EP4627683A1 - Lasermedium-anordnung und laser-system - Google Patents

Lasermedium-anordnung und laser-system

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EP4627683A1
EP4627683A1 EP23793368.4A EP23793368A EP4627683A1 EP 4627683 A1 EP4627683 A1 EP 4627683A1 EP 23793368 A EP23793368 A EP 23793368A EP 4627683 A1 EP4627683 A1 EP 4627683A1
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EP
European Patent Office
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laser
structural elements
type
active material
laser medium
Prior art date
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Pending
Application number
EP23793368.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas KOGLBAUER
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Schott AG
Original Assignee
Schott AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01S3/1022—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
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    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/17—Solid materials amorphous, e.g. glass

Definitions

  • the invention relates to a laser medium arrangement for generating or amplifying laser light by stimulated emission of photons and to a laser system with such a laser medium arrangement.
  • the laser medium serves to provide a population inversion in order to enable a stimulated emission of photons and thus light amplification.
  • the population inversion is brought about by supplying the laser medium with energy via a pump source.
  • an optical resonator can be used in which the light is reflected several times, whereby a direction of the generated laser light can also be defined.
  • random lasers can be used to achieve homogeneous, speckle-free illumination. Random lasers generally use disordered laser media, and the light is returned to increase the light path in the laser medium, not through a resonator, but rather through scattering structures in the laser medium. This increases the time the photons spend in the laser medium, so that laser activity can occur. However, random lasers typically do not have a preferred direction for the emitted light and therefore do not generally provide directed laser light.
  • random fiber lasers are known in which, for example, scattering structures are provided in an optical fiber and serve to return the light.
  • the inclusion of light in the optical fiber leads to the emission of directed light, but this can also lead to speckle artifacts and thus to inhomogeneous illumination.
  • One object of the invention is to provide a laser medium which, on the one hand, enables a directed emission of light and, on the other hand, a homogeneous illumination, with a particular aim of reducing or avoiding speckle artifacts.
  • One aspect of the object of the invention is to achieve these properties inherently through the laser medium itself. enable, i.e. in particular without additional mode mixers or the like.
  • a further object of the invention is to provide a laser system which has the above-mentioned properties of directed and homogeneous, low-speckle light emission, and preferably furthermore to provide a laser system in which at least the homogeneity and speckle resilience of the illumination can be adjusted to be reduced.
  • the invention relates to a laser medium arrangement for generating or amplifying laser light by stimulated emission of photons.
  • the laser medium arrangement defines a longitudinal direction and a cross-section running transversely to the longitudinal direction, wherein the laser medium arrangement thus in particular defines a preferred direction for light propagation, which preferably runs along the longitudinal direction.
  • the laser medium arrangement comprises a plurality of structural elements which each extend along the longitudinal direction and partially over the cross section, wherein at least two different types of structural elements are included, namely a first type with a first refractive index and a second type with a second refractive index.
  • the included plurality of structural elements can therefore comprise at least one structural element of the first type and one or more structural elements of the second type, or conversely one or more structural elements of the first type and one structural element of the second type, or also comprise several structural elements of the first type as well as several structural elements of the second type.
  • more than two different types, e.g. three different types of structural elements, can also be included.
  • At least one of the structural elements comprises a laser-active material.
  • a laser-active material comprises several or all structural elements of one type or several or all structural elements of several types.
  • the laser medium arrangement has a feedback device which is designed to partially feed the generated laser light back into the laser-active material.
  • the feedback device serves in particular to provide optical feedback so that the photons pass through the laser-active material long enough to achieve macroscopic amplification.
  • the laser medium arrangement has two front ends which limit the extension of the laser medium arrangement along the longitudinal direction, wherein the front ends are preferably designed to return the generated laser light proportionally into the laser-active material, in particular in that the front ends form end surfaces which run perpendicular to the longitudinal direction and/or are mirrored.
  • the laser medium arrangement, in particular the structural elements, in particular the laser-active material comprises embedded light-scattering structures which are designed to proportionally return the generated laser light to the laser-active material.
  • the laser medium arrangement comprises an optical resonator which surrounds the front ends and is designed to partially return the generated laser light into the laser-active material.
  • an optical resonator can in particular comprise two mirrors, at least one of these mirrors being partially transparent in order to guide laser light out of the resonator, and is referred to as an external resonator in the context of the present disclosure.
  • the feedback device comprising at least one of the following properties: fiber Bragg grating, dielectric coating of the front ends, highly reflective coating (HR), partially reflective coating (PR) and/or anti-reflective coating (AR).
  • HR highly reflective coating
  • PR partially reflective coating
  • AR anti-reflective coating
  • the front ends can be bevelled, especially in the case of an externally formed resonator. This design helps to prevent an internal resonator that can interfere with the external resonator. This design can also be useful for a random laser.
  • the front ends can have an angle other than 90 ° to the longitudinal axis, for example they can be arranged at the Brewster angle with respect to the light propagating in the resonator.
  • the gain bandwidth AX is a measure of the wavelength range in which incident light in the medium can in principle be amplified by stimulated emission. It is a property of the laser medium and is dominated by the laser-active ion and the host material.
  • the resonator defines longitudinal modes via its geometric boundary conditions, which restrict the number of possible emission wavelengths, since for constructive interference after one revolution in the resonator, a multiple of 2n phase delay is preferred and in some cases even necessary.
  • the resonator length is a multiple of half the wavelength.
  • the quality of the resonator defines how narrow-band an individual resonance peak is.
  • a plurality of transverse modes can be excited in the laser medium arrangement and the laser medium arrangement, in particular the structural elements, in particular their geometry and/or arrangement in the cross section of the laser medium arrangement are designed such that such a plurality of transverse modes can be excited.
  • the laser medium arrangement is configured to guide light along the longitudinal direction of the laser medium arrangement and to optically confine it transversely to the longitudinal direction.
  • the laser medium arrangement can in particular be designed to transmit light transversely to the longitudinal direction in a localized manner, in particular to transmit it with a spatial resolution in the cross section of the laser medium arrangement such that the laser medium arrangement forms an image guide.
  • the spatial resolution may preferably be higher than 5 line pairs per mm (Ip/mm), more preferably higher than 10 Ip/mm, or higher than 25 Ip/mm, or higher than 50 Ip/mm, or higher than 100 Ip/mm, or higher than 150 Ip/mm, or higher than 200 Ip/mm.
  • the structural elements in particular their cross-sectional regions, are arranged non-uniformly in order to bring about a transverse Anderson localization transverse to the longitudinal direction.
  • the non-uniform arrangement can, for example, be a random arrangement, but non-random non-uniform arrangements are also possible, as will be explained in more detail below.
  • a structural element of the first type and a plurality of structural elements of the second type are included.
  • the plurality of structural elements therefore includes in particular exactly one structural element of the first type.
  • the structural element of the first type is in particular designed as a, for example, monolithic, base body with or made of a first medium, wherein the first medium has the first refractive index.
  • the structural elements of the second type can be designed as cavities in the base body, wherein the cavities preferably form the second refractive index, e.g. by the refractive index of air or a gas which is Medium can be located in the cavities, or are filled with a second medium, in particular a solid, wherein the second medium has the second refractive index.
  • the structural elements of the first type can be designed as bodies, in particular rod-shaped or tubular, with or made of a first medium, the first medium having the first refractive index.
  • the structural elements of the second type can in this case be designed as bodies, in particular rod-shaped or tubular, with or made of a second medium, the second medium having the second refractive index and/or as cavities in the structural elements of the first type, the cavities preferably forming the second refractive index or being filled with a second medium, in particular a solid, the second medium having the second refractive index.
  • the structural elements of the second type are present as filled cavities in the structural elements of the first type
  • the structural elements can be designed as core-shell systems, such that the core corresponds to the filled cavity.
  • Rod-shaped or tubular bodies do not exclusively refer to those with a round cross-sectional geometry.
  • at least one of the structural elements of the laser medium arrangement comprises a laser-active material.
  • At least one structural element of the first type preferably the structural elements of the first type, particularly preferably the first medium, can comprise the laser-active material.
  • the laser medium arrangement comprises two different laser-active materials
  • at least one structural element of the second type preferably the structural elements of the second type, particularly preferably the second medium, comprises a further, different laser-active material.
  • At least one structural element of the second type preferably the structural elements of the second type, particularly preferably the second medium, can comprise the laser-active material.
  • the laser-active material comprises a multicomponent glass, phosphate glass, fluorophosphate glass, silicate glass or quartz glass as host material, which comprises a doping with ions of at least one transition metal and/or a rare earth, in particular with 4f n ground state.
  • the other laser-active material may comprise a crystalline or amorphous solid, in particular a glass, as host material with a foreign ion doping.
  • the laser medium arrangement can comprise a plurality of structural elements of the first type, which are designed as, in particular, rod-shaped or tubular, bodies with or made of a first medium, in particular glass, which has the first refractive index and comprises the laser-active material.
  • a plurality of structural elements of the second type can be included, which are designed as, in particular, rod-shaped or tubular, bodies with or made of a second medium, in particular glass, which has the second refractive index and optionally comprises a further, different laser-active material.
  • the laser medium arrangement can comprise a plurality of structural elements of the first type, which are designed as, in particular rod-shaped or tubular, bodies with or made of a first medium, in particular glass, which has the first refractive index.
  • a plurality of structural elements of the second type can be included, which are designed as cavities in the structural elements of the first type, which are filled with a second medium, in particular glass, which has the second refractive index and comprises the laser-active material.
  • the first refractive index of the structural elements of the first type and the second refractive index of the structural elements of the second type differ by at least , in particular by at least 0.1, in particular by at least 0.2, in particular at least 0.3, in particular at least 0.4.
  • a refractive index difference of at least 0.05 or preferably at least 0.075 is also possible.
  • a multi-component glass can be used as the material of one or more structural elements.
  • At least one cross-sectional region has a diameter of 100 nm to 50 pm, preferably 400 nm to 20 pm, particularly preferably 500 nm to 2000 nm.
  • a cross-sectional region has a non-circular or polygonal, for example pentagonal or hexagonal, geometry.
  • the structural elements in particular their cross-sectional regions, preferably have a non-uniform arrangement, whereby such a non-uniform arrangement can in particular be random.
  • the arrangement is non-uniform but determined by a predetermined rule, i.e. is not random.
  • the uneven arrangement of the structural elements, in particular their cross-sectional regions, can be designed in particular as follows:
  • the invention further relates to a laser system with a laser medium arrangement as described above, at least one pump source for optically exciting the laser-active material, and an output point for coupling out the generated laser light.
  • the laser system in particular the pump source, is set up in such a way that only one A defined part of the cross-section of the laser medium arrangement can be excited via the pump source in order to reduce the spatial incoherence of the outcoupled laser light or to increase the spatial coherence of the outcoupled laser light.
  • the laser system can preferably be designed and/or comprise means such that the defined part of the cross-section can be varied so that the spatial coherence of the coupled-out laser light can be adjusted.
  • the invention further relates to a method for generating or amplifying laser light by stimulated emission of photons, wherein a laser medium arrangement as described above is provided, wherein the Laser medium arrangement comprises a plurality of structural elements, each of which comprises laser-active material, and wherein a pump source is provided for optically exciting the laser-active material and the laser-active material is excited by means of the pump source, wherein laser-active material is excited simultaneously within a plurality of structural elements, in particular in order to generate laser light with spatial incoherence and/or wherein laser-active material is not excited in at least one structural element, preferably an adjustable plurality of structural elements, in particular in order to reduce the spatial incoherence of the laser light and/or wherein a defined part of the cross section of the laser medium arrangement is excited via the pump source, in particular in such a way that the transverse profile of the laser light corresponds to the geometry of the excited defined part of the cross section.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a laser system with a laser medium arrangement with an optical resonator and a pump source for optically exciting the laser-active material
  • Fig. 4 schematic perspective views of two laser medium arrangements with (a) two types of structural elements whose cross-sectional areas are arranged unevenly distributed on a grid and (b) a plurality of structural elements with uneven refractive indices (multiplicity of types) and/or uneven geometries (diameters),
  • Fig. 8 schematic illustration of various other possibilities for laser medium arrangements with unevenly arranged structural elements or their cross-sectional regions, wherein the laser medium arrangements each comprise a plurality of structural elements of a first type and a plurality of structural elements of a second type and possibly other types
  • Fig. 1 shows a laser system 100 with a laser medium arrangement 1, which comprises an optical resonator 300, a pump source 200 and a coupling-out point 400, which in this case is formed by a partially transparent mirror of the optical resonator 300.
  • a laser medium arrangement 1 which comprises an optical resonator 300, a pump source 200 and a coupling-out point 400, which in this case is formed by a partially transparent mirror of the optical resonator 300.
  • Fig. 2 again shows the laser medium arrangement 1, which extends along the longitudinal direction 5 from one front end 2 to the other front end 4, wherein the front end 2 can be seen in cross section.
  • the structural elements 10 extend over the cross section of the laser medium arrangement 1 in such a way that a plurality of cross-sectional regions 20 are defined in the cross section of the laser medium arrangement 1, each of which corresponds to the cross section of an individual structural element 10.
  • each structural element 10 forms and/or occupies a part of the cross-sectional area of the laser medium arrangement 1 and this part is referred to as the cross-sectional regions 20 of the structural element 10.
  • the cross-sectional regions 20 of the structural elements have a non-uniform arrangement in that the cross-sectional regions of the structural elements of the second type 10b, which comprise the laser-active material, are arranged aperiodically.
  • a laser system 100 or its pump source 200 can be set up in such a way that only a defined part 7 of the cross section of the laser medium arrangement 1 can be excited or is excited.
