WO2015135011A1 - Festkörperlaser - Google Patents

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WO2015135011A1 PCT/AT2015/000038 AT2015000038W WO2015135011A1 WO 2015135011 A1 WO2015135011 A1 WO 2015135011A1 AT 2015000038 W AT2015000038 W AT 2015000038W WO 2015135011 A1 WO2015135011 A1 WO 2015135011A1
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    • H01S5/405—Two-dimensional arrays

Definitions

  • the invention relates to a solid-state laser with a reinforcing laser medium for generating a laser beam and at least one
  • Laser diode having pumping means, from which a pump radiation is generated, which impinges on a first side surface of the laser medium, which is parallel to a z-axis and parallel to a perpendicular to the z-axis y-axis, wherein in a direction perpendicular to the z -Axis and x axis perpendicular to the y-axis, the laser beam is parallel to the z-axis through the laser medium, the laser medium on a parallel to the z-axis and parallel to the y-axis and the first side surface opposite the second side surface is cooled by a heat sink with which it is in thermal communication, wherein the length of a y-cooling region is smaller than the length of the second side surface of the laser medium in the direction of the y-axis, wherein the y-cooling region of the laser medium covers a portion of the y-axis.
  • Axis over which a cooling strip extends, over which the laser medium on the second side surface with the Heat sink is thermally connected, wherein the length of a y- 1 / e 2 region of the pump radiation is smaller than the length of the first side surface of the laser medium in the direction of the y-axis and the first side surface of the
  • Laser medium extends beyond the y-1 / e 2 region of the pump radiation in both y-axis directions, the y-1 / e 2 region of the pump radiation designating a y-axis portion over which the intensity of the pump radiation at the first side surface of the laser medium has a value greater than the maximum intensity of the pump radiation at the first side surface of the laser beam
  • Laser medium divided by e 2 is.
  • NdrYAG is the best-known laser medium for nanosecond lasers due to the relatively high Gain, a storage time of 250 s and the availability in large slabs (> 10cm) at comparatively low cost.
  • reinforcing laser media include Nd: glass, Nd: VANADAT or Yb: YAG.
  • laser diodes are used more recently instead of flash lamps.
  • a solid-state laser pumped in this manner is described in Errico Armandillo and Callum Norrie: "Diode-pumped high-efficiency high-brightness Q-switched ND: YAG slab laser", OPTICS LETTERS, Vol. 22, No. 15, August 1, 1997 , Pages 1 168 to 1 170.
  • Laser diodes have particular advantages in terms of efficiency, pump efficiency and service life
  • laser diode stacks which are also referred to as laser diode stack
  • several such bars with their broad sides and / or narrow sides next to each other
  • different types of optical systems have been used, for example a microlens in the form of a cylindrical lens is known in front of the laser diodes of a respective ingot
  • the cylinder axes are aligned in the direction of the "slow-axis", so that the strong divergence in the direction of the "fast-axis” is reduced, for example, to less than 1 °, thereby the subsequent optics for imaging the laser radiation in the amplifying laser medium considerably simplified.
  • Birefringence stress-induced birefringence leads.
  • Stress-induced birefringence especially in radially symmetric pump geometries, e.g. in the formation of the laser medium in the form of a cylindrical rod, a polarization rotation of parts of the beam profile and, subsequently, to a loss of a polarizing element in the resonator, resulting in active Q-switching with electro-optical
  • a solid-state laser of the type mentioned at the beginning is Donald B. Coyle et al .: "Efficient, reliable, long-lifetime, diode-pumped Nd: YAG laser for space-based vegetation topographical altimetry", APPLIED OPTICS, Vol. 27, September 20, 2004, pages 5236-5242.
  • the laser medium which is in the form of a "slab", that is prismatic, has a longitudinal axis extending in the direction of a z-axis.
  • Axial extends, and has side surfaces which are parallel to perpendicular to each other and perpendicular to the z-axis x and y axes.
  • the laser beam passes through the laser medium zig-zag in the x-z plane.
  • the pumping by means of laser diodes is effected by a parallel to the y- and parallel to the z-axis first side surface and the laser medium is cooled at the opposite and lying parallel to the first side surface second side surface.
  • the cooling is not over the entire extent of the second side surface in the direction of the y-axis but only over a strip with a reduced width in contrast Direction of the y-axis. This is done by one level of the second
  • the incident on the first side surface pump radiation has a substantially gauss-shaped profile in this laser.
  • the length of this y-1 / e2 region of the pump radiation is smaller than the length the first side surface of the laser medium in the direction of the y-axis.
  • the laser medium is thus pumped with respect to the y-direction is not substantially uniform to its edge but only in a more or less central area. This has the consequence that the limited extent of the laser medium in the y-direction does not act as an aperture for the laser radiation.
  • the laser medium were pumped over its entire extent in the y-direction, the formation of a thermal lens in the y-direction could be substantially avoided, however The aperture then caused by the laser medium in the y-direction would have negative effects on the quality of the laser beam emitted by the solid-state laser.
  • the object of the invention is to provide an improved solid state laser of the type mentioned. This is achieved by a
  • the length of a y-cooling region of the laser medium is less than 70% and greater than 50% of the length of a y-pumping region of the laser medium, with the y-pumping region in both y-axis directions over the y-cooling region extends beyond.
  • the y-cooling region of the laser medium denotes a section of the y-axis, over which a cooling strip extends, via which the laser medium is connected to the heat sink.
  • the y-pumping region of the laser medium denotes a section of the y-axis, over which 80% of the total absorbed by the laser medium power of the pump radiation is absorbed and at both ends of the intensity of the pump radiation is equal.
  • the majority of the heat is introduced into the laser medium via the y-pumping region. It has been found that with such a design of a solid-state laser, a thermal lens in the y-direction can be at least largely or completely avoided. This can be explained by a central recess in the
  • this succeeds in conjunction with a beam profile of the pump radiation, which is more likely than in the direction of a Gaussian profile in the direction of a rectangular beam profile.
  • the y-1 / e 2 region of the pump radiation designates a section of the y-axis, via which the intensity of the pump radiation at the first side surface of the laser medium has a value which is more than the maximum intensity of the pump radiation at the first side surface of the laser medium divided by e 2 , that is more than about 13.5%.
  • the y half-value region of the pump radiation designates a section of the y axis over which the intensity of the pump radiation at the first side surface of the laser medium has a value that is more than half the maximum intensity of the pump radiation at the first side surface of the laser medium.
  • the y-1 / e 2 region and the y half-value region of the imaginary Gaussian beam are defined.
  • a beam with a beam divergence of ⁇ 250 rad (half-angle divergence) in both transverse directions and a quality factor ⁇ ⁇ 2 of ⁇ 5, preferably ⁇ 3, can be achieved over the entire power range.
  • Beam quality (eg ⁇ ⁇ 2 ⁇ 5 or ⁇ 3) are provided, regardless of the repetition rate, so for example, both single-pulse operation (singleshot) as well as at 50Hz or 100Hz (corresponding to 5W average power), the closely bounded
  • Fig. 1 is a highly schematic representation of an embodiment of a laser according to the invention
  • 3 is an oblique view of the radiation source of the pumping device
  • FIG. 4 shows a section through the laser medium and a part of the pumping device and the heat sink in the y-x-plane (section line AA of Fig. 5).
  • FIG. 5 shows a side view of the laser medium and a part of the heat sink and of the pumping device in the direction of the y-axis (viewing direction B in FIG. 4);
  • FIG. 6 shows a side view of the laser medium on the pumped first side surface in the direction of the x-axis (viewing direction C in FIG. 4), wherein a "pumped area" is illustrated by hatching and the cooling strip applied to the opposing second side area is shown in dotted lines is;
  • Fig. 8 is a diagram in which the refractive index D of the formed thermal lens with respect to the y-direction in dependence on the length of the y-cooling region is shown.
  • a possible embodiment of a solid-state laser according to the invention is shown schematically in FIG. It is a solid-state laser whose amplifying (active) laser medium 1 consists of a crystalline or glassy (amorphous) solid.
  • the amplifying laser medium may be Nd: YAG, Nd: glass, Nd: vanadate, Yb: YAG, Er: YAG or Ho: YAG.
  • the amplifying laser medium 1 which can also be referred to as a laser-active material, is arranged in a resonator, the components of which are explained in more detail below.
  • the reinforcing laser medium 1 is side-pumped, as is known.
  • the pumping radiation 5 pumping the amplifying laser medium 1 thus does not enter the laser medium through the entrance and exit surfaces 2, 3, but rather through a first side surface 6. It is at an angle to the entry and exit surfaces 2, 3.
  • the pump radiation 5 impinges on the first side surface 6 at least substantially centrally.
  • the resonator comprises an end mirror 7 and a coupling-out mirror 8 in order to couple out the laser beam 4a emitted by the laser.
  • the resonator shown is folded once, for which purpose a reversing prism 9 is arranged in the beam path. The folding could also be omitted or the resonator could be folded several times. Other folding mirrors could be provided.
  • a polarizer 10 In order to form a Q-switch in the beam path of the resonator in the illustrated embodiment, a polarizer 10, a Pockels cell 1 1 and a quarter-wave plate 12 are arranged. The laser beam 4a emitted by the laser is thus pulsed.
