WO2011160143A2 - Laser mit einem lasermedium - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a laser with a laser medium, which is excited in a pumping region, and a standing wave resonator comprising optical elements, of which a beam axis having, the laser medium passing laser beam is guided and the first and a second end mirror, the resonator comprising a first resonator section having the first end mirror and optionally further of the optical elements cooperating with the laser beam between the first end mirror and the laser medium and a second resonator section including the second end mirror and further of the optical elements cooperating with the laser beam between the laser medium and the second end mirror, wherein at least one of the optical elements of the first resonator section has a foaming formation through which the beam axes of the laser beam, which at respective tiltings of at least one of the optical elements arranged in the second resonator section, have at least one crossing point, and wherein this crossing point or one of these crossing points of the beam axes of the laser beam lies in the pumping area of the laser medium or has a distance from the pumping area
  • resonators also referred to as cavities
  • laser medium active medium
  • standing wave resonators also referred to as linear resonators
  • ring resonators are known in which the laser light is guided circumferentially, with basically two different directions of rotation are possible.
  • the laser beam impinges on the main plane of the folding mirror at an angle of incidence near 0 ° (+/- 10 °) to the surface normal
  • folding mirrors can be planar or have a curvature, so that they are designed as concave mirrors
  • the number of reflections required on folding mirrors is then determined by the length of the laser housing, for example 56 cm laser housings are commercially available, and frequently used pulse repetition frequencies are in the range of 20-120 MHz.
  • a problem with such resonators is the sensitivity to tilting of optical elements of the resonator.
  • the optical elements of a laser resonator are mounted on a common support member, which is formed by a plate, a monolithic block or a mechanically stable linkage.
  • the mirror elements of the resonator which consist of the actual reflective mirror coating and the substrate (usually glass), on which the mirror coating is applied, are in - usually metallic - mirror mounts taken, which are then in turn mounted on the support member.
  • the thermal expansion is significantly different, so that changes in temperature either a voltage and / or a shift results against each other.
  • An angular stability of better than 50 rad is technically difficult or only with great effort achievable in the assembly of materials with different coefficients of expansion (taking into account environmental influences and over a period of several years): It means that a mirror surface with an extension of 10 mm at one end to the other end may vary by a maximum of 0.5 ⁇ . If one considers that several mirror elements can add up their tolerances, the stability requirement for the individual mirror must be significantly increased.
  • the surface roughness of milled or drilled metallic surfaces is usually 0.4 to 0.8 ⁇ and can not provide the desired support accuracy thus usually.
  • Pulsed laser beams can also be generated in other ways than by mode-locking, in particular by a Q-switching. Typical pulse durations are in the nanosecond range.
  • a mode-locked femtosecond solid state laser is, for example, in F.
  • the folded standing wave resonator is designed here in the form of a so-called "delta cavity”.
  • the laser medium formed by Yb: KGW is arranged in the laser beam in the region between two concave mirrors of the resonator, each having a radius of curvature of 200 mm. At the location of the laser medium, the laser beam is strongly constricted with respect to its extension at these concave mirrors.
  • the beam radius (or mode radius) is less than one tenth of the beam radius at the concave mirrors at the location of the laser medium.
  • the mirrors of this resonator have relatively high sensitivities to tilting.
  • Delta configurations of resonators are known in many other embodiments.
  • Other known designs of resonators for example, so-called ⁇ Z configurations.
  • Further developments of pulsed lasers, in particular mode-locked lasers, are evident, for example, from EP 1 692 749 B1, EP 1 588 461 B1 and EP 1 687 876 B1 and the publications cited therein.
  • an adjustment element is used to compensate for adjustment errors, wherein a back reflection of the laser beam takes place in itself or slightly offset, in particular by a curved mirror, or the laser beam is collimated on a resonator mirror, in particular by a reflective or refractive element.
  • reflections on the alignment sensitivity of resonator optical elements can also be found in the Encyclopaedia of Laser Physics and Technology at www.rp- photonics.com/alignment_sensitivity.html
  • This encyclopedia has also appeared in book form "Encyclopedia of Laser Physics and Techno-Iogy ", Paschotta, Rüdiger, 2008, ISBN-10: 3-527-40828-2 (Wiley-VCH, Berlin).
  • the object of the invention is to provide a laser of the type mentioned, in which with respect to the Kipp interkeit at least one of the optical elements of the resonator, an improvement is achieved. According to the invention, this is achieved by a laser having the features of claim 1.
  • At least one of the optical elements of the first resonator section has a focusing configuration. If only the first end mirror is arranged as optical elements in the first resonator section, it is therefore designed as a concave mirror. If, in addition to the first end mirror, at least one further optical element is arranged in the first resonator section, then the first end mirror and / or at least one of the further optical elements arranged in the first resonator section is focused. Such training is common. In such an embodiment, if, starting from an adjusted state, at least one of the optical elements of the second resonator section is tilted with respect to its adjusted position, the steel layer of the laser mode is changed, i.
  • the laser medium is arranged so that this crossing point or, in the case of more than one crossing point, one of these crossing points lies in the pumping region of the laser medium or close to it.
  • the distance of the crossing point from the pumping area is smaller than the Rayleigh length, which belongs to the section of the laser beam that can be between the laser medium and the nearest focusing optical element of the first resonator section (which may possibly be the only focusing optical element of the first resonator section). lies. Due to this arrangement of the laser medium, tilting of optical elements in the second resonator section results in no displacement at the location of the pumping area of the laser medium (if the crossing point lies in the pumping area) or only a slight shift (if the crossing point has a small distance from the pumping area). the beam axis with respect to the pumping area, but only to an angular change of the beam axis.
  • the sensitivity of the laser has been virtually reduced to zero in terms of its performance against tilting of the optical elements located in the second resonator section. Only the optical elements of the first resonator section are sensitive to adjustment in this sense, wherein the first resonator section, for example, can have only the first end mirror as the only optical element.
  • a misalignment of an optical element can also have a transverse displacement in relation to its adjusted position. These can occur, for example, due to (thermal) tensions.
  • the beam position does not thereby change, but in the case of curved mirrors or in the case of lenses in which such a lateral displacement can be represented as an optionally additional contribution to the tilt, which depends on the radius of curvature.
  • a misalignment in the sense of a lateral shift applies to curved mirrors and lenses thus analogous as previously performed in connection with the tilting.
  • there is a change in the beam axis wherein the different beam axes intersect in at least one intersection point, in the same or the same as in a pure tilting.
  • the beam axis which forms in the adjusted state of the optical elements, ie without misalignment, and thus represents the "ideal" optical axis of the laser beam or laser mode, is referred to below as the central axis of the laser beam of the respective optical element at the intersection of the principal plane of this optical element with the axis of symmetry of this optical element.
  • tilting of the optical elements in order to determine the at least one crossing point such tiltings are preferably considered which, starting from the adjusted position of the respective optical element, take place about a respective tilting axis which is perpendicular to the symmetry axis of the optical axis
  • Elements lies and passes through the intersection of the main plane of the optical element with its axis of symmetry.
  • the angular range of the tilting lies in any case within the limits in which the laser mode is still formed. Furthermore, the tilting range is within the limits within which the laser beam with its entire beam diameter is still within the optical surfaces of the optical elements.
  • the optical surfaces are the surfaces of the optical elements interacting with the laser beam. These may be reflecting surfaces (of mirrors) as well as passage surfaces (in the case of lenses, if any), as well as a combination thereof (e.g., a decoupling mirror).
  • tilting about axes other than the aforementioned tilting axis when tilting about axes other than the aforementioned tilting axis occurs, they may be considered to overlap tilting about said tilting axis with a transverse displacement and a displacement in the direction of the central axis. Shifts in the direction of the central axis can generally remain approximately unnoticed.
  • the laser medium is also an optical element with optical surfaces, which influences the laser beam.
  • a thermal lens is formed by the laser medium (as optical elements of the resonator, however, only the optical elements in addition to the laser medium which guide the laser beam are considered in this document).
  • the pumping area of the laser medium is preferably placed in or near the point of intersection closest to the first end mirror. It can thereby minimize the number of the adjustment-sensitive optical elements.
  • the tilting sensitivity of at least one optical element of the first resonator section, in particular of the focusing element of the first resonator section or one of the focusing elements of the first resonator section (preferably at least the closest to the laser medium) and / or at least one additional one existing Faltspiegeis the first resonator section can be reduced.
  • the radius of the laser beam in the entire first resonator section is less than five times, preferably less than three times, more preferably less than twice the radius of the laser beam in the pumping region of the laser medium.
  • the power-related tilt sensitivity may be less than 5% (the percent tilt or sensitivity is discussed below).
  • the distance of the pumping region of the laser medium from the focusing optical element of the first resonator section or, in the case of a plurality of focusing optical elements in the first resonator section, from the nearest focusing optical element of the first resonator section is advantageously less than three times the value of the ray.
  • the length of the laser beam (relative to its actually trained or interpolated beam waist), which lies between the laser medium and the nearest focusing optical element of the first resonator section.
  • the interpolated beam waist can be used here, for example, when the laser beam already impinges on the laser medium before it reaches the beam waist (the focus being changed by the thermal lens formed by the laser medium).
  • the distance of the pumping region of the laser medium from the nearest focusing optical element is, of course, determined in the unfolded state of the resonator, if there is a plane folding mirror between the laser medium and this focusing optical element.
  • the unfolded state of the resonator results in a known manner from the fact that the z-axis of the resonator, along which the beam axis of the laser beam runs in the adjusted state of the optical elements, is shown in a straight line.
  • the radius of the laser beam or laser mode is the distance from the beam axis, in which the intensity of the laser beam is set to a value of 1 / e 2 (approx.
  • the diameter of the laser beam is twice the value of the radius of the laser beam.
  • the length of the pumping region of the laser medium, relative to the direction of the central axis of the laser beam, preferably with respect to all the beam axes with tilting of optical elements, is advantageously shorter than half the value of the Rayleigh length, particularly preferably less than one fifth of the value of Rayleigh length.
  • the crossing point which is located in or near the pumping region of the laser medium, is located between the first and the second resonator section.
  • the focal length of the focusing optical element of the first resonator section or, in the case of a plurality of focusing optical elements in the first resonator section, of the focusing medium closest to the laser medium in the first resonator section is in an advantageous embodiment.
  • Form of the invention less than 100mm, preferably less than 50mm.
  • this focal length can also be less than 20mm or less than 10mm, with values of less than 5mm are possible. It is thus conveniently used relatively strong focusing optical elements, of which the laser medium has a relatively small distance.
  • the resonator of a laser according to the invention is in particular folded, ie as a so-called "elongated cavity.”
  • at least one folding mirror deflecting mirror
  • the laser beam impinges on the latter at an angle of incidence of 0 ° to 10 ° to the surface normal to the major plane of the folding mirror 15.
  • there are a plurality of such folding mirrors for example four or more In advantageous embodiments, more than ten such folding mirrors may also be present ,
  • the deployed length of the resonator is more than 1 m, in particular more than 5 m, and in other embodiments shorter resonator lengths may also be present.
  • the length of the first resonator section is less than 200 mm, preferably less than 100 mm. In further advantageous embodiments, this length is less than 40 mm, preferably less than 20 mm.
  • the length of the first resonator section is less than one fifth of the length of the second resonator section, particularly preferably less than one tenth of the length of the second resonator section.
  • the length of the first resonator section is less than a fiftieth of the length of the second resonator section.
  • the laser is formed as a pulse laser.
  • a mode coupling may be provided, wherein the
  • Pulse duration may be especially in the femtosecond or picosecond range.
  • Q-circuits may be provided, wherein the pulse duration may be in particular in the nanosecond range.
  • the local length of the pulse is desirably smaller than the unfolded resonator length, preferably less than one tenth of the unfolded resonator length.
  • Values of less than 150 MHz are favorable for the pulse repetition rate in many embodiments, the unfolded length of the resonator correspondingly being greater than 1 m.
  • Advantageous embodiments provide pulse repetition rates of less than 50 MHz, ie resonator lengths of more than 3 m. For designs of pulse repetition rates of less than 30 MHz, the resonator length is correspondingly greater than 5 m. Especially with long resonators with many folding mirrors, reduced tilting sensitivities are of particular importance.
  • the calculation method can be used, as for example by Siegman Anthony E .: "lasers”,
  • an eigenvector calculation is performed.
  • the initial coordinates (r0, r'0) are calculated, in which these initial coordinates of the beam axis are again modeled "in their own right” in a resonator cycle, using the vector (r, r ', 1) for the calculation.
  • the propagation of the beam axis through the resonator, starting from the initial coordinates, is calculated by multiplying each individual optical element, ie its associated ABCDEF matrix, by the vector (r, r ', 1).
