DE19709707A1

DE19709707A1 - Laser device manufacturing method

Info

Publication number: DE19709707A1
Application number: DE1997109707
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Kraenert; Christhard Deter; Joerg Wunderlich
Original assignee: LDT GmbH and Co Laser Display Technologie KG
Current assignee: Schneider Laser Technologies AG
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 1998-09-24

Abstract

The method involves manufacturing a device with a laser material (4) suitable for a stimulated emission, as well as an arrangement for decoupling of a laser beam (6,7) from it, whereby the decoupled laser beam is introduced at an end (3) of a wave conductor (2), especially a core of an optical fibre, in an input surface area (18). The laser material at the one end of the wave conductor is formed as a mirror, or a mirror (5) is arranged there. The end of the conductor at the side of the laser material, by which the laser beam is coupled into the input surface area, is thickened, as well as formed as a resonator mirror. The input surface area of the conductor at the thickened end detects the light leaving the laser completely, except for losses due to bending, so that this end forms a laser resonator adjusted to the stimulated emission.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem zur stimulierten Emission geeigneten Lasermaterial sowie mit einer Einrichtung zum Auskoppeln eines Laserstrahls aus diesem, aufgrund welcher der ausgekoppelte Laserstrahl an einem Ende eines Wellenleiters, insbesondere eines Kerns einer Lichtleitfaser, in eine Eintrittsfläche eingeleitet wird, bei dem das Lasermaterial an einer dem Ende des Wellenleiters gegenüberliegenden Seite selbst verspiegelt oder dort ein Spiegel angeordnet wird. Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung mit einem zur stimulierten Emission geeigneten Lasermaterial sowie mit einer Einrichtung zum Auskoppeln eines Laserstrahls aus diesem, aufgrund welcher der ausgekoppelte Laserstrahl an einem Ende eines Wellenleiters, insbesondere eines Kerns einer Lichtleitfaser, in eine Eintrittsfläche eingeleitet ist, bei der das Lasermaterial an einer dem Ende des Wellenleiters gegenüberliegenden Seite selbst verspiegelt oder dort ein Spiegel angeordnet ist. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf Verwendungen dieser Vorrichtung in einem Videosystem und einem Faserlaser.The invention relates to a method for producing a device with a laser material suitable for stimulated emission and with a device for decoupling a laser beam from this, on the basis of which the decoupled Laser beam at one end of a waveguide, in particular a core of one Optical fiber, is introduced into an entry surface, in which the laser material on mirrored itself on a side opposite the end of the waveguide or a mirror is placed there. The invention further relates to a Device with a laser material suitable for stimulated emission and with a device for decoupling a laser beam from this, on the basis of which the outcoupled laser beam at one end of a waveguide, in particular a core of an optical fiber is introduced into an entry surface, in which the Laser material itself on a side opposite the end of the waveguide mirrored or a mirror is arranged there. The invention also relates uses of this device in a video system and a fiber laser.

Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind beispielsweise aus der DE 43 24 848 C1 bekannt. Die Druckschrift bezieht sich auf ein Videoprojektionssystem, wie es beispielsweise in der Zeitschrift "Funkschau", 1970, Heft 4, Seite 286 beschrieben ist. Bei diesem Videoprojektionssystem werden farbige, aus Bildpunkten bestehende Videobilder mittels Intensitätsmodulation von Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt und diese durch ein dichroitisches Spiegelsystem zu einem gemeinsamen Strahlenbündel, das dann die Farbe des jeweils abzubildenden Bildpunkts aufweist, zusammengefaßt. Das gemeinsame Strahlenbündel wird über ein mechanisch-optisches Ablenksystem bild- und zeilenmäßig abgelenkt und auf einen Schirm projiziert. Die Bilderzeugung erfolgt in analoger Arbeitsweise zu üblichen Fernsehgeräten, wobei hier jedoch keine Elektronen- sondern Laserstrahlen eingesetzt werden. Die Ablenkung der Laserstrahlen gemäß Bild- und Zeilenfrequenz erfolgt dabei mechanisch oder akustooptisch.Such a device and such a method are known, for example, from US Pat DE 43 24 848 C1 known. The document refers to a Video projection system, as described, for example, in the magazine "Funkschau", 1970, No. 4, page 286. With this video projection system, colored, Video images consisting of pixels using intensity modulation of Laser beams of different wavelengths are generated and this by a dichroic mirror system to a common beam, which then the Color of each pixel to be mapped, summarized. The common beam is formed by a mechanical-optical deflection system distracted in lines and projected onto a screen. The image generation takes place in an analogous manner to conventional television sets, but none here Electrons but laser beams are used. The distraction of Laser beams according to the image and line frequency take place mechanically or acousto-optic.

Um derartige Videogeräte kompakt herstellen zu können, wird gemäß der DE 43 24 848 C1 eine Lichtleitfaseranordnung vorgeschlagen, welche die Laserstrahlen in die Ablenkeinrichtung führt. Problematisch ist dabei jedoch, daß die für die Bildpunktabbildung erwünschte Parallelität der Laserstrahlen verlorengehen kann. Zur Vermeidung von Intensitätsverlusten und von Aufweitungen der Lichtbündel werden deshalb in der DE 43 24 848 C1 optische Systeme mit Linsen und Blenden zum Ein- und Auskoppeln der Laserstrahlen eingesetzt. Das Videoprojektionsgerät weist also im Farberzeugungsteil eine Vorrichtung mit Laser und Wellenleiter auf, bei der das Laserlicht aus dem Laser ausgekoppelt und über ein optisches System in einen Wellenleiter eingekoppelt wird. Diesbezüglich ist es wünschenswert, das aus dem Laser stammende Laserlicht möglichst vollständig in den Wellenleiter einzuleiten. Dabei sollte die Einkopplung so auf die Übertragungscharakteristik des Wellenleiters abgestimmt werden, daß nach Auskoppeln aus dem Wellenleiter wieder eine geringe Strahldivergenz erreichbar ist.In order to be able to produce such video devices in a compact manner, according to DE 43 24 848 C1 proposed an optical fiber arrangement which the laser beams into the Deflector leads. The problem, however, is that for the Pixel mapping desired parallelism of the laser beams can be lost. For Avoidance of loss of intensity and widening of the light beam therefore in DE 43 24 848 C1 optical systems with lenses and diaphragms for insertion and Decoupling the laser beams used. The video projection device thus points a device with a laser and waveguide in the color generation part, in which the Laser light decoupled from the laser and into an optical system Waveguide is coupled. In this regard, it is desirable that the Introduce laser-derived laser light as completely as possible into the waveguide. The coupling should be based on the transmission characteristics of the waveguide be coordinated that after coupling out of the waveguide again a small Beam divergence is achievable.

Neben dieser Anwendung bei der Fernsehprojektion können derartige Vorrichtungen mit einem Laser und einem Wellenleiter für die gleichen Anforderungen auch bei Faserlasern eingesetzt werden. Bei solchen Faserlasern ist das aktive Lasermaterial eine speziell für Laseranregung ausgebildete Faser, die von einem Pumplaser gespeist wird. Für einen hohen Wirkungsgrad ist wesentlich, daß die Leistung des Pumplasers nahezu vollständig in die Faser eingekoppelt wird.In addition to this application in television projection, such devices with a laser and a waveguide for the same requirements Fiber lasers are used. In such fiber lasers, the active laser material a fiber specially designed for laser excitation by a pump laser is fed. For a high efficiency it is essential that the performance of the Pump laser is almost completely coupled into the fiber.

Eine spezielle Vorrichtung zur Einkopplung von Laserstrahlen in eine Faser ist aus der US-PS-4 820 010 bekannt. Gemäß dieser Druckschrift wird das Licht aus mehreren in einem Array angeordneten Laserbarren in eine Lichtleitfaser eingeleitet, die an dem dem Array zugewandten Ende verdickt ausgebildet ist, so daß nahezu das gesamte mit dem Laserarray erzeugte Licht in die Lichtleitfaser eintreten kann.A special device for coupling laser beams into a fiber is made U.S. Patent No. 4,820,010. According to this publication, the light is switched off several laser bars arranged in an array are introduced into an optical fiber, which is thickened at the end facing the array, so that almost all of the light generated by the laser array can enter the optical fiber.

Derartige Verdickungen von Wellenleitern werden auch bei Wellenleiterübergängen eingesetzt und üblicherweise Taper genannt. Berechnungen zur Auslegung von Tapern mit verschiedenen Taperformen sind beispielsweise aus dem Buch "Integrierte Optik" von W. Karthe und R. Müller, Leipzig 1991, Akademischer Verlagsgesellschaft Geest & Portig K.-G., Seiten 175 bis 179, bekannt. Taper wurden bisher aber nur selten eingesetzt, da in ihnen eine Rückreflexion eintreten kann, durch die nur ein Teil des Laserlichts zur Übertragung zur Verfügung steht. Weiter ist der übliche Mechanismus der Wellenleitung, nämlich die Totalreflexion an der Grenzfläche zweier Materialien, beispielsweise Kern und Mantel einer Lichtleitfaser, aufgrund des Vorkommens ungünstiger Winkel des auftreffenden Laserlichts gestört, so daß dadurch weitere wesentliche Verluste von Licht aus dem Wellenleiter zu befürchten sind.Such thickenings of waveguides are also found in waveguide transitions used and usually called taper. Calculations for the interpretation of Tapers with different taper shapes are, for example, from the book "Integrated optics" by W. Karthe and R. Müller, Leipzig 1991, academic Publishing company Geest & Portig K.-G., pages 175 to 179. Were tapered So far, however, it has only been used seldom, since back reflection can occur in them, through which only part of the laser light is available for transmission. Is further the usual mechanism of waveguiding, namely total reflection at the Interface of two materials, for example core and cladding of an optical fiber, disturbed due to the occurrence of unfavorable angles of the incident laser light, thereby causing further substantial losses of light from the waveguide are to be feared.

Im Zusammenhang mit den vorstehend genannten Vorrichtungen wird als Stand der Technik für den Aufbau von Lasern insbesondere auf das Buch "Solid-State Laser Engineering" von Walter Koechner, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo, 1990, und bezüglich der Ausbildung von Laserresonatoren insbesondere auf die Seiten 168 bis 199 verwiesen.In connection with the above-mentioned devices, the state of the art Technology for the construction of lasers in particular on the book "Solid-State Laser Engineering "by Walter Koechner, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo, 1990, and regarding the formation of laser resonators referenced in particular on pages 168 to 199.

