WO2008077384A1 - Laterally pumped solid-state laser - Google Patents

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WO2008077384A1
WO2008077384A1 PCT/DE2007/002285 DE2007002285W WO2008077384A1 WO 2008077384 A1 WO2008077384 A1 WO 2008077384A1 DE 2007002285 W DE2007002285 W DE 2007002285W WO 2008077384 A1 WO2008077384 A1 WO 2008077384A1
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Konrad Altmann
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Las-Cad Gmbh
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Definitions

  • pump light sources e.g. B. laser diode arrays coming pump light either directly from the side in a cylindrical crystal irradiated or focused with lenses in the axis region of the crystal.
  • the so-called “slow axis" of the diode arrays in these arrangements is usually parallel to the crystal axis.
  • the laser mode is formed along most of the crystal axis and thus the distance between the entry point of the crystal Pump beam and the laser mode at the currently realizable crystal diameters at least the order of 1 mm, the overlap of the density distribution of the absorbed pump light with the laser mode is poor and thus the efficiency of the laser low.
  • the object of the invention is to provide a solid-state laser with improved steel quality and higher efficiency.
  • This object is achieved by a solid state laser according to claim 1 in a surprisingly simple manner.
  • Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • a collimated pump beam coming from a light source for example a laser diode array
  • a laser material which is composed of at least 3 layers, wherein a laser-active layer is located between two inactive layers.
  • the pump beam After passing through the laser-active layer, the pump beam is deflected back into the laser-active layer by at least two mutually inclined reflectors so that it crosses the originally incident beam there.
  • the formation according to the invention which is preferred in comparison to the state of the art, of two mutually inclined reflection surfaces, causes reflected and irradiated pump beams to intersect within the laser-active medium, which ensures that the latter overlap optimally.
  • the thickness of the laser-active layer is preferably chosen so that as little pump power as possible is absorbed outside the region in which the two pump beams intersect. This leads to a solid-state laser with high efficiency and beam quality.
  • the development of the invention according to claim 2 provides that the pump beam is deflected by another reflector approximately in itself, so that it passes through the laser-active medium in the region of the intersection of the previous beam path twice.
  • a high percentage of the radiated pump power is spatially concentrated in the crossing region of the pump beams, which further increases the efficiency of the laser.
  • a very good overlap between the density distribution of the absorbed pumping light and the laser beam is achieved in this way.
  • the mirrors on which the pump beam is reflected are formed as surfaces of the laser crystal. This also has the advantage that their positioning and inclination during the production of the crystal can be realized very accurately. This eliminates the need for external mirror and costly adjustment effort.
  • the reflective surfaces of the laser crystal which form the reflectors are antireflective or highly reflective coated.
  • the arrangement of the components can be selected such that the pump beam impinges at an angle on the surfaces, which is greater than the critical angle of total reflection, whereby a coating is unnecessary.
  • the development according to claim 12 provides that the block of the laser material is cooled on two lateral surfaces 12 and 13, which can be realized technically with very little effort.
  • the development according to claim 13 provides that the coming of a diode array pump beam is narrowed in the direction of the "slow axis" by focusing. As a result, the density distribution of the absorbed pump light is even more concentrated, which is particularly important for 3-level laser systems because of the reabsorption of the laser beam occurring there.
  • the development according to claim 14 provides that from three or more diode arrays coming pumping rays radiate into a block of laser material. These diode arrays are arranged so that the "slow axis" of the two outer diode arrays is inclined relative to the "slow axis" of the middle diode array in such a way that the pump beams in the laser-active layer at least partially overlap.
  • Fig. 1 shows a section through an inventive arrangement transversely to the longitudinal extent of the laser rod, which is formed as a block of laser active and inactive layers, wherein a penetrating from above in the block pumping beam is reflected several times on the surfaces of the block, so that the pump beam passes through a small area of the doped layer four times.
  • FIG. 2 shows a section through an arrangement according to the invention parallel to the "slow axis" of a laser diode array whose beam is narrowed in the direction of the "slow axis" by a lens and irradiated into a block which, analogous to FIG. 1, is composed of laser-active and inactive layers is
  • Fig. 3 shows a section through an inventive arrangement parallel to the "slow axis" of three laser diode arrays, wherein the "slow axis" of the outer diode arrays is inclined relative to the "slow axis" of the middle diode array to irradiation in overlapping areas of the laser active material to enable.
  • Fig. 4 shows a section through an inventive arrangement transverse to the longitudinal extent of the laser rod according to Fig. 1 of another embodiment of the invention, in which a from above in the block penetrating pump beam is reflected several times on the surfaces of the block, so that the pump beam a small area passes through the doped layer six times.
  • Fig. 5 shows a section through an inventive arrangement similar to that shown in Fig. 1, but different from Fig. 1 laser rod and pumping arrangement were rotated so that the laser beam 10 extends in the plane of the intersecting pumping beams through the intersection point 11.
  • Fig. 6 shows a section through an inventive arrangement in which the laser rod shown in Fig. 5 is introduced together with a non-linear optical element 27 into a resonator with the end mirrors 25 un d 26.
  • the block 20 consists of a thin plate 2 of laser active material, which is arranged between two plates 1 and 3 of inactive material.
  • the lateral boundary surfaces of the laser rod need not necessarily be flat or parallel to each other, as shown in the drawing.
  • the plates are z. B. connected by means of diffusion bonding so that occurring at the boundary layers optical interference z. B. absorption or scattering of the laser beam are negligible.
  • the four edges of the block are chamfered, creating there flat boundary surfaces 5, 6, 8 and 9, which are inclined to each other. In this case, a surface 9 as an irradiation surface and three further surfaces 8, 5 and 6 are formed as reflection surfaces.
  • the first two reflecting surfaces 6, 5 are inclined relative to each other and arranged with respect to the laser-active layer 2 so that they face the incident pumping beam.
  • a pumping beam 4, the z. B. comes from a diode array and preferably by a cylindrical lens in the direction of the so-called.
  • "Fast axis", which is arranged parallel to the plane collimated occurs from obliquely above through the surface 9, which is antireflectively coated for the pumping light in the Block 20 a.
  • the pump beam then traverses the laser-active layer 2, is reflected back on the surface 6 in the direction of the surface 5 and from there into the laser-active layer in such a way that it intersects the originally incident pump beam at the point of intersection 11.
  • the pump beam is formed by the reflector 8 formed surface, which for the pump radiation highly reflective coated, approximately inwardly directed back so that it passes through the laser-active layer in the region of the intersection point 11 twice more.
  • a substantial absorption of the pump beam in a very small area in the vicinity of the crossing point 11 is achieved, unlike conventional transverse pumping arrangements.
  • the intersecting pumping beams it is achieved that the center of gravity and the maximum of the resulting density distribution of the absorbed pumping light are largely brought into coincidence with the maximum of the beam profile of the laser beam 10 which is perpendicular to the pumping beams. As a result, a laser beam of very high beam quality is generated.
  • the transverse extent of the region thus pumped can typically be less than 1 mm.
