DE69025097T2 - Hochleistungs-MOPA-Laser - Google Patents

Hochleistungs-MOPA-Laser

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Konfiguration eines Leistungslasers, mit dem ein Strahl mit hoher räumlicher Qualität und optimalem Energie-Extraktions- Wirkungsgrad erzeugt werden kann. Sie ist insbesondere auf gepulste Feststofflaser anwendbar.
  • Derartige Laser werden insbesondere im Bereich der Telemetrie und der Raketenlenkung mittels Lasern verwendet. Sie erfordern beispielsweise die Erzeugung von kurzen Impulsen (10&supmin;&sup8;s) mit einer Wiederholrate von einigen 10 Hertz. Die erhebliche Energiemenge, die für diese Impulse nötig ist (z.B. 100 bis 300 mJ) führt dazu, daß erhebliche Spitzenleistungen entwickelt werden, in der Größenordnung von 10 MW im gewählten Beispiel.
  • Die bekannten gepulsten Feststofflaser (YAG; RUBY; GSGG) werden in den die Telemetriefunktion oder die Bestrahlung des Ziels einschließenden Systemen eingesetzt. Die derzeitigen Laser sind im wesentlichen kompakte Oszillatoren, die mit Blitzlicht gepumpt werden und über einen Resonzanzhohlraum ausgelöst werden (Q-Switch). Der Q-Switch ist beispielsweise ein elektro-optischer Kristall mit zwei Zuständen. Beim Umkippen des Kristallzustands ergibt sich ein gewaltiger Impuls, der aus der Akkumulierung von Energie im Resonanzhohlraum zwischen zwei Kippmomenten resultiert.
  • Es ist wichtig, die Ausgangsenergie dieser Laser erhöhen zu können, um ihre Divergenz zu verringern, die bisher weit von der Beugungsgrenze entfernt ist. Einer der Gründe hierfür liegt natürlich in der Erhöhung der Reichweite dieses Systems.
  • Die Möglichkeiten dieser mit Blitzlicht gepumpten Oszillatoren sind jedoch begrenzt, und dies umso mehr, je mehr ihre mittlere Leistung zunimmt, wegen der thermischen Belastungen, die in den Laserstab induziert werden. Diese thermischen Belastungen beruhen darauf, daß ein wichtiger Teil der vom Blitz oder den Blitzgeräten gelieferten Energie im Stab in Wärme umgesetzt wird. Dies führt einerseits zum Auftreten einer thermischen Linse im Hohlraum, die zu Phasenverzerrungen führt, die während des Leistungsanstiegs des Lasers schwer zu korrigieren sind, und andererseits zur Induktion einer Doppelbrechung, die den Strahl depolarisiert und damit einer Verringerung der aus dem Hohlraum bei der Umschaltung des Q-Switch entnommenen Energie führt.
  • Mindestens zwei Ansätze sind möglich, um diese thermischen Effekt zu mindern oder zu beseitigen:
  • - Ein erster Ansatz besteht klar darin, den Anteil der in Wärme im Laserstab umgesetzten Energie zu verringern. Dies kann geschehen, indem eine Resonanzpumpmethode mit einer Leistungslaserdiode verwendet wird. Im Aufsatz von D.S. Sumida, der in IEEE J.QE, QE - 24, N&sup0; 6, Juni 1988, veröffentlicht wurde, wird geschätzt, daß die im YAG-Kristallaser in Wärme umgesetzte Energie in einem Verhältnis von 7 bis 10 durch Verwendung von Dioden anstelle der Blitzlampen verringert wird. Es sei bemerkt, daß die thermische Belastung zwar geringer sein kann, aber nicht Null ist und einen erheblichen Wert annehmen könnte, wenn man z.B. die Impulsfrequenz erhöht. Der zweite Ansatz bringt eine Lösung für dieses Problem.
  • - Der zweite Ansatz besteht darin, die Wirkungen der verschiedenen Verzerrungen dynamisch zu annulieren. Die nicht-lineare Optik bietet attraktive und wirksame Lösungen für diese Aufgaben.
  • Die Erfindung liegt im Bereich dieses zweiten Ansatzes.
