WO1996028867A1 - Solid-body-laser device - Google Patents

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WO1996028867A1
WO1996028867A1 PCT/DE1996/000505 DE9600505W WO9628867A1 WO 1996028867 A1 WO1996028867 A1 WO 1996028867A1 DE 9600505 W DE9600505 W DE 9600505W WO 9628867 A1 WO9628867 A1 WO 9628867A1
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solid
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longitudinal axis
arrangement
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PCT/DE1996/000505
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Adam Dombi
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Las - Laser Analytical Systems Gmbh
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    • H01S3/108Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109Frequency multiplication, e.g. harmonic generation

Definitions

  • the invention relates to a solid-state laser device of the type specified in the preamble of claim 1.
  • Solid-state lasers which contain crystals or glasses as the laser-active medium, belong because of their relatively simple Chen construction and the high achievable pulse power to the most important laser types in practice.
  • thermo lensing are particularly unacceptable in connection with a frequency multiplication (especially doubling) of the laser radiation generated by non-linear effects, because the frequency doubling efficiency and thus the achievable output power with decreasing beam quality at the desired final frequency are strong sinks.
  • the invention is therefore based on the object of creating a solid-state laser device of the type mentioned at the outset, with which a simplified suppression of the uncontrolled "thermal lensing" which can be flexibly adapted to different device configurations is achieved.
  • the invention includes the idea of alternating areas with higher and lower temperatures by targeted local control of efficient heat dissipation from the laser medium and / or local cooling and / or additional heating in the laser body (rod or plate) in the longitudinal direction, ie in the beam travel direction produce.
  • refractive index gradients with different signs are built up alternately in the material.
  • the beam shape of a beam that propagates in the longitudinal direction of the crystal is opposite the beam shape of a beam as it is in the material without thermal effects there were no significant differences because the lensing-related beam deflections or deformations at the individual refractive index gradients essentially cancel each other out over the entire length of the laser body.
  • an arrangement can be provided on at least one peripheral surface of the laser body for highly effective heat dissipation from the laser body to the environment (especially the air), which alternates periodically in the direction of the longitudinal axis of the laser rod Has sections with higher and lower heat transfer resistance.
  • This arrangement can be formed in a simple and inexpensive manner, essentially by at least one metallic heat-conducting body with periodically alternating projections and recesses, in which the projections face the laser body and rest in good thermal contact on the peripheral surface thereof. while the cutouts each form a spacing area with poor thermal contact with the laser body.
  • heat-insulating areas can also be provided between the areas with high thermal conductivity.
  • an active heating and / or cooling device can also be provided on the circumferential surface of the laser body, which is designed such that it periodically alternates areas in the direction of the longitudinal axis of the laser body generated with a higher and lower initial temperature and thus also temperature gradients inside the material.
  • an active, in particular electrically operated, cooling device with cooling elements or areas arranged at intervals in the direction of the longitudinal axis of the laser body can be provided.
  • This can be, for example, a row arrangement of Peltier elements.
  • the alternating T gradients can also be generated by an, in particular electrically operated, additional heating device with heating elements or regions arranged at intervals in the direction of the longitudinal axis of the laser rod - of course in combination with an effective heat dissipation device.
  • a combination of a heating device with a cooling device with alternating contact areas to the laser body is also possible.
  • an electrically operated, combined heating / cooling device with cooling and heating areas arranged alternately in the direction of the longitudinal axis of the laser rod can be provided as a particularly simple, effective and inexpensive arrangement.
  • the special arrangements mentioned can each be arranged individually or in combination - on two mutually opposite side surfaces of the laser body.
  • the laser body is in particular a miniature laser crystal made of Nd- or Yb-doped YAG with a cuboid shape or at least one flat surface facing the heat dissipation body or the cooling and / or heating element.
  • a cuboid crystal the dimensions can be approximately 20x20x5 mm, for example.
  • At least one pump light source is arranged laterally from the laser body (transversely) and radiates into it essentially perpendicular to the direction of the longitudinal axis.
  • a plurality of NIR semiconductor lasers are provided as pump light sources.
  • Optical fibers for guiding the pump light are preferably provided between the light exit surfaces of the laser diodes and the solid-state laser body. This enables a very compact design of the pump unit as a laser diode-optical fiber block.
  • the laser body and the resonator with the arrangement for heat dissipation and / or the heating and / or cooling device are preferably constructed as a coherent compact unit.
  • the laser body per and the resonator advantageously on a - in particular double cascaded - Peltier element arrangement with Al 2 0 3 _ base plate, mounted as a support by means of SMD (surface mounting) technology, especially soldered onto the support or glued on in a heat-conductive manner.
  • the side surfaces of the laser body, on which no pump light is coupled in are metallized for efficient use of the pump light, but are not polished to suppress parasitic modes.
  • the pump light coupled in via the other side surface (s) can be diffusely reflected here several times, but parasitic modes cannot be reflected and amplified.
  • the arrangement can therefore be simplified due to the elimination of a mode diaphragm (which would also disadvantageously block out part of the beam power generated and thus destroy it).
  • the above-mentioned design as a compact unit is particularly advantageous here, with the Frequency doubler crystal is integrated in the coherent compact unit.
  • the end face of the frequency doubler crystal facing away from the laser body can in particular at the same time be designed as a fully reflecting resonator mirror surface and the end face of the laser body facing away from the frequency doubler crystal can be designed as a coupling-out mirror.
  • This arrangement is - although it places high demands on the quality of the surface treatment of the crystal end faces - technologically relatively easy to implement, and the amount of complex adjustment work is minimized.
  • the laser device constructed as a compact assembly expediently has a temperature sensor for detecting the temperature, a control unit connected to its output and a heating and / or cooling device connected to its output for keeping the temperature of the assembly constant in order to avoid changes in geometry caused by temperature fluctuations would lead to a deterioration in the laser parameters.
  • the arrangement according to the invention can expediently be implemented in connection with a pump arrangement with which the laser crystal is illuminated as homogeneously as possible.
  • diffuser elements can be incorporated in the laser crystal on the side surfaces, via which the pump light is coupled in, which act in the manner of the integrating sphere.
  • Optimized operation of such a laser device is possible if a processing device is provided which is connected on the output side to a control input of the heating and / or cooling device and / or the control device for the pumping light source (s) and via which a predetermined temperature profile and / or a predetermined luminance distribution in the direction of the longitudinal axis of the laser body is set or maintained.
  • means for shaping the beam cross section can be provided in the laser resonator, with which an essentially circular cross section can be formed from the beam cross section which is usually not a priori circular in the YAG laser.
  • this can be a so-called mode diaphragm (in which, however, the optimization of the beam cross section is purchased with a loss of output power that can be coupled out), or a suitably shaped refractor element can be used.
  • An even improved frequency or mode characteristic can be achieved by the additional provision of a so-called "seeder”, ie a laser diode with an optical arrangement for the longitudinal coupling of the radiation into the (solid-state) laser body through the rear-view mirror of the resonator. So that Radiation from the solid-state laser, which without such an arrangement has a plurality of modes within a bandwidth of approximately 4.4 GHz, is essentially locked to one mode or frequency (“injection locking").
  • FIG. 1 a shows a schematic diagram (in longitudinal section) of an arrangement of laser body and heat dissipation body in accordance with an embodiment of the invention
  • FIG. 1b shows a basic illustration (in longitudinal section) of an arrangement comprising a laser body and a cooling arrangement according to a further embodiment of the invention
  • FIG. 1 c shows a basic illustration (in longitudinal section) of an arrangement comprising a laser body, additional heating and heat dissipating body according to a further embodiment of the invention
  • FIG. 1d shows a schematic diagram (in longitudinal section) of an arrangement comprising a laser body and a combined heating and cooling arrangement according to a further embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic diagram to explain the “thermal lensing” effect in the prior art
  • FIG. 3a shows a simplified longitudinal sectional illustration of a structural shape of the arrangement according to FIG.
