WO1996037021A1 - Diode laser-pumped solid state laser - Google Patents

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WO1996037021A1
WO1996037021A1 PCT/EP1996/001251 EP9601251W WO9637021A1 WO 1996037021 A1 WO1996037021 A1 WO 1996037021A1 EP 9601251 W EP9601251 W EP 9601251W WO 9637021 A1 WO9637021 A1 WO 9637021A1
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Abstract

A diode laser-pumped solid state laser with at least one rod or disc-shaped solid body (9) as the active medium and with diode lasers (10) from which the emitted radiation (11) is beamed into the solid body, wherein there are reflecting components (8) to guide and/or shape the beam, in which the solid body (9) is surrounded radially to its axis (2) by a glass or crystal surround (1) transparent to the emitted radiation, where the outer surface of the surround (1) is divided into at least two regions, one of which forms an irradiation region (7) for the emitted radiation and the other acts as a reflective surface (8) which reflects on the solid body (9) the radiation (11) passing through the surround (1).

Description

P a t e n t a n e l d ü n g P a t e n t a n e l d ün
"Diodenlasergepumpter Festkörperlaser""Diode laser pumped solid state laser"
Die Erfindung betrifft einen diodenlasergepumpten Festkörperlaser mit mindestens einem als aktives Medium dienenden, stab- oder scheibenför¬ migen Festkörper und mit Diodenlasern, deren abgegebene Strahlung in den Festkörper eingestrahlt wird, wobei zur Strahlführung und/oder -formung reflektierende Elemente eingesetzt sind.The invention relates to a diode laser-pumped solid-state laser with at least one rod-shaped or disk-shaped solid serving as an active medium and with diode lasers whose emitted radiation is irradiated into the solid, reflecting elements being used for beam guidance and / or shaping.
Aufgrund der schnellen Fortentwicklung der Hochleistungslasertechnologie in den letzten Jahren werden zunehmend Lampen, die zum Pumpen von Fest¬ körperlasern eingesetzt werden, durch Diodenlaser ersetzt. Bedingt durch die Geometrie des aktiven Mediums sind Diodenlaserstrahlen unter anderem durch den elliptischen Strahlquerschnitt gekennzeichnet. Die große Achse dieses ellipsenförmigen Querschnitts verläuft senkrecht zu dem pn-über- gang der Diodenstruktur (auch als Fast-Richtung bezeichnet), während die kleine Achse parallel zu der Ebene des pn-übergangs (auch als Flow-Rich- tung bezeichnet) verläuft. Zu diesem asymmetrischen Strahlquerschnitt kommt hinzu, daß die austretende Strahlung in Richtung der großen Achse, d.h. senkrecht zu der Ebene des pn-übergangs bzw. zu der aktiven Schicht eine hohe Divergenz zeigt, mit einem Strahlöffnungswinkel von bis zu 90°, während in der Richtung der kleinen Achse diese Divergenz nur bei etwa 10° liegt.Due to the rapid development of high-power laser technology in recent years, lamps which are used for pumping solid-state lasers are increasingly being replaced by diode lasers. Due to the geometry of the active medium, diode laser beams are characterized, among other things, by the elliptical beam cross section. The large axis of this elliptical cross-section runs perpendicular to the pn junction of the diode structure (also referred to as the fast direction), while the small axis runs parallel to the plane of the pn junction (also referred to as the flow direction). In addition to this asymmetrical beam cross section, the emerging radiation in the direction of the major axis, i.e. perpendicular to the plane of the pn junction or to the active layer shows a high divergence, with a beam opening angle of up to 90 °, while in the direction of the small axis this divergence is only about 10 °.
Aufgrund des besonderen elliptischen Strahlquerschnitts und der großen Divergenz senkrecht zur aktiven Ebene (auch als Junction-Ebene bezeich- net) und der relativ geringen Divergenz in Richtung der kleinen Achse, hängt ein effizientes Pumpen von Festkörperlasern mittels solcher Dioden¬ laser entscheidend von der geeigneten Führung und Formung der Dioden- laserstrahlung ab. Weiterhin werden die erzielbaren Lasereigenschaften, wie die Strahlquälitat und die Ausgangsleistung, durch die effektive Ab¬ führung der nicht zum Laserprozeß beitragenden Wärme stark beeinflußt.Due to the special elliptical beam cross-section and the large divergence perpendicular to the active plane (also known as the junction plane net) and the relatively low divergence in the direction of the small axis, an efficient pumping of solid-state lasers by means of such diode lasers crucially depends on the suitable guidance and shaping of the diode laser radiation. Furthermore, the achievable laser properties, such as the beam quality and the output power, are strongly influenced by the effective dissipation of the heat which does not contribute to the laser process.
Es gibt verschiedene Konzepte zur Einkopplung von Diodenlaserstrahlung in Festkörpermedien. Eine Ausführungsform gemäß dem Oberbegriff des An¬ spruchs 1 ist in "Efficient continuous-wafe TEMQ0 Operation of a trans- versely diode-pumped Nd.YAG laser" von D.R. Walker, C.J. Flood und H.M. van Driel, Juli 15, 1994, Vol. 19, No. 14/OPTICS LETTERS, Sei¬ te 1055 ff., beschrieben. Hierbei wird die Diodenlaserstrahlung über el¬ liptische Spiegel in das Festkörpermedium eingestrahlt. Die einzelnen Laserdioden mit den ihnen zugeordneten elliptischen Spiegeln sind gleich¬ mäßig um den Festkörper herum mit Abstand verteilt.There are various concepts for coupling diode laser radiation into solid state media. An embodiment according to the preamble of claim 1 is described in "Efficient continuous-wafer TEM Q0 Operation of a transversely diode-pumped Nd.YAG laser" by DR Walker, CJ Flood and HM van Driel, July 15, 1994, Vol 19, No. 14 / OPTICS LETTERS, page 1055 ff. Here, the diode laser radiation is radiated into the solid-state medium via elliptical mirrors. The individual laser diodes with their associated elliptical mirrors are evenly spaced around the solid.
Ein weiterer Aufbau ist in "Solid-state laser engineering" von Walter Köchner, Springer-Verlag, unter dem Kapitel "Laser-diode-pumped Systems" beschrieben und auf Seite 134 skizziert. Bei dieser Anordnung sind Dio- denarrays um einen Festkörperlaserstab in radialer Richtung und axialer Richtung verteilt, um die Strahlung der einzelnen Laserdioden in den Festkörper einzukoppeln.Another structure is described in "Solid-state laser engineering" by Walter Köchner, Springer-Verlag, under the chapter "Laser-diode-pumped systems" and outlined on page 134. In this arrangement, diode arrays are distributed around a solid-state laser rod in the radial and axial directions in order to couple the radiation from the individual laser diodes into the solid.
Mit den vorstehenden Anordnungen kann die Gain- bzw. Verstärkungsvertei¬ lung je nach Anwendung durch die unterschiedliche Fokussierung optimiert werden, was jedoch Fokussierungskomponenten erforderlich macht, wie bei¬ spielsweise die elliptischen oder zylindrischen Spiegel, wodurch die Bau¬ kosten erhöht werden.With the above arrangements, the gain or gain distribution can be optimized depending on the application by the different focusing, but this requires focusing components, such as the elliptical or cylindrical mirrors, which increases the construction costs.