  • the angle of incidence ⁇ of the pumping beam on the surfaces 5 and 6 is expediently chosen so that it is greater than the critical angle of total reflection, in which case a coating of these surfaces is unnecessary, which would otherwise have to be applied if the angle is below the critical angle.
  • the heat developed by absorption of the pumping light is dissipated through the side surfaces 12 and 13 of the block by solid state contact with a cooling element or a cooling medium of high thermal conductivity.
  • the reflecting surface 8 can be replaced by an external mirror.
  • the angle of incidence of the pumping beam on the reflectors 21 and 22 are preferably chosen so that they are greater than the critical angle of total reflection. If the geometry of the assembly does not allow this, an anti-reflective coating of the surface 21 and / or the surface 22 may be applied. To simplify the technical production of the crystal rod, it is proposed that the surfaces 9 and 22 lie in one plane. In order to be able to realize this, it may be necessary for the pump beam 4 to occur inclined to the surface normal to the surface 9. In order to further increase the density of the absorbed pump light distribution, it is proposed to focus the pump beam in the direction of the so-called "slow axis". Such a modification is of particular interest for 3-level lasers in order to avoid reabsorption losses of the laser beam in the laser-active medium.
  • the reflective surfaces do not necessarily have to be formed on the block 20 of the laser material, although this is advantageous.
  • the laser rod and the pump arrangement are rotated by 90 ° so that the laser beam 10 runs in the plane of the intersecting pump beams through its intersection point 11.
  • a diode array instead of a diode array.
  • Diode arrays to use an all-round collimated pump beam, which comes for example from a fiber.
  • the angle at which the pump beams intersect as small as possible and the thickness of the doped layer slightly larger than in Fig. 1 z. B. typically 2 mm selected to achieve the highest possible power density of the absorbed in the laser beam pump radiation.
  • the achievable in this way power density of the absorbed pump radiation in the crossing region of the pump beams is very high and is far above that which is achieved with currently known pumping arrangements.
  • this arrangement is used in particular in 3-level lasers, optical parametric oscillators and frequency multiplication, z.
  • Nd: YAG crystal To generate a blue laser beam using an Nd: YAG crystal. It is proposed to introduce for this purpose inside or outside the resonator optically non-linear material in the laser beam.
  • Fig. 6 shows a typical arrangement in which the pumped laser rod 20 is incorporated together with a block 27 of non-linear optical material in a resonator with the end mirrors 25 and 26.
  • the block 27 can also be introduced outside the resonator into the laser beam.
  • QCM quasi-phase matching conditions

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Abstract

The invention relates to a solid-state laser comprising a block (20) of a laser material, said block (20) being composed of at least three layers (1, 2, and 3). At least one laser-active layer (2) is disposed between two inactive layers (1, 3). The solid-state laser further comprises at least one pump source (14, 18) for emitting at least one pump beam (4) in order to pump the laser-active layer. The laser also comprises at least two reflectors (5 and 6) which are inclined relative to one another and by means of which the reflected pump beam (7) is redirected into the doped layer (2) so as to intersect the incident pump beam (4) within the doped layer, resulting in a solid-state laser that has an improved beam quality and is more efficient.

Description

Seitlich gepumpter Festkörperlaser Laterally pumped solid state laser
Im Gegensatz zu end-gepumpten Lasersystemen ist es bei seitlich gepumpten Lasersytemen wesentlich schwieriger, eine optimale Überlappung zwischen Pumplicht und Lasermode zu erreichen. Bei herkömmlichen Systemen wird das aus einer oder mehreren Pumplichtquellen, z. B. Laserdiodenarrays kommende Pumplicht entweder direkt von der Seite in einen zylindrischen Kristall eingestrahlt oder mit Linsen in den Achsenbereich des Kristalls fokussiert. Die sog. "slow axis" der Diodenarrays verläuft bei diesen Anordnungen meist parallel zur Kristallachse. Da die Intensität des Pumplichts nach Eintritt in den Kristall infolge der Absorption exponentiell abnimmt und deshalb ein beträchtlicher Teil der Pumpleistung in unmittelbarer Nähe der Eintrittstelle absorbiert wird, der Lasermode sich jedoch bei den meisten Anordnungen entlang der Kristallachse ausbildet und somit der Abstand zwischen der Eintrittsstelle des Pumpstrahls und dem Lasermode bei den derzeit realisierbaren Kristalldurchmessern mindestens von der Größenordnung 1 mm ist, ist die Überlappung der Dichteverteilung des absorbierten Pumplichts mit dem Lasermode schlecht und somit die Effizienz des Lasers gering.In contrast to end-pumped laser systems, it is much more difficult for laterally pumped laser systems to achieve an optimal overlap between pump light and laser mode. In conventional systems, this is made up of one or more pump light sources, e.g. B. laser diode arrays coming pump light either directly from the side in a cylindrical crystal irradiated or focused with lenses in the axis region of the crystal. The so-called "slow axis" of the diode arrays in these arrangements is usually parallel to the crystal axis. Since the intensity of the pump light after entering the crystal decreases exponentially as a result of the absorption and therefore a considerable part of the pump power is absorbed in the immediate vicinity of the entry site, the laser mode is formed along most of the crystal axis and thus the distance between the entry point of the crystal Pump beam and the laser mode at the currently realizable crystal diameters at least the order of 1 mm, the overlap of the density distribution of the absorbed pump light with the laser mode is poor and thus the efficiency of the laser low.
Um hier eine Verbesserung zu schaffen, wurde in der Patentanmeldung AK 102 42 701.1 eine Anordnung vorgeschlagen, bei welcher der Pumpstrahl in eine laseraktiven Platte eingestrahlt wird, nach Durchqueren der Platte an der gegenüberliegenden Seite reflektiert wird und dann zu einem Spiegel gelenkt wird, durch den der Pumpstrahl nochmals in den ursprünglichen Auf- treffbereich zurückgelenkt wird. In der Zusatzanmeldung AKZ 102 42 701.1 wurde darüber hinaus vorgeschlagen, dass sich die Platte aus drei Schichten zusammensetzt, wobei nur die mittlere Schicht laseraktiv ist, wodurch die Dichteverteilung des absorbierten Pumplichts stärker konzentriert werden kann. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass Unsym- metrien in der Dichteverteilung des absorbierten Pumplichts entstehen, was zu einer Verminderung der Effizienz und zu einer Verschlechterung der Qualität des Laserstrahls führt.In order to provide an improvement, an arrangement has been proposed in the patent application AK 102 42 701.1, in which the pump beam is irradiated in a laser-active plate, is reflected after passing through the plate on the opposite side and is then directed to a mirror through which the pump beam is redirected back to the original impact area. In the additional application AKZ 102 42 701.1 has also been proposed that the plate consists of three layers, with only the middle layer is laser active, whereby the density distribution of the absorbed pump light can be concentrated more. However, this arrangement has the disadvantage that there are asymmetries in the density distribution of the absorbed pumping light, which leads to a reduction in the efficiency and to a deterioration in the quality of the laser beam.