  • laser activity can be generated only in a part of the structural elements of the second type 10b, which comprise the laser-active material, whereby the spatial incoherence of the coupled-out laser light can be reduced.
  • the defined part 7 of the cross section can also be varied so that the spatial incoherence of the coupled-out laser light can be adjusted.
  • the defined part 7 of the cross section can correspond to the pump light spot.
  • the cross-sectional region 20 of the structural element of the first type 10a in this case corresponds to the cross-sectional area of the laser medium arrangement minus the holes defined by the cavities in this area, while the cross-sectional regions 20 of the structural elements of the second type 10b each correspond to the cross-sectional area of the cavities.
  • the cavities in the base body can also be filled with a second material such that the structural elements of the second type 10b correspond to the filled cavities.
  • the cross-sectional regions 20 of the structural elements of the second type 10b are non-uniform in that their positions are non-uniformly distributed over the cross section, in particular they do not lie on a periodic grid.
  • the structural element 10a designed as a base body can comprise the laser-active material.
  • the laser medium arrangement shown in cross section in Fig. 3 (b) also has two types 10a, 10b of structural elements, namely again exactly one structural element 10a designed as a base body with a first refractive index, and a plurality of structural elements 10b with a second refractive index that differs therefrom.
  • the cross-sectional regions 20 of the structural elements of the second type 10b are not only arranged unevenly, but also have uneven geometries, in this case uneven diameters, in which case there is a limited number, namely two, different diameters.
  • the structural element 10a to comprise the laser-active material.
  • the structural elements 10b can comprise laser-active material, with different laser-active materials preferably being provided for the two types.
  • structural elements, with the cross-sectional regions of the Structural elements of the second type 10b are each arranged within a structural element of the first type 10a, in particular as core-cladding systems.
  • a plurality of structural elements of the first type 10a and a plurality of structural elements of the second type 10b are provided.
  • the structural elements or their cross-sectional regions are non-uniformly designed in such a way that the structural elements of the first type 10a (which accommodate the structural elements of the second type 10b) are arranged non-uniformly, in particular aperiodically, across the cross-section of the laser medium arrangement.
  • the structural elements 10a forming the cladding to comprise the laser-active material.
  • the structural elements 10b forming the core can comprise laser-active material, wherein preferably different laser-active materials are provided for the two types.
  • the laser medium arrangements shown in cross-section in Fig. 3 (d) and (e) correspond in some aspects to the laser medium arrangements shown in Fig. 3 (a) and (b) respectively, but have structural elements of three types 10a, 10b, 10c with different refractive indices.
  • cavities in the structural element 10a designed as a base body can be filled with different media.
  • the structural element 10a to comprise the laser-active material.
  • the structural elements 10b and/or 10c to comprise the laser-active material.
  • both the structural element 10a and the structural elements 10b can also be and/or 10c comprise laser-active material, wherein preferably different laser-active materials are provided for the different types.
  • arrangement is to be understood here to mean that the or some of the structural elements or their cross-sectional regions are positioned aperiodically.
  • the structural elements 10b of the second type have a uniform refractive index, have uniform geometries and/or are formed uniformly with regard to other aspects, in particular are formed identically. In this case, one can speak of a uniform occupancy of the aperiodic positions.
  • a first type of structural element can have a first refractive index and a first diameter and a second type of structural element can have a second refractive index and a second diameter (bottom row , second column ); or a first type of structural element can have a core-cladding system with a core with a first diameter and a second type of structural element can have a core-cladding system with a core with a second diameter (bottom row , third column ); or a first type of structural element can have a core-cladding system with a core with a first refractive index and a second type of structural element can have a core-cladding system with a core with a second refractive index (bottom row , fourth column ); or a first type of structural element can have a first diameter and a rotation about a pivot point located outside the structural element and a second type of structural element can have a second diameter and a Rotation about a pivot point lying outside the structural element (bottom row, fifth column), or a first type of
  • laser-active media can be used in particular as optical amplifier systems.
  • a pump source generates a population inversion in the laser-active medium used as an amplifier.
  • the light to be amplified comes from an external source
  • Laser system 100 is emitted and is in the form shown in Figure 9 on The laser medium arrangement 1 shown on the right-hand side preferably amplified unidirectionally.
  • An equally possible amplification of spontaneously emitted photons (ASE - amplified spontaneous emission) is merely a parasitic effect.
  • a laser system arrangement 500 comprising a first laser system 100 disclosed here, in particular as a master oscillator 501, and a laser medium arrangement 1 disclosed here, in particular as a power amplifier 502, in which laser light generated by the laser system 100 by stimulated emission of photons is guided into the laser medium arrangement 1 and is amplified in the laser medium arrangement 1 by stimulated emission of photons.
  • the laser system arrangement 500 and in particular its laser system 100 can be operated in continuous operation.
  • the laser system arrangement 500 and in particular its laser system 100 are operated in a pulsed manner.
  • the light to be amplified, in particular seed light, emitted by the master or seed laser 501 is then highly amplified in the power stage decoupled from it, the power amplifier 502 described above, see Figure 9, which usually has different requirements than the master oscillator 501, e.g. with regard to power stability.
  • Examples of such arrangements are trapezoidal amplifiers or fiber amplifiers.
  • a laser medium arrangement 1 used here according to the present invention allows this in a particularly advantageous manner due to the high mode density and the associated transversely localized optical amplification.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lasermedium-Anordnung zur Erzeugung oder Verstärkung von Laserlicht durch stimulierte Emission von Photonen, wobei die Lasermedium-Anordnung eine Längsrichtung und einen quer zu der Längsrichtung verlaufenden Querschnitt definiert, und wobei die Lasermedium-Anordnung eine Vielzahl von Strukturelementen umfasst, welche sich jeweils entlang der Längsrichtung sowie anteilig über den Querschnitt erstrecken, wobei zumindest zwei verschiedene Typen von Strukturelementen umfasst sind, nämlich ein erster Typ mit einem ersten Brechungsindex und ein zweiter Typ mit einem zweiten Brechungsindex, wobei zumindest eines der Strukturelemente ein laseraktives Material umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Laser-System umfassend ein solche Lasermedium-Anordnung.

Description

Lasermedium-Anordnung und Laser-System
Die Erfindung betri f ft eine Lasermedium-Anordnung zur Erzeugung oder Verstärkung von Laserlicht durch stimulierte Emission von Photonen sowie ein Laser-System mit einer solchen Lasermedium-Anordnung .
In einem Laser-System dient das Lasermedium dazu eine Besetzungsinversion bereitzustellen, um eine stimulierte Emission von Photonen und damit eine Lichtverstärkung zu ermöglichen . Die Besetzungsinversion wird hervorzurufen, indem das Lasermedium über eine Pumpquelle mit Energie versorgt wird . Um den Lichtweg der Photonen in dem Lasermedium zu erhöhen kann ein optischer Resonator zum Einsatz kommen, in welchem das Licht mehrfach reflektiert wird, wobei hierdurch auch eine Richtung des erzeugten Laserlichts definierbar ist .
Klassische Resonator-Laser dieser Bauart ermöglichen somit eine gerichtete Abgabe von Licht mit hoher Leistungsdichte . Jedoch kann die typischerweise ebenfalls hohe Interferenz fähigkeit des emittierten Lichtes zu sogenannten Speckle-Artef akten führen . Speckle sind ein Phänomen, welches bei der Beleuchtung rauer Obj ektoberflächen oder Transmission durch streuende Medien auftreten kann .
Unebenheiten, Rauheit bzw . Strukturen in der Größenordnung der Wellenlänge prägen der Wellenfront des Lichtes zufällige Phasenmodulationen auf , welche sich im Fernfeld als granulierte Struktur zufälliger Intensitätsmaxima und Minima ausprägt . Während dieser Ef fekt in manchen Messprinzipien zur Oberflächenanalyse ausgenutzt wird, stellen Speckle bei Beleuchtungsapplikationen einen Störfaktor dar, welcher eine homogene I llumination korrumpiert .
Mit sogenannten Zufallslasern kann demgegenüber eine homogene , speckle-arme I llumination erzielt werden . In Zufallslasern kommen in der Regel ungeordnete Lasermedien zum Einsatz und die Lichtrückführung zur Erhöhung des Lichtwegs im Lasermedium erfolgt nicht durch einen Resonator, sondern insbesondere durch streuende Strukturen im Lasermedium . Hierdurch erhöht sich die Verweildauer der Photonen im Lasermedium, so dass Laseraktivität entstehen kann . Jedoch weisen Zufallslaser typischerweise keine Vorzugsrichtung für das emittierte Licht auf und stellen damit in der Regel kein gerichtetes Laserlicht zur Verfügung .
Darüber hinaus sind Zufalls-Faserlaser bekannt bei welchen beispielsweise streuenden Strukturen in einer optischen Faser vorgesehen sind und zur Rückführung des Lichts dienen . Der Lichteinschluss in der optischen Faser führt hierbei zwar zu einer Abgabe von gerichtetem Licht , j edoch kann es auch hierbei wiederum zu Speckle-Artef akten und damit einer inhomogenen I llumination kommen .
Eine Aufgabe der Erfindung ist es , ein Lasermedium bereitzustellen, welches einerseits eine gerichtete Abgabe von Licht und andererseits eine homogene I llumination ermöglicht , wobei insbesondere eine Verminderung oder Vermeidung von Speckle-Artef akten angestrebt wird . Ein Aspekt der Aufgabe der Erfindung ist es , diese Eigenschaften inhärent durch das Lasermedium selbst zu ermöglichen, d . h . insbesondere ohne ergänzende Modenmischer oder dergleichen . Eine Aufgabe der Erfindung ist es ferner ein Laser-System bereitzustellen, welches die o . g . Eigenschaften der gerichteten und homogenen, speckle-armen Lichtabgabe aufweist , und vorzugsweise darüber hinaus eine Laser-System bereitzustellen, bei welchem zumindest die Homogenität und Speckle-Resilienzder I llumination einstellbar vermindert werden kann .
Die Erfindung betri f ft eine Lasermedium-Anordnung zur Erzeugung oder Verstärkung von Laserlicht durch stimulierte Emission von Photonen .
Die Lasermedium-Anordnung definiert eine Längsrichtung und einen quer zu der Längsrichtung verlaufenden Querschnitt , wobei die Lasermedium-Anordnung damit insbesondere eine Vorzugsrichtung zur Lichtpropagation definiert , welche vorzugsweise entlang der Längsrichtung verläuft .
Die Lasermedium-Anordnung umfasst eine Viel zahl von Strukturelementen, welche sich j eweils entlang der Längsrichtung sowie anteilig über den Querschnitt erstrecken, wobei zumindest zwei verschiedene Typen von Strukturelementen umfasst sind, nämlich ein erster Typ mit einem ersten Brechungsindex und ein zweiter Typ mit einem zweiten Brechungsindex .
Die umfasste Viel zahl von Strukturelementen kann demnach zumindest ein Strukturelement des ersten Typs sowie eines oder mehrere Strukturelemente des zweiten Typs umfassen, oder umgekehrt eines oder mehrere Strukturelemente des ersten Typs sowie ein Strukturelement des zweiten Typs , oder auch sowohl mehrere Strukturelemente des ersten Typs als auch mehrere Strukturelemente des zweiten Typs umfassen . Selbstverständlich können auch mehr als zwei verschiedene Typen, z . B . drei verschiedene Typen von Strukturelementen umfasst sein .
Zumindest eines der Strukturelemente umfasst dabei ein laseraktives Material . Es kann j edoch auch vorgesehen sein, dass mehrere oder alle Strukturelemente eines Typs oder auch mehrere oder alle Strukturelemente mehrerer Typen ein laseraktives Material umfassen, wie weiter unten noch näher ausgeführt wird .
In manchen Aus führungs formen weist die Lasermedium- Anordnung eine Rückkoppel-Einrichtung auf , welche dazu eingerichtet ist , das erzeugte Laserlicht anteilig in das laseraktive Material zurückzuführen . Die Rückkoppel- Einrichtung dient insbesondere dazu, ein optisches Feedback bereitzustellen, damit die Photonen das laseraktive Material lange genug passieren, um eine makroskopische Verstärkung zu erreichen .
Beispielsweise kann hierzu vorgesehen sein, dass die Lasermedium-Anordnung zwei stirnseitige Enden aufweist , welche die Ausdehnung der Lasermedium-Anordnung entlang der Längsrichtung begrenzen, wobei die stirnseitigen Enden vorzugsweise dazu eingerichtet sind, das erzeugte Laserlicht anteilig in das laseraktive Material zurückzuführen, insbesondere indem die stirnseitigen Enden Endflächen bilden, die senkrecht zu der Längsrichtung verlaufen und/oder verspiegelt ausgebildet sind . Es kann aber beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Lasermedium-Anordnung, insbesondere die Strukturelemente , insbesondere das laseraktive Material , eingebettete lichtstreuende Strukturen umfasst , welche dazu eingerichtet sind, das erzeugte Laserlicht anteilig in das laseraktive Material zurückzuführen .
Weiterhin kann beispielsweise vorgesehen sein, die Lasermedium-Anordnung einen die stirnseitigen Enden umgebenden optischen Resonator umfasst , welcher dazu eingerichtet sind, das erzeugte Laserlicht anteilig in das laseraktive Material zurückzuführen . Ein solcher optischer Resonator kann insbesondere zwei Spiegel umfassen, wobei zumindest einer dieser Spiegel teildurchlässig ist , um Laserlicht aus dem Resonator aus zuleiten, und wird im Rahmen der vorliegenden Of fenbarung als externer Resonator bezeichnet .