  • each individual optical element ie its associated ABCDEF matrix
  • the deviation r, r 'of the beam axis from the central axis is obtained for each optical element at a given location z in the resonator.
  • the effect of this tilt on the power of the laser can be determined.
  • the calculation is based on the paraxial approximation.
  • the beam path within the laser resonator is formed at least partially, preferably completely, as free-beam optics, ie not guided between the optical elements in a waveguide (from a medium other than air).
  • these two optical elements z are located at different locations z in the resonator, integrally form with each other or rigidly connected together and mounted together on a support member of the resonator.
  • these two optical elements can be two folding mirrors.
  • at least one further folding mirror is located between these two folding mirrors integrally formed with one another or rigidly connected to one another and mounted together.
  • the optical surfaces of the two optical elements are located on a common base body.
  • the optical surfaces of the two optical elements are at different, rigidly interconnected bodies which are mounted on a common support on a support member of the resonator, wherein they are preferably adjustable together before.
  • On the support part At least a part of the further optical elements are also mounted to the resonator, via separate brackets.
  • the two optical elements integrally formed with one another or rigidly connected with one another in the same direction have opposite effects on the displacement and / or angular deviation in another of the optical elements of the resonator, such an integral formation or rigid connection of two optical elements Elements are reduced in a tilting of these optical elements resulting displacement and / or angular deviation of the beam axis in this other optical element.
  • a reduction in the change in the slope of the output beam may be of importance.
  • the displacement and / or the angular deviation of the beam axis is reduced in an optical element of the laser, which is sensitive to such a displacement and / or angular deviation.
  • this optical element, which is sensitive to displacement in particular could be an acousto-optic or electro-optical modulator.
  • the optical surfaces of the two integrally formed or rigidly interconnected optical elements are curved and have different centers of curvature and / or radii of curvature or even and lie in mutually perpendicular planes or is the optical surface of one of these two optical elements curved and the optical surface of the other of these two optical elements level.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a laser arrangement according to the prior art
  • 2 shows a representation of the beam radius (mode radius) and the optimum see elements of the resonator, in the deployed state, according to a second embodiment of the prior art
  • Fig. 3 is a schematic diagram of a laser arrangement according to a possible embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a specific laser arrangement according to a first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows the illustration of the beam radius for the embodiment of FIG. 4 in the unfolded state of the resonator
  • FIGS. 6 and 7 representations analogous to FIGS. 4 and 5 for a second concrete embodiment of the invention
  • Fig. 8 is a schematic diagram of another possible embodiment of the invention.
  • Fig. 1 1 shows an enlarged detail of Fig. 10
  • FIGS. 12 and 13 show schematic embodiments of two coupled optical elements of the resonator.
  • a laser arrangement according to the prior art according to the already mentioned article F. Brunner et al., "Diode-pumped femtosecond Yb: KGd (W04) 2 laser with 1 .1 -W average power", OPTICS LETTERS, 2000 , Vol. 25 (15), 1 1 19-1 121 is schematically illustrated in Fig. 1.
  • a laser medium 4 is arranged in the form of Yb: KGW
  • the laser arrangement comprises a resonator with a first end mirror 1, which is embodied as a SESAM mirror for exercising a mode-locking function
  • the resonator further comprises a second end mirror 2, which here is characterized by a partially transparent embodiment as a mirror
  • Outcoupler for the output beam 3 of the laser is formed.
  • folding mirrors 5, 6 in the form of spherical concave mirrors with radii of curvature of 200 mm are arranged as further optical elements.
  • the folding mirror 6 is in this case designed as a dichroic mirror and through the pumping of the laser medium 4 takes place.
  • a laser diode 7, the beam through optical elements 8, 9, 10 and through the folding mirror 6 is guided through into the laser medium 4.
  • a folding mirror 1 1, prisms 12, 13 and a diaphragm 14 are arranged.
  • the folding mirror 1 1 takes place in an analogous manner as by the folding mirror 6, an optical pumping of the laser medium 4 by means of a second laser diode 7 and optical elements 8, 9, 10th
  • the resonator in which the laser medium 15 is arranged, comprises a planar first end mirror 16, which serves as an output coupler for the laser beam, a plane second end mirror 17, which is designed as a SESAM mirror for mode locking, and between the first end mirror 16 and the Laser medium 15 arranged folding mirrors 18, 19, of which the folding mirror 18 is flat and the folding mirror 19 is a concave mirror with a radius of curvature of 300mm, and arranged between the laser medium 15 and the second end mirror 17 folding mirror 20, 21, 22, of which the folding mirror 20 is a concave mirror having a radius of curvature of 300mm, the folding mirror 21 is a plane mirror, and the folding mirror 22 is a concave mirror having a radius of curvature of 200mm.
  • the distance between the laser medium 15 and the adjacent folding nips 19, 20 is 160 mm in each case.
  • the laser medium 15 has a thickness of
  • the abscissa indicates the radius of the laser beam in ⁇ (above tangential, below sagittal). The radius of the laser beam over the course of the z-axis is shown.
  • the laser has the active laser medium 15.
  • it is a solid-state laser.
  • the laser medium 23 may be Yb: KYW (with, for example, 5% Yb doping) or other ytterbium-doped tungstates, such as, for example, Yt. Yb: KGW act.
  • the laser medium 23 is arranged in a standing wave resonator comprising a first end mirror 24 and a second end mirror 25.
  • the first end mirror 24 is the only focusing optical element of the first resonator section 26.
  • other optical elements for example one or more plane folding mirrors, could be arranged between the first end mirror 24 and the laser medium 23.
  • the second resonator section 27 comprises, in addition to the second end mirror 25, further optical elements. These are symbolized here in their entirety by the ABCD matrix 28 of the overall system of these optical elements. These further optical elements of the second resonator section 27 may, for example, be formed by one or more folding mirrors or comprise such folding mirrors.
  • the decoupling of the output beam 29 indicated by dashed lines in FIG. 3 can take place, for example, through the first end mirror 24.
  • a decoupling by the second end mirror 25 or by another of the optical elements of the resonator is possible.
  • the pumping of the laser medium 23 is not shown in FIG.
  • pumping are described below.
  • the laser is a pulsed laser.
  • the pulse repetition rate may be relatively low, for example less than 30 MHz, resulting in a correspondingly large overall length of the resonator and a corresponding number of folding mirrors, in order nevertheless to achieve a compact design, for example with four or more folding mirrors.
  • the laser can be designed as a mode-locked laser.
  • a saturable absorber may be provided, for example one of the end mirrors or one of the folding mirrors as a saturable absorber mirror, such as SE-SAM mirrors.
  • Other passive mode couplings such as by the Kerr lens effect, or active mode couplings by acousto-optic modulators or electro-optic modulators, such as the Pockels cell, may also be provided.
  • At least one of the mirrors of the resonator is formed with a negative group velocity dispersion.
  • a pulsed laser in particular with pulse durations in the nanosecond range, could instead be achieved by a Q-switching.
  • the laser could also be operated continuously, ie as a continuous wave laser.
  • the laser medium 23 is arranged so that this intersection point 31 comes to lie in the pumping region of the laser medium 23, that is, it is arranged at a distance from the first end mirror 24, which is equal to the radius of curvature of the first end mirror 24.
  • the beam axis 30 remains unchanged (when a plane mirror is displaced) or this shift results in a deviating beam axis 30 ', which likewise leads through the intersection point 31.
  • the sensitivity related to the laser power has been reduced to zero with a tilt and / or shift of those elements located in the second resonator section 27.
  • Low sensitivity may also be achieved by arranging the pumping area of the laser medium 23 near the point of intersection 31, the distance from the crossing point 31 being smaller than the Rayleigh length corresponding to the portion of the laser beam which is between the laser medium 23 and the nearest focusing point optical element of the first resonator section, this is here the first end mirror 24, is located.
  • a tilting or transverse displacement of one or more of the optical elements lying between the second end mirror 25 and the laser medium 23 can be represented by an ABCDEF matrix of the overall system of these optical elements.
  • the system ABCD is selected by the skilled person according to the desired properties such as length of the resonator, number and position of folding mirrors for compacting, desired beam radius w in the laser medium, desired beam cross section at the second end mirror 25 (in particular, if this, for example, performs a mode-locking function as eg a SESAM mirror), radius of curvature of the first end mirror, etc.
  • a concave mirror can also be used.
  • Pump beam diameter in the laser medium also to about 200 ⁇ interpret.
  • This can be achieved in a concrete structure, for example, by imaging the light of a commercially available, fiber-coupled pump laser diode with a core diameter of 200 ⁇ m and a numerical aperture of 0.22 with a simple 1: 1 image into the laser medium, e.g. with two lenses of the same focal length, of which the first takes over the function of the Kolimation and the second the function of the re-focusing.
  • the tilting which lead to deviating from the central axis 30 beam axes 30 ', for example, at +/- 100 rad and / or +/- 200 rad and / or +/- 300 rad.
  • the radius of the laser beam in the first resonator section 26 is less than five times the value of the radius of the laser beam in the pumping region of the laser medium, preferably less than three times.
  • the first end mirror 24 is formed by a concave mirror with a radius of curvature of 25mm.
  • the distance of the laser medium 23 from the first end mirror 24 is equal to the radius of curvature of the first end mirror 24, ie 25 mm in the present exemplary embodiment.
  • Between the first end mirror 24 and the laser medium 23 is further a pleated, dichroic coated folding mirror 32, which represents the Pumpeninkoppelapt.
  • the pumping takes place in the manner described above by means of a laser diode 33 and the two lenses 34, 35.
  • the laser medium is formed, for example, by: KYW with eg 5% Yb doping.
  • the laser medium may have a thickness of 1 mm (measured in the z-direction).
  • the first end mirror 24 and the folding mirror 32 together form the first resonator section.
  • the second end mirror 25 is formed by a plane mirror, optionally by a SESAM mirror for mode locking. Between the laser medium 23 and the second end mirror 25, folding mirrors 36-39 serve to fold the laser beam.
  • the folding mirror 36 is arranged at a distance of 182 mm from the laser medium 32 and has a radius of curvature of 400 mm.
  • the folding mirror 37 is arranged at a distance of 400 mm from the folding mirror 36 and has a radius of curvature of 400 mm.
  • the folding mirror 38 is arranged at a distance of 400 mm from the folding mirror 37 and has a radius of curvature of 400 mm.
  • the folding mirror 39 is arranged at a distance of 400 mm from the folding mirror 38 and has a radius of curvature of 800 mm.
  • the second end mirror 25 is arranged at a distance of 400 mm from the folding mirror 39.
  • the total length of the resonator is 1809mm for the single span, 3618mm for the round.
  • the round trip time is thus approx. 12 ms, which leads (with mode coupling) to a pulse repetition rate of 82.9 MHz.
  • This resonator has a beam radius of approximately 100 ⁇ at the location of the laser medium.
  • the laser can be installed in a housing 450mm long and 71mm wide.
  • the folding mirror 32 could be dispensed with and it could be pumped directly through the first end mirror 24 if it is coated with dichroic reflection, ie highly reflecting at 1040 nm and at the same time highly transmissive for the pump wavelength of 981 nm usual at Yb: KYW.
  • the outcoupling of the output beam 22 could then take place, for example, at the second end mirror 25.
  • the Mode coupling could then be realized by one of the other optical elements.
  • the folding mirrors 36, 38 and the folding mirrors 37, 39 are advantageously coupled together, as will be explained in more detail below.
  • FIG. 5 shows an illustration, analogous to FIG. 2, of the radius of the laser beam in ⁇ measured as a function of the distance from the first end mirror 24 (based on the unfolded state of the resonator), ie in the z-direction.
  • the locations at which the optical elements and the laser medium are arranged are indicated by dashed lines and these are designated by the reference numerals of these elements.
  • the first and second resonator sections 26, 27 are also indicated.
  • the radius of the laser beam in this exemplary embodiment is smaller than the radius of the laser beam in the laser medium in the entire first resonator section.
  • FIGS. 6 and 7 show analogous representations to FIGS. 4 and 5 for a second concrete exemplary embodiment. Analogous parts are provided with the same reference numerals.
  • the first end mirror here has a radius of curvature of 6.5 mm and the distance of the laser medium 23 from the first end mirror is correspondingly 6.5 mm.
  • the laser medium 23 corresponds to that of the first embodiment.
  • the pumping of the laser medium takes place in the manner described above, here directly through the first end mirror 24.
  • the folding mirror 36 has a radius of curvature of 100mm and is located at a distance of 48mm from the laser medium 23.
  • the folding mirror 37 has a radius of curvature of 400mm and is located at a distance of 400mm from the folding mirror 36.
  • the folding mirror 38 has a radius of curvature of 400mm and is located at a distance of 400mm from the folding mirror 37.