Die Erfindung hat demgegenüber die Schaffung eines Festkörperlasers mit verbesserter Stahlqualität und höherer Effizienz zur Aufgabe. Diese Aufgabe wird durch einen Festkörperlaser gemäß Anspruch 1 in überraschend einfacher Weise gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Gemäß der Erfindung wird ein aus einer Lichtquelle z.B. einem Laserdiodenarray kommender kollimierter Pumpstrahl in ein Lasermaterial eingestrahlt, das sich aus mindestens 3 Schichten zusammensetzt, wobei sich eine laseraktive Schicht zwischen zwei inaktiven Schichten befindet. Nach Durchqueren der laseraktiven Schicht wird der Pumpstrahl durch mindestens zwei zueinander geneigte Reflektoren in die laseraktive Schicht so zurückgelenkt, dass er dort den ursprünglich einfallenden Strahl kreuzt.By contrast, the object of the invention is to provide a solid-state laser with improved steel quality and higher efficiency. This object is achieved by a solid state laser according to claim 1 in a surprisingly simple manner. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims. According to the invention, a collimated pump beam coming from a light source, for example a laser diode array, is irradiated into a laser material which is composed of at least 3 layers, wherein a laser-active layer is located between two inactive layers. After passing through the laser-active layer, the pump beam is deflected back into the laser-active layer by at least two mutually inclined reflectors so that it crosses the originally incident beam there.
Die gegenüber dem Stand der Technik erfindungsgemäße Ausbildung vorzugsweise zweier zueinander geneigter Reflektionsflächen, bewirkt, dass sich reflektierte und eingestrahlte Pumpstrahlen innerhalb des laseraktivem Mediums kreuzen, wodurch erreicht wird, dass sich letztere optimal überlappen. Die Dicke der laseraktivem Schicht wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass möglichst wenig Pumpleistung außerhalb des Bereichs absorbiert wird, in dem sich die beiden Pumpstrahlen kreuzen. Dies führt zu einem Festkörperlaser mit hoher Effizienz und Strahlqualität.The formation according to the invention, which is preferred in comparison to the state of the art, of two mutually inclined reflection surfaces, causes reflected and irradiated pump beams to intersect within the laser-active medium, which ensures that the latter overlap optimally. The thickness of the laser-active layer is preferably chosen so that as little pump power as possible is absorbed outside the region in which the two pump beams intersect. This leads to a solid-state laser with high efficiency and beam quality.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 sieht vor, dass der Pumpstrahl durch einen weiteren Reflektor annähernd in sich selbst zurückgelenkt wird, so dass er das laseraktive Medium im Bereich des Kreuzungspunkts des bisherigen Strahlverlaufs noch zweimal durchquert. Dadurch wird erreicht, dass ein hoher Prozentsatz der eingestrahlten Pumpleistung räumlich konzentriert im Kreuzungsbereich der Pumpstrahlen absorbiert wird, wodurch sich die Effizienz des Lasers weiter erhöht. Im Gegensatz zu bisherigen Pumpanordnungen wird auf diese Weise eine sehr gute Überlappung zwischen der Dichteverteilung des absorbierten Pumplichts und dem Laserstrahl erreicht.The development of the invention according to claim 2 provides that the pump beam is deflected by another reflector approximately in itself, so that it passes through the laser-active medium in the region of the intersection of the previous beam path twice. As a result, a high percentage of the radiated pump power is spatially concentrated in the crossing region of the pump beams, which further increases the efficiency of the laser. In contrast to previous pumping arrangements, a very good overlap between the density distribution of the absorbed pumping light and the laser beam is achieved in this way.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 sieht vor, dass die nach Anspruch 1 benötigten Schichten aus laseraktivem und inaktivem Material mithilfe der Technik des Diffusion oder Adhesive-free Bonding miteinander verbunden werden. Diese Technik erlaubt es, Werkstücke mit fein polierten Oberflächen ohne Klebemittel so miteinander zu verbinden, dass an der Grenzschicht der beiden Materialien keine optischen Störungen auftreten. Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Oberflächen der beiden Werkstücke plan sind, wie in Anspruch 3 gekennzeichnet.The development of the invention according to claim 4 provides that the required according to claim 1 layers of laser active and inactive material using the technique of diffusion or adhesive-free bonding are interconnected. This technique makes it possible to join workpieces with finely polished surfaces without adhesive in such a way that no optical interference occurs at the boundary layer of the two materials. For this purpose, it is advantageous if the surfaces of the two workpieces are flat, as characterized in claim 3.
Alternativ hierzu wird heute bereits erfolgreich an Techniken gearbeitet, Kristalle mit Schichten unterschiedlicher Dotierung aus der Schmelze zu ziehen, was durch eine Änderung der Konzentration der laseraktivem Atome in der Schmelze während des Prozesses der Kristallzüchtung realisiert wird, wie in Anspruch 5 gekennzeichnet. Bei diesen Verfahren entsteht keine scharfe Grenzfläche zwischen dotierten das heißt laseraktiven und undotierten Bereichen, was sich jedoch eher positiv auf die Technologie der vorliegenden Erfindung auswirkt. Eine weitere Alternative besteht nach Anspruch 5 darin, die laseraktiven und inaktiven Schichten aus keramischem Lasermaterial herzustellen.As an alternative to this, techniques are already being used today to pull crystals with layers of different doping out of the melt, which is achieved by changing the Concentration of the laser-active atoms in the melt during the process of crystal growth is realized, as characterized in claim 5. In these processes, there is no sharp interface between doped, ie, laser active and undoped regions, which, however, tends to have a positive effect on the technology of the present invention. A further alternative according to claim 5 is to produce the laser-active and inactive layers of ceramic laser material.
In einer bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Erfindung sind die Spiegel, an denen der Pumpstrahl reflektiert wird, als Oberflächen des Laserkristalls ausgebildet. Das hat zudem den Vorteil, dass deren Positionierung und Neigung während der Herstellung des Kristalls sehr genau realisiert werden können. Dadurch entfällt der für externe Spiegel notwendige und auch aufwändige Justierungsaufwand.In a preferred embodiment of the present invention, the mirrors on which the pump beam is reflected are formed as surfaces of the laser crystal. This also has the advantage that their positioning and inclination during the production of the crystal can be realized very accurately. This eliminates the need for external mirror and costly adjustment effort.
Einer weiteren Verbesserung entsprechend sind die reflektierenden Oberflächen des Laserkristalls, die die Reflektoren bilden, antireflektierend oder hochreflektierend beschichtet sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Anordnung der Komponenten derart gewählt werden, dass der Pumpstrahl unter einem Winkel auf die Oberflächen auftrifft, der größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist, wodurch sich eine Beschichtung erübrigt.According to a further improvement, the reflective surfaces of the laser crystal which form the reflectors are antireflective or highly reflective coated. Alternatively or additionally, the arrangement of the components can be selected such that the pump beam impinges at an angle on the surfaces, which is greater than the critical angle of total reflection, whereby a coating is unnecessary.
Die Weiterbildung nach den Ansprüchen 10 und 11 sieht entsprechend der derzeitigen Technologie der Pumplichtquellen vor, dass die emittierende Fläche der Pumplichtquelle in einer bevorzugten Richtung deutlich länger ist als in der anderen, oder dass eine Reihe von kleinen emittierenden Flächen entlang einer Vorzugsrichtung angeordnet sind, wie dies z.B. bei Laserdiodearrays der Fall ist.The development according to claims 10 and 11 provides, according to the current technology of pumping light sources, that the emitting surface of the pumping light source is significantly longer in one preferred direction than in the other, or that a series of small emitting surfaces are arranged along a preferential direction, such as this eg in the case of laser diode arrays.