Die vorstehend beschriebenen Beispiele , welche alternativ oder in Kombination zum Einsatz kommen können, sind nicht abschließend zu verstehen . Es sind weitere Varianten oder Weiterbildungen der Rückkoppel-Einrichtung möglich, beispielsweise umfassend zumindest eines der folgenden Eigenschaften : Faser-Bragg-Gitter , dielektrische Beschichtung der stirnseitigen Enden, hochreflektierende Beschichtung (HR) , teilreflektierende Beschichtung ( PR) und/oder Antireflexbeschichtung (AR) .
Bei weiteren Aus führungs formen können die stirnseitigen Enden abgeschrägt sein, insbesondere bei einem externen ausgebildeten Resonator . Diese Ausgestaltung unterstützt das Verhindern eines internen Resonators , der mit dem externen Resonator konkurriert . Diese Aus führungs form kann auch bei einem Random Laser sinnvoll sein .
Generell können die stirnseitigen Enden einen von 90 ° verschiedenen Winkel zur Längsachse aufweisen, beispielsweise auch bezüglich des im Resonator propagierenden Lichtes unter dem Brewsterwinkel angeordnet sein .
Hinsichtlich der Wellenlänge des erzeugbaren Laserlichts bestimmen mehrere Faktoren das emittierte Frequenzspektrum . Die Verstärkungsbandbreite AX ist ein Maß für den Wellenlängenbereich, in welchem einfallendes Licht im Medium durch stimulierte Emission prinzipiell verstärkt werden kann . Sie ist eine Eigenschaft des Lasermediums und durch das laseraktive Ion, sowie das Wirtsmaterial dominiert . Darüber hinaus definiert der Resonator über seine geometrischen Randbedingungen longitudinale Moden, welche die Anzahl möglicher Emissionswellenlängen einschränkt , da für konstruktive Interferenz nach einem Umlauf im Resonator ein Viel faches von 2n Phasenverzögerung bevorzugt und in manchen Fällen sogar notwendig ist . Für einen linearen Stehwellenresonator zum Beispiel beträgt die Resonatorlänge ein Viel faches der halben Wellenlänge . Die Güte des Resonators definiert dabei wie schmalbandig ein einzelner Resonanzpeak ist . Typischerweise liegen mehrere longitudinale Moden innerhalb des Verstärkungsprofils , welche im Falle eines inhomogen verbreiterten Lasermediums , wie Lasergläsern, auch simultan lasen können . Diese breitbandigen Quellen sind Grundlage unterschiedlicher Techniken, wie der Erzeugung kurzer Laserpulse , oder dienen als Lichtquellen für spezielle Messverfahren, wie optische Kohärenz Tomographie . Andere Applikationen benötigen dagegen monochromatisches Licht , d . h . eine Quelle , die idealerweise nur auf einer longitudinalen Mode emittiert . Um dies zu erreichen werden weitere frequenzselektive Elemente wie unter anderem Lyot-Filter, Beugungsgitter, Etalons oder elektro-optische Modulatoren in den Resonator eingebracht , um die Verluste für unerwünschte Moden soweit zu erhöhen, dass sie die Verstärkung dominieren, und den Resonator auf den longitudinalen Ein-Moden-Betrieb zwingen .
Vorzugsweise sind in der Lasermedium-Anordnung eine Viel zahl von transversalen Moden anregbar und die Lasermedium-Anordnung, insbesondere die Strukturelemente , insbesondere deren Geometrie und/oder Anordnung im Querschnitt der Lasermedium-Anordnung sind derart ausgebildet , dass eine solche Viel zahl von transversalen Moden anregbar ist .
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass in der Lasermedium-Anordnung eine Modendichte anregbar ist , welche zumindest 1000 pro mm2 beträgt , insbesondere zumindest 5000 pro mm2 beträgt , insbesondere zumindest 10000 pro mm2 beträgt , insbesondere zumindest 20000 pro mm2 beträgt , insbesondere zumindest 50000 pro mm2 beträgt .
Es kann ferner insbesondere vorgesehen sein, dass in der Lasermedium-Anordnung zumindest 10 transversale Moden anregbar sind, besonders bevorzugt zumindest 100 transversale Moden anregbar sind, nochmals bevorzugter zumindest 500 transversale Moden anregbar sind, nochmals bevorzugter zumindest 1000 transversale Moden anregbar sind . In einer bevorzugten Aus führungs form ist die Lasermedium- Anordnung dazu eingerichtet , Licht entlang der Längsrichtung der Lasermedium-Anordnung zu leiten und quer zu der Längsrichtung optisch einzuschließen .
Die Lasermedium-Anordnung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, Licht quer zu der Längsrichtung transversal lokalisiert zu übertragen, insbesondere mit einer räumlichen Auflösung im Querschnitt der Lasermedium- Anordnung zu übertragen, dass die Lasermedium-Anordnung einen Bildleiter bildet .
Die räumliche Auflösung kann vorzugsweise höher sein als 5 Linienpaare pro mm ( Ip/mm) , besonders bevorzugt höher als 10 Ip/mm, oder höher als 25 Ip/mm, oder höher als 50 Ip/mm, oder höher als 100 Ip/mm, oder höher als 150 Ip/mm, oder höher als 200 Ip/mm .
Die Strukturelemente der Lasermedium-Anordnung erstrecken sich vorzugsweise derart über den Querschnitt der Lasermedium-Anordnung, dass im Querschnitt der Lasermedium- Anordnung eine Viel zahl von Querschnittsregionen definiert ist , welche j eweils dem Querschnitt eines einzelnen Strukturelements entsprechen .
Die Strukturelemente verlaufen demnach insbesondere nebeneinander, insbesondere parallel zueinander, entlang der Längsrichtung der Lasermedium-Anordnung und ihre Querschnitte nehmen j eweils einen flächigen Anteil des Querschnitts der Lasermedium-Anordnung ein und definieren daher j eweils eine Querschnittsregion des Querschnitts der Lasermedium-Anordnung . Die Querschnittsregionen entsprechen also insbesondere den durch die Strukturelemente gebildeten Flächenbereichen, wenn man auf eine Querschnitts fläche der Lasermedium-Anordnung schaut , also z . B . die stirnseitigen Endflächen .
Es kann vorgesehen sein, dass die Strukturelemente , insbesondere deren Querschnittsregionen, ungleichmäßig angeordnet sind, um eine transversale Anderson- Lokalisierung quer zu der Längsrichtung zu bewirken . Die ungleichmäßige Anordnung kann beispielsweise eine zufällige Anordnung sein, aber es sind auch nicht- zufällige ungleichmäßige Anordnungen möglich wie weiter unten noch näher ausgeführt wird .
Wie bereits beschrieben umfasst die Lasermedium-Anordnung eine Viel zahl von Strukturelementen, wobei zumindest zwei verschiedene Typen von Strukturelementen umfasst sind .
In manchen Aus führungs formen der Lasermedium-Anordnung kann nun vorgesehen sein, dass ein Strukturelement des ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sind . Die Viel zahl von Strukturelementen umfasst demnach insbesondere genau ein Strukturelement des ersten Typs . Das Strukturelement des ersten Typs ist insbesondere ausgebildet als , bspw . monolithischer, Grundkörper mit oder aus einem ersten Medium, wobei das erste Medium den ersten Brechungsindex aufweist . Die Strukturelemente des zweiten Typs können als Hohlräume in dem Grundkörper ausgebildet sein, wobei die Hohlräume vorzugsweise den zweiten Brechungsindex bilden, z . B . durch den Brechungsindex von Luft oder einem Gas , das sich als Medium in den Hohlräumen befinden kann, oder mit einem zweiten Medium, insbesondere einem Festkörper, gefüllt sind, wobei das zweite Medium den zweiten Brechungsindex aufweist .
In manchen Aus führungs formen der Lasermedium-Anordnung kann auch vorgesehen sein, dass eine Viel zahl von Strukturelementen des ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sind . In diesem Fall können die Strukturelemente des ersten Typs ausgebildet sein als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem ersten Medium, wobei das erste Medium den ersten Brechungsindex aufweist . Die Strukturelemente des zweiten Typs können in diesem Fall ausgebildet sein als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem zweiten Medium, wobei das zweite Medium den zweiten Brechungsindex aufweist und/oder als Hohlräume in den Strukturelementen des ersten Typs , wobei die Hohlräume vorzugsweise den zweiten Brechungsindex bilden oder gefüllt sind mit einem zweiten Medium, insbesondere einem Festkörper, wobei das zweite Medium den zweiten Brechungsindex aufweist .
Insbesondere im Fall , dass die Strukturelemente des zweiten Typs als gefüllte Hohlräume in den Strukturelementen des ersten Typs vorliegen, können die Strukturelemente als Kern-Mantel-Systeme ausgebildet sein, derart , dass der Kern dem gefüllten Hohlraum entspricht .
Dabei sind unter stabförmigen oder rohrförmigen Körpern nicht ausschließlich solche runder Querschnittsgeometrie zu verstehen . Wie bereits beschrieben umfasst zumindest eines der Strukturelemente der Lasermedium-Anordnung ein laseraktives Material .
Genauer gesagt kann beispielsweise zumindest ein Strukturelement des ersten Typs , vorzugsweise die Strukturelemente des ersten Typs , besonders bevorzugt das erste Medium, das laseraktive Material umfassen .
In diesem Fall kann in einer Weiterbildung der Erfindung, in welcher die Lasermedium-Anordnung zwei verschiedene laseraktive Materialien umfasst , vorgesehen sein, dass zumindest ein Strukturelement des zweiten Typs , vorzugsweise die Strukturelemente des zweiten Typs , besonders bevorzugt das zweite Medium ein weiteres , anderes laseraktives Material umfasst .
Umgekehrt kann beispielsweise aber auch zumindest ein Strukturelement des zweiten Typs , vorzugsweise die Strukturelemente des zweiten Typs , besonders bevorzugt das zweite Medium, das laseraktive Material umfassen .
In diesem Fall kann in einer Weiterbildung der Erfindung, in welcher die Lasermedium-Anordnung zwei verschiedene laseraktive Materialien umfasst , vorgesehen sein, dass zumindest ein Strukturelement des ersten Typs , vorzugsweise die Strukturelemente des ersten Typs , besonders bevorzugt das erste Medium ein weiteres , anderes laseraktives Material umfasst . Das laseraktive Material kann einen kristallinen oder amorphen Festkörper, insbesondere ein Glas, als Wirtsmaterial mit einer Fremdionen-Dotierung umfassen.
Insbesondere umfasst das laseraktive Material ein Multikomponentenglas, Phosphatglas, Fluorophosphatglas , Silikatglas oder Quarzglas als Wirtsmaterial, welches eine Dotierung mit Ionen zumindest eines Übergangsmetalls und/oder einer seltenen Erde umfasst, insbesondere mit 4fn Grundzustand .
Optional kann in Ausführungsformen, in welchen die Lasermedium-Anordnung zumindest zwei verschiedene laseraktive Materialien umfasst, das andere laseraktive Material einen kristallinen oder amorphen Festkörper, insbesondere ein Glas, als Wirtsmaterial mit einer Fremdionen-Dotierung umfassen.
Insbesondere umfasst das andere laseraktive Material ein Multikomponentenglas, Phosphatglas, Fluorophosphatglas, Silikatglas oder Quarzglas als Wirtsmaterial, welches eine Dotierung mit Ionen zumindest eines Übergangsmetalls und/oder einer seltenen Erde umfasst, insbesondere mit 4fn Grundzustand .
Eine mögliche Aus führungs form sieht vor, dass das oder die Strukturelemente des ersten Typs ein Glas, z.B. ein Multikomponentenglas, Phosphatglas, Fluorophosphatglas, Silikatglas oder Quarzglas umfassen. Ferner ist es möglich, dass das oder die Strukturelemente des zweiten Typs ein anderes Glas, z.B. ein Multikomponentenglas, Phosphatglas, Fluorophosphatglas, Silikatglas oder Quarzglas umfassen. Beispielsweise kann der erste Typ ein Phosphatglas und der zweite Typ ein Silikatglas umfassen oder umgekehrt . Möglich ist auch ein Brechungsindex-Unterschied von mindestens 0 , 05 oder von vorzugsweis mindestens 0 , 075 . Es kann auch insbesondere ein Brechungsindex-Unterschied vorgesehen sein, welcher insbesondere mindestens 0 , 1 beträgt , insbesondere mindestens 0 , 2 beträgt , insbesondere mindestens 0 , 3 beträgt , insbesondere mindestens 0 , 4 beträgt . Ferner kann hierbei vorgesehen sein, dass die Lasermedium-Anordnung dazu eingerichtet ist , Licht quer zu der Längsrichtung transversal lokalisiert zu übertragen, insbesondere mit einer räumlichen Auflösung im Querschnitt der Lasermedium-Anordnung zu übertragen, dass die Lasermedium-Anordnung einen Bildleiter bildet bzw . dass die Strukturelemente ungleichmäßig angeordnet sind, um eine transversale Anderson-Lokalisierung quer zu der Längsrichtung zu bewirken . Hierdurch kann in überraschender Weise ein Bildleiter als Lasermedium-Anordnung dienen .
Nachfolgend sollen nochmals einige Beispiele ausgeführt werden, wie die Lasermedium-Anordnung mit ihren Strukturelementen und dem laseraktiven Material ausgebildet sein kann .