Ein Laser weist üblicherweise ein Lasermaterial auf, in dem sich beispielsweise durch optisches Pumpen oder durch elektrische Anregung quantenmechanische Zustände der im Material vorhandenen Atome oder Moleküle einstellen lassen, die durch stimulierte Emission, beispielsweise mittels Anregung durch die stehende Welle, von Laserlicht abgeregt werden. Dazu wird das Lasermaterial in einen Resonator eingefügt, der im einfachsten Fall aus zwei Spiegeln besteht. Mit Hilfe der Spiegel werden die Phasen des die Emission stimulierenden, im Resonator befindlichen Lichts eingestellt und lokal ausreichend hohe Feldstärken zur Stimulation geschaffen. Das Licht im Resonator wird dabei teilweise aus dem Resonator ausgekoppelt. Die Auskopplung erfolgt über einen der beiden Spiegel, der üblicherweise teilverspiegelt ist, so daß ein Teil der Lichtwelle den Resonator verlassen kann. A laser usually has a laser material in which, for example, optical pumping or by electrical excitation quantum mechanical states of the atoms or molecules present in the material can be adjusted by stimulated emission, for example by means of excitation by the standing wave, from Laser light can be excited. To do this, the laser material is placed in a resonator inserted, which in the simplest case consists of two mirrors. With the help of the mirror the phases of the stimulating the emission, which are in the resonator Light adjusted and locally sufficiently high field strengths for stimulation created. The light in the resonator is partially coupled out of the resonator. The Decoupling takes place via one of the two mirrors, which are usually partially mirrored is so that part of the light wave can leave the resonator.

Gemäß der US-PS 5 402 438 wird dagegen beim Spiegel an der Seite, an der das Laserlicht ausgekoppelt wird, eine vollständige Verspiegelung durchgeführt und das Laserlicht über ein zentrisch angeordnetes Loch ausgekoppelt. Damit ergibt sich insbesondere ein besonders gutes Strahlprodukt für den austretenden Laserstrahl, das eine gute Fokussierung im Fernfeld gestattet. Das Strahlprodukt ist als Produkt aus Divergenzwinkel und Durchmesser des Lichtbündels definiert. Da gemäß der US-PS 5 402 438 der Durchmesser des Lochs im Auskoppelspiegel sehr klein gewählt werden kann, werden entsprechend geringe Werte für dieses Strahlprodukt erreicht.According to US Pat. No. 5,402,438, however, the mirror on the side on which the Laser light is coupled out, a complete mirroring is carried out and that Laser light coupled out via a centrally arranged hole. This results in especially a particularly good beam product for the emerging laser beam, that allows a good focus in the far field. The blasting product is as a product defined from the divergence angle and the diameter of the light beam. Since according to the US Pat. No. 5,402,438 the diameter of the hole in the coupling mirror is very small can be chosen, correspondingly low values for this blasting product reached.

Die Dimensionierung des Lochs ist jedoch kritisch, da bei zu großer Öffnung ausschließlich an den Seiten des Loches Licht austritt, weil das Zentrum nicht mehr als spiegelnde Fläche für einen Laserresonator wirksam ist. Die US-PS 5 402 438 schlägt dazu vor, die Öffnung teilzuverspiegeln, damit auch im Zentrum eine Resonatorstruktur besteht.The dimensioning of the hole is critical, however, because the opening is too large light exits only on the sides of the hole because the center is no longer is effective as a reflective surface for a laser resonator. U.S. Patent 5,402,438 suggests to partially mirror the opening, so that one in the center Resonator structure exists.

In einem Ausführungsbeispiel gemäß US-PS 5 402 438 wird auch eine Einkopplung in eine als Wellenleiter dienende Lichtleitfaser vorgeschlagen, die das Loch im Auskoppelspiegel mit der als Taper bekannten Verdickung des Wellenleiters vollständig abdeckt. Allerdings ist wegen der oben genannten Verluste bei Tapern nicht verständlich, daß damit eine möglichst gute Einkopplung in den Wellenleiter möglich sein sollte. Insbesondere gibt es keinen Anhaltspunkt dafür, wie die in dieser Druckschrift angegebene Einkoppelung effizienter gestaltet werden könnte.In an embodiment according to US Pat. No. 5,402,438, there is also a coupling in an optical fiber serving as a waveguide proposed that the hole in Decoupling mirror with the thickening of the waveguide known as taper completely covers. However, because of the above losses in tapers it is not understandable that the best possible coupling into the waveguide should be possible. In particular, there is no clue as to that in this Publication specified coupling could be made more efficient.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit einem Laser und einem Wellenleiter zu schaffen, bei der das Laserlicht mit erhöhtem Wirkungsgrad in den Wellenleiter eingekoppelt ist. Weiter soll die Herstellung der Vorrichtung wenig aufwendig sein, damit sich z. B. Videoprojektionsgeräte der eingangs genannten Art kostengünstig herstellen lassen.The object of the invention is a device with a laser and a To create waveguides in which the laser light with increased efficiency in the Waveguide is coupled. Furthermore, the manufacture of the device is said to be little be complex so that z. B. Video projection devices of the type mentioned can be produced inexpensively.

Die Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung dadurch gelöst, daß das Ende des Wellenleiters an derjenigen Seite des Lasermaterials, von der aus der ausgekoppelte Laserstrahl in die Eintrittsfläche eingekoppelt ist, verdickt und als Resonatorspiegel ausgebildet ist, wobei die Eintrittsfläche des Wellenleiters an dem verdickten Ende das aus dem Laser austretende Licht bis auf Beugungsverluste vollständig erfaßt, so daß dieses Ende mit der verspiegelten Seite des Lasermaterials oder dem dort angeordneten Spiegel einen zur stimulierten Emission abgestimmten Laserresonator bildet.The object is achieved for a generic device in that the end of the waveguide on that side of the laser material from which the coupled out laser beam is coupled into the entry surface, thickened and as Resonator mirror is formed, the entrance surface of the waveguide on the end thickened the light emerging from the laser except diffraction losses completely grasped so that this end with the mirrored side of the laser material or the mirror arranged there, one tuned for stimulated emission Laser resonator forms.

Entsprechend ist das Verfahren ausgehend vom gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch gekennzeichnet, daß dieses Ende des Wellenleiters an der Seite des Lasermaterials, von der aus der ausgekoppelte Laserstrahl in die Eintrittsfläche eingekoppelt wird, verdickt sowie als Resonatorspiegel ausgebildet wird, wobei die Eintrittsfläche des Wellenleiters an dem verdickten Ende das aus dem Laser austretende Licht bis auf Beugungsverluste vollständig erfaßt, so daß dieses Ende mit der verspiegelten Seite des Lasermaterials oder dem dort angeordneten Spiegel einen zur stimulierten Emission abgestimmten Laserresonator bildet.The method is accordingly based on the generic prior art characterized in that this end of the waveguide is on the side of the Laser material, from which the outcoupled laser beam enters the entrance area is coupled in, thickened and formed as a resonator mirror, the Entry surface of the waveguide at the thickened end that from the laser emerging light is completely detected except for diffraction losses, so that this end with the mirrored side of the laser material or the mirror arranged there forms a laser resonator matched to the stimulated emission.

Die Erfindung verwendet also einen speziell gestalteten Taper als Resonatorspiegel für den Laser. Daß damit die Aufgabe gelöst werden kann, ist zunächst unerwartet, denn gewöhnlich führen derartige Taper, wie vorstehend schon erläutert wurde, zu relativ hohen Verlusten und haben daher auch nur vereinzelt Anwendung gefunden. Diese Verluste sind unter anderem darauf zurückzuführen, daß ein Teil des ausgekoppelten Laserlichts wieder aus dem Taper zurückreflektiert wird. Erfindungsgemäß macht man sich dies aber zunutze, indem der Taper selbst als Resonatorspiegel eingesetzt wird und das reflektierte Licht in das Lasermaterial zurückfällt, wo es wegen der Formgebung des Tapers als Resonatorspiegel einen Beitrag zur stimulierten Emission liefert.The invention therefore uses a specially designed taper as a resonator mirror for the laser. It is initially unexpected that the task can be solved with this, because such tapers usually lead to, as already explained above relatively high losses and have therefore only been used occasionally. These losses are partly due to the fact that part of the coupled laser light is reflected back out of the taper. According to the invention, this is exploited by the taper itself as Resonator mirror is used and the reflected light in the laser material falls back where it is due to the shape of the taper as a resonator mirror Contributes to the stimulated emission.

Die Form des Tapers wird dabei gemäß dem genannten Buch "Solid State Laser Engineering" so ausgelegt, daß dieser mit Hilfe des anderen Spiegels und dem Lasermaterial einen zum Lasern geeigneten Resonator bildet. In diesem Buch sind auch Stabilitätskriterien für verschiedene Laserspiegelformen angegeben, die dann bei der Auslegung für verwendbare Taperformen beachtet werden sollten. Aufgrund der in dem Buch gemachten Angaben ist es dem Fachmann möglich, nahezu für jede beliebige Taperform eine Laseranregung mit genügend hoher Stabilität durch entsprechende Ausbildung des anderen Resonatorspiegels an der dem Taper gegenüberliegenden Seite des Lasermaterials zu erreichen. Zur Berechnung kann man beispielsweise die Maxwellschen Gleichungen für eine beliebige, von der jeweiligen Taperform ausgehenden parallelen Lichtwelle mit der dem Lasermaterial entsprechenden Wellenlänge lösen und die Form des Resonatorspiegels so anpassen, daß die von ihm zurückreflektierte Welle superponiert auf die ausgehende Welle einerseits die Randbedingungen für die Rückreflexion am Taper für die vom Taper ausgehende Welle löst und andererseits die Form des Resonatorspiegels durch Orte gleicher Phase bestimmt. Diese Berechnung führt also auf ein in der Technik übliches Randwertproblem, das mit verschiedensten numerischen Rechnungsarten, wie beispielsweise der Methode der finiten Elemente auf Computern lösbar ist.The shape of the taper is according to the book "Solid State Laser Engineering "designed so that this with the help of the other mirror and the Laser material forms a resonator suitable for lasering. Are in this book also specified stability criteria for various laser mirror shapes, which then should be taken into account when designing usable taper shapes. Because of The information given in the book is possible for the person skilled in the art, almost for everyone any taper shape by laser excitation with sufficient stability corresponding training of the other resonator mirror on the taper to reach opposite side of the laser material. To calculate for example, Maxwell 's equations for any of the parallel taper shape with the laser material solve the corresponding wavelength and the shape of the resonator mirror so adjust so that the wave reflected back by him is superposed on the outgoing Wave on the one hand the boundary conditions for the back reflection on the taper for that of Taper outgoing wave and on the other hand loosens the shape of the resonator mirror Locations of the same phase determined. So this calculation leads to one in technology usual boundary value problem, that with different numerical calculation types, such as the finite element method on computers.

Aufgrund der praktisch freien Wählbarkeit der Taperform kann der Wellenleiter so ausgelegt werden, daß nahezu das gesamte Licht phasengerecht in das Lasermaterial zurückreflektiert wird, die Verluste also beliebig klein gehalten werden können, so daß fast das gesamte aus dem Lasermaterial stammende Licht in einen Wellenleiter, beispielsweise in den Kern einer Lichtleitfaser, eingekoppelt werden kann.Because of the practically free choice of the taper shape, the waveguide can do so be interpreted that almost all the light in phase in the Laser material is reflected back, so the losses can be kept as small as desired can, so that almost all of the light coming from the laser material in one Waveguides, for example, are coupled into the core of an optical fiber can.