Eine weitere Möglichkeit, die Diodenlaserstrahlung in den Festkörper ein¬ zukoppeln, kann unter Verwendung von Strahlführungseiementen erfolgen. Ausgehend von dem vorstehend angesprochenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung eines dioden- lasergepumpten Festkörperlasers anzugeben, bei dem zum einen mit einem hohen Wirkungsgrad die von Diodenlasern abgegebene Strahlung in das Fest¬ körpermedium eingekoppelt werden kann, bei dem zum anderen die Verlust¬ wärme in einfacher Weise abgeführt werden kann und die eine große Va¬ riationsmöglichkeit im Aufbau bietet, allerdings dennoch zu einem kompak¬ ten Aufbau führt.A further possibility of coupling the diode laser radiation into the solid body can be done using beam guiding elements. Starting from the prior art mentioned above, the present invention is based on the object of specifying an arrangement of a diode-laser-pumped solid-state laser in which, on the one hand, the radiation emitted by diode lasers can be coupled into the solid-state medium with a high degree of efficiency, in which others, the heat loss can be dissipated in a simple manner and which offers a great variation in structure, but nevertheless leads to a compact structure.
Die vorstehende Aufgabe wird bei einem diodenlasergepumpten Festkörperla¬ ser dadurch gelöst, daß der Festkörper von einem für die abgegebene Strahlung transparenten Glas- oder Kristall-Hüllkörper in radialer Rich¬ tung zu seiner Achse umhüllt ist, wobei die Mantelfläche des Hüllkörpers in mindestens zwei Bereiche aufgeteilt ist, von denen einer einen Ein¬ strahlbereich für die abgegebene Strahlung bildet und der andere Bereich als Reflexionsfläche dient, die durch den Hüllkörper hindurchgehende Strahlung auf den Festkörper reflektiert.The above object is achieved in a diode-laser-pumped solid-state laser in that the solid body is enveloped by a glass or crystal enveloping body which is transparent to the emitted radiation in the radial direction of its axis, the outer surface of the enveloping body being divided into at least two areas , one of which forms an irradiation area for the emitted radiation and the other area serves as a reflection surface which reflects radiation passing through the enveloping body onto the solid body.
Erfindungsgemäß wird ein speziell geformter Glas- oder Kristall-Hüllkör¬ per, vorzugsweise in der Form eines Zylinders oder Zylinderabschnitts, der in seiner Außenkonfiguration in Umfangsrichtung in einzelne Bereiche bzw. Flächenabschnitte unterteilt ist, wobei wechselweise diese Abschnit¬ te einen Einstrahlbereich für die abgegebene Diodenstrahlung, die über diese Flächen in den Körper eingekoppelt wird, und Reflexionsflächen bil¬ den. Dies bedeutet, daß Strahlung, die über die Einstrahlbereiche einge¬ koppelt wird, entweder unmittelbar in den Festkörperstab, der in dem Hüllkörper vorzugsweise dicht anliegend eingebettet ist, eingestrahlt wird, oder an den jeweiligen Reflexionsflächen, die beispielsweise durch eine Beschichtung der Außenseite des Hüllkörpers im Bereich dieser Re¬ flexionsflächen gebildet sind, reflektiert wird. Gleichzeitig dienen die¬ se Reflexionsflachen dazu, Verlustwärme, die innerhalb des Hüllkörpers entsteht, durch Wämeleitung an die Außenumgebung abzugeben. Es ist er¬ sichtlich, daß hierdurch ein einfaches Bauteil erhalten wird, mit dem zum einen definiert die Diodenlaserstrahlung zum Pumpen des Festkörpers zu dem Festkörperstab hin geführt werden kann, zum anderen eine Wärmeab¬ führung zur Außenumgebung erreicht wird. Die einzelnen Flächenbereiche können unterschiedlich in ihrer Erstreckung und in Umfangsrichtung des Hüllkörpers dimensioniert sein. Das bedeutet mit anderen Worten, daß der Bereich, über den die Strahlung der Diodenlaser in den Hüllkörper einge¬ strahlt wird, nur so groß wählbar ist, daß er gerade ausreicht, um die gesamte, von den Diodenlasern abgegebene Strahlung aufzunehmen, während die verbleibenden Bereiche dann dazu ausgenutzt werden können, als Re¬ flexionsflächen ausgebildet, die Verlustwärme zur Außenseite abzuführen. Die vorstehend beschriebenen Di ensionierungs- und Profilierungsmöglich- keiten hinsichtlich des Hüllkörpers sind mit einfachen Mitteln insbeson¬ dere dahingehend vorteilhaft, daß die Geometrie des Hüllkörpers dem un¬ terschiedlichen Strahlquerschnitt der Diodenlaser, wie dies eingangs er¬ läutert ist, angepaßt werden kann.According to the invention, a specially shaped glass or crystal envelope, preferably in the form of a cylinder or cylinder section, is divided in its outer configuration in the circumferential direction into individual areas or surface sections, these sections alternately providing an irradiation area for the emitted diode radiation , which is coupled into the body via these surfaces, and reflection surfaces form. This means that radiation that is coupled in via the irradiation regions is either radiated directly into the solid-state rod, which is preferably embedded tightly in the enveloping body, or at the respective reflection surfaces, for example by coating the outside of the enveloping body in the Area of these reflecting surfaces are formed, is reflected. At the same time, these reflection surfaces serve to dissipate heat loss that arises within the enveloping body through thermal conduction to the outside environment. It is evident that a simple component is obtained in this way, with which the one defines the diode laser radiation for pumping the solid body to the solid body rod, on the other hand heat dissipation to the outside environment is achieved. The individual surface areas can be dimensioned differently in terms of their extent and in the circumferential direction of the enveloping body. In other words, this means that the area over which the radiation from the diode lasers is radiated into the enveloping body can only be selected so large that it is just sufficient to absorb all of the radiation emitted by the diode lasers, while the remaining areas can then be used, designed as reflecting surfaces, to dissipate the heat loss to the outside. The above-mentioned dimensioning and profiling possibilities with regard to the enveloping body are particularly advantageous with simple means in that the geometry of the enveloping body can be adapted to the different beam cross-sections of the diode lasers, as explained at the beginning.
Bevorzugt wird der Hüllkörper als zylinderför iges Teil aufgebaut mit in axialer Richtung begrenzenden Stirnflächen, die dann total reflektierend für die sich in dem Hüllkörper ausbreitende Diodenlaserstrahlung ausge¬ bildet sind. Die Diodenlaserstrahlung wird über die Mantelflachensegmente in Form der Einstrahlbereiche des Hüllkörpers in diesen eingestrahlt und zu dem Festkörper hin geführt; Strahlung, die aufgrund der Strahldiver- genz oder der Reflexionen innerhalb des Hüllkörpers zu den Stirnflächen des Hüllkδrpers hin gerichtet wird, wird dort durch Totalreflexion re¬ flektiert, so daß keine Verluste durch aus dem Hüllkörper austretende Strahlung auftreten.The enveloping body is preferably constructed as a cylindrical part with end faces delimiting in the axial direction, which are then totally reflective for the diode laser radiation propagating in the enveloping body. The diode laser radiation is radiated into the envelope body in the form of the irradiation regions of the envelope body and guided to the solid body; Radiation, which is directed towards the end faces of the enveloping body due to the beam divergence or the reflections within the enveloping body, is reflected there by total reflection, so that no losses due to radiation emerging from the enveloping body occur.