  • pulses for example, other than electro-optical Q-switches, in particular acousto-optic Q-switches
  • Auskoppelapt 8 or the end mirror 7 is preferably as known as
  • the beam profile of the laser beam can be influenced, for example, to achieve a more rapid edge drop of the intensity, and / or the
  • Beam quality of the laser beam can be improved.
  • Pumping device having a radiation source 13, which comprises a plurality of laser diodes.
  • the optics 14 of the pumping device to those of the
  • the radiation source 13 is preferably in the form of a laser diode stack and an example of this is shown in FIG.
  • the laser diode stack comprises a plurality of adjacent bars 15, each having a plurality of laser diodes 16 spaced apart in one direction.
  • the rays 17 emitted by the laser diodes 16 have a divergence more than three times as large as in the direction of an axis perpendicular to the beam axis of the respective beam 17, which is referred to as "fast-axis"
  • the bars 15 are held on a carrier 20, cf. Fig. 2, which is mounted on a, for example, water-cooled, heat sink 21.
  • the optics 14 of the pumping means is formed in the embodiment of an optical component having a reflective cylindrical surface 14b, at which the emitted from the laser diode 17 of the radiation source and entering through the entrance surface 14a in the optical component beams are reflected.
  • the cylinder surface 14b has a collecting effect with respect to the "slow-axis." With respect to the "fast-axis", the divergence of the beams 17 remains, only eflection or multiple reflections occur on side surfaces 14c of the optical component to cover the area of the optical component Limit radiation in this direction.
  • the optic 14 of the pumping device forming optical component can be any optical component.
  • Fig. 2 be formed of several interconnected by bonding, made of transparent material parts.
  • the optical component is attached to a carrier 18.
  • Such a pumping device is known from WO 2014/019003 A1 mentioned in the introduction to the description.
  • An insert of a pumping device with optics which has a cylindrical mirror or a cylindrical lens, wherein the
  • Cylinder axis is aligned in the direction of the "fast axis", is advantageous
  • the first side surface 6 of the laser medium 1, through which the pump radiation 5 enters, is parallel to the z axis and parallel to the y axis, ie parallel to the yz plane.
  • the z-axis forms the longitudinal axis of the laser medium 1.
  • the zigzag-shaped course of the laser beam 4 through the laser medium 1 lies in a plane that is parallel to the x-axis and parallel to the z-axis, ie parallel to the x-z plane.
  • the x, y, and z axes form a Cartesian coordinate system.
  • the laser medium 1 is cooled by a heat sink 22.
  • the cooling takes place on a second side surface 23 of the laser medium 1, which is parallel to the first
  • Heatsink 22 via a cooling strip 24 is preferably on the second side surface 23 of the laser medium 1 .
  • an (not shown in the figures) optical coating is preferably on the second side surface 23 of the laser medium 1 . This will be on the second
  • the cooling strip 24 consists here of a material differing from the laser medium 1 and heat sink 22 material, which over the Connecting material on the second side surface 23 of the laser medium 1 or the optical coating applied thereto is applied.
  • the cooling strip 24 could also be formed by a strip-shaped elevation of the heat sink 22 and would thus consist of the same material from which the rest
  • Heat sink 22 is made. Also in this case, the cooling strip could be applied directly or via a connecting material (in particular an adhesive or a solder) to the laser medium 1 or the optical coating applied thereto.
  • a connecting material in particular an adhesive or a solder
  • the thermal conductivity of the material of the cooling strip 24 is preferably greater than 5 W / mK. Away from the region over which the cooling strip 24 extends, the second side surface 23 is separated from the heat sink 22 by an air gap 25. In this area, instead of the air gap, at least in regions, a solid material could be provided, which has a heat conductivity which is less than half the thermal conductivity of the material of the
  • Cooling strip 24
  • the thermal conductivity of the material present outside the cooling strip 24 between the laser medium 1 and the heat sink 22 is less than 2 W / mK, more preferably less than 1 W / mK.
  • the second side surface 23 faces the first side surface 6, i. in
  • the side surfaces 6, 23 overlap at least partially, preferably at least substantially (i.e., over more than 50% of their areas). It is preferable that the first and second side surfaces 6, 23 extend over the same range with respect to the direction of the y-axis.
  • the laser medium 1 preferably has a prismatic shape.
  • the base and top surfaces 37, 38 are conveniently parallel to the xz plane, which is a straight prism, in particular a parallelepiped.
  • the extent of the laser medium 1 with respect to the y direction is 5 mm to 15 mm, in the exemplary embodiment 8 mm.
  • Laser medium in x-direction is for example 2mm to 8mm, in
  • Embodiment 4mm The extension of the laser medium in the z-direction is for example 20mm to 80mm, in the embodiment about 40mm.
  • the cooling strip 24 is for example replaced by a graphite foil, e.g. 125 ⁇ or 250 ⁇ formed thick.
  • the heat conduction of such a graphite foil can be for example 16 W / mK.
  • the connection of the graphite foil to the second side face 23 of the laser medium 1 and the heat sink 22 can be effected for example by gluing and / or jamming.
  • the cooling strip 24 is formed by an indium strip. Such an indium strip, for example, with the second side surface 23 of the laser medium 1 and the
  • Heat sink 22 are soldered.
  • the solder is indium or AgSn (e.g., 96.5% Sn and 3.5% Ag) or the harder AuSn.
  • the heat sink 22 may be made of copper tungsten having a coefficient of thermal expansion similar to Nd: YAG, e.g.
  • cooling strip 24 and / or the heat sink 22 are conceivable and possible.
  • the cooling strip 24 could also be formed by a strip-shaped elevation of the heat sink 22, which is in thermal contact with the second side surface 23 of the laser medium 1, for example by being pressed or soldered to the second side surface 23.
  • the cooling strip 24 extends in the y-direction over a portion 26 of the y-axis, which is referred to in this document as the y-cooling region. Furthermore, the cooling strip 24 extends with respect to the z-direction over a portion 27 of the z-axis, which is referred to in this document as the z-cooling region.
  • a y-pumping section 28 is referred to as the y-pumping region, via which 80% of the total power of the pumping radiation absorbed by the laser medium 1 is absorbed.
  • the y-pumping region 28 is selected so that the intensity of the pumping radiation 5 at the two ends of the y-pumping region is the same.
  • the z-pumping area is the section 29 of the z-axis, over which 80% of the total of the laser medium. 1
  • the z-pumping area 29 is chosen so that at its two ends the intensity of the
  • Inversion level mainly, namely 80%, in the pumped volume.
  • the pumped volume can thus be determined from the inversion density.
  • the inversion density can be measured in particular by fluorescence images.
  • the heat sink 22 can be removed and take the recording of fluorescence images through the second side surface 23, wherein the
  • the pumped volume thus extends in the direction of the x-axis over the extent of the laser medium. 1 In the z-axis direction, the expansion of the pumped volume is preferably more than 50% of the expansion of the
  • the expansion of the pumped volume lies in the direction of the y-axis
  • Laser medium 1 in the direction of the y-axis.
  • the pumped volume is preferably in a central region of the laser medium 1 relative to the direction of the z-axis and to the direction of the y-axis.
  • the incident on the first side surface 6 pump radiation 5 has a relation to a beam with a Gaussian distribution substantially closer to a rectangular profile intensity distribution.
  • FIG. 7 shows the distribution 35 of the intensity I of the pump radiation with respect to the y-axis.
  • the maximum value of the intensity is 11.
  • the zero point of the y-axis is placed at the position of the maximum value of the intensity.
  • the distribution 36 of the intensity of an imaginary beam of the same wavelength is plotted with a Gaussian profile having the same half-width, the maximum value of the intensity being at the zero point of the y-axis.
  • the maximum value of the intensity is 12 here.
  • the radiation energy of the imaginary ray that is to say the area enclosed by the distribution 36, is equal to the radiation energy of the pump radiation.
  • the section 31 of the y axis, via which the intensity of the pump radiation 5 is more than half the maximum intensity of the pump radiation at the first side surface of the laser medium 1, is referred to in this document as the y half-value region of the pump radiation.
  • the length of this section 31 thus corresponds to the half-width of the intensity profile of the pump radiation 5.
  • Reference numeral 32 denotes.
  • the locations on the y-axis are further indicated, at which the intensity of the pump radiation 5 and the imaginary beam has dropped to a value which is 1 / e 2 (ie about 3.5%) of the maximum value .
  • the y-1 / e 2 region of the Pump radiation 5 correspondingly designates the section 33 of the y-axis, via which the intensity of the pump radiation at the first side surface 6 of the
  • Laser medium 1 has a value which is more than the maximum intensity of the pump radiation at the first side surface 6 of the laser medium 1 divided by e 2 .
  • the y-1 / e 2 region of the imaginary ray is defined and the corresponding section of the y-axis is denoted by the reference symbol 34 in FIG.
  • the difference between the length of the y-1 / e 2 region 33 of the pump radiation 5 and the length of the y half-value region 31 of the pump radiation 5 can be read off from FIG. 7 for the present exemplary embodiment by approximately 0.85 mm.
  • the difference between the length of the y-1 / e 2 region 34 and the length of the y half-value region 32 of the imaginary beam with the Gaussian profile can be read off from FIG. 7 at approximately 2.6 mm. This difference is thus less than half as large for the pump radiation 5 as for the imaginary beam with the Gaussian profile.