Der Einsatz eines Tapers bringt jedoch noch einen anderen Vorteil mit sich, der vor Fertigstellung der Erfindung nicht erkannt werden konnte. Bei dem rückspiegelnden Taper und der Lichtleitfaser geringen Durchmessers gibt es eine kleine Fläche, aus der das Licht aus dem Resonator ausfällt, und eine größere, im wesentlichen durch die Taperwand gegebene Fläche, aus der das Licht in das Lasermaterial zurückreflektiert wird. Ähnlich wie bei der US-PS 5 402 438 ist daher ein geringes Strahlprodukt für das im Wellenleiter geführte Laserlicht zu erwarten. Bei einer Lichtleitfaser liegt der Kerndurchmesser in der Größenordnung von Mikrometern, weshalb, bei Erhaltung des Strahlprodukts und Auskoppeln aus der Lichtleitfaser mit Hilfe einer Optik für einen Strahldurchmesser in der Größenordnung von Millimetern, wie es beispielsweise bei Videoprojektionsgeräten der eingangs genannter Art üblich ist, eine sehr geringe Strahlendivergenz erreicht wird. Die dadurch mögliche hohe Parallelität des Lichtbündels erlaubt die problemlose Abbildung von Videobildern in nahezu beliebigen Entfernungen des Schirms von der Ablenkeinrichtung und gute Bildqualität unabhängig von der Bildgröße.However, using a taper has another advantage, the one before Completion of the invention could not be recognized. With the rear-view mirror Taper and the small diameter optical fiber gives it a small area which the light falls out of the resonator, and a larger one, essentially through the taper wall given area from which the light enters the laser material is reflected back. Similar to U.S. Patent 5,402,438 is therefore a minor one Beam product to be expected for the laser light guided in the waveguide. At a Optical fiber, the core diameter is on the order of micrometers, which is why, while maintaining the beam product and decoupling it from the optical fiber With the help of optics for a beam diameter on the order of millimeters, as is customary, for example, in video projection devices of the type mentioned at the beginning is a very low beam divergence is achieved. The high possible thereby Parallelism of the light beam enables the problem-free imaging of video images in almost any distances from the screen from the deflector and good Image quality regardless of the image size.

Ähnliche Vorteile ergeben sich auch für Faserlaser, für die der Pumplaser erfindungsgemäß mit einem Taper an der Faser des Lasers, dem Lasermaterial und dem Resonatorspiegel aufgebaut wird. Das Ausgangslicht eines derartigen Faserlasers wird dann ebenfalls ein geringes Strahlprodukt aufweisen, so daß auch in diesem Fall eine geringe Divergenz des ausgehenden Lichtbündels zu erwarten ist, das deshalb beispielsweise vorteilhaft zur Videoprojektion einsetzbar ist.Similar advantages also result for fiber lasers, for which the pump laser according to the invention with a taper on the fiber of the laser, the laser material and the resonator mirror is built. The output light of one Fiber laser will then also have a low beam product, so that also in in this case a small divergence of the outgoing light beam is to be expected, which can therefore be used, for example, advantageously for video projection.

Um die Schwelle für die stimulierte Emission, also die Schwelle, bei der ein Lasereffekt möglich ist, zu senken, sollte möglichst viel Laserlicht zurück in den Resonator reflektiert werden. Dies kann man durch einen weiteren Verfahrensschritt erreichen, bei dem die Eintrittsfläche an dem verdickten Ende des Wellenleiters teilverspiegelt wird. Dann ist bei einer Vorrichtung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Eintrittsfläche an dem verdickten Ende des Wellenleiters teilverspiegelt.At the threshold for the stimulated emission, i.e. the threshold at which a Laser effect is possible to lower, as much laser light as possible should be returned to the Resonator are reflected. This can be done through a further process step reach the entry surface at the thickened end of the waveguide is partially mirrored. Then in a device according to an advantageous Development of the invention, the entry surface at the thickened end of the Partially mirrored waveguide.

Von herkömmlichen Lasern ist es bekannt, daß bei lokal inhomogenem Abbau der angeregten Zuständen Unstabilitäten auftreten können. Ein solcher Effekt ist beispielsweise unter dem Namen "Spatial Hole-Burning" bekannt. Für eine hohe Stabilität des Lasers sollte das aus dem Taper zurückreflektierte Licht deshalb möglichst lokal homogen in das Lasermaterial eintreten.It is known from conventional lasers that with locally inhomogeneous degradation of the excited states unstabilities can occur. Such an effect is known for example under the name "Spatial Hole Burning". For a high The stability of the laser should therefore reflect the light reflected back from the taper Enter the laser material as homogeneously as possible locally.

Da im Zentrum des Tapers gegenüber dessen peripheren Raumbereichen das meiste Licht in die Lichtleitfaser eingekoppelt wird, also von dort weniger in das Lasermaterial zurückreflektiert wird, ist insbesondere bei sehr großen Taperflächen gegenüber dem Wellenleiterdurchmesser gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß für homogen erfolgende stimulierte Emission die Teilverspiegelung einen Gradienten aufweist. Insbesondere ist dann der Reflexionsgrad bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung aufgrund der Teilverspiegelung im Zentrum maximal und nimmt zur Peripherie des Wellenleiters ab.Most of it in the center of the taper compared to its peripheral areas Light is coupled into the optical fiber, so less from there into that Laser material is reflected back, especially with very large taper areas compared to the waveguide diameter according to a preferred development the invention provided that for homogeneous stimulated emission Partial mirroring has a gradient. In particular, then Degree of reflection in a preferred development of the invention due to Partial mirroring in the center maximum and takes to the periphery of the waveguide from.

Weiter kann man die Laserschwelle dadurch senken, daß das aus dem Taper zurückgeworfene Licht phasengerecht in das Lasermaterial eingekoppelt wird, damit die zurückreflektierten Wellen möglichst mit voller Intensität zu der für die stimulierte Emission erforderlichen Feldstärke beitragen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist deshalb zwischen dem Wellenleiter und dem Lasermaterial eine Schicht vorgesehen, um Phasenverschiebungen des reflektierten Lichts aufgrund der Form des verdickten Endes des Wellenleiters, in welches das aus dem Lasermaterial ausfallende Licht eingekoppelt ist, auszugleichen.You can further lower the laser threshold by removing it from the taper reflected light is coupled into the laser material in phase so that the back-reflected waves, if possible, with full intensity to that for the stimulated Emission required field strength contribute. According to an advantageous Further development of the invention is therefore between the waveguide and the Laser material provided a layer to reflect the phase shifts of the reflected Light due to the shape of the thickened end of the waveguide into which it is made the light falling out of the laser material is compensated for.

Derartige Schichten können beispielsweise dünne Schichten mit definiertem Brechungsindex sein, wie sie beispielsweise auch für dielektrische Spiegel oder Antireflexionsschichten verwendet werden. Bei entsprechend dünner Ausbildung lassen sich deshalb mit derartigen Schichten sogar dielektrische Spiegel bilden, mit denen auch die oben näher ausgeführte Teilverspiegelung realisiert werden kann.Such layers can, for example, thin layers with a defined Refractive index, such as that for dielectric mirrors or Anti-reflective layers are used. With a correspondingly thin training dielectric layers can even be formed with such layers, with which can also be used for the partial mirroring detailed above.

Diese Schichten können vorteilhafterweise auch so ausgebildet werden, daß sich für die Phase der die Schicht durchlaufenden Lichtwellen eine Richtungsabhängigkeit ergibt, mit der beispielsweise eine Vorrichtung verwirklicht werden kann, bei der das senkrecht aus dem Taper auf die Schicht fallende Licht zur Anregung der stimulierten Emission phasengerecht in das Lasermaterial transmittiert wird, während Laserstrahlen in anderen Richtungen in den Wellenleiter reflektiert werden.These layers can advantageously also be formed in such a way that the phase of the light waves passing through the layer is a directional dependency results with which, for example, a device can be realized in which the Light falling vertically from the taper onto the layer to excite the stimulated Emission is transmitted into the laser material in phase, while Laser beams are reflected in other directions in the waveguide.

Wie vorstehend schon ausgeführt wurde, ist vor allen Dingen ein kleines Strahlprodukt anzustreben. Bei kleinem Winkel ist das Strahlprodukt gleich dem Strahldurchmesser multipliziert mit der sich aus der Sinusbedingung ergebenden Apertur, welche die Fortpflanzung von Licht durch verschiedene optische Systeme beschreibt. Das Strahlprodukt kennzeichnet im wesentlichen die Übertragungsbedingungen für Licht.As mentioned above, it is a small one above all To aim for blasting product. At a small angle, the blasting product is the same Beam diameter multiplied by that resulting from the sine condition Aperture, which represents the propagation of light through various optical systems describes. The blasting product essentially characterizes the Transmission conditions for light.

Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist das Strahlprodukt des in den Wellenleiter eintretenden Lichts innerhalb von ±10% gleich dem Produkt aus numerischer Apertur des Wellenleiters mit dem Durchmesser des Wellenleiters an dessen anderem Ende.According to a preferred development of the invention, the jet product of the in light entering the waveguide within ± 10% of the product numerical aperture of the waveguide with the diameter of the waveguide its other end.

Bei Gleichheit des Strahlprodukts des in den Wellenleiter eintretenden Lichts mit dem Produkt aus numerischer Apertur und dem Durchmesser des Wellenleiters, bzw. bei einer Lichtleitfaser der Durchmesser des Kerns, ergeben sich optimale Übertragungsbedingung für das Licht, ohne daß das Strahlprodukt in dem Wellenleiter durch Streuungen und Reflexionen an den Wellenleitergrenzflächen wesentlichen verändert wird. Diese Bedingung erlaubt also die günstigst mögliche Übertragung von Licht in Hinblick darauf, daß es nach Austreten aus dem Wellenleiter wieder parallelisiert werden soll. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß Abweichungen von ± 10% den Transport des Lichtes wenig beeinflussen, so daß auch das aus dem Lichtleiter austretende Licht wieder hinreichend parallelisiert werden kann und ein Videogerät der eingangs genannten Art oder ein Faserlaser mit der so weitergebildeten Vorrichtung besonders vorteilhaft ausgelegt ist.If the beam product of the light entering the waveguide is equal to the Product of the numerical aperture and the diameter of the waveguide, or at an optical fiber the diameter of the core, optimal results Transmission condition for the light without the beam product in the Waveguides due to scattering and reflections at the waveguide interfaces is significantly changed. This condition therefore allows the cheapest possible Transmission of light in view of the fact that after exiting the Waveguide should be parallelized again. In practice, however found that deviations of ± 10% little the transport of light influence, so that the light emerging from the light guide again can be sufficiently parallelized and a video device of the type mentioned or a fiber laser with the device further developed in this way is particularly advantageous is designed.

Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das verdickte Ende des Wellenleiters bezüglich einer wellenleitenden, insbesondere totalreflektierenden oder spiegelnden Grenzfläche in Form eines Rotationskörpers mit seiner Rotationsachse in Richtung des Wellenleiters, insbesondere als Paraboloid, Teilkugelfläche oder stufig in Art einer Fresnellinse, ausgebildet ist.In another preferred development of the invention it is provided that the thickened end of the waveguide with respect to a waveguide, in particular totally reflecting or reflecting interface in the form of a body of revolution its axis of rotation in the direction of the waveguide, in particular as a paraboloid, Partial spherical surface or stepped in the manner of a Fresnel lens, is formed.

Wie nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen gezeigt werden wird, ermöglichen derartige Formen, unter anderem weil sie einen eng begrenzten Fokus aufweisen, besonders stabile Laserresonatoren. Insbesondere durch stufige Ausführung in Art einer Fresnellinse läßt sich jedoch auch eine Streckung der Taperform durchführen, mit der die Totalreflexionsbedingungen in geeigneter Weise an der Tapergrenzfläche eingehalten werden können.As will be shown below using exemplary embodiments, enable such forms, among other things because they have a narrowly limited focus have particularly stable laser resonators. In particular through tiered Execution in the manner of a Fresnel lens can also be an extension of the Carry out taper shape with the total reflection conditions in a suitable manner can be adhered to at the taper interface.

Insbesondere für die Großprojektion bei den eingangs genannten Videoprojektionsgeräten fehlt es heutzutage noch an geeigneten kostengünstigen Lasern mit entsprechender Leistung.Especially for the large-scale projection of the above Video projection devices are still lacking suitable cost-effective devices today Lasers with the appropriate power.

Eine höhere Leistung könnte aber erreicht werden, wenn das Licht von mehreren Lasern zusammengeführt wird. Um diese Möglichkeit im Rahmen dieser Erfindung möglichst vorteilhaft auszunutzen, ist vorgesehen, daß das Lasermaterial mit dem auf der dem Wellenleiter gegenüberliegenden Seite vorgesehenen Spiegel als Array nebeneinander angeordneter Barren geformt ist, wobei das als Laserspiegel vorgesehene verdickte Ende des Wellenleiters das vom Array stammende Licht bis auf Verluste aufgrund von Beugung und Reflexion vollständig erfaßt. However, a higher performance could be achieved if the light from several Lasers is merged. To this possibility within the scope of this invention To exploit as advantageously as possible, it is provided that the laser material with the the mirror provided opposite the waveguide as an array ingots arranged next to one another is shaped, this being a laser mirror provided thickened end of the waveguide up to the light originating from the array for losses due to diffraction and reflection fully captured.

Der Taper am Wellenleiter wird also gleichzeitig zum Zusammenfassen mehrerer in einem Array angeordneten Laser verwendet und dient für diese gleichzeitig als Laserspiegel. Damit wird die Gesamtleistung als Summe der Laserleistungen der einzelnen im Array vorgesehenen Laser im Wellenleiter vereinigt, so daß am Ende des Wellenleiters ein Strahl höherer Leistung verfügbar ist, der bei einem Videoprojektionsgerät durch die Ablenkeinrichtung als Gesamtstrahl abgelenkt wird.The taper on the waveguide is thus used to combine several in an array arranged laser is used and serves as a Laser mirror. The total power is thus the sum of the laser powers of the individual lasers provided in the array are combined in the waveguide, so that at the end of the waveguide a beam of higher power is available, which at a Video projection device is deflected by the deflection device as an overall beam.

Jedoch kann damit sogar die Laserschwelle in den einzelnen Barren gesenkt werden, wodurch eine effizientere stimulierte Emission erreicht werden kann, wenn das Licht aus einem Laser im Array aufgrund des Tapers zur stimulierten Emission eines Lasers in einen anderen im Array eingekoppelt wird.However, this can even lower the laser threshold in the individual bars, whereby a more efficient stimulated emission can be achieved when the light from a laser in the array due to the taper for stimulated emission of a Lasers is coupled into another in the array.

Dabei werden auch die verschiedenen Laserstrahlen aus dem Array phasengerecht zusammengekoppelt. Dann wird eine kohärente Addition des Laserlichts verschiedener im Array vorgesehener Laser möglich, so daß sich auch eine hohe Leistung im Fernfeld ergibt, was bei der inkohärenten Addition von Laserlicht aus optischen Verstärkern trotz versuchter gegenseitiger Phasenanpassung des aus diesen Verstärkern ausfallenden Laserlichts bisher nicht gelungen ist.The various laser beams from the array are also in phase coupled together. Then there is a coherent addition of the laser light different lasers provided in the array possible, so that there is also a high one Power in the far field results in what happens from the incoherent addition of laser light optical amplifiers despite attempted mutual phase matching of the so far, these amplifiers failing laser light has not succeeded.

Die Anordnung kleinerer Laser in einem Array hat gegenüber der Ausbildung eines einzelnen Lasers mit größerem Volumen auch den Vorteil, daß die einzelnen Laser besser gekühlt werden können, so daß Verstimmungen aufgrund von Temperaturänderungen weniger ausgeprägt sind. Daß heißt, gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung lassen sich vor allen Dingen große Laserleistungen mit verringertem Aufwand für spezielle Temperaturregelungen oder andere Maßnahmen zur Kompensation störender Temperatureffekte ohne weiteres verwirklichen.The arrangement of smaller lasers in an array has one compared to the formation of one individual laser with a larger volume also has the advantage that the individual laser can be cooled better, so that upsets due to Changes in temperature are less pronounced. That means, according to this advantageous development of the invention can be great above all Laser powers with reduced effort for special temperature controls or other measures to compensate for annoying temperature effects without further ado realize.

Üblicherweise wird das Licht in einem Wellenleiter dadurch geleitet, daß die Außenfläche des Wellenleiters einen Brechungsindexunterschied zum umgebenden Material aufweist, aufgrund dessen dann Totalreflexion zum Führen der Wellen stattfindet. Usually the light is guided in a waveguide in that the Outer surface of the waveguide a refractive index difference to the surrounding Material, due to which then total reflection to guide the waves takes place.

Bei einem Taper ergibt sich wegen des Winkels zur optischen Achse allerdings die Möglichkeit, daß Licht, das dann in einem ungünstigen Winkel auf die Außenfläche fällt, nicht mehr totalreflektiert wird, also innerhalb des Tapers nicht geleitet wird und damit zu Verlusten führt. Derartige Verluste lassen sich durch entsprechende Formgebung des Wellenleiters, beispielsweise durch Vorsehen eines besonders langen Tapers und damit kleiner Taperwinkel, minimieren.With a taper, however, this is due to the angle to the optical axis Possibility of light that is then at an unfavorable angle on the outer surface falls, is no longer totally reflected, i.e. is not guided within the taper and thus leading to losses. Such losses can be compensated for by appropriate Shape of the waveguide, for example by providing a special one minimize long tapers and thus small taper angles.

Eine andere Möglichkeit zur Kompensierung der Verluste ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch gegeben, daß eine wellenleitende Grenzfläche des Wellenleiters an dem verdickten Ende, in welches das aus dem Lasermaterial stammende Licht einfällt, zumindest teilweise verspiegelt ist.Another way to compensate for the losses is according to one advantageous development of the invention given that a wave-guiding Interface of the waveguide at the thickened end, into which the from the Incident light coming from laser material is at least partially mirrored.

Bei einer solchen Verspiegelung wird auf die Seitenfläche des Tapers einfallendes Licht bei allen Winkelbedingungen in das Lasermaterial oder den Wellenleiter zurückgestrahlt. Damit ist eine vollständige Einkopplung des Laserlichts in die Vorrichtung unabhängig von der Formgebung des Tapers gegeben, und Verluste sind nicht mehr zu befürchten, so daß dadurch auch ein weiterer Freiheitsgrad zur optimalen Auslegung des Tapers als Resonatorspiegel für den Laser gegeben ist.With such a mirroring, what is incident on the side surface of the taper Light in all angular conditions in the laser material or the waveguide reflected back. This is a complete coupling of the laser light into the Device given regardless of the shape of the taper, and losses are no longer to be feared, so that this also means a further degree of freedom optimal design of the taper is given as a resonator mirror for the laser.

Bei einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist eine Linse zwischen Lasermaterial und dem Wellenleiter angeordnet.In another preferred development of the invention, a lens is between Laser material and the waveguide arranged.

Wie nachfolgend noch anhand von Ausführungsbeispielen gezeigt werden wird, ermöglicht eine Linse eine sehr gute Anpassung zwischen der Taperform und dem Spiegel zur Bildung eines optimalen Resonators für die stimulierte Emission im Lasermaterial. Insbesondere lassen sich kleine Taper oder längere Taper bei großer Ausdehnung des Lasermaterials quer zur optischen Achse mit einer Linse leichter verwirklichen, wenn der Taper dann wegen der aufgrund der Linse gegebenen Vergrößerung von der Seite des Lasermaterials aus optisch ausgedehnt wird.As will be shown below using exemplary embodiments, allows a lens a very good match between the taper shape and the Mirror to form an optimal resonator for the stimulated emission in the Laser material. In particular, small tapers or longer tapers can be used with large ones Expansion of the laser material across the optical axis with a lens easier realize when the taper is given because of the lens Magnification is optically expanded from the side of the laser material.

Aufgrund des geringen erzielbaren Strahlproduktes und der verlustarmen Einkopplung von Laserlicht in eine Lichtleitfaser eignet sich die vorbeschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere auch deren Weiterbildungen, besonders gut zum Einkoppeln von Laserlicht in einem Videoprojektionssystem der vorgenannten Art, bei dem Bildpunkte eines Videobildes durch einen rasternd abgelenkten Laserstrahl abgebildet werden.Because of the low achievable blasting product and the low loss The coupling of laser light into an optical fiber is suitable as described above device according to the invention, in particular also its developments, particularly good for coupling laser light in a video projection system aforementioned type, in which the pixels of a video image by a raster deflected laser beam are imaged.

Falls bei einem derartigen System auch gepumpte Faserlaser eingesetzt sind, lassen sich diese Vorteile insbesondere auch dann außerordentlich vorteilhaft ausnutzen, wenn dieser Faserlaser mittels einem mit dem Spiegel und mit dem als Resonatorspiegel dienenden Ende eines Wellenleiters sowie mit dem Lasermaterial ausgebildeten Laser gepumpt ist. Dabei wird die Faser des Faserlasers mit einem erfindungsgemäß als Laserspiegel für den Pumplaser ausgebildeten Taper versehen.If pumped fiber lasers are used in such a system, leave these advantages can also be used particularly advantageously, if this fiber laser by means of one with the mirror and with the as End of a waveguide serving resonator mirror as well as with the laser material trained laser is pumped. The fiber of the fiber laser with a provided according to the invention as a laser mirror for the pump laser taper.