Vorzugsweise wird der Hüllkörper in Bezug auf seinen Querschnitt symme¬ trisch zu einer Ebene aufgebaut, die die Achse des Hüllkörpers enthält. Hierdurch wird erreicht, daß der Festkörper gleichförmig aus den unter¬ schiedlichen Richtungen durch die Strahlung der Diodenlaser gepumpt wird. Bei dem Aufbau des Hüllkörpers sollte darauf geachtet werden, daß jeweils die Reflexionsflächen den Einstrahlbereichen, über die die Diodenstrah- lung in den Hüllkörper eingestrahlt wird, gegenüberliegen, so daß die eingestrahlte Strahlung entweder unmittelbar auf den Festkörper trifft oder auf die dahinterliegende bzw. die der Einstrahlfläche gegenüberlie¬ gende Reflexionsfläche des Hüllkörpers, um dann, an dieser Reflexions¬ fläche reflektiert, auf den Festkörper gerichtet zu werden. Hieraus folgt, daß es vorteilhaft ist, daß jedem Einstrahlbereich mindestens eine Reflexionsfläche zugeordnet ist.With respect to its cross section, the enveloping body is preferably constructed symmetrically to a plane that contains the axis of the enveloping body. This ensures that the solid body is pumped uniformly from the different directions by the radiation from the diode laser. When constructing the enveloping body, care should be taken to ensure that the reflective surfaces reflect the irradiation areas over which the diode beam radiation is radiated into the enveloping body, so that the irradiated radiation either impinges directly on the solid body or on the reflecting surface of the enveloping body lying behind or opposite the irradiation surface, and then, reflected on this reflecting surface, is directed at the solid body to become. It follows from this that it is advantageous that at least one reflection surface is assigned to each irradiation area.
In einer bevorzugten Weiterbildung werden die Reflexionsflächen so ausge¬ bildet, daß sie die Strahlung auf den Festkörper fokussieren. Hierbei werden die Reflexionsflächen so dimensioniert und gekrümmt, daß sie vor¬ zugsweise diejenige Strahlung fokussieren, die in den Hüllkörper über den jeweiligen Einstrahlbereich eingestrahlt wird, der dieser Reflexions¬ fläche gegenüberliegt.In a preferred development, the reflection surfaces are designed such that they focus the radiation onto the solid body. In this case, the reflection surfaces are dimensioned and curved such that they preferably focus the radiation that is radiated into the enveloping body over the respective irradiation area that is opposite this reflection surface.
Um jedoch die Strahlung der Diodenlaser unmittelbar ohne Reflexionsver¬ luste in den Festkörper einzustrahlen, können zum einen die Diodenlaser so dimensioniert werden, daß deren Strahlquerschnitt den Querschnitt des Festkörpers in etwa ausleuchtet, so daß annähernd die gesamte Strahlung der Diodenlaser unmittelbar auf den Festkörperstab auftrifft. Eine solche definierte Ausleuchtung kann aber auch dadurch erzielt werden, daß die Flächen der Einstrahlbereiche durch eine definierte Krümmung die Strah¬ lung der Diodenlaser in der einen oder der anderen Richtung (auch in Ab¬ hängigkeit der Lage des elliptischen Strahlquerschnitts der Diodenlaser) fokussieren oder aufweiten.However, in order to radiate the radiation from the diode lasers directly into the solid body without reflection losses, on the one hand the diode lasers can be dimensioned such that their beam cross section approximately illuminates the cross section of the solid body, so that almost all of the radiation from the diode lasers impinges directly on the solid body rod. Such defined illumination can, however, also be achieved in that the surfaces of the irradiation areas focus or expand the radiation of the diode laser in one direction or the other (also depending on the position of the elliptical beam cross section of the diode laser) by means of a defined curvature .
Es ist bekannt, daß einzelne Diodenlaser, zur Erzielung höherer Leis¬ tungen und Leistungsdichten, zu sogenannten Diodenlaserarrays bzw. Dio- denlaserfeldanordnungen zusammengefaßt werden können, beispielsweise zu linearen Feldanordnungen, bei denen die Strahlaustrittsfenster der ein¬ zelnen Diodenlaser auf einer Linie liegen, oder aber auch zu mehrdi¬ mensionalen Feldanordnungen, d.h. zu solchen Feldanordnungen, bei denen mehrere linienförmige Laserdiodenarrays wiederum zusammengefaßt werden. Mit solchen Diodenlaserarrays können große Flächenbereiche gleichmäßig ausgeleuchtet werden, was wiederum im Hinblick auf den Hüllkörper dahin¬ gehend ausgenutzt wird, daß die Einstrahlbereiche relativ groß gewählt werden können, die dann mit solchen Diodenlaserfeldanordnungen gleich¬ mäßig ausgeleuchtet werden können bzw. deren Strahlung gleichmäßig über den jeweiligen Einstrahlbereich verteilt in den Hüllkörper eingestrahlt wird. In einer Ausführungsform wird dann die Größe der Einstrahlbereiche etwa gleich groß wie diejenige der Reflexionsflächen gewählt.It is known that individual diode lasers can be combined to achieve so-called diode laser arrays or diode laser field arrangements, for example to linear field arrangements in which the beam exit windows of the individual diode lasers lie on one line, or else to achieve higher powers and power densities also for multi-dimensional field arrangements, ie for those field arrangements in which several linear laser diode arrays are in turn combined. With such diode laser arrays, large surface areas can be uniformly illuminated, which in turn is exploited with regard to the enveloping body in such a way that the irradiation areas can be chosen to be relatively large, which can then be uniformly illuminated with such diode laser field arrangements or whose radiation is uniform over the each irradiation area is irradiated into the enveloping body. In one embodiment, the size of the irradiation areas is then selected to be approximately the same size as that of the reflection surfaces.
Im Hinblick auf eine Anordnung der Einstrahlbereiche relativ zu den je¬ weiligen Reflexionsflächen wird eine ungerade Anzahl Einstrahlbereiche gewählt, wobei dann, unter dem Gesichtspunkt, daß die Anzahl der Re¬ flexionsbereiche der Anzahl der Einstrahlbereiche entspricht und diese jeweils eine gleiche Größe aufweisen, das bedeutet, daß eine Symmetrie zu einer Ebene vorhanden ist, die die Achse des Hüllkörpers enthält, der bereits vorstehend angesprochene, bevorzugte Aufbau erzielbar ist, bei dem jeweils ein Einstrahlbereich einer Reflexionsfläche gegenüberliegt. Damit der Hüllkörper in seiner äußeren Geometrie nicht zu kompliziert wird, zum anderen aber eine gleichmäßige Bestrahlung des Festkörpers er¬ reicht wird, sollte die Anzahl der Einstrahlbereiche eine ungerade Anzahl zwischen drei und elf nicht übersteigen.With regard to an arrangement of the irradiation areas relative to the respective reflection surfaces, an odd number of irradiation areas is selected, in which case, from the point of view that the number of reflection areas corresponds to the number of irradiation areas and these each have the same size, that means that there is symmetry with respect to a plane which contains the axis of the enveloping body, the preferred construction already mentioned above can be achieved, in each of which an irradiation region is opposite a reflection surface. So that the outer geometry of the enveloping body is not too complicated, but on the other hand uniform radiation of the solid body is achieved, the number of irradiation areas should not exceed an odd number between three and eleven.