Gemäß einem Beispiel kann die Lasermedium-Anordnung ein Strukturelement des ersten Typs umfassen, welches ausgebildet ist als , insbesondere monolithischer, Grundkörper mit oder aus einem ersten Medium, insbesondere Glas , welches den ersten Brechungsindex aufweist . Darüber hinaus kann eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sein, welche ausgebildet sind als Hohlräume in dem Grundkörper, welche mit einem als Festkörper ausgebildeten zweiten Medium, insbesondere Glas , gefüllt sind, welche den zweiten Brechungsindex aufweisen und das laseraktive Material umfassen .
Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Lasermedium- Anordnung ein Strukturelement des ersten Typs umfassen, welches ausgebildet ist als , insbesondere monolithischer, Grundkörper mit oder aus einem ersten Medium, insbesondere Glas , welches den ersten Brechungsindex aufweist und das laseraktive Material umfasst . Darüber hinaus kann eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sein, welche ausgebildet sind als Hohlräume in dem Grundkörper, welche den zweiten Brechungsindex bilden oder welche mit einem zweiten Medium gefüllt sind, insbesondere ein Festkörper oder eine Flüssigkeit , welches den zweiten Brechungsindex aufweist , und optional ein weiteres , anderes laseraktives Material umfasst .
Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Lasermedium- Anordnung eine Viel zahl von Strukturelementen des ersten Typs umfassen, welche ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem ersten Medium, insbesondere Glas , welches den ersten Brechungsindex aufweist und das laseraktive Material umfasst . Darüber hinaus kann eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sein, welche ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem zweiten Medium, insbesondere Glas , welches den zweiten Brechungsindex aufweist und optional ein weiteres , anderes laseraktives Material umfasst . Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Lasermedium- Anordnung eine Viel zahl von Strukturelementen des ersten Typs umfassen, welche ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem ersten Medium, insbesondere Glas , welches den ersten Brechungsindex aufweist und das laseraktive Material umfasst . Darüber hinaus kann eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sein, welche ausgebildet sind als Hohlräume in den Strukturelementen des ersten Typs und welche den zweiten Brechungsindex bilden oder welche mit einem zweiten Medium gefüllt sind, insbesondere Glas , welches den zweiten Brechungsindex aufweist , und optional ein weiteres , anderes laseraktives Material umfasst .
Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Lasermedium- Anordnung eine Viel zahl von Strukturelementen des ersten Typs umfassen, welche ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem ersten Medium, insbesondere Glas , welches den ersten Brechungsindex aufweist . Darüber hinaus kann eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sein, welche ausgebildet sind als Hohlräume in den Strukturelementen des ersten Typs , welche mit einem zweiten Medium gefüllt sind, insbesondere Glas , welches den zweiten Brechungsindex aufweist und das laseraktive Material umfasst .
In Bezug auf die Brechungsindi zes kann vorgesehen sein, dass der erste Brechungsindex der Strukturelemente des ersten Typs und der zweite Brechungsindex der Strukturelemente des zweiten Typs um mindestens , insbesondere um mindestens 0 , 1 abweichen, insbesondere um mindestens 0,2 abweichen, insbesondere um mindestens 0,3 abweichen, insbesondere um mindestens 0,4 abweichen. Möglich ist auch ein Brechungsindex-Unterschied von mindestens 0,05 oder von vorzugsweis mindestens 0,075. Um entsprechende vorgenannte Unterschiede im Brechungsindex zu erreichen kann insbesondere ein Multikomponentenglas als Material eines oder mehrerer Strukturelemente vorgesehen sein .
Wie bereits weiter oben beschrieben wurde können sich die Strukturelemente der Lasermedium-Anordnung derart über den Querschnitt der Lasermedium-Anordnung erstrecken, dass im Querschnitt der Lasermedium-Anordnung eine Vielzahl von Querschnittsregionen definiert ist, welche jeweils dem Querschnitt eines einzelnen Strukturelements entsprechen.
Das Verhältnis der Gesamtfläche der Querschnittsregionen der Strukturelemente des ersten Typs und der Gesamtfläche der Querschnittsregionen der Strukturelemente des zweiten Typs liegt z.B. in einem Bereich zwischen 1:9 und 9:1, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 3:7 und 7:3, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 4:6 und 6:4.
Es soll aber nicht ausgeschlossen sein, dass das Verhältnis der Gesamtfläche der Querschnittsregionen der Strukturelemente des ersten Typs und der Gesamtfläche der Querschnittsregionen der Strukturelemente des zweiten Typs auch in einem Bereich zwischen 1:150 und 150:1, bevorzugt in einem Bereich zwischen 1:100 und 100:1, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 1:50 und 50:1 liegen kann . Die Gesamtfläche der Querschnittsregionen der Strukturelemente für jeden Typ beträgt z.B. mindestens l/ (10*T) , vorzugsweise mindestens 1/ (5*T) , besonders bevorzugt mindestens 1/ (3*T) der Querschnittsfläche, wobei T die Anzahl der Typen von Strukturelementen bezeichnet.
Hinsichtlich der lateralen Ausdehnung der Strukturelemente kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Querschnittsregion einen Durchmesser von 100 nm bis 50 pm aufweist, vorzugsweise 400 nm bis 20 pm, besonders bevorzugt 500 nm bis 2000 nm.
Hinsichtlich der geometrischen Form der Strukturelemente kann vorgesehen sein, dass eine Querschnittsregion eine unrunde oder polygonale, beispielsweise pentagonale oder hexagonale Geometrie aufweist.
Wie weiter oben bereits beschrieben wurde weisen die Strukturelemente, insbesondere deren Querschnittsregionen, vorzugsweise eine ungleichmäßige Anordnung auf, wobei eine solche ungleichmäßige Anordnung insbesondere zufällig sein kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Anordnung ungleichmäßig, aber durch eine vorbestimmte Regel festgelegt, ausgebildet ist, d.h. nicht zufällig ist.
Die ungleichmäßige Anordnung der Strukturelemente, insbesondere deren Querschnittsregionen, kann insbesondere wie folgt ausgebildet sein:
(a) als eine periodische Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, wobei die periodisch positionierten Strukturelemente untereinander eine Variation aufweisen, welche zufällig und/oder ungleichmäßig aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , wobei die Variation der periodisch positionierten Strukturelemente untereinander vorzugsweise als Variation des Typs der Strukturelemente , des Brechungsindex der Strukturelemente und/oder der Geometrie , z . B . der Form, des Durchmessers und/oder der Substruktur, der Strukturelemente ausgebildet ist ,
(b ) als eine aperiodische Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, wobei die aperiodischen Positionen der Strukturelemente zufällig und/oder ungleichmäßig aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet sind, wobei optional die Strukturelemente zudem untereinander eine Variation aufweisen, welche zufällig und/oder ungleichmäßig aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , und/oder ( c ) als eine Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, auf periodischen Plätzen, wobei einige der periodischen Plätze belegt sind und einige der periodischen Plätze unbelegt sind und die Belegung zufällig und/oder ungleichmäßig aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , wobei optional die Strukturelemente zudem untereinander eine Variation aufweisen, welche zufällig und/oder ungleichmäßig aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist .
Die Erfindung betri f ft ferner ein Laser-System mit einer Lasermedium-Anordnung wie vorstehend beschrieben, zumindest einer Pumpquelle zum optischen Anregen des laseraktiven Materials , und einer Auskoppelstelle zur Auskopplung des erzeugten Laserlichts .
Die Pumpquelle kann in einer Aus führungs form eingerichtet sein, Pumplicht longitudinal in ein stirnseitiges Ende der Lasermedium-Anordnung einzukoppeln . Es können auch eine oder mehrere Pumpquellen dazu eingerichtet sein, Pumplicht longitudinal in beide stirnseitigen Ende der Lasermedium- Anordnung einzukoppeln . Es ist auch möglich, dass die Pumpquelle eingerichtet ist , Pumplicht in radialer und/oder tangentialer Richtung in die Lasermedium-Anordnung einzukoppeln, z . B . seitlich in die Mantel fläche der Lasermedium-Anordnung . Die genannten Pump-Geometrien sind nur beispielhaft zu verstehen . Es können auch andere Pump- Geometrien vorliegen, z . B . eine sog . Double-Clad-Geometrie oder andere Pump-Geometrien .
Besonders bevorzugt weist das Laser-System eine Rückkoppel- Einrichtung auf , welche dazu eingerichtet ist , das erzeugte Laserlicht anteilig in das laseraktive Material zurückzuführen . Die Rückkoppel-Einrichtung dient insbesondere dazu, ein optisches Feedback bereitzustellen, damit die Photonen das laseraktive Material lange genug passieren, um eine makroskopische Verstärkung zu erreichen .
Für Beispiele für eine Rückkoppel-Einrichtung wird auf die obenstehenden Aus führungen verwiesen . Optional kann das Laser-Systeme frequenzselektive Elemente zur Manipulation der Emissionswellenlänge umfassen .
In einer Weiterbildung ist das Laser-System, insbesondere die Pumpquelle , derart eingerichtet , dass lediglich ein definierter Teil des Querschnitts der Lasermedium-Anordnung über die Pumpquelle anregbar ist , um die räumliche Inkohärenz des ausgekoppelten Laserlichts zu vermindern bzw . die räumliche Kohärenz des ausgekoppelten Laserlichts zu erhöhen .
Bei einer longitudinalen Einstrahlung von Pumplicht auf ein stirnseitiges Ende der Lasermedium-Anordnung kann bspw . der Pumplichtfleck auf dem stirnseitigen Ende lediglich einen definierten Teil des Querschnitts bestrahlen . Bei einer radialen bzw . tangentialen Einstrahlung von Pumplicht kann bspw . ebenfalls lediglich einen definierten Teil des Querschnitts angeregt werden .
Insbesondere kann das Laser-System vorzugsweise derart eingerichtet sein und/oder Mittel umfassen, dass der definierte Teil des Querschnitts variierbar ist , so dass die räumliche Kohärenz des ausgekoppelten Laserlichts einstellbar ist .
Bei einer longitudinalen Einstrahlung von Pumplicht auf ein stirnseitiges Ende der Lasermedium-Anordnung kann bspw . die Größe und/oder Form des Pumplichtflecks auf dem stirnseitigen Ende einstellbar sein . Bei einer radialen bzw . tangentialen Einstrahlung von Pumplicht kann bspw . ebenfalls der Anteil des angeregten Querschnitts einstellbar sein .
Die Erfindung betri f ft ferner ein Verfahren zur Erzeugung oder Verstärkung von Laserlicht durch stimulierte Emission von Photonen, wobei eine Lasermedium-Anordnung wie vorstehend beschrieben bereitgestellt wird, wobei die Lasermedium-Anordnung eine Viel zahl von Strukturelementen umfasst , welche j eweils laseraktives Material umfassen, und wobei eine Pumpquelle zum optischen Anregen des laseraktiven Materials bereitgestellt wird und das laseraktive Material mittels der Pumpquelle angeregt wird, wobei laseraktives Material simultan innerhalb einer Viel zahl von Strukturelementen angeregt wird, insbesondere , um Laserlicht mit räumlicher Inkohärenz zu erzeugen und/oder wobei laseraktives Material in zumindest einem Strukturelement , vorzugsweise einer einstellbaren Viel zahl von Strukturelementen, nicht angeregt wird, insbesondere , um die räumliche Inkohärenz des Laserlichts zu vermindern und/oder wobei ein definierter Teil des Querschnitts der Lasermedium-Anordnung über die Pumpquelle angeregt wird, insbesondere derart , dass das transversale Profil des Laserlichts der Geometrie des anregten definierten Teils des Querschnitts entspricht .
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben . Dabei zeigen :
Fig . 1 eine schematische Darstellung eines Laser-Systems mit einer Lasermedium-Anordnung mit einem optischen Resonator und einer Pumpquelle zum optischen Anregen des laseraktiven Materials ,
Fig . 2 eine schematische Darstellung einer Lasermedium- Anordnung, wobei lediglich ein definierter Teil des Querschnitts der Lasermedium-Anordnung angeregt wird, Fig . 3 schematische Darstellung von Querschnitten verschiedener Lasermedium-Anordnungen mit ( a ) , (b ) , ( c ) zwei Typen von Strukturelementen bzw . ( d) , ( e ) drei Typen von Strukturelementen, wobei die Querschnittsbereiche der Strukturelemente ungleichmäßig angeordnet sind,
Fig . 4 schematische perspektivische Ansichten zweier Lasermedium-Anordnungen mit ( a ) zwei Typen von Strukturelementen deren Querschnittsbereiche ungleichmäßig auf einem Gitter verteilt angeordnet sind und (b ) einer Viel zahl von Struktur element en ungleichmäßiger Brechungsindi zes (Viel zahl von Typen) und/oder ungleichmäßiger Geometrien ( Durchmesser ) ,
Fig . 5 schematische Veranschaulichung verschiedener Möglichkeiten für Lasermedium-Anordnungen mit ungleichmäßig angeordneten Strukturelementen bzw . deren Querschnittsregionen,
Fig . 6 schematische Veranschaulichung verschiedener Aspekte für Variationen unter Strukturelementen bzw . deren Querschnittsregionen und Möglichkeiten für Kombinationen dieser Aspekte ,
Fig . 7 schematische Veranschaulichung verschiedener weiterer Möglichkeiten für Lasermedium- Anordnungen mit ungleichmäßig angeordneten Strukturelementen bzw . deren Querschnittsregionen, wobei die Lasermedium- Anordnungen j eweils ein Strukturelement eines ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen eines zweiten Typs umfassen,
Fig . 8 schematische Veranschaulichung verschiedener weiterer Möglichkeiten für Lasermedium- Anordnungen mit ungleichmäßig angeordneten Strukturelementen bzw . deren Querschnittsregionen, wobei die Lasermedium- Anordnungen j eweils eine Viel zahl von Strukturelementen eines ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen eines zweiten Typs und ggf . weiterer Typen umfassen
Fig . 9 schematische Veranschaulichung einer Aus führungs form umfassend eine Master-Oscillator- Power-Ampli f ier-Anordnung (MOPA) , bei welcher Resonatoren oder insbesondere Systeme mit optischer Rückkopplung, insbesondere ein vorliegend beschriebenes Lasersystem für den Master-Os zillator und eine vorliegend beschriebene Lasermedium-Anordnung als optisches Verstärkersystem eingesetzt ist und durch eine Pumpquelle eine Besetzungsinversion in dem als Verstärker verwendeten Laser-aktiven Medium erzeugt ist .