  • the folding mirror 39 has a radius of curvature of 800mm and is located at a distance of 400mm from the folding mirror 38.
  • the second end mirror 25 is flat and is located at a distance of 400mm from the folding mirror 39th
  • the second end mirror 25 can serve as an output coupler for the output beam (not shown here). A mode coupling could then be taken over by another optical element. On the other hand, the second end mirror 25 could also be formed as a mode coupler, wherein another optical element forms the output beam for the output beam.
  • the beam radius in the laser medium here is about 35-40 ⁇ .
  • a larger beam radius in the laser medium could also be achieved.
  • the first end mirror 24 could have a radius of curvature of 75 mm and the laser medium 23 thus be arranged at a distance of 75 mm from the first end mirror.
  • the folding mirror 36 could be arranged at a distance of 136 mm from the laser medium 23 and have a radius of curvature of 400 mm.
  • the folding mirrors 37-39 and the second end mirror 25 could be designed in accordance with the first and second concrete embodiment and have the distances indicated there to one another or from the folding mirror 36.
  • FIG. 8 shows a schematic diagram of another possible basic embodiment. It is used here as the first end mirror 24 'a plane mirror and between the first end mirror 24' and the laser medium 23 is a further optical element of the first resonator 26 is a focusing optical element, for example in the form of a concave mirror.
  • the second resonator section 27 has, as optical elements, the second end mirror 25 and further optical elements combined here into a common ABCD matrix 28.
  • Lasermedium 23 and its pumping area is arranged there. Again, the laser medium 23 could also be spaced from the intersection 31, the distance being less than the Rayleigh length.
  • a concrete embodiment of the basic embodiment shown in Fig. 8 is shown in Figs. 9 and 10. These are analogous to FIGS. 4 and 5 representations.
  • the optical element 40 formed by a concave mirror with a radius of curvature of 150 mm.
  • the laser medium 23 At a distance of 75 mm thereof, ie half the radius of curvature, is the laser medium 23. This corresponds to that of the first embodiment.
  • the pumping can take place through the optical element 40 in the manner already described, wherein this optical element 40 is designed as a dichroic mirror.
  • the folding mirror 36 At a distance of 100mm from the laser medium is the folding mirror 36, which has a radius of curvature of 400mm.
  • the folding mirrors 37-39 and the second end mirror 25 and their distances from each other and the folding mirror 36 are the same as described in the first embodiment.
  • the mode radius in the laser medium is here 183 ⁇ .
  • a folding mirror could be arranged between the first end mirror 24 'and the optical element 40 and / or between the optical element 40 and the laser medium 4.
  • FIG. 1 1 shows an enlarged view of a detail from FIG. 10. It can be seen particularly clearly that the laser beam between the laser medium 23 and the adjacent focusing optical element 40 of the first resonator section 26 without greatly diverge.
  • the laser medium 4 is arranged in the closest to the end mirror (the first end mirror in the illustrated embodiments) (or the pumping range of the laser medium 23).
  • FIGS. 12 and 13 show by way of example two embodiments of coupled optical elements.
  • it may be the folding mirror 37, 39 or 36, 38 in the embodiments shown.
  • the two optical elements are integrally formed with each other.
  • the optical elements 37, 39 are rigidly connected to each other, here via a common base body 42, to which they are rigidly attached.
  • the optical elements are mounted together on a support part 43 of the resonator, preferably adjustable before.
  • a mounting part 44 for mounting on the support part 43 is indicated only schematically in FIGS. 12 and 13.
  • the coupled optical elements for example the folding mirrors 37, 39, have optical surfaces 45, 46 which have different centers of curvature.
  • different radii of curvature or different radii of curvature could be provided in combination with different curvature centers.
  • the optical surfaces of the coupled optical elements are flat and lying in planes that are at an angle to each other, preferably at an angle of more than 3 ° with each other.
  • one embodiment of such integrally formed optical elements could look like the base body 42 of FIG. 13 (without the optical elements 37, 39 attached thereto).
  • the coupled optical elements these are, for example, the folding mirrors 37, 39, one having a curved optical surface and one having a planar optical surface.
  • An in the same direction tilting of the optical elements 37, 39 and 36, 38 about parallel tilt axes leads to opposite effects, for example, on the angular change of the output beam (at least the signs are opposite, the Be-contracts may also be different).
  • a common tilting of the optical elements 37, 39 or 36, 38 about an axis lying in the region of these optical elements, or their base body 42 or their mounting part 44 thus leads to an at least partial compensation of the associated effects.
  • operating modes of the laser resonator such as mode-locked resonator, Q-switched laser operation, operation as a regenerative amplifier, operation could also be provided, for example, as a mode-locked and cavity-dumped resonator for achieving higher energies.

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Abstract

Ein Laser mit einem Stehende -Wellen - Resonator umfasst einen ersten Resonatorabschnitt (26), der den ersten Endspiegel (24, 24') und gegebenenfalls weitere der optischen Elemente (32, 40) aufweist, die mit dem Laserstrahl zwischen dem ersten Endspiegel (24, 24') und dem Lasermedium (23) zusammenwirken, und einen zweiten Resonatorabschnitt (27), der den zweiten Endspiegel (25) und weitere der optischen Elemente (36-39) aufweist, die mit dem Laserstrahl zwischen dem Lasermedium (23) und dem zweiten Endspiegel (25) zusammenwirken. Mindestens eines der optischen Elemente (24, 40) des ersten Resonatorabschnitts (26) ist fokussierend ausgebildet. Dadurch weisen die Strahl -Achsen (30, 30') des Laserstrahls, die sich bei jeweiligen Verkippungen von zumindest einem der im zweiten Resonatorabschnitt (27) angeordneten optischen Elemente (25, 36-39) ergeben, mindestens einen Kreuzungspunkt auf. Dieser Kreuzungspunkt oder einer dieser Kreuzungspunkte der Strahl -Achsen (30, 30') des Laserstrahls liegt im Pumpbereich des Lasermediums (23) oder weist einen Abstand vom Pumpbereich auf, der weniger als die Rayleighlänge beträgt. Der Radius (w) des Laserstrahls ist zumindest über den Abschnitt des Laserstrahls, der zwischen dem Lasermedium (23) und dem nächstgelegenen fokussierenden Element (24, 40) des ersten Resonatorabschnitts (26) liegt, kleiner als das Fünffache, vorzugsweise kleiner als das Dreifache, des Radius (w) des Laserstrahls im Pumpbereich des Lasermediums (23).

Description

Laser mit einem Lasermedium
Die Erfindung bezieht sich auf einen Laser mit einem Lasermedium , das in einem Pumpbereich angeregt wird, und einem Stehende-Wellen-Resonator, der optische Elemente aufweist, von denen ein eine Strahl-Achse aufweisender, das Lasermedium durchsetzender Laserstrahl geführt ist und die einen ersten und einen zweiten End- spiegel umfassen, wobei der Resonator einen ersten Resonatorabschnitt , der den ersten Endspiegel und gegebenenfalls weitere der optischen Elemente aufweist, die mit dem Laserstrahl zwischen dem ersten Endspiegel und dem Lasermedium zusammenwirken, und einen zweiten Resonatorabschnitt umfasst, der den zweiten Endspiegel und weitere der optischen Elemente aufweist, die mit dem Laserstrahl zwischen dem Lasermedium und dem zweiten Endspiegel zusammenwirken, wobei mindestens eines der optischen Elemente des ersten Resonatorabschnitts eine fo- kussierende Ausbildung aufweist, durch welche die Strahl-Achsen des Laserstrahls, die sich bei jeweiligen Verkippungen von zumindest einem der im zweiten Resonatorabschnitt angeordneten optischen Elemente ergeben, mindestens einen Kreu- zungspunkt aufweisen, und wobei dieser Kreuzungspunkt oder einer dieser Kreuzungspunkte der Strahl-Achsen des Laserstrahls im Pumpbereich des Lasermediums liegt oder einen Abstand vom Pumpbereich aufweist, der weniger als die Rayleigh- länge beträgt, die einem Abschnitt des Laserstrahls zukommt, der zwischen dem Lasermedium und dem nächstgelegenen fokussierenden optischen Element des ersten Resonatorabschnitts liegt.
Im Allgemeinen benötigen Laser Resonatoren (die auch als Kavitäten bezeichnet werden), in welchen die Laserstrahlen durch das Lasermedium (=aktive Medium) geführt ist. Neben Stehende-Wellen-Resonatoren (auch als lineare Resonatoren be- zeichnet), bei denen das Laserlicht zwischen zwei Endspiegeln hin und her läuft, sind Ringresonatoren bekannt, in denen das Laserlicht umlaufend geführt ist, wobei grundsätzlich zwei verschiedene Umlaufrichtungen möglich sind. Modengekoppelte Femtosekunden- oder Pikosekundenlaser werden in der Regel mit einem gefalteten Resonator (=„verlängerte Kavität") ausgebildet, insbesondere wenn die Pulswiederholfrequenz im MHz-Bereich liegen soll. Um bei einer derarti- gen Wiederholfrequenz einen kompakten Aufbau zu ermöglichen, werden mehrere Faltspiegel bzw. Umlenkspiegel eingesetzt. Auf diese trifft der Laserstrahl unter einem Einfallswinkel nahe 0° (+/- 10°) zur Oberflächennormalen auf die Hauptebene des Faltspiegels auf. Solche Faltspiegel können plan ausgebildet sein oder eine Krümmung aufweisen, sodass sie als Hohlspiegel ausgebildet sind. Beispielsweise besitzt ein Femtosekundenlaser mit 20MHz eine Resonatorlänge von 7,5m. Die Anzahl der erforderlichen Reflexionen auf Faltspiegeln ergibt sich dann aus der Länge des Lasergehäuses. Beispielsweise sind Lasergehäuse mit einer Länge von 56cm kommerziell erhältlich. Häufig eingesetzte Pulswiederholfrequenzen liegen im Bereich von 20-120MHz.
Ein Problem bei solchen Resonatoren liegt in der Empfindlichkeit gegenüber Verkippungen von optischen Elementen des Resonators. Handelsübliche Resonatoren weisen bei einigen optischen Elementen eine solche Empfindlichkeit gegenüber Verkippungen der optischen Elemente auf, dass es bei einer Verkippung des opti- sehen Elements gegenüber dem justierten (=optimalen) Zustand um einen Winkelbetrag von 50 rad zu einer Leistungseinbuße von mehreren Prozent kommt, dies aufgrund von Verschiebungen der Strahl-Achse des Lasermodes gegenüber dem Pumpbereich des Lasermediums. Üblicherweise werden die optischen Elemente eines Laserresonators auf einem gemeinsamen Tragteil montiert, das von einer Platte, einem monolitischen Block oder einem mechanisch stabilen Gestänge gebildet wird. Die Spiegelelemente des Resonators, die aus der eigentlichen reflektierenden Spiegelbeschichtung und dem Substrat (zumeist aus Glas) bestehen, auf dem die Spiegelbeschichtung aufgebracht ist, sind in - meist metallischen - Spiegelhalterungen gefasst, die dann wiederum auf dem Trägerteil befestigt werden. Dabei ergibt sich die Problematik, dass verschiedene Materialien aufeinander treffen: Glas (als Spiegelsubstrat) einerseits und Metal- le wie Aluminium und Edelstahl andererseits. Die thermische Ausdehnung ist deutlich verschieden, sodass bei Veränderungen der Temperatur entweder eine Spannung und/oder eine Verschiebung gegeneinander resultiert. Eine Winkelstabilität von besser als 50 rad ist bei der Montage von Materialien mit unter-schiedlichem Ausdehnungskoeffizient technisch schwer oder nur mit hohem Aufwand erreichbar (unter Berücksichtigung von Umwelteinflüssen und über einen mehrjährigen Zeitablauf hinweg): Sie bedeutet, dass eine Spiegelfläche mit einer Ausdehnung von 10 mm am einen Ende gegenüber dem anderen Ende maximal um 0,5 μιη abweichen darf. Zieht man in Betracht, dass mehrere Spiegelelemente ihre Toleranzen aufsummieren können, so ist das Stabilitätserfordernis für den einzelnen Spiegel deutlich zu erhöhen. Die Oberflächenrauhigkeit von gefrästen oder gebohrten metallischen Oberflächen liegt üblicherweise bei 0,4 bis 0.8 μηη und kann die gewünschte Auflagegenauigkeit somit im Regelfall nicht bieten.
Gepulste Laserstrahlen können auch in anderer Weise als durch Modenkopplung erzeugt werden, insbesondere durch eine Güteschaltung. Übliche Pulsdauern liegen hier im Nanosekundenbereich. Ein modengekoppelter Femtosekunden-Festkörperlaser ist beispielsweise in F.