  • Eine erste bekannte Ausführungsform für die Realisierung dieses zweiten Ansatzes besteht darin, einen Laser mit MOPA-Struktur (Master Oszillator - Power Amplifier: Meisteroszillator - Leistungsverstärker) zu verwenden, in dem der Oszillator eine ausreichend niedrige Ausgangsenergie besitzt, um eine hervorragende Strahlqualität (hinsichtlich seiner Divergenz) zu gewährleisten, während die Verstärkungsstufe die Strahlenergie liefert.
  • In einer solchen Struktur ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die Erzeugung von Verzerrungen, insbesondere thermischen Ursprungs, in die Verstärkerstufe verlagert wird.
  • Es sind Mittel zur deutlichen Verringerung dieser Verzerrungen durch Kompensation bekannt, wie dies in dem Patentdokument PCT 87/05751 im Namen von Hughes Aircraft Company beschrieben ist. Diese Druckschrift zeigt eine MOPA- Laser, in dem die Verstärkungsstufe einen konjugierten Spiegel enthält, der im Verlauf des optischen Ausgangsstrahls des Laserverstärkers liegt und den Laserstrahl reflektiert und ein zweites Mal in den Laserverstärker lenkt. Bei diesem zweiten Durchgang durchquert eine Strahlung mit konjugierter Phase die Stufe, so daß sich eine Kompensation der Verzerrungen ergibt. Das beschriebene System enthält weiter Mittel zur optischen Verzögerung, die eine Überlagerung der Laserimpulse aufgrund des ersten und zweiten Durchlaufs durch den Laserverstärker verhindern.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserstruktur vom MOPA-Typ, die nach einem anderen Prinzip als das des Hughes-Systems arbeitet.
  • Genauer betrachtet ist es Ziel der Erfindung, eine Konfiguration eines Leistungslasers mit hohem Wirkungsgrad und guter räumlicher Strahlqualität ohne Transfer der durch die Leistungsverstärkerstufe eingeführten Verzerrungen anzugeben. Es handelt sich darum, den Strahl des Oszillators des MOPA ohne Verzerrung zu verstärken, damit auf spezifische Elemente zur Kompensation von Verzerrungen verzichtet werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit Hilfe einer Struktur zur Aussendung eines Laserleistungsimpulses gemäß Anspruch 1 erreicht, die einerseits eine Oszillatorstufe zur Erzeugung eines Ausgangsstrahls geringen Pegels und andererseits eine Leistungs-Verstärkungsstufe enthält, wobei die Leistungsverstärkungsstufe aus einem Laserverstärker be steht, der einen Pumpstrahl erzeugt, welcher mit getrennten Mitteln zum Energietransfer ohne Phasentransfer vom Pumpstrahl zum vom Oszillator kommenden Strahl mit niedrigem Pegel zusammenwirkt.
  • Auf diese Weise werden die vollkommen beherrschbaren zeitlichen und räumlichen Merkmale des vom Oszillator kommenden Strahls während der Verstärkung ohne Verzerrung in den getrennten Energietransfermitteln beibehalten. Da der Energietransfer ohne Transfer der Phasenstruktur des Pumpstrahls zum zu verstärkenden Signal erfolgt, besitzt der Strahl am Ausgang des Lasers nach dieser Verstärkung die zeitlichen und räumlichen Eigenschaften des Strahls am Ausgang des Oszillators.
  • Vorzugsweise bestehen die Energietransfermittel aus einem nicht-linearen Mittel, das entweder von einem fotorefraktiven Material (z.B. BaTiO&sub3; oder SBN) oder von einem Milieu gebildet wird, in dem der Prozeß der stimulierten Brillouin-Diffusion realisiert wird.
  • Falls das nicht-lineare Milieu von einem fotorefraktiven Material gebildet wird, bilden der Pumpstrahl und der Strahl geringen Pegels aus dem Oszillator einen kleinen relativen Einfallswinkel am Eingang des fotorefraktiven Materials, zwischen etwa 5 und 30º.
  • Im Fall der stimulierten Brillouin-Diffusion wirkt das Brillouin-Energietransfermilieu mit Mitteln zusammen, die eine Frequenzverschiebung des aus dem Oszillator stammenden Strahls mit geringem Pegel bezüglich des Pumpstrahls mit Hilfe eines optischen Elements des gleichen Brillouin- Milieus durchführen wie die Energietransfermittel. Diese Frequenzverschiebungsmittel bestehen vorzugsweise aus einer Multimode-Lichtleitfaser mit hohlem Kern, der mit dem Material des Brillouin-Energietransfermilieus gefüllt ist, wobei die Faser optischen Verzögerungsmitteln zugeordnet ist.