Der erfindungsgemäße Hüllkörper bietet auch die Möglichkeit, neben der Anordnung eines Festkörpers entlang der Achse des Hüllkörpers, mehrere Festkörper einzubetten, beispielsweise drei, die dann vorzugsweise sym¬ metrisch um die Achse des Hüllkörpers verteilt angeordnet werden, um die angesprochene Symmetrie zu erzielen.The enveloping body according to the invention also offers the possibility of embedding, in addition to the arrangement of a solid body along the axis of the enveloping body, several solid bodies, for example three, which are then preferably arranged symmetrically around the axis of the enveloping body in order to achieve the symmetry mentioned.
Um die Abführung der Verlustwärme über die Reflexionsflächen zu unter¬ stützen, können an den Außenflächen der Reflexionsflächen Kühleinrich¬ tungen angeordnet werden. Es ist ersichtlich, daß trotz solcher Kühlein¬ richtungen ein kompakter Aufbau erreichbar ist. Weiterhin können zusätzliche Kühlmaßnahmen dadurch vorgenommen werden, daß der Festkörper unmittelbar in dem Hüllkörper gekühlt wird, indem bei¬ spielsweise in dem Hüllkörper den oder die Festkörper umgebende Kanäle vorgesehen sind, um ein Kühlfluid dort hindurchzuführen.In order to support the dissipation of the heat loss via the reflection surfaces, cooling devices can be arranged on the outer surfaces of the reflection surfaces. It can be seen that, despite such cooling devices, a compact structure can be achieved. Furthermore, additional cooling measures can be taken in that the solid body is cooled directly in the enveloping body by, for example, channels or channels surrounding the solid body being provided in the enveloping body in order to pass a cooling fluid there.
Vorzugsweise werden die jeweiligen Diodenlaser mit der großen Achse ihres elliptischen Strahlquerschnitts im wesentlichen senkrecht zu der Achse des Hüllkörpers angeordnet, so daß, gerade im Hinblick auf einen Hüllkör- per, der in Form eines kurzen Zylinderabschnitts gebildet ist, beispiels¬ weise in Form eines scheibenförmigen Teils, der Strahl mit einer hohen Strahldivergenz zu diesen Stirnflächen des Hüllkörpers hin gerichtet wird. Hierdurch kann eine hohe Packungsdichte der Diodenlaser, die zum Pumpen eingesetzt werden, erreicht werden.The respective diode lasers are preferably arranged with the large axis of their elliptical beam cross section substantially perpendicular to the axis of the enveloping body, so that, in particular with regard to an enveloping body which is formed in the form of a short cylinder section, for example in the form of a disk-shaped one In part, the beam is directed towards these end faces of the enveloping body with a high beam divergence. As a result, a high packing density of the diode lasers used for pumping can be achieved.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigenFurther details and features of the present invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show in the drawings
Figur 1 schematisch eine Ausführungsform eines zylinderför igen Hüll- körpers gemäß der Erfindung mit einem einzelnen Festkörperstab, der darin eingebettet ist,FIG. 1 schematically shows an embodiment of a cylindrical envelope body according to the invention with a single solid rod which is embedded therein,
Figur 2 einen scheibenförmigen Hüllkörper mit einer Querschnittsform entsprechend des Hüllkörpers der Figur 1,FIG. 2 shows a disk-shaped enveloping body with a cross-sectional shape corresponding to the enveloping body of FIG. 1,
Figur 3 schematisch den Strahlverlauf innerhalb eines Hüllkörpers, wie er in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, und zwar in Bezug auf eine Diodenlaserfeldanordnung,FIG. 3 shows schematically the beam path within an enveloping body, as shown in FIGS. 1 and 2, specifically with regard to a diode laser field arrangement,
Figur 4 die Anordnung der Figur 3, wobei der Strahlverlauf der drei eingesetzten Diodenlaserfeldanordnungen schematisch gezeigt ist,FIG. 4 shows the arrangement of FIG. 3, the beam path of the three diode laser field arrangements used being shown schematically,
Figur 5 schematisch einen Diodenlaser mit dem aus der Austrittsfläche austretenden typischen Strahlkegel,Figure 5 schematically shows a diode laser with the exit surface emerging typical beam cone,
Figuren 6A bis 6D schematisch verschiedene ein- und zweidimensionale Diodenlaserfeldanordnungen, die in Verbindung mit dem Hüllkör- per einsetzbar sind,FIGS. 6A to 6D schematically show different one- and two-dimensional diode laser field arrangements which can be used in connection with the enveloping body,
Figur 7 eine mit der Darstellung der Figur 4 vergleichbare Anordnung, wobei jedoch im Gegensatz zu der Anordnung der Figur 4 die Ein¬ strahlbereiche gegenüber den Reflexionsbereichen in Umfangs- richtung des Hüllkörpers kleiner dimensioniert sind und die Slow-Richtung des Strahlquerschnitts der Diodenlaser parallel zur Achse des Hüllkörpers bzw. des Festkörperstabs verläuft,FIG. 7 shows an arrangement comparable to the illustration in FIG. 4, but in contrast to the arrangement in FIG. 4, the irradiation areas are dimensioned smaller compared to the reflection areas in the circumferential direction of the envelope and the slow direction of the beam cross section of the diode laser parallel to the axis of the enveloping body or of the solid rod,
Figur 8 eine der Anordnung der Figuren 3 und 4 entsprechende Anordnung, wobei jedoch in den Hüllkörper drei Festkörperstäbe eingebettet sind, und8 shows an arrangement corresponding to the arrangement of FIGS. 3 and 4, but with three solid-state rods embedded in the enveloping body, and
Figur 9 eine Anordnung entsprechend der Figur 1, wobei gegenüber der Figur 1 um den Festkörper herum ein Kühlkanal vorgesehen ist.FIG. 9 shows an arrangement corresponding to FIG. 1, with a cooling channel being provided around the solid body in relation to FIG. 1.
In der Figur 1 ist in einer perspektivischen Ansicht schematisch ein zy- linderförmiger Hüllkörper 1 dargestellt, der in Richtung der Achse 2 durch Stirnflächen 3, die in etwa senkrecht zu der Achse 2 verlaufen, begrenzt ist. Entlang der Achse 2 verläuft eine durchgehende Bohrung 4, die dazu vorgesehen ist, einen Festkörperstab eines dem Querschnitt der Bohrung 4 entsprechenden Durchmessers aufzunehmen.1 shows a perspective view schematically of a cylindrical enveloping body 1 which is delimited in the direction of the axis 2 by end faces 3 which run approximately perpendicular to the axis 2. A continuous bore 4 runs along the axis 2 and is intended to receive a solid body rod of a diameter corresponding to the cross section of the bore 4.