  • FIG. 3b shows a simplified top view of the design according to FIG. 2a
  • FIG. 3c shows a simplified cross-sectional illustration of the design according to FIG. 2a
  • FIG. 4 shows a simplified overall perspective view of a solid-state laser device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 4a shows a detailed illustration of a modification of the device shown in FIG. 4,
  • FIG. 5 shows a simplified overall perspective view of a solid-state laser device according to a further embodiment of the invention (with frequency doubling),
  • FIG. 5a shows a detailed illustration of a modification of the device shown in FIG. 5,
  • FIG. 6 shows a basic illustration of a modification of the embodiments shown in FIG. 4 or FIG. 5,
  • FIG. 7 shows a simplified block diagram of a measuring and control circuit for a solid-state laser device according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 8 shows a graphic illustration to illustrate an advantageous effect of the device according to the invention.
  • FIG. 1 a shows a basic illustration (in the longitudinal section) of an Nd-doped YAG laser crystal 1 which is rectangular in the longitudinal section, each with a metal body 2 and 3 arranged on the upper side la and the lower side 1 b - shown only in part in the figure made of solid aluminum for heat dissipation from the laser crystal to the surrounding atmosphere.
  • the heat dissipation bodies 2, 3 of the same construction each have a profiled surface in the laser crystal surfaces la or lb facing the surface with slots 2a or 3a which are rectangular in cross section, between which regions 2b and 3b of the heat dissipation bodies 2 which are in contact with the laser crystal or 3 are arranged.
  • the contact areas 2a *, 3a 'of the slits 2a, 3a there is no physical contact and thus there is a greatly reduced heat conduction between the laser crystal and the compared to the contact areas 2b', 3b 'of the projecting sections 2b, 3b with the laser crystal 1 Heat dissipation bodies 2, 3.
  • a laser beam (bundle) with a wavelength in a known manner above a threshold power when pump light is irradiated - for example from InAlAs semiconductor laser diodes arranged laterally (not shown in this figure) in the figure from 1064 nm.
  • the irradiated pump light heats the laser crystal 1 above the ambient temperature, so that heat is dissipated to the environment via the upper and lower side surfaces 1 a, 1 b and the heat dissipation bodies 2, 3 adjacent to them.
  • the heat dissipation bodies are modulated in the direction of the longitudinal axis A of the laser crystal 1 in accordance with the geometric shape of the surfaces Dissipation of heat energy.
  • a temperature field of the shape shown in dashed lines in the figure is formed in the laser crystal 1, which is characterized by a periodicity of isotherms 1 ⁇ , I 2 , I 3 which are approximately elliptical in cross section in the direction of the longitudinal axis A.
  • the refractive indices periodically alternate deflections of the beam in alternating directions with respect to the longitudinal axis A, so that with a corresponding shape of the refractive index field within the laser crystal 1 on the end faces 1c, 1d, a beam orientation parallel to the longitudinal axis A results. If one considers the axially offset beams in their entirety, this leads to the formation of a beam bundle with a high degree of parallelism and phase coherence and an advantageously almost ideal Gaussian energy distribution in the beam cross section.
  • the specified arrangement thus suppresses the disadvantageous effect of "thermal lensing" in conventional solid-state laser arrangements, as is sketched in FIG. 2.
  • Fig. 2 shows a laser crystal 1 ! with conventional, along the side surfaces la ', lb' essentially uniform heat dissipation and the course of the central jet R m ⁇ and an off-axis jet R Q 'of isotherms I I' ' I 2 1 ' - ⁇ 3 '' which also here Areas R ', R', R 3 'correspond to the same refractive index.
  • the schematically illustrated beam course illustrates the deviation of the course of the off-axis beam from the direction of the longitudinal axis A "of the laser crystal as a result of the uncontrolled thermal lens, which is also associated with phase shifts and thus a deterioration in the coherence of the laser radiation.
  • FIG. 1b shows (again in longitudinal section) a schematic diagram of a further arrangement made of a laser crystal l and a cooling arrangement, which is formed here from a row of Peltier elements 6.1 to 6.4 or 6.5 to 6.8 arranged at predetermined intervals above and below the laser crystal.
  • the Peltier elements cool the laser crystal at the contact surfaces with its upper or lower side surface la or lb, so basically they functionally take the place of the projections of the heat dissipation bodies 2, 3 facing the laser crystal in FIG.
  • the resulting temperature field and thus the spatial distribution of the refractive index also correspond to the conditions in FIG.
  • the cooling elements 6.1 to 6.8 are controlled separately, if necessary, by means of a suitable choice of the voltages of the individual cooling elements, a more differentiated and, above all, time-dependent control of the shape of the T field can be achieved and thus the beam path of the off-axis laser beam R 0 .
  • This advantage also has the arrangement shown in FIG. 1c - again as a basic illustration in longitudinal section - of laser body 1, heat dissipation bodies 2 'and 3' and one Additional heating from five in the heat dissipation body 2 'and five in the heat dissipation body 3' arranged electrical heating elements 7.1 to 7.10 according to a further embodiment, as far as the heating elements can be controlled individually.
  • the surface of the heat dissipation bodies 2 'and 3' is not profiled on the side facing the laser crystal, but can be completely flat, the heating elements being able to be inserted from the side facing away from the laser crystal.
  • FIG. 1d shows a further basic illustration of an arrangement comprising a laser body 1 and a combined heating and cooling arrangement each consisting of four cooling elements 6.1 to 6.4 or 6.5 to 6.8 and five heating elements 7.1 to 7.5 or 7.6 to 7.10 in an upper or one lower heat sink 2 "or 3".
  • the thermal conditions in the laser crystal resulting from the use of the cooling and heating elements correspond to those in the arrangement according to FIG.
  • the active elements can also be controlled in groups or all together - operated in series, for example. This simplifies the control and reduces the manufacturing costs, but reduces the possible variations in the formation of the refractive index field in the laser crystal.
  • FIG. 3a shows a simplified longitudinal sectional illustration of a technologically advantageously realizable type of construction of the basic arrangement according to FIG. La
  • FIG. 3b a simplified top view
  • FIG. 3c a simplified cross-sectional illustration (perpendicular to the longitudinal axis of the laser crystal) of this type.
  • An aluminum oxide substrate 10 with surface metallization (in-plating) 10a serves as a carrier, on which a lower rer (passive) heat sink 11 and an upper (passive) heat sink 12, each made of solid copper, are soldered.
  • the heat sinks 11, 12 enclose between them the flat cuboidal Nd: YAG or YbrYAG laser crystal 1 ".
  • the surfaces of the heat sinks 11, 12 facing the laser crystal are, in the manner explained above, also in the longitudinal axis direction of the crystal (x direction ) profiled slots 11a and 12a and projections 11b and 12b which extend perpendicularly to it (in the y direction) and protrusions 11b and 12b on each surface
  • the slots 12a of the upper heat sink 12 have a smaller depth here than that of the lower heat sink 11.
  • the resonator mirrors are not attached to the end faces of the laser crystal 1 ", but it is assumed that there are externally arranged mirrors (not shown in these figures). Accordingly, both end faces of the laser crystal penetrating axis-offset beam R 0 "is shown, which enters and exits through special openings 12d and 12e of the upper heat sink 12.
  • the upper and lower peripheral surfaces la “and lb" of the laser crystal 1 " are not polished, but are provided with a reflective metallization la / M" or lb / M ".
