Energieniveau-Multiplett der Erbiumionen und erhöht dadurch die Gesamtmenge der Erbiumionen am 4I13/2-Multiplett Schließlich ist ein Güteschalter an einem Ende des Mediums angeordnet, durch den hindurch das emittierte Licht mit Laserwellenlänge das Medium verlässt.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung lehrt einen Laser mit einem Medium, das aus mit Erbiumionen und mit Ytterbiumionen dotiertem Yttrium/Aluminium/Granat gebildet ist. Dieser Laser emittiert Laserlicht nahe der 1640 Nanometer-Wellenlänge als Folge des Übergangs der Elektronenenergie vom 4I13/2-Energieniveau-Multiplett der Erbiumionen auf das 4I15/2-Energieniveau-Multiplett der Erbiumionen. Der Laser weist auch ein erstes Dioden-Array-Pumplicht auf, das so ausgerichtet ist, dass es Energie nahe der 1540 Nanometer-Wellenlänge über einen ersten Zeitraum, der etwa vier Millisekunden oder weniger dauert, in das Medium einkoppelt. Dieses Einkoppeln der Energie regt einen ersten Teil der Erbiumionen in 4I13/2-Energieniveau-Multiplett des Erbiums ein. Der Laser weist auch ein zweites Dioden-Array-Pumplicht auf, das so ausgerichtet ist, dass es Energie nahe 940 Nanometer über einen anschließenden Zeitraum, der etwa zwei Millisekunden dauert, in das Medium einkoppelt. Diese zweite Energieeinkopplung regt einen Teil der Ytterbiumionen in das 2F5/2-Energieniveau-Multiplett des Ytterbiums ein, was einen Interionen-Energietransfer auf das 4I11/2-Multiplett der Erbiumionen induziert. Infolgedessen relaxiert ein Teil der Ionen auf 4I13/2-Energieniveau-Multiplett der Erbiumionen und erhöht dadurch die Gesamtmenge der Erbiumionen am 4I13/2-Multiplett. Schließlich weist der Laser einen Güteschalter auf, der an einem Ende des Mediums angeordnet ist, durch den das emittierte Licht mit der Laserwellenlänge das Medium verlässt.
  • Hierin wird auch ein Verfahren zur Erzeugung von Laserlicht erörtert. Das Verfahren beinhaltet die Nutzung eines Lasers, der ein Medium aufweist, das mit ersten Ionen dotiert ist, die als Folge des Übergangs von Elektronenenergie von einem höheren Energieniveau-Multiplett auf ein niedrigeres Energieniveau-Multiplett Licht mit einer Laserwellenlänge emittieren. Der Laser weist außerdem ein erstes Pumplicht auf, das dazu dient, Energie mit einer ersten Wellenlänge auszugeben, und ein zweites Pumplicht, das dazu dient, Energie mit einer zweiten Wellenlänge auszugeben. Die Schritte des Verfahrens beinhalten das Einkoppeln von Energie mit der ersten Wellenlänge vom ersten Pumplicht in das Medium, wodurch ein erster Teil der ersten Ionen in das obere Energieniveau-Multiplett eingeregt wird. Dann das Einkoppeln von Energie mit der zweiten Wellenlänge vom zweiten Pumplicht in das Medium, wodurch ein zweiter Teil der ersten Ionen auf ein drittes Energieniveau-Multiplett angeregt wird. Dies bewirkt, dass ein Teil der Ionen auf das obere Energieniveau-Multiplett relaxiert wird, wodurch die Gesamtmenge der ersten Ionen am oberen Energieniveau-Multiplett erhöht wird. Dies führt zu einer Zunahme der Energie, die mit der Laserwellenlänge emittiert wird.
  • Das Verfahren kann in einem Laser mit einem Kristallmedium praktiziert werden, bei dem es sich um einen Yttrium/Aluminium/Granat handeln kann. In einer bestimmten Ausführungsform sind die ersten Ionen Erbiumionen und das untere Energieniveau-Multiplett ist das 4I15/2-Multiplett des Erbiums, das obere Energieniveau-Multiplett ist 4I13/2-Multiplett des Erbiums und das dritte Energieniveau-Multiplett ist das 4I11/2-Multiplett des Erbiums. Infolgedessen liegt die erste Wellenlänge nahe 1540 nm, die zweite Wellenlänge liegt nahe 980 nm und die Laserwellenlänge liegt nahe 1640 nm. Der Laser kann ein erste Pumplicht verwenden, bei dem es sich um ein Licht emittierendes Dioden-Array handelt, und ein zweites Pumplicht, bei dem es sich um einen Erbium:Faser-Laser handelt, der Energie mit einer Wellenlänge nahe 980 Nanometer emittiert. Ebenso kann der Laser ferner einen Güteschalter aufweisen, der an einem Ende des Mediums angeordnet ist, und ferner den Schritt des Emittierens von Laserlicht durch den Güteschalter bei Erreichen der Schaltschwelle des Güteschalters einschließen, wodurch ein kurzer Laserlichtimpuls emittiert wird. Genauer kann das erste Pumplicht Energie mit der ersten Wellenlänge für etwa vier Millisekunden einkoppeln, und das zweite Pumplicht kann anschließend Energie mit der zweiten Wellenlänge für etwa zwei Millisekunden einkoppeln.