Die Zylindermantelfläche 5 ist in sechs Flächensegmente 6 unterteilt, wobei drei ebene Fl chensegmente 6 jeweils Einstrahlbereiche 7 bilden, während die anderen drei gekrümmten Fl chensegmente 6 Reflexionsflachen 8 bilden. Während der Hüllkörper 1 der Figur 1 die Form eines langgestreckten Zy¬ linders umfaßt, ist in Figur 2 ein Hüllkörper 1 dargestellt, der dieselbe Querschnittsform wie der Hüllkörper 1 der Figur 1 aufweist, ebenfalls mit sechs Flächensegmenten, von denen drei Segmente Einstrahlbereiche 7 und drei Segmente Reflexionsflächen 8 bilden, allerdings scheibenförmig ist, d.h. eine nur geringe Erstreckung in Richtung der Achse 2 besitzt.The cylindrical surface 5 is divided into six surface segments 6, three flat surface segments 6 each forming irradiation areas 7, while the other three curved surface segments 6 form reflection surfaces 8. While the enveloping body 1 of FIG. 1 has the shape of an elongated cylinder, an enveloping body 1 is shown in FIG. 2, which has the same cross-sectional shape as the enveloping body 1 of FIG. 1, also with six surface segments, three segments of which are irradiation areas 7 and three Segments form reflection surfaces 8, but are disc-shaped, ie have only a small extension in the direction of the axis 2.
Die Hüllkörper 1, wie sie in den Figuren 1 und 2 gezeigt sind, sind in den Figuren 3 und 4 jeweils in einer Draufsicht auf ihre Stirnfläche 3 dargestellt. In der Figur 3 ist den drei Einstrahlbereichen 7 des Hüll¬ körpers 1 jeweils ein Diodenlaserarray bzw. eine Diodenlaserfeldanord- nung 10 (in den Figuren auch als "DL-Array" bezeichnet) zugeordnet. Die Slow-Richtung verläuft senkrecht zu der Achse 2 des Hüllkörpers 1The enveloping bodies 1, as shown in FIGS. 1 and 2, are each shown in a plan view of their end face 3 in FIGS. 3 and 4. In FIG. 3, the three irradiation areas 7 of the enveloping body 1 are each assigned a diode laser array or a diode laser field arrangement 10 (also referred to in the figures as "DL array"). The slow direction runs perpendicular to the axis 2 of the enveloping body 1
Die Strahlung, die von den jeweiligen Diodenlaserfeldanordnungen 10 abge¬ geben wird, wird über die Einstrahlbereiche 7 in den Hüllkörper 1 einge¬ strahlt. Die Strahlung 11 trifft entweder direkt auf den Festkörper¬ stab 9, wie in Fig. 3 durch den mittleren Strahl angedeutet ist, der von der unteren Diodenlaserfeldanordnung 10 ausgeht, oder führt an dem Fest¬ körperstab 9 vorbei, trifft auf die gegenüberliegende Reflexionsflache 8 und wird von dort, aufgrund der Krümmung der Reflexionsfläche 8, auf den Festkörperstab 9 fokussiert. Eine entsprechende Strahlung geht von den beiden anderen Diodenlaserfeldanordnungen 10 aus, wie dies in Figur 4 dargestellt ist, so daß der Festkörperstab 9 gleichmäßig von allen Seiten der Anordnung bestrahlt wird.The radiation which is emitted by the respective diode laser field arrangements 10 is radiated into the enveloping body 1 via the irradiation regions 7. The radiation 11 either strikes the solid-state rod 9 directly, as indicated in FIG. 3 by the central beam emanating from the lower diode laser array 10, or passes the solid-state rod 9, strikes the opposite reflection surface 8 and from there, due to the curvature of the reflection surface 8, it is focused on the solid body rod 9. A corresponding radiation emanates from the two other diode laser field arrangements 10, as shown in FIG. 4, so that the solid-state rod 9 is irradiated uniformly from all sides of the arrangement.
Die Einstrahlbereiche 7 sind derart dimensioniert, daß sie in ihrer Größe der Erstreckung der Diodenlaserfeldanordnung 10 jeweils entsprechen, so daß der gesamte Einstrahlbereich 7 durch die Strahlung der Diodenlaser¬ feldanordnung 10 ausgeleuchtet ist. Weiterhin ist die Anordnung, wie dies aus den Figuren 3 und 4 deutlich wird, symmetrisch zu einer fiktiven Ebene angeordnet, die die Achse 2 des Hüllkörpers 1 enthält. Die Re¬ flexionsflächen 8, die vorzugsweise durch von der Außenseite auf den Hüllkörper aufgebrachte, reflektierende Schichten gebildet sind, sind für die Diodenlaserstrahlung total reflektierend. Wie anhand der Figuren 3 und 4 zu erkennen ist, bilden die Reflexionsflächen 8 einen relatv großen Flächenbereich, in Bezug auf den gesamten Hüllkörper 1, der dazu geeignet ist, in dem Hüllkörper 1 entstehende Verlustwärme an die Außenumgebung abzugeben. Durch diese Reflexionsflächen ist daher gleichzeitig eine Ma߬ nahme getroffen, um den Hüllkörper zu kühlen, was sehr wesentlich für die erzielbare Lasereigenschft des Festkörperlasers, wie Strahlquälitat und Ausgangsleistung, ist.The irradiation areas 7 are dimensioned such that their size corresponds in each case to the extent of the diode laser field arrangement 10, so that the entire irradiation area 7 is illuminated by the radiation from the diode laser field arrangement 10. Furthermore, as is clear from FIGS. 3 and 4, the arrangement is arranged symmetrically to a fictitious plane which contains the axis 2 of the enveloping body 1. The reflection surfaces 8, which are preferably passed from the outside to the Envelope applied reflecting layers are formed, are totally reflective for the diode laser radiation. As can be seen from FIGS. 3 and 4, the reflecting surfaces 8 form a relatively large surface area, with respect to the entire enveloping body 1, which is suitable for dissipating heat loss generated in the enveloping body 1 to the outside environment. A measure is therefore taken at the same time by these reflection surfaces to cool the enveloping body, which is very important for the laser properties of the solid-state laser that can be achieved, such as beam quality and output power.
Die einzelnen Bereiche, d.h. die Einstrahlbereiche 7 und die Reflexions¬ flächen 8, können definiert in ihrer radialen und axialen Erstreckung dimensioniert werden. Während in den Figuren die Einstrahlbereiche 7 als ebene Flächenteile dargestellt sind, können sie ebenfalls eine Krümmung aufweisen, um die Strahlung, die von den Diodenlasern der Feldanord¬ nung 10 abgegeben wird, entweder zu fokussieren oder aufzuweiten, wobei für solche Maßnahmen der Strahlquerschnitt, der für einen Diodenlaser typisch ist, der in der Figur 5 dargestellt und nachfolgend noch er¬ läutert wird, berücksichtigt wird.The individual areas, i.e. The irradiation areas 7 and the reflection surfaces 8 can be dimensioned in a defined manner in their radial and axial extent. While the irradiation regions 7 are shown in the figures as flat surface parts, they can also have a curvature in order to either focus or expand the radiation emitted by the diode lasers of the field arrangement 10, the beam cross-section, the is typical for a diode laser, which is shown in FIG. 5 and will be explained below, is taken into account.