  • the ends of the optical fibers facing the laser crystal 1 "are also two lateral ones
  • the dimensions of the YAG crystal 1 are approximately (L / W / H) 5/4 / 0.5 mm, those of the lower heat sink 11 are approximately 7/5 / 1.5 mm and those of the upper heat sink 12 (in the bent state) approx. 13/6 / 1.5 mm and the slot widths in the heat sinks approx. 0.5 mm.
  • FIG. 4 shows a simplified overall perspective view of a solid-state laser device in which the cooling arrangement in the design according to FIGS. 3a to 3c is implemented.
  • the reference numerals used in these figures for the parts shown there are also used in FIG. 4 and these elements are not described again here.
  • This figure also shows a rear, fully reflecting resonator mirror 17 and a front, semi-reflecting render resonator mirror 18 shown. Both mirrors are soldered to the local metallization 10a 1 of the carrier 10 'via connecting surfaces ("pads” or “legs”) 17a, 17b or 18a, 18b which are angled twice and are bendable for adjustment. Furthermore, between the mirrors 17, 18 and the laser crystal 1 ", an element 19 or 20 is provided for beam shaping (z-axis expansion) of the generated laser beam and for reducing transverse modes of higher order, with which a circular beam cross These optical elements are also soldered onto metallization areas of the carrier 10 '.
  • the carrier 10 ' is made of three Al 2 O 3 carrier plates 10.1' by a double cascaded cooling arrangement. 10.2 'and 10.3' and an intermediate array 10.4 'and 10.5' of Peltier elements. Such an arrangement is geometrically highly stable in the event of changing ambient temperatures or changing energy input, since the cascading of the Peltier arrangements achieves an automatic compensation of temperature gradients.
  • a temperature sensor 21 is arranged on the surface of the upper plate 10.1 ', by means of which the temperature of the laser device is sensed and with the aid of which this can be additionally regulated by suitable control of the Peltier elements.
  • the laser crystal 1 "' has, in addition to the base and top surface coating lb / M"' or la / M “', for further homogenization of the pump light distribution in the interior of the crystal on the long side surfaces lc"' or ld "', which face the optical fiber groups 14 and 13 and are parallel to the direction of the laser beam R, each have approximately hemispherical depressions lc / S"' or ld / S "'with respect to the ends of the optical fibers.
  • depressions act as scattering surfaces with respect to the pumping light beam bundles emerging from the ends of the adjacent optical fibers to adjust the refractive index ("index matching gel"), into which the ends of the optical fibers 14 and 13 are immersed.
  • FIG. 5 shows a (again simplified) overall perspective view of a further solid-state laser device according to an embodiment of the invention, with which the frequency of the laser beam generated is additionally doubled.
  • the design and arrangement of the laser crystal is the same as in the device described above, so that the same reference numbers are used in this regard.
  • An essential difference consists in the structure of the pump arrangement, which here is formed with two compact assemblies 22, 23 from an integrated laser diode arrangement with beam focusing. (Such an arrangement is in the The earlier application of the inventor mentioned at the beginning is described in more detail and is incorporated by reference into the subject matter of the present application. )
  • the radiation from the laser diodes, which are lined up in rows, is bundled into a focal point by the elements for beam focusing; however, the laser crystal 1 "is placed outside the focal length of the pump arrangements 22, 23, so that the pump light radiation is approximately linear over the length of the crystal.
  • a further essential difference from the laser device according to FIG. 4 is the presence of a KTP (potassium titanyl phosphate) frequency doubler crystal 24, which is arranged beyond the rear element 20 (in the figure on the right) for beam shaping with respect to the laser crystal.
  • the frequency doubler 24 is also soldered onto the upper carrier plate 10.1 'via bendable connection surfaces 24a, 24b, via which an initial adjustment of the position relative to the other optical components is possible.
  • Its end face 24c facing away from the laser crystal has a convex shape with a geometry which is very precisely adapted to the special laser arrangement and has a mirror coating 25, so that it also acts as a rear resonator mirror.
  • the front resonator mirror is formed here by a partially reflecting mirror coating 26 of the front end face of the laser crystal 1 ′′.
  • FIG. 5a is a detailed illustration of a configuration of the laser crystal which is particularly advantageous with regard to the use of the pump radiation in the arrangement according to FIG. 5, only the details which differ from FIGS. 3a to 3c or FIG. 5 being explained below.
  • the laser crystal 1 "" has a further homogenization of the pump light distribution inside the crystal on the long side faces 1c “" and 1d "", which face the laser diode blocks 22 and 23 (see FIG. 5), each have an approximately semi-cylindrical groove lc / N "" or ld / N "".
  • These depressions worked into the laser medium act - analogously to the hemispherical depressions according to FIG. 4 - with regard to the pump light beam bundles (focused outside the side surfaces of the laser crystal 1 "") according to the principle of the integrating sphere as scattering surfaces.
  • a device with a frequency doubler can also Having one or two separate resonator mirrors, or in the case of a device without frequency doubling, at least one of the resonator mirrors can be formed on an end face of the laser crystal.
  • Both the laser crystal and the frequency doubler can also be made from another material known for the respective purpose: Nd- or Yb-doped glass can be used as the laser material and KDP (potassium diphosphate) or lithium niobate for the frequency doubler be used.
  • a simple Peltier element arrangement or, if necessary, also simply a good heat-conducting support plate can also be used as the support - to increase the cooling effect also with ribbing or possibly. with liquid cooling - serve.
  • the components can be fixed on the carrier, for example, using a heat-conducting adhesive.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a further modification of the embodiments of a solid-state laser device explained above, with which a narrowing of the spectral bandwidth and a unification of the phase position of the laser beam generated can be achieved.
  • the solid-state laser body with a laser wavelength of 1064 nm, designated YAG in this figure, is assigned two resonator mirrors ML1 and ML2 in the usual way.
  • the front, semitransparent mirror ML2 is formed on the convex end face facing away from the solid-state laser body YAG of an intracavitary frequency doubler crystal, referred to here as KTP, the rear mirror ML1 separately.
  • R1 and r2 denote the mirror radii of the resonator mirror, r3 the radius of the front KTP end face.
  • rl is in the range of 10 cm
  • r2 and r3 are in the order of a few mm.
  • the presence of an antireflective coating and "HR ! of a highly reflective coating for a specific wavelength is identified on the mirror or end faces by "AR !.
  • a collimator lens COL2 is shown extracavitary (in the figure to the left of the front mirror ML2). Other optical elements and the pump arrangement are omitted here for the sake of simplicity.
  • the adjustment after the adjustment is carried out in the manner described above, for example by T-control of the frequency doubler, which is illustrated in the figure by an arrow with the reference symbol TC.
  • An InGaAs laser diode LAD is arranged to the side of the solid-state laser arrangement and likewise emits at a wavelength of 1064 nm with an output power of approximately 50 mW.
  • this narrow-band radiation effects a frequency and phase locking ("injection locking") of the radiation emitted by the solid-state laser YAG to the radiation of the semiconductor laser LAD, the so-called "seeder".
  • injection locking phase locking
  • the frequency can be tuned even better, and for the simultaneous tuning of the effective resonator length and phase length of the seeder, in particular a single (not shown) piezomotor-longi-tudinally displaceable plane-parallel quartz plate can be inserted into the beam path Seeder and laser radiation are penetrated obliquely at a small angle.
  • FIG. 7 is a simplified block diagram of an electrical-thermal measuring and control circuit 100 for a solid-state laser device according to an embodiment of the invention for controlling the beam parameters.
  • This circuit - to be understood in the sense of an example for a large number of possible control circuits - is particularly suitable for temporary use with the laser arrangement, for example for initial adjustment or readjustment after prolonged operation.