Fig . 1 zeigt ein Laser-System 100 mit einer Lasermedium- Anordnung 1 , welche einen optischen Resonator 300 umfasst , einer Pumpquelle 200 und einer Auskoppelstelle 400 , welche in diesem Fall durch einen teildurchlässigen Spiegel des optischen Resonators 300 gebildet ist . In dem gezeigten
Beispiel ist die Pumpquelle 200 seitlich angeordnet und dazu eingerichtet Pumpenergie in radialer Richtung 6 , d . h . insbesondere senkrecht zur Längsrichtung 5 der Lasermedium- Anordnung 1 , in die Lasermedium-Anordnung 1 einzukoppeln .
Die Lasermedium-Anordnung 1 umfasst eine Viel zahl von Strukturelementen 10 , welche sich j eweils entlang der Längsrichtung 5 sowie j eweils anteilig über den Querschnitt der Lasermedium-Anordnung 1 erstrecken . In dem gezeigten Beispiel umfasst die Lasermedium-Anordnung 1 genau ein als Grundkörper ausgebildetes Strukturelement 10a, welches einen ersten Brechungsindex aufweist , und eine Viel zahl von darin befindlichen Strukturelementen 10b, welche j eweils einen zweiten Brechungsindex aufweisen und laseraktives Material umfassen . Beide Typen von Strukturelementen 10a und 10b sind in diesem Fall als Festkörper ausgebildet , z . B . j eweils aus einem Glas , wobei die Strukturelemente 10b des zweiten Typs , welche das laseraktive Material umfassen, insbesondere eine Fremdionen-Dotierung aufweisen . Im Querschnitt bilden die Strukturelemente 10 eine ungleichmäßige Anordnung aus , wodurch eine transversale Anderson-Lokalisierung quer zu der Längsrichtung 5 der Lasermedium-Anordnung 1 ermöglicht wird .
Fig . 2 zeigt nochmals die Lasermedium-Anordnung 1 , welche sich entlang der Längsrichtung 5 von einem stirnseitigen Ende 2 zum anderen stirnseitigen Ende 4 erstreckt , wobei das stirnseitige Ende 2 im Querschnitt zu sehen ist . Die Strukturelemente 10 erstrecken sich derart über den Querschnitt der Lasermedium-Anordnung 1 , dass im Querschnitt der Lasermedium-Anordnung 1 eine Viel zahl von Querschnittsregionen 20 definiert ist , welche j eweils dem Querschnitt eines einzelnen Strukturelements 10 entsprechen . Das heißt j edes Strukturelement 10 bildet und/oder beansprucht einen Teil der Querschnitts fläche der Lasermedium-Anordnung 1 und dieser Teil wird als die Querschnittsregionen 20 des Strukturelements 10 bezeichnet . Die Querschnittsregionen 20 der Strukturelemente weisen in diesem Beispiel eine ungleichmäßige Anordnung dahingehend auf , dass die Querschnittsregionen der Strukturelemente des zweiten Typs 10b, welche das laseraktive Material umfassen, aperiodisch angeordnet sind .
Wie ebenfalls in Fig . 2 zu erkennen ist kann ein Laser- System 100 bzw . dessen Pumpquelle 200 derart eingerichtet sein, dass lediglich ein definierter Teil 7 des Querschnitts der Lasermedium-Anordnung 1 anregbar ist bzw . angeregt wird . Hierdurch kann beispielsweise nur in einem Teil der Strukturelemente des zweiten Typs 10b, welche das laseraktive Material umfassen, eine Laseraktivität erzeugt werden, wodurch die räumliche Inkohärenz des ausgekoppelten Laserlichts verminderbar ist . Dies kann sowohl bei radialer und/oder tangentialer und/oder longitudinaler Einkopplung von Pumpenergie vorgesehen sein . Der definierte Teil 7 des Querschnitts kann auch variierbar sein, so dass die räumliche Inkohärenz des ausgekoppelten Laserlichts einstellbar ist . Im Fall einer longitudinalen Einkopplung von Pumpenergie , d . h . einer Einkopplung entlang der Längsrichtung 5 , kann der definierte Teil 7 des Querschnitts dem Pumplichtfleck entsprechen .
Fig . 3 zeigt verschiedene prinzipielle Beispiele von Lasermedium-Anordnungen 1 . Diese prinzipiellen Darstellungen dienen zur Verdeutlichung verschiedener Varianten ungleichmäßiger Anordnung von Strukturelementen bzw . deren Querschnittsregionen und dem Vorhandensein von laseraktiven Material in den Strukturelementen .
Die in Fig . 3 ( a ) im Querschnitt gezeigte Lasermedium- Anordnung weist ein als Grundkörper ausgebildetes Strukturelement eines ersten Typs 10a auf , welches eine Viel zahl von Strukturelementen eines zweiten Typs 10b beherbergt . Die Strukturelemente des zweiten Typs 10b können dabei z . B . als sich entlang der Längsrichtung verlaufende Hohlräume bzw . Hohlkanäle in dem Strukturelement des ersten Typs 10a ausgebildet sein . Das als Grundkörper ausgebildete Strukturelement des ersten Typs 10a umfasst dabei ein erstes Material mit einem ersten Brechungsindex und die z . B . als Hohlräume ausgebildeten Strukturelemente des zweiten Typs 10b bilden den zweiten Brechungsindex, bspw . durch die darin befindliche Luft oder ein anderes Gas . Die Querschnittsregion 20 des Strukturelementes des ersten Typs 10a entspricht in diesem Fall der Querschnitts fläche der Lasermedium-Anordnung abzüglich der durch die Hohlräume definierten Löcher in dieser Fläche , während die Querschnittsregionen 20 der Strukturelemente des zweiten Typs 10b j eweils der Querschnitts fläche der Hohlräume entsprechen . Die Hohlräume in dem Grundkörper können aber auch mit einem zweiten Material gefüllt sein, derart , dass das die Strukturelemente des zweiten Typs 10b den gefüllten Hohlräumen entsprechen . Wie in der Figur schematisch dargestellt ist , sind die Querschnittsregionen 20 der Strukturelemente des zweiten Typs 10b dahingehend ungleichmäßig ausgebildet , dass ihre Positionen ungleichmäßig über den Querschnitt verteilt sind, insbesondere nicht auf einem periodischen Gitter liegen . Das als Grundkörper ausgebildete Strukturelement 10a kann in diesem Fall das laseraktive Material umfassen . Im Fall , dass die Hohlräume gefüllt sind, können auch die den gefüllten Hohlräumen entsprechenden Strukturelemente 10b das laseraktive Material umfassen . Es ist auch möglich, dass einerseits das Strukturelement 10a das laseraktive Material umfasst und andererseits die Strukturelemente 10b ein anderes laseraktives Material umfassen .
Die in Fig . 3 (b ) im Querschnitt gezeigte Lasermedium- Anordnung weist ebenfalls zwei Typen 10a, 10b von Strukturelementen auf , nämlich wiederum genau ein als Grundkörper ausgebildetes Strukturelemente 10a mit einem ersten Brechungsindex, sowie eine Viel zahl von Strukturelementen 10b mit einem davon abweichenden zweiten Brechungsindex . In dem hier gezeigten Beispiel sind die Querschnittsregionen 20 der Strukturelemente des zweiten Typs 10b nicht nur ungleichmäßig angeordnet , sondern weisen auch ungleichmäßige Geometrien auf , in diesem Fall ungleichmäßige Durchmesser, wobei in diesem Fall eine begrenzte Anzahl , nämlich zwei , verschiedene Durchmesser vorliegen . Es ist möglich, dass das Strukturelement 10a das laseraktive Material umfasst . Es ist auch möglich, dass die Strukturelemente 10b das laseraktive Material umfassen . Ferner können auch sowohl das Strukturelement 10a als auch die Strukturelemente 10b laseraktives Material umfassen, wobei vorzugsweise unterschiedliche laseraktive Materialien für die beiden Typen vorgesehen sind .
Die in Fig . 3 ( c ) im Querschnitt gezeigte Lasermedium-
Anordnung weist wiederum zwei Typen 10a, 10b von
Strukturelementen auf , wobei die Querschnittsregionen der Strukturelemente des zweiten Typs 10b j eweils innerhalb eines Strukturelementes des ersten Typs 10a angeordnet sind, insb . als Kern-Mantel-Systeme . In diesem Fall ist also eine Viel zahl von Strukturelementen des ersten Typs 10a und eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs 10b vorgesehen . Die Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen sind dahingehend ungleichmäßig ausgebildet , dass die Strukturelemente des ersten Typs 10a (welche die Strukturelemente des zweiten Typs 10b beherbergen) ungleichmäßig, insbesondere aperiodisch, über den Querschnitt der Lasermedium-Anordnung angeordnet sind . Es ist möglich, dass die den Mantel bildenden Strukturelemente 10a das laseraktive Material umfassen . Es ist auch möglich, dass die den Kern bildenden Strukturelemente 10b das laseraktive Material umfassen . Ferner können auch sowohl die Strukturelemente 10a als auch die Strukturelemente 10b laseraktives Material umfassen, wobei vorzugsweise unterschiedliche laseraktive Materialien für die beiden Typen vorgesehen sind .
Die in den Fig . 3 ( d) und ( e ) im Querschnitt gezeigten Lasermedium-Anordnungen entsprechend in einigen Aspekten den in Fig . 3 ( a ) bzw . (b ) gezeigten Lasermedium- Anordnungen, aber Strukturelemente dreier Typen 10a, 10b, 10c mit verschiedenen Brechungsindi zes aufweisend . Insbesondere können Hohlräume in dem als Grundkörper ausgebildeten Strukturelement 10a mit verschiedenen Medien gefüllt sein . Es ist möglich, dass das Strukturelement 10a das laseraktive Material umfasst . Es ist auch möglich, dass die Strukturelemente 10b und/oder 10c das laseraktive Material umfassen . Ferner können auch sowohl das Strukturelement 10a als auch die Strukturelemente 10b und/oder 10c laseraktives Material umfassen, wobei vorzugsweise unterschiedliche laseraktive Materialien für die verschiedenen Typen vorgesehen sind .
Fig . 4 zeigt zwei weitere Beispiele von Lasermedium- Anordnungen 1 , welche insbesondere als Bildleiter nutzbar sein können . Die Lasermedium-Anordnungen 1 umfassen wiederum eine Viel zahl von Strukturelementen 10 , welche sich j eweils von einem ersten stirnseitigen Ende 2 zu einem zweiten stirnseitigen Ende 4 der Lasermedium-Anordnung 1 entlang der Transportrichtung 5 erstrecken und beispielsweise stabförmig ausgebildet sind .
Die in Fig . 4 ( a ) gezeigte Lasermedium-Anordnung weist eine Viel zahl von Strukturelementen eines ersten Typs 10a und eine Viel zahl von Strukturelementen eines zweiten Typs 10b auf . In diesem Beispiel sind die Querschnittsregionen der Strukturelemente auf einem periodischen Gitter angeordnet . Die Strukturelemente weisen j edoch eine ungleichmäßige Anordnung dahingehend auf , dass die Strukturelemente des ersten Typs 10a und des zweiten Typs 10b, und damit die Brechungsindi zes , ungleichmäßig angeordnet und/oder verteilt sind und/oder eine ungleichmäßige Belegung auf periodischen Positionen vorliegt . Es ist möglich, dass die Strukturelemente 10a das laseraktive Material umfassen . Es ist auch möglich, dass die Strukturelemente 10b das laseraktive Material umfassen . Ferner können auch sowohl das Strukturelement 10a als auch die Strukturelemente 10b laseraktives Material umfassen, wobei vorzugsweise unterschiedliche laseraktive Materialien für die beiden Typen vorgesehen sind . Die in Fig . 4 (b ) gezeigte Lasermedium-Anordnung weist wiederum eine Viel zahl von Strukturelementen 10 auf , die auf einem periodischen Gitter angeordnet sind, wobei in diesem Beispiel die Querschnittsregionen der Strukturelemente ungleichmäßige Geometrien aufweisen . Die Geometrien können sich insbesondere dadurch unterscheiden, dass die Durchmesser der Strukturelemente bzw . ihrer Querschnittsregionen voneinander abweichen . Darüber hinaus können die Strukturelementen 10 eine Ungleichmäßigkeit dahingehend aufweisen, dass die Brechungsindi zes der Strukturelemente voneinander abweichen . Dabei kann eine diskrete Anzahl verschiedener Brechungsindi zes , z . B . zwei , drei , vier, etc . , aber grundsätzlich auch eine kontinuierliche Variation der Brechzahl vorgesehen sein . Zumindest einige der Strukturelemente 10 weisen in dieser Variante laseraktives Material auf .