Um Verluste an den beiden Stirnflächen 3 des Hüllkörpers 1 gering zu hal¬ ten, sind diese vorzugsweise total reflektierend, um Strahlung 11, die von den Diodenlaserfeldanordnungen 10 ausgeht und auf diese Stirn¬ flächen 3 auftrifft, in den Hüllkörper 1 zurückzureflektieren. Gegebenen¬ falls können diese Stirnflächen 3 gewölbt werden, um eine fokussierende Wirkung zu erreichen; ebene Stirnflächen 3 sind jedoch bevorzugt, um eine einfache Geometrie des Hüllkörpers 1 zu erzielen, wobei durch eine de¬ finierte Anordnung der Diodenlaser der Feldanordnung 10 die Strahlungsan¬ teile, die auf diese Stirnflächen 3 innerhalb des Hüllkörpers 1 auftref¬ fen, gering gehalten werden.In order to keep losses at the two end faces 3 of the enveloping body 1 low, they are preferably totally reflective, in order to reflect radiation 11, which emanates from the diode laser field arrangements 10 and strikes these end faces 3, back into the enveloping body 1. If necessary, these end faces 3 can be curved in order to achieve a focusing effect; flat end faces 3 are preferred, however, in order to achieve a simple geometry of the enveloping body 1, the radiation components which strike these end faces 3 within the enveloping body 1 being kept low by a defined arrangement of the diode lasers of the field arrangement 10 .
Falls es erforderlich ist, können im Bereich der Reflexionsflächen 8 auf der Außenseite des Hüllkörpers 1 zusätzliche Kühlmaßnahmen vorgenommen werden, um die in dem Hüllkörper 1 entstehende Verlustwärme nach außen schneller abzutransportieren. Da die Verlustwärme durch das Volumen des Hüllkörpers 1 transportiert wird, wird der Hüllkörper vorzugsweise aus einem hoch wärmeleitenden und hoch trans ittierenden Material, wie bei¬ spielsweise Saphir, hergestellt.If necessary, additional cooling measures can be taken in the area of the reflection surfaces 8 on the outside of the envelope body 1 be, in order to dissipate the heat generated in the enveloping body 1 faster to the outside. Since the heat loss is transported through the volume of the enveloping body 1, the enveloping body is preferably made of a highly heat-conducting and highly transmissive material, such as sapphire.
Wie bereits vorstehend erwähnt, ist der elliptische Strahlquerschnitt eines Diodenlasers bei der Orientierung der Diodenlaserfeldanordnung 10 relativ zu den Einstrahlbereichen 7 bzw. der Achse 2 des Hüllkörpers 1 zu beachten.As already mentioned above, the elliptical beam cross section of a diode laser must be taken into account when orienting the diode laser field arrangement 10 relative to the irradiation regions 7 or the axis 2 of the enveloping body 1.
In Figur 5 ist schematisch eine typische Struktur eines einzelnen Dioden¬ lasers 12, allerdings ohne Kühlkörper und weitere Versorgungseinrich¬ tungen, gezeigt. Die Struktur besitzt eine stark dotierte p+-Phase 13, eine p-Phase 14 und eine n-Phase 15. Mit dem Bezugszeichen 20 ist die Austrittsfl che einer emittierenden Zone des aktiven Mediums bezeichnet, die eine gewisse Ausdehnung in Richtung der Ebene des Übergangs der p-Phase 14 und der n-Phase 15 besitzt, während sie relativ schmal senk¬ recht zu diesen Ebenen verläuft. Aufgrund der Geometrie des aktiven Me¬ diums tritt aus der Austrittsfläche 20 der angedeuteten typische Strah¬ lenkegel aus, der einen elliptischen Querschnitt besitzt, wobei die große Achse 16 senkrecht zu der Ebene des pn-übergangs verläuft, während die kleine Achse 17 des elliptischen Querschnitts parallel zu der Ebene des pn-übergangs verläuft. Typischerweise ist die große Ausdehnung des Strahlkegeis senkrecht zu der Ebene des pn-übergangs, die auch als "Fast-Richtung" bezeichnet wird, mit einem Divergenzwinkel 18 von etwa 90° behaftet, während der Strahlkegel in Richtung der kleinen Achse 17 bzw. senkrecht zu der Fast-Richtung, die auch als "Slow-Richtung" be¬ zeichnet wird, einen Divergenzwinkel 19 von ca. 10° besitzt.A typical structure of an individual diode laser 12 is shown schematically in FIG. 5, but without a heat sink and further supply devices. The structure has a heavily doped p + phase 13, a p phase 14 and an n phase 15. The reference numeral 20 denotes the exit surface of an emitting zone of the active medium, which has a certain extent in the direction of the plane of the transition the p-phase 14 and the n-phase 15, while it runs relatively narrow perpendicular to these planes. Because of the geometry of the active medium, the indicated typical radiation cone emerges from the exit surface 20 and has an elliptical cross section, the major axis 16 running perpendicular to the plane of the pn junction, while the minor axis 17 of the elliptical cross section runs parallel to the plane of the pn junction. Typically, the large extent of the jet cone perpendicular to the plane of the pn junction, which is also referred to as the "fast direction", has an angle of divergence 18 of approximately 90 °, while the jet cone in the direction of the minor axis 17 or perpendicular to the fast direction, which is also referred to as the "slow direction", has a divergence angle 19 of approximately 10 °.
In den Ausführungsformen, die bis jetzt beschrieben sind, wie sie die Figuren 1 bis 4 zeigen, wird vorzugsweise die Diodenlaserfeldanordnung 10 so angeordnet, daß die Slow-Richtung der einzelnen Diodenlaser 12 der Feldanordnung senkrecht zu der Achse 2 des Festkörperstabs 9 bzw. des Hüllkörpers 1 verläuft. Auf diese Weise wird eine extrem hohe Pumpleis¬ tungsdichte erreichbar und damit kann ein äußerst kompakter Pulslaser aufgebaut werden.In the embodiments which have been described so far, as shown in FIGS. 1 to 4, the diode laser array arrangement 10 is preferably arranged such that the slow direction of the individual diode lasers 12 Field arrangement runs perpendicular to the axis 2 of the solid body rod 9 or the enveloping body 1. In this way, an extremely high pump power density can be achieved and an extremely compact pulse laser can thus be constructed.
Beispiele für den Aufbau von Diodenlaserfeldanordnungen 10, die bei den Ausführungsformen des Hüllkörpers 1 eingesetzt werden können, sind in den Figuren 6A bis 6D dargestellt. Da einzelne Laserstrahlquellen in Form von Diodenlasern nur begrenzt zu höheren Leistungen skalierbar sind, wird zum Erzielen höherer Laserleistungen und Leistungsdichten eine größere Anzahl einzeler Diodenlaser zu verschiedenen Arrays- oder Feldanordnungen zusam¬ mengefaßt, wie dies in den Figuren dargestellt ist.Examples of the structure of diode laser field arrangements 10 which can be used in the embodiments of the enveloping body 1 are shown in FIGS. 6A to 6D. Since individual laser beam sources in the form of diode lasers can only be scaled to higher powers to a limited extent, a greater number of individual diode lasers are combined to form different arrays or field arrangements in order to achieve higher laser powers and power densities, as is shown in the figures.