Brunner et al.,„Diode-pumped femtosecond Yb:KGd(WO4)2 laser with 1.1 -W avera- ge power", OP-TICS LETTERS, 2000, Vol. 25 (15), 1 1 19-1 121 beschrieben. Der gefaltete stehende-Wellen-Resonator ist hier in Form einer sogenannten„delta cavity" ausgebildet. Das von Yb:KGW gebildete Lasermedium ist im Laserstrahl im Bereich zwischen zwei Hohlspiegeln des Resonators angeordnet, die jeweils einen Krümmungsradius von 200mm aufweisen. Am Ort des Lasermediums ist der Laserstrahl gegenüber seiner Ausdehnung an diesen Hohlspiegeln stark eingeschnürt. Der Strahlradius (oder Modenradius) ist hierbei am Ort des Lasermediums kleiner als ein Zehntel des Strahlradius an den Hohlspiegeln. Die Spiegel dieses Resonators weisen gegenüber Verkippungen relativ hohe Empfindlichkeiten auf. Delta-Konfigurationen von Resonatoren sind in vielen weiteren Ausführungsformen bekannt. Andere bekannte Ausbildungen von Resonatoren sind beispielsweise so¬ genannte Z-Konfigurationen. Weitere Ausbildungen von gepulsten Lasern, insbesondere modengekoppelten Lasern gehen beispielsweise aus der EP 1 692 749 B1 , EP 1 588 461 B1 und EP 1 687 876 B1 sowie den darin genannten Veröffentlichungen hervor.
Überlegungen zu Maßnahmen zur Verringerung von Justageempfindlichkeiten von optischen Elementen eines Resonators sind beispielsweise bereits in der vorgenannten EP 1 588 461 B1 enthalten. Es wird hier ein Anpassungselement zum Ausgleich von Justagefehlern eingesetzt, wobei eine Rückreflektion des Laserstrahls in sich selbst oder leicht versetzt erfolgt, insbesondere durch einen gekrümmten Spiegel, oder der Laserstrahl kollimiert auf einen Resonatorspiegel geführt wird, insbesonde- re durch ein reflektives oder refraktives Element. Überlegungen zur Ausrichtungsempfindlichkeit von optischen Elementen von Resonatoren gehen beispielsweise weiters aus der„Encyclopedia of Laser Physics and Technology" www.rp- photonics.com/alignment_sensitivity.html hervor. Diese Enzyklopädie ist auch in Buchform erschienen„Encyclopedia of Laser Physics and Techno-Iogy", Paschotta, Rüdiger, 2008, ISBN-10:3-527-40828-2 (Wiley-VCH, Berlin).
Aus der prioritätsälteren, nicht vorveröffentlichten europäischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer EP 09167189.1 geht die miteinander einstückige Ausbildung oder die starre Verbindung von zwei optischen Elementen des Resonators her- vor, um die Kippempfindlichkeit gegenüber diesen optischen Elementen bezogen auf die Lage der Strahl-Achse oder ihre Neigung bei einem anderen der optischen Elemente des Resonators zu verringern. Die gleichsinnige Verkippung dieser beiden gekoppelten optischen Elemente hat hierbei entgegengesetzte Auswirkungen auf die Lage der Strahl-Achse oder deren Winkel bei dem anderen der optischen Ele- mente. Aufgabe der Erfindung ist es einen Laser der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem bezüglich der Kippempfindlichkeit mindestens eines der optischen Elemente des Resonators eine Verbesserung erreicht wird. Erfindungsgemäß gelingt dies durch einen Laser mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Beim Laser der Erfindung weist mindestens eines der optischen Elemente des ersten Resonatorabschnitts eine fokussierende Ausbildung auf. Wenn im ersten Resonatorabschnitt als optische Elemente nur der ersten Endspiegel angeordnet ist, so ist somit dieser als Hohlspiegel ausgebildet. Wenn zusätzlich zum ersten Endspiegel mindestens ein weiteres optisches Element im ersten Resonatorabschnitt angeordnet ist, so ist der erste Endspiegel und/oder mindestens eines der weiteren im ersten Resonatorabschnitt angeordneten optischen Elemente fokussierend ausgebildet. Eine solche Ausbildung ist üblich. Wenn bei einer solchen Ausbildung ausgehend von einem justierten Zustand mindestens eines der optischen Elemente des zweiten Resonatorabschnitts gegenüber seiner justierten Lage verkippt wird, so kommt es zu einer Veränderung der Stahllage des Lasermodes, d.h. der Strahlachse (=optische Achse) des Laserstrahls im Resonator. Die bei unterschiedlichen Verkippungen eines der optischen Elemente des zweiten Resonatorabschnitts und/oder bei Verkippungen von unterschiedlichen optischen Elementen des zweiten Resona- torabschnitts auftretenden Strahl-Achsen kreuzen sich hierbei in einem gemeinsamen Kreuzungspunkt, der zwischen zwei optischen Elementen des Resonators liegt, oder in zwei oder mehr Kreuzungspunkten, die jeweils zwischen zwei optischen Elementen des Resonators liegen. Das Lasermedium wird so angeordnet, dass dieser Kreuzungspunkt oder, im Fall von mehr als einem Kreuzungspunkt, einer dieser Kreuzungspunkte im Pumpbereich des Lasermediums oder nahe bei diesem liegt.
Der Abstand des Kreuzungspunkts vom Pumpbereich ist hierbei jedenfalls kleiner als die Rayleighlänge, die dem Abschnitt des Laserstrahls zukommt, der zwischen dem Lasermedium und dem nächstgelegenen fokussierenden optischen Element des ersten Resonatorabschnitts (welches gegebenenfalls das einzige fokussierende opti- sehe Element des ersten Resonatorabschnitts sein kann) liegt. Durch diese Anordnung des Lasermediums kommt es bei Verkippungen von optischen Elementen im zweiten Resonatorabschnitt an der Stelle des Pumpbereichs des Lasermediums zu keiner Verschiebung (wenn der Kreuzungspunkt im Pumpbereich liegt) oder nur zu einer geringfügigen Verschiebung (wenn der Kreuzungspunkt vom Pumpbereich einen kleinen Abstand aufweist) der Strahl-Achse gegenüber dem Pumpbereich, sondern nur zu einer Winkelveränderung der Strahl-Achse. Somit ist die Empfindlichkeit des Lasers im Hinblick auf seine Leistung gegenüber Verkippungen der im zweiten Resonatorabschnitt liegenden optischen Elemente praktisch auf Null reduziert worden. Nur die optischen Elemente des ersten Resonatorabschnitts sind in diesem Sinn justageempfindlich, wobei der erste Resonatorabschnitt beispielsweise nur den ersten Endspiegel als einziges optisches Element aufweisen kann.
Anstelle einer Verkippung oder zusätzlich hierzu kann eine Fehljustage eines opti- sehen Elements auch eine transversale Verschiebung gegenüber seiner justierten Position aufweisen. Zu solchen kann es beispielsweise aufgrund von (thermischen) Verspannungen kommen. Bei flachen Spiegeln ändert sich die Strahllage dadurch nicht, jedoch bei gekrümmten Spiegeln oder bei Linsen, bei denen eine solche laterale Verschiebung als, gegebenenfalls zusätzlicher, Beitrag zur Verkippung darstell- bar ist, der vom Krümmungsradius abhängt. Für eine Fehljustage im Sinne einer lateralen Verschiebung gilt für gekrümmte Spiegel und Linsen somit Analoges wie zuvor im Zusammenhang mit der Verkippung ausgeführt. Auch hier kommt es zu einer Veränderung der Strahl-Achse, wobei sich die unter-schiedlichen Strahl-Achsen in mindestens einem Kreuzungspunkt schneiden, und zwar in dem bzw. den gleichen wie bei einer reinen Verkippung.
Die Strahl-Achse, die sich im justierten Zustand der optischen Elemente, also ohne Fehljustage ausbildet und somit die„ideale" optische Achse des Laserstrahls bzw. Lasermodes darstellt, wird im Folgenden als Mittelachse des Laserstrahls bezeich- net. Diese Mittelachse schneidet vorzugsweise die Hauptebene des jeweiligen optischen Elements am Schnittpunkt der Hauptebene dieses optischen Elements mit der Symmetrieachse dieses optischen Elements. Als Verkippungen der optischen Elemente, um den mindestens einen Kreuzungspunkt zu bestimmen, werden vorzugsweise solche Verkippungen betrachtet, die ausgehend von der justierten Lage des jeweiligen optischen Elements um eine je- weilige Kippachse erfolgen, die rechtwinkelig zur Symmetrieachse des optischen
Elements liegt und durch den Schnittpunkt der Hauptebene des optischen Elements mit seiner Symmetrieachse verläuft. Der Winkelbereich der Verkippungen liegt jedenfalls in den Grenzen, in denen sich der Lasermode noch ausbildet. Weiters liegt der Verkippungsbereich in den Grenzen, innerhalb von denen der Laserstrahl mit seinem gesamten Strahldurchmesser noch innerhalb der optischen Flächen der optischen Elemente liegt. Die optischen Flächen sind die mit dem Laserstrahl wechselwirkenden Flächen der optischen Elemente. Bei diesen kann es sich um reflektierende Flächen (von Spiegeln) als auch um Durchtrittsflächen (bei Linsen, falls solche vorhanden sind) als auch um eine Kombination hiervon (z.B. bei einem Auskoppel- spiegel) handeln.
Wenn in der Praxis Verkippungen um andere Achsen als die zuvor erwähnte Kippachse vorkommen, so können diese als eine Überlagerung einer Verkippung um die genannte Kippachse mit einer transversalen Verschiebung und einer Verschiebung in Richtung der Mittelachse betrachtet werden. Verschiebungen in Richtung der Mittelachse können im Allgemeinen näherungsweise unbetrachtet bleiben.
Auch beim Lasermedium handelt es sich um ein optisches Element mit optischen Flächen, welches den Laserstrahl beeinflusst. So wird vom Lasermedium eine thermi- sehe Linse gebildet (als optische Elemente des Resonators werden aber in dieser Schrift nur die zusätzlich zum Lasermedium vorhandenen optischen Elemente, die den Laserstrahl führen, angesehen).
Falls mehr als ein Kreuzungspunkt der Laserstrahlen vorhanden ist, wird der Pump- bereich des Lasermediums vorzugsweise in den oder nahe zu dem Kreuzungspunkt gelegt, der am nächsten beim ersten Endspiegel liegt. Es kann dadurch die Anzahl der justageempfindlichen optischen Elemente minimiert werden. Gemäß der Erfindung ist der Radius des Laserstrahls (=Radius des Lasermodes) zumindest über den Abschnitt des Laserstrahls, der zwischen dem Lasermedium und dem nächstgelegenen fokussierenden optischen Element des ersten Resonato- rabschnitts liegt, kleiner als das Fünffache, vorzugsweise kleiner als das Dreifache, besonders bevorzugt kleiner als das Doppelte, des Radius des Laserstrahls im Pumpbereich des Lasermediums. Es liegen also zumindest über diesen Abschnitt des Laserstrahls relativ kleine Änderungen des Strahlradius bzw. relativ kleine Divergenzen bzw. Konvergenzen des Laserstrahls vor. Es kann dadurch bei der erfin- dungsgemäßen Ausbildung auch die Kippempfindlichkeit von mindestens einem optischen Element des ersten Resonatorabschnitts, insbesondere des fokussierenden Elements des ersten Resonatorabschnitts oder eines der fokussierenden Elemente des ersten Resonatorabschnitts (vorzugsweise zumindest des dem Lasermedium nächstgelegenen) und/oder mindestens eines zusätzlich vorhandenen Falt- spiegeis des ersten Resonatorabschnitts verringert werden. In vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung ist der Radius des Laserstrahls im gesamten ersten Resonatorabschnitt kleiner als das Fünffache, vorzugsweise kleiner als das Dreifache, besonders bevorzugt kleiner als das Doppelte des Radius des Laserstrahls im Pumpbereich des Lasermediums.
Beispielsweise kann die auf die Leistung bezogene Kippempfindlichkeit bei einer Verkippung von 100 rad für alle optischen Elemente des ersten Resonatorabschnitts weniger als 5% betragen (die Kipp- bzw. Justageempfindlichkeit in Prozent ist weiter unten erläutert).