  • the starting point is a cooling arrangement for the laser crystal according to FIG. 1b with four individually controllable pelletizing elements 6.1 to 6.4 above the laser crystal 1 and four likewise individually controllable Peltier elements 6.5 to 6.8 below the crystal.
  • the measuring and control circuit 100 comprises a flat optical sensor arrangement in the form of a CCD matrix 101, which is arranged opposite the front light exit surface of the laser 1 in such a way that an image of the laser beam is generated on it when the laser is in operation.
  • the number of image recording elements in the matrix is selected in accordance with the quality requirements for the laser beam.
  • the output of the CCD matrix 101 is connected to the input of a preprocessing unit 102 for interference suppression and signal level adjustment. Its output is connected to an input of a comparator unit 103, the other input of which is connected to the data output of a sample image memory 104, in which at least one predetermined laser beam cross section is stored, which is to be used as a basis for the control or setting of the laser device .
  • the comparator unit 103 the real beam cross-section recorded by the CCD matrix 101 is compared with the pattern beam cross-section and a signal sequence which characterizes the comparison result is provided at the output. Processing width and speed of the units 102 and 103 and the storage capacity of the memory 104 are selected in accordance with the number of image recording elements of the CCD matrix 101.
  • the signals specifying the result of the beam comparison are fed to the data input of a processing unit 105, which is formed, for example, by a microprocessor and is connected to the output of the comparator unit 103, and which furthermore has a data memory (RAM) 106 and a program memory in the usual way (such as an EPROM) 107.
  • the processing unit can optionally - which is shown by dashed lines - also be connected to the output of a temperature sensor (according to the figure of the sensor 21 from FIG. 4 or 5), so that the temperature of the laser arrangement also enters into the control of the cooling arrangement.
  • a set of control data for the voltage supply of the individual Peltier elements is calculated by calling up a program and pre-stored data for correcting the T field in the laser crystal 1 by changing the operating voltage of the Peltier elements 6.1 to 6.8 - Power supply unit 108 is supplied for the cooling elements and causes a corresponding setting of the operating voltages and thus the cooling capacities of the Peltier elements. This leads to a shape of the T-field in the laser crystal with which the desired laser beam parameters are achieved.
  • the setting of the voltage supply unit can be locked after the setting process has ended.
  • the processing program for the measured beam data can be an iterative program, the changed beam parameters being continuously detected during the setting and a subsequent iteration step can be used as a basis.
  • a fuzzy logic algorithm is particularly suitable for this.
  • the components mentioned are each further connected to a display and input unit 109, for example the screen and keyboard of a conventional PC.
  • a basically completely analog circuit can be used to control or set an active heating arrangement according to FIG. 1c or a combined cooling and heating arrangement according to FIG. 1d. Furthermore, in a similar manner, as an alternative or in addition to the control of the temperature field, the luminance distribution of the pump light in the solid-state laser can be controlled via the separate control of several pump light sources.
  • FIG. 8 shows a graphic representation to illustrate an advantageous effect of the device according to the invention.
  • the laser output power P o t as a function of the pump power P j _ n is shown in a logarithmic representation using typical curve profiles.
  • the dashed line shows a curve profile for a Yb-YAG laser device according to the prior art, while the solid curve shows the Characteristic curve of a device constructed according to an embodiment of the invention. It can be seen that in the latter case, both the increase in the linear region (“slope”) and the achievable maximum output power (based on the threshold power) are significantly higher.
  • the embodiment of the invention is not limited to the preferred embodiment described above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.

Abstract

A solid-body laser device with a substantially rod or plate-shaped laser body (1) with a longitudinal axis (A), a resonator (4, 5) fitted axially parallel to the longitudinal axis of the laser body and a pump light source to excite the laser body, in which means (2, 3) for setting a predetermined temperature profile along the longitudinal axis are allocated to the laser body in such a way that, when the device is operating, there are periodically alternating regions of higher and lower laser body temperature.

Description

Festkörperlaservorrichtung Solid state laser device
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung betrifft eine Festkörperlaservorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a solid-state laser device of the type specified in the preamble of claim 1.
Festkörperlaser, die als laseraktives Medium Kristalle oder Gläser enthalten, gehören wegen ihres relativ einfa- chen Aufbaus und der hohen erzielbaren Impulsleistung zu den in der Praxis wichtigsten Lasertypen.Solid-state lasers, which contain crystals or glasses as the laser-active medium, belong because of their relatively simple Chen construction and the high achievable pulse power to the most important laser types in practice.
Sie werden mit Lampen verschiedener Gasfüllung und Bauart, Leuchtdioden oder mit Lasern - etwa Halbleiterlasern - ge¬ pumpt, wobei die Pumplichtquelle so zu wählen ist, daß der Hauptanteil der emittierten Strahlung im Spektralbereich der Absorptionsbanden des Lasermediums liegt. Aus diesem Grund kann der Einsatz von im nahen Infrarot (NIR) emit- tierenden, durch entsprechende Dotierung exakt auf die Haupt-Absorptionsbanden abstimmbaren, Halbleiterlasern zum Pumpen von YAG( ttrium-Aluminium-Granat)-Festkörperlasern aus energetischer Sicht sehr effizient sein. Hiermit wird eine Pumplichtausnutzung (ausgedrückt durch die sogenannte "slope efficiency" - vgl. dazu die Ausführungen weiter un¬ ten) von 70 bis weit über 90% erreicht. Diese Pumplicht¬ quellen finden daher in den sogenannten DPSS(Diode Pumped Solid-State)-Laseranordnungen zunehmende Verbreitung.They are pumped with lamps of different gas fillings and designs, light-emitting diodes or with lasers - for example semiconductor lasers - the pumping light source being chosen so that the main part of the emitted radiation lies in the spectral range of the absorption bands of the laser medium. For this reason, the use of near-infrared (NIR) -emitting semiconductor lasers for pumping YAG (ttrium aluminum garnet) solid-state lasers, which can be precisely matched to the main absorption bands, can be very efficient from an energy point of view. In this way, a pump light utilization (expressed by the so-called "slope efficiency" - cf. the explanations further below) of 70 to well over 90% is achieved. These pump light sources are therefore becoming increasingly widespread in the so-called DPSS (diode pumped solid-state) laser arrangements.
Der zunehmende Einsatz und die künftig zu erwartenden aus- gezeichnenten Marktchancen des miniaturisierten DPSS-YAG- Lasers resultieren auch aus der Möglichkeit, damit bei einfachem Aufbau hohe Leistungen im Impulsbetrieb bei ho¬ her Folgefrequenz wie auch im kontinuierlichen Betrieb und ein nahezu ideal Gauß'sches Strahlprofil zu erreichen.The increasing use and the excellent market prospects to be expected in the future of the miniaturized DPSS-YAG laser also result from the possibility, with simple construction, of high performance in pulse operation with a high repetition frequency as well as in continuous operation and an almost ideal Gaussian To achieve beam profile.
Hier tritt jedoch mit dem sogenannten "thermal lensing", der unkontrollierten Bildung von linsenartig wirkender Brechzahlgradienten-Bereichen und ggfs. (bei infolge hoher volumenspezifischer Pumpleistung) auch von doppelbrechen¬ den Bereichen im Laserkörper ein ernstes Problem auf, das zu einer unkontrollierten Brechung des Laserstrahls und damit zu einer starken Verschlechterung der Strahlqualität führt.Here, however, a serious problem arises with the so-called "thermal lensing", the uncontrolled formation of lens-like refractive index gradient areas and possibly (in the case of high volume-specific pumping power) also birefringent areas in the laser body leads to an uncontrolled refraction of the laser beam and thus to a severe deterioration in the beam quality.