Hierbei kann man lineare Feldanordnungen, wie sie in den Figuren 6A und 6C dargestellt sind, doppelt-lineare Feldanordnungen, wie dies beispiels¬ weise in Figur 6B dargestellt ist, sowie zweidimensionale Arrays gemäß der schematischen Darstellung der Figur 6D unterscheiden.A distinction can be made here between linear field arrangements, as shown in FIGS. 6A and 6C, double-linear field arrangements, as shown for example in FIG. 6B, and two-dimensional arrays in accordance with the schematic representation of FIG. 6D.
Wie die Figuren 6A bis 6D zeigen, können Diodenlaserfeldanordnungen 10 in den Einstrahlbereichen entsprechend in ihren Ausdehnungen und Leistungs¬ dichten herangezogen werden, um die Strahlung der einzelnen Laserdioden in den Hüllkörper 1 einzustrahlen.As FIGS. 6A to 6D show, the dimensions and power densities of diode laser field arrangements 10 in the irradiation areas can be used accordingly in order to irradiate the radiation from the individual laser diodes into the enveloping body 1.
In der Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines diodenlasergepumpten Festkörperlasers mit einem Hüllkörper 1 dargestellt, bei dem die Ein- strahlbereiche 7, in ihrer radialen Erstreckung um die Achse 2 des Hüll- körpers 1, wesentlich kleiner dimensioniert sind als die jeweils zwischen den einzelnen Einstrahlbereichen 7 liegenden Reflexionsflächen 8, wobei in der radialen Richtung gesehen die Reflexionsflächen 8 etwa um das Fünffache größer sind als die Einstrahlbereiche 7. Wiederum sind drei Einstrahlbereiche 7 mit jeweils einer dazwischenliegenden Reflexions¬ fläche 8 vorgesehen. Die Anordnung der Figur 7 eignet sich für solche Aufbauten eines diodenlasergepumpten Festkörperlasers, bei dem die Slow-Richtung der einzelnen Diodenlaser der Diodenlaserfeldanordnung 10 parallel zur Zylinderachse 2 des Festkörperstabs 9 verläuft. Die Dioden¬ laserstrahlung wird wiederum über die drei Einstrahlbereiche 7 in den Hüllkörper 1 eingestrahlt, die eben sind und durch eine hoch trans it- tierende Beschichtung auf dem Glaskörper gebildet sind. Ein Teil der Dio¬ denstrahlung wird direkt auf den Festkörperstab 9 gestrahlt, wie der Strahlungsverlauf zeigt, während der andere Teil auf die in Strahlrich¬ tung gesehen hinter dem Feldkörperstab 9 liegende Reflexionsfläche 8 auf¬ trifft, von wo sie aus, aufgrund der konkaven Krümmung der Reflexions- flache 8, in den Festkörperstab 9 fokussiert wird. Durch die mehrfache Reflexion innerhalb des Glaskörpers kann die Effektivität des Lasers er¬ höht werden.FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a diode-laser-pumped solid-state laser with an enveloping body 1, in which the irradiation regions 7, in their radial extent around the axis 2 of the enveloping body 1, are dimensioned much smaller than those between the individual irradiation regions 7 lying reflection surfaces 8, viewed in the radial direction the reflection surfaces 8 being approximately five times larger than the irradiation regions 7. Again, three irradiation regions 7 are provided, each with an intermediate reflection surface 8. The arrangement of Figure 7 is suitable for such structures of a diode laser-pumped solid-state laser, in which the Slow direction of the individual diode lasers of the diode laser field arrangement 10 runs parallel to the cylinder axis 2 of the solid-state rod 9. The diode laser radiation is in turn radiated into the envelope body 1 via the three radiation regions 7, which are flat and are formed on the glass body by a highly transiting coating. Part of the diode radiation is radiated directly onto the solid-state rod 9, as the radiation pattern shows, while the other part strikes the reflection surface 8 lying behind the field-body rod 9 in the beam direction, from where it emerges due to the concave curvature the reflection flat 8, in which the solid-state rod 9 is focused. The effectiveness of the laser can be increased by the multiple reflection within the glass body.
Die Ausführungsform der Figur 7 besitzt gegenüber der Ausführungsform der Figur 3 den Vorteil, daß bei einer bestimmten Größe des Hüllkörpers 1 mehr Diodenarrays 10 um den Umfang des Hüllkörpers 1 angeordnet werden können. Außerdem kann die Pumpleistungsdichteverteilung im Festkörper einfacher eingestellt werden. Dieses Konzept ist vorteilhaft für konti¬ nuierlich betriebene (cw-) Laser.The embodiment of FIG. 7 has the advantage over the embodiment of FIG. 3 that with a certain size of the enveloping body 1 more diode arrays 10 can be arranged around the circumference of the enveloping body 1. In addition, the pump power density distribution in the solid can be set more easily. This concept is advantageous for continuously operated (cw) lasers.
Weiterhin besitzt die Ausführungsform der Figur 7 den Vorteil, daß durch die großflächige Dimensionierung der Reflexionsflachen 8, im Vergleich zu der Ausführungsform der Figuren 3 und 4, eine höhere Wärmeabfuhr von Ver¬ lustwärme innerhalb des Hüllkörpers 1 erzielt werden kann.Furthermore, the embodiment of FIG. 7 has the advantage that the large-scale dimensioning of the reflection surfaces 8, in comparison to the embodiment of FIGS. 3 and 4, enables a higher heat dissipation of heat loss within the envelope body 1 to be achieved.
Figur 8 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform, wobei die Form des Hüllkörpers 1 sowie die Anordnung der Diodenlaserfeldanordnungen 10 der Ausführungsform der Figuren 3 und 4 entspricht, bei der allerdings in den Hüllkörper 1, gegenüber der früheren Ausführungsform, drei Festkör¬ perstäbe 9 eingebettet sind. Die einzelnen Festkörperstäbe sind symme¬ trisch um die Achse 2 des Hüllkörpers 1 gleichmäßig verteilt, wobei je¬ weils zwei Festkörperstäbe 9 mit ihren Achsen 22 so ausgerichtet sind, daß die Achsen der jeweiligen zwei Festkörperstäbe 9 in einer Ebene lie- gen, die parallel zu der Ebene der Einstrahlbereiche 7 verläuft. Diese Ausführungsform bringt den Vorteil mit sich, daß die thermische Belastung des Festkörpermediums reduziert wird, außerdem die Fläche, die der Strah¬ lung der Diodenlaserfeldanordnungen 10 entgegengesetzt wird, erhöht wird.FIG. 8 schematically shows a further embodiment, the shape of the enveloping body 1 and the arrangement of the diode laser field arrangements 10 corresponding to the embodiment of FIGS. 3 and 4, in which, however, three solid rods 9 are embedded in the enveloping body 1 compared to the earlier embodiment. The individual solid bars are symmetrically evenly distributed around the axis 2 of the enveloping body 1, two solid bars 9 being aligned with their axes 22 such that the axes of the respective two solid bars 9 lie in one plane. gene, which runs parallel to the plane of the irradiation regions 7. This embodiment has the advantage that the thermal load on the solid-state medium is reduced, and in addition the area which is opposed to the radiation of the diode laser field arrangements 10 is increased.