Günstigerweise beträgt bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Abstand des Pumpbereichs des Lasermediums vom fokussierenden optischen Element des ersten Resonatorabschnitts bzw., im Fall von mehreren fokussierenden optischen Elementen im ersten Resonatorabschnitt, vom nächstgelegenen fokussierenden optischen Element des ersten Resonatorabschnitts, weniger als der dreifache Wert der Ray- leighlänge, die dem Abschnitt des Laserstrahls (bezogen auf seine tatsächlich ausgebildete oder interpolierte Strahltaille) zukommt, der zwischen dem Lasermedium und dem nächstgelegenen fokussierenden optischen Element des ersten Resonatorabschnitts liegt. Die interpolierte Strahltaille ist hierbei beispielsweise heranzuziehen, wenn der Laserstrahl vor Erreichen der Strahltaille bereits auf das Lasermedium auftrifft (wobei die Fokussierung durch die vom Lasermedium ausgebildete thermi- sehe Linse verändert wird). Der Abstand des Pumpbereichs des Lasermediums vom nächstgelegenen fokussierenden optischen Element wird hierbei, falls sich zwischen dem Lasermedium und diesem fokussierenden optischen Element ein planer Faltspiegel befindet, natürlich im entfalteten Zustand des Resonators bestimmt. Der entfaltete Zustand des Resonators ergibt sich in bekannter Weise daraus, dass die z-Achse des Resonators, entlang der die Strahl-Achse des Laserstrahls im justierten Zustand der optischen Elemente verläuft, geradlinig dargestellt wird.
Als Radius des Laserstrahls bzw. Lasermodes wird der Abstand von der Strahl-Achse herangezogen, bei dem die Intensität des Laserstrahls auf einen Wert von 1/e2 (ca.
13,5%) sinkt. Der Durchmesser des Laserstrahls ist der doppelte Wert des Radius des Laserstrahls.
Die Länge des Pumpbereichs des Lasermediums, bezogen auf die Richtung der Mit- telachse des Laserstrahls, vorzugsweise bezogen auf alle Strahl-Achsen bei Verkippungen von optischen Elementen, ist günstigerweise kürzer als der halbe Wert der Rayleighlänge, besonders bevorzugt kleiner als ein Fünftel des Werts der Rayleigh- länge. Günstigerweise befindet sich der Kreuzungspunkt, der im oder nahe beim Pumpbereich des Lasermediums liegt, zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorabschnitt.
Die Brennweite des fokussierenden optischen Elements des ersten Resonato- rabschnitts bzw., im Fall von mehreren fokussierenden optischen Elementen im ersten Resonatorabschnitt, des dem Lasermedium nächstgelegenen fokussierenden optischen Elements im ersten Resonatorabschnitt, ist in einer vorteilhaften Ausfüh- rungsform der Erfindung kleiner als 100mm, vorzugsweise kleiner als 50mm. Je nach Ausführungsform kann diese Brennweite auch kleiner als 20mm oder auch kleiner als 10mm sein, wobei auch Werte von weniger als 5mm möglich sind. Es werden somit günstigerweise relativ stark fokussierende optische Elemente eingesetzt, von denen das Lasermedium einen relativ geringen Abstand aufweist.
Wie bereits erwähnt ist der Resonator eines erfindungsgemäßen Lasers insbesondere gefaltet ausgebildet, also als sogenannte„verlängerte Kavität". Es ist hierbei zusätzlich zum ersten und zweiten Endspiegel mindestens ein den Laserstrahl umlen- kender, insbesondere um mehr als 160°, Faltspiegel (Umlenkspiegel), vorhanden. Der Laserstrahl trifft auf diesen also unter einem Einfallswinkel von 0° bis 10° zur Oberflächennormalen auf die Hauptebene des Faltspiegels auf. Vorzugsweise sind mehrere solche Faltspiegel vorhanden, beispielsweise vier oder mehr. In vorteilhaften Ausführungsformen können auch mehr als zehn solcher Faltspiegel vorhanden sein.
Die entfaltete Länge des Resonators beträgt je nach Ausführungsform mehr als 1 m, insbesondere mehr als 5m, wobei in anderen Ausführungsformen auch kürzere Resonatorlängen vorliegen können.
Die Länge des ersten Resonatorabschnitts ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kleiner als 200mm, vorzugsweise kleiner als 100mm. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen ist diese Länge kleiner als 40mm, vorzugsweise kleiner als 20mm.
Bevorzugterweise ist die Länge des ersten Resonatorabschnitts kleiner als ein Fünftel der Länge des zweiten Resonatorabschnitts, besonders bevorzugt kleiner als ein Zehntel der Länge des zweiten Resonatorabschnitts. In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen ist die Länge des ersten Resonatorabschnitts kleiner als ein Fünf- zigstel der Länge des zweiten Resonatorabschnitts. Wenn von der Länge eines Resonatorabschnitts die Rede ist, so bezieht sich diese auf die Länge im entfalteten Zustand.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Laser als Pulslaser aus- gebildet. Beispielsweise kann eine Modenkopplung vorgesehen sein, wobei die
Pulsdauer insbesondere im Femtosekundenbereich oder Pikosekundenbereich liegen kann. In anderen Ausführungsformen können Güteschaltungen vorgesehen sein, wobei die Pulsdauer insbesondere im Nanosekundenbereich liegen kann. Bei der Ausbildung als Pulslaser ist die örtliche Länge des Pulses günstigerweise kleiner als die entfaltete Resonatorlänge, vorzugsweise kleiner als ein Zehntel der entfalteten Resonatorlänge.
Für die Pulswiederholrate sind in vielen Ausführungsformen Werte von weniger als 150 MHz günstig, wobei die entfaltete Länge des Resonators entsprechend größer als 1 m ist. Vorteilhafte Ausbildungen sehen Pulswiederholraten von weniger als 50 MHz, also Resonatorlängen von mehr als 3m vor. Bei Ausbildungen von Pulswiederholraten von weniger als 30 MHz ist die Resonatorlänge entsprechend größer als 5m. Gerade bei langen Resonatoren mit vielen Faltspiegeln sind verringerte Kipp- empfindlichkeiten von besonderer Bedeutung.
Zur Berechnung der Verschiebung und Winkelabweichung der Strahl-Achse des Laserstrahls (r, r') bei einer Verkippung eines optischen Elements gegenüber der Mittelachse bzw. idealen Achse (ohne Verkippungen) kann die Berechnungsmethode herangezogen werden, wie sie beispielsweise von Siegman Anthony E.:„Lasers",
University Science Books 1986, Seiten 607-614 dargestellt wird. Dort wird eine Erweiterung der bekannten ABCD-Matrizenrechenmethode zur Berechnung von Laserka- vitäten auf die sogenannte ABCDEF-Rechenmethode beschrieben. Durch diese kann die Kippempfindlichkeit von Resonatoren mittels des Matrix-Elementes„F" berechnet werden. Hierzu wird im Resonator an der Stelle eines betrachteten optischen Elements, für das die Kippempfindlichkeit bestimmt werden soll, ein zusätzliches fiktives Verkippungselement eingefügt. Wenn das betrachtete optische Ele- ment ein Faltspiegel ist und die Auswirkung einer Verkippung des Faltspiegels um 100 rad ermittelt werden soll, so hat das Verkippungselement eine 3x3-Matrix mit folgenden Werten ABCDEF (1 OOprad) = {A, B, E; C, D, F; 0, 0, 1 } = {1 , 0, 0; 0, 1 , 2e-4; 0, 0, 1 }. Es ist hier berücksichtigt, dass es durch die Verkippung des Faltspiegels um 100 rad zu einer Verkippung der optischen Achse um 200 rad kommt, sodass in der Matrix des Verkippungselements dem Winkelverkippungswert F ein Wert von 2e-4 zugewiesen ist. Bei der Betrachtung der Verkippung einer Linse um 100 rad würde als Verkippungswert F = 1 e-4 angesetzt werden. Zur Berechnung der Anfangskoordinaten für die optische Achse des Laserstrahls beim ersten Endspiegel mit einem an der Stelle Z im Resonator eingefügten Verkippungselement ABCDEF (100 rad) wird eine Eigenvektorberechnung durchgeführt. Es werden die Anfangskoordinaten (rO, r'0) berechnet, bei denen diese Anfangskoordinaten der Strahl-Achse in einem Resonatorumlauf wieder„in sich selbst" abge- bildet werden. Zur Berechnung wird der Vektor (r, r', 1 ) herangezogen, wobei r die transversale Verschiebung der Laser-Achse und r' ihre Neigung gegenüber der Mittelachse darstellt. Wenn es keine Verkippungen von optischen Elementen gibt, also alle Elemente F jeweils 0 sind, ist (rO, r'0) = (0, 0). Aus der Forderung der Abbildung der Anfangskoordinaten der optischen Achse nach einem Resonatorumlauf„in sich selbst" folgt, dass alle sich bei unterschiedlichen Verkippungen ausbildenden Strahl-Achsen des Laserstrahls rechtwinkelig auf der optischen Fläche des ersten Endspiegels stehen müssen (dies gilt auch für den zweiten Endspiegel).
Die Propagation der Strahl-Achse durch den Resonator, ausgehend von den Anfangskoordinaten, wird berechnet, indem jedes einzelne optische Element, d.h. seine zugehörige ABCDEF-Matrix mit dem Vektor (r, r', 1 ) multipliziert wird. Es wird dadurch bei jedem optischen Element an einer gegebenen Stelle z im Resonator die Abweichung r, r' der Strahl-Achse von der Mittelachse (also ohne Verkippung eines optischen Elements) erhalten. Es wird somit der Verlauf der„Eigenachse" (r, r') für eine gegebene Verkippung eines der optischen Elemente über den gesamten Resonator erhalten.
Aus der Abweichung (rmed, rmed') der Strahl-Achse des Laserstrahls an der Stelle des Lasermediums, wenn eines der optischen Elemente verkippt ist, beispielsweise um 100 rad, kann der Effekt dieser Verkippung auf die Leistung des Lasers ermittelt werden. So gibt insbesondere der Wert rmed die Verschiebung der Strahl-Achse beim Lasermedium gegenüber dem justierten bzw. optimalen Zustand an (dieser justierte Zustand wäre mit rmed = 0 gegeben). Das Verhältnis der Verschiebung rmed der Strahl-Achse gegenüber dem Strahlradius (Modenradius) wmed beim Lasermedium, auf den der Radius des Pumpbereichs abgestimmt ist, kann als quantitatives Maß für die Kippempfindlichkeit bzw. Justageempfindlichkeit des Laserresonators für die Verkippung des betrachteten optischen Elements um 100 rad herangezogen werden, wobei die Justageempfindlichkeit in % angegeben wird. Werte von 10% und darüber ergeben in der Regel eine spürbare Kippempfindlichkeit, Werte deutlich darüber eine unerwünscht hohe Kippempfindlichkeit.
Der Berechnung ist die paraxiale Näherung zugrunde gelegt. Der Strahlgang innerhalb des Laserresonators ist zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, als Frei- strahloptik ausgebildet, also zwischen den optischen Elementen nicht in einem Wellenleiter (aus einem anderen Medium als Luft) geführt.
Zuvor wurde nur die Verkippung eines der optischen Elemente betrachtet. Der Wert E in der ABCDEF-Matrix für die Fehljustage eines optischen Elements im Sinne einer transversalen Verschiebung wurde mit 0 angesetzt. Die Berechnung kann in analoger Weise für die transversale Verschiebung eines betrachteten optischen Elements herangezogen werden, wobei dem Matrix-Element„E" ein entsprechender Wert zugewiesen wird. Für optische Elemente mit gekrümmten Oberflächen (gekrümmten Spiegeln und Linsen) kann stattdessen näherungsweise eine (zusätzliche) Verkippung des optischen Elements angesetzt werden. Die Strahllageparameter des ausgekoppelten Ausgangsstrahls des Lasers können von Interesse sein, da ein Laser üblicherweise in ein optisches Anwendungssystem integriert ist, das Toleranzen für den ankommenden Laserstrahl in seiner Lage (Position und Winkel an einer definierten Stelle) hat. Neben der Auswirkung der Verkip- pung (und/oder transversalen Verschiebung) eines optischen Elements auf die Leistung des Lasers ist somit auch von Interesse, inwieweit es bei einer Verkippung (und/oder transversalen Verschiebung) eines optischen Elements zu einer transversalen Verschiebung und/oder Winkelabweichung der Strahl-Achse am Auskoppelelement des Lasers kommt. Dies lässt sich mit der selben Me-thode, nämlich mittels Propagation des Anfangswertes der Strahl-Achse (rO, r'0) durch den Resonator mit Hilfe der ABCDEF-Matrizenrechnung bis hin zum Auskoppler berechnen (sofern der Auskoppler nicht ohnehin gleich dem Anfang des Resonators entspricht).