  • Wie dem auch sei, wirken die Brillouin-Energietransfermittel vorzugsweise mit selektiven Reflexionsmitteln zusammen, die den vom Oszillator kommenden und in der Frequenz verschobenen Strahl und/oder den Pumpstrahl selektiv in die Energietransfermittel einspeisen.
  • Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist unabhängig von der Art der Energietransfermittel der Laserverstärker vorzugsweise so geschaltet, daß er durch einen Teil des vom Oszillator kommenden Strahls geringen Pegels gespeist wird.
  • Vorzugsweise wirkt der Laserverstärker mit Strahlumlenkmitteln in Richtung auf mindestens einen zweiten Durchgang durch die Verstärkerstufe zusammen. Die Strahlumlenkmittel bestehen vorzugsweise aus einem Pseudospiegel mit Phasenkonjunktion und wirken mit einer optischen Verzögerungsleitung zusammen, die verhindert, daß die Hin- und Rückimpulse sich im Laserverstärker überlagern. Vorzugsweise wirkt der Laserverstärker mit selektiven Reflexionsmitteln zusammen, die in der Achse des Laserverstärkers liegen und selektiv einerseits die Zuführung des Teils des aus dem Oszillator kommenden Strahls mit niederem Pegel zum Laserverstärker und andererseits die Umlenkung des aus dem Laserverstärker kommenden Pumpstrahls in Richtung auf die Energietransfermittel gewährleisten.
  • Erfindungsgemäß werden die selektiven Reflexionsmittel, die mit dem Laserverstärker zusammenwirken, ebenso wie die mit den Energietransfermitteln bei der Ausführungsform mit Brillouin-Milieu zusammenwirkenden Mittel vorzugsweise von einem Polarisatorelement in Form eines Polarisations-Separatorwürfels oder eines Plättchens mit Brewster- Einfall gebildet, das einem Viertelwellenlängenplättchen oder einem Polarisationsdrehorgan vom Faraday-Typ zugeordnet ist.
  • Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nun anhand von bevorzugten, jedoch die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Figur 1 zeigt ein Prinzipschema der Konfiguration der erfindungsgemäßen Struktur zum Aussenden eines Leistungssignals im Fall eines einfachen Durchlaufs durch den Laserverstärker.
  • Figur 2 zeigt ein Prinzipschema der Konfiguration der erfindungsgemäßen Laseremissionsstruktur im Fall eines doppelten Durchlaufs des Pumpstrahls durch den Laserverstärker.
  • Figur 3 zeigt schematisch die Konfiguration der Laserstruktur gemäß der Erfindung mit einem doppelten Durchlauf des Pumpstrahls und mit Energietransfermitteln in Form eines fotorefraktiven Materials.
  • Figur 4 zeigt eine Ausführungsform einer Konfiguration der erfindungsgemäßen Laserstruktur im Fall eines Pumpstrahls mit doppeltem Durchlauf und eines Brillouin- Milieus zum Energietransfer.
  • Wie in Figur 1 gezeigt enthält die erfindungsgemäße Struktur zur Aussendung eines Signals im wesentlichen:
  • - einen Laseroszillator 11 mit niedrigem Energiepegel, der die räumlich-zeitlichen Merkmale der Laserstrahlung festlegt,
  • - einen Laserverstärker 12, der die Erzeugung eines Pumplasers 13 ohne genaue Kontrolle der Phasenstruktur der verstärkten Welle bewirkt. Der Laserverstärker 12 wird von einem Teil 14 des aus dem Oszillator 11 kommenden Strahls 15 mit niedrigem Energiepegel gespeist;
  • - ein nicht-lineares Milieu 16, das die Verstärkung des verbleibenden Teils 17 des aus dem Oszillator 11 kommenden Strahls 15 durch Energietransfer ausgehend vom Pumpstrahl 13 bewirkt, der aus der Verstärkungsstufe 12 kommt. Die endgültige Laserstrahlung 10 ist verzerrungsfrei.