  • In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens werden zweite Ionen in das Medium dotiert. Das Verfahren schließt den weiteren Schritt des indirekten Anregens des zweiten Teils der ersten Ionen durch direktes Anregen eines Teils der zweiten Ionen auf ein erhöhtes Energieniveau-Multiplett ein. Dies induziert einen Interionen-Energietransfer auf den zweiten Teil der ersten Ionen. In einer speziellen Ausführungsform sind die ersten Ionen Erbiumionen und die zweiten Ionen sind Ytterbiumionen. Somit ist das erhöhte Energieniveau-Multiplett das 2F5/2-Multiplett des Ytterbiums, das untere Energieniveau-Multiplett ist 4I15/2-Multiplett des Erbiums, das obere Energieniveau-Multiplett ist das 4I13/2-Multiplett des Erbiums und das dritte Energieniveau-Multiplett ist das 4I11/2-Multiplett des Erbiums. Somit liegt die erste Wellenlänge nahe 1540 nm, die zweite Wellenlänge liegt nahe 940 nm und die Laserwellenlänge liegt nahe 1640 nm.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist ein Energiediagramm eines Lasers des Standes der Technik.
  • 2 ist ein Graph von Pulsbreite versus Inversionsdichte eines Lasers des Standes der Technik für Lasermedien verschiedener Abmessungen.
  • 3 ist ein Energiediagramm eines Lasers des Standes der Technik.
  • 4 ist ein Laser-Energiediagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein Ionenpopulationsdichte-Graph des Standes der Technik.
  • 6 ist ein Populationsdichte-Graph gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein Impulszeitschema eines Lasers des Standes der Technik.
  • 8 ist ein Laserimpuls-Zeitschema gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist eine perspektivische Zeichnung eines Lasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist eine perspektivische Zeichnung eines Lasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist eine Stirnansichtszeichnung eines Lasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 12 ist eine perspektivische Zeichnung eines Lasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 13 ist ein Diagramm eines Lasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nun werden Ausführungsbeispiele und Anwendungsbeispiele mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben, um die vorteilhaften Lehren der vorliegenden Erfindung zu offenbaren.
  • Zwar wird die vorliegende Erfindung hierin mit Bezug auf Ausführungsbeispiele für spezielle Anwendungen beschrieben, es sei jedoch klargestellt, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist. Ein Fachmann, der Zugang zu den hierin gegebenen Lehren hat, wird weitere Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsformen erkennen, die im Bereich der Erfindung liegen, und weitere Felder, in denen die vorliegende Erfindung mit erheblichem Nutzen angewendet werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung lehrt einen von Natur aus effizienten direkten augensicheren Laser auf der Basis einer Erbiumkristall („Er:Kristall")-Technik, die ein duales Pumpschema verwendet, das sich für einen gütegeschalteten Betrieb mit ultrakurzer Impulsbreite eignet. Die Erfindung ermöglicht es Entwicklern, Hochenergielaser mit kurzer Impulsbreite zu implementieren, die auch äußerst kompakt und leicht sind. Wie oben angegeben, verwenden derzeitige augensichere Laser des Standes der Technik für Luftanwendungen mit großem Abstand eine OPO-shifted Nd:YAG-Technik. Trotz des ausgezeichneten Wirkungsgrads dieser Laser sind sie jedoch von Natur aus sperrig und unhandlich, das sie in der Regel viele Dioden-Array-Stäbe erfordern, um mit einer nennenswerten Energieleistung arbeiten zu können. Ferner ist die Energieumwandlung auf der Basis von OPO von Natur aus ineffizient und führt zu einer beeinträchtigen Strahlqualität. Direkte augensichere Laser auf der Basis von Erbiumionen beruhen derzeit auf einem Ytterbium-zu-Erbiumionen („Yb-Er")-Energietransfer-Pumpmechanismus in einem Phosphatmutterglas, wie oben angegeben. Mutterglasstrukturen sind durch ihre schlechten thermischen Eigenschaften stark eingeschränkt, so dass der Betrieb dieser Laser bei höheren Durchschnittsleistungen nicht zugelassen ist. Versuche, den funktionalen Yb-Er-Energietransfer-Pumpprozess in einem Mutterkristall (wie YAG oder anderen) zu reproduzieren, führten zu einer sehr eingeschränkten Laserleistung.[3] Dies geht auf die Tatsache zurück, dass anders als bei Phosphatglas die Dynamik des Energieniveaus von Erbium in einem Mutterkristall im Vergleich zu Glas viel schlechter ist.