  • the length of the y-1 / e 2 region 33 of the pump radiation 5 is smaller than the length of the first side surface 6 of the laser medium 1 in the direction of the y-axis, with the first side surface 6 of the laser medium 1 in both directions of the y Extends beyond the y-1 / e 2 region of the pump radiation, preferably the same distance.
  • the length of the y-1 / e 2 region 33 of the pump radiation 5 is 4 mm, while the length of the first side surface 6 of the laser medium 1 in the direction of the y-axis is 8 mm.
  • the length of the y-cooling region is smaller than the length of the laser medium 1 in the direction of the y-axis.
  • the length of the y-cooling region is also smaller than the length of the y-pumping region, as will be explained below.
  • the y-cooling area extends over the entire y-dimension of the laser medium 1, then lies the refractive index of the thermal lens with respect to the y-direction with the operating parameters used in the experimental arrangement at more than 1 m-1.
  • the refractive index initially decreases slowly, whereby it is at a length I of the y-cooling range of 3mm, which is thus significantly smaller than the length of the y-pumping range of 4mm to a value of just 0.5m- 1 has dropped.
  • the refractive power of the thermal lens further decreases and is already negative at a length I of the y-cooling range of 2mm.
  • the thermal lens becomes highly negative, e.g. with a refractive power of -3m-1 at a length of the y-cooling region of 1 mm.
  • the formation of a negative thermal lens with small expansions of the y-cooling range can be achieved by the formation of a central recess in the
  • Temperature profile can be explained about the y-pumping range.
  • the length of the y-cooling region is chosen to be less than 70% and greater than 50% of the length L of the y-pumping region.
  • the y-pumping region extends in both directions of the y-axis beyond the y-cooling region, preferably equidistant, i. the y-cooling area is located centrally in the y-pumping area with respect to the y-direction.
  • the length of the z-cooling region 27 of the laser medium 1 is advantageously greater than the length of the z-pumping region 29 of the laser medium 1.
  • the extent of the z-cooling region in both directions of the z-axis beyond the z-pumping region will be so great chosen that inhomogeneities of Temperature distribution in the pumped volume of the laser medium 1 to the ends of its extension in the direction of the z-axis are kept as small as possible.
  • the beam profile of the forming laser mode is advantageously at least largely adapted to the profile of the excitation by means of the pump radiation 5 with respect to the y-direction, in particular by using a suitable
  • the beam profile of the laser beam 4 relative to the y-direction should thus be clearly opposite to a Gaussian profile in the direction of a
  • Rectangular profiles have shifted intensity distribution.
  • a y-half-value range and a y-1 / e 2 range of the laser beam 4 in the laser medium 1 and when leaving the laser medium 1 can be defined.
  • the y-1 / e 2 region of the laser beam thus represents a section of the y-axis, over which the intensity of the laser beam 4 has a value which is more than the maximum intensity of the laser beam 4 divided by e 2 .
  • the y-half-value region of the laser beam 4 designates a section of the y-axis, over which the intensity of the laser beam 4 has a value which is more than half the maximum intensity of the laser beam 4.
  • the laser beam 4 is formed so that the difference between the length of the y-1 / e 2 region of the laser beam and the length of the y half-value region of the laser beam is less than half the difference between the length of the y -1 / e 2 range and the length of the y-half-value range of an imaginary beam of the same wavelength having a Gaussian profile and its length of the y-half-value range equal to the length of the y-half-value range of the laser beam 4 and its radiant energy is equal to the radiant energy of the laser beam 4.
  • Nd YAG laser with an average power of> 2 W and a beam divergence of ⁇ 250 rad (half-angle divergence) in both transverse directions and an M A 2 of ⁇ 5, or even ⁇ 3, can be provided by the invention be without in the external laser beam 4a or also in the resonator symmetry and astigmatism compensating optics must be installed.

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Abstract

Ein Festkörperlaser weist ein verstärkendes Lasermedium (1) zur Erzeugung eines Laserstrahls (4) und eine mindestens eine Laserdiode (16) aufweisende Pumpeinrichtung (13, 14) auf, von der eine Pumpstrahlung (5) erzeugt wird, die auf eine erste Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) auftrifft, welche parallel zu einer z-Achse und parallel zu einer rechtwinkelig zur z-Achse stehenden y-Achse liegt. An einer der ersten Seitenfläche (6) gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche (23) ist das Lasermedium (1) durch einen Kühlkörper (22) gekühlt. Die Länge eines y-1 /e2-Bereichs (33) der Pumpstrahlung (5) ist kleiner als die Länge der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) in Richtung der y-Achse, wobei der y-1/e2-Bereich (33) der Pumpstrahlung (5) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) geteilt durch e2 beträgt. Die Länge eines y-Kühlbereichs (26), die einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen sich ein Kühlstreifen (24) erstreckt, ist kleiner als 70% und größer als 50% der Länge eines y-Pumpbereichs (28) des Lasermediums (1), wobei der y-Pumpbereich (28) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium (1) absorbierten Leistung der Pumpstrahlung (5) absorbiert wird und an dessen beiden Enden die Intensität der Pumpstrahlung (5) gleich groß ist.

Description

Festkörperlaser
Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörperlaser mit einem verstärkenden Lasermedium zur Erzeugung eines Laserstrahls und einer mindestens eine
Laserdiode aufweisenden Pumpeinrichtung, von der eine Pumpstrahlung erzeugt wird, die auf eine erste Seitenfläche des Lasermediums auftrifft, welche parallel zu einer z-Achse und parallel zu einer rechtwinkelig zur z-Achse stehenden y-Achse liegt, wobei in eine Richtung einer rechtwinkelig zur z-Achse und rechtwinkelig zur y- Achse stehenden x-Achse gesehen, der Laserstrahl parallel zur z-Achse durch das Lasermedium verläuft, wobei das Lasermedium an einer parallel zur z-Achse und parallel zur y-Achse liegenden und der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche durch einen Kühlkörper gekühlt ist, mit dem es in thermischer Verbindung steht, wobei die Länge eines y-Kühlbereichs kleiner als die Länge der zweiten Seitenfläche des Lasermediums in Richtung der y-Achse ist, wobei der y- Kühlbereich des Lasermediums einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen sich ein Kühlstreifen erstreckt, über den das Lasermedium an der zweiten Seitenfläche mit dem Kühlkörper thermisch verbunden ist, wobei die Länge eines y- 1/e2-Bereichs der Pumpstrahlung kleiner als die Länge der ersten Seitenfläche des Lasermediums in Richtung der y-Achse ist und die erste Seitenfläche des
Lasermediums sich in beide Richtungen der y-Achse über den y-1/e2-Bereich der Pumpstrahlung hinaus erstreckt, wobei der y-1 /e2-Bereich der Pumpstrahlung einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des
Lasermediums geteilt durch e2 beträgt. Seitengepumpte Festkörperlaser, insbesondere auch solche mit einer Zick-Zack-
Geometrie (=Laser mit„Zig-Zag slab gain medium"), sind verbreitet. NdrYAG ist das bekannteste Lasermedium für Nanosekundenlaser aufgrund der relativ hohen Verstärkung, einer Speicherzeit von 250 s und der Verfügbarkeit in großen Slabs (>10cm) zu vergleichsweise geringen Kosten. Neben Nd:YAG sind als verstärkende Lasermedien (= laseraktive Materialien) u.a. Nd:Glas, Nd:VANADAT oder Yb:YAG bekannt.
Zum Pumpen von Festkörperlasern werden in jüngerer Zeit anstelle von Blitzlampen vermehrt Laserdioden eingesetzt. Ein in dieser Weise gepumpter Festkörperlaser ist beispielsweise in Errico Armandillo and Callum Norrie:„Diode-pumped high- efficiency high-brightness Q-switched ND:YAG slab laser", OPTICS LETTERS, Vol. 22, No. 15, 1 . August 1997, Seiten 1 168 bis 1 170 beschrieben. Laserdioden haben insbesondere Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades, der Pumpeffizienz und der Lebensdauer. Um höhere Pumpleistungen zu erreichen, werden mehrere
Laserdioden in einem gemeinsamen Bauteil zusammengefasst. Bei Barren (englisch „bar") werden auf einem streifenförmigen Chip mehrere Laserdioden
(=Einzelemitter) angeordnet und elektrisch parallel betrieben sowie auf einer gemeinsamen Wärmesenke montiert. Die Einzelemitter eines solchen Barrens emittieren jeweils einen Laserstrahl, der in Richtung einer sogenannten„fast-axis" einen deutlich größeren Abstrahlwinkel, z.B. +/- 33°, aufweist als in einer
rechtwinkelig hierzu stehenden Richtung einer sogenannten„slow-axis", in der der Abstrahlwinkel z.B. +/- 5° beträgt. Bei Laserdioden-Stacks, die auch als Laserdioden- Stapel bezeichnet werden, werden mehrere solcher Barren mit ihren Breitseiten und/oder Schmalseiten nebeneinander angeordnet. Um die von einem solchen Laserdioden-Stack emittierte Laserstrahlung, welche stark divergiert, entsprechend gebündelt dem verstärkenden Lasermedium zuzuführen, sind unterschiedliche Arten von optischen Systemen eingesetzt worden. Beispielsweise ist es bekannt, vor den Laserdioden eines jeweiligen Barrens eine Mikrolinse in Form einer Zylinderlinse anzuordnen, wobei die Zylinderachsen in Richtung der„slow-axis" ausgerichtet sind, sodass die starke Divergenz in Richtung der„fast-axis" reduziert wird, z.B. auf unter 1 °. Dadurch wird die nachfolgende Optik zur Abbildung der Laserstrahlung in das verstärkende Lasermedium wesentlich vereinfacht. Aus der WO 2014/019003 A1 ist bekannt, einen gemeinsamen Zylinderspiegel einzusetzen, dessen Zylinderachse in Richtung der„fast axis" ausgerichtet ist und der das Licht aller Laserdioden in Richtung der„slow axis" bündelt, oder eine solche Zylinderlinse einzusetzen. Es kann hierbei eine hohe Pumpeffizienz bei einer kompakten Ausbildung erreicht werden.