Um die Empfindlichkeit der transversalen Verschiebung und/oder Winkelabwei- chung der Strahl-Achse am Auskoppler zu verringern, ist es bevorzugt, mindestens zwei optische Elemente des Resonators, die bei einer gleichsinnigen Verkippung entgegengesetzte Auswirkungen auf die transversalen Verschiebung und/oder Winkelabweichung der Strahl-Achse am Auskoppler haben, wobei sich diese beiden optischen Elemente an unter-schiedlichen Stellen z im Resonator befinden, einstü- ckig miteinander auszubilden oder starr miteinander zu verbinden und gemeinsam an einem Trägerteil des Resonators zu montieren. Insbesondere kann es sich bei diesen beiden optischen Elementen um zwei Faltspiegel handeln. Zwischen diesen beiden einstückig miteinander ausgebildeten oder starr miteinander verbundenen und gemeinsam montierten Faltspiegeln befindet sich somit mindestens ein weite- rer Faltspiegel.
Im Falle der einstückigen Ausbildung befinden sich die optischen Flächen der beiden optischen Elemente an einem gemeinsamen Basiskörper. Im Falle der starren Verbindung der beiden optischen Elemente befinden sich die optischen Flächen der beiden optischen Elemente an unterschiedlichen, starr miteinander verbundenen Körpern, die über eine gemeinsame Halterung an einem Trägerteil des Resonators montiert sind, wobei sie vor-zugsweise gemeinsam justierbar sind. Am Trägerteil sind zumindest ein Teil der weiteren optischen Elemente ebenfalls des Resonators montiert, und zwar über separate Halterungen.
Wenn die beiden einstückig miteinander ausgebildeten oder starr miteinander ver- bundenen optischen Elemente bei einer gleichsinnigen Verkippung entgegengesetzte Auswirkungen auf die Verschiebung und/oder Winkelabweichung bei einem anderen der optischen Elemente des Resonators haben, so können durch eine solche einstückige Ausbildung oder starre Verbindung von zwei optischen Elementen die bei einer Verkippung dieser optischen Elemente sich ergebende Verschiebung und/oder Winkelabweichung der Strahl-Achse bei diesem anderen optischen Element verringert werden. Beispielsweise kann eine Verringerung der Veränderung der Neigung des Ausgangsstrahls von Bedeu-tung sein. Es wird also die Verschiebung und/oder die Winkelabweichung der Strahl-Achse bei einem optischen Element des Lasers verringert, welches gegenüber einer solchen Verschiebung und/oder Winkelabweichung sensitiv ist. Beispielsweise könnte dieses optische Element, das empfindlich insbesondere gegenüber einer Verschiebung ist, ein ak- ■ kustooptischer oder elektrooptischer Modulator sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die optischen Flächen der beiden einstückig miteinander ausgebildeten oder starr miteinander verbundenen optischen Elemente gekrümmt und weisen unterschiedliche Krümmungszentren und/oder Krümmungsradien auf oder eben und liegen in winklig zueinander stehenden Ebenen oder ist die optische Fläche eines dieser beiden optischen Elemente gekrümmt und die optische Fläche des anderen dieser beiden optischen Elemente eben.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Laseranordnung nach dem Stand der Technik; Fig. 2 eine Darstellung des Strahlradius (Modenradius) und der opti- sehen Elemente des Resonators, im entfalteten Zustand, gemäß einer zweiten Ausführungsform nach dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine schematische Prinzipdarstellung einer Laseranordnung gemäße einer möglichen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer konkreten Laseranordnung gemäße einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 die Darstellung des Strahlradius für die Ausführungsform von Fig. 4, im entfalteten Zustand des Resonators;
Fig. 6 und 7 Darstellungen analog Fig. 4 und 5 für ein zweites konkretes Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 8 eine Prinzipdarstellung einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 und 10 Darstellungen analog Fig. 4 und 5 für ein drittes konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 1 1 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 10;
Fig. 12 und 13 schematische Ausführungsbeispiele für zwei gekoppelte optische Elemente des Resonators.
Eine Laseranordnung nach dem Stand der Technik entsprechend dem bereits er- wähnten Artikel F. Brunner et al.,„Diode-pumped femtosecond Yb:KGd(W04)2 la- ser with 1 .1 -W average power", OPTICS LETTERS, 2000, Vol. 25 (15), 1 1 19-1 121 ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. In einem stehende-Wellen-Resonator ist ein Lasermedium 4 in Form von Yb:KGW angeordnet. Die Laseranordnung umfasst einen Resonator mit einem ersten Endspiegel 1 , der zur Ausübung einer mode-locking- Funktion als SESAM-Spiegel ausgebildet ist. Der Resonator umfasst weiters einen zweiten Endspiegel 2, der hier durch eine teildurchlässige Ausbildung als
Auskoppler für den Ausgangsstrahl 3 des Lasers ausgebildet ist. Zwischen dem ersten Endspiegel 1 und dem Lasermedium 4 sind als weitere optische Elemente Faltspiegel 5, 6 in Form von sphärischen Hohlspiegeln mit Krümmungsradien von 200mm angeordnet. Der Faltspiegel 6 ist hierbei als dichroitischer Spiegel ausgebildet und durch diesen hindurch erfolgt das Pumpen des Lasermediums 4. Hierzu dient eine Laserdiode 7, deren Strahl durch optische Elemente 8, 9, 10 und durch den Faltspiegel 6 hindurch in das Lasermedium 4 geführt wird. Zwischen dem zweiten Endspiegel 2 und dem Lasermedium 4 sind ein Faltspiegel 1 1 , Prismen 12, 13 und eine Blende 14 angeordnet. Durch den Faltspiegel 1 1 erfolgt in analoger Weise wie durch den Faltspiegel 6 ein optisches Pumpen des Lasermediums 4 mittels einer zweiten Laserdiode 7 und optischen Elementen 8, 9, 10.
Bei der in Fig. 2 anhand des Strahldurchmessers der entfalteten Kavität und der darunter schematisch eingezeichneten zugehörigen optischen Elemente dargestellten weiteren Ausführungsform nach dem Stand der Technik wird als Lasermedium 15 Ti:Saphir eingesetzt. Der Resonator, in dem das Lasermedium 15 angeordnet ist, umfasst einen planen ersten Endspiegel 16, der als Auskoppler für den Laserstrahl dient, einen planen zweiten Endspiegel 17, der zur Modenkopplung als SESAM- Spiegel ausgeführt ist, und zwischen dem ersten Endspiegel 16 und dem Lasermedium 15 angeordnete Faltspiegel 18, 19, von denen der Faltspiegel 18 plan ist und der Faltspiegel 19 ein Hohlspiegel mit einem Krümmungsradius von 300mm ist, sowie zwischen dem Lasermedium 15 und dem zweiten Endspiegel 17 angeordnete Faltspiegel 20, 21 , 22, von denen der Faltspiegel 20 ein Hohlspiegel mit einem Krümmungsradius von 300mm ist, der Faltspiegel 21 ein planer Spiegel ist und der Faltspiegel 22 ein Hohlspiegel mit einem Krümmungsradius von 200mm ist. Die Ab- stände der optischen Elemente 16-22 des Resonators und die Position des Lasermediums 15 im Resonator können aus Fig. 2 entnommen werden, da ihre Positionen auf der Ordinate (=z-Achse, die den Abstand vom ersten Endspiegel 16 im entfalteten Zustand des Resonators angibt), deren Skala in mm angegeben ist, eingezeichnet sind. Der Abstand zwischen dem Lasermedium 15 und den benachbarten Faltspie- ge 19, 20 beträgt jeweils 160mm. Das Lasermedium 15 besitzt eine Dicke von
1 mm. Die Abszisse gibt den Radius des Laserstrahls in μιτη an (oben tangential, unten sagittal). Der Radius des Laserstrahls über den Verlauf der z-Achse ist eingezeichnet.
Aus Fig. 2 wird deutlich, dass der Laserstrahl am Ort des Lasermediums eine ausge- prägte Einschnürung aufweist, die durch die Verwendung der gekrümmten Faltspiegel 19, 20 bewerkstelligt wird, deren Krümmungsradius jeweils 300mm beträgt. Bei den beiden Hohlspiegeln 19, 20 ist der Modenradius mehr als zehn mal so groß als beim Lasermedium 15.
Fig. 3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer ersten möglichen Ausführungsform der Er- findung. Der Laser weist das aktive Lasermedium 15 auf. Insbesondere handelt es sich um einen Festkörperlaser. Beispielsweise kann es sich beim Lasermedium 23 um Yb:KYW (mit z.B. 5% Yb-Dotierung) oder auch um andere mit Ytterbium dotierte Wolframate, wie z.B. Yb:KGW handeln. Das Lasermedium 23 ist in einem Stehende- Wellen-Resonator angeordnet, der einen ersten Endspiegel 24 und einen zweiten Endspiegel 25 umfasst. Bei dieser Ausführungsform ist der ersten Endspiegel 24 das einzige fokussierende optische Element des ersten Resonatorabschnitts 26. Andere optische Elemente, beispielsweise ein oder mehrere plane Faltspiegel könnten aber zwischen dem ersten Endspiegel 24 und dem Lasermedium 23 angeordnet sein. Der zweite Resonatorabschnitt 27 umfasst neben dem zweiten Endspiegel 25 weitere optische Elemente. Diese sind hier in ihrer Gesamtheit durch die ABCD-Matrix 28 des Gesamtsystems dieser optischen Elemente symbolisiert. Diese weiteren optischen Elemente des zweiten Resonatorabschnitts 27 können beispielsweise von einem oder mehreren Faltspiegeln gebildet werden oder solche Faltspiegel umfassen.
Die Auskopplung des in Fig. 3 strichliert angedeuteten Ausgangsstrahls 29 kann beispielsweise durch den ersten Endspiegel 24 erfolgen. Auch eine Auskopplung durch den zweiten Endspiegel 25 oder durch ein anderes der optischen Elemente des Resonators ist möglich.
Das Pumpen des Lasermediums 23 ist in Fig. 3 nicht dargestellt. Beispielsweise könnte dieses durch den ersten Endspiegel 24 erfolgen, der zu diesem Zweck dich- roitisch ausgebildet ist (die Auskopplung würde dann bei einem anderen optischen Element erfolgen). Konkrete Beispiele für das Pumpen sind weiter unten beschrie- ben. Vorzugsweise handelt es sich um einen gepulsten Laser. Die Pulswiederholungsrate kann relativ niedrig sein, beispielsweise unter 30 MHz liegen, was zu einer entsprechend großen Baulänge des Resonators und einer entsprechenden Anzahl von Faltspiegeln führt, um dennoch eine kompakte Ausbildung zu erreichen, z.B. mit vier oder mehr Faltspiegeln. Insbesondere kann der Laser als modengekoppelter Laser ausgebildet sein. Um eine Modenkopplung zu erreichen, kann ein sättigbarer Absorber vorgesehen sein, beispielsweise einer der Endspiegel oder einer der Faltspiegel als sättigbarer Absorberspiegel, wie SE-SAM-Spiegel ausgebildet sein. Auch andere passive Modenkopplungen, wie durch den Kerr-Linsen-Effekt, oder aktive Modenkopplungen durch akustooptische Modulatoren oder elektrooptische Modulatoren wie die Pockels-Zelle können vorgesehen sein.
Wenn kurze Pulsdauern erwünscht sind, insbesondere im Pikosekundenbereich oder kürzer, wird mindestens einer der Spiegel des Resonators mit einer negativen Grup- pengeschwindigkeitsdispersion ausgebildet.
Ein gepulster Laser, insbesondere mit Pulsdauern im Nanosekundenbereich, könnte stattdessen durch eine Güteschaltung erreicht werden. Weiters könnte der Laser auch kontinuierlich betrieben sein, also als Dauerstrichlaser.
Wenn die optischen Elemente des Resonators ihre idealen Lagen (=„justierte Lagen") aufweisen, also kein Misalignment in Form einer Verkippung und/oder transversale Verschiebung vorliegt, so ergibt sich für die Strahl-Achse 30 (= optische Achse) des Laserstrahls bzw. Lasermodes die in Fig. 3 als durchgehende Linie angedeu- tete Mittelachse. Bei einer Verkippung eines oder mehrerer der optischen Elemente im zweiten Resonatorabschnitt 27 kommt es zu Abweichungen von dieser Mittelachse. Einige solche abweichende Strahl-Achsen 30' sind in Fig. 3 durch strichlierte Linien angedeutet. An jeder Stelle z (=Abstand vom ersten Endspiegel 24 bzw. von dessen Mittelebene bezogen auf den entfalteten Zustand des Resonators), liegt ein Abstand (r) der bei einer Verkippung sich ergebenden Strahl-Achse 30' von der Mittelachse 30 und ein Winkel (r') gegenüber dieser vor. Da die Strahl-Achsen sich ausbildender Lasermoden rechtwinkelig auf der optischen Fläche des ersten Endspie- gels 24 stehen müssen, kreuzen sich die Strahl-Achsen 30, 30' in einem gemeinsamen Kreuzungspunkt 31 . Das Lasermedium 23 ist so angeordnet, dass dieser Kreuzungspunkt 31 im Pumpbereich des Lasermediums 23 zu liegen kommt, hier also in einem Abstand vom ersten Endspiegel 24 angeordnet ist, der gleich dem Krüm- mungsradius des ersten Endspiegels 24 ist. Bei einer transversalen Verschiebung eines der optischen Elemente bleibt entweder die Strahl-Achse 30 unverändert (bei einer Verschiebung eines planen Spiegels) oder diese Verschiebung führt zu einer abweichenden Strahl-Achse 30', die ebenfalls durch den Kreuzungspunkt 31 führt. Somit ist die auf die Laserleistung sich beziehende Empfindlichkeit bei einer Verkip- pung und/oder Verschiebung jener Elemente, die sich im zweiten Resonatorabschnitt 27 befinden auf 0 reduziert worden.