  • Die Implementierung eines direkten Resonanzpumpens von Er:YAG (und anderen Mutterkristallen) ist in der Technik bekannt[4,5] Wie beim resonant gepumpten Ytterbiumlaser, der ein von Natur aus effizientes System ist, leidet der resonant gepumpte Er:Kristall-Laser jedoch an einer begrenzten Inversionsdichte, die vom Stark-Splitting des unteren Laserniveau-Multipletts bestimmt wird. Um einen gütegeschalteten Betrieb mit ultrakurzer Impulsbreite zu erreichen, ist daher ein Verfahren zur Implementierung einer größeren Gewinnverstärkung, die für diese Wirkung notwendig ist, nötig. Diese Erfindung beschreibt ein System und ein Verfahren zur effizienten Erreichung der benötigten Gewinnverstärkung durch die Anwendung eines synchronisierten Pumpschemas mit dualer Wellenlänge.
  • Der Stand der Technik schließt resonant gepumpte Er:YAG-Laser ein, die eine Anstiegseffizienz von immerhin fünfzig Prozent gezeigt haben, wie in K. Spariosu, M. Birnbaum und B. Viana, „Er3+:Y3Al5O12 laser dynamics: effects of upconversion", J. Opt. Soc. Am. B, 11(5), 894-900 (194) berichtet. Resonant gepumpte Laser sind solche, bei denen die Pumplichtenergie direkt aus dem oberen Energie-Multiplett des Laserübergangs tritt. Es wird auf 1 Bezug genommen, die das Pumpschema für einen resonant gepumpten Er:YAG-Laser darstellt. Die Erbium-plus-drei-Ionen 2 werden in den YAG-Mutterkristall diffundiert. Das Energie-Multiplett des unteren Niveaus des Laserübergangs ist das 4I15/2-Energie-Multiplett 6 des Erbiums, bei dem es sich um den Grundzustand des Erbiumions handelt. Pumplichtenergie 4 mit 1540 Nanometer wird in das Er:YAG-Medium eingekoppelt, was einen Teil der Erbiumionen zum Energie-Multiplett des oberen Niveaus des Laserübergangs anregt, bei dem es sich um das 4I13/2-Multiplett 8 handelt. Die resultierende Laserwirkung tritt ein, da Energie freigesetzt wird, wenn die Ionen vom Energie-Multiplett des oberen Niveaus zum unteren Niveau des Laserübergangs zurückkehren, wodurch eine Photonenenergie 10 mit 1640 Nanometer emittiert wird. Die Pumpenergie 4 nahe 1540 Nanometer wird wirksam in einen Er-YAG-Laserausgang im Bereich von 1550 bis 1650 Nanometer umgewandelt. Dieses Pumpschema zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad, geringe Hochwandlungsverluste, da die Pumpe keine oberen Energieniveaus einnimmt, und eine ausgezeichnete thermische Handhabung, die entscheidend für Szenarien mit höherer Leistung ist, aufgrund eines sehr kleinen Quantendefekts aus. In einer solchen Vorrichtung könnten die Pumpquellen entweder ein hocheffizienter diodengepumpter Erbium-Faser („Er:Faser")-Laser sein oder 1500 Nanometer-Diodenstab-Arrays.
  • Wiederum mit Bezug auf 1 wird die Dynamik des Er:Kristall-Lasers, welche die Stark-Subniveaus zeigt, erörtert. Die Populationsdichten der unteren und oberen Laserniveaus sind NL, bzw. NU, wenn die Gesamtdichte der Er3+-Ionen NT = NL + NU. Die fraktionale Population, welche die Pumpe erreicht, ist f1 NL. Ähnlich ist die Populationsinversion: N = f3 NU – f4 NL. Es kann gezeigt werden, dass, ausgedrückt als Gesamtionendichte, die maximale Populationsinversion, die mit dieser Art des Pumpens erreicht werden kann,
    Figure 00120001
  • Als maximale Inversionsdichte in Er:YAG ergibt sich beispielsweise etwa 0,1 NT für eine Pumpwellenlänge von 1530 Nanometer. Für die Pumpwellenlänge von 1470 Nanometer kann diese maximale Inversionsdichtefraktion 0,15 NT erreichen, bei dieser Wellenlänge können Hochwandlungsverluste jedoch ausgeprägter sein, ebenso wie der Quantendefekt ungünstiger sein kann. Daher wird insbesondere in diesem Szenario, wo ein Gewinnverstärkungs-Ansatz verwendet wird, die längere Wellenlänge, nahe 1530 Nanometer, bevorzugt.