Die Weiterbildung nach Anspruch 12 sieht vor, dass der Block des Lasermaterials an zwei seitlichen Flächen 12 und 13 gekühlt wird, was sich technisch mit sehr geringem Aufwand realisieren lässt.The development according to claim 12 provides that the block of the laser material is cooled on two lateral surfaces 12 and 13, which can be realized technically with very little effort.
Die Weiterbildung nach Anspruch 13 sieht vor, dass der aus einem Diodenarray kommende Pumpstrahl, in Richtung der "slow axis" durch Fokussierung verengt wird. Dadurch wird die Dichteverteilung des absorbierten Pumplichts noch stärker konzentriert, was insbesondere für 3 -Niveau-Lasersysteme wegen der dort auftretenden Reabsorption des Laserstrahls wichtig ist. Die Weiterbildung nach Anspruch 14 sieht vor, dass aus drei oder mehr Diodenarrays kommende Pumpstrahlen in einen Block aus Lasermaterial einstrahlen. Diese Diodenarrays sind so angeordnet, dass die "slow axis" der beiden äußeren Diodearrays gegenüber der "slow axis" des mittleren Diodenarrays in der Weise geneigt ist, dass sich die Pumpstrahlen in der laseraktiven Schicht zumindest teilweise überlagern.The development according to claim 13 provides that the coming of a diode array pump beam is narrowed in the direction of the "slow axis" by focusing. As a result, the density distribution of the absorbed pump light is even more concentrated, which is particularly important for 3-level laser systems because of the reabsorption of the laser beam occurring there. The development according to claim 14 provides that from three or more diode arrays coming pumping rays radiate into a block of laser material. These diode arrays are arranged so that the "slow axis" of the two outer diode arrays is inclined relative to the "slow axis" of the middle diode array in such a way that the pump beams in the laser-active layer at least partially overlap.
Die Weiterbildung nach den Ansprüchen 15 bis 20 sieht vor, dass der Reflektor 8 durch zwei zueinander geneigte Reflektoren 21 und 22 ersetzt wird, wodurch erreicht wird, dass der Pumpstrahl an dieser Stelle nicht in sich selbst zurückreflektiert wird, sondern so umgelenkt wird, das er den Bereich des Kreuzungspunkts des 11 nochmals aus einer anderen Richtung kommend durchquert. Erst nachdem der Pumpstrahl den Bereich des Kreuzungspunkts nun ein drittes Mal durchquert hat, wird er durch den Reflektor 23 annähernd in sich selbst zurückgelenkt.The development according to claims 15 to 20 provides that the reflector 8 is replaced by two mutually inclined reflectors 21 and 22, whereby it is achieved that the pump beam is not reflected back at this point in itself, but is deflected so that he traverses the area of the crossing point of 11 again coming from another direction. Only after the pump beam has passed through the area of the crossing point a third time, it is almost by the reflector 23 is directed back into itself.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:The invention will be described below by way of example with reference to preferred exemplary embodiments in conjunction with the drawing. In this show:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung quer zur Längsausdehnung des Laserstabes, der als Block bestehend, aus laseraktiven und inaktiven Schichten ausgebildet ist, wobei ein von oben in dem Block eindringender Pumpstrahl an den Oberflächen des Blocks mehrmals reflektiert wird, so dass der Pumpstrahl einen kleinen Bereich der dotierten Schicht viermal durchläuft.Fig. 1 shows a section through an inventive arrangement transversely to the longitudinal extent of the laser rod, which is formed as a block of laser active and inactive layers, wherein a penetrating from above in the block pumping beam is reflected several times on the surfaces of the block, so that the pump beam passes through a small area of the doped layer four times.
Fig. 2 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung parallel zur "slow axis" eines Laserdiodenarrays, dessen Strahl in Richtung der "slow axis" durch eine Linse verengt und in einen Block eingestrahlt wird, der analog zu Fig. 1 aus laseraktiven und inaktiven Schichten zusammengesetzt ist,2 shows a section through an arrangement according to the invention parallel to the "slow axis" of a laser diode array whose beam is narrowed in the direction of the "slow axis" by a lens and irradiated into a block which, analogous to FIG. 1, is composed of laser-active and inactive layers is
Fig. 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung parallel zur "slow axis" von drei Laserdiodenarrays, wobei die "slow axis" der äußeren Diodenarrays gegenüber der "slow axis" des mittleren Diodenarrays geneigt ist, um eine Einstrahlung in sich überlappende Bereiche des laseraktivem Materials zu ermöglichen. Fig. 4 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung quer zur Längsausdehnung des Laserstabes entsprechend Fig. 1 einer anderen Ausbildungsform der Erfindung, in welcher ein von oben in dem Block eindringender Pumpstrahl an den Oberflächen des Blocks mehrmals reflektiert wird, so dass der Pumpstrahl einen kleinen Bereich der dotierten Schicht sechsmal durchläuft.Fig. 3 shows a section through an inventive arrangement parallel to the "slow axis" of three laser diode arrays, wherein the "slow axis" of the outer diode arrays is inclined relative to the "slow axis" of the middle diode array to irradiation in overlapping areas of the laser active material to enable. Fig. 4 shows a section through an inventive arrangement transverse to the longitudinal extent of the laser rod according to Fig. 1 of another embodiment of the invention, in which a from above in the block penetrating pump beam is reflected several times on the surfaces of the block, so that the pump beam a small area passes through the doped layer six times.
Fig. 5 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, wobei jedoch unterschiedlich zu Fig. 1 Laserstab und Pumpanordnung so gedreht wurden, dass der Laserstrahl 10 in der Ebene der sich kreuzenden Pumpstrahlen durch deren Kreuzungspunkt 11 verläuft.Fig. 5 shows a section through an inventive arrangement similar to that shown in Fig. 1, but different from Fig. 1 laser rod and pumping arrangement were rotated so that the laser beam 10 extends in the plane of the intersecting pumping beams through the intersection point 11.
Fig. 6 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung, bei welcher der in Fig. 5 gezeigte Laserstab zusammen mit einem nichtlinearen optischen Element 27 in einen Resonator mit den Endspiegeln 25 un d 26 eingebracht ist.Fig. 6 shows a section through an inventive arrangement in which the laser rod shown in Fig. 5 is introduced together with a non-linear optical element 27 into a resonator with the end mirrors 25 un d 26.