Eine geringe Empfindlichkeit kann auch durch eine Anordnung des Pumpbereichs des Lasermediums 23 nahe beim Kreuzungspunkt 31 erreicht werden, wobei der Ab- stand vom Kreuzungspunkt 31 kleiner als die Rayleighlänge ist, die dem Abschnitt des Laserstrahls zukommt, der zwischen dem Lasermedium 23 und dem nächstgelegenen fokussierenden optischen Element des ersten Resonatorabschnitts, dies ist hier der erste Endspiegel 24, liegt. Eine Verkippung oder transversale Verschiebung eines oder mehrerer der zwischen dem zweiten Endspiegel 25 und dem Lasermedium 23 liegenden optischen Elemente kann durch eine ABCDEF-Matrix des Gesamtsystems dieser optischen Elemente dargestellt werden. Das System ABCD wird vom Fachmann entsprechend den gewünschten Eigenschaften gewählt wie z.B. Länge des Resonators, Anzahl und Position von Faltspiegeln zwecks Kompaktisierung, gewünschter Strahlradius w im Lasermedium, gewünschter Strahlquerschnitt beim zweiten Endspiegel 25 (insbesondere wenn dieser z.B. eine Mode-Locking-Funktion ausübt wie z.B. ein SESAM-Spiegel), Krümmungsradius des ersten Endspiegels usw.. Für den zweiten Endspiegel 25 kann anstelle eines planen Spiegels auch ein Hohlspiegel eingesetzt werden. Üblicherweise wird die Größe des Pumpbereichs des Lasermediums 23 an den Strahldurchmesser des Lasermodes in der Art angepasst, dass die jeweiligen Strahldurchmesser am Ort des Lasermediums ungefähr gleich sind. Das Optimum wird im Experiment ermittelt. Bei einem Strahldurchmesser des Lasermodes von 200 μηη (d.h. Radius w = 100 μιτι) im Lasermedium 23 kann es ein guter Ansatz sein, den
Pumpstrahldurchmesser im Lasermedium ebenfalls auf ca. 200 μηη auszulegen. Dies ist im konkreten Aufbau beispielsweise dadurch erreichbar, indem das Licht einer handelsüblichen, fasergekoppelten Pumplaserdiode mit einem Kerndurchmesser von 200 μηπ und einer numerischen Apertur von 0,22 mit einer einfachen 1 :1 - Abbildung in das Lasermedium abgebildet wird, z.B. mit zwei Linsen gleicher Fokuslänge, wovon die erste die Funktion der Kolimation und die zweite die Funktion der Re-Fokussierung übernimmt.
Die Verkippungen, die zu von der Mittelachse 30 abweichenden Strahl-Achsen 30' führen, können beispielsweise bei +/- 100 rad und/oder +/- 200 rad und/oder +/- 300 rad liegen.
Der Radius des Laserstrahls im ersten Resonatorabschnitt 26 beträgt jedenfalls weniger als den Fünffachen Wert des Radius des Laserstrahls im Pumpbereich des La- sermediums, vorzugweise weniger als das Dreifache.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel für einen Aufbau entsprechend der Prinzipdarstellung von Fig. 3 ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Der erste Endspiegel 24 wird von einem Hohlspiegel mit einem Krümmungsradius von 25mm gebildet. Der Ab- stand des Lasermediums 23 vom ersten Endspiegel 24 (bezogen auf den entfalteten Zustand) ist gleich dem Krümmungsradius des ersten Endspiegels 24, im vorliegenden Ausführungsbeispiel also 25mm. Zwischen dem ersten Endspiegel 24 und dem Lasermedium 23 befindet sich weiters ein planer, dichroitisch beschichteter Faltspiegel 32, der den Pumpeinkoppelspiegel darstellt. Das Pumpen erfolgt in der zu- vor beschriebenen Weise mittels einer Laserdiode 33 und den beiden Linsen 34, 35. Das Lasermedium wird beispielsweise von: KYW mit z.B. 5% Yb-Dotierung gebildet. Beispielsweise kann das Lasermedium eine Dicke von 1 mm ( in z-Richtung gemessen) aufweisen.
Der erste Endspiegel 24 und der Faltspiegel 32 bilden zusammen den ersten Reso- natorabschnitt.
Der zweite Endspiegel 25 wird von einem planen Spiegel gebildet, gegebenenfalls von einem SESAM-Spiegel zur Modenkopplung. Zwischen dem Lasermedium 23 und dem zweiten Endspiegel 25 dienen Faltspiegel 36-39 zur Faltung des Laser- Strahls. Der Faltspiegel 36 ist im Abstand von 182mm vom Lasermedium 32 angeordnet und weist einen Krümmungsradius von 400mm auf. Der Faltspiegel 37 ist im Abstand von 400mm vom Faltspiegel 36 angeordnet und weist einen Krümmungsradius von 400mm auf. Der Faltspiegel 38 ist im Abstand von 400mm vom Faltspiegel 37 angeordnet und weist einen Krümmungsradius von 400mm auf. Der Faltspiegel 39 ist im Abstand von 400mm vom Faltspiegel 38 angeordnet und weist einen Krümmungsradius von 800mm auf. Der zweite Endspiegel 25 ist im Abstand von 400mm vom Faltspiegel 39 angeordnet.
Die Gesamtlänge des Resonators beträgt für die einfache Strecke 1809mm, für den Umlauf 3618mm. Die Umlaufzeit beträgt somit ca. 12 ms, was (bei Modenkopplung) zu einer Pulswiederholrate von 82,9 MHz führt.
Dieser Resonator hat einen Strahlradius von ca. 100 μητι am Ort des Lasermediums. Der Laser kann beispielsweise in ein Gehäuse mit einer Länge von 450mm und einer Breite von 71 mm eingebaut werden.
Der Faltspiegel 32 könnte entfallen und es könnte direkt durch den ersten Endspiegel 24 hindurch gepumpt werden, wenn dieser dichroitisch reflektierend beschichtet ist, also hochreflektierend bei 1040 nm und gleichzeitig hochtransmittierend für die bei Yb:KYW übliche Pumpwellenlänge von 981 nm. Die Auskopplung des Ausgangsstrahls 22 könnte dann beispielsweise beim zweiten Endspiegel 25 erfolgen. Die Modenkopplung könnte dann von einem der anderen optischen Elemente realisiert werden.
Die Faltspiegel 36, 38 und die Faltspiegel 37, 39 sind vorteilhafterweise miteinander gekoppelt, wie weiter unten noch genauer erläutert wird.
Fig. 5 zeigt eine zu Fig. 2 analoge Darstellung des Radius des Laserstrahls in μηη gemessen in Abhängigkeit vom Abstand vom ersten Endspiegel 24 (bezogen auf den entfalteten Zustand des Resonators), also in z-Richtung. Die Stellen, an denen die optischen Elemente und das Lasermedium angeordnet sind, sind durch strichlierte Linien gekennzeichnet und diese sind mit den Bezugszeichen dieser Elemente bezeichnet. Die ersten und zweiten Resonatorabschnitte 26, 27 sind ebenfalls angedeutet. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist der Radius des Laserstrahls in diesem Ausführungsbeispiel im gesamten ersten Resonatorabschnitt kleiner als der Radius des Laserstrahls im Lasermedium.
Die Fig. 6 und 7 zeigen zu den Fig. 4 und 5 analoge Darstellungen für ein zweites konkretes Ausführungsbeispiel. Analoge Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der erste Endspiegel weist hier einen Krümmungsradius von 6,5mm auf und der Abstand des Lasermediums 23 vom ersten Endspiegel beträgt entsprechend 6,5mm. Das Lasermedium 23 entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels. Das Pumpen des Lasermediums erfolgt in der zuvor beschriebenen Weise, hier direkt durch den ersten Endspiegel 24 hindurch. Der Faltspiegel 36 weist einen Krümmungsradius von 100mm auf und befindet sich im Abstand von 48mm vom Lasermedium 23. Der Faltspiegel 37 besitzt einen Krümmungsradius von 400mm und befindet sich im Abstand von 400mm vom Faltspiegel 36. Der Faltspiegel 38 weist einen Krümmungsradius von 400mm auf und befindet sich im Abstand von 400mm vom Faltspiegel 37. Der Faltspiegel 39 weist einen Krümmungsradius von 800mm auf und befindet sich im Abstand von 400mm vom Faltspiegel 38. Der zweite Endspiegel 25 ist plan ausgebildet und befindet sich im Abstand von 400mm vom Faltspiegel 39.
Der zweite Endspiegel 25 kann als Auskoppler für den (hier nicht dargestellten) Aus- gangsstrahl dienen. Eine Modenkopplung könnte dann von einem anderen optischen Element übernommen werden. Andererseits könnte der zweite Endspiegel 25 auch als Modenkoppler ausgebildet sein, wobei ein anderes optisches Element den Auskoppler für den Ausgangsstrahl bildet. Der Strahlradius im Lasermedium beträgt hier ca. 35-40 μηη.
In einem weiteren konkreten Ausführungsbeispiel könnte auch ein größerer Strahlradius im Lasermedium, beispielsweise von 170 pm erreicht werden. Hierzu könnte der erste Endspiegel 24 einen Krümmungsradius von 75mm aufweisen und das La- sermedium 23 somit im Abstand von 75mm vom ersten Endspiegel angeordnet sein. Der Faltspiegel 36 könnte im Abstand von 136mm vom Lasermedium 23 angeordnet sein und einen Krümmungsradius von 400mm aufweisen. Die Faltspiegel 37-39 und der zweite Endspiegel 25 könnten entsprechend dem ersten und zweiten konkreten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein und die dort angegebenen Abstände zuein- ander bzw. vom Faltspiegel 36 aufweisen. Eine solche Ausbildung würde sich beispielsweise für die Betriebsart eines regenerativen Verstärkers eignen, bei welcher höhere Energien und Spitzenleistungen vorherrschen, sodass die optische Zerstörschwelle ein Problem darstellen kann. Fig. 8 zeigt eine Prinzipdarstellung einer weiteren möglichen prinzipiellen Ausführungsform. Es ist hier als erster Endspiegel 24' ein planer Spiegel eingesetzt und zwischen dem ersten Endspiegel 24' und dem Lasermedium 23 befindet sich als weiteres optisches Element des ersten Resonatorabschnitts 26 ein fokussierendes optisches Element, beispielsweise in Form eines Hohlspiegels. Der zweite Resonato- rabschnitt 27 weist als optische Elemente den zweiten Endspiegel 25 und weitere, hier zu einer gemeinsamen ABCD-Matrix 28 zusammengefasste optische Elemente auf. Die Strahlachse 30, welche die Mittelachse ohne ein Misalignment von opti- sehen Elementen des zweiten Resonatorabschnitts 27 darstellt, ist wiederum als durchgehende Linie dargestellt. Für die bei einem Misalignment sich ausbildenden Strahl-Achsen 30' gilt wiederum die Bedingung, dass diese rechtwinkelig auf der optischen Fläche des ersten Endspiegels 24' stehen. Ein Kreuzungspunkt 31 der Strahl-Achsen 30, 30' liegt daher am Fokus des optischen Elements 40 vor und das
Lasermedium 23 bzw. dessen Pumpbereich wird dort angeordnet. Wiederum könnte das Lasermedium 23 auch vom Kreuzungspunkt 31 beabstandet sein, wobei der Abstand weniger als die Rayleighlänge beträgt. Ein konkretes Ausführungsbeispiel für die in Fig. 8 dargestellte prinzipielle Ausführungsform ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Es handelt sich um zu den Fig. 4 und 5 analoge Darstellungen.
Im Abstand (von beispielsweise 40mm) vom planen ersten Endspiegel 24' befindet sich das von einem Hohlspiegel mit einem Krümmungsradius von 150mm gebildete optische Element 40. Im Abstand von 75mm hiervon, also dem halben Krümmungsradius, befindet sich das Lasermedium 23. Dieses entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels. Das Pumpen kann durch das optische Element 40 hindurch in der bereits beschriebenen Weise erfolgen, wobei dieses optische Element 40 als dich- roitischer Spiegel ausgebildet ist. Im Abstand von 100mm vom Lasermedium befindet sich der Faltspiegel 36, der einen Krümmungsradius von 400mm aufweist. Die Faltspiegel 37-39 und der zweite Endspiegel 25 und ihre Abstände zueinander bzw. zum Faltspiegel 36 sind gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Modenradius im Lasermedium beträgt hier 183 μηη.