Allgemein ist die Verwendung der vorstehend näher beschriebenen Vorrichtung bzw. deren Weiterbildungen zum Pumpen von einem Faserlaser vorteilhaft, dessen Faser der Wellenleiter ist, wobei der Laser zum Pumpen mit dem Spiegel und dem als Resonatorspiegel dienenden Ende dieses Wellenleiters sowie dem Lasermaterial ausgebildet ist.In general, the use of the device or their further developments for pumping a fiber laser advantageous, the fiber is the waveguide, the laser for pumping with the mirror and the as End of this waveguide and the laser material serving the resonator mirror is trained.

Zusammenfassend bezieht sich die Erfindung darauf, daß eine optische Wirkfläche eines Tapers als Teil eines Laserresonators eingesetzt wird, wobei der Resonator so ausgelegt ist, daß die aus dem Taper rückreflektierten Strahlen im Lasermedium mitverstärkt und in den Taper zurückgekoppelt werden.In summary, the invention relates to the fact that an optical active surface a taper is used as part of a laser resonator, the resonator being so is designed so that the rays reflected back from the taper in the laser medium be reinforced and fed back into the taper.

Sowohl die Lichteintrittsfläche als auch die Lichtaustrittsfläche des Tapers kann dabei als Teil des Laserresonators, von der Lichteintrittsseite her gesehen, konisch in einer Zylinderform auslaufend gestaltet werden. Der konische Teil des Tapers ist bei einer Lichtleitfaser beispielsweise kegelförmig ausgebildet, wobei die Grenzfläche zwischen Mantel und Kern vor allen Dingen parabolisch, asphärisch, sphärisch oder stufig in Art einer Fresnel-Struktur ausgebildet sein kann. Insbesondere kann der austretende Laserstrahl somit in vorteilhafter Weise direkt in eine optische Faser oder in eine Wellenleiterstruktur eingekoppelt und weitergeführt werden.Both the light entry surface and the light exit surface of the taper can be used as part of the laser resonator, seen from the light entry side, conical in one Cylindrical shape to be discontinued. The conical part of the taper is at one Optical fiber, for example, conical, the interface between Sheath and core above all parabolic, aspherical, spherical or stepped in kind a Fresnel structure can be formed. In particular, the exiting Laser beam thus advantageously directly in an optical fiber or in a Waveguide structure can be coupled and continued.

Ein wesentlicher Anteil des in den Taper eingekoppelten Lichts gelangt über eine definierte Anzahl von Reflexionen zum Taperausgang. Ein weiterer Teil des eingekoppelten Lichts im Zentrum des Tapers pflanzt sich ohne Reflexionen direkt zum Ausgang fort und wird im Strahlengang nur sehr schwach beeinflußt. Verluste im Taper könnten durch gestörte Totalreflexion, d. h. rückfallendes Licht unter Winkeln, die nicht zur Totalreflexion führen, und durch die zurückreflektierte Welle selbst entstehen. Diese sogenannte gestörte Totalreflexion wird durch eine entsprechende äußere Rückverspiegelung minimiert.A significant proportion of the light coupled into the taper comes through a defined number of reflections to the taper exit. Another part of the Coupled light in the center of the tapers planted directly without reflections to the exit and is only very weakly influenced in the beam path. Losses in Taper could be disturbed by total reflection, i.e. H. falling light at angles, that do not lead to total reflection, and through the reflected wave itself arise. This so-called total reflection is disturbed by a corresponding external mirroring minimized.

Die rücklaufenden Laserstrahlen bilden sich besonders bei sehr schlanken und langen Tapern aus. Je höher die Anzahl der Reflexionen, desto stärker ist dieser Effekt. Diese Lichtstrahlen entstehen ähnlich wie in einem Dachkantenprisma. Ein berechnungsmäßig durchgeführtes Ray-Tracing zeigt für die rücklaufenden Lichtstrahlen eine Divergenz, die vorrangig dem Konuswinkel des Tapers entspricht, weshalb für ein besonders günstiges Strahlprodukt des aus dem Lasermaterial austretenden Laserstrahls dieses gleich dem Strahlprodukt aus dem Taperwinkel und dem Durchmesser des Tapers sein sollte.The returning laser beams are formed especially with very slim and long ones Tapers out. The higher the number of reflections, the stronger this effect. These light rays are created similarly to a roof edge prism. A Calculated ray tracing shows for the retreating Rays of light a divergence that primarily corresponds to the cone angle of the taper, which is why for a particularly favorable beam product from the laser material emerging laser beam this is equal to the beam product from the taper angle and the diameter of the taper.

Durch die Einkopplung des rückreflektierten Lichts in das aktive Lasermaterial wird die Lichtwelle verstärkt. Weitere Schichten zwischen Lasermaterial und Taper können dabei so ausgelegt werden, daß das in das Lasermaterial zurückreflektierte Licht zur Auslösung stimulierter Emission phasenrichtig einfällt.By coupling the back-reflected light into the active laser material the light wave amplifies. Additional layers between laser material and taper can be designed so that the light reflected back into the laser material for Triggering of stimulated emission occurs in phase.

Das bedeutet, durch Integration des Tapers als Spiegel in den Resonator eines Lasers wird eine vorteilhafte Strahlformierung bezüglich Divergenz und Strahldurchmesser erreicht und eine hohe Effektivität für die Lichtauskopplung gewährleistet. Dabei können die Divergenz und der Strahldurchmesser in Abhängigkeit von der Geometrie des Tapers und der Form des Lasermediums in weiten Grenzen eingestellt werden.That means by integrating the taper as a mirror into the resonator Lasers becomes an advantageous beamforming in terms of divergence and Beam diameter reached and a high effectiveness for the light decoupling guaranteed. The divergence and the beam diameter can be in Depending on the geometry of the taper and the shape of the laser medium in wide limits can be set.

Sowohl zur Strahlformung als auch zur Strahlenanpassung für die stimulierte Emission könnte die Eintrittsseite und die Austrittsseite des Tapers jeweils als Planfläche ausgebildet sein, bzw. sphärische Form oder asphärische Form aufweisen. Durch eine definierte angepaßte Auswahl der Ausgangsapertur des Ausgangsdurchmessers des Tapers ist das Licht effektiv in Fasern einkoppelbar. Dieses Prinzip ist insbesondere zum Pumpen von Faserlasern und anderen Festkörperlasern vorteilhaft nutzbar.Both for beam shaping and for beam adaptation for the stimulated Emission could be the entry side and the exit side of the taper respectively Flat surface be formed, or have a spherical shape or aspherical shape. Through a defined, customized selection of the initial aperture of the Starting diameter of the taper, the light can be effectively coupled into fibers. This principle is particularly useful for pumping fiber lasers and others Solid-state lasers can be used to advantage.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden im folgenden anhand der Zeichnung beispielhaft noch näher beschrieben. Es zeigen:The inventive method and the inventive device are in following described with reference to the drawing in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Zeichnung zur Verdeutlichung des bei der Erfindung eingesetzten Prinzips; Figure 1 is a schematic drawing to illustrate the principle used in the invention.

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem das Volumen des Lasermaterials mit Hilfe einer Linse zur stimulierten Emission vollständig ausgenutzt wird; Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment in which the volume of the laser material is fully exploited with the aid of a lens for a stimulated emission;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit gleichmäßiger Ausleuchtung des Lasermaterials bei parabolischen oder sphärischen Ausbildungen eines Tapers sowie eines Resonatorspiegels; Figure 3 is a schematic representation of an embodiment with uniform illumination of the laser material in parabolic or spherical configurations of a taper and a resonator mirror.

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 4 shows another embodiment of the invention;

Fig. 5 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer optimalen Auslegung der Taperform bezüglich der Transporteigenschaften des Wellenleiters; Fig. 5 is a view showing an optimum design of the taper shape with respect to the transport properties of the waveguide;

Fig. 6 eine schematische Darstellung für ein Laserarray, bei dem ein Wellenleiter mit angeformtem Taper das Licht aller Laser im Array vereinigt. Fig. 6 is a schematic representation of a laser array in which a waveguide with a molded Taper the light combined all lasers in the array.

In den schematischen Darstellungen der Figuren ist der Wellenleiter jeweils nur mit den reflektierenden Strukturen zur Wellenleitung abgebildet. Für den Fall einer Lichtleitfaser heißt das, es sind nur die Konturen im totalreflektierenden Übergangsbereich zwischen Kern und Mantel dargestellt.In the schematic representations of the figures, the waveguide is only included the reflective structures for waveguiding. Just in case Optical fiber means that it is only the contours in the total reflection Transition area between core and jacket shown.

In Fig. 1 ist ein Wellenleiter 2 gezeigt, der ein verdicktes Ende 3, einen Taper, aufweist. Dieser Taper ist mit seiner Eintrittsfläche an einer Seite eines Lasermaterials 4 angeordnet, bei dem auf der dem Taper gegenüberliegenden Seite ein Spiegel 5 vorgesehen ist. Das verdickte Ende 3 und der Spiegel 5 bilden dabei einen Resonator eines Lasers.In Fig. 1, a waveguide 2 is shown, which has a thickened end 3, a taper. This taper is arranged with its entry surface on one side of a laser material 4 , in which a mirror 5 is provided on the side opposite the taper. The thickened end 3 and the mirror 5 form a resonator of a laser.

Weiter sind in Fig. 1 zwei Lichtbündel 6 und 7 gezeigt, die geometrisch optisch verdeutlichen, daß mit Hilfe des in Fig. 1 schematisch gezeigten Aufbaus eine stabile Laseranordnung erreicht wird. Der Spiegel 5 als Teilkugelfläche mit Punkt 10 als Mittelpunkt reflektiert nämlich die Lichtbündel 6, 7 auf diesen. Von dem Punkt 10 aus werden die Lichtbündel 6, 7 an der Eintrittsfläche des verdickten Endes 3, falls unterschiedliche Brechungsindizes vorliegen, gebrochen und pflanzen sich zur äußeren Taperwand 12 fort, von wo aus sie wieder zurückreflektiert werden.Furthermore, two light bundles 6 and 7 are shown in FIG. 1, which geometrically illustrate optically that a stable laser arrangement is achieved with the aid of the construction shown schematically in FIG. 1. The mirror 5 as a partial spherical surface with point 10 as the center reflects the light bundles 6 , 7 onto it. From point 10 , the light bundles 6 , 7 on the entry surface of the thickened end 3 , if there are different refractive indices, are refracted and propagate to the outer taper wall 12 , from where they are reflected back again.