Unterschiedliche weitere optische Systeme zum Bündeln des von Laserdioden- Barren emittierten Lichts, z.B. zum Pumpen von Festkörperlasern, sind bekannt, beispielsweise aus der US 201 1 /00641 12 A1 , US 2007/0064754 A1 oder JP P2004- 96092 A.
Ein Problem bei Festkörperlasern stellen thermische Effekte dar, die zur Ausbildung von thermischen Linsen und/oder zur Erzeugung von stress-induzierter
Doppelbrechung (stress-induced birefringence) führt. Beispielsweise zeigt Nd:YAG relativ starke solche thermische Effekte. Stress-induzierte Doppelbrechung erzeugt vor allem bei radialsymmetrischen Pumpgeometrien, z.B. bei der Ausbildung des Lasermediums in Form eines zylindrischen Stabes, eine Polarisationsdrehung von Teilen des Strahlprofils und im Weiteren zu einem Verlust an einem polarisierenden Element im Resonator, was bei aktivem Q-switching mit elektro-optischen
Elementen (Pockels-Zellen) zu einem deutlichen Verlust führen kann. Dieser Effekt der Stress-induzierten Doppelbrechung ist im Zick-Zack-Plattenlaser minimiert bzw. fast nicht vorhanden. Die Ausbildung einer thermischen Linse kann beim Zick-Zack- Plattenlaser in der Ebene des Zick-Zack-förmigen Verlaufs des Laserstrahls (x-z- Ebene) ebenfalls minimiert werden, jedoch in der dazu senkrecht stehenden
Richtung (Richtung der y-Achse) ergibt sich eine nicht verschwindende positive thermische Linse. Dadurch ist es nötig, kompensierende Optiken einzubauen, die dann auch nur für einen konkreten Leistungsbereich eine kompensierende Wirkung haben. Bei einem Nd:YAG Laser ist das schon ab ca. 1 Watt durchschnittlicher Ausgangleistung erforderlich, je nachdem wie hoch die Anforderungen an
Strahlsymmetrie und -astigmatismus sind. Ein Festkörperlaser der eingangs genannten Art geht aus Donald B.Coyle et al.: „Efficient, reliable, long-lifetime, diode-pumped Nd:YAG laser for space-based Vegetation topograhical altimetry", APPLIED OPTICS, Vol. 43, No. 27, 20. September 2004, Seiten 5236-5242 hervor. Das Lasermedium, das in Form eines„slab", also prismatisch, ausgebildet ist, besitzt eine Längsachse, die sich in Richtung einer z-
Achse erstreckt, und weist Seitenflächen auf, die parallel zu rechtwinkelig zueinander und rechtwinkelig zur z-Achse stehenden x- und y-Achsen liegen. Der Laserstrahl durchläuft das Lasermedium Zick-Zack-förmig in der x-z-Ebene. Das Pumpen mittels Laserdioden erfolgt durch eine parallel zur y- und parallel zur z-Achse liegende erste Seitenfläche und das Lasermedium wird an der gegenüberliegenden und parallel zur ersten Seitenfläche liegenden zweiten Seitenfläche gekühlt. Um eine
gleichmäßigere Temperaturverteilung im Lasermedium zu erreichen, wodurch auch die thermische Linse bezogen auf die y-Richtung verringert werden kann, erfolgt die Kühlung nicht über die gesamte Ausdehnung der zweiten Seitenfläche in Richtung der y-Achse sondern nur über einen Streifen mit einer demgegenüber verringerten Breite in Richtung der y-Achse. Dies wird durch eine Stufe des an der zweiten
Seitenfläche anliegenden Kühlkörpers erreicht. Es kommt aber dennoch zur
Ausbildung einer, wenn auch verringerten, thermischen Linse, welche durch den Einsatz einer negativen zylindrischen Linse im Resonator kompensiert wird.
Die auf die erste Seitenfläche auftreffende Pumpstrahlung weist bei diesem Laser ein im Wesentlichen gauß-förmiges Profil auf. Wenn man die beiden Punkte betrachtet, an denen die Intensität der Pumpstrahlung bezogen auf die y-Achse auf einen Wert von 1/e2 der maximalen Intensität abgefallen ist, so ist die Länge dieses y-1/e2-Bereichs der Pumpstrahlung kleiner als die Länge der ersten Seitenfläche des Lasermediums in Richtung der y-Achse. Das Lasermedium wird damit bezogen auf die y-Richtung nicht im Wesentlichen gleichförmig bis zu seinem Rand gepumpt sondern nur in einem mehr oder weniger zentralen Bereich. Dies hat zur Folge, dass die begrenzte Ausdehnung des Lasermediums in die y-Richtung nicht als Apertur für die Laserstrahlung wirkt. Würde demgegenüber das Lasermedium über seine gesamte Ausdehnung in y-Richtung gepumpt, so könnte zwar die Ausbildung einer thermischen Linse in y-Richtung im Wesentlichen vermieden werden, allerdings hätte die dann durch das Lasermedium in y-Richtung bewirkte Apertur negative Auswirkungen auf die Qualität des vom Festkörperlaser emittierten Laserstrahls.
Aufgabe der Erfindung ist es einen verbesserten Festkörperlaser der eingangs genannten Art bereitzustellen. Erfindungsgemäß gelingt dies durch einen
Festkörperlaser mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Beim Festkörperlaser gemäß der Erfindung ist die Länge eines y-Kühlbereichs des Lasermediums kleiner als 70% und größer als 50% der Länge eines y-Pumpbereichs des Lasermediums, wobei sich der y-Pumpbereich in beide Richtungen der y-Achse über den y-Kühlbereich hinaus erstreckt. Wie bereits eingangs erwähnt, bezeichnet der y-Kühlbereich des Lasermediums einen Abschnitt der y-Achse, über welchen sich ein Kühlstreifen erstreckt, über den das Lasermedium mit dem Kühlkörper verbunden ist. Der y-Pumpbereich des Lasermediums bezeichnet ein Abschnitt der y-Achse, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium absorbierten Leistung der Pumpstrahlung absorbiert wird und an dessen beiden Enden die Intensität der Pumpstrahlung gleich groß ist. Über den y-Pumpbereich wird somit der Hauptteil der Wärme in das Lasermedium eingebracht. Es wurde festgestellt, dass bei einer solchen Ausbildung eines Festkörperlasers eine thermische Linse in y-Richtung zumindest weitgehend oder auch völlig vermieden werden kann. Erklärt kann dies durch eine zentrale Vertiefung in der
Temperaturverteilung werden, wie weiter unten noch genauer erläutert wird.
Insbesondere gelingt dies in Verbindung mit einem Strahlprofil der Pumpstrahlung, welches eher als in Richtung eines Gaußprofils in Richtung eines rechteckförmigen Strahlprofils geht.
Dass das Profil der Pumpstrahlung eher rechteckförmig als gaußförmig ist, bedeutet, dass vorteilhafterweise beim Festkörperlaser gemäß der Erfindung die Differenz zwischen der Länge des y-1 /e2-Bereichs der Pumpstrahlung und der Länge eines y- Halbwerts-Bereichs der Pumpstrahlung weniger als halb so groß ist wie die Differenz zwischen der Länge eines y-1 /e2-Bereichs und der Länge eines y-Halbwerts-Bereichs eines gedachten Strahls gleicher Wellenlänge, der ein Gaußprofil aufweist und von dem die Länge eines y-Halbwerts-Bereichs gleich der Länge des y-Halbwerts- Bereichs der Pumpstrahlung und dessen Strahlungsenergie gleich der
Strahlungsenergie der Pumpstrahlung ist. Wie bereits eingangs erwähnt, bezeichnet der y-1/e2-Bereich der Pumpstrahlung einen Abschnitt der y-Achse, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums geteilt durch e2, also mehr als ca. 13,5% beträgt. Der y-Halbwerts-Bereich der Pumpstrahlung bezeichnet einen Abschnitt der y-Achse, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums beträgt. Analog sind der y-1/e2-Bereich und der y-Halbwerts-Bereich des gedachten, ein Gaußprofil aufweisenden Strahls definiert.