Zwischen dem ersten Endspiegel 24' und dem optischen Element 40 und/oder zwischen dem optischen Element 40 und dem Lasermedium 4 könnte ein Faltspiegel angeordnet sein.
Fig. 1 1 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts von Fig. 10. Daraus ist besonders deutlich ersichtlich, dass der Laserstrahl zwischen dem Lasermedium 23 und dem benachbarten fokussierenden optischen Element 40 des ersten Resonatorabschnitts 26 ohne stark zu divergieren verläuft. Der Strahlradius bzw. Modenradius bleibt in diesem Ausführungsbeispiel jedenfalls im Bereich des zweifachen Wertes des Strahlradius vom Ort des Lasermediums 23. Aus Fig. 1 1 ist auch ersichtlich, dass bei einer erfindungsgemäßen Ausbildung die Strahltaille (=Einschnürung) 41 (die vom fokussierenden optischen Element ausgebildet wird) sich nicht notwendigerweise am Ort des Lasermediums 23 befindet.
Zusätzlich zu den in Fig. 3 und Fig. 8 dargestellten Ausführungsformen sind weitere prinzipielle Ausführungsformen möglich, wobei im ersten Resonatorabschnitt 26 auch mehr als ein fokussierendes optisches Element vorgesehen sein könnte (wobei sich mehr als ein Kreuzungspunkt der Strahl-Achsen 30, 30' ergeben kann). Vorzugsweise ist das Lasermedium 4, falls der Resonator mehrere Kreuzungspunkte 31 aufweist, in dem am nächsten bei einem der Endspiegel (der in den dargestellten Aus- führungsbeispielen als erster Endspiegel bezeichnet ist) liegenden Kreuzungspunkt angeordnet (bzw. der Pumpbereich des Lasermediums 23).
Die Fig. 12 und 13 zeigen beispielhaft zwei Ausführungsbeispiele von gekoppelten optischen Elementen. Z.B. kann es sich um die Faltspiegel 37, 39 oder 36, 38 in den gezeigten Ausführungsbeispielen handeln. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 12 sind die beiden optischen Elemente einstückig miteinander ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 13 sind die optischen Elemente 37, 39 starr miteinander verbunden, und zwar hier über einen gemeinsamen Basiskörper 42, an dem sie starr befestigt sind. In beiden Fällen sind die optischen Elemente gemeinsam an einem Trägerteil 43 des Resonators montiert, vor-zugsweise justierbar. Ein Montageteil 44 zur Montage am Trägerteil 43 ist in Fig. 12 und 13 nur schematisch angedeutet.
Die gekoppelten optischen Elemente, beispielsweise die Faltspiegel 37, 39, weisen optische Flächen 45, 46 auf, die unterschiedliche Krümmungszentren besitzen. In anderen Ausführungsbeispielen könnten unterschiedliche Krümmungsradien oder unterschiedliche Krümmungsradien in Kombination mit unterschiedlichen Krüm- mungszentren vorgesehen sein. In wiederum anderen Ausführungsbeispielen könn- ten die optischen Flächen der gekoppelten optischen Elemente plan sein und in Ebenen liegen, die winklig zueinander stehen, vorzugsweise im Winkel von mehr als 3° miteinander einschließen. Beispielsweise könnte ein Ausführungsbeispiel solcher einstückig miteinander ausgebildeten optischen Elemente wie der Basiskörper 42 von Fig. 13 (ohne die an diesem angebrachten optischen Elemente 37, 39) aussehen.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann von den gekoppelten optischen Elementen, dies sind beispielsweise die Faltspiegel 37, 39, eines eine gekrümmte optische Fläche und eines eine plane optische Fläche aufweisen.
Eine gleichsinnige Verkippung der optischen Elemente 37, 39 bzw. 36, 38 um parallele Kippachsen führt zu entgegengesetzten Auswirkungen beispielsweise auf die Winkelveränderung des Ausgangsstrahls (zumindest die Vorzeichen sind entgegengesetzt, die Be-träge können auch unterschiedlich sein). Eine gemeinsame Verkip- pung der optischen Elemente 37, 39 bzw. 36, 38 um eine im Bereich dieser optischen Elemente, oder ihres Basiskörpers 42 oder ihres Montageteils 44 liegende Achse führt damit zu einer zumindest teilweisen Kompensation der damit verbundenen Auswirkungen. Zusätzlich zu den bereits erwähnten Betriebsarten des Laserresonators, wie modengekoppelter Resonator, gütegeschalteter Laserbetrieb, Betrieb als regenerativer Verstärker, könnte beispielsweise auch ein Betrieb als modengekoppelter und cavi- ty-dumped-Resonator zur Erreichung höherer Energien vorgesehen sein.
L e g e n d e
zu den Hinweisziffern:
1 erster Endspiegel 26 erster Resonatorabschnitt
2 zweiter Endspiegel 27 zweiter Resonatorabschnitt
3 Ausgangsstrahl 28 ABCD-Matrix
4 Lasermedium 29 Ausgangsstrahl
5 Faltspiegel 30, 30' Strahl-Achse
6 Faltspiegel 31 Kreuzungspunkt
7 Laserdiode 32 Faltspiegel
8 optisches Element 33 Laserdiode
9 optisches Element 34 Linse
10 optisches Element 35 Linse
1 1 Faltspiegel 36 Faltspiegel
12 Prisma 37 Faltspiegel
13 Prisma 38 Faltspiegel
14 Blende 39 Faltspiegel
15 Lasermedium 40 fokussierendes opt. Element
16 erster Endspiegel 41 Strahltaille
17 zweiter Endspiegel 42 Basiskörper
18 Faltspiegel 43 Trägerteil
19 Faltspiegel 44 Montageteil
20 Faltspiegel 45 optische Fläche
21 Faltspiegel 46 optische Fläche
22 Faltspiegel
23 Lasermedium
24, 24' erster Endspiegel
25 zweiter Endspiegel

Claims

Patentansprüche
Laser mit einem Lasermedium (23), das in einem Pumpbereich angeregt wird, und einem Stehende-Wellen-Resonator, der optische Elemente aufweist, von denen ein eine Strahl-Achse (30, 30') aufweisender, das Lasermedium (23) durchsetzender Laserstrahl geführt ist und die einen ersten und einen zweiten Endspiegel (24, 24'; 25) umfassen, wobei der Resonator einen ersten Resonatorabschnitt (26), der den ersten Endspiegel (24, 24') und gegebenenfalls weitere der optischen Elemente (32, 40) aufweist, die mit dem Laserstrahl zwischen dem ersten Endspiegel (24, 24') und dem Lasermedium (23) zusammenwirken, und einen zweiten Resonatorabschnitt (27) umfasst, der den zweiten Endspiegel (25) und weitere der optischen Elemente (36-39) aufweist, die mit dem Laserstrahl zwischen dem Lasermedium (23) und dem zweiten Endspiegel (25) zusammenwirken, wobei mindestens eines der optischen Elemente (24, 40) des ersten Resonatorabschnitts (26) eine fokussierende Ausbildung aufweist, durch welche die Strahl-Achsen (30, 30') des Laserstrahls, die sich bei jeweiligen Verkippungen von zumindest einem der im zweiten Resonatorabschnitt (27) angeordneten optischen Elemente (25, 36-39) ergeben, mindestens einen Kreuzungspunkt (31) aufweisen, und wobei dieser Kreuzungspunkt (31) oder einer dieser Kreuzungspunkte (31) der Strahl-Achsen (30, 30') des Laserstrahls im Pumpbereich des Lasermediums (23) liegt oder einen Abstand vom Pumpbereich aufweist, der weniger als die Rayleighlänge beträgt, die einem Abschnitt des Laserstrahls zukommt, der zwischen dem Lasermedium (23) und dem nächstgelegenen fokussierenden optischen Element (24, 40) des ersten Resonatorabschnitts (26) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (w) des Laserstrahls zumindest über den Abschnitt des Laserstrahls, der zwischen dem Lasermedium (23) und dem nächstgelegenen fokussierenden Element (24, 40) des ersten Resonatorabschnitts (26) liegt, kleiner als das Fünffache, vorzugswei- se kleiner als das Dreifache, des Radius (w) des Laserstrahls im Pumpbereich des Lasermediums (23) ist.
Laser nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (w) des Laserstrahls im gesamten ersten Resonatorabschnitt (26) kleiner als das Fünffache, vorzugsweise kleiner als das Dreifache, des Radius (w) des Laserstrahls im Pumpbereichs des Lasermediums (23) ist.
Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur eines der optischen Elemente (24, 40) des ersten Resonatorabschnitts (26) eine fokussieren- de Ausbildung aufweist.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite des dem Lasermedium (23) nächstgelegenen fokussierenden optischen Elements (24, 40) des ersten Resonatorabschnitts (26) kleiner als 100mm, vorzugsweise kleiner als 50mm ist.
Laser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite des dem Lasermedium (23) nächstgelegenen fokussierenden optischen Elements (24, 40) des ersten Resonatorabschnitts (26) kleiner als 20mm, vorzugsweise kleiner als 10mm ist.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endspiegel (24) ein Hohlspiegel ist.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endspiegel (24') ein planer Spiegel ist.
8. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass d
dem Lasermedium (23) nächstgelegene fokussierende optische Element (24 40) des ersten Resonatorabschnitts (26) ein Hohlspiegel ist.
9. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator mittels eines oder mehrerer Faltspiegel (32, 36-39) gefaltet ist.
10. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ein Pulslaser, vorzugsweise ein modengekoppelter Laser ist.
1 1 . Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (w) des Laserstrahls im Pumpbereich des Lasermediums (23) kleiner als
250 μηη, vor-zugsweise kleiner als 150 μηη ist.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der optischen Elemente des Resonators, die bezogen auf den entfalteten Resonator in unterschiedlichem Abstand vom ersten Endspiegel (24, 24') angeordnet sind, einstückig miteinander ausgebildet sind oder starr miteinander verbunden und gemeinsam an einem Trägerteil (43) des Resonators montiert sind.
Laser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei einstückig ausgebildeten oder starr verbundenen und gemeinsam am Trägerteil (43) montierten optischen Elemente optische Flächen (45, 46) aufweist, die gekrümmt sind und unterschiedliche Krümmungszentren und/oder Krümmungsradien besitzen oder die eben sind und in winkelig zueinander stehenden Ebenen liegen, oder dass von den mindestens zwei einstückig ausgebildeten oder starr verbundenen und gemeinsam am Trägerteil 43 montierten optischen Elementen mindestens eines eine gekrümmte und mindestens eine eine ebene optische Fläche aufweist.
Laser nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den mindestens zwei einstückig ausgebildeten oder starr verbundenen und gemeinsam am Trägerteil (43) montierten optischen Elemente um zwei Faltspiegel (36, 38; 37, 39) handelt, wobei der Laserstrahl zwischen den Umlenkungen an diesen beiden Faltspiegeln (36, 38; 37, 39) von mindestens einem weiteren Faltspiegel (37, 38) umgelenkt wird.
15. Laser nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei einstückig miteinander ausgebildeten oder starr miteinander verbundenen und gemeinsam am Trägerteil (43) montierten optischen Elemente bei einer gleichsinnigen Verkippung entgegengesetzte Auswirkungen auf die Verschiebung und/oder die Winkelveränderung der Strahl-Achse (30) des Laserstrahls bei einem anderen der optischen Elemente des Resonators oder beim Lasermedium (23) haben.
16. Laser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei einstückig miteinander ausgebildeten oder starr miteinander verbundenen und gemeinsam am Trägerteil montierten optischen Elemente bei einer gleichsinnigen Verkippung entgegengesetzte Auswirkungen auf die Verschiebung und/oder die Winkelveränderung der Strahl-Achse (30) des Laserstrahls bei einem als Auskoppler für den Ausgangsstrahl (29) wirkenden optischen Element des Resonators haben.
17. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser ein Festkörperlaser ist.
18. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Pumpbereichs des Lasermediums (23) vom nächstgelegenen fo- kussierenden optischen Element (24, 40) des ersten Resonatorabschnitts (26) kleiner als der dreifache Wert der Rayleighlänge ist, die dem Abschnitt des Laserstrahls zukommt, der zwischen dem Lasermedium (23) und dem nächstgelegenen fokussierenden optischen Element (24, 40) des ersten Resonatorabschnitts (26) liegt.
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