Die Taperwand 12 ist ebenfalls sphärisch mit Punkt 10 als Kugelmittelpunkt ausgeführt. Deshalb treffen die Lichtbündel 6 und 7 senkrecht auf der Taperwand 12 auf und werden unter gleichem Winkel in den Punkt 10 zurückgeworfen, so daß sie wieder auf dem gleichen Weg, auf dem sie vom Lasermaterial 4 gekommen sind, zum Spiegel 5 laufen. Aufgrund dieser Anordnung werden die Lichtbündel 6 und 7 also hin und her reflektiert. Die Kombination aus dem verdickten Ende 3 des Wellenleiters 2 und dem Spiegel 5 bildet daher eine stabile Laseranordnung mit stehenden Wellen, bei der eine genügend hohe Feldstärke zur stimulierten Emission angeregter Zustände im Lasermaterial 4 erreicht werden kann.The taper wall 12 is also spherical with point 10 as the center of the sphere. Therefore, the light bundles 6 and 7 hit the taper wall 12 vertically and are thrown back at point 10 at the same angle, so that they run to the mirror 5 again in the same way in which they came from the laser material 4 . Because of this arrangement, the light beams 6 and 7 are reflected back and forth. The combination of the thickened end 3 of the waveguide 2 and the mirror 5 therefore forms a stable laser arrangement with standing waves, in which a sufficiently high field strength for stimulated emission of excited states in the laser material 4 can be achieved.

Das verdickte Ende 3 ist im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 so geformt, daß die Lichtbündel 6 und 7 immer senkrecht auf der Taperwand 12 auftreffen. Dabei ist Totalreflexion nicht möglich. Deswegen ist auf der Taperwand 12 eine äußere Verspiegelung 14 vorgesehen, die eine verlustfreie Reflexion sicherstellt.The thickened end 3 is shaped in the embodiment of FIG. 1 so that the light beams 6 and 7 always hit the taper wall 12 perpendicularly. Total reflection is not possible. For this reason, an outer mirror 14 is provided on the taper wall 12 , which ensures loss-free reflection.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 soll im wesentlichen nur die Grundzüge der Erfindung verdeutlichen und insbesondere demonstrieren, daß durch geeignete Ausbildung des verdickten Endes 3 und des Spiegels 5 immer eine stabile Laseranordnung erreicht werden kann. Zur Auswahl spezieller Spiegelformen und Dimensionierung einer stabilen Anordnung wird insbesondere auf den vorgenannten Artikel aus "Solid State Laser- Engineering" verwiesen.The embodiment of Fig. 1 is intended to illustrate only the basic features of the invention and in particular to demonstrate that a stable laser arrangement can always be achieved by suitable design of the thickened end 3 and the mirror 5 . For the selection of special mirror shapes and dimensioning of a stable arrangement, reference is made in particular to the aforementioned article from "Solid State Laser Engineering".

Insbesondere ist es auch möglich, wie später anhand von Fig. 3 deutlicher wird, den Reflexionswinkel an den Außenflächen des Taperendes 3 über die Form der Taperwand 12 so einzustellen, daß bei entsprechenden Brechungsindizes für Kern und Mantel einer Lichtleitfaser als Wellenleiter 2 Totalreflexion eintritt. Die zusätzliche Verspiegelung 14 muß also nur in derartigen Fällen eingesetzt werden, in denen hohe Verluste durch fehlende Totaltreflexion zu befürchten sind. In particular, it is also possible, as will become clearer later with reference to FIG. 3, to adjust the angle of reflection on the outer surfaces of the taper end 3 via the shape of the taper wall 12 such that total reflection occurs with corresponding refractive indices for the core and cladding of an optical fiber as waveguide 2 . The additional mirroring 14 must therefore only be used in cases in which high losses due to a lack of total reflection are to be feared.

Das Beispiel von Fig. 1 verdeutlicht aber auch, daß die Eintrittsfläche am verdickten Ende 3 nicht unbedingt so groß sein muß, daß die gesamte Seite des Lasermaterials abgedeckt wird. Durch das verdickte Ende 3 muß nur der Fokuspunkt 10 erfaßt werden, damit eine stabile Anordnung zum Lasern vorliegt. Der vom Taper erfaßte Bereich kann also insbesondere durch die Formgebung des Spiegels 5 eingestellt werden, indem diesem fokussierende Eigenschaften beigegeben werden.The example of FIG. 1 also clarifies that the entry surface at the thickened end 3 does not necessarily have to be so large that the entire side of the laser material is covered. Due to the thickened end 3 , only the focal point 10 has to be detected so that a stable arrangement for lasering is present. The area covered by the taper can thus be adjusted, in particular, by the shape of the mirror 5 by adding focusing properties to it.

Bei entsprechender Fokussierung mittels Spiegel 5 kann die Eintrittsfläche des verdickten Endes 3 im Prinzip beliebig klein gehalten werden, was vor allem für eine sichere Totalreflexion bei der nachfolgenden Wellenleitung im Wellenleiter 2 vorteilhaft ist. Zur Dimensionierung der Verdickung des Endes 3 ist allein wichtig, daß es das im Lasermaterial 4 durch stimulierte Emission entstehende Licht bis auf Beugungsverluste vollständig erfaßt.With appropriate focusing by means of mirror 5 , the entry area of the thickened end 3 can in principle be kept as small as desired, which is particularly advantageous for a reliable total reflection in the subsequent waveguiding in the waveguide 2 . For dimensioning the thickening of the end 3, it is only important that it completely detects the light produced in the laser material 4 by stimulated emission except for diffraction losses.

Die Anordnung von Fig. 1 ist unter Berücksichtigung der Stabilitätskriterien aus dem vorgenannten Artikel in "Solid- State Laser Engineering" stabil, liegt jedoch an der äußeren Grenze des Stabilitätsdiagramms. Zur Verbesserung der Stabilität des in Fig. 1 gezeigten Resonators sollte der Fokuspunkt 10 möglichst in das Lasermaterial 4 verschoben werden, so daß der Fokus zwischen dem Spiegel 5 und des als Taper ausgebildeten verdickten Endes 3 liegt.The arrangement of FIG. 1 is stable taking into account the stability criteria from the aforementioned article in "Solid-State Laser Engineering", but lies on the outer limit of the stability diagram. To improve the stability of the resonator shown in FIG. 1, the focal point 10 should be shifted as far as possible into the laser material 4 so that the focus lies between the mirror 5 and the thickened end 3 designed as a taper.

Das schematische Beispiel von Fig. 1 läßt sich jedoch auch in anderer Hinsicht verbessern. In der Nähe des Fokuspunkts 10 laufen alle Lichtwellen durch denselben räumlich eng begrenzten Bereich, in dem sie sehr schnell die zur stimulierten Emission zur Verfügung stehenden Atom- oder Molekülzustände abbauen. Dagegen verbleibt der größte Teil des Lasermaterials 4 an der Grenzfläche zwischen der Verdickung 3 und dem Lasermaterial 4 in angeregten Zuständen, die allerdings mit der Zeit ebenfalls in den Grundzustand zurückfallen, dabei jedoch nicht zum kohärenten Anteil des Laserlichts beitragen. Dieses Licht wird in verschiedene Richtungen gestreut, fällt also auch in räumliche Bereiche ein, in denen das Stabilitätskriterium für den Resonator nicht erfüllt ist, so daß der Laser von Fig. 1, falls die Anregung des Lasermaterials 4 räumlich homogen erfolgt, instabil arbeiten könnte. However, the schematic example of FIG. 1 can also be improved in other respects. In the vicinity of the focal point 10 , all light waves pass through the same spatially narrow area in which they very quickly break down the atomic or molecular states available for the stimulated emission. In contrast, the majority of the laser material 4 remains in the excited state at the interface between the thickening 3 and the laser material 4 , which, however, also return to the basic state over time, but do not contribute to the coherent portion of the laser light. This light is scattered in different directions, so it also falls into spatial areas in which the stability criterion for the resonator is not met, so that the laser of FIG. 1, if the excitation of the laser material 4 is spatially homogeneous, could work unstably.

Diesbezüglich läßt sich das Beispiel von Fig. 1 allerdings verbessern, wie es in Fig. 2 beispielhaft gezeigt ist. Dort ist statt des auf den Fokus 10 fokussierenden Spiegels 5 ein planer Spiegel 5 vorgesehen und das Ausrichten der Lichtbündel 6, 7 auf den Brennpunkt 10 wird mittels einer zusätzlichen Linse 16 bewirkt. Im gesamten räumlichen Bereich des Lasermaterials 4 können sich dann stehende Wellen ausbreiten und die stimulierte Emission bei allen im Lasermaterial 4 angeregten Zuständen auslösen.In this regard, however, the example of FIG. 1 can be improved, as is shown by way of example in FIG. 2. Instead of the mirror 5 focusing on the focus 10 , a planar mirror 5 is provided there and the alignment of the light bundles 6 , 7 with the focal point 10 is effected by means of an additional lens 16 . Standing waves can then propagate in the entire spatial region of the laser material 4 and trigger the stimulated emission in all states excited in the laser material 4 .

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen also stabile Laseranordnungen, bei denen der Taper sehr klein gehalten werden kann, da ein Brennpunkt 10 am oder kurz vor dem verdickten Ende 3 vorgesehen ist. Allerdings bedarf es in diesen speziellen Beispielen wegen Fehlens von Totalreflexion aufgrund der Nähe des Brennpunkts 10 zu der Eintrittsfläche am verdickten Ende 3 einer zusätzlichen Verspiegelung 14. Neben der schon erwähnten Verschiebung des Brennpunkts 10 von der Eintrittsfläche weg, ist die Verspiegelung 14 auch bei anderen Ausgestaltungen der Erfindung vermeidbar. Ist die Endfläche 18 des verdickten Endes 3 beispielsweise nicht plan sondern gekrümmt ausgeführt, erfolgt eine Brechung beim Eintritt in das verdickte Ende 3, so daß das Licht auf die Taperwand 12 unter einem vom senkrechten Auftreffen verschiedenen Winkel einfallen kann, wodurch bei entsprechender Formgebung Totalreflexion an der Taperwand 12 erzielbar ist. Fig. 1 and Fig. 2 thus show stable laser arrangements in which the taper can be kept very small, since a focal point 10 is provided at or just before the thickened end 3. However, in these specific examples, additional mirroring 14 is required due to the lack of total reflection due to the proximity of the focal point 10 to the entry surface at the thickened end 3 . In addition to the aforementioned shift of the focal point 10 away from the entry surface, the mirroring 14 can also be avoided in other configurations of the invention. If the end face 18 of the thickened end 3 is, for example, not planar but curved, there is a refraction upon entry into the thickened end 3 , so that the light can strike the taper wall 12 at a different angle than normal, so that with appropriate shaping total reflection occurs the taper wall 12 can be achieved.