Fig. 1 zeigt den aus Lasermaterial bestehenden Block 20 eines Festkörperlasers quer zur Strahlrichtung. Der Block 20 besteht aus einer dünnen Platte 2 aus laseraktivem Material, die zwischen zwei Platten 1 und 3 aus inaktivem Material angeordnet ist. Die seitlichen Begrenzungsflächen des Laserstabs müssen nicht notwendigerweise plan oder parallel zueinander angeordnet sein, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Die Platten sind z. B. mit Hilfe von Diffusion Bonding so miteinander verbunden, dass an den Grenzschichten auftretende optische Störungen z. B. Absorption oder Streuung des Laserstrahls vernachlässigbar klein sind. Die vier Kanten des Blocks sind abgeschrägt, wodurch dort ebene Begrenzungsflächen 5, 6, 8 und 9 entstehen, welche zueinander geneigt sind. Hierbei sind eine Fläche 9 als Einstrahlungsfläche und drei weitere Flächen 8, 5 und 6 als Reflektionsflächen ausgebildet. Die ersten zwei Reflexionsflächen 6, 5 sind zueinander geneigt und bezüglich der laseraktiven Schicht 2 so angeordnet, dass sie dem einfallenden Pumpstrahl gegenüber liegen. Ein Pumpstrahl 4, der z. B. aus einem Diodenarray kommt und vorzugsweise durch eine Zylinderlinse in Richtung der sog. "fast axis", welche parallel zur Zeichenebene angeordnet ist, kollimiert wurde, tritt von schräg oben durch die Fläche 9, welche für das Pumplicht antireflektierend beschichtet ist, in den Block 20 ein. Sodann durchquert der Pumpstrahl die laseraktive Schicht 2, wird an der Fläche 6 in Richtung der Fläche 5 und von dort in die laseraktive Schicht so zurückreflektiert, dass er dort den ursprünglich einfallenden Pumpstrahl in dem Kreuzungspunkt 11 kreuzt. Daraufhin wird der Pumpstrahl durch die als Reflektor ausgebildete Fläche 8, die für die Pumpstrahlung hochreflektierend beschichtet ist, annähernd in sich selbst zurückgelenkt, so dass er die laseraktive Schicht im Bereich des Kreuzungspunkts 11 noch zweimal durchquert. Dadurch wird unterschiedlich zu herkömmlichen transversalen Pumpanordnungen eine weitgehende Absorption des Pumpstrahls in einem sehr kleinen Bereich in der Umgebung des Kreuzungspunkts 11 erreicht. Mit Hilfe der sich kreuzenden Pumpstrahlen wird erreicht, dass der Schwerpunkt und das Maximum der sich ergebenden Dichteverteilung des absorbierten Pumplichts mit dem Maximum des Strahlprofils des Laserstrahls 10, welcher senkrecht zu den Pumpstrahlen verläuft, weitgehend zur Deckung gebracht wird. Dadurch wird ein Laserstrahl sehr hoher Strahlqualität erzeugt. Bei hoher Dotierung der laseraktiven Schicht können typischerweise 90% und mehr der eingestrahlten Pumpleistung absorbiert werden. Die auf diese Weise realisierbare transversale Ausdehnung des so gepumpten Bereichs kann typischerweise kleiner als 1 mm sein. Der Auftreffwinkel α des Pumpstrahls auf die Flächen 5 und 6 wird zweckmäßigerweise so gewählt, dass er größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist, in welchem Fall sich eine Beschichtung dieser Flächen erübrigt, die andernfalls aufgebracht werden müsste, falls der Winkel unter dem Grenzwinkel liegt. Die durch Absorption des Pumplichts sich entwickelnde Wärme wird durch die seitlichen Flächen 12 und 13 des Blocks durch Festkörperkontakt mit einem Kühlelement oder einem Kühlmedium großer Wärmeleitfähigkeit abgeführt. Die reflektierende Fläche 8 kann durch einen externen Spiegel ersetzt werden.1 shows the laser material block 20 of a solid-state laser transverse to the beam direction. The block 20 consists of a thin plate 2 of laser active material, which is arranged between two plates 1 and 3 of inactive material. The lateral boundary surfaces of the laser rod need not necessarily be flat or parallel to each other, as shown in the drawing. The plates are z. B. connected by means of diffusion bonding so that occurring at the boundary layers optical interference z. B. absorption or scattering of the laser beam are negligible. The four edges of the block are chamfered, creating there flat boundary surfaces 5, 6, 8 and 9, which are inclined to each other. In this case, a surface 9 as an irradiation surface and three further surfaces 8, 5 and 6 are formed as reflection surfaces. The first two reflecting surfaces 6, 5 are inclined relative to each other and arranged with respect to the laser-active layer 2 so that they face the incident pumping beam. A pumping beam 4, the z. B. comes from a diode array and preferably by a cylindrical lens in the direction of the so-called. "Fast axis", which is arranged parallel to the plane collimated occurs from obliquely above through the surface 9, which is antireflectively coated for the pumping light in the Block 20 a. The pump beam then traverses the laser-active layer 2, is reflected back on the surface 6 in the direction of the surface 5 and from there into the laser-active layer in such a way that it intersects the originally incident pump beam at the point of intersection 11. Then, the pump beam is formed by the reflector 8 formed surface, which for the pump radiation highly reflective coated, approximately inwardly directed back so that it passes through the laser-active layer in the region of the intersection point 11 twice more. As a result, a substantial absorption of the pump beam in a very small area in the vicinity of the crossing point 11 is achieved, unlike conventional transverse pumping arrangements. By means of the intersecting pumping beams, it is achieved that the center of gravity and the maximum of the resulting density distribution of the absorbed pumping light are largely brought into coincidence with the maximum of the beam profile of the laser beam 10 which is perpendicular to the pumping beams. As a result, a laser beam of very high beam quality is generated. With high doping of the laser-active layer, typically 90% and more of the radiated pump power can be absorbed. The transverse extent of the region thus pumped can typically be less than 1 mm. The angle of incidence α of the pumping beam on the surfaces 5 and 6 is expediently chosen so that it is greater than the critical angle of total reflection, in which case a coating of these surfaces is unnecessary, which would otherwise have to be applied if the angle is below the critical angle. The heat developed by absorption of the pumping light is dissipated through the side surfaces 12 and 13 of the block by solid state contact with a cooling element or a cooling medium of high thermal conductivity. The reflecting surface 8 can be replaced by an external mirror.