In Figur 9 ist zusätzlich zu der Ausführungsform der Figur 1 um den Fest¬ körperstab 9 herum ein ringförmiger Raum 22 belassen, durch den ein Fluid zirkuliert, das die Verlustwärme innerhalb des Hüllkörpers 1 abführt.In FIG. 9, in addition to the embodiment of FIG. 1, an annular space 22 is left around the solid body rod 9, through which a fluid circulates, which dissipates the heat loss within the enveloping body 1.
Wie die vorstehende Beschreibung zeigt, wird unter Einsatz des beschrie¬ benen Hüllkörpers, in den ein oder mehrere Festkörperstäbe 9 als aktives Medium eingesetzt werden, eine kompakte, aber dennoch effektive Anordnung eines diodenlasergepumpten Festkörperlasers geschaffen. As the above description shows, a compact but nevertheless effective arrangement of a diode laser-pumped solid-state laser is created using the described enveloping body, in which one or more solid-state rods 9 are used as the active medium.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h eP a t e n t a n s r u c h e
Diodenlasergepumpter Festkörperlaser mit mindestens einem als aktives Medium dienenden, stab- oder scheibenförmigen Festkörper und mit Dio¬ denlasern, deren abgegebene Strahlung in den Festkörper einge¬ strahlt wird, wobei zur Strahlführung und/oder -formung reflektieren¬ de Elemente eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Fest¬ körper (9) von einem für die abgegebene Strahlung transparenten Glas- oder Kristal1-Hüllkörper (1) in radialer Richtung zu seiner Achse umhüllt ist, wobei die Mantelfläche (5) des Hüllkörpers (1) in mindestens zwei Bereiche (6) aufgeteilt ist, von denen einer einen Einstrahlbereich (7) für die abgegebene Strahlung bildet und der an¬ dere Bereich als Reflexionsfläche (8) dient, die durch den Hüllkör¬ per (1) hindurchgehende Strahlung (11) auf den Festkörper (9) reflek¬ tiert.Diode laser-pumped solid-state laser with at least one rod-shaped or disk-shaped solid serving as an active medium and with diode lasers whose emitted radiation is radiated into the solid, reflective elements being used for beam guidance and / or shaping, characterized in that that the solid body (9) is encased in the radial direction to its axis by a glass or crystal 1 envelope body (1) which is transparent to the emitted radiation, the jacket surface (5) of the envelope body (1) being divided into at least two areas (6 ), one of which forms an irradiation area (7) for the emitted radiation and the other area serves as a reflection surface (8), the radiation (11) passing through the enveloping body (1) onto the solid (9) reflected.
Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Stirnflächen (3) des Hüllkörpers (1), die den Hull¬ körper (1) axial begrenzen, totalreflektierend für die sich in dem Hüllkörper (1) ausbreitende Diodenlaserstrahlung (11) ausgebildet sind. 3. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (8) dem Einstrahlbereich (7) gegenüberliegend angeordnet ist.Diode laser-pumped solid-state laser according to Claim 1, characterized in that the end faces (3) of the enveloping body (1) which axially delimit the enveloping body (1) are designed to be totally reflective of the diode laser radiation (11) propagating in the enveloping body (1) are. 3. Diode laser-pumped solid-state laser according to claim 1 or 2, characterized in that the reflection surface (8) of the irradiation area (7) is arranged opposite.
4. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß jedem Einstrahlbereich (7) mindestens eine Reflexions- fläche (8) zugeordnet ist.4. Diode laser-pumped solid-state laser according to claim 3, characterized gekenn¬ characterized in that each irradiation area (7) is assigned at least one reflection surface (8).
5. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsfläche (8) die Strah¬ lung (11) auf den Festkörper (9) fokussiert.5. Diode laser-pumped solid-state laser according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reflection surface (8) focuses the radiation (11) on the solid body (9).
6. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die fokussierte Strahlung den Querschnitt des Festkör¬ pers (9) annähernd ausleuchtet.6. Diode laser-pumped solid-state laser according to claim 5, characterized gekenn¬ characterized in that the focused radiation illuminates the cross section of the solid body (9) approximately.
7. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis7. diode laser-pumped solid-state laser according to one of claims 1 to
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstrahlbereiche (7) und/oder die Reflexionsflachen (8) eine gleiche Größe aufweisen.6, characterized in that the irradiation areas (7) and / or the reflection surfaces (8) have the same size.
8. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis8. diode laser-pumped solid-state laser according to one of claims 1 to
7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Einstrahlbereiche (7) der Anzahl der Reflexionsflächen (8) entspricht.7, characterized in that the number of irradiation areas (7) corresponds to the number of reflection surfaces (8).
9. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis9. diode laser-pumped solid-state laser according to one of claims 1 to
8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Einstrahlbereiche (7) ungerade ist und mindestens drei beträgt.8, characterized in that the number of irradiation areas (7) is odd and is at least three.
10. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis10. diode laser-pumped solid-state laser according to one of claims 1 to
9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstrahlbereiche (7) und die Re¬ flexionsflächen (8) symmetrisch zu einer Ebene angeordnet sind, die die Mittelachse (2) des Hüllkörpers (1) enthält. 11. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis9, characterized in that the irradiation areas (7) and the reflecting surfaces (8) are arranged symmetrically to a plane which contains the central axis (2) of the enveloping body (1). 11. diode laser-pumped solid-state laser according to one of claims 1 to
10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hullkörper (1) mehrere Fest¬ körper (9) eingebettet sind.10, characterized in that several solid bodies (9) are embedded in the hollow body (1).
12. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis12. Diode laser-pumped solid-state laser according to one of claims 1 to
11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllkörper (1) mit Kühleinrich¬ tungen versehen ist.11, characterized in that the enveloping body (1) is provided with cooling devices.
13. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 12, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die in dem Festkörper (9) erzeugte Verlustwärme durch Wärmeleitung durch den Hüllkörper (1) zu der Außenfläche (5) abgeführt wird, wobei die Kühleinrichtungen an den Außenflächen der Reflexionsflachen (8) angeordnet sind.13. Diode laser-pumped solid-state laser according to claim 12, characterized ge indicates that the heat loss generated in the solid (9) is dissipated by heat conduction through the enveloping body (1) to the outer surface (5), the cooling devices on the outer surfaces of the reflection surfaces (8th ) are arranged.
14. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 12 oder 13, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtungen den Festkörper (9) unmittelbar umgeben.14. Diode laser-pumped solid-state laser according to claim 12 or 13, characterized in that the cooling devices surround the solid (9) directly.
15. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Diodenlaser, die einem Einstrahlbereich zugeordnet sind, zu mindestens zu einem Array bzw. einer Feldanordnung (10) zu¬ sammengefaßt sind.15. Diode laser-pumped solid-state laser according to claim 1, characterized gekenn¬ characterized in that the diode lasers, which are assigned to an irradiation area, are summarized to at least one array or a field arrangement (10).
16. Diodenlasergepumpter Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Diodenlaser mit der großen Achse ihres elliptischen Strahlquerschnitts im wesentlichen senkrecht zu der Achse (2) des Hüllkörpers (1) angeordnet sind. 16. Diode laser-pumped solid-state laser according to one of claims 1 to 15, characterized in that the respective diode lasers are arranged with the major axis of their elliptical beam cross section substantially perpendicular to the axis (2) of the envelope body (1).
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