Die Auswirkungen des "thermal lensing" sind insbesondere im Zusammenhang mit einer Frequenzvervielfachung (speziell -Verdopplung) der erzeugten Laserstrahlung durch nichtli¬ neare Effekte nicht hinnehmbar, weil die Frequenzverdopp¬ lungseffizienz und damit die erzielbare Ausgangsleistung mit abnehmender Strahlqualität bei der gewünschten Endfre¬ quenz stark absinkt.The effects of "thermal lensing" are particularly unacceptable in connection with a frequency multiplication (especially doubling) of the laser radiation generated by non-linear effects, because the frequency doubling efficiency and thus the achievable output power with decreasing beam quality at the desired final frequency are strong sinks.
Es wurde versucht, durch Einsatz von Laserkristallen mit trapezförmiger Längsschnittgestalt (sogenannter Slab- Geometrie), bei denen der Strahl nicht geradlinig längs einer Kristall-Längsachse, sondern nach Eintritt in den Kristall unter dem Brewster-Winkel zickzackartig in einer Ebene zwischen zwei gegenüberliegenden ümfangsflächen ver¬ läuft, den störenden Einfluß des "thermal lensing" zu kom- pensieren. Eine Weiterentwicklung dieses Prinzips ist in EP 0 301 526 Bl beschrieben, wonach sich der Strahl im Kristall schraubenartig unter jeweils sequentieller Refle¬ xion an allen ümfangsflächen ausbreitet. Die Bearbeitung der Kristalle ist hierbei jedoch sehr aufwendig, der Kompensationseffekt hat sich als unbefriedigend erwiesen und die Laserschwelle erhöht sich merklich.Attempts have been made to use laser crystals with a trapezoidal longitudinal section (so-called slab geometry), in which the beam does not verge straight along a crystal longitudinal axis, but after entering the crystal at a Brewster angle zigzag in a plane between two opposite circumferential surfaces ¬ runs to compensate for the disturbing influence of "thermal lensing". A further development of this principle is described in EP 0 301 526 B1, according to which the beam propagates helically in the crystal with sequential reflection in each case on all circumferential surfaces. However, the processing of the crystals is very complex, the compensation effect has proven unsatisfactory and the laser threshold increases noticeably.
In der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Az.In the unpublished German patent application Az.
P 44 02 688.4 hat der Erfinder der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen, bei einem transversal gepumpten DPSS-Laser das Pumplicht in Richtung der Längsachse eines stabförmi- gen Laserkristalls in seiner Intensität zu modulieren, wo¬ durch abwechselnd angeordnete Bereiche mit hoher und mit niedriger Energiedichte im Kristall erzeugt werden sollen. Dieses Vorgehen ist bei front-end-gepumpten Anordnungen nicht durchführbar und erfordert zur zuverlässigen Reali¬ sierung über längere Betriebsdauer (während derer mit Pa¬ rameteränderungen oder auch Ausfällen von Pumplichtquellen gerechnet werden muß) eine aufwendige Ansteuer- und Kon¬ trollelektronik.P 44 02 688.4, the inventor of the present application proposed that, in the case of a transversely pumped DPSS laser, the pumping light in the direction of the longitudinal axis of a rod-shaped to modulate the intensity of the laser crystal, whereby alternately arranged regions with high and low energy density are to be produced in the crystal. This procedure is not feasible in the case of front-end pumped arrangements and requires complex control and control electronics for reliable implementation over a longer operating period (during which parameter changes or failures of pump light sources must be expected).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fest¬ körperlaservorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der eine vereinfachte und flexibel auf ver¬ schiedene Vorrichtungs-Konfigurationen anpaßbare Unter- drückung des unkontrollierten "thermal lensing" erreicht wird.The invention is therefore based on the object of creating a solid-state laser device of the type mentioned at the outset, with which a simplified suppression of the uncontrolled "thermal lensing" which can be flexibly adapted to different device configurations is achieved.
Diese Aufgabe wird durch eine Festkörperlaservorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a solid-state laser device with the features of claim 1.
Die Erfindung schließt den Gedanken ein, durch gezielte lokale Steuerung einer effizienten Wärmeableitung aus dem Lasermedium und/oder lokale Kühlung und/oder Zusatzheizung im Laserkörper (Stab bzw. Platte) in Längsrichtung, d.h. in Strahllaufrichtung, abwechselnd Bereiche mit höherer und mit niedrigerer Temperatur zu erzeugen. Dadurch werden in dem Material alternierend Brechzahlgradienten mit un¬ terschiedlichem Vorzeichen aufgebaut. Nach deren Durchlau¬ fen weist die Strahlform eines sich in Längsrichtung des Kristalls ausbreitenden Strahls gegenüber der Strahlform eines Strahls, wie er ohne thermische Effekte im Material vorläge, keine wesentichen Unterschiede auf, weil die "lensing"-bedingten Strahlablenkungen bzw. -Verformungen an den einzelnen Brechzahlgradienten sich über die Gesamt¬ länge des Laserkörpers im wesentlichen aufheben.The invention includes the idea of alternating areas with higher and lower temperatures by targeted local control of efficient heat dissipation from the laser medium and / or local cooling and / or additional heating in the laser body (rod or plate) in the longitudinal direction, ie in the beam travel direction produce. As a result, refractive index gradients with different signs are built up alternately in the material. After passing through it, the beam shape of a beam that propagates in the longitudinal direction of the crystal is opposite the beam shape of a beam as it is in the material without thermal effects there were no significant differences because the lensing-related beam deflections or deformations at the individual refractive index gradients essentially cancel each other out over the entire length of the laser body.
Dieser Gedanke hat vielgestaltige Ausprägungsmöglichkeiten in speziellen Festkörperlaser-Konfigurationen, auch über den transveral gepumpten miniaturisierten DPSS-Laser hin¬ aus.This idea has many possible forms in special solid-state laser configurations, also beyond the transverally pumped miniaturized DPSS laser.
Als Mittel zur Einstellung eines vorbestimmten Temperatur¬ profils kann zum einen eine an mindestens einer Umfangs- fläche des Laserkörpers vorgesehene Anordnung zur hoch¬ wirksamen Wärmeableitung vom Laserkörper an die Umgebung (speziell die Luft) vorgesehen sein, die in Richtung der Längsachse des Laserstabes periodisch abwechselnd Ab¬ schnitte mit höherem und niedrigerem Wärmeübergangswider¬ stand aufweist.As a means for setting a predetermined temperature profile, an arrangement can be provided on at least one peripheral surface of the laser body for highly effective heat dissipation from the laser body to the environment (especially the air), which alternates periodically in the direction of the longitudinal axis of the laser rod Has sections with higher and lower heat transfer resistance.