  • Obwohl resonant gepumpte Er:Kristall-Laser einen relativ geringen Gewinn zeigen, sind sie aus den oben erörterten Gründen eigentlich ideal für die Speicherung großer Energiemengen, einen effizienten Betrieb und eine hohe Leistungsskalierung. Der Hauptnachteil der Er:Kristall-Laser ist jedoch ihre Beschränkung im Hinblick auf die Wirkung des mit ultrakurzem Impuls gütegeschalteten Lasers. Der Fachmann weiß um die Wichtigkeit dieses Wertes der Laser mit ultrakurzer Impulsdauer für die Anwendung in Real-World-Szenarios. Es wird auf 2 Bezug genommen, die graphisch das Pulsbreitenmodell eines Lasers mit einem sättigbaren Absorber als Güteschalter darstellt, wo die fraktionale Inversionsdichte als Funktionsvariable ausgewählt ist. Die in 2 gezeigten Impulsbreitenberechnungen wurden mittels der Beziehung[6,7]
    Figure 00130001
    berechnet.
  • Wobei l die Gewinnlänge ist, L der Resonatorverlust ist, c die Lichtgeschwindigkeit ist, n der Brechungsindex des Gewinnmediums ist und z eine normalisierte Gewinnzahl ist. Diese Beziehung ist in J.J. Degnan, „Theory of optimally coupled Q-switched laser", IEEEJ. Quantum Elektron. 2582), 214-220, (1989) und auch in J.J. Degnan, „Optimization of passively Q-switched laser", IEEE J. Quantum Electron. 31(11), 1890-1901 (1995), weiter ausgeführt. Es fällt auf, dass eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit einem wiedergegebenen Versuchsergebnis für den gütegeschalteten Betrieb von Er:YAG (für keine Gewinnverstärkung) vorliegt. Außerdem zeigt dieses Modell, dass die Verursachung einer Gewinnverstärkung einen Betrieb dieses Lasers mit einer erheblich verringerten gütegeschaltete Impulsbreite ermöglichen würde.
  • Außer einem direkten Resonanzpumpen in einem Er:Kristall-Laser kennt der Fachmann auch ein Pumpen in einem Medium, das zwei Ionen verwendet. Es wird auf 3 Bezug genommen, die ein Pumpschemadiagramm für einen Ytterbium/Erbium-Kristall-Laser („Yb,Er:Kristall") ist. Ein einzelnes Kristallmedium wird mit Ytterbium-plus-drei-Ionen („Yb") 12 und Erbium-plus-drei-Ionen („Er") 14 dotiert. Eine Pumplichtquelle, die Energie 16 nahe 940 Nanometer emittiert, regt die Yb-Ionen vom Yb 2F7/2-Multiplett auf das 2F5/2-Multiplett an. Ein nicht-abstrahlender Interionen-Energietransfer 18 findet zwischen dem Yb 2F5/2-Multiplett und dem Er 4I11/2-Multiplett statt. Dieses Transferschema ist dem Fachmann ebenfalls bekannt. Sobald es angeregt wurde, erfährt das Er 4I11/2-Multiplett auf natürliche Weise eine schnelle Relaxation 20 auf das 4I13/2-Multiplett. Sobald dies passiert ist, ist die Energie zwischen den oberen und unteren Laserübergangs-Energiemultipletts verfügbar, so dass eine Laseremission 22 nahe 1600 Nanometer stattfinden kann. Somit ist die 940 Nanometer-Pumpe 16 für Entwickler der oben erörterten 980 Nanometer-Resonanzpumpe als Alternative verfügbar.