Nachdem anhand von Fig. 1 und Fig. 2 die wesentlichen Grundprinzipien der Vorrichtung mit Hilfe von sphärischen und flachen Spiegelflächen beziehungsweise totalreflektierenden Flächen deutlich gemacht wurden, soll nun in Verbindung mit Fig. 3 eine weitere Konfiguration gezeigt werden, die sich vor allem durch hohe Stabilität auszeichnet.After reference to FIG. 1 and FIG. 2, the fundamental principles of the device by means of spherical and flat mirror surfaces or total reflective surfaces have been made clear 3, another configuration is now in connection with Fig. Are shown, in particular by high stability distinguished.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Spiegel 5 und die Außenfläche 12 des Tapers 3 parabolisch geformt. Der Brennpunkt 10 der Parabeln liegt dabei zentral im Lasermaterial 4.In this embodiment, the mirror 5 and the outer surface 12 of the taper 3 are parabolically shaped. The focal point 10 of the parabolas lies centrally in the laser material 4 .

In Fig. 3 ist nur der geometrisch optische Weg eines Lichtbündels 6 gezeigt, das bei einem Umlauf erkennbar viermal durch das Lasermaterial 4 hindurchgeht. Wie deutlich zu sehen ist, wird das Lichtbündel dabei durch alle Bereiche des Lasermaterials 4 geführt, so daß Instabilitäten aufgrund von inhomogener Stimulanz von Zuständen angeregter Atome im Lasermaterial 4 nicht zu befürchten sind.In Fig. 3 only the geometrically optical path of a light bundle 6 is shown, which recognizably passes through the laser material 4 four times during one revolution. As can clearly be seen, the light beam is guided through all areas of the laser material 4 , so that instabilities due to inhomogeneous stimulation of states of excited atoms in the laser material 4 are not to be feared.

Allerdings ist die Endfläche 18 der Verdickung 3 bei diesem Beispiel so groß wie die Endfläche des Lasermaterials 4, was bei sehr voluminösen Lasermaterialien 4 für die Ausbildung geeigneter Taper Schwierigkeiten bereiten könnte. Um derartige Schwierigkeiten zu vermeiden, kann dann jedoch in die in der Fig. 3 gezeigte Lücke 19 ein optisches System eingefügt werden, welches das verdickte Ende 3 vom Lasermaterial 4 aus gesehen optisch vergrößert. Dann sind kleinere Taper möglich, die unproblematisch mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren gefertigt werden können.However, the end face 18 of the thickening 3 in this example is as large as the end face of the laser material 4 , which could be difficult for very voluminous laser materials 4 for the formation of suitable tapers. In order to avoid such difficulties, an optical system can then be inserted into the gap 19 shown in FIG. 3, which optically enlarges the thickened end 3 from the laser material 4 . Then smaller tapers are possible, which can be easily produced using the methods known from the prior art.

Aufgrund der parabolischen Ausbildung der Außenfläche 12 des verdickten Endes 3 sind die Weglängen, die ein Lichtbündel 6 unabhängig von seinem Abstand zur optischen Achse durchläuft, gleich. Bei einer fertigungstechnisch einfacheren, sphärischen Ausbildung des Spiegels 5 und der Taperwand 12, die ebenfalls zu einer stabilen Konfiguration führt, sind die geometrischen Verhältnisse diesbezüglich ungünstiger. Dann ist es zweckmäßig, unterschiedliche Phasenverschiebungen für die einzelnen Lichtwege auszugleichen, indem beispielsweise die Endfläche 18 oder die dem Taper zugewandte Seite des Lasermaterials 4 mit einer dielektrischen Schicht zur Änderung der Phasenlaufzeit bedampft wird. Bei Vorsehen eines geeigneten Gradienten in der Dicke der Schicht zur Kompensation von Phasenverschiebungen in Richtung der optischen Achse lassen sich ferner unterschiedliche Reflexionskoeffizienten verwirklichen, weshalb die Stabilität für stimulierte Emission auch durch entsprechende Auslegung dielektrischer Schichten im Lichtweg sichergestellt werden kann.Due to the parabolic design of the outer surface 12 of the thickened end 3 , the path lengths through which a light beam 6 travels regardless of its distance from the optical axis are the same. If the mirror 5 and the taper wall 12 are of a more simple design in terms of production technology, which likewise leads to a stable configuration, the geometric conditions are less favorable in this regard. It is then expedient to compensate for different phase shifts for the individual light paths, for example by vapor-coating the end face 18 or the side of the laser material 4 facing the taper with a dielectric layer to change the phase delay. If a suitable gradient is provided in the thickness of the layer to compensate for phase shifts in the direction of the optical axis, different reflection coefficients can also be realized, which is why the stability for stimulated emission can also be ensured by appropriate design of dielectric layers in the light path.

In den Beispielen von Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 wurden unterschiedliche Möglichkeiten dafür gezeigt, daß man eine entsprechende Laserstabilität mit einem verdickten Ende 3 eines Wellenleiters 2 und einem Spiegel 5 erreichen kann. Dabei zeigt sich im Vergleich der Figuren, daß die Formgebung für das verdickte Ende 3 in sehr weiten Grenzen variierbar ist, denn eine Stabilität des Laserresonators kann immer durch geeignete Maßnahmen, wie die Formgebung des Spiegels 5 sowie das Vorsehen dielektrischer Schichten und Linsen im Lichtweg, erreicht werden. In the examples of FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, different possibilities have been shown that a corresponding laser stability can be achieved with a thickened end 3 of a waveguide 2 and a mirror 5 . The comparison of the figures shows that the shape of the thickened end 3 can be varied within very wide limits, since the stability of the laser resonator can always be ensured by suitable measures, such as the shape of the mirror 5 and the provision of dielectric layers and lenses in the light path, can be achieved.

Nachfolgend soll anhand von Fig. 4 ein weiteres Beispiel gezeigt werden, bei dem für das verdickte Ende 3 eine für Taper übliche Form gewählt ist. Die Krümmung des verdickten Endes 3 geht dabei praktisch asymptotisch in den Wellenleiter 2 über.Another example is to be shown below with reference to FIG. 4, in which a shape customary for taper is selected for the thickened end 3 . The curvature of the thickened end 3 merges practically asymptotically into the waveguide 2 .

In diesem Ausführungsbeispiel ist der 100% verspiegelte Resonatorspiegel 5 plan ausgebildet. Zur Erzeugung eines stabilen Resonators ist ferner auf der Endfläche 18 eine Teilverspiegelung vorgesehen, die im Schnitt B-B gezeigt ist. Diese Teilverspiegelung weist einen maximalen Reflexionsgrad im Zentrum auf, der zu den Rändern hin abnimmt, und ist so ausgelegt, daß der Abfluß an Lichtleistung durch den Wellenleiter 2 über die Fläche des Lasermaterials 4 homogen erfolgt.In this exemplary embodiment, the 100% mirrored resonator mirror 5 is of flat design. To produce a stable resonator, a partial mirroring is also provided on the end face 18 , which is shown in section BB. This partial mirroring has a maximum reflectance in the center, which decreases towards the edges, and is designed such that the outflow of light power through the waveguide 2 takes place homogeneously over the surface of the laser material 4 .

Insbesondere hat sich beim Ausführungsbeispiel von Fig. 4 gezeigt, daß die Verspiegelung der Eintrittsfläche 18 in das verdickte Ende 3 besonders günstig mit dielektrischen Schichten durchgeführt werden kann, da diese gleichzeitig auch eine winkelabhängige Phasenanpassung für die aus dem verdickten Ende 3 rücklaufenden Wellen gestatten.In particular, it has been shown in the embodiment of FIG. 4 that the reflecting of the entrance surface 18 into the thickened end 3 can be carried out particularly cheaply with dielectric layers, since these also permit an angle-dependent phase adjustment for the waves returning from the thickened end 3 .

Anhand von Fig. 5 soll nachfolgend die Optimierung der Übertragungscharakteristik des Wellenleiters 2 verdeutlicht werden. Bezüglich der Erhaltung des Strahlprodukts ergibt sich mit den in Fig. 5 angegebenen Beziehungen
The optimization of the transmission characteristic of the waveguide 2 will be illustrated below with reference to FIG. 5. With regard to the preservation of the jet product, the relationships given in FIG. 5 result

n_in.Θ_in.D_in = n_out.Θ_out.D_out,
n _in .Θ _in .D _in = n _out .Θ _out .D _out ,

wobei die Winkel Θ jeweils die Divergenz des Laserstrahls, n den Brechungsindex sowie D den jeweiligen Strahldurchmesser des Laserstrahls, also das Doppelte des durch den Taper vorgegebenen Radius r, am Eingang (Indizes "in") und Ausgang (Indizes "out") des verdickten Endes 3 bezeichnen. Die Divergenz der aus dem Taper zurückreflektierten Welle entspricht dabei ungefähr dem Taperwinkel γ.where the angle Θ in each case the divergence of the laser beam, n the refractive index and D the respective beam diameter of the laser beam, ie twice the radius r specified by the taper, at the input (indices "in") and output (indices "out") of the thickened End 3 denote. The divergence of the wave reflected back from the taper corresponds approximately to the taper angle γ.

Die oben auf jeder Seite des Gleichungssystems angegebenen Strahlprodukte sollten weiter gleich der durch den Wellenleiter gegebenen numerischen Apertur multipliziert mit dem Wellenleiterdurchmesser D_out sein, um eine optimale Übertragung des Laserlichts mittels des Wellenleiters 2 zu gewährleisten.The beam products indicated at the top of each side of the system of equations should also be equal to the numerical aperture given by the waveguide multiplied by the waveguide diameter D _{out in} order to ensure optimal transmission of the laser light by means of the waveguide 2 .

Die optimale Lichtauskopplung aus der Laserresonatoranordnung wird durch die teilreflektierenden Schichten am Tapereingang, vergleichbar mit dem klassischen Resonator, sowie durch Verluste infolge von Beugung und Reflexionen bestimmt.The optimal decoupling of light from the laser resonator arrangement is achieved by the partially reflective layers at the entrance to the tapes, comparable to the classic one Resonator, as well as determined by losses due to diffraction and reflections.

Die Auskopplung am Taperausgang aufgrund von direktem Durchgang ohne Reflexion errechnet sich in einfacher Näherung bei Gaußschem Profil des Laserstrahls als
The decoupling at the taper output due to direct passage without reflection is calculated in a simple approximation for the Gaussian profile of the laser beam as

wobei E(r_out) und E_in die Energie des Laserstrahls beim Ausfall bzw. Einfall bezeichnen sowie r_out der Radius des Wellenleiters und r_las der das Gaußprofil des Laserstrahls bestimmende Radius sind. Mit dieser Gleichung läßt sich die aus dem Wellenleiter abfließende Energie aus der in den Taper einfallenden Lichtenergie in einfacher Weise abschätzen, wobei allerdings noch der Reflexionskoeffizient einer eventuell an der Fläche 18 gegebenen Verspiegelung als weiterer Anteilfaktor zu berücksichtigen ist.where E (r _out) and E _denote the energy of the laser beam in case of failure or incident, and r is the radius _out of the waveguide and r are _read of the Gaussian profile of the laser beam determined radius. With this equation, the energy flowing out of the waveguide can be estimated in a simple manner from the light energy incident in the taper, although the reflection coefficient of any mirroring that may be present on the surface 18 must also be taken into account as a further proportion factor.