Diese Anordnung kann auf einfache und kostengünstig her¬ stellbare Weise im wesentlichen durch mindestens einen me¬ tallischen Wärmeleitkörper mit sich periodisch abwechseln¬ den Vorsprüngen und Aussparungen gebildet sein, bei dem die Vorsprünge dem Laserkörper zugewandt sind und in gutem thermischen Kontakt an dessen Umfangsflache anliegen, wäh¬ rend die Aussparungen jeweils einen Abstandsbereich mit schlechtem thermischen Kontakt zum Laserkörper bilden. An¬ stelle der Abstandsbereiche können zwischen den Bereichen mit hoher Wärmeleitfähigkeit auch wärmeisolierende Berei- ehe vorgesehen sein. Anstelle einer speziell gestalteten Wärmableitanordnung oder zusätzlich zu dieser kann weiterhin eine an der U - fangsfläche des Laserkörpers angeordnete aktive Heiz- und/oder Kühlvorrichtung vorgesehen sein, die so ausge- führt ist, daß sie in Richtung der Längsachse des Laser¬ körpers periodisch abwechselnd Bereiche mit höherer und niedrigerer U fangstemperatur und damit auch Temperatur¬ gradienten im Inneren des Materials erzeugt.This arrangement can be formed in a simple and inexpensive manner, essentially by at least one metallic heat-conducting body with periodically alternating projections and recesses, in which the projections face the laser body and rest in good thermal contact on the peripheral surface thereof. while the cutouts each form a spacing area with poor thermal contact with the laser body. Instead of the spacing areas, heat-insulating areas can also be provided between the areas with high thermal conductivity. Instead of a specially designed heat dissipation arrangement or in addition to this, an active heating and / or cooling device can also be provided on the circumferential surface of the laser body, which is designed such that it periodically alternates areas in the direction of the longitudinal axis of the laser body generated with a higher and lower initial temperature and thus also temperature gradients inside the material.
Hierfür kann einerseits eine aktive, insbesondere elek¬ trisch betriebene, Kühlvorrichtung mit in Richtung der Längsachse des Laserkörpers in Abständen angeordneten Kühl¬ elementen oder -bereichen vorgesehen sein. Dies kann etwa eine Zeilenanordnung von Peltierelementen sein.For this purpose, on the one hand, an active, in particular electrically operated, cooling device with cooling elements or areas arranged at intervals in the direction of the longitudinal axis of the laser body can be provided. This can be, for example, a row arrangement of Peltier elements.
Andererseits können die alternierenden T-Gradienten auch durch eine, insbesondere elektrisch betriebene, Zusatz- Heizvorrichtung mit in Richtung der Längsachse des Laser¬ stabes in Abständen angeordneten Heizelementen oder -bereichen erzeugt werden - natürlich im Kombination mit einer wirksamen Wärmeableitvorrichtung.On the other hand, the alternating T gradients can also be generated by an, in particular electrically operated, additional heating device with heating elements or regions arranged at intervals in the direction of the longitudinal axis of the laser rod - of course in combination with an effective heat dissipation device.
Auch eine Kombination einer Heiz- mit einer Kühlvorrich¬ tung mit alternierend angeordneten Kontaktbereichen zum Laserkörper ist möglich.A combination of a heating device with a cooling device with alternating contact areas to the laser body is also possible.
Schließlich kann als besonders einfache, wirkungsvolle und kostengünstig verfügbare Anordnung eine elektrisch betrie¬ bene, nach dem Peltier-Effekt arbeitende, kombinierte Heiz-/Kühlvorrichtung mit in Richtung der Längsachse des Laserstabes abwechselnd angeordneten Kühl-und Heizberei¬ chen vorgesehen sein. Die genannten speziellen Anordnungen können jeweils einzeln oder in Kombination - an zwei einander gegenüber¬ liegenden Seitenflächen des Laserkörpers angeordnet sein.Finally, an electrically operated, combined heating / cooling device with cooling and heating areas arranged alternately in the direction of the longitudinal axis of the laser rod can be provided as a particularly simple, effective and inexpensive arrangement. The special arrangements mentioned can each be arranged individually or in combination - on two mutually opposite side surfaces of the laser body.
Der Laserkörper ist insbesondere ein Miniatur-Laserkri¬ stall aus Nd- oder Yb-dotiertem YAG mit quaderförmiger Ge¬ stalt oder mindestens einer dem Wärmeableitkörper bzw. dem Kühl- und/oder Heizelement zugewandten ebenen Fläche. Bei einem quaderförmiger Kristall können die Abmessungen bei- spielsweise ca. 20x20x5 mm sein.The laser body is in particular a miniature laser crystal made of Nd- or Yb-doped YAG with a cuboid shape or at least one flat surface facing the heat dissipation body or the cooling and / or heating element. In the case of a cuboid crystal, the dimensions can be approximately 20x20x5 mm, for example.
In einer - praktisch bevorzugten - transversal gepumpten Anordnung ist mindestens eine seitlich vom Laserkörper (transversal) angeordnete Pumplichtquelle vorgesehen, die im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Längsachse in diesen einstrahlt. Vorzugsweise sind aber mehrere, insbe¬ sondere beidseitig des Laserkörpers, angeordnete NIR- Halbleiterlaser als Pumplichtquellen vorgesehen. Zwischen den Lichtaustrittsflächen der Laserdioden und dem Festkör- perlaserkörper sind bevorzugt Lichtleitfasern zur Führung des Pumplichtes vorgesehen. Dadurch ist eine sehr kompakte Ausbildung der Pumpeinheit als Laserdioden-Lichtleitfaser- Block möglich.In a - practically preferred - transversely pumped arrangement, at least one pump light source is arranged laterally from the laser body (transversely) and radiates into it essentially perpendicular to the direction of the longitudinal axis. Preferably, however, a plurality of NIR semiconductor lasers, in particular on both sides of the laser body, are provided as pump light sources. Optical fibers for guiding the pump light are preferably provided between the light exit surfaces of the laser diodes and the solid-state laser body. This enables a very compact design of the pump unit as a laser diode-optical fiber block.
Zur Realisierung einer kompakten und gleichzeitig geome¬ trisch hochstabilen Laservorrichtung und zur technologi¬ schen Vereinfachung sind vorzugsweise mindestens der La¬ serkörper und der Resonator mit der Anordnung zur Wärme¬ ableitung und/oder der Heiz- und/oder Kühlvorrichtung als zusammenhängende kompakte Einheit aufgebaut. Unter Verwen¬ dung kommerziell verfügbarer Kühlarrays sind der Laserkör- per und der Resonator vorteilhaft auf einer - insbesondere zweifach kaskadierten - Peltierelementanordnung mit Al203_ Grundplatte, als Träger mittels der SMD(Oberflächenmon¬ tage)-Technologie montiert, speziell auf den Träger aufge- lötet oder wärmeleitfähig aufgeklebt.In order to realize a compact and at the same time geometrically highly stable laser device and for technological simplification, at least the laser body and the resonator with the arrangement for heat dissipation and / or the heating and / or cooling device are preferably constructed as a coherent compact unit. Using commercially available cooling arrays, the laser body per and the resonator advantageously on a - in particular double cascaded - Peltier element arrangement with Al 2 0 3 _ base plate, mounted as a support by means of SMD (surface mounting) technology, especially soldered onto the support or glued on in a heat-conductive manner.
Die Seitenflächen des Laserkörpers, an denen kein Pump¬ licht eingekoppelt wird, sind zur effizienten Ausnutzung des Pumplichtes metallisiert, zur Unterdrückung parasitä- rer Moden jedoch nicht poliert. Das über die andere(n) Seitenfläche(n) eingekoppelte Pumplicht kann hier mehrfach diffus reflektiert werden, parasitäre Moden können jedoch nicht reflektiert und verstärkt werden. Die Anordnung kann daher durch den Fortfall einer Modenblende (die zudem in nachteiliger Weise einen Teil der erzeugten Strahllei¬ stung ausblenden und damit vernichten würde) vereinfacht gestaltet sein.The side surfaces of the laser body, on which no pump light is coupled in, are metallized for efficient use of the pump light, but are not polished to suppress parasitic modes. The pump light coupled in via the other side surface (s) can be diffusely reflected here several times, but parasitic modes cannot be reflected and amplified. The arrangement can therefore be simplified due to the elimination of a mode diaphragm (which would also disadvantageously block out part of the beam power generated and thus destroy it).
Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders vorteilhaft für Festkörperlaservorrichtungen mit Frequenzverviel¬ fachung, speziell -Verdopplung, einsetzbar, bei denen zu¬ sätzlich in der Laserkavität (d.h. zwischen den Resonator¬ spiegeln) ein Frequenzvervielfacherelement, insbesondere ein Frequenzverdopplerkristall (KDP = Kaliumdiposphat, KTP = Kaliumtitanylphosphat, Lithiumniobat o.a.) mit nichtlin¬ earen optischen Eigenschaften, vorgesehen ist.The arrangement according to the invention can be used particularly advantageously for solid-state laser devices with frequency multiplication, in particular doubling, in which a frequency multiplier element, in particular a frequency doubler crystal (KDP = potassium diposphate, KTP = potassium titanyl phosphate, additionally) in the laser cavity (ie between the resonator mirrors). Lithium niobate or the like) with nonlinear optical properties is provided.
Da es bei einer solchen Anordnung besonders auf die Stabi¬ lität der Abmessungen und der relativen Lage der Komponen- ten ankommt, ist hier speziell die oben bereits erwähnte Ausführung als kompakte Einheit vorteilhaft, wobei der Frequenzverdopplerkristall in die zusammenhängende kompak¬ te Einheit integriert ist. Dabei kann die dem Laserkörper abgewandte Stirnfläche des Frequenzverdopplerkristalls insbesondere zugleich als vollreflektierende Resonator- Spiegelfläche und die dem Frequenzverdopplerkristall abge¬ wandte Stirnfläche des Laserkörpers als Auskoppelspiegel ausgebildet sein. Diese Anordnung ist - obzwar sie hohe Anforderungen an die Qualität der Oberflächenbearbeitung der Kristall-Stirnflächen stellt - technologisch relativ einfach realisierbar, und der Umfang aufwendiger Justier¬ arbeiten wird minimiert.Since the stability of the dimensions and the relative position of the components are particularly important in such an arrangement, the above-mentioned design as a compact unit is particularly advantageous here, with the Frequency doubler crystal is integrated in the coherent compact unit. The end face of the frequency doubler crystal facing away from the laser body can in particular at the same time be designed as a fully reflecting resonator mirror surface and the end face of the laser body facing away from the frequency doubler crystal can be designed as a coupling-out mirror. This arrangement is - although it places high demands on the quality of the surface treatment of the crystal end faces - technologically relatively easy to implement, and the amount of complex adjustment work is minimized.
Die als kompakte Baugruppe aufgebaute Laservorrichtung weist zweckmäßigerweise einen Temperaturfühler zur Erfas- sung der Temperatur, eine mit dessen Ausgang verbundene Regeleinheit und eine mit deren Ausgang verbundene Heiz- und/oder Kühleinrichtung zur Konstanthaltung der Tempera¬ tur der Baugruppe auf, um temperaturschwankungsbedingte Geometrieänderungen, die zu einer Verschlechterung der La- serparameter führen würden, zu minimieren.The laser device constructed as a compact assembly expediently has a temperature sensor for detecting the temperature, a control unit connected to its output and a heating and / or cooling device connected to its output for keeping the temperature of the assembly constant in order to avoid changes in geometry caused by temperature fluctuations would lead to a deterioration in the laser parameters.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann in zweckmäßiger Weise im Zusammenhang mit einer Pumpanordnung realisiert sein, mit der der Laserkristall möglichst homogen ausgeleuchtet wird. Hierzu können in den Laserkristall an den Seiten¬ flächen, über die das Pumplicht eingekoppelt wird, zusätz¬ lich Diffusorele ente eingearbeitet sein, die in Art der Ulbricht-Kugel wirken.The arrangement according to the invention can expediently be implemented in connection with a pump arrangement with which the laser crystal is illuminated as homogeneously as possible. For this purpose, diffuser elements can be incorporated in the laser crystal on the side surfaces, via which the pump light is coupled in, which act in the manner of the integrating sphere.
Vorteilhaft kann sie andererseits jedoch auch mit einer Pumpanordnung realisiert sein, mit der in Richtung der Laserkörper-Längsachse periodisch abwechselnd Bereiche hö¬ herer und niedrigerer Leuchtdichte erzeugt werden. Wichtig ist in jedem Falle, daß das Temperaturfeld im Laserkri¬ stall langzeitstebil eingestellt werden kann.On the other hand, it can advantageously also be implemented with a pump arrangement with which in the direction of Areas of higher and lower luminance are periodically alternately generated in the laser body longitudinal axis. It is important in any case that the temperature field in the laser crystal can be set to be stable over a long period.
Ein optimierter Betrieb einer solchen Laservorrichtung wird möglich, wenn eine Verarbeitungseinrichtung vorgese¬ hen ist, die ausgangsseitig mit einem Steuereingang der Heiz- und/oder Kühlvorrichtung und/oder der Steuereinrich- tung für die Pumplichtquelle(n) verbunden ist und über die ein vorbestimmtes Temperaturprofil und/oder eine vorbe¬ stimmte Leuchtdichteverteilung in Richtung der Längsachse des Laserkörpers eingestellt bzw. aufrechterhalten wird.Optimized operation of such a laser device is possible if a processing device is provided which is connected on the output side to a control input of the heating and / or cooling device and / or the control device for the pumping light source (s) and via which a predetermined temperature profile and / or a predetermined luminance distribution in the direction of the longitudinal axis of the laser body is set or maintained.
In einer vorteilhaften Ausbildung können im Laserresonator Mittel zur Formung des Strahlquerschnittes vorgesehen sein, mit denen sich aus dem üblicherweise beim YAG-Laser nicht a priori kreisförmigen Strahlquerschnitt ein im we¬ sentlichen kreisförmiger Querschnitt bilden läßt. Dies kann im einfachsten Falle eine sogenannte Modenblende sein (bei der die Optimierung des Strahlquerschnitts allerdings mit einem Verlust an auskoppelbarer Ausgangsleistung erkauft wird), oder es kann ein geeignet geformtes Refraktorele¬ ment verwendet werden.In an advantageous embodiment, means for shaping the beam cross section can be provided in the laser resonator, with which an essentially circular cross section can be formed from the beam cross section which is usually not a priori circular in the YAG laser. In the simplest case, this can be a so-called mode diaphragm (in which, however, the optimization of the beam cross section is purchased with a loss of output power that can be coupled out), or a suitably shaped refractor element can be used.
Eine noch verbesserte Frequenz- bzw. Modencharakteristik kann durch das zusätzliche Vorsehen eines sogenannten "Seeders", d.h. einer Laserdiode mit optischer Anordnung zur longitudinalen Einkopplung der Strahlung in den (Festkörper-)Laserkörper durch den Rückseitenspiegel des Resonators hindurch, erreicht werden. Damit kann die Strahlung des Festkörperlasers, die ohne eine solche Anordnung mehrere Moden innerhalb einer Bandbreite von et¬ wa 4.4 GHz aufweist, im wesentlichen auf eine Mode bzw. Frequenz verriegelt werden ("injection locking").An even improved frequency or mode characteristic can be achieved by the additional provision of a so-called "seeder", ie a laser diode with an optical arrangement for the longitudinal coupling of the radiation into the (solid-state) laser body through the rear-view mirror of the resonator. So that Radiation from the solid-state laser, which without such an arrangement has a plurality of modes within a bandwidth of approximately 4.4 GHz, is essentially locked to one mode or frequency ("injection locking").