  • Die von der vorliegenden Erfindung gelehrte Gewinnverstärkung beinhaltet im Wesentlichen die Anwendung eines angemessen synchronisierten Dualwellenlängen-Pumpschemas, wie in 4 dargestellt. Erbiumionen 24 werden in einen Mutterkristall dispergiert, bei dem es sich um YAG handeln kann. Die Anregung des 4I11/2-Er-Energieniveaus 26 kann entweder über den Yb-Er-Engergietransfer mit einer 940 Nanometer-Quelle in einem geeigneten co-dotierten Yb-Er:Kristall erreicht werden, oder über direktes Pumpen des des 4I11/2-Er-Niveaus mit einer 980 Nanometer-Quelle. Der Yb-Er-Ansatz ist von Vorteil, da er für einen deutlich höheren Absorptionsquerschnitt und breitere Spektralabsorptions-Peaks sorgt, was eine gewisse Flexibilität der Pumplicht-Wellenlänge ermöglicht. Der Nachteil dieses Ansatzes ist die beeinträchtigte Energietransfereffizienz. Obwohl die weiter verbreiteten Mutterstrukturen, wie YAG, diese Beschränkung in Yb-Er-Purnpmechanismen gezeigt haben, gibt es andere vielversprechende Mutterstrukturen, wie Y2SiO5 (YSO), Sc2SiO7, Sc2SiO5, Ca2Al2SiO7 (CAS), Ca2Ga2SiO5 (CGS), YVO4, BeAl2O4 und ähnliche Materialien, in denen dieser Wirkungsgrad deutlich erhöht sein kann.
  • Der zweite Ansatz, bei dem direkt in das des 4I11/2-Er-Niveaus gepumpt wird, ist dahingehend von Vorteil, dass er von Natur aus effizienter ist, da er nicht auf einem indirekten, interionischen Energietransfermechanismus beruht. Bei den typischen Dotierungsdichten, wie sie für eine effiziente augensichere Laserwirkung in Erbium notwendig sind, ist der Absorptionsquerschnitt für die 980 Nanometer-Pumpe jedoch sehr klein. Daher ist ein Verfahren nötig, um die Absorptionslänge für die 980 Nanometer wirksam zu vergrößern, um diesen Nachteil zu mildern.
  • Weiter mit 4: das Dualwellenlängen-Pumpverfahren wird im Wesentlichen wie folgt implementiert. Da der naturgemäße Vorteil im Hinblick auf Effizienz und Leistungsskalierung zu der Resonanzpumpungs-Wellenlänge nahe 1540 Nanometer 40 gehört, wird der größte Teil der Pumpenergie in dieser 1500 Nanometer-Bande über die typische signifikante Fraktion der Fluoreszenzlebensdauer des oberen Laserniveaus geliefert. Dann wird bei einer optimalen Synchronisation eine relativ kürzere Pumpenergieverstärkung bei 940 Nanometer oder 980 Nanometer 26 geliefert, um Ionen auf das 4I11/2-Niveau anzuregen. Diese Ionen erfahren eine schnelle Relaxation 30 auf das 4I13/22-Mulitplett, wodurch die erforderliche Gewinnverstärkung jenseits der 1540 Nanometer-Pumpe 28 geliefert wird. Das Ergebnis ist eine höhere Ausgangsleistung 32 des 1640 Nanometer-Lasers, ebenso wie eine Verkürzung der Impulsdauer in eine gütegeschalteten System. Auf diese Weise wird ein effizienter Betrieb aufrechterhalten, obwohl für eine Gewinnverstärkung zur richtigen Zeit in der Inversionsdichteentwicklungs-Zeitlinie gesorgt wird.
  • Um diesen Effekt zu verdeutlichen, wurden die Population und die Dynamik der gütegeschalteten Impulsenergie für nur die „Standard"-Resonanzpumpe ebenso wie für das Gewinnverstärkungspumpen berechnet und aufgezeichnet. Der Gleichungssatz schließt Folgendes ein:
    Figure 00150001
  • Wobei die Gesamtpopulationsdichte NT = NL + NU + NS. σL ist der simulierte Emissionsquerschnitt, ϕL ist die Photonendichte, τS ist die Lebensdauer des 4I11/2-Energieniveaus, l ist die Gewinnlänge, L ist die Kavitätslänge, Rp ist die 1500 Nanometer-Pumprate und Rs(t) ist die 940 oder 980 Nanometer-Pumprate. Die Ergebnisse dieser Berechnungen sind in 5 für das Resonanzpumpschema des Standes der Technik und in 6 für das Dualwellenlängen-Gewinnverstärkungs- Pumpschema der vorliegenden Erfindung aufgezeichnet. Diese Figuren zeigen die Populationsdynamik für den nur resonant gepumpten Laser in 5 und mit dem Gewinnverstärkungspumpen in 6.