Um die absorbierte Pumpleistung weiter zu erhöhen, wird in der Ausfuhrungsform der Figur 4 vorgeschlagen, den Reflektor 8 durch zwei zueinander geneigte Flächen 21 und 22 ersetzen, wodurch erreicht wird, dass der Pumpstrahl nicht in sich selbst zurückreflektiert wird, sondern so umgelenkt wird, das er den Bereich des Kreuzungspunkts des 11 nochmals aus einer anderen Richtung kommend durchquert. Erst nachdem der Pumpstrahl den Bereich des Kreuzungspunkts nun ein drittes Mal durchquert hat, wird er durch die als Reflektor ausgebildete Fläche 23 annähernd in sich selbst zurückgelenkt. Dadurch wird erreicht, dass der Pumpstrahl den Bereich des Kreuzungspunkts 11 sechsmal durchquert, wodurch eine fast vollständige Absorption der Pumpleistung erreicht wird. Die Auftreffwinkel des Pumpstrahls auf die Reflektoren 21 und 22 werden dabei vorzugsweise so gewählt, dass sie größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion sind. Falls die Geometrie der Anordnung dies nicht erlaubt, kann eine anti- reflektierende Beschichtung der Fläche 21 und/oder der Fläche 22 angebracht werden. Um die technische Herstellung des Kristallstabes zu vereinfachen, wird vorgeschlagen dass die Flächen 9 und 22 in einer Ebene liegen. Um dies realisieren zu können, kann es notwendig werden, dass der Pumpstrahl 4 zur Flächenormale geneigt auf die Fläche 9 auftritt. Um die Dichte der absorbierten Pumplichtverteilung weiter zu erhöhen, wird vorgeschlagen, den Pumpstrahl in Richtung der sog. "slow axis" zu fokussieren. Eine derartige Modifikation ist insbesondere für 3 -Niveau-Laser interessant, um Reabsorptionsverluste des Laserstrahls im laseraktiven Medium zu vermeiden. Eine entsprechende erfindungsgemäße Anordnung wird im Folgenden anhand von Fig. 2 beschrieben. Der aus einem Diodenarray 14 kommende, durch eine Zylinderlinse in Richtung der "fast axis" bereits kollimierte Pumpstrahl wird durch eine weitere Zylinderlinse 15 so fokussiert, dass das Strahlprofil in Richtung der "slow axis" schmäler wird und in den Block 20 aus Fig. 1 eingestrahlt. Die geneigten Flächen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 1 ist dieser Block jedoch nun um 90° gedreht dargestellt, so dass die Umlenkung des Pumpstrahls innerhalb des Blocks nun senkrecht zur Zeichenebene erfolgt. Um eine thermische Verformung der oberen und unteren Grenzfläche des Blocks zu vermeiden, wird zusätzlich vorgeschlagen, an den oberen und unteren Grenzflächen Blöcke 17 aus undotiertem Material anzufügen.In order to further increase the absorbed pumping power, it is proposed in the embodiment of FIG. 4 to replace the reflector 8 by two mutually inclined surfaces 21 and 22, which ensures that the pumping beam is not reflected back into itself but is deflected in such a way he traverses the area of the crossing point of the 11 coming from another direction again. Only after the pumping beam has passed through the area of the crossing point a third time, it is almost by the surface formed as a reflector 23 is directed back into itself. It is thereby achieved that the pumping beam traverses the region of the crossing point 11 six times, whereby an almost complete absorption of the pumping power is achieved. The angle of incidence of the pumping beam on the reflectors 21 and 22 are preferably chosen so that they are greater than the critical angle of total reflection. If the geometry of the assembly does not allow this, an anti-reflective coating of the surface 21 and / or the surface 22 may be applied. To simplify the technical production of the crystal rod, it is proposed that the surfaces 9 and 22 lie in one plane. In order to be able to realize this, it may be necessary for the pump beam 4 to occur inclined to the surface normal to the surface 9. In order to further increase the density of the absorbed pump light distribution, it is proposed to focus the pump beam in the direction of the so-called "slow axis". Such a modification is of particular interest for 3-level lasers in order to avoid reabsorption losses of the laser beam in the laser-active medium. A corresponding inventive arrangement will be described below with reference to FIG. 2. Coming from a diode array 14, already collimated by a cylindrical lens in the direction of the "fast axis" pump beam is focused by a further cylindrical lens 15 so that the beam profile in the direction of the "slow axis" becomes narrower and in the block 20 of FIG irradiated. The inclined surfaces are not shown for reasons of clarity. In contrast to Fig. 1, however, this block is now shown rotated by 90 °, so that the deflection of the pump beam within the block is now perpendicular to the plane. In order to avoid thermal deformation of the upper and lower boundary surfaces of the block, it is additionally proposed to add blocks 17 of undoped material at the upper and lower boundary surfaces.
Um die in der laseraktiven Schicht absorbierte Pumpleistung zu erhöhen, wird weiter vorgeschlagen, mit drei oder mehr Diodenarrays in den Block einzustrahlen. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann dies dadurch erreicht werden, dass weitere Diodenarrays 18 neben einem mittleren Diodenarray 14 angeordnet sind, deren Strahlrichtung gegenüber der Strahlrichtung des mittleren Diodenarrays bezüglich der "slow axis" geneigt ist. Dadurch wird erreicht, dass die Strahlen des mittleren und der beiden äußeren Diodenarrays in sich überlappende Bereiche des laseraktivem Materials 2 eindringen und dort absorbiert werden.In order to increase the pump power absorbed in the laser active layer, it is further proposed to irradiate into the block with three or more diode arrays. As shown in FIG. 3, this can be achieved by arranging further diode arrays 18 next to a central diode array 14 whose beam direction is inclined with respect to the beam direction of the middle diode array with respect to the "slow axis". This ensures that the beams of the middle and the two outer diode arrays penetrate into overlapping regions of the laser-active material 2 and are absorbed there.
Alternativ wird vorgeschlagen eine Erhöhung der absorbierten Pumpleistung dadurch zu erreichen, dass mehrere Dioden in Richtung der "slow axis" aneinander gereiht werden und in einen entsprechend langen Block oder in mehrere aneinander gereihte Blöcke einstrahlen.Alternatively, it is proposed to increase the absorbed pump power by arranging several diodes in the direction of the "slow axis" and irradiating them into a correspondingly long block or into a plurality of blocks arranged next to one another.
Statt zwei Reflexionsflächen können selbstverständlich auch mehrere Reflexionsflächen verwendet werden. Zudem müssen die Reflexionsflächen nicht unbedingt an dem Block 20 des Lasermaterials ausgebildet sein, obwohl dies vorteilhaft ist.Of course, instead of two reflection surfaces, a plurality of reflection surfaces can also be used. In addition, the reflective surfaces do not necessarily have to be formed on the block 20 of the laser material, although this is advantageous.
In Fig. 5 sind unterschiedlich zu Fig. 1 Laserstab und Pumpanordnung um 90° so gedreht, dass der Laserstrahl 10 in der Ebene der sich kreuzenden Pumpstrahlen durch deren Kreuzungspunkt 11 verläuft. Um diese Anordnung effektiv zu nutzen, ist es vorteilhaft, anstatt eines Diodenar- Diodenarrays einen allseitig kollimierten Pumpstrahl, der zum Beispiel aus einer Faser kommt, zu benutzen. Zudem wird vorzugsweise der Winkel, unter dem sich die Pumpstrahlen kreuzen, möglichst klein und die Dicke der dotierten Schicht etwas größer als in Fig. 1 z. B. typischerweise 2 mm gewählt, um eine möglichst hohe Leistungsdichte der im Bereich des Laserstrahls absorbierten Pumpstrahlung zu erreichen. Die auf diese Weise erzielbare Leistungsdichte der absorbierten Pumpstrahlung im Kreuzungsbereich der Pumpstrahlen ist sehr hoch und liegt weit über derjenigen, die mit derzeit bekannten Pumpanordnungen erzielt wird.In FIG. 5, unlike FIG. 1, the laser rod and the pump arrangement are rotated by 90 ° so that the laser beam 10 runs in the plane of the intersecting pump beams through its intersection point 11. To effectively use this arrangement, it is advantageous to use a diode array instead of a diode array. Diode arrays to use an all-round collimated pump beam, which comes for example from a fiber. In addition, preferably the angle at which the pump beams intersect, as small as possible and the thickness of the doped layer slightly larger than in Fig. 1 z. B. typically 2 mm selected to achieve the highest possible power density of the absorbed in the laser beam pump radiation. The achievable in this way power density of the absorbed pump radiation in the crossing region of the pump beams is very high and is far above that which is achieved with currently known pumping arrangements.
