DE60314315T2

DE60314315T2 - Laser gepumpt durch eine pyrotechnische Quelle

Info

Publication number: DE60314315T2
Application number: DE60314315T
Authority: DE
Inventors: Jean-Michel Roche; Louis Cabaret; Jean-Eucher Montagne
Original assignee: Compagnie Industriel des Lasers CILAS SA
Current assignee: Compagnie Industriel des Lasers CILAS SA
Priority date: 2002-02-18
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: DE60314315D1; FR2836295B1; EP1347546B1; EP1347546A1; FR2836295A1; ATE364918T1

Description

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

– ein aktives dotiertes Element (im Allgemeinen einen Stab), in dem ein stimuliertes Verstärkungsphänomen (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.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Laserquelle, die in der Lage ist, ein Laserbündel mit hoher Energie und hoher Durchschnittsleistung auszusenden.
Man weiß erstens, dass die bekannten Laserquellen, die gebildet sind, um eine hohe Energie pro Impuls auszusenden, extrem voluminös sind, da sie sperrige Nebeneinrichtungen umfassen, die für den Betrieb des optischen Resonators notwendig sind. Bei Laserquellen, die durch Blitz oder Entladung gepumpt werden, handelt es sich insbesondere um Stromversorgungsteile, die für die Speicherung der Energie notwendig sind (Kondensatorbatterien und Versorgung) und um Induktionskreise, die für die Entladung notwendig sind.
Zweitens stößt man, was die Erzeugung eines Laserbündels mit hoher Durchschnittsleistung durch Laserquellen betrifft, unweigerlich auf thermische Probleme im Bereich des verstärkenden Mediums (aktives Element), was zur Folge hat, dass die Qualität des ausgesendeten Laserbündels sowie der Gesamtwirkungsgrad der Laserquelle sinken. Es wurden verschiedene Verfahren vorgesehen, um die Wärmezufuhr im aktiven Medium zu verringern oder deren Auswirkungen zu begrenzen. Zur Veranschaulichung kann die Verwendung besonderer Geometrien des verstärkenden Mediums genannt werden, die es ermöglichen, die unerwünschten optischen Verzerrungen zu kompensieren.
Wenn man sehr energiereiche Impulse im Takt erzeugen möchte und somit eine hohe Leistung erzielen möchte, d.h. wenn man ein Laserbündel mit hoher Energie und hoher Durchschnittsleistung aussenden möchte, stößt man mit herkömmlichen Pumplösungen rasch an große Hindernisse.
D.h.:

– eine Pumplösung mittels Blitz erfordert ein sehr hohes Versorgungsvolumen und führt zu einer inakzeptablen thermischen Belastung;
– eine Pumplösung mittels Diode führt zu einer sehr hohen Anzahl an Dioden, die im Allgemeinen vor allem aus Kostengründen mit den angestrebten Anwendungen nicht kompatibel ist;
– eine Pumplösung mittels Explosion erlaubt in der Praxis nur einen einzigen Schuss; und
– eine Pumplösung durch Verbrennung aufeinanderfolgender Ladungen führt zu einer Erhitzung des aktiven Mediums, die auf die gleiche Weise wie bei einem Pumpen mittels Blitz nicht akzeptabel ist.

Folglich betrifft eines der wesentlichen Probleme bei der Schaffung einer Laserquelle, die in der Lage ist, ein Laserbündel mit hoher Energie und hoher Durchschnittsleistung zu erzeugen, die Senkung der Wärmebelastung, der die Laserquelle ausgesetzt ist.
Durch einen Artikel von Spariosu und Birnbaum mit dem Titel „Intracavity 1.549-μm Pumped 1.634-μm Er:YAG Lasers at 300 K", der in der Veröffentlichung „IEEE Journal of Quantum Electronics", Band 30, Nr. 4, April 1994 erschienen ist, kennt man darüber hinaus eine Laserquelle, umfassend:

– einen Hauptlasergenerator, umfassend ein kristallines Material, das mit Seltenerdionen dotiert ist; und
– ein Pumpsystem, umfassend einen zusätzlichen Lasergenerator vom Monofrequenztyp, der dazu bestimmt ist, ein Pumpbündel auszusenden, und der seinerseits auf herkömmliche Weise durch Blitzlampen gepumpt wird. Dieser zusätzliche Lasergenerator ist in Form eines Stabs gefertigt und direkt im optischen Resonator des Hauptlasergenerators angeordnet, so dass das Pumpen im Inneren des Resonators durchgeführt wird.