Dies bedeutet also, dass die Pumpstrahlung einen wesentlich stärkeren Randabfall aufweist als dies bei einem Gaußprofil der Fall ist. Die Pumpstrahlung ist somit gegenüber einem Gaußprofil mehr an ein Rechteckprofil angenähert. Insbesondere kann in erfindungsgemäßer Weise ein vorteilhafter Festkörperlaser ausgebildet werden, bei dem der Laserstrahl (=der Lasermode) Zick-Zack-förmig durch das Lasermedium verläuft, und zwar in einer rechtwinkelig zur y-Achse stehenden Ebene. Es kann damit beispielsweise ein Laser bereitgestellt werden, der in einem
Leistungsbereich von 0 bis mehr als 5 W Durchschnittsleistung einen im
Wesentlichen symmetrischen Strahl emittiert. Insbesondere kann über den gesamten Leistungsbereich ein Strahl mit einer Strahldivergenz von <250 rad (Halbwinkeldivergenz) in beide transversale Richtungen und einem Qualitätsfaktor ΜΛ2 von <5, vorzugsweise <3, erreicht werden. Mit der Erfindung kann beispielsweise auch ein gepulster Festkörperlaser, insbesondere Nd:YAG-Zig-Zag-Laser, mit >50mJ Energie und einem Strahl mit einer geringen Strahldivergenz (z.B. <250 rad Halbwinkeldivergenz) und guter
Strahlqualität (z.B. ΜΛ2 <5 oder <3) bereitgestellt werden, der unabhängig von der Repetitionsrate, also z.B. sowohl bei Einzelpulsbetrieb (singleshot) als auch bei 50Hz oder 100Hz (entsprechend 5W Durchschnittsleistung) die eng umgrenzten
Strahlparameter erfüllt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasers;
Fig. 2 eine Schrägsicht der Pumpeinrichtung und des Lasermediums sowie des Kühlkörpers in größerem Detail;
Fig. 3 eine Schrägsicht der Strahlungsquelle der Pumpeinrichtung;
Fig. 4 einen Schnitt durch das Lasermedium und einen Teil der Pumpeinrichtung und des Kühlkörpers in der y-x-Ebene (Schnittlinie AA von Fig. 5);
Fig. 5 eine Seitenansicht des Lasermediums und eines Teils des Kühlkörpers und der Pumpeinrichtung in Richtung der y-Achse (Blickrichtung B in Fig. 4);
Fig. 6 eine Seitenansicht des Lasermediums auf die gepumpte erste Seitenfläche in Richtung der x-Achse(Blickrichtung C in Fig. 4), wobei ein„gepumpter Bereich" durch eine Schraffur verdeutlicht und der an der gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche anliegende Kühlstreifen in strichlierten Linien dargestellt ist;
Fig. 7 ein Diagramm zur Gegenüberstellung der Intensitätsverteilung der
Pumpstrahlung auf der ersten Seitenfläche des Lasermediums bezogen auf die y- Richtung im Vergleich zur Intensitätsverteilung eines gedachten Strahls mit einem Gaußprofil;
Fig. 8 ein Diagramm, in welchem der Brechwert D der ausgebildeten thermischen Linse bezogen auf die y-Richtung in Abhängigkeit von der Länge des y-Kühlbereichs dargestellt ist. Eine mögliche Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen Festkörperlaser ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Es handelt sich um einen Festkörperlaser, dessen verstärkendes (aktives) Lasermedium 1 aus einem kristallinen oder glasartigen (amorphen) Festkörper besteht. Beispielsweise kann das verstärkende Lasermedium Nd:YAG, Nd:Glas, Nd:Vanadat, Yb:YAG, Er: YAG oder Ho:YAG sein.
Das verstärkende Lasermedium 1 , das auch als laseraktives Material bezeichnet werden kann, ist in einem Resonator angeordnet, dessen Komponenten weiter unten genauer erläutert werden.
Das verstärkende Lasermedium 1 ist prismatisch ausgebildet, es handelt sich also um einen Plattenlaser (="slab laser"). Obwohl der durch die Emission des
verstärkenden Lasermediums 1 ausgebildete Laserstrahl 4 in Fig. 1 Zick-Zack-förmig durch das verstärkende Lasermedium 1 verlaufend dargestellt ist, könnte er auch geradlinig durch dieses verlaufen. Die Ein- und Austrittsflächen 2, 3 für den vom Lasermedium 1 emittierten, den Resonator durchlaufenden Laserstrahl 4 sind vorteilhafterweise im Brewster- Winkel angeordnet, was aber nicht zwingend erforderlich ist. Das verstärkende Lasermedium 1 ist seitengepumpt, wie dies bekannt ist. Die das verstärkende Lasermedium 1 pumpende Pumpstrahlung 5 fällt also nicht durch die Ein- und Austrittsflächen 2, 3 in das Lasermedium ein, sondern durch eine erste Seitenfläche 6. Diese steht winkelig zu den Ein- und Austrittsflächen 2, 3.
Insbesondere trifft die Pumpstrahlung 5 zumindest im Wesentlichen zentral auf die erste Seitenfläche 6 auf.
Der Resonator umfasst einen Endspiegel 7 und einen Auskoppelspiegel 8, um den vom Laser abgegebenen Laserstrahl 4a auszukoppeln. Der dargestellte Resonator ist einmal gefaltet, zu welchem Zweck ein Umkehrprisma 9 im Strahlengang angeordnet ist. Die Faltung könnte auch entfallen oder der Resonator könnte mehrfach gefaltet sein. Andere Faltspiegel könnten vorgesehen sein. Um einen Güteschalter auszubilden sind im Strahlengang des Resonators im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Polarisator 10, eine Pockels-Zelle 1 1 und ein Lambda-Viertel-Plättchen 12 angeordnet. Der vom Laser abgegebene Laserstrahl 4a ist somit gepulst. Zur Ausbildung von Pulsen könnten beispielsweise auch andere als elektrooptische Güteschalter, insbesondere akustooptische Güteschalter
vorgesehen sein.
Einer der im Strahlengang angeordneten Spiegel, insbesondere der
Auskoppelspiegel 8 oder der Endspiegel 7 ist vorzugsweise wie bekannt als
Gradientenspiegel ausgebildet, dessen Reflektivität sich über die Spiegelfläche ändert und hierbei in einem mittleren Bereich größer ist als in einem Randbereich. Dadurch kann das Strahlprofil des Laserstrahls beeinflusst werden, beispielsweise um einen rascheren Randabfall der Intensität zu erreichen, und/oder die
Strahlqualität des Laserstrahls verbessert werden.
Das Pumpen des verstärkenden Lasermediums erfolgt mittels einer
Pumpeinrichtung, die eine Strahlungsquelle 13 aufweist, welche eine Mehrzahl von Laserdioden umfasst. Die Optik 14 der Pumpeinrichtung, um die von der
Strahlungsquelle 13 abgegebene Laserstrahlung in vorteilhafter Weise dem verstärkenden Lasermedium 1 zuzuführen, ist in Fig. 1 nur schematisch angedeutet.
Die Strahlungsquelle 13 ist vorzugsweise in Form eines Laserdioden-Stacks ausgebildet und ein Beispiel hierfür ist in Fig. 3 dargestellt. Der Laserdioden-Stack umfasst mehrere nebeneinander angeordnete Barren 15, welche jeweils mehrere in eine Richtung beabstandete Laserdioden 16 aufweisen.
Die von den Laserdioden 16 emittierten Strahlen 17 besitzen in Richtung einer rechtwinkelig zur Strahlachse des jeweiligen Strahls 17 stehenden Achse, die als „fast-axis" bezeichnet wird, eine mehr als drei mal so große Divergenz wie in
Richtung einer rechtwinkelig zur Strahlachse und rechtwinkelig zur„fast-axis" stehenden Achse, die als„slow-axis" bezeichnet wird. Beispielsweise kann der Abstrahlwinkel (= die Divergenz) bezogen auf die„fast-axis" +/- 33° (also 66° Öffnungswinkel des Strahlungskegels) und der Abstrahlwinkel bezogen auf die „slow-axis" +/- 5° betragen.
Die Barren 15 sind auf einem Träger 20 gehalten, vgl. Fig. 2, der auf einem, beispielsweise wassergekühlten, Kühlkörper 21 montiert ist.
Die Optik 14 der Pumpeinrichtung wird im Ausführungsbeispiel von einem optischen Bauteil gebildet, das eine reflektierende Zylinderfläche 14b aufweist, an der die von den Laserdioden 17 der Strahlungsquelle abgegebenen und durch die Eintrittsfläche 14a in das optische Bauteil eintretenden Strahlen reflektiert werden. Diese
Zylinderfläche 14b hat hierbei eine sammelnde Wirkung bezüglich der„slow-axis". Bezüglich der„fast-axis" bleibt die Divergenz der Strahlen 17 bestehen, es kommt lediglich zu einer eflektion oder mehreren Reflektionen an Seitenflächen 14c des optischen Bauteils, um den Bereich der Strahlung in diese Richtung zu begrenzen.
Das die Optik 14 der Pumpeinrichtung bildende optische Bauteil kann
beispielsweise, wie in Fig. 2 dargestellt, aus mehreren durch Verklebung miteinander verbundenen, aus transparentem Material bestehenden Teilen ausgebildet sein. Das optische Bauteil ist an einem Träger 18 befestigt.
Durch die Austrittsfläche 14d, welche zur Gewährleistung der Totalreflektion des Laserstrahls 4 im Lasermedium bei dessen Zick-Zack-förmigem Verlauf hier durch einen kleinen Spalt vom Lasermedium 1 getrennt ist, gelangt die von der
Pumpeinrichtung abgegebene Strahlung als Pumpstrahlung auf die erste
Seitenfläche 6 des Lasermediums 1.