  • Diese Ergebnisse zeigen eine klare Verbesserung (fast Verdoppelung) der Populationsinversionsdichte. Die sekundäre Pumpe bei 940 oder 980 Nanometer wird 4 Millisekunden nach dem Einsatz der 1500 Nanometer-Pumpe und unmittelbar nach Abschalten der 1500 Nanometer eingeschaltet, was ebenfalls zum Zeitpunkt 4 Millisekunden stattfindet. Dies ist der günstigste Pumpungsansatz im Hinblick darauf, dass sowohl die 1500 Nanometer- als auch die 940/980 Nanometer-Pumpen mit optimiertem Wirkungsgrad genutzt werden. Wenn die beiden Pumpen sich in der Zeit überschneiden, konkurriert die 940/980 Nanometer-Pumpe in gewissem Umfang mit der 1500 Nanometer-Pumpe, was tendenziell die verfügbaren Ionen im Grundzustands-Multiplett erschöpfen würde. Wenn die beiden Pumpen jedoch in einer aufeinanderfolgenden, nicht-überschneidenden Synchronisation verwendet werden, erreichen beide Pumpen unabhängig voneinander die höchste Pumpungseffizienz, ebenso wie sie das synergistische Ziel der Lieferung einer verstärkten Inversionsdichte mit einem effektiv geringen Quantendefekt und damit eine von Natur aus hohe Effizienz erreichen. Man beachte, dass in 5 die Grundzustands-Populationsdichten 34 als Spiegel der Populationsdichte 36 am Energie-Mulitplett des oberen Niveaus verschwinden. Die Inversionsdichte 38 übersteigt etwa zehn Prozent nicht, wie erwartet. Diese Leistung wird durch die Nutzung der Lehren der vorliegenden Erfindung, wie in den Plots von 6 dargestellt, dramatisch übertroffen.
  • In 6 wird die resonante 1540 Nanometer-Pumpe für die ersten vier Millisekunden angewendet, und die Grundzustands-Populationsdichte 40, die Populationsdichten 42 und die Inversionsdichten 44 des Laser-Multipletts des oberen Niveaus verhalten sich wie im Stand der Technik, bis zum Zeitpunkt vier Millisekunden. Dann wird die Pumpe mit der zweiten Wellenlänge bei 940/980 Nanometer angewendet. Man beachte die dramatische Verstärkung der 4I13/2-Dichte 42, die durch die schnelle Relaxation der 4I11/2-Dichte 46 besetzt wird. Die Inversionsdichte 44 steigt dann auf fast zwanzig Prozent.
  • Die resultierenden gütegeschalteten Impulsausgaben zeigen beim Vergleich der Dualwellenlängen-Gewinnverstärkungen gegen nur ein Resonanzpumpen auch eine deutliche Verbesserung der Impulsbreite für identische Bedingungen. Es wird auf 7 Bezug genommen, die einen resonanzgepumpten Ausgangsimpuls des Standes der Technik zeigt, und auf 8, die einen Ausgangsimpuls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Vergleichsfälle wurden mit einem einen Zentimeter langen Resonator durchgeführt, der ein einen Zentimeter langes Gewinnmedium, einen idealen kurzen monolithischen Resonator und einen schnellen gütegeschalteten Betrieb aufweist. Man beachte, dass die Spitzenwerte in diesen Figuren nicht maßstabsgerecht sind. Man beachte, dass der gewinnverstärkte Impuls in 8 etwa eine Nanosekunde beträgt und weniger als die Hälfte dessen des resonanzgepumpten Impulses in 7 ist.
  • Die Vorrichtung und das Verfahren für eine spezielle Implementierung der vorliegenden Erfindung des Gewinnverstärkungspumpens mit doppelter Wellenlänge hängen davon ab, ob die 940 Nanometer-Pumpe, welche den Yb-Er-Engergietransfer nutzt, oder die 980 Nanometer-Direktpumpung von Er gewählt wird. Für den Fall der 940 Nanometer-Pumpe erscheint eine Konstruktion, die verwendet werden kann, in 9. Ein 1500 Nanometer-Er:Faser-Laser 52 wird als Resonanzpumpenquelle verwendet, und wird mit einer Linse 54 mit dem Verstärkungsmedium verkoppelt. Das Verstärkungsmedium 47 ist Yb,Er:Kristall. Die sekundäre Pumpe ist ein Paar 940 aus Nanometer-Dioden-Array-Stabpumplichtern 56, die mit Wärmesenken 58 und Kühlverteilern 60 gekühlt werden. Das Lasermedium 47 ist mit einer Integrierungspumpenkavität 50 umgeben und schließt eine integrale dielektrische Beschichtung für ein transmissives und reflektives Strahlmanagement ein. Ein Güteschalter 48 ist am Ende des Verstärkungsmediums 47 angeordnet, um einen gepulsten Laserbetrieb zu ermöglichen. Schließlich tritt der 1600 Nanometer-Laserstrahl 62 aus dem Laser aus, wenn der Güteschalter ausklingt. Die Arbeitsweise eines Güteschalters ist dem Fachmann bekannt.