Fig . 5 zeigt anhand eines Baumdiagramms verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung einer ungleichmäßigen Anordnung . In Fig . 5a ist als Ausgangspunkt ein Strukturelement 10a gezeigt , welches z . B . als Matrixmaterial ausgebildet sein kann ( es ist auch möglich, dass das Strukturelement 10a als Luft ausgebildet ist bzw . abwesend ist ) . Figur 5b zeigt einen davon abgeleiteten weiteren Ausgangspunkt mit dem Strukturelement 10a sowie einer Viel zahl von periodischen Positionen P zur Belegung mit Strukturelementen, welche dann eine periodische Positionierung aufweisen . Figur 5d zeigt einen weiteren von Fig . 5a abgeleiteten Ausgangspunkt mit dem Strukturelement 10a sowie einer Viel zahl von aperiodischen Positionen P zur Belegung mit Strukturelementen, um eine aperiodische Positionierung zu erlangen . Ausgehend von den in Fig . 5b und 5d gezeigten Ausgangspunkten ergeben sich durch Belegung der Positionen P mit Strukturelementen Lasermedium-Anordnungen wie nachfolgend näher beschrieben wird .
Ausgehend von Fig . 5b zeigt Fig . 5c eine Lasermedium- Anordnung 1 mit Strukturelementen 10b, 10c deren Querschnittsregionen eine periodische Positionierung aufweisen und/oder auf periodischen Positionen liegen . Die in Fig . 5c gezeigte Lasermedium-Anordnung weist drei Typen von Strukturelementen 10a, 10b, 10c auf , welche j eweils einen anderen Brechungsindex aufweisen können . Beispielsweise kann das Strukturelement 10a als Matrixmaterial ausgebildet sein und die Strukturelemente 10b und 10c können Hohlräume in dem Matrixmaterial sein, welche mit Materialien abweichender Brechungsindi zes gefüllt sind .
Möglich ist j edoch ebenso , dass eines der Materialien der Strukturelemente 10b und 10c wiederum dem Matrixmaterial des Strukturelements 10a entspricht bzw . dass die diesen Strukturelementen entsprechenden ( gefüllten) Hohlräume in dem Matrixmaterial fehlen (vergleiche hierzu weiter unten zu Fig . 7a ) . Möglich ist ebenso , dass das Strukturelement 10a als Luft ausgebildet ist bzw . abwesend ist und die Strukturelemente 10b und 10c aneinandergrenzen (vergleiche hierzu weiter unten zu Fig . 8a ) .
Die in Fig . 5c gezeigte Lasermedium-Anordnung 1 weist Strukturelemente 10b, 10c mit einer periodischen Positionierung auf . Die Strukturelemente 10b, 10c sind j edoch unterschiedlichen Typs und die Belegung der unterschiedlichen Typen auf dem regelmäßigen Gitter ist ungleichmäßig . Insbesondere ist somit die Variation der Strukturelemente 10b, 10c untereinander ungleichmäßig . Fig . 5c zeigt somit einen Fall einer Lasermedium-Anordnung 1 , wobei die Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen . Der Begri f f der Anordnung ist hierbei dahingehend zu verstehen, dass die Auswahl bzw . Belegung der verschiedenen Typen von Strukturelementen 10b, 10c auf den j eweiligen periodischen Positionen ungleichmäßig ist .
Möglich ist darüber hinaus , dass die Strukturelemente 10b, 10c sich nicht hinsichtlich ihrer Brechungsindi zes unterscheiden, also z . B . denselben Brechungsindex aufweisen bzw . aus demselben Material bestehen, j edoch hinsichtlich anderer Aspekte variieren (vergleiche hierzu weiter unten zu Fig . 6 ) . Es ist ferner möglich, dass die Strukturelemente 10b, 10c sich sowohl hinsichtlich ihrer Brechungsindi zes unterscheiden als auch hinsichtlich anderer Aspekte .
Insbesondere kann das Strukturelement 10a das laseraktive Material umfassen und/oder es können die Strukturelemente 10b und/oder 10c das laseraktive Material oder ein anderes laseraktives Material umfassen .
Ausgehend von Fig . 5d zeigt Fig . 5e eine Lasermedium- Anordnung 1 mit zwei Typen von Strukturelementen, nämlich dem Strukturelement 10a, welches z . B . als Matrixmaterial ausgebildet sein kann, sowie einer Viel zahl von Strukturelementen 10b, welche beispielsweise als , insbesondere gefüllte , Hohlräume in dem Matrixmaterial ausgebildet sein können . Die Querschnittsregionen der Strukturelemente 10b sind in diesem Fall aperiodisch positioniert . Die Positionierung der Strukturelemente 10b kann hierbei nun eine Ungleichmäßigkeit darstellen . Insbesondere können die Strukturelemente 10b des zweiten Typs ungleichmäßige Positionen aufweisen . Fig . 5e zeigt somit einen Fall einer Lasermedium-Anordnung 1 , wobei die Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen . Der Begri f f der Anordnung ist hierbei dahingehend zu verstehen, dass die oder einige der Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen aperiodisch positioniert sind . Im Fall von Fig . 5e ist insbesondere vorgesehen, dass die Strukturelemente 10b des zweiten Typs einen einheitlichen Brechungsindex aufweisen, einheitliche Geometrien aufweisen und/oder im Hinblick auf weitere Aspekte einheitlich ausgebildet sind, insbesondere identisch ausgebildet sind . In diesem Fall kann von einer einheitlichen Belegung der aperiodischen Positionen gesprochen werden .
Das Strukturelement 10a kann das laseraktive Material umfassen und/oder es können die Strukturelemente 10b das laseraktive Material oder ein anderes laseraktives Material umfassen .
Fig . 5f zeigt demgegenüber ausgehend von Fig . 5d eine Lasermedium-Anordnung 1 bei welcher eine aperiodische Positionierung von Strukturelementen mit zugleich verschiedenen Typen von Strukturelementen 10b, 10c vorgesehen ist . In diesem Fall kann die Ungleichmäßigkeit der Anordnung in der aperiodischen Positionierung der Strukturelemente 10b, 10c liegen oder in der Belegung, also der Variation der Strukturelemente 10b, 10c untereinander, liegen, oder sowohl in der Positionierung als auch in der Belegung liegen .
Das Strukturelement 10a kann das laseraktive Material umfassen und/oder es können die Strukturelemente 10b und/oder 10c das laseraktive Material oder ein anderes laseraktives Material umfassen .
Fig . 6 zeigt verschiedene Möglichkeiten von Variationen, welche Strukturelemente untereinander aufweisen können (mittlere Zeile ) sowie beispielhafte , nicht abschließend zu verstehende , Kombinationsmöglichkeiten der Variationen (untere Ziele ) . Die gezeigten Variationen können insbesondere für eine Belegung von Positionen mit Strukturelementen herangezogen werden, welche ungleichmäßig ausgebildet ist . Strukturelemente , deren Querschnittsregionen auf periodischen oder auch aperiodischen Positionen, z . B . innerhalb eines Matrixmaterials , lokalisiert sind, können beispielsweise untereinander hinsichtlich ihrer Form variieren, hinsichtlich ihres Typs bzw . Brechungsindex variieren, hinsichtlich ihres Substruktur variieren und/oder hinsichtlich ihrer Rotation (und/oder lokalen Position) variieren .
Beispielsweise können Variationen der Geometrien der Strukturelemente , insbesondere deren Querschnittsregionen, ausgebildet sein als Variationen der Form (Anzahl der Ecken, Durchmesser ) . Variationen der Geometrie können auch als Variationen der Substruktur ausgebildet sein . Eine Substruktur kann insbesondere darin liegen, dass ein Strukturelement , insbesondere dessen Querschnittsregion, zumindest zwei verschiedene Bereiche unterschiedlicher Brechungsindi zes aufweist , insbesondere einen Kern und einen umgebenen Mantel (Kern-Mantel-System) .
In Kombination kann beispielsweise eine erste Art von Strukturelementen einen polygonalen Mantel und/oder einen polygonalen Kern aufweisen und eine zweite Art von Strukturelementen einen runden Mantel und einen polygonalen Kern aufweisen (untere Zeile , erste Spalte ) . Diese zwei Arten von Strukturelementen können dann beispielsweise zur Belegung periodischer oder auch aperiodischer Positionen dienen .
Ferner kann beispielsweise eine erste Art von Strukturelementen einen ersten Brechungsindex und einen ersten Durchmesser aufweisen und eine zweite Art von Strukturelementen einen zweiten Brechungsindex und einen zweiten Durchmesser aufweisen (untere Zeile , zweite Spalte ) ; oder eine erste Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem Kern mit einem ersten Durchmesser und eine zweite Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem Kern mit einem zweiten Durchmesser (untere Zeile , dritte Spalte ) ; oder eine erste Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem Kern mit einem ersten Brechungsindex und eine zweite Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem Kern mit einem zweiten Brechungsindex (untere Zeile , vierte Spalte ) ; oder eine erste Art von Strukturelementen einen ersten Durchmesser und eine Rotation um einen außerhalb des Strukturelements liegenden Drehpunkt und eine zweite Art von Strukturelementen einen zweiten Durchmesser und eine Rotation um einen außerhalb des Strukturelements liegenden Drehpunkt (untere Zeile , fünfte Spalte ) , oder eine erste Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem zentrierten Kern und eine zweite Art von Strukturelementen ein Kern-Mantel-System mit einem Kern mit einer Rotation um einen außerhalb des Kerns liegenden Drehpunkt (untere Zeile , sechste Spalte ) , und dergleichen mehr .
Fig . 7a zeigt eine Lasermedium-Anordnung 1 , welche j eweils in einigen Aspekten mit der Lasermedium-Anordnung aus Fig . 5c vergleichbar ist . Die Lasermedium-Anordnung weist ein erstes Strukturelement 10a auf , welches z . B . als Matrixmaterial ausgebildet sein kann . Ferner weist die Lasermedium-Anordnung eine Viel zahl von Strukturelementen 10b auf , welche z . B . als Hohlräume in dem Matrixmaterial ausgebildet sein können . Die Strukturelemente 10b liegen auf periodischen Plätzen, j edoch sind nicht alle periodischen Plätzen mit einem Strukturelement belegt . Fig . 7a zeigt somit einen Fall einer Lasermedium-Anordnung 1 , wobei die Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen, welche eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt ist . Der Begri f f der Anordnung ist hierbei dahingehend zu verstehen, dass die oder einige der Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen auf periodischen Plätzen liegen, wobei einige der periodischen Plätze belegt sind und einige der periodischen Plätze unbelegt sind . Es ist möglich, dass das Strukturelement 10a das laseraktive Material umfasst . Es ist auch möglich, dass die Strukturelemente 10b das laseraktive Material umfassen, insbesondere wenn diese Strukturelemente als gefüllte Hohlräume ausgebildet sind . Ferner können auch sowohl das Strukturelement 10a als auch die Strukturelemente 10b laseraktives Material umfassen, wobei vorzugsweise unterschiedliche laseraktive Materialien für die beiden Typen vorgesehen sind .
Fig . 7b zeigt eine Lasermedium-Anordnung 1 , welche j eweils in einigen Aspekten mit der Lasermedium-Anordnung aus Fig . 5f vergleichbar ist . Die Lasermedium-Anordnung weist ein erstes Strukturelement 10a auf , welches z . B . als Matrixmaterial ausgebildet sein kann . Ferner weist die Lasermedium-Anordnung eine Viel zahl von Strukturelementen 10b mit einem ersten Durchmesser auf sowie eine Viel zahl von Strukturelementen 10c mit einem zweiten Durchmesser . Die Strukturelemente sind in diesem Beispiel aperiodisch positioniert . Fig . 7b zeigt somit einen Fall einer Lasermedium-Anordnung 1 , wobei die Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen . Der Begri f f der Anordnung ist hierbei dahingehend zu verstehen, dass die oder einige der Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen aperiodisch positioniert sind und/oder wobei die Strukturelemente untereinander eine Variation aufweisen, welche ungleichmäßig ausgebildet ist , wobei die Variation als zwei Arten von Strukturelementen ausgebildet ist , z . B . mit verschiedenen Durchmessern . Es ist möglich, dass das Strukturelement 10a das laseraktive Material umfasst . Es ist auch möglich, dass die Strukturelemente 10b und/oder 10c das laseraktive Material umfassen, insbesondere wenn diese Strukturelemente als gefüllte Hohlräume ausgebildet sind . Ferner können auch sowohl das Strukturelement 10a als auch die Strukturelemente 10b und/oder 10c laseraktives Material umfassen, wobei vorzugsweise unterschiedliche laseraktive Materialien für die Typen vorgesehen sind . Fig . 8 zeigt einige Lasermedium-Anordnungen 1 , mit j eweils einer Viel zahl von Strukturelementen einer ersten Art und einer Viel zahl von Strukturelementen einer zweiten Art (und mitunter weiteren Arten in Fig . 8d) . Die hier gezeigten Lasermedium-Anordnungen 1 weisen insbesondere kein Matrixmaterial auf , vielmehr grenzen die Strukturelemente aneinander . Die in Fig . 8 gezeigten Lasermedium-Anordnungen 1 haben gemeinsam, dass die Strukturelemente der verschiedenen Arten, insbesondere deren Querschnittsregionen, periodisch positioniert sind, j edoch die Belegung der periodischen Positionen mit den Arten der Strukturelemente ungleichmäßig ausgebildet ist . Die in Fig . 8 gezeigten Lasermedium-Anordnungen 1 zeichnen sich somit dadurch aus , dass die Strukturelemente bzw . deren Querschnittsregionen eine ungleichmäßige Anordnung aufweisen, wobei der Begri f f der Anordnung hierbei dahingehend zu verstehen ist , dass die Auswahl bzw . Belegung der verschiedenen Arten von Strukturelementen auf den periodischen Positionen ungleichmäßig ist .