Diese bekannte Laserquelle, deren Ziel es ist, ein Laserbündel im nahen Infrarotbereich auszusenden, ist jedoch insbesondere aufgrund von Problemen bezüglich der Wärme und der Energiezufuhr nicht in der Lage, ein Laserbündel mit hoher Energie und hoher Durchschnittsleistung zu erzeugen.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Mängeln abzuhelfen. Sie betrifft eine Laserquelle, die in der Lage ist, mindestens einige aufeinanderfolgende Laserimpulse von sehr hoher Energie auszusenden.
Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung die Laserquelle von dem Typ, der umfasst:

– ein Pumpsystem, um mindestens ein sekundäres Pumpbündel zu erzeugen, wobei das Pumpsystem umfasst: • eine Pumplichtquelle, die in der Lage ist, mindestens ein primäres Pumpbündel auszusenden; und • einen primären Lasergenerator mit mindestens einem ersten dotierten aktiven Mittel, das in der Lage ist, das primäre Pumpbündel zu absorbieren, um eine Laserverstärkung durchzuführen, so dass der primäre Lasergenerator mindestens ein primäres Monofrequenz-Laserbündel aussendet, das das sekundäre Pumpbündel darstellt; und
– einen sekundären Lasergenerator mit einem optischen Resonator und mindestens einem zweiten dotierten aktiven Mittel, das in der Lage ist, das sekundäre Pumpbündel zu absorbieren, um eine Laserverstärkung durchzuführen, so dass der sekundäre Lasergenerator ein sekundäres Laserbündel aussendet, das das Laserbündel der Laserquelle darstellt,

Auf diese Weise ermöglicht es die Laserquelle dank der Erfindung, den oben genannten Mängeln abzuhelfen. D.h.:

– die Verwendung einer pyrotechnischen Lichtquelle ermöglicht es, eine sehr hohe Energiemenge in einem kleinen Volumen zu speichern, im Allgemeinen mehr als 1 MJ pro Liter aktiven Produkts, und daher die notwendige (hohe) Lichtenergie zu erzeugen. Darüber hinaus ist die Lichtentladung einer solchen pyrotechnischen Lichtquelle im Allgemeinen nicht zerstörend, was es erlaubt, einen getakteten Betrieb der Laserquelle vorzusehen;
– die Bildung des primären Lasergenerators mit mindestens einer reduzierten Abmessung (die kleiner ist als der vorbestimmte Wert) und seine Anordnung außerhalb des optischen Resonators des sekundären Lasergenerators (oder Hauptlasergenerators) ermöglichen es, eine wirksame und rasche Abkühlung der Laserquelle vorzusehen und somit das oben genannte Wärmeproblem zumindest teilweise zu beseitigen. Es ist festzustellen, dass das Laserbündel, das durch einen solchen (unten näher beschriebenen) primären Lasergenerator erzeugt wird, sehr geringe optische Eigenschaften aufweist, was seine Verwendung als sekundärer Lasergenerator oder Hauptlasergenerator nicht zulässt. Dieser primäre Lasergenerator erfüllt jedoch perfekt die erforderliche Funktion (hohe Leistung mit großer Widerstandsfähigkeit gegenüber der Wärmebelastung) für seine Verwendung als Pumpquelle; und
– die kombinierte Wirkung eines Monofrequenz-Pumpens und einer geringen Stokesverschiebung trägt ebenfalls dazu bei, die Wärmeproduktion zu senken. Die Stokesverschiebung (Energieverschiebung) beträgt vorzugsweise unter 0,1 eV pro ausgesendetem Photon.