  • Die Konfiguration gemäß Figur 1 enthält weiter ein Separatorplättchen 18 zum Trennen der beiden Teile 14 und 17 des aus dem Oszillator kommenden Strahls 15 sowie Mittel 19, um die Strahlen 13 und 17 in der Laserkette zu leiten, sowie (nicht dargestellte) Mittel zur Isolierung des Oszillators und des Verstärkers.
  • Die erfindungsgemäße Ausführungsform, wie sie in Figur 2 schematisch gezeigt ist, erzeugt den Pumpstrahl 23 durch doppelten Durchlauf durch den Laserverstärker 12. Dies erlaubt es, mehr Energie aus dem Laserstab des Verstärkers 12 zu entnehmen. Dieser doppelte Durchlauf wird mit Hilfe von Reflexionsmitteln 21 erreicht.
  • Die Verwendung eines Pseudospiegels mit Phasenkonjunktion 21 anstelle eines üblichen Spiegels, der beispielsweise einfach mit Hilfe eines Netzes von Würfelkeilen erhalten wird (siehe den Artikel von Chipman et al in Applied Optics, Vol. 27. Nº 15 vom 1. August 1988) ermöglicht es vorzugsweise, die Verzerrungen des Stabs mit niedrigen räumlichen Frequenzen zu korrigieren, und erlaubt es einerseits, eine Divergenz der Pumpe 22 und 23 zu beherrschen und andererseits die Strahlen 22 in beiden Richtungen im Verstärker 12 und den Pumpstrahl im nicht-linearen Milieu 16 in Flucht zu bringen.
  • Der Energietransferprozeß ohne Phasentransfer der Pumpe kann auf zwei Arten erfolgen:
  • - entweder durch Mischen zweier Wellen in einem fotoreaktiven Material,
  • - oder durch Verstärkung mit Hilfe des Prozesses der stimulierten Brillouin-Diffusion.
  • Diese beiden Prozesse sind in Figur 3 bzw. Figur 4 dargestellt.
  • Mischung zweier Wellen in einem fotoreaktiven Material (Figur 3)
  • Der Oszillator 11 liefert eine Impulsenergie oder kontinuierliche Leistung der Art, daß seine räumlichen, zeitlichen und frequenzmäßigen Eigenschaften vollkommen beherrscht und nicht durch die oben beschriebenen thermischen Erscheinungen begrenzt werden. Es handelt sich beispielsweise um einen mit Laserdioden gepumpten Feststofflaser.
  • Das Separatorplättchen 18 trennt den Strahl 15, der aus dem Oszillator 11 kommt, in zwei Teilstrecken 14 und 17 auf, von denen der eine, 14, im Verstärker 12 verstärkt werden soll, um als Pumpe zu dienen, während der andere Teilstrahl 17 als Bezugsstrahl dienen soll, der verzerrungsfrei bei 36 verstärkt wird.
  • Der Verstärker 12 ist ein Laserverstärker, beispielsweise ein YAG-Nd-Stab, der mit Blitzlicht oder Laserdioden gepumpt wird.
  • Der Pseudospiegel mit Phasenkonjunktion 21 besteht vorzugsweise aus einem Netz von Würfelkeilen vom Typ "Catafolt".
  • Das Element 31 ist eine optische Verzögerungsleitung, die im Impulsbetrieb verhindert, daß die Impulse in beiden Richtungen im Verstärker 12 sich überlagern, um eine Energieentnahme zu gewährleisten, deren Verstärkungsgrad nach doppeltem Durchlauf optimal ist.
  • Das Element 32 überträgt den Strahl 14 des Oszillators 11 zum Verstärker 12 und reflektiert den Rückstrahl 33 nach Reflexion an den Reflexionsmitteln 21 zu den Energietransfermitteln 36. Dieses Element 32 besteht beispielsweise aus einem Polarisatorelement wie z.B. einem Polarisationstrennwürfel oder einem Plättchen mit Brewster-Einfall in Verbindung mit einem Viertelwellenlängenplättchen oder einem Polarisations-Rotationsorgan vom Faraday-Typ.
  • Das Element 34 ist ein schneller Verschluß, beispielsweise ein Plasmaverschluß, der erfindungsgemäß im Impulsbetrieb eingesetzt wird und dessen Aufgabe es ist, eine Rückkehr des Strahls 14 in den Oszillator 11 zu verhindern.