Vorzugsweise wird daher diese Anordnung insbesondere in 3 -Niveau-Lasern, optisch parametrischen Oszillatoren und zur Frequenzvervielfachung eingesetzt, z. B. zur Erzeugung eines blauen Laserstrahls mithilfe eines Nd:YAG Kristalls. Es wird vorgeschlagen, zu diesem Zweck innerhalb oder außerhalb des Resonators optisch nichtlineares Material in den Laserstrahl einzubringen.Preferably, therefore, this arrangement is used in particular in 3-level lasers, optical parametric oscillators and frequency multiplication, z. To generate a blue laser beam using an Nd: YAG crystal. It is proposed to introduce for this purpose inside or outside the resonator optically non-linear material in the laser beam.
Fig. 6 zeigt eine typische Anordnung, bei welcher der gepumpte Laserstab 20 zusammen mit einem Block 27 aus nichtlinearem optischen Material in einen Resonator mit den Endspiegeln 25 und 26 eingebracht ist. In analoger Weise kann der Block 27 auch außerhalb des Resonators in den Laserstrahl eingebracht werden. Um die Frequenzvervielfachung möglichst effektiv zu gestalten, wird vorgeschlagen, hierzu optisch nichtlineares Material zu verwenden, welches periodisch gepolt ist, wodurch quasi-phase matching Bedingungen (QCM) erzeugt werden. Durch diese erfindungsgemäße Verwendung periodisch gepolter Materialien wird eine wesentlich effizientere Frequenzumwandlung als mithilfe von gewöhnlichen nichtlinearen Kristallen erreicht. In Frage kommende Materialien sind z. B. periodisch gepoltes LiNbO3 (PPLN), Li- TaO3 (PPLT) oder KTP (PPKTP). Fig. 6 shows a typical arrangement in which the pumped laser rod 20 is incorporated together with a block 27 of non-linear optical material in a resonator with the end mirrors 25 and 26. In an analogous manner, the block 27 can also be introduced outside the resonator into the laser beam. To make the frequency multiplication as effective as possible, it is proposed to use this optically non-linear material, which is periodically poled, whereby quasi-phase matching conditions (QCM) are generated. This use of periodically poled materials in accordance with the present invention achieves a much more efficient frequency conversion than with the use of ordinary nonlinear crystals. Eligible materials are z. Periodically poled LiNbO 3 (PPLN), Li-TaO 3 (PPLT) or KTP (PPKTP).

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Festkörperlaser, umfassend einen Block (20) eines Lasermaterials, der aus mindestens drei Schichten (1, 2 und 3) besteht, wobei sich zwischen zwei inaktiven Schichten (1,3) mindestens eine laseraktive Schicht (2) befindet, und mindestens eine Pumpquelle (14,18) zur Abgabe mindestens eines Pumpstrahls (4) zum Pumpen der laseraktiven Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei zueinander geneigte Reflektoren (5 und 6) vorgesehen sind, durch welche der reflektierte Pumpstrahl (7) in die laseraktive Schicht (2) derart zurückgelenkt wird, dass er den einfallenden Pumpstrahl (4) innerhalb der dotierten Schicht kreuzt.A solid-state laser comprising a block (20) of a laser material consisting of at least three layers (1, 2 and 3), wherein at least one laser-active layer (2) is located between two inactive layers (1,3), and at least one Pump source (14,18) for delivering at least one pumping beam (4) for pumping the laser-active layer, characterized in that at least two mutually inclined reflectors (5 and 6) are provided, through which the reflected pumping beam (7) into the laser-active layer ( 2) is deflected back so that it crosses the incident pumping beam (4) within the doped layer.
2. Festkörperlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Reflexionsfläche (8) vorgesehen ist, durch die der an den ersten beiden Reflektoren (5, 6) von unten reflektierte Pumpstrahl (7) annähernd in sich selbst zurückreflektiert wird.2. Solid state laser according to claim 1, characterized in that a third reflection surface (8) is provided, through which the at the first two reflectors (5, 6) from below reflected pump beam (7) is reflected back almost in itself.
3. Festkörperlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzflächen zwischen den laseraktiven und den inaktiven Schichten plan sind.3. Solid-state laser according to claim 1 or 2, characterized in that the interfaces between the laser-active and the inactive layers are flat.
4. Festkörperlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laseraktiven und inaktiven Schichten z. B. mit Hilfe von Diffusion oder Adhesivefree Bonding miteinander verbunden sind.4. Solid-state laser according to one of the preceding claims, characterized in that the laser-active and inactive layers z. B. are connected to each other by means of diffusion or adhesive bonding.
5. Festkörperlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die laseraktiven und inaktiven Schichten kontinuierlich ineinander übergehen z. B. durch Änderung der Konzentration der laseraktivem Atome in der Schmelze während des Prozesses der Kristallzüchtung realisiert werden, oder dass die laseraktiven und inaktiven Schichten aus keramischem Lasermaterial bestehen.5. Solid state laser according to one of the preceding claims, characterized in that the laser-active and inactive layers continuously merge into one another z. B. be realized by changing the concentration of the laser-active atoms in the melt during the process of crystal growth, or that the laser-active and inactive layers of ceramic laser material.
6. Festkörperlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Umlenken des Pumpstrahls vorgesehenen Reflektoren (5, 6, 8) durch eine geeignete Anordnung und/oder Beschichtung von Oberflächenbereichen des Lasermaterials (20) realisiert werden. 6. Solid-state laser according to one of the preceding claims, characterized in that the deflectors provided for deflecting the pump beam reflectors (5, 6, 8) by a suitable arrangement and / or coating of surface regions of the laser material (20) can be realized.
7. Festkörperlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermaterial aus einem Block (20) besteht, der sich aus drei Schichten (1, 2 und 3) zusammensetzt , wobei nur die mittlere Schicht (2) laseraktiv ist, und dass die Kanten (5, 6, 8, 9) dieses Blocks zur Bildung von Einstrahl- und Reflexionsflächen plan abgeschliffen sind, wobei der Pumpstrahl (4) durch die Einstrahlfläche (9) in dem Block eindringt, die laseraktive Schicht durchquert, von der ersten Reflexionsfläche (6) zur zweiten Reflexionsfläche (5) reflektiert wird und von hier in Richtung einer dritten Reflexionsfläche (8) gelenkt wird, wobei er den ursprünglich einfallenden Strahl innerhalb der laseraktiven Schicht kreuzt, und sodann an der dritten Reflexionsfläche (8) annähernd in sich selbst zurückgelenkt wird.7. Solid state laser according to one of the preceding claims, characterized in that the laser material consists of a block (20) composed of three layers (1, 2 and 3), wherein only the middle layer (2) is laser active, and that the edges (5, 6, 8, 9) of this block are ground flat to form radiating and reflecting surfaces, the pumping beam (4) penetrating the radiating surface (9) in the block passing through the laser active layer, from the first reflecting surface (6) is reflected to the second reflection surface (5) and is directed from here towards a third reflection surface (8), crossing the original incident beam within the laser active layer, and then at the third reflection surface (8) approximately in itself is deflected back.
8. Festkörperlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstrahlfläche (9) für den Pumpstrahl antireflektierend, die dritte Reflexionsfläche (8) dagegen hochreflektierend beschichtet ist.8. Solid-state laser according to one of the preceding claims, characterized in that the irradiation surface (9) for the pump beam antireflective, the third reflection surface (8), however, is coated highly reflective.
9. Festkörperlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpstrahl an der ersten und zweiten Reflexionsfläche (5 und 6) unter einem Winkel α zum Lot auf diese Flächen reflektiert wird, der größer ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion des Laserstrahls an der Innenseite der reflektierenden Fläche.9. Solid-state laser according to one of the preceding claims, characterized in that the pumping beam at the first and second reflection surface (5 and 6) is reflected at an angle α to the solder on these surfaces, which is greater than the critical angle of total reflection of the laser beam at the Inside of the reflective surface.
10. Festkörperlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die emittierenden Flächen der Pumplichtquellen in einer Richtung deutlich länger sind als in der anderen, oder dass eine Reihe von kleinen emittierenden Flächen entlang einer Vorzugsrichtung angeordnet sind.10. Solid state laser according to one of the preceding claims, characterized in that the emitting surfaces of the pump light sources are significantly longer in one direction than in the other, or that a series of small emitting surfaces are arranged along a preferred direction.
11. Festkörperlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Pumplichtquellen ausgehende Strahl derart kollimiert bzw. fokussiert ist, dass sein Strahlprofil in einer Vorzugsrichtung wesentlich breiter ist als in der anderen, und dass die Reflektoren (5,6,8) für die Umlenkung des Strahls derart angeordnet sind, dass er sich innerhalb der laseraktiven Schicht entlang der Strahlachse des erzeugten Laserstrahls kreuzt.11. Solid state laser according to one of the preceding claims, characterized in that the beam emanating from the pump light sources beam is collimated or focused such that its beam profile in a preferred direction is substantially wider than in the other, and that the reflectors (5,6,8 ) are arranged for the deflection of the beam so that it crosses within the laser-active layer along the beam axis of the laser beam generated.
12. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall an mindestens einer der Außenflächen, durch welche weder ein Pump- noch ein Laserstrahl hindurchtritt, gekühlt wird.. 12. Solid-state laser according to one of claims 7 to 10, characterized in that the crystal is cooled on at least one of the outer surfaces, through which neither a pump nor a laser beam passes, is cooled ..
13. Festkörperlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linse (15) in dem aus einem Diodenarray (14) kommenden Pumpstrahl (4) angeordnet ist, durch welche der Strahl in Richtung der "slow axis" zusätzlich fokussiert wird.13. Solid-state laser according to one of the preceding claims, characterized in that a lens (15) is arranged in the pump beam (4) coming from a diode array (14) through which the beam is additionally focused in the direction of the "slow axis".
14. Festkörperlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder mehr Diodenarrays (14, 18) vorgesehen sind, die in den Block (20) einstrahlen, und dass die "slow axis" der beiden äußeren Diodenarrays (18) gegenüber der "slow axis" des mittleren Diodenarrays (14) geneigt ist.14. Solid state laser according to one of the preceding claims, characterized in that three or more diode arrays (14, 18) are provided, which radiate into the block (20), and that the "slow axis" of the two outer diode arrays (18) relative to the "Slow axis" of the middle diode array (14) is inclined.
15. Festkörperlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass der Reflektor 8 durch zwei weitere zueinander geneigte Reflektoren (21 und 22), ersetzt wird, durch welche der reflektierte Pumpstrahl (7) in die dotierte Schicht (2) derart zurückgelenkt wird, dass er letztere im Bereich des Kreuzungspunktes der Pumpstrahlen (4 und 7) nochmals aus einer anderen Richtung kommend durchquert.15. Solid state laser according to one of the preceding claims, characterized in that the reflector 8 is replaced by two further mutually inclined reflectors (21 and 22), by which the reflected pump beam (7) is deflected back into the doped layer (2) in that it traverses the latter again from another direction in the region of the crossing point of the pumping beams (4 and 7).
16. Festkörperlaser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Reflektoren (21 und 22) umgelenkte Pumpstrahl (24) nach Durchqueren der laseraktiven Schicht (2) durch einen Reflektor (23) annähernd in sich selbst zurückreflektiert wird.16. Solid state laser according to claim 15, characterized in that the deflected by the reflectors (21 and 22) pump beam (24) after passing through the laser active layer (2) by a reflector (23) is reflected back almost in itself.
17. Festkörperlaser nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Block (20) geeignet abgeschliffen wird, so dass zwei Flächen (21 und 22) entstehen, an denen der Pumpstrahl von innen reflektiert wird.17. Solid-state laser according to claim 15 or 16, characterized in that the block (20) is suitably ground, so that two surfaces (21 and 22) are formed, at which the pump beam is reflected from the inside.
18. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpstrahl auf die Fläche 21 und/oder die Fläche 22 unter einem Winkel auftrifft, der kleiner ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion.18. Solid state laser according to one of claims 15 to 17, characterized in that the pump beam impinges on the surface 21 and / or the surface 22 at an angle which is smaller than the critical angle of total reflection.
19. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche 21 und/oder die Fläche 22 für den Pumpstrahl antireflektierend beschichtet ist und dass die Fläche 23 für den Pumpstrahl hochreflektierend beschichtet ist.19. Solid state laser according to one of claims 15 to 18, characterized in that the surface 21 and / or the surface 22 is coated antireflective for the pumping beam and that the surface 23 is coated for the pumping beam highly reflective.
20. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche (9) für den Pumpstrahl und die Reflexionsfläche (22) in einer Ebene liegen. 20. Solid-state laser according to one of claims 15 to 19, characterized in that the inlet surface (9) for the pumping beam and the reflection surface (22) lie in one plane.
21. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpstrahl allseitig kollimiert ist und dass der Laserstrahl in einer Ebene mit den sich kreuzenden Pumpstrahlen liegt und durch deren Kreuzungspunkt verläuft.21. Solid state laser according to one of claims 1 to 9 or 12, characterized in that the pump beam is collimated on all sides and that the laser beam is in a plane with the intersecting pump beams and passes through the intersection point.
22. Festkörperlaser nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb oder außerhalb des Laserresonators nichtlineare optische Elemente (27) angebracht sind.22. Solid state laser according to claim 21, characterized in that inside or outside of the laser resonator non-linear optical elements (27) are mounted.
23. Festkörperlaser nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, dass die nichtlinearen optischen Elemente periodisch gepolt sind, wodurch quasi-phase matching Bedingungen (QCM) erzeugt werden. 23. Solid state laser according to claim 22, characterized in that the nonlinear optical elements are periodically poled, whereby quasi-phase matching conditions (QCM) are generated.
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