Das Hauptziel der erfindungsgemäßen Laserquelle ist es, einige aufeinanderfolgende Impulse von sehr hoher Energie zu liefern. Nun ist bekannt, dass eine pyrotechnische Zusammensetzung mit einer Masse in der Größenordnung von 1 kg in der Lage ist, eine Nutzlichtenergie von etwa 2 MJ zu liefern. Wenn angenommen wird, dass das Emissionsspektrum des pyrotechnischen Gemisches und das Absorptionsspektrum des ersten aktiven Mittels gut eingestellt sind, kann der optische Gesamtwirkungsgrad 5% erreichen, d.h. die endgültige abgegebene Energie beträgt 100 kJ. Diese Energie entspricht einer Leistung von 1 MW während 100 ms. Die Wiederholungsfrequenz der Laserquelle ist durch die Schussgeschwindigkeit der pyrotechnischen Quelle beschränkt (die im Allgemeinen durch die Zeit für den Ausstoß und das Nachladen pyrotechnischer Patronen beschränkt wird). Bei einem realistischen Schusstakt, alle fünf Sekunden, beträgt die durchschnittliche Pumpleistung (die durch die pyrotechnische Quelle erzeugt wird) daher 400 kW, und die von der erfindungsgemäßen Laserquelle erzeugte durchschnittliche Leistung beträgt 20 kW.
Auf vorteilhafte Weise weist die Pumplichtquelle, die vorzugsweise pyrotechnische Patronen (in Form von Rohren oder Platten) umfasst, ein Emissionsspektrum auf, das an das Absorptionsspektrum des primären Lasergenerators angepasst ist, was es ermöglicht, die Wärmeproduktion zu senken und den Wirkungsgrad der Laserquelle zu erhöhen.
Darüber hinaus ist gemäß der Erfindung festzustellen:

– in einer ersten Ausführungsvariante umfasst das aktive Mittel des primären Lasergenerators eine Vielzahl von Fasern, von denen jede einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der vorbestimmte Wert (vorzugsweise 10 Millimeter); und
– in einer zweiten Ausführungsvariante ist das aktive Mittel des primären Lasergenerators in Form einer Platte gebildet, deren Dicke kleiner ist als der vorbestimmte Wert. Es ist festzustellen, dass die Ausführung in Plattenform zu einer viel höheren Widerstandsfähigkeit gegenüber der Wärmebelastung führt als eine herkömmliche Ausführung in Stabform.

In dieser zweiten Ausführungsvariante umfasst der Lasergenerator vorzugsweise eine Vielzahl von Platten, die gleichmäßig um das zweite aktive Mittel des sekundären Lasergenerators verteilt sind, um ein gleichmäßiges Pumpen zu erzielen.
In einer ersten Ausführungsform umfasst darüber hinaus das erste aktive Mittel des primären Lasergenerators ein Glas, das mit Seltenerden dotiert ist, während in einer zweiten Ausführungsform das erste aktive Mittel des primären Lasergenerators ein keramisches Material umfasst, das mit Seltenerden dotiert ist.
Darüber hinaus umfasst das zweite aktive Mittel des sekundären Lasergenerators vorteilhafterweise ein kristallines Material oder ein keramisches Material, das ebenfalls mit Seltenerden dotiert ist.
In einer ersten Ausführungsform umfasst dieses zweite aktive Mittel des sekundären Lasergenerators eine Vielzahl von Scheiben, die parallel und einander gegenüberliegend sowie quer (zum Beispiel im rechten Winkel) zu einer optischen Achse des optischen Resonators des sekundären Lasergenerators angeordnet sind, wobei sie entlang der optischen Achse verteilt sind.
In einer zweiten Ausführungsform umfasst das zweite aktive Mittel des sekundären Lasergenerators einfach einen Stab.
Darüber hinaus umfasst der optische Resonator des sekundären Lasergenerators vorteilhafterweise eine Hülle, die aus einem lichtstreuenden Material gefertigt ist, das einen Reflexionsgrad von über 95% aufweist.
Auf diese Weise erfährt das (sekundäre) Pumpbündel zahlreiche Streuungen mit geringen Verlusten und wird schließlich vom zweiten aktiven Mittel absorbiert, selbst wenn das Letztgenannte nur wenig absorbierend ist.
Die beiliegenden Zeichnungen werden gut verständlich machen, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesen Zeichnungen bezeichnen identische Bezugszeichen ähnliche Elemente.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Laserquelle.
2 zeigt im schematischen Querschnitt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Laserquelle.
3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserquelle.
4 ist ein schematischer Querschnitt der Ansicht von 3.
5 und 6 sind Ansichten eines Teils eines bevorzugten Pumpsystems der Erfindung im Längs- bzw. Querschnitt.
7 zeigt schematisch eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Laserquelle.
Die schematisch in 1 dargestellte Laserquelle 1 umfasst auf bekannte Weise:

– ein Pumpsystem 2, um mindestens ein (sekundäres) Pumpbündel F2 zu erzeugen; und
– einen (sekundären) Lasergenerator 3, der umfasst: • ein aktives dotiertes Mittel 4, das in der Lage ist, das Pumpbündel F2 zu absorbieren, um eine Laserverstärkung durchzuführen; und • einen optischen Resonator 5 vom herkömmlichen Typ mit der Achse X-X, der insbesondere einen reflektierenden Spiegel 6 und einen leicht transparenten Spiegel 7 umfasst, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Dieser optische Resonator 5 verleiht dem Laserbündel E, das durch die Laserverstärkung erzielt wird und durch den Spiegel 7 entlang der Achse X-X ausgesendet wird, seine Eigenschaften bezüglich Richtwirkung und Geometrie.

Gemäß der Erfindung umfasst das Pumpsystem 2:

– eine Pumplichtquelle 8, die in der Lage ist, mindestens ein (primäres) Pumpbündel F1 auszusenden, das in Form einer pyrotechnischen Quelle gebildet ist; und
– einen (primären) Lasergenerator 9 mit mindestens einem dotierten aktiven Mittel 10A, 10B, 10C, 10D, das mindestens eine Abmessung aufweist, die kleiner als ein vorbestimmter Wert, vorzugsweise 10 Millimeter, ist, und das in der Lage ist, das primäre Pumpbündel F1 zu absorbieren, um eine Laserverstärkung durchzuführen, so dass der primäre Lasergenerator 9 mindestens ein primäres Monofrequenz-Laserbündel aussendet, das das Pumpbündel F2 des Lasergenerators 3 darstellt. In einer ersten Ausführungsvariante (2 bis 6) ist das aktive Mittel 10A, 10B, 10C in Form von Platten gebildet, während in einer zweiten Variante (7) das aktive Mittel 10D eine Vielzahl von Fasern umfasst, wie dies unten näher beschrieben wird.

Darüber hinaus ist der Lasergenerator 9 außerhalb des optischen Resonators 5 des Lasergenerators 3 angeordnet, wobei der Letztgenannte eine Stokesverschiebung aufweist, die gering ist und mindestens unter einem vorbestimmten Wert liegt, wie dies unten näher beschrieben wird.
Die Stokesverschiebung entspricht der Energieverschiebung zwischen der absorbierten Energie (Pumpenergie) und der ausgesendeten Energie (Energie des Laserbündels). Diese Stokesverschiebung wird oft durch das Verhältnis der Energien charakterisiert: hνl/hνp (hνl: Energie eines ausgesendeten Photons und hνp: Energie eines Pumpphotons). Dieses Verhältnis beträgt zum Beispiel 0,76 im Fall eines Lasers vom Typ Nd:YAG, der durch eine Laserdiode mit 808 nm gepumpt wird. Es erreicht 0,964 im Fall eines Lasers vom Typ Ho:YAG, der mit 2,09 μm sendet und mit 2,015 μm gepumpt wird (der somit ein Laser mit sehr geringer Stokesverschiebung ist). Wenn es keinen Verlust hin zu angeregteren Zuständen gibt, ist die Wärmeablagerung Dth (definiert als das Verhältnis zwischen der abgesetzten Wärmeenergie und der absorbierten optischen Energie) durch die Beziehung Dth = 1 – (νl/νp) direkt mit der Stokesverschiebung verbunden.
Vorzugsweise ist die Stokesverschiebung kleiner als 0,1 eV pro ausgesendetem Photon (Photonen, die das Laserbündel E der Laserquelle 1 bilden).
Auf diese Weise ist die Laserquelle 1 in der Lage, ein Laserbündel E mit hoher Energie und hoher Durchschnittsleistung auszusenden. D.h.:

– die Verwendung einer Lichtquelle 8 vom pyrotechnischen Typ ermöglicht es, eine sehr hohe Energiemenge in einem kleinen Volumen zu speichern, im Allgemeinen mehr als 1 MJ pro Liter aktiven Produkts, und daher die notwendige (hohe) Lichtenergie zu erzeugen. Darüber hinaus ist die Lichtentladung einer solchen pyrotechnischen Quelle 8 im Allgemeinen nicht zerstörend, was es erlaubt, einen getakteten Betrieb der Laserquelle 1 vorzusehen;
– die Bildung des Lasergenerators 9 mit mindestens einer Abmessung (d.h. der Dicke bei einer Platte und dem Durchmesser bei einer Faser), die kleiner ist als der vorbestimmte Wert (zum Beispiel 10 mm) und seine Anordnung außerhalb des optischen Resonators 5 des Hauptiasergenerators 3 ermöglichen es, eine wirksame und rasche Abkühlung der Laserquelle 1 vorzusehen, wie dies unten dargestellt wird (5 bis 7). Darüber hinaus erzeugt die Ausbildung in Form von Platten oder Fasern eine viel größere Widerstandsfähigkeit gegenüber der Wärmebelastung als eine herkömmliche Ausbildung in Form eines Stabs. Es ist festzustellen, dass das Laserbündel F2, das durch einen solchen Lasergenerator 9 erzeugt wird, sehr geringe optische Eigenschaften aufweist, wodurch seine Verwendung als sekundärer Lasergenerator oder Hauptlasergenerator nicht möglich ist. Dieser (primäre) Lasergenerator 9 erfüllt jedoch perfekt die erforderliche Funktion (hohe Leistung mit großer Widerstandsfähigkeit gegenüber der Wärmebelastung) für seine Verwendung als Pumpquelle; und
– die kombinierte Wirkung eines Monofrequenz-Pumpens durch den Lasergenerator 9 und der geringen Stokesverschiebung des Lasergenerators 3 trägt ebenfalls dazu bei, die Wärmeproduktion zu senken.

Es ist festzustellen, dass das Hauptziel der erfindungsgemäßen Laserquelle 1 darin besteht, einige aufeinanderfolgende Laserimpulse von sehr hoher Energie zu liefern. Nun ist bekannt, dass eine pyrotechnische Zusammensetzung mit einer Masse in der Größenordnung von 1 kg in der Lage ist, eine Nutzlichtenergie von etwa 2 MJ zu liefern. Wenn angenommen wird, dass das Emissionsspektrum des pyrotechnischen Gemisches und das Absorptionsspektrum des aktiven Mittels 10A, 10B, 10C, 10D gut eingestellt sind, kann der optische Gesamtwirkungsgrad 5% erreichen, d.h. die endgültige abgegebene Energie beträgt 100 kJ. Diese Energie entspricht einer Leistung von 1 MW während 100 ms. Die Wiederholungsfrequenz der Laserquelle 1 ist durch die Schussgeschwindigkeit der pyrotechnischen Quelle 8 beschränkt (diese Geschwindigkeit ist ihrerseits durch die Zeit für den Ausstoß und das Nachladen pyrotechnischer Patronen beschränkt). Bei einem realistischen Schusstakt, alle fünf Sekunden, beträgt die durchschnittliche Pumpleistung daher 400 kW, und die von der erfindungsgemäßen Laserquelle 1 erzeugte durchschnittliche Leistung beträgt 20 kW.
Zuerst soll die erste Ausführungsvariante (2 bis 6) beschrieben werden, bei der das aktive Mittel 10A, 10B, 10C in Form von mindestens einer Platte gebildet ist.
Das aktive Mittel 10A, 10B, 10C des Lasergenerators 9 ist vorzugsweise ein Monofrequenz-Glas, das mit Seltenerdionen (zum Beispiel Er³ ⁺) dotiert ist. Neben herkömmlichen Gläsern (Phosphaten oder Silikaten), die mit einer Neodym-Dotierung leistungsstark sind, können Fluorozircoaluminat-Gläser verwendet werden, die für Dotierungen mit Thulium oder Holmium geeignet sind. Darüber hinaus kann ein Phosphatglas mit einer Ytterbium:Erbium-Kodotierung verwendet werden. Es können auch Lasermaterialien vom Keramiktyp verwendet werden, die durch ein Pressen von kristallinen Pulvern bei hoher Temperatur erzielt wurden und deren thermomechanische Eigenschaften (insbesondere die spezifische Wärmeleitfähigkeit) nahe jenen von Kristallen sind und somit über jenen von Glas liegen.
Darüber hinaus muss die pyrotechnische Lichtquelle 8 mit hoher Energie ein breites Emissionsspektrum aufweisen, das jedoch ungefähr auf die Absorptionsbänder des gepumpten aktiven Mittels 10A, 10B, 10C eingestellt werden kann, was es insbesondere ermöglicht, die Wärmeproduktion zu senken. Was ihre chemische Zusammensetzung betrifft, so können beispielsweise nicht explosive Brennstoff-Oxidationsmittel-Paare wie z.B. Al-KClO₄ genannt werden, die eine hohe Lichtleistung im sichtbaren Spektrum aufweisen: Diese beträgt mehr als 30% der bei der Verbrennung erzeugten Gesamtenergie (10 kJ pro Gramm).
Gemäß der Erfindung umfasst der primäre Lasergenerator 9 eine Vielzahl von Platten 12, 18, 21, die gleichmäßig um das zweite aktive Mittel 4 des sekundären Lasergenerators 3 verteilt sind.
In einer ersten Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist,