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un¬ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zu¬ sammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims or are shown in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:
Figur la eine Prinzipdarstellung (im Längsschnitt) einer Anordnung aus Laserkörper und Wärmeableitkörper gemäß ei¬ ner Ausführungsform der Erfindung,FIG. 1 a shows a schematic diagram (in longitudinal section) of an arrangement of laser body and heat dissipation body in accordance with an embodiment of the invention,
Figur lb eine Prinzipdarstellung (im Längsschnitt) einer Anordnung aus Laserkörper und Kühlanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,FIG. 1b shows a basic illustration (in longitudinal section) of an arrangement comprising a laser body and a cooling arrangement according to a further embodiment of the invention,
Figur lc eine Prinzipdarstellung (im Längsschnitt) einer Anordnung aus Laserkörper, Zusatzheizung und Wärmeableit¬ körper gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,FIG. 1 c shows a basic illustration (in longitudinal section) of an arrangement comprising a laser body, additional heating and heat dissipating body according to a further embodiment of the invention,
Figur ld eine Prinzipdarstellung (im Längsschnitt) einer Anordnung aus Laserkörper und kombinierter Heiz- und Kühl- anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin¬ dung,FIG. 1d shows a schematic diagram (in longitudinal section) of an arrangement comprising a laser body and a combined heating and cooling arrangement according to a further embodiment of the invention,
Figur 2 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des "thermal lensing"-Effekts beim Stand der Technik,FIG. 2 shows a schematic diagram to explain the “thermal lensing” effect in the prior art,
Figur 3a eine vereinfachte Längsschnittdarstellung einer Bauform der Anordnung gemäß Fig. la, Figur 3b eine vereinfachte Draufsicht der Bauform nach Fig. 2a,3a shows a simplified longitudinal sectional illustration of a structural shape of the arrangement according to FIG. FIG. 3b shows a simplified top view of the design according to FIG. 2a,
Figur 3c eine vereinfachte Querschnittsdarstellung der Bauform nach Fig. 2a,FIG. 3c shows a simplified cross-sectional illustration of the design according to FIG. 2a,
Figur 4 eine vereinfachte perpektivische Gesamtansicht einer Festkörperlaservorrichtung gemäß einer Ausführungs¬ form der Erfindung,FIG. 4 shows a simplified overall perspective view of a solid-state laser device according to an embodiment of the invention,
Figur 4a eine Detaildarstellung einer Abwandlung der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung,FIG. 4a shows a detailed illustration of a modification of the device shown in FIG. 4,
Figur 5 eine vereinfachte perpektivische Gesamtansicht einer Festkörperlaservorrichtung gemäß einer weiteren Aus¬ führungsform der Erfindung (mit Frequenzverdopplung),FIG. 5 shows a simplified overall perspective view of a solid-state laser device according to a further embodiment of the invention (with frequency doubling),
Figur 5a eine Detaildarstellung einer Abwandlung der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung,FIG. 5a shows a detailed illustration of a modification of the device shown in FIG. 5,
Figur 6 eine Prinzipdarstellung einer Modifizierung der in Fig. 4 bzw. Fig. 5 gezeigten Ausführungsformen,FIG. 6 shows a basic illustration of a modification of the embodiments shown in FIG. 4 or FIG. 5,
Figur 7 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Meß- und SteuerSchaltung für eine Festkörperlaservorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung undFIG. 7 shows a simplified block diagram of a measuring and control circuit for a solid-state laser device according to an embodiment of the invention and
Figur 8 eine grafische Darstellung zur Verdeutlichung ei¬ ner vorteilhaften Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrich- tung. Figur la zeigt in einer Prinzipdarstellung (im Längs¬ schnitt) einen in der Längsschnittgestalt rechteckigen Nd- dotierten YAG-Laserkristall 1 mit je einem auf der Ober¬ seite la und der Unterseite lb angeordneten - in der Figur nur ausschnittweise gezeigten - Metallkörper 2 und 3 aus massivem Aluminium zur Wärmeableitung aus dem Laserkri¬ stall an die umgebende Atmosphäre.FIG. 8 shows a graphic illustration to illustrate an advantageous effect of the device according to the invention. FIG. 1 a shows a basic illustration (in the longitudinal section) of an Nd-doped YAG laser crystal 1 which is rectangular in the longitudinal section, each with a metal body 2 and 3 arranged on the upper side la and the lower side 1 b - shown only in part in the figure made of solid aluminum for heat dissipation from the laser crystal to the surrounding atmosphere.
Die gleichartig aufgebauten Wärmeableitkörper 2, 3 haben jeweils in den Laserkristallflächen la bzw. lb zugewandter Lage eine profilierte Oberfläche mit im Querschnitt recht¬ eckigen Schlitzen 2a bzw. 3a, zwischen denen jeweils mit dem Laserkristall in Kontakt stehende Bereiche 2b bzw. 3b der Wärmeableitkörper 2 bzw. 3 angeordnet sind. In den Kontaktbereichen 2a*, 3a' der Schlitze 2a, 3a besteht kein körperlicher Kontakt und damit eine gegenüber den Kontakt¬ bereichen 2b' , 3b' der vorspringenden Abschnitte 2b, 3b mit dem Laserskristall 1 stark verringerte Wärmeleitung zwi¬ schen dem Laserkristall und den Wärmeableitkörpern 2, 3.The heat dissipation bodies 2, 3 of the same construction each have a profiled surface in the laser crystal surfaces la or lb facing the surface with slots 2a or 3a which are rectangular in cross section, between which regions 2b and 3b of the heat dissipation bodies 2 which are in contact with the laser crystal or 3 are arranged. In the contact areas 2a *, 3a 'of the slits 2a, 3a there is no physical contact and thus there is a greatly reduced heat conduction between the laser crystal and the compared to the contact areas 2b', 3b 'of the projecting sections 2b, 3b with the laser crystal 1 Heat dissipation bodies 2, 3.
Zwischen der hinteren (in der Figur linken), mit einer vollständig reflektierenden Beschichtung - dem ersten Re¬ sonatorspiegel - 4 versehenen Stirnfläche lc und der vor¬ deren (in der Figur rechten), mit einer teilweise reflek- tierenden - den zweiten Resonatorspiegel bildenden - Be¬ schichtung 5 versehenen Stirnfläche ld des Laserkristalls bildet sich bei Einstrahlung von Pumplicht - etwa von seitlich des Laserkristalls 1 angeordneten (in dieser Fi¬ gur nicht dargestellten) InAlAs-Halbleiterlaserdioden - oberhalb einer Schwelleistung in bekannter Weise ein Laserstrahl(bündel) mit einer Wellenlänge von 1064 nm aus. In der Figur ist hiervon ein etwas oberhalb der Längsachse A des Kristalls liegender, d.h. einen sogenannten Offset aufweisender, Teilstrahl R0 gezeigt.Between the rear end face 1c (left in the figure) provided with a completely reflective coating - the first resonator mirror - 4 and the front end face (right in the figure) with a partially reflective - forming the second resonator mirror - Coating 5 provided end face ld of the laser crystal forms a laser beam (bundle) with a wavelength in a known manner above a threshold power when pump light is irradiated - for example from InAlAs semiconductor laser diodes arranged laterally (not shown in this figure) in the figure from 1064 nm. In the figure, a partial beam R 0 lying slightly above the longitudinal axis A of the crystal, ie having a so-called offset, is shown.
Durch das eingestrahlte Pumplicht erwärmt sich der Laser¬ kristall 1 über die Umgebungstemperatur, so daß über die obere und untere Seitenfläche la, lb und die diesen be¬ nachbarten Wärmeableitkörper 2, 3 eine Wärmeableitung an die Umgebung erfolgt.The irradiated pump light heats the laser crystal 1 above the ambient temperature, so that heat is dissipated to the environment via the upper and lower side surfaces 1 a, 1 b and the heat dissipation bodies 2, 3 adjacent to them