  • In den Energietransfermitteln 36, die aus einem fotoreaktiven Material wie z.B. einen Bariumtitanatkristall (BaTiO&sub3;) oder einen Kristall aus Strontium- und Bariumniobat (SBN) besteht, findet die Wechselwirkung zweier Wellen zwischen dem Bezugsstrahl 17 mit geringem Pegel, der unmittelbar aus dem Oszillator 11 kommt und mit Hilfe von Plättchen 18 und 30 (Spiegel) gelenkt wird, und dem Pumpstrahl 33 großen Energiepegels statt. Die beiden Strahlen bilden zueinander einen kleinen Winkel (von 5 bis 30º).
  • Die relative Intensität der beiden Strahlen 17 und 33 wird beispielsweise durch einen Faktor 100 bis 1000 beschrieben. In diesem Fall erfolgt die Wechselwirkung durch einen Energietransfer des starken Pumpstrahls 33 zum Bezugsstrahl 17 geringen Pegels, ohne daß Verzerrungen mitübertragen werden, die auf dem Pumpstrahl 33 existieren könnten. Das Prinzip einer solchen Wechselwirkung ist in den Aufsätzen von J.P. Huignard et al, Optical Engineering, Juli/- August 1985, Vol. 24 Nº 4, und G. Le Saux et al, IEEE J.QE-23, Nº 10, Oktober 1987 beschrieben. Der so verstärkte Strahl 30 besitzt die räumlichen und spektralen Eigenschaften des Strahls des Oszillators 11, die für die späteren Anwendungen insbesondere hinsichtlich der Divergenz optimiert sind.
  • Verstärkung durch stimulierte Brullouin-Diffusion (Figur 4)
  • Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen in beiden Figuren 3 und 4 die gleichen Elemente.
  • Die Wechselwirkung zwischen den beiden Wellen, einerseits der Bezugswelle 17 und andererseits der Pumpwelle 33, findet in den Energietransfermitteln 46 statt. Der physikalische Mechanismus heißt stimulierte Brillouin-Diffusion. Das aktive Milieu kann ein Gas (CH&sub4;, SF&sub6; usw.), eine Flüssigkeit (CS&sub2;, Aceton, Hexan usw.) oder ein Feststoff wie Siliziumoxid sein. Die beiden in Wechselwirkung tretenden Wellen 17 und 33 verlaufen in Gegenrichtung.
  • Damit die Verstärkung des Bezugsstrahls 17 mit schwachem Pegel durch Energietransfer vom energiereichen Pumpstrahl 33 stattfindet, müssen die beiden Wellen frequenzmäßig um eine Größe VB gegeneinander versetzt sein, die für das Milieu kennzeichnend ist und Brillouin-Verschiebung genannt wird (von einigen hundert MHz in Gasen bis zu einigen zehn GHz in Siliziumoxid). Ist diese Bedingung erfüllt, dann kann der Verstärkungsgrad des Bezugsstrahls erheblich sein und bis zu einigen zehn dB reichen (siehe Atkins et al, Electronic Letters, 22(10), 1986, Seite 556).
  • Es sei bemerkt, daß der Prozeß der stimulierten Brillouin-Diffusion wirksam ist, wenn die Pumpleistung sehr groß ist (etwa 100 MW/cm²) und/oder wenn die Länge der Wechselwirkung zwischen den beiden Wellen groß ist. Daher ist es möglich, zwei Arten von Zellengeometrien zu verwenden, entweder mit fokussiertem Stahl (sehr hohe Energiedichte) oder mit geführtem Strahl (große Wechselwirkungslänge). In Feststoffen wie Siliziumoxid verwendet man vorzugsweise den geführten Strahl wegen der Belastung durch den hohen optischen Fluß.
  • Das Element 19 ergibt eine Frequenzverschiebung zur Bezugswelle. Es sei V&sub0; die optische Frequenz des aus dem Oszillator kommenden Strahls 15, 17. V&sub0; ist auch die Frequenz des Pumpstrahls 33. Um in den Energietransfermitteln 46 verstärkt zu werden, muß der Bezugsstrahl 17 die Frequenz V&sub0; - VB besitzen. Das Element 49 wird daher aus demselben Milieu wie die Energietransfermittel 46 gebildet und erlaubt es, durch stimulierte Brillouin-Diffusion eine retrodiffundierte und konjugierte Welle 41 zu erzeugen, die somit die gleichen räumlichen Eigenschaften wie die Bezugswelle 17 besitzt.