– umfasst das aktive Mittel 4 des Lasergenerators 3 einen langgestreckten dotierten Stab 11 mit zylindrischem Querschnitt und mit der Achse X-X;
– umfasst das aktive Mittel 10A des Lasergenerators 9 eine Vielzahl von vorzugsweise rechteckigen Platten 12, die zum Beispiel zu dritt gruppiert sind, wobei die auf diese Weise gebildeten Gruppen 13A, 13B und 13C (zum Beispiel drei Gruppen) gleichmäßig um den dotierten Stab 11 verteilt sind. Die Platten 12 weisen jeweils mindestens einen Rand auf, der parallel zur Achse X-X ist; und
– umfasst die pyrotechnische Quelle 8 pyrotechnische Patronen 14 in Form von langgestreckten Rohren, die jeweils zu beiden Seiten der Gruppen 13A, 13B und 13C der dotierten Platten 12 parallel zur Achse X-X angeordnet sind.

Für eine gegebene Anzahl von Platten 12 aus dotiertem Glas ist ein Optimum zwischen einer regelmäßigen Anordnung der Platten 12 um den Stab 11 und einer Anordnung in Gruppen 13A, 13B, 13C zu ermitteln. Es wird vorgezogen, nicht auf weniger als drei Gruppen hinunterzugehen, um eine gute Homogenität des Pumpens in dem Stab 11 zu erzielen. Darüber hinaus muss ein Kompromiss zwischen dem Platzbedarf der pyrotechnischen Patronen 14, der Homogenität des Pumpens der Platten 12 und der Anzahl solcher Platten 12 gefunden werden. Tatsächlich muss die Oberfläche der Öffnungen 15 in dem lichtstreuenden optischen Resonator 5 beschränkt werden.
Der optische Resonator 5 umfasst eine Hülle 16, die aus einem lichtstreuenden Material gefertigt ist, das einen Reflexionsgrad von über 95% aufweist. Auf diese Weise erfährt das Pumpbündel F2 zahlreiche Streuungen mit geringen Verlusten und wird schließlich vom aktiven Stab 11 absorbiert, selbst wenn der Letztgenannte nur wenig absorbierend ist. Als lichtstreuendes Material können insbesondere lichtstreuende Pulver wie Magnesia, synthetische Materialien oder Keramiken verwendet werden, die den Vorteil einer hohen Steifigkeit und einer guten Wärmebeständigkeit aufweisen.
In einer zweiten Ausführungsform, die in 3 und 4 dargestellt ist,

– umfasst das aktive Mittel 4 des Lasergenerators 3 eine Vielzahl von Platten 17 aus aktivem Material von quadratischer Form, die parallel und einander gegenüberliegend entlang der optischen Achse X-X des optischen Resonators 5 angeordnet sind. Die Ebenen der Platten 17 sind im rechten Winkel zur Achse X-X;
– umfasst das aktive Mittel 10B des Lasergenerators 9 eine Vielzahl von vorzugsweise rechteckigen Platten 18, die im rechten Winkel zur Achse X-X angeordnet sind und die zum Beispiel zu dritt gruppiert sind, wobei die Gruppen 19A, 19B, 19C und 19D gegenüber von jeder Seite jeder der Platten 17 des aktiven Mittels 4 angeordnet sind; und
– umfasst die pyrotechnische Quelle 8 pyrotechnische Patronen 20 in Form von Platten, die jeweils zu beiden Seiten jeder der Gruppen 19A, 19B, 19C und 19D der Platten 18 angeordnet sind, wobei sie ebenfalls rechtwinklig zur Achse X-X sind.