  • Es wird auf 10 Bezug genommen, die eine Zeichnung für ein anderes Ausführungsbeispiel eines Yb,Er:Kristall-Lasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Ein stabförmiges Kristalllasermedium 72 ist mit mehreren 940 Nanometer-Diodenpumplichtern 64 und mit mehreren 1500 Nanometer-Diodenpumplichtern 66 ausgerichtet. Die Pumplichter sind im Lasermedium 72 über dessen Länge und Umfang in einer symmetrischen Konfiguration verteilt. Der Laserstrahl 70 wird durch einen dielektrischen Spiegel 74 und einen Güteschalter 68 bis zu dem Zeitpunkt, wo der Güteschalter 68 abklingt, zurückgehalten, und der Impuls des Laserlichts wird aus dem Lasermedium 72 emittiert.
  • Es wird auf 11 und 12 Bezug genommen, die eine Stirnasicht bzw. eine perspektivische Ansicht einer weiteren Implementierung eines Yb,Er:Kristall-Lasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind. Das Lasermedium 76 ist rechteckig und ist zu einem Verbundmaterial mit nicht-dotiertem Krsitall 78 auf jeder Seite ausgebildet. 940 Nanometer- und 1500 Nanometer-Dioden-Array-Stäbe 80 sind mit den Seiten des Lasermedium-Verbundmaterials 76, 78 verkoppelt. Der Lichtstrahl 88 im Lasermedium 76 folgt einem Zickzack-Kurs. Wärmesenken 82 kühlen die Lasermediumschlacke 76. ein dielektrischer Spiegel 86 und ein Güteschalter 84 halten die Lichtenergie im System zurück, bis der Güteschalter ausklingt und der 1600 Nanometer-Laserstrahl emittiert wird.
  • Für den Fall, dass die Erbiumionen direkt von sowohl 1500 Nanometer-Pumpen als auch von 980 Nanometer-Pumpen gepumpt werden, ist der Aufbau des Lasers in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in 13 dargestellt. Dieser Ansatz unterscheidet sich durch die Anforderung, die Dauer des Zwischenspiels mit der 980 Nanometer-Pumpe zu verlängern. Ein Pumpen-Rückfangschema verlängert die 980 Nanometer-Pumpe effektiv. Die 1540 Nanometer-Pumpe 90 ist über einen Strahlteiler 92, eine Linse 94 und einen dieletrischen Transmitter/Reflektor 96 mit dem Lasermedium 96 endverkoppelt. Der Strahlteiler 92 ist bei 15340 Nanometer transmissiv und bei 970 Nanometer reflektiv. Der dielektrische Transmitter/Reflektor 96 ist bei 1540 Nanometer transmissiv und bei der Laserwellenlänge, 1640 Nanometer, reflektiv. Ein Güteschalter 100 ist am Ausgangsende des Lasermediums 98 angeordnet und arbeitet auf die hierin weiter oben beschriebene Weise. Ein zweiter Strahlteiler 104 ist am Ausgangsende des Lasers angeordnet und ist bei der Wellenlänge 1640 Nanometer transmissiv und bei 970 Nanometer reflektiv. Dies ermöglicht eine Emittierung des Laserstrahls 116 aus dem System. Die 970 Nanometer-Pumpenquelle 108 ist über einen faseroptischen direktionalen Koppler 110 mit einer optischen Multimodusfaser 112 verkoppelt, die die Pumplichtenergie durch eine Linse 114 zum ersten Strahlteiler 92 koppelt. Das 970 Nanometer-Pumplicht wird somit in das Lasermedium 98 eingekoppelt. Ein Teil des 970 Nanometer-Pumplichts passiert das Lasermedium 98 und wird vom zweiten Strahlteiler 104 zurückgelenkt. Es passiert die Linse 106 und kehrt in den direktionalen Koppler 110 zurück, um durch das System zum Lasermedium 98 als Gewinn zurückgeführt zu werden. Diese Anordnung liefert den verlängerten Kontakt der 970 Nanometer-Pumplichtenergie. Auf ähnliche Weise kann auch die Wiedereinfangung/Rückführung der 970 Nanometer-Pumpe mit einer Integrierungskavität, die das Pumpenlicht einfängt und dieses mehrfach durch das Gewinnabsorptionsmedium zurückführt, erreicht werden.