Die Auskoppelrate durch mehrfach reflektierte Strahlen im Taper kann aber noch besser mit den in der Literatur, insbesondere in dem Buch von A. F. Kotjuk und B. M. Stepanov, "Messung von Spektral- und Frequenzparametern und Korrelation mit Laserstrahlcharakteristika", Moskau, 1982, angegebenen Rechnungen abgeschätzt werden.The decoupling rate due to multiple reflected beams in the taper can still better with those in literature, especially in the book by A. F. Kotjuk and B. M. Stepanov, "Measurement of spectral and frequency parameters and correlation with Laser beam characteristics ", Moscow, 1982, estimated calculations will.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der das Lasermaterial 4 in Art eines Laserarrays 20, wie auch in dem angegebenen Schnitt C-C gezeigt, ausgebildet ist. Das Lasermaterial 4 besteht dabei aus einer Vielzahl von Barren 21 mit rechteckigem Querschnitt. In diesen speziellen Beispiel hat das gesamte Array 20 ebenfalls einen quadratischen Querschnitt. FIG. 6 shows an embodiment in which the laser material 4 is designed in the manner of a laser array 20 , as is also shown in the section CC given. The laser material 4 consists of a plurality of bars 21 with a rectangular cross section. In this particular example, the entire array 20 also has a square cross section.

Der Wellenleiter 2 weist dagegen, wie in Schnitt A-A zu sehen ist, einen kreisförmigen Querschnitt auf. Dementsprechend ist auch das verdickte Ende 3 so geformt, daß es das aus dem rechteckigen Querschnitt C-C ausfallende, in die rechteckige Eintrittsfläche 18 (Schnitt B-B) des verdickten Endes 3 einfallende Licht in den runden Wellenleiter 3 überführt.In contrast, as can be seen in section AA, the waveguide 2 has a circular cross section. Accordingly, the thickened end 3 is shaped such that it converts the light emerging from the rectangular cross section CC into the rectangular entry surface 18 (section BB) of the thickened end 3 into the round waveguide 3 .

Um für alle Bereiche des Arrays 20 einen möglichst guten Resonator zu schaffen, ist ein gekrümmter Spiegel 5 vorgesehen, dessen Form wieder der auf diesen auftreffenden Wellenfront angepaßt ist, damit ein Resonator gebildet wird. Zum gleichmäßigen Anregen der einzelnen Barren 21 im Array 20 ist die Eintrittsfläche 18 teilverspiegelt und mit einer dielektrischen Schicht versehen, deren Dicke für jeden Barren 21 im Array 20 die optimale Phasenanpassung ergibt.In order to create the best possible resonator for all areas of the array 20 , a curved mirror 5 is provided, the shape of which is again adapted to the wave front impinging on it, so that a resonator is formed. To uniformly excite the individual bars 21 in the array 20 , the entrance surface 18 is partially mirrored and provided with a dielectric layer, the thickness of which results in the optimum phase matching for each bar 21 in the array 20 .

Üblicherweise erhält man bei Laserarrays nicht die Summe der Einzelleistungen aller Laser im Fernfeld. Dagegen hat sich aber für das Ausführungsbeispiel von Fig. 6 gezeigt, daß bei entsprechender Verspiegelung bzw. Vorsehen einer dielektrischen Schicht zur Phasenanpassung an der Endfläche 18 das kohärente Licht eines Barrens 21 auch in einen anderen Barren 21 des Arrays 20 einfallen kann und dort eine stimulierte Emission erzwingt. Dadurch wird das gesamte aus dem Array 20 ausfallende Licht kohärent. Dies hat den vorteilhaften Effekt, daß das Licht mit einer Optik am anderen Ende des Wellenleiters 2 nahezu parallel derart ausgekoppelt werden kann, daß fast die gesamte Leistung aller mit dem jeweiligen Barren 21 aufgebauten Teillaser im Array 20 im Fernfeld zur Verfügung steht.Usually, laser arrays do not give the sum of the individual powers of all lasers in the far field. On the other hand has been shown for the embodiment of FIG. 6, that with a corresponding mirror-coating or provision of a dielectric layer for phase matching at the end face 18, the coherent light of a billet 21 can be incident 20 also in another billet 21 of the array and there stimulated Forces emission. This makes all of the light emerging from the array 20 coherent. This has the advantageous effect that the light can be coupled out almost in parallel with an optical system at the other end of the waveguide 2 in such a way that almost the entire power of all the partial lasers constructed with the respective bars 21 is available in the array 20 in the far field.

Die vorstehenden Beispiele wurden nur beispielhaft zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips gezeigt. Dabei wurde verdeutlicht, daß der Resonatorspiegel 5 zur Auslegung eines Laserresonators bezüglich des aus einem Taper zurückgestreuten Lichts immer für die Schaffung eines Laserresonators geeignet ausgelegt werden kann. Durch weitere optische Maßnahmen, wie das Vorsehen von Linsen, Teilverspiegelungen des Tapers sowie auch Schichten zum Sicherstellen geeigneter Phasenverschiebungen, ergeben sich zusätzliche Freiheitsgrade für die Auslegung des Resonators, so daß die Vorrichtung für verschiedenste Anwendungsfälle optimiert werden kann.The above examples have been shown only by way of example to explain the principle on which the invention is based. It was made clear that the resonator mirror 5 can always be suitably designed for the creation of a laser resonator with respect to the light scattered back from a taper. Additional optical measures, such as the provision of lenses, partial mirroring of the taper and also layers to ensure suitable phase shifts, result in additional degrees of freedom for the design of the resonator, so that the device can be optimized for a wide variety of applications.

Claims

1. A method for producing a device with a laser material ( 4 ) suitable for stimulated emission and with a device for decoupling a laser beam ( 6 , 7 ) therefrom, on the basis of which the decoupled laser beam ( 6 , 7 ) at one end ( 3 ) of a Waveguide ( 2 ), in particular a core of an optical fiber, is introduced into an entry surface ( 18 ), in which the laser material ( 4 ) itself mirrors on a side opposite the end ( 3 ) of the waveguide ( 2 ) or a mirror ( 5 ) there is arranged, characterized in that the end ( 3 ) of the waveguide ( 2 ) on the side of the laser material ( 4 ), from which the outcoupled laser beam ( 6 , 7 ) is coupled into the entry surface ( 18 ), thickens and as a resonator mirror is formed, the entrance surface ( 18 ) of the waveguide ( 2 ) at the thickened end ( 3 ) completely detecting the light emerging from the laser except for diffraction losses t, so that this end ( 3 ) with the mirrored side of the laser material ( 4 ) or the mirror ( 5 ) arranged there forms a laser resonator tuned for stimulated emission.

2. The method according to claim 1, characterized in that the entry surface ( 18 ) at the thickened end ( 3 ) of the waveguide ( 2 ) is partially mirrored.

3. Device with a laser material ( 4 ) suitable for stimulated emission and with a device for decoupling a laser beam ( 6 , 7 ) from it, on the basis of which the decoupled laser beam ( 6 , 7 ) at one end ( 3 ) of a waveguide ( 2 ) , in particular a core of an optical fiber, is introduced into an entry surface ( 18 ), in which the laser material ( 4 ) itself mirrors on a side opposite the end ( 3 ) of the waveguide ( 2 ) or a mirror ( 5 ) is arranged there, thereby characterized in that the end ( 3 ) of the waveguide ( 2 ) on the side of the laser material ( 4 ), from which the outcoupled laser beam ( 6 , 7 ) is coupled into the entry surface ( 18 ), is thickened and designed as a resonator mirror, where the entrance surface ( 18 ) of the waveguide ( 2 ) at the thickened end ( 3 ) completely detects the light emerging from the laser except for diffraction losses, so that this end ( 3 ) with the mirrored side of the laser material ( 4 ) or the mirror ( 5 ) arranged there forms a laser resonator tuned for stimulated emission.

4. The device according to claim 3, characterized in that the entry surface ( 18 ) at the thickened end ( 3 ) of the waveguide ( 2 ) is partially mirrored.

5. The device according to claim 4, characterized in that the partial mirroring has a gradient.

6. The device according to claim 5, characterized in that the reflectance of the partial mirroring is maximum in the center and decreases to the periphery of the waveguide ( 2 ).

7. The device according to claim 3 to 6, characterized in that between the waveguide ( 2 ) and the laser material ( 4 ) a layer is provided to phase shifts of the reflected light due to the shape of the thickened end ( 3 ) of the waveguide ( 2 ), into which the light ( 6 , 7 ) emerging from the laser material ( 4 ) is coupled.

8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that the beam product of the light entering the waveguide ( 2 ) within j 10% equal to the product of the numerical aperture of the waveguide ( 2 ) with the diameter of the waveguide at the other End is.

9. Device according to one of claims 3 to 8, characterized in that the thickened end ( 3 ) of the waveguide ( 2 ) with respect to a waveguiding, in particular totally reflecting or reflecting interface ( 12 ), in the form of a rotating body with its axis of rotation in the direction of the waveguide ( 2 ), in particular as a paraboloid, partial spherical surface or stepped in the manner of a Fresnel lens.

10. Device according to one of claims 3 to 9, characterized in that the laser material ( 4 ) with the mirror ( 5 ) provided on the opposite side of the waveguide ( 2 ) is formed as an array ( 20 ) of bars ( 21 ) arranged next to one another and the thickened end ( 3 ) of the waveguide ( 2 ) provided as a laser mirror completely detects the light coming from the array ( 20 ) except for losses due to diffraction and reflection.

11. Device according to one of claims 3 to 10, characterized in that a waveguiding interface ( 12 ) of the waveguide ( 2 ) at the thickened end ( 3 ), in which the light originating from the laser material ( 6 , 7 ) is incident, at least is partially mirrored.

12. Device according to one of claims 3 to 11, characterized in that a lens ( 16 ) between the laser material ( 4 ) and the waveguide ( 2 ) is arranged.

13. Use of one of the devices according to any one of claims 3 to 12 for coupling a laser beam ( 6 , 7 ) into a waveguide ( 2 ) in a video projection system, in which pixels of a video image are imaged by a raster-deflected laser beam ( 6 , 7 ).

14. Use of one of the devices according to one of claims 3 to 12 for pumping a fiber laser, the fiber of which is the waveguide ( 2 ), the laser for pumping with the mirror ( 5 ) and the end ( 3 ) of this waveguide serving as a resonator mirror ( 2 ) and the laser material.