Die pyrotechnischen Patronen 14, 20 sind daher entweder in Form von Rohren 14 oder in Form von Platten 20 gebildet. In beiden Fällen ist das pyrotechnische Gemisch in das Innere von durchsichtigen und widerstandsfähigen Wänden (zum Beispiel aus einem dicken Glas) eingeführt, die die Verbrennungsprodukte daran hindern, die optischen Flächen des Lasergenerators 9 zu verschmutzen oder zu beschädigen. Es kann vorgesehen werden, dass die Ausbreitung der Verbrennung von einer Patrone zur nächsten umgekehrt wird, um ein permanentes und homogeneres Pumpen des gesamten Volumens des dotierten Glases während des Laserimpulses zu gewährleisten. Dies ist besonders wichtig bei einem praktisch dreistufigen Laser. Reflektoren von entsprechender Form sind um die Patronen 14, 20 und die Platten 12, 18 aus dotiertem Glas angeordnet, um die Homogenität der Ablagerung zu optimieren. Nach einem Laserschuss wird die gesamte Patrone 14, 20 ausgestoßen, und eine neue Patrone 14, 20 wird für den folgenden Schuss eingeführt.
Darüber hinaus ist in 5 und 6 teilweise ein Ausführungsbeispiel des gekühlten Pumpsystems 2 dargestellt. Das aktive Mittel 10C des Lasergenerators 9 ist in Form einer Platte 21 gebildet, und die pyrotechnische Quelle 8 umfasst eine Platte 22, die gegenüber von der Platte 21 angeordnet ist und die einen Teil 23 mit der chemischen Zusammensetzung sowie ein Schutzglas 24 umfasst. Darüber hinaus sind herkömmliche, nicht dargestellte Mittel vorgesehen, um eine Strömung eines Kühlfluids zu erzeugen, das in Kontakt mit den beiden Seiten der Platte 21 ist, wie dies durch die Pfeile G dargestellt ist, was es ermöglicht, eine besonders wirksame Abkühlung zu erzielen.
Nun soll die oben genannte zweite Ausführungsvariante beschrieben werden, bei der das aktive Mittel 10D des Lasergenerators 9 eine Vielzahl von Fasern 25 umfasst, wie dies schematisch in 7 dargestellt ist. Diese Fasern 25 sind parallel zueinander in parallelen Reihen angeordnet und weisen jeweils einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der oben genannte vorbestimmte Wert (vorzugsweise 10 mm).
Auf diese Weise können die Fasern 25 wirksam durch ein Kühlfluid abgekühlt werden, wie dies durch einen Pfeil H dargestellt ist.
Mit Ausnahme der Ausführung des aktiven Mittels des Lasergenerators 9 in Plattenform gelten selbstverständlich die anderen oben unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschriebenen Merkmale, und insbesondere die verwendeten Materialien, analog für die in 7 dargestellte Laserquelle 1.
In dieser 7 sind der Einfachheit der Zeichnung halber nur die Fasern 25 des Generators 9 dargestellt, wobei diese Fasern 25 gegenüber von einer pyrotechnischen Patrone 26 angeordnet sind.
Es ist festzustellen, dass die Vielzahl von Fasern 25 ebenso wie eine Platte in der Lage ist, eine sehr hohe Leistung zu liefern, ohne einen Bruch aufgrund der Wärmebelastung zu erleiden. Die wäre zum Beispiel mit einem einzigen herkömmlichen Stab mit größerer Dicke nicht möglich. Tatsächlich ist bekannt, dass insgesamt gesehen die extrahierbare Leistung für ein gegebenes Volumen an Material vor dem Bruch des Materials von der Länge des Materials abhängt, die der Wärmefluss durchströmen muss, bevor er das Kühlfluid erreicht. Bei einem Stab oder einer Faser ist die Bruchgrenze, was die Volumenleistung betrifft, proportional zu 1/d2, wobei d dem Durchmesser des Stabs oder der Faser entspricht. Es ist somit offensichtlich, dass es bei einem Satz von 100 Fasern 25, die jeweils einen Durchmesser d = 1 mm aufweisen, möglich ist, 100 Mal mehr Durchschnittsleistung zuzuführen als bei einem einzigen Stab mit dem Durchmesser d = 1 cm, während die Materialmenge in beiden Fällen konstant ist.