Fig . 8a zeigt etwa eine Lasermedium-Anordnung 1 mit einer Viel zahl von Strukturelementen 10a und einer Viel zahl von Strukturelementen 10b, welche unterschiedliche Brechungsindi zes aufweisen . Es ist möglich, dass die Strukturelemente 10a das laseraktive Material umfassen . Es ist auch möglich, dass die Strukturelemente 10b das laseraktive Material umfassen . Ferner können auch sowohl die Strukturelemente 10a als auch die Strukturelemente 10b laseraktives Material umfassen, wobei vorzugsweise unterschiedliche laseraktive Materialien für die beiden Typen vorgesehen sind . Fig. 8b zeigt eine Lasermedium-Anordnung 1 mit einer Vielzahl von Strukturelementen lOd und einer Vielzahl von Strukturelementen lOe, welche unterschiedliche Brechungsindizes und eine unterschiedliche Substruktur aufweisen, wobei die Substruktur durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindizes a und b) bzw. 10a und 10c (mit Brechungsindizes a und c) definiert ist. Die Substruktur liegt hier darin, dass die Strukturelemente lOd und lOe als Kern-Mantel-Systeme ausgebildet sind, wobei sich die Kerne unterscheiden.
Vorzugsweise umfasst zumindest einer der Typen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe das laseraktive Material. Es ist auch möglich, dass mehrere Typen das laseraktive Material umfassen oder dass einige Typen ein anderes laseraktives
Material umfassen.
Fig. 8c zeigt in ähnlicher Weise eine Lasermedium-Anordnung 1 mit einer Vielzahl von Strukturelementen lOd und einer Vielzahl von Strukturelementen lOe, welche unterschiedliche Brechungsindizes und eine unterschiedliche Substruktur aufweisen, wobei die Substruktur durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindizes a und b) bzw. 10c und 10b (mit Brechungsindizes c und b) definiert ist. Die Substruktur liegt hier darin, dass die Strukturelemente lOd und lOe als Kern-Mantel-Systeme ausgebildet sind, wobei sich die Mäntel unterscheiden. Vorzugsweise umfasst wiederum zumindest einer der Typen 10a, 10b, 10c, lOd, lOe das laseraktive Material. Es ist auch möglich, dass mehrere Typen das laseraktive Material umfassen oder dass einige Typen ein anderes laseraktives Material umfassen. Fig. 8d zeigt in ähnlicher Weise eine Lasermedium-Anordnung
1 mit einer Vielzahl von Strukturelementen lOe, einer Vielzahl von Strukturelementen lOf, einer Vielzahl von Strukturelementen 10g, und einer Vielzahl von Strukturelementen 10h, welche unterschiedliche Brechungsindizes und eine unterschiedliche Substruktur aufweisen, wobei die Substruktur durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindizes a und b) bzw. 10a und 10c (mit Brechungsindizes a und c) bzw. 10b und lOd (mit Brechungsindizes b und d) bzw. 10c und lOd (mit Brechungsindizes c und d) definiert ist. Die Substruktur liegt hier darin, dass die Strukturelemente lOe, lOf, 10g und 10h als Kern-Mantel-Systeme ausgebildet sind, wobei sich sowohl die Mäntel als auch die Kerne unterscheiden. Vorzugsweise umfasst zumindest einer der Typen 10a, 10b, 10c, lOd das laseraktive Material. Es ist auch möglich, dass mehrere Typen das laseraktive Material umfassen oder dass einige Typen ein anderes laseraktives Material umfassen.
Fig. 8e zeigt eine Lasermedium-Anordnung 1 mit einer Vielzahl von Strukturelementen 10c und einer Vielzahl von Strukturelementen lOd, welche unterschiedliche Geometrien und eine unterschiedliche Substruktur aufweisen, wobei die Substruktur des Strukturelements 10c durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindizes a und b und einem ersten Kerndurchmesser) definiert ist, und die Substruktur des Strukturelements lOd durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindizes a und b und einem zweiten Kerndurchmesser) . Vorzugsweise umfasst einer der Typen 10a, 10b das laseraktive Material. Es ist auch möglich, dass beide Typen das laseraktive Material umfassen oder dass ein Typ das laseraktive Material umfasst und der andere Typ ein anderes laseraktives Material umfasst .
Fig . 8 f zeigt eine Lasermedium-Anordnung 1 mit einer Viel zahl von Strukturelementen 10c und einer Viel zahl von Strukturelementen l Od, welche unterschiedliche Geometrien und eine unterschiedliche Substruktur aufweisen, wobei die Substruktur des Strukturelements 10c durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindi zes a und b und einem zentral positionierten Kern) definiert ist , und die Substruktur des Strukturelements l Od durch die Sub- Strukturelemente 10a und 10b (mit Brechungsindi zes a und b und einem exzentrisch positionierten Kern) . Vorzugsweise umfasst einer der Typen 10a, 10b das laseraktive Material . Es ist auch möglich, dass beide Typen das laseraktive Material umfassen oder dass ein Typ das laseraktive Material umfasst und der andere Typ ein anderes laseraktives Material umfasst .
Neben der Verwendung in Resonatoren oder allgemeiner Systemen mit optischer Rückkopplung, sind laser-aktive Medien insbesondere als optische Verstärkersysteme verwendbar . Hierbei wird durch eine Pumpquelle eine Besetzungsinversion in dem als Verstärker verwendeten Laser-aktiven Medium erzeugt .
Eine derartige Aus führugns form ist in Figur 9 dargestellt .
Das zu verstärkende Licht stammt dabei von einem externen
Lasersystem 100 emittiert und wird in der in Figur 9 auf deren rechten Seite dargestellten Lasermedium-Anordnung 1 vorzugsweise unidirektional verstärkt . Eine ebenfalls mögliche Verstärkung spontan emittierter Photonen (ASE - ampli fied spontaneous emission) ist hierbei lediglich ein parasitärer Ef fekt .
Hierbei wird eine Laser-Systemanordnung 500 bereitgestellt umfassend ein vorliegend of fenbartes erstes Laser-System 100 , insbesondere als Master-Os zillator 501 , sowie eine vorliegend of fenbarte Lasermedium-Anordnung 1 , insbesondere als Power-Ampli fier 502 , bei welcher von dem Laser-System 100 durch stimulierte Emission von Photonen erzeugtes Laserlicht in die Lasermedium-Anordnung 1 geleitet ist und in der Lasermedium-Anordnung 1 durch stimulierte Emission von Photonen verstärkt wird .
Es kann bei den vorliegend of fenbarten Aus führungs formen die Laser-Systemanordnung 500 und insbesondere deren Lasersystem 100 in kontinuierlichem Betrieb betrieben sein .
Bei weiteren Ausgestaltungen der vorliegend of fenbarten Aus führungs form ist die Laser-Systemanordnung 500 und insbesondere deren Lasersystem 100 gepulst betrieben .
Derartige System können beispielsweise bei der Leistungsskalierung von Lasersystemen Anwendung finden, welche dann wie vorstehend beschrieben einen Master- Os zillator und mindestens einen Power-Ampli fier umfassen .
Insbesondere können auch mehr als eine Lasermedium-
Anordnung 1 , wie diese vorliegend of fenbart ist , insbesondere j eweils als Power-Ampli fier 502 , von der
Laser-Systemanordnung 500 umfasst sein .
Hierbei bestimmt der Master- oder Seed-Laser 501 vornehmlich die Eigenschaften des emittierten Lichtes durch seine Resonatorausgestaltung, welche dessen j eweilige Eigenschaften wie Wellenlänge , Linienbreite oder Pulsdauer bestimmen .
Das vom Master- oder Seed-Laser 501 emittierte zu verstärkende , insbesondere Seed-Licht wird dann in der davon entkoppelten Leistungsstufe , dem vorstehend beschriebenen Power-Ampli fier 502 hochverstärkt , siehe Figur 9 , welche üblicherweise andere Anforderungen als der Master-Os zillator 501 z . B . an die Leistungsbeständigkeit hat .
Beispiele für derartige Anordnungen sind auch Trapezverstärker oder Faserverstärker .
Insbesondere erlaubt die Erfindung auch eine selektive Verstärkung in Bereichen quer zur Ausbreitungsrichtung, welche dem Intensitätsprofil der Seed-Quelle , somit dem Intensitätsprofil des Laser-Systems 501 folgt , wobei dieses bei der Propagation und Verstärkung durch das Lasermedium des Power-Ampli fiers 502 , somit der Lasermedium-Anordnung 1 im Wesentlichen erhalten bleibt .
Ein weiteres Anwendungs f eld für optische Verstärker findet sich im Bereich der Datenkommunikation, wo Signalverluste über große Transportstrecken ausgeglichen werden . Wird zur Erhöhung der Datenrate räumliches Multiplexing verwendet , welches auch als SDM - space devision multiplexing - bezeichnet wird, eine Verteilung der Daten transversal zur Transportrichtung über unterschiedliche Moden oder Kanäle vorgenommen, kann dies auch über ein entsprechendes , vorliegend of fenbartes Verstärkersystem mit einer Laser- Systemanordnung 500 verwirklicht werden .
Eine hierbei verwendete Lasermedium-Anordnung 1 gemäß vorliegender Erfindung erlaubt dies auf Grund der hohen Modendichte , und der damit verbundenen transversal lokalisierten optischen Verstärkung in besonders vorteilhafter Weise .

Claims

Patentansprüche
1 . Lasermedium-Anordnung ( 1 ) zur Erzeugung oder Verstärkung von Laserlicht durch stimulierte Emission von Photonen, wobei die Lasermedium-Anordnung ( 1 ) eine Längsrichtung ( 5 ) und einen quer zu der Längsrichtung ( 5 ) verlaufenden Querschnitt definiert , und wobei die Lasermedium-Anordnung ( 1 ) eine Viel zahl von Strukturelementen ( 10 ) umfasst , welche sich j eweils entlang der Längsrichtung ( 5 ) sowie anteilig über den Querschnitt erstrecken, wobei zumindest zwei verschiedene Typen von Strukturelementen umfasst sind, nämlich ein erster Typ ( 10a ) mit einem ersten Brechungsindex und ein zweiter Typ ( 10b ) mit einem zweiten Brechungsindex, wobei zumindest eines der Strukturelemente ( 10 ) ein laseraktives Material umfasst .