Eine solche Pumpeinrichtung ist aus der in der Beschreibungseinleitung genannten WO 2014/019003 A1 bekannt. Ein Einsatz einer Pumpeinrichtung mit einer Optik, welche einen Zylinderspiegel oder eine Zylinderlinse aufweist, wobei die
Zylinderachse in Richtung der„fast axis" ausgerichtet ist, ist vorteilhaft. Zum
Pumpen des Lasermediums 1 könnten auch in anderer Weise ausgebildete
Pumpeinrichtungen eingesetzt werden. Die erste Seitenfläche 6 des Lasermediums 1 , durch welche die Pumpstrahlung 5 eintritt, liegt parallel zur z-Achse und parallel zur y-Achse, also parallel zur y-z-Ebene. Insbesondere bildet die z-Achse die Längsachse des Lasermediums 1.
Der Zick-Zack-förmige Verlauf des Laserstrahls 4 durch das Lasermedium 1 liegt in einer Ebene, die parallel zur x-Achse und parallel zur z-Achse ist, also parallel zur x-z- Ebene.
In Richtung der x-Achse gesehen, also bezogen auf die Projektion in die y-z-Ebene, verläuft der Laserstrahl 4 (=der Lasermode) in Richtung der z-Achse durch das Lasermedium 1 (=parallel zur z-Achse). Die x-, y- und z-Achsen bilden ein kartesisches Koordinatensystem.
Das Lasermedium 1 wird durch einen Kühlkörper 22 gekühlt. Die Kühlung erfolgt an einer zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 , die parallel zur ersten
Seitenfläche 6 liegt, also ebenfalls parallel zur y-z-Ebene liegt. Hierzu ist die zweite Seitenfläche 23 mit dem Kühlkörper 22 verbunden. Die Verbindung mit dem
Kühlkörper 22 erfolgt über einen Kühlstreifen 24. Im Weiteren befindet sich vorzugsweise auf der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 eine (in den Figuren nicht dargestellte) optische Beschichtung. Diese wird auf die zweite
Seitenfläche 23 aufgebracht, um sicherzustellen, dass zum Einen die Totalreflektion des Zick-Zack-geführten Laserstrahls erhalten bleibt und zum Anderen die
verbleibende Pumpstrahlung in den Kristall zurückreflektiert wird und nicht auf den Kühlstreifen 24 auftrifft. Solche Beschichtungen sind bei seitengepumpten Zick-Zack- Lasern durchaus üblich. Außerdem ist zur Befestigung des Kühlstreifens 24 an der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 bzw. der darauf aufgebrachten optischen Beschichtung günstigerweise ein Verbindungsmaterial (insbesondere ein Klebstoff oder ein Lot) vorgesehen. Der Kühlstreifen 24 besteht hier aus einem vom Lasermedium 1 und Kühlkörper 22 sich unterscheidenden Material, welches über das Verbindungsmaterial an der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 oder der darauf angebrachten optischen Beschichtung anliegt. Der Kühlstreifen 24 könnte auch von einer streifenförmigen Erhebung des Kühlkörpers 22 gebildet werden und würde damit aus dem gleichen Material bestehen, aus welchem der übrige
Kühlkörper 22 besteht. Auch in diesem Fall könnte der Kühlstreifen direkt oder über ein Verbindungsmaterial (insbesondere ein Klebstoff oder ein Lot) am Lasermedium 1 oder der darauf angebrachten optischen Beschichtung anliegen.
Die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Kühlstreifens 24 ist vorzugsweise größer als 5 W/mK. Abseits des Bereiches, über den sich der Kühlstreifen 24 erstreckt, ist die zweite Seitenfläche 23 vom Kühlkörper 22 durch einen Luftspalt 25 getrennt. In diesem Bereich könnte anstelle des Luftspaltes auch, zumindest bereichsweise, ein festes Material vorgesehen sein, welches eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die weniger als halb so groß ist wie die Wärmeleitfähigkeit des Materials des
Kühlstreifens 24.
Vorzugsweise liegt die Wärmeleitfähigkeit des abseits des Kühlstreifens 24 zwischen dem Lasermedium 1 und dem Kühlkörper 22 vorliegenden Stoffs (der insbesondere gasförmig oder fest sein kann) unter 2 W/mK, besonders bevorzugt unter 1 W/mK.
Die zweite Seitenfläche 23 liegt der ersten Seitenfläche 6 gegenüber, d.h. in
Richtung der x-Achse gesehen überlappen sich die Seitenflächen 6, 23 zumindest teilweise, vorzugsweise zumindest großteils (d.h. über mehr als 50% ihrer Flächen). Es ist bevorzugt, dass die erste und zweite Seitenfläche 6, 23 sich bezogen auf die Richtung der y-Achse über den gleichen Bereich erstrecken.
Das Lasermedium 1 weist vorzugsweise eine prismatische Form auf. Die Basis- und Deckfläche 37, 38 liegen hierbei günstigerweise parallel zur x-z-Ebene, wobei es sich um ein gerades Prisma, insbesondere ein Parallelepipet handelt. Beispielsweise beträgt die Ausdehnung des Lasermediums 1 bezogen auf die y- Richtung 5mm bis 15mm, im Ausführungsbeispiel 8mm. Die Erstreckung des
Lasermediums in x-Richtung beträgt beispielsweise 2mm bis 8mm, im
Ausführungsbeispiel 4mm. Die Erstreckung des Lasermediums in z-Richtung beträgt beispielsweise 20mm bis 80mm, im Ausführungsbeispiel etwa 40mm.
Der Kühlstreifen 24 wird beispielsweise von einer Graphitfolie, z.B. 125 μιτι oder 250 μηη dick gebildet. Die Wärmeleitung einer solchen Graphitfolie kann beispielsweise 16 W/mK betragen. Die Verbindung der Graphitfolie mit der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 und dem Kühlkörper 22 kann beispielsweise durch Verkleben und/oder Verklemmen erfolgen. In einer anderen möglichen Ausbildung wird der Kühlstreifen 24 von einem Indium-Streifen gebildet. Ein solcher Indium- Streifen kann beispielsweise mit der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 und dem
Kühlkörper 22 verlötet werden. Als Lot bietet sich Indium oder AgSn (z.B. 96,5% Sn und 3,5% Ag) oder auch das härtere AuSn an.
Der Kühlkörper 22 kann beispielsweise aus Kupferwolfram bestehen, das einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Nd:YAG aufweist, z.B.
Kupferwolfram mit 85% W und 15% Cu.
Auch andere Materialien für den Kühlstreifen 24 und/oder den Kühlkörper 22 sind denkbar und möglich. Beispielsweise könnte der Kühlstreifen 24 auch von einer streifenförmigen Erhebung des Kühlkörpers 22 gebildet werden, die mit der zweiten Seitenfläche 23 des Lasermediums 1 in thermischem Kontakt steht, beispielsweise indem sie an die zweite Seitenfläche 23 angepresst oder angelötet ist.
Der Kühlstreifen 24 erstreckt sich in die y-Richtung über einen Abschnitt 26 der y- Achse, der in dieser Schrift als y-Kühlbereich bezeichnet wird. Weiters erstreckt sich der Kühlstreifen 24 bezogen auf die z-Richtung über einen Abschnitt 27 der z-Achse, der in dieser Schrift als z-Kühlbereich bezeichnet wird. Als y-Pumpbereich wird in dieser Schrift ein Abschnitt 28 der y-Achse bezeichnet, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium 1 absorbierten Leistung der Pumpstrahlung absorbiert wird. Der y-Pumpbereich 28 ist hierbei so gewählt, dass die Intensität der Pumpstrahlung 5 an den beiden Enden des y-Pumpbereichs gleich groß ist. Weiters wird in dieser Schrift als z-Pumpbereich der Abschnitt 29 der z~ Achse bezeichnet, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium 1
absorbierten Leistung der Pumpstrahlung 5 absorbiert wird. Der z-Pumpbereich 29 wird hierbei so gewählt, dass an seinen beiden Enden die Intensität der
Pumpstrahlung gleich groß ist. Der y- und z-Pumpbereich sind in Fig. 6 durch eine schraffiert dargestellte Fläche verdeutlicht. Der Teil des Volumens des
Lasermediums 1 , der einen Kubus bildet, von dem gegenüberliegende
Seitenflächen von denjenigen Teilen der ersten und zweiten Seitenflächen 6, 23 des Lasermediums 1 gebildet werden, welche von der in Fig. 6 schraffiert dargestellten Fläche überdeckt werden, wird in dieser Schrift als„gepumptes Volumen" des Lasermediums 1 bezeichnet. Im gepumpten Volumen des Lasermediums 1 erfolgt somit der Hauptteil, nämlich 80%, der Absorption der Leistung der Pumpstrahlung, sodass auch entsprechend der Hauptteil der von der Pumpstrahlung eingebrachten Wärme in das gepumpte Volumen des Lasermediums 1 eingebracht wird.
Entsprechend erfolgen die Anregungen des Lasermediums 1 auf das
Inversionsniveau hauptsächlich, nämlich zu 80%, im gepumpten Volumen. Das gepumpte Volumen kann somit aus der Inversionsdichte ermittelt werden.
Die Inversionsdichte kann insbesondere durch Fluoreszenzbilder gemessen werden. Beispielsweise kann hierzu der Kühlkörper 22 entfernt werden und die Aufnahme von Fluoreszenzbildern durch die zweite Seitenfläche 23 erfolgen, wobei die
Pumpstrahlung 5 durch einen Filter abgeschirmt wird.