  • Zur Realisierung des Elements 49 wählt man bevorzugt wegen der geringen Leistung des aus dem Oszillator 11 kommenden Strahls 17 eine Konfiguration mit geführtem Strahl, die große Wechselwirkungslängen erlaubt. Es handelt sich beispielsweise um eine Multimode-Lichtleitfaser mit hohlem Kern, der mit demselben Material (Gas oder Flüssigkeit) gefüllt ist, wie es im Brillouin-Milieu 46 zum Energietransfer verwendet wird.
  • Die Orientierung des Strahls am Ausgang der Lichtleitfaser 49 zu den Energietransfermitteln 46 erfolgt durch Auswahl der Polarisation mit Hilfe eines Polarisators 43 und eines Viertelwellenlängenplättchens 42.
  • Es sei bemerkt, daß das Prinzip der Erfindung beibehalten wird, wenn man eine Verstärkung des Pumplichtstrahls mit Hilfe einer größeren Anzahl von Durchläufen durch den Laserstab des Laserverstärkers durchführt und nicht nur einen zweifachen Durchlauf. In diesem Fall kann die Energieextraktion aus dem Lasermilieu nur besser sein.

Claims (13)

1. Struktur zur Emission eines Leistungsimpuls-Lasersignals mit einerseits einer Oszillatorstufe, die einen Ausgangsstrahl niedrigen Pegels liefert, und andererseits einer Leistungsverstärkerstufe, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsverstärkerstufe aus einem Laserverstärker (12) besteht, der mit einem Teilstrahl (14) des aus dem Oszillator (11) stammenden Strahls gespeist wird und einen Pumpstrahl (13, 23, 33) erzeugt sowie mit getrennten Mitteln (16, 36, 46) zum Energietransfer ohne Phasentransfer vom Pumpstrahl (13, 23, 33) zum verbleibenden Teil des aus dem Oszillator (11) kommenden Strahls mit geringem Pegel (15, 17) zusammenwirkt, wobei die Energietransfermittel entweder aus einem fotorefraktiven Material, das eine Mischung zweier Wellen erlaubt, oder aus einem nicht-linearen Milieu bestehen, das eine Verstärkung durch stimulierte Brillouin-Diffusion erlaubt.
2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fotorefraktive Material (36) zu der Gruppe gehört, die BaTiO&sub3; und Strontium-Barium-Niobat enthält.
3. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpstrahl (33) und der aus dem Oszillator (11) stammende Strahl (17) mit geringem Leistungspegel einen relativen Einfallswinkel kleinen Werts am Eingang des fotorefraktiven Materials (36) besitzen, der zwischen etwa 5 und etwa 30º liegt.
4. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brillouin-Energietransfermilieu (46) mit Mitteln (42, 49) zur Frequenzverschiebung des aus dem Oszillator (11) stammenden Strahls mit geringem Pegel bezüglich des Pumpstrahls (33) zusammenwirkt, wobei diese Mittel ein optisches Element (49) aus dem gleichen Brillouin-Milieu wie die Energietransfermittel (46) enthält.
5. Struktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzverschiebungsmittel aus einer Multimode-Lichtleitfaser (49) mit einem hohlen Kern bestehen, der mit dem Material des Brillouin-Energietransfermilieus (46) gefüllt ist, wobei diese Faser optischen Verzögerungsmitteln (42) zugeordnet ist.
6. Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Energietransfermittel (46) mit selektiv reflektierenden Mitteln (43, 49) zusammenwirken, die den aus dem Oszillator (11) stammenden Strahl (17) nach der Frequenzverschiebung und/oder den Pumpstrahl (43) selektiv in die Energietransfermittel einspeisen.
7. Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserverstärker (12) mit Mitteln (21) zur Umlenkung des Strahls zusammenwirkt, so daß sich mindestens ein zweiter Durchlauf durch die Verstärkungsstufe (12) ergibt.
8. Struktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlumlenkungsmittel aus einem Pseudospiegel mit Phasenkonjunktion (21) gebildet werden.
9. Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkmittel (21) mit einer optischen Verzögerungsleitung (31) zusammenwirken, die verhindert, daß die Impulse, die in beiden Richtungen durch den Laserverstärker (12) laufen, sich überlappen.
10. Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserverstärker (12) mit selektiv reflektierenden Mitteln (32) zusammenwirkt, die in der Achse des Laserverstärkers (12) angeordnet sind und selektiv einerseits den Teilstrahl (14) mit geringem Pegel aus dem Oszillator (11) in den Laserverstärker (12) einspeisen und andererseits den aus dem Laserverstärker (12) kommenden Pumpstrahl (33) in Richtung der Energietransfermittel (16, 36, 46) umlenken.
11. Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die selektiv reflektierenden Mittel (32) aus einem Polarisatorelement nach Art eines Polarisations-Separatorwürfels oder eines Plättchens mit Brewster-Einfall gebildet werden, wobei dieses Element einem Viertelwellenlängenplättchen oder einem Polarisations-Rotationsorgan vom Faraday-Typ zugeordnet ist.
12. Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Laseroszillator (11) ein Feststofflaser ist, der durch Laserdioden gepumpt wird.
13. Struktur nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserverstärker (12) ein YAG:Nd-Stab ist, der durch Blitzlicht und/oder Laserdioden gepumpt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012219972A1 (de) 2012-10-31 2014-05-15 Crylas Crystal Laser Systems Gmbh MOPA-Laseranordnung und Verfahren zur optischen Leistungsverstärkung

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2681988A1 (fr) * 1991-09-27 1993-04-02 Thomson Csf Laser de puissance a deflexion.
US5373526A (en) * 1992-05-12 1994-12-13 Hughes Aircraft Company Apparatus and method for optical energy amplification using two-beam coupling
US5793521A (en) * 1992-09-21 1998-08-11 Sdl Inc. Differentially patterned pumped optical semiconductor gain media
US5539571A (en) * 1992-09-21 1996-07-23 Sdl, Inc. Differentially pumped optical amplifer and mopa device
US5555254A (en) * 1993-11-05 1996-09-10 Trw Inc. High brightness solid-state laser with zig-zag amplifier
DE19603704B4 (de) * 1995-02-15 2009-04-09 Carl Zeiss Optisch gepumpter Laser mit polarisationsabhängiger Absorption
US5729375A (en) * 1996-03-01 1998-03-17 Hughes Electronics Optical amplification system with non-orthogonal signal and distributed multi-pump beams and photorefractive cleanup
US5717516A (en) * 1996-03-01 1998-02-10 Hughes Electronics Hybrid laser power combining and beam cleanup system using nonlinear and adaptive optical wavefront compensation
FR2755516B1 (fr) 1996-11-05 1999-01-22 Thomson Csf Dispositif compact d'illumination
US5900967A (en) * 1996-12-12 1999-05-04 Trw Inc. Laser diode mounting technique to evenly deposit energy
DE59812374D1 (de) * 1998-03-03 2005-01-20 Contraves Space Ag Zuerich Quantenoptische Verstärker für optische Freiraum-Kommunikationssysteme
FR2819061B1 (fr) * 2000-12-28 2003-04-11 Thomson Csf Dispositif de controle de polarisation dans une liaison optique
US20050272610A1 (en) * 2004-05-24 2005-12-08 Vanderbilt University Apparatus and methods of tissue ablation using Sr vapor laser system
US7376169B2 (en) * 2005-03-07 2008-05-20 Joseph Reid Henrichs Optical phase conjugation laser diode
US10451518B2 (en) * 2016-05-10 2019-10-22 Rd2, Llc All fiber temperature and air density sensor

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4734911A (en) * 1986-03-14 1988-03-29 Hughes Aircraft Company Efficient phase conjugate laser
FR2615635B1 (fr) * 1987-05-19 1991-10-11 Thomson Csf Dispositif de controle d'un faisceau lumineux dans un grand champ angulaire et application a un dispositif de detection

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012219972A1 (de) 2012-10-31 2014-05-15 Crylas Crystal Laser Systems Gmbh MOPA-Laseranordnung und Verfahren zur optischen Leistungsverstärkung
DE102012219972B4 (de) 2012-10-31 2019-02-14 Crylas Crystal Laser Systems Gmbh MOPA-Laseranordnung und Verfahren zur optischen Leistungsverstärkung

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DE69025097D1 (de) 1996-03-14

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