2 . Lasermedium-Anordnung gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die Lasermedium-Anordnung eine Rückkoppel- Einrichtung umfasst , welche dazu eingerichtet ist , das erzeugte Laserlicht anteilig in das laseraktive Material zurückzuführen, wobei vorzugsweise vorgesehen ist , dass die Lasermedium-Anordnung zwei stirnseitige Enden aufweist , welche die Ausdehnung der Lasermedium- Anordnung entlang der Längsrichtung begrenzen, wobei die stirnseitigen Enden vorzugsweise dazu eingerichtet sind, das erzeugte Laserlicht anteilig in das laseraktive Material zurückzuführen, insbesondere indem die stirnseitigen Enden Endflächen bilden, die senkrecht zu der Längsrichtung verlaufen und/oder verspiegelt ausgebildet sind, und/oder wobei vorzugsweise vorgesehen ist , dass die Lasermedium-Anordnung, insbesondere die Strukturelemente , insbesondere das laseraktive Material , lichtstreuende Strukturen umfasst , welche dazu eingerichtet sind, das erzeugte Laserlicht anteilig in das laseraktive Material zurückzuführen, und/ oder wobei vorzugsweise vorgesehen ist , dass die Lasermedium-Anordnung einen die stirnseitigen Enden umgebenden optischen Resonator umfasst , welcher dazu eingerichtet sind, das erzeugte Laserlicht anteilig in das laseraktive Material zurückzuführen . Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Lasermedium-Anordnung, ein oder mehrere frequenzselektive Elemente umfasst , insbesondere ein oder mehrere der folgenden Komponenten umfasst : Lyot- Filter, Beugungsgitter, Etalon, elektro-optischer Modulator, wobei das oder die frequenzselektiven Elemente vorzugsweise innerhalb der Rückkoppel-Einrichtung, insbesondere innerhalb des optischen Resonators eingebracht , insbesondere als Faser-Bragg-Gitter angebracht sind . Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Lasermedium-Anordnung, insbesondere die
Strukturelemente , insbesondere deren Geometrie und/oder Anordnung im Querschnitt der Lasermedium- Anordnung, derart ausgebildet ist , dass in der Lasermedium-Anordnung eine Viel zahl von transversalen Moden anregbar ist , wobei in der Lasermedium-Anordnung vorzugsweise eine Modendichte anregbar ist , welche zumindest 1000 pro mm2 beträgt , insbesondere zumindest 5000 pro mm2 beträgt , insbesondere zumindest 10000 pro mm2 beträgt , insbesondere zumindest 20000 pro mm2 beträgt , insbesondere zumindest 50000 pro mm2 beträgt , und/oder wobei in der Lasermedium-Anordnung vorzugsweise zumindest 10 transversale Moden anregbar sind, besonders bevorzugt zumindest 100 transversale Moden anregbar sind, nochmals bevorzugter zumindest 500 transversale Moden anregbar sind, nochmals bevorzugter zumindest 1000 transversale Moden anregbar sind . Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei die Lasermedium-Anordnung dazu eingerichtet ist , Licht entlang der Längsrichtung der Lasermedium- Anordnung zu leiten und quer zu der Längsrichtung optisch einzuschließen, und/oder wobei die Lasermedium-Anordnung dazu eingerichtet ist , Licht quer zu der Längsrichtung transversal lokalisiert zu übertragen, insbesondere mit einer räumlichen Auflösung im Querschnitt der Lasermedium- Anordnung zu übertragen, dass die Lasermedium- Anordnung einen Bildleiter bildet , wobei die räumliche Auflösung vorzugsweise höher ist als 5 Linienpaare pro mm, besonders bevorzugt höher ist als 10 Linienpaare pro mm, oder höher ist als 25 Linienpaare pro mm, oder höher ist als 50 Linienpaare pro mm, oder höher ist als 100 Linienpaare pro mm, oder höher ist als 150 Linienpaare pro mm, oder höher ist als 200 Linienpaare pro mm, und/oder wobei die Strukturelemente sich derart über den
Querschnitt der Lasermedium-Anordnung erstrecken, dass im Querschnitt der Lasermedium-Anordnung eine Viel zahl von Querschnittsregionen definiert ist , welche j eweils dem Querschnitt eines einzelnen Strukturelements entsprechen, und/oder wobei die Strukturelemente , insbesondere deren Querschnittsregionen, ungleichmäßig angeordnet sind, um eine transversale Anderson-Lokalisierung quer zu der Längsrichtung zu bewirken . Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei ein Strukturelement des ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sind, und wobei das Strukturelement des ersten Typs ausgebildet ist als , insbesondere monolithischer, Grundkörper mit oder aus einem ersten Medium, wobei das erste Medium den ersten Brechungsindex aufweist , und wobei die Strukturelemente des zweiten Typs ausgebildet sind als Hohlräume in dem Grundkörper, wobei die Hohlräume vorzugsweise den zweiten Brechungsindex bilden oder mit einem zweiten Medium, insbesondere einem Festkörper, gefüllt sind, wobei das zweite Medium den zweiten Brechungsindex aufweist . Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei eine Viel zahl von Strukturelementen des ersten Typs und eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sind, und wobei die Strukturelemente des ersten Typs ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem ersten Medium, wobei das erste Medium den ersten Brechungsindex aufweist , und wobei die Strukturelemente des zweiten Typs ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem zweiten Medium, wobei das zweite Medium den zweiten Brechungsindex aufweist oder wobei die Strukturelemente des zweiten Typs ausgebildet sind als Hohlräume in den Strukturelementen des ersten Typs , wobei die Hohlräume vorzugsweise den zweiten Brechungsindex bilden oder mit einem zweiten Medium, insbesondere einem Festkörper, gefüllt sind, wobei das zweite Medium den zweiten Brechungsindex aufweist . Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche wobei zumindest ein Strukturelement des ersten Typs , vorzugsweise die Strukturelemente des ersten Typs , besonders bevorzugt das erste Medium, das laseraktive Material umfasst , und wobei vorzugsweise ferner zumindest ein Strukturelement des zweiten Typs , vorzugsweise die Strukturelemente des zweiten Typs , besonders bevorzugt das zweite Medium ein weiteres , anderes laseraktives Material umfasst , und/oder wobei zumindest ein Strukturelement des zweiten Typs , vorzugsweise die Strukturelemente des zweiten Typs , besonders bevorzugt das zweite Medium, das laseraktive Material umfasst , und wobei vorzugsweise ferner zumindest ein Strukturelement des ersten Typs , vorzugsweise die Strukturelemente des ersten Typs , besonders bevorzugt das erste Medium ein weiteres , anderes laseraktives Material umfasst . Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei das laseraktive Material einen kristallinen oder amorphen Festkörper, insbesondere ein Glas , als Wirtsmaterial mit einer Fremdionen-Dotierung umfasst , wobei das laseraktive Material insbesondere ein Multikomponentenglas , Phosphatglas , Fluorophosphatglas , Silikatglas oder Quarzglas als Wirtsmaterial umfasst , welches eine Dotierung mit Ionen zumindest eines Übergangsmetalls und/oder einer seltenen Erde umfasst , insbesondere mit 4 fn Grundzustand und/oder wobei optional das andere laseraktive Material einen kristallinen oder amorphen Festkörper, insbesondere ein Glas , als Wirtsmaterial mit einer Fremdionen-Dotierung umfasst , wobei das andere laseraktive Material insbesondere ein Multikomponentenglas , Phosphatglas , Fluorophosphatglas , Silikatglas oder Quarzglas als Wirtsmaterial umfasst , welches eine Dotierung mit Ionen zumindest eines Übergangsmetalls und/oder einer seltenen Erde umfasst , insbesondere mit 4 fn Grundzustand . Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei ein Strukturelement des ersten Typs umfasst ist , welches ausgebildet ist als , insbesondere monolithischer, Grundkörper mit oder aus einem ersten Medium, insbesondere Glas , welches den ersten Brechungsindex aufweist , und wobei eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sind, welche ausgebildet sind als Hohlräume in dem Grundkörper, welche mit einem als Festkörper ausgebildeten zweiten Medium, insbesondere Glas , gefüllt sind, welche den zweiten Brechungsindex aufweisen und das laseraktive Material umfassen . Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei ein Strukturelement des ersten Typs umfasst ist , welches ausgebildet ist als , insbesondere monolithischer, Grundkörper mit oder aus einem ersten Medium, insbesondere Glas , welches den ersten Brechungsindex aufweist und das laseraktive Material umfasst , und wobei eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sind, welche ausgebildet sind als Hohlräume in dem Grundkörper, welche den zweiten Brechungsindex bilden oder welche mit einem zweiten Medium gefüllt sind, insbesondere einem Festkörper, welches den zweiten Brechungsindex aufweist , und optional ein weiteres , anderes laseraktives Material umfasst .
12 . Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei eine Viel zahl von Strukturelementen des ersten Typs umfasst sind, welche ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem ersten Medium, insbesondere Glas , welches den ersten Brechungsindex aufweist und das laseraktive Material umfasst , und wobei eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sind, welche ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem zweiten Medium, insbesondere Glas , welches den zweiten Brechungsindex aufweist und optional ein weiteres , anderes laseraktives Material umfasst .
13 . Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche , wobei eine Viel zahl von Strukturelementen des ersten Typs umfasst sind, welche ausgebildet sind als , insbesondere stabförmige oder rohrförmige , Körper mit oder aus einem ersten Medium, insbesondere Glas , welches den ersten Brechungsindex aufweist und das laseraktive Material umfasst , und wobei eine Viel zahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sind, welche ausgebildet sind als Hohlräume in den Strukturelementen des ersten Typs und welche den zweiten Brechungsindex bilden oder welche mit einem zweiten Medium gefüllt sind, insbesondere Glas, welches den zweiten Brechungsindex aufweist, und optional ein weiteres, anderes laseraktives Material umfasst.
14. Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von Strukturelementen des ersten Typs umfasst sind, welche ausgebildet sind als, insbesondere stabförmige oder rohrförmige, Körper mit oder aus einem ersten Medium, insbesondere Glas, welches den ersten Brechungsindex aufweist, und wobei eine Vielzahl von Strukturelementen des zweiten Typs umfasst sind, welche ausgebildet sind als Hohlräume in den Strukturelementen des ersten Typs, welche mit einem zweiten Medium gefüllt sind, insbesondere Glas, welches den zweiten Brechungsindex aufweist und das laseraktive Material umfasst.
15. Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Brechungsindex der Strukturelemente des ersten Typs und der zweite Brechungsindex der Strukturelemente des zweiten Typs um mindestens 0,05 abweichen, um mindestens 0,075 abweichen, insbesondere um mindestens 0,1 abweichen, insbesondere um mindestens 0,2 abweichen, insbesondere um mindestens 0,3 abweichen, insbesondere um mindestens 0,4 abweichen, .
16. Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Strukturelemente sich derart über den Querschnitt der Lasermedium-Anordnung erstrecken, dass im Querschnitt der Lasermedium-Anordnung eine Vielzahl von Querschnittsregionen definiert ist, welche jeweils dem Querschnitt eines einzelnen Strukturelements entsprechen, und wobei das Verhältnis der Gesamtfläche der Querschnittsregionen der Strukturelemente des ersten Typs und der Gesamtfläche der Querschnittsregionen der Strukturelemente des zweiten Typs in einem Bereich zwischen 1:9 und 9:1 liegt, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 3:7 und 7:3 liegt, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 4:6 und 6:4 liegt, und/ oder wobei die Gesamtfläche der Querschnittsregionen der Strukturelemente für jeden Typ mindestens l/ (10*T) , vorzugsweise mindestens 1/ (5*T) , besonders bevorzugt mindestens 1/ (3*T) der Querschnittsfläche, beträgt, wobei T die Anzahl der Typen bezeichnet.
17. Lasermedium-Anordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Strukturelemente sich derart über den Querschnitt der Lasermedium-Anordnung erstrecken, dass im Querschnitt der Lasermedium-Anordnung eine Vielzahl von Querschnittsregionen definiert ist, welche jeweils dem Querschnitt eines einzelnen Strukturelements entsprechen, und wobei die Strukturelemente, insbesondere deren Querschnittsregionen, eine ungleichmäßig Anordnung aufweisen, welche insbesondere zufällig und/oder ungleichmäßig aber durch eine vorbestimmte Regel festgelegt, ausgebildet ist, wobei die ungleichmäßig Anordnung vorzugsweise ausgebildet ist :
( a ) als eine periodische Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, wobei die periodisch positionierten Strukturelemente untereinander eine Variation aufweisen, welche zufällig und/oder ungleichmäßig aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , wobei die Variation der periodisch positionierten Strukturelemente untereinander vorzugsweise als Variation des Typs der Strukturelemente , des Brechungsindex der Strukturelemente und/oder der Geometrie , z . B . der Form, des Durchmessers und/oder der Substruktur, der Strukturelemente ausgebildet ist ,
(b ) als eine aperiodische Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, wobei die aperiodischen Positionen der Strukturelemente zufällig und/oder ungleichmäßig aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet sind, wobei optional die Strukturelemente zudem untereinander eine Variation aufweisen, welche zufällig und/oder ungleichmäßig aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , und/oder ( c ) als eine Positionierung von Strukturelementen, insbesondere deren Querschnittsregionen, auf periodischen Plätzen, wobei einige der periodischen Plätze belegt sind und einige der periodischen Plätze unbelegt sind und die Belegung zufällig und/oder ungleichmäßig aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt , ausgebildet ist , wobei optional die Strukturelemente zudem untereinander eine Variation aufweisen, welche zufällig und/oder ungleichmäßig aber eindeutig durch eine vorbestimmte Regel festgelegt, ausgebildet ist.
18. Laser-System (100) umfassend: eine Lasermedium-Anordnung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, zumindest eine Pumpquelle (200) zum optischen Anregen des laseraktiven Materials, und eine Auskoppelstelle (400) zur Auskopplung des erzeugten Laserlichts.
19. Laser-System (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Laser-System (100) derart eingerichtet ist, insbesondere die Pumpquelle derart eingerichtet ist, dass lediglich ein definierter Teil (6) des Querschnitts der Lasermedium-Anordnung (1) über die Pumpquelle anregbar ist, um die räumliche Inkohärenz des ausgekoppelten Laserlichts zu vermindern, wobei das Laser-System (100) vorzugsweise derart eingerichtet ist und/oder Mittel umfasst, dass der definierte Teil (6) des Querschnitts variierbar ist, so dass die räumliche Inkohärenz des ausgekoppelten Laserlichts einstellbar ist.
20. Laser-Systemanordnung (500) , insbesondere Master- Oscillator-Power-Amplif ier-Anordnung, umfassend ein erstes Laser-System (100) , insbesondere nach Anspruch 18 oder 19, insbesondere als Master Oscillator (501) sowie zumindest eine Lasermedium-Anordnung (1) nach einem der Ansprüche von 1 bis 17, insbesondere als Power-Amplifier (502) , wobei von dem Laser-System (100) durch stimulierte Emission von Photonen erzeugtes Laserlicht in die Lasermedium-Anordnung (1) geleitet ist und in der Lasermedium-Anordnung (1) durch stimulierte Emission von Photonen verstärkt wird. Laser-Systemanordnung (500) nach Anspruch 20, umfassend mehr als eine Lasermedium-Anordnung (1) nach einem der Ansprüche von 1 bis 17, insbesondere als Power-Amplifier (502) . Laser-Systemanordnung (500) nach Anspruch 20 oder 21, bei welchem das Laser-System in kontinuierlichem Betrieb betrieben ist. Laser-Systemanordnung (500) nach Anspruch 20 oder 21, bei welchem das Laser-System gepulst betrieben ist. Verfahren zur Erzeugung oder Verstärkung von Laserlicht durch stimulierte Emission von Photonen, wobei eine Lasermedium-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 bereitgestellt wird, wobei die Lasermedium-Anordnung eine Vielzahl von Strukturelementen umfasst, welche jeweils laseraktives Material umfassen, und wobei eine Pumpquelle zum optischen Anregen des laseraktiven Materials bereitgestellt wird und das laseraktive Material mittels der Pumpquelle angeregt wird, wobei laseraktives Material simultan innerhalb einer Viel zahl von Strukturelementen angeregt wird, insbesondere , um Laserlicht mit räumlicher Inkohärenz zu erzeugen und/oder wobei laseraktives Material in zumindest einem Strukturelement , vorzugsweise einer einstellbaren
Viel zahl von Strukturelementen, nicht angeregt wird, insbesondere , um die räumliche Inkohärenz des Laserlichts zu vermindern und/oder wobei ein definierter Teil des Querschnitts der Lasermedium-Anordnung über die Pumpquelle angeregt wird, insbesondere derart , dass das transversale Profil des Laserlichts der Geometrie des anregten definierten Teils des Querschnitts entspricht .
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