Claims

Laserquelle, die in der Lage ist, mindestens ein Laserbündel (E) auszusenden, und die umfasst: – ein Pumpsystem (2), um mindestens ein sekundäres Pumpbündel (F2) zu erzeugen, wobei das Pumpsystem (2) umfasst: • eine Pumplichtquelle (8), die in der Lage ist, mindestens ein primäres Pumpbündel (F1) auszusenden; und • einen primären Lasergenerator (9) mit mindestens einem ersten dotierten aktiven Mittel (10A, 10B, 10C, 10D), das in der Lage ist, das primäre Pumpbündel zu absorbieren, um eine Laserverstärkung durchzuführen, so dass der primäre Lasergenerator (9) mindestens ein primäres Monofrequenz-Laserbündel aussendet, das das sekundäre Pumpbündel (F2) darstellt; und – einen sekundären Lasergenerator (3) mit einem optischen Resonator (5) und mindestens einem zweiten dotierten aktiven Mittel (4), das in der Lage ist, das sekundäre Pumpbündel (F2) zu absorbieren, um eine Laserverstärkung durchzuführen, so dass der sekundäre Lasergenerator (3) ein sekundäres Laserbündel aussendet, das das Laserbündel (E) der Laserquelle (1) darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumplichtquelle (8) eine pyrotechnische Quelle ist, dass das aktive Mittel (10A, 10B, 10C, 10D) des primären Lasergenerators (9) mindestens eine Abmessung aufweist, die kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, dass der primäre Lasergenerator (9) außerhalb des optischen Resonators (5) des sekundären Lasergenerators (3) angeordnet ist und dass der sekundäre Lasergenerator (3) eine Stokesverschiebung aufweist, die kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Laserquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumplichtquelle (8) ein Emissionsspektrum aufweist, das an das Absorptionsspektrum des primären Lasergenerators (9) angepasst ist.
Laserquelle nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert gleich 10 Millimeter ist.
Laserquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Mittel (10D) des primären Lasergenerators (9) eine Vielzahl von Fasern (25) umfasst, von denen jede einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der vorbestimmte Wert.
Laserquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Mittel (10A, 10B, 10C) des primären Lasergenerators (9) in Form von mindestens einer Platte (12, 18, 21) gebildet ist, deren Dicke kleiner ist als der vorbestimmte Wert.
Laserquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Lasergenerator (9) eine Vielzahl von Platten (12, 18, 21) aufweist, die gleichmäßig um das zweite aktive Mittel (4) des sekundären Lasergenerators (3) verteilt sind.
Laserquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste aktive Mittel (10A, 10B, 10C, 10D) des primären Lasergenerators (9) ein Glas umfasst, das mit Seltenerden dotiert ist.
Laserquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste aktive Mittel (10A, 10B, 10C, 10D) des primären Lasergenerators (9) ein keramisches Material umfasst, das mit Seltenerden dotiert ist.
Laserquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite aktive Mittel (4) des sekundären Lasergenerators (3) ein kristallines Material umfasst, das mit Seltenerden dotiert ist.
Laserquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite aktive Mittel (4) des sekundären Lasergenerators (3) ein keramisches Material umfasst, das mit Seltenerden dotiert ist.
Laserquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite aktive Mittel (4) des sekundären Lasergenerators (3) eine Vielzahl von Scheiben (17) umfasst, die parallel und einander gegenüberliegend und quer zu einer optischen Achse (X-X) des optischen Resonators (5) des sekundären Lasergenerators (3) angeordnet sind, wobei sie entlang der optischen Achse (X-X) verteilt sind.
Laserquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite aktive Mittel (4) des sekundären Lasergenerators (3) einen Stab (11) umfasst.
Laserquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Resonator (5) des sekundären Lasergenerators (3) eine Hülle (16) umfasst, die aus einem lichtstreuenden Material gefertigt ist, das einen Reflexionsgrad von über 95% aufweist.