  • Somit wurde die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine spezielle Ausführungsform für eine spezielle Anwendung beschrieben. Der Fachmann, der auf die vorliegende Lehre zugreifen kann, wird weitere Modifizierungen, Anwendungen und Ausführungsformen im Bereich des Anspruchs 1 erkennen.

Claims (8)

  1. Laser, welcher folgendes enthält: ein Medium (47), welches mit ersten Ionen dotiert ist, welche Licht mit einer Laserwellenlänge als Ergebnis des Durchgangs von Elektronenenergie von einem Energieeingang des oberen Niveaus zu einem Energieeingang eines unteren Niveaus emittieren; ein erstes Pumplicht (56), welches so ausgerichtet ist, dass es Energie in das genannte Medium (47) mit einer ersten Wellenlänge einkoppelt, welche einen ersten Teil der genannten ersten Ionen in dem Energieeingang des oberen Niveaus anregen; ein zweites Pumplicht (52), das so ausgerichtet ist, dass es Energie in das genannte Medium (47) bei einer zweiten Wellenlänge einkoppelt, welche einen zweiten Teil der genannten ersten Ionen in einem Energieeingang eines dritten Niveaus anregen, wobei ein Bruchteil davon eine Relaxation zu dem Energieeingang des oberen Niveaus vornimmt und dadurch die Gesamtmenge der ersten Ionen an dem Energieeingang des oberen Niveaus erhöht und die Energie erhöht, welche bei der Laserwellenlänge emittiert wird (62); dadurch gekennzeichnet, dass er weiter einen Mechanismus zum Aktivieren des ersten Pumplichtes (56) und des zweiten Pumplichtes (52) in einem aufeinander folgenden, keine Überlappung ergebenden Synchronismus enthält.
  2. Laser nach Anspruch 1, bei welchem das genannte Medium (47) ein Kristall ist, welcher aus der Gruppe ist, welche folgendes enthält: Sc2SiO7, Sc2SiO5, Y2SiO5, Ca2Al2SiO7, Ca2Ga2SiO5, YVO4, BeAl2O4 oder Yttrium-Aluminium-Granat, oder aus ähnlichen Materialien gewählt ist, welche Gläser enthalten.
  3. Laser nach Anspruch 1, bei welchem die ersten Ionen Erbiumionen sind und bei welchem der Energieeingang des unteren Niveaus der Erbium-4I15/2-Eingang ist, der Energieeingang des oberen Niveaus der Erbium-4I13/2-Energieeingang ist und der Energieeingang des dritten Niveaus der Erbium-4I11/2-Energieeingang ist und wobei die erste Wellenlänge nahe 1540 nm liegt, die zweite Wellenlänge nahe 980 nm liegt und die Laserwellenlänge nahe 1640 nm ist.
  4. Laser nach Anspruch 1, bei welchem das erste Pumplicht (56) ein Anordnung lichtemittierender Dioden ist und das zweite Pumplicht (52) ein Erbium-Faserlaser ist, der Energie bei einer Wellenlänge nahe 980 nm emittiert.
  5. Laser nach Anspruch 1, welcher weiter einen Q-Schalter (48) enthält, welcher an einem Ende des genannten Mediums (47) angeordnet ist, durch welches das emittierte Licht mit der Laserwellenlänge das genannte Medium (47) verlässt (62).
  6. Laser nach Anspruch 1, bei welchem das erste Pumplicht (56) Energie bei der genannten ersten Wellenlänge für annähernd vier Millisekunden einkoppelt und das genannte zweite Pumplicht (52) darauf folgend Energie mit der genannten zweiten Wellenlänge für annähernd zwei Millisekunden einkoppelt.
  7. Laser nach Anspruch 1, welcher weiter folgendes enthält: zweite Ionen, welche in das genannte Medium (98) eindotiert sind, und wobei die Energie der genannten zweiten Wellenlänge indirekt den zweiten Teil der ersten Ionen durch direktes Anregen eines Teils der genannten zweiten Ionen bei einem Energieeingang eines erhöhten Niveaus anregt, welches einen Energieübergang zwischen den Ionen auf den zweiten Teil der ersten Ionen induziert.
  8. Laser nach Anspruch 7, bei welchem die ersten Ionen Erbium-Ionen sind und die zweiten Ionen Ytterbium-Ionen sind und wobei der Energieeingang des erhöhten Niveaus der Ytterbium-2F5/2-Eingang ist, der Energieeingang des unteren Niveaus der Erbium-4I15/2-Energieeingang ist, der Energieeingang des oberen Niveaus der Erbium-4I13/2-Energieeingang ist und der Energieeingang des dritten Niveaus der Erbium-4I11/2-Energieeingang ist.
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