Das gepumpte Volumen erstreckt sich somit in Richtung der x-Achse über die Ausdehnung des Lasermediums 1 . In Richtung der z-Achse beträgt die Ausdehnung des gepumpten Volumens vorzugsweise mehr als 50% der Ausdehnung des
Lasermediums 1 in Richtung der z-Achse und weniger als 90% der Ausdehnung des Lasermediums 1 in Richtung der z-Achse. In Richtung der y-Achse liegt die Ausdehnung des gepumpten Volumens
vorzugsweise im Bereich von ein Drittel bis zwei Drittel der Ausdehnung des
Lasermediums 1 in Richtung der y-Achse.
Das gepumpte Volumen liegt bezogen auf die Richtung der z-Achse und auf die Richtung der y-Achse vorzugsweise in einem zentralen Bereich des Lasermediums 1.
Die auf die erste Seitenfläche 6 einfallende Pumpstrahlung 5 hat eine gegenüber einem Strahl mit einer Gaußverteilung wesentlich näher bei einem Rechteckprofil liegende Intensitätsverteilung. In Fig. 7 ist die Verteilung 35 der Intensität I der Pumpstrahlung bezogen auf die y-Achse dargestellt. Der Maximalwert der Intensität beträgt 11. Der Nullpunkt der y-Achse ist an die Stelle des Maximalwertes der Intensität gelegt. Zum Vergleich ist die Verteilung 36 der Intensität eines gedachten Strahls gleicher Wellenlänge mit einem Gaußprofil eingezeichnet, der die gleiche Halbwertsbreite aufweist, wobei der Maximalwert der Intensität beim Nullpunkt der y-Achse liegt. Der Maximalwert der Intensität beträgt hier 12. Die Strahlungsenergie des gedachten Strahls, also die von der Verteilung 36 eingeschlossene Fläche, ist hierbei gleich der Strahlungsenergie der Pumpstrahlung.
Der Abschnitt 31 der y-Achse, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung 5 mehr als die Hälfte der maximalen Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche des Lasermediums 1 beträgt, wird in dieser Schrift als y-Halbwerts-Bereich der Pumpstrahlung bezeichnet. Die Länge dieses Abschnitts 31 entspricht also der Halbwertsbreite des Intensitätsprofils der Pumpstrahlung 5. Analog ist der y-
Halbwerts-Bereich des gedachten Strahls definiert und der entsprechende Abschnitt der y-Achse, der mit dem Abschnitt 31 übereinstimmt, ist in Fig. 7 mit dem
Bezugszeichen 32 bezeichnet. In Fig. 7 sind weiters die Stellen auf der y-Achse bezeichnet, an denen die Intensität der Pumpstrahlung 5 bzw. des gedachten Strahls auf einen Wert abgesunken ist, der 1 /e2 (also ca. 3,5%) des Maximalwertes beträgt. Der y-1 /e2-Bereich der Pumpstrahlung 5 bezeichnet entsprechend den Abschnitt 33 der y-Achse, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche 6 des
Lasermediums 1 einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität der Pumpstrahlung an der ersten Seitenfläche 6 des Lasermediums 1 geteilt durch e2 beträgt. Analog ist der y-1/e2-Bereich des gedachten Strahls definiert und der entsprechende Abschnitt der y-Achse ist in Fig. 7 mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnet.
Die Differenz zwischen der Länge des y-1/e2-Bereichs 33 der Pumpstrahlung 5 und der Länge des y-Halbwerts-Bereichs 31 der Pumpstrahlung 5 ist aus Fig. 7 für das vorliegende Ausführungsbeispiel mit ca. 0,85mm ablesbar. Die Differenz zwischen der Länge des y-1 /e2-Bereichs 34 und der Länge des y-Halbwerts-Bereichs 32 des gedachten Strahls mit dem Gaußprofil ist aus Fig. 7 mit ca. 2,6mm ablesbar. Diese Differenz ist somit für die Pumpstrahlung 5 weniger als halb so groß wie für den gedachten Strahl mit dem Gaußprofil.
Im Weiteren ist die Länge des y-1 /e2-Bereichs 33 der Pumpstrahlung 5 kleiner als die Länge der ersten Seitenfläche 6 des Lasermediums 1 in Richtung der y-Achse, wobei sich die erste Seitenfläche 6 des Lasermediums 1 in beide Richtungen der y-Achse über den y-1 /e2-Bereich der Pumpstrahlung hinaus erstreckt, vorzugsweise gleich weit. Beispielsweise beträgt die Länge des y-1/e2-Bereichs 33 der Pumpstrahlung 5 4mm, während die Länge der ersten Seitenfläche 6 des Lasermediums 1 in Richtung der y-Achse 8mm beträgt. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist die Länge des y-Kühlbereichs kleiner als die Länge des Lasermediums 1 in Richtung der y-Achse. Die Länge des y-Kühlbereichs ist aber auch kleiner als die Länge des y-Pumpbereichs, wie im Folgenden erläutert wird.
In Fig. 8 sind als schwarze Quadrate Messwerte eingetragen, welche die
Abhängigkeit des Brechwerts D der ausgebildeten thermischen Linse in
Abhängigkeit von der Länge I des y-Kühlbereichs widerspiegeln. Wenn sich der y- Kühlbereich über die gesamte y-Ausdehnung des Lasermediums 1 erstreckt, so liegt der Brechwert der thermischen Linse bezogen auf die y-Richtung mit den in der Versuchsanordnung verwendeten Betriebsparametern bei über 1 m-1 . Mit
Verringerung der Ausdehnung des y-Kühibereichs verringert sich der Brechwert zunächst langsam, wobei er bei einer Länge I des y-Kühlbereichs von 3mm, welche somit deutlich kleiner als die Länge des y-Pumpbereichs von 4mm ist auf einen Wert von knapp 0,5m-1 abgesunken ist. Bei einer weiteren Verringerung der Länge I des y-Kühlbereichs verringert sich der Brechwert der thermischen Linse weiter und ist bei einer Länge I des y-Kühlbereichs von 2mm bereits negativ. Bei einer weiteren
Verringerung der Länge I des y-Kühlbereichs wird die thermische Linse stark negativ, z.B. mit einer Brechkraft von -3m-1 bei einer Länge des y-Kühlbereichs von 1 mm.
Im Diagramm von Fig. 8 sind zudem Werte einer Berechnung als Sterne
eingetragen, welche die erhaltenen Messwerte gut widerspiegeln. Die Ausbildung einer negativen thermischen Linse bei kleinen Ausdehnungen des y- Kühlbereichs kann durch die Ausbildung einer zentralen Vertiefung im
Temperaturprofil über den y-Pumpbereich erklärt werden.
Durch eine geeignete Wahl der Größe des y-Kühlbereichs kann somit eine bezogen auf die y-Richtung verschwindende oder nahezu verschwindende thermische Linse erreicht werden. Die Länge des y-Kühlbereichs wird hierzu kleiner als 70% und größer als 50% der Länge L des y-Pumpbereichs gewählt.
Der y-Pumpbereich erstreckt sich hierbei in beide Richtungen der y-Achse über den y-Kühlbereich hinaus, vorzugsweise gleich weit, d.h. der y-Kühlbereich liegt bezogen auf die y-Richtung zentral im y-Pumpbereich.
Die Länge des z-Kühlbereichs 27 des Lasermediums 1 ist dagegen günstigerweise größer als die Länge des z-Pumpbereichs 29 des Lasermediums 1. Die Erstreckung des z-Kühlbereichs in beide Richtungen der z-Achse über den z-Pumpbereich hinaus wird hierbei günstigerweise so groß gewählt, dass Inhomogenitäten der Temperaturverteilung im gepumpten Volumen des Lasermediums 1 zu den Enden seiner Erstreckung in Richtung der z-Achse hin möglichst klein gehalten werden.
Das Strahlprofil des sich ausbildenden Lasermodes ist vorteilhafterweise zumindest weitgehend an das Profil der Anregung mittels der Pumpstrahlung 5 bezogen auf die y-Richtung angepasst, insbesondere durch Einsatz eines geeigneten
Gradientenspiegels. Das Strahlprofil des Laserstrahls 4 bezogen auf die y-Richtung soll somit eine gegenüber einem Gaußprofil deutlich in Richtung eines
Rechteckprofils verschobene Intensitätsverteilung aufweisen.
Analog wie für die Pumpstrahlung 5 kann ein y-Halbwerts-Bereich und ein y-1/e2- Bereich des Laserstrahls 4 im Lasermedium 1 und beim Verlassen des Lasermediums 1 definiert werden. Der y-1/e2-Bereich des Laserstrahls stellt somit einen Abschnitt der y-Achse dar, über welchen die Intensität des Laserstrahls 4 einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität des Laserstrahls 4 geteilt durch e2 beträgt. Der y-Halbwerts-Bereich des Laserstrahls 4 bezeichnet einen Abschnitt der y-Achse, über welchen die Intensität des Laserstrahls 4 einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität des Laserstrahls 4 beträgt. Insbesondere wird der Laserstrahl 4 so ausgebildet, dass die Differenz zwischen der Länge des y-1 /e2-Bereichs des Laserstrahls und der Länge des y-Halbwerts-Bereichs des Laserstrahls weniger als halb so groß ist wie die Differenz zwischen der Länge des y-1 /e2-Bereichs und der Länge des y-Halbwerts-Bereichs eines gedachten Strahls gleicher Wellenlänge, der ein Gaußprofil aufweist und dessen Länge des y- Halbwerts-Bereichs gleich der Länge des y-Halbwerts-Bereichs des Laserstrahls 4 und dessen Strahlungsenergie gleich der Strahlungsenergie des Laserstrahls 4 ist.
Durch die Erfindung kann beispielsweise ein, insbesondere gepulster, Nd:YAG Laser mit einer Durchschnittleistung von >2 W und einer Strahldivergenz von <250 rad (Halbwinkeldivergenz) in beide transversale Richtungen und einem MA2 von <5, oder auch <3, bereitgestellt werden, ohne dass im externen Laserstrahl 4a oder auch im Resonator Symmetrie- und astigmatismuskompensierende Optiken eingebaut werden müssen.
L e g e n d e
zu den Hinweisziffern:
1 verstärkendes Lasermedium 25 17 Laserstrahl
2 Eintrittsfläche 18 Träger
3 Austrittsfläche 20 Träger
4, 4a Laserstrahl 21 Kühlkörper
5 Pumpstrahlung 22 Kühlkörper
6 erste Seitenfläche 30 23 zweite Seitenfläche
7 Endspiegel 24 Kühlstreifen
8 Auskoppelspiegel 25 Luftspalt
9 Umkehrprisma 26 y-Kühlbereich
10 Polarisator 27 z-Kühlbereich
1 1 Pockels-Zelle 35 28 y-Pumpbereich
12 Lamda-Vietel-Plättchen 29 z-Pumpbereich
13 Strahlungsquelle 31 y-Halbwerts-Bereich
14 Optik 32 y-Halbwerts-Bereich
14a Eintrittsfläche 33 y-1/e2-Bereich
14b Zylinderfläche 40 34 y-1/e2-Bereich
14c Seitenfläche 35 Verteilung
14d Austrittsfläche 36 Verteilung
15 Barren 37 Basisfläche
16 Laserdiode 38 Deckfläche

Claims

Patentansprüche
1. Festkörperlaser mit einem verstärkenden Lasermedium (1) zur Erzeugung eines Laserstrahls (4) und einer mindestens eine Laserdiode (16) aufweisenden Pumpeinrichtung (13, 14), von der eine Pumpstrahlung (5) erzeugt wird, die auf eine erste Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) auftrifft, welche parallel zu einer z-Achse und parallel zu einer rechtwinkelig zur z-Achse stehenden y- Achse liegt,
wobei in eine Richtung einer rechtwinkelig zur z-Achse und rechtwinkelig zur y- Achse stehenden x-Ache gesehen, der Laserstrahl (4) parallel zur z-Achse durch das Lasermedium (1) verläuft,
wobei das Lasermedium (1) an einer parallel zur z-Achse und parallel zur y- Achse liegenden und der ersten Seitenfläche (6) gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche (23) durch einen Kühlkörper (22) gekühlt ist, mit dem es in thermischer Verbindung steht,
wobei die Länge eines y-Kühlbereichs (26) kleiner als die Länge der zweiten Seitenfläche (23) des Lasermediums (1) in Richtung der y-Achse ist,
wobei der y-Kühlbereich (26) des Lasermediums (1 ) einen Abschnitt der y- Achse bezeichnet, über welchen sich ein Kühlstreifen (24) erstreckt, über den das Lasermedium (1) an der zweiten Seitenfläche (23) mit dem Kühlkörper (22) thermisch verbunden ist,
wobei die Länge eines y-1/e2-Bereichs (33) der Pumpstrahlung (5) kleiner als die Länge der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) in Richtung der y-Achse ist und die erste Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) sich in beide Richtungen der y-Achse über den y-1/e2-Bereich (33) der Pumpstrahlung (5) hinaus erstreckt,
wobei der y-1 /e2-Bereich (33) der Pumpstrahlung (5) einen Abschnitt der y- Achse bezeichnet, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) geteilt durch e2 beträgt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des y-Kühlbereichs (26) des
Lasermediums (1 ) kleiner als 70% und größer als 50% der Länge eines y- Pumpbereichs (28) des Lasermediums (1) ist und der y-Pumpbereich (28) sich in beide Richtungen der y-Achse über den y-Kühlbereich (26) hinaus erstreckt, wobei der y-Pumpbereich (28) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium (1) absorbierten Leistung der Pumpstrahlung (5) absorbiert wird und an dessen beiden Enden die Intensität der Pumpstrahlung (5) gleich groß ist.
2. Festkörperlaser nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Länge des y-1 /e2-Bereichs (33) der Pumpstrahlung (5) und der Länge eines y-Halbwerts-Bereichs (31 ) der Pumpstrahlung (5) weniger als halb so groß ist wie die Differenz zwischen der Länge eines y-1/e2-Bereichs (34) und der Länge eines y-Halbwerts-Bereichs (32) eines gedachten Strahls gleicher Wellenlänge, der ein Gaußprofil aufweist und von dem die Länge eines y- Halbwerts-Bereichs (32) gleich der Länge des y-Halbwerts-Bereichs (31) der Pumpstrahlung (5) und dessen Strahlungsenergie gleich der Strahlungsenergie der Pumpstrahlung (5) ist,
wobei der y-Halbwerts-Bereich (31) der Pumpstrahlung (5) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität der Pumpstrahlung (5) an der ersten Seitenfläche des Lasermediums (1 ) beträgt, der y-1/e2-Bereich (34) des gedachten Strahls einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität des gedachten Strahls an der ersten Seitenfläche (6) des
Lasermediums (1) einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität des gedachten Strahls an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1) geteilt durch e2 beträgt und der y-Halbwerts-Bereich (32) des gedachten Strahls einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität des gedachten Strahls an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1 ) einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität des gedachten Strahls an der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1 ) beträgt.
3. Festkörperlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein z- Kühlbereich (27) des Lasermediums (1 ) größer als ein z-Pumpbereich (29) des Lasermediums (1) ist,
wobei der z-Kühlbereich (27) des Lasermediums (1) einen Abschnitt der z-Achse bezeichnet, über welchen sich der Kühlstreifen (24) erstreckt, über den das Lasermedium (1) an der zweiten Seitenfläche (23) mit dem Kühlkörper (22) thermisch verbunden ist,
wobei der z-Pumpbereich (29) einen Abschnitt der z-Achse bezeichnet, über welchen 80% der insgesamt vom Lasermedium (1) absorbierten Leistung der Pumpstrahlung (5) absorbiert wird und an dessen beiden Enden die Intensität der Pumpstrahlung (5) gleich groß ist.
4. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlstreifen (24) eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 5 W/mK aufweist.
Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass abgesehen vom Bereich, über den sich der Kühlstreifen (24) erstreckt, sich ein Luftspalt (25) zwischen der zweiten Seitenfläche (23) des Lasermediums (1 ) und dem Kühlkörper (22) befindet.
Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermedium (1) eine prismatische Form aufweist, wobei die Kanten, die die Erstreckung der ersten Seitenfläche (6) des Lasermediums (1 ) in
Richtung der y-Achse beidseitig begrenzen und die Kanten, die die
Erstreckung der zweiten Seitenfläche (23) des Lasermediums (1) in Richtung der y-Achse beidseitig begrenzen, parallel zur z-Achse liegen.
7. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermedium (1) in einem Resonator angeordnet ist.
8. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (4) das Lasermedium (1) Zick-Zack-förmig verlaufend durchsetzt und hierbei in einer Ebene liegt, welche rechtwinkelig zur y-Achse steht.
9. Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (4) im Lasermedium (1) und/oder bei seinem Austritt aus dem Lasermedium (1) ein StrahSprofil aufweist, bei welchem die Differenz zwischen der Länge eines y-1/e2-Bereichs des Laserstrahls (4) und der Länge eines y-Halbwerts-Bereichs des Laserstrahls (4) weniger als halb so groß ist wie die Differenz zwischen der Länge eines y-1/e2-Bereichs und der Länge eines y- Halbwerts-Bereichs eines gedachten Strahls gleicher Wellenlänge, der ein Gaußprofil aufweist und von dem die Länge eines y-Halbwerts-Bereichs gleich der Länge des y-Halbwerts-Bereichs des Laserstrahls (4) und dessen
Strahlungsenergie gleich der Strahlungsenergie des Laserstrahls (4) ist, wobei der y-1/e2-Bereich des Laserstrahls (4) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität des Laserstrahls (4) einen Wert aufweist, der mehr als die maximale Intensität des Laserstrahls (4) geteilt durch e2 beträgt,
wobei der y-Halbwerts-Bereich des Laserstrahls (4) einen Abschnitt der y-Achse bezeichnet, über welchen die Intensität des Laserstrahls (4) einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität des Laserstrahls (4) beträgt,
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wobei der y-Halbwerts-Bereich des gedachten Strahls einen Abschnitt der y- Achse bezeichnet, über welchen die Intensität des gedachten Strahls einen Wert aufweist, der mehr als die Hälfte der maximalen Intensität des gedachte Strahls beträgt.
Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Brechwertes einer vom Lasermedium (1) im Betrieb des Festkörperlasers ausgebildeten thermischen Linse bezogen auf die y-Achse weniger als 0,5m-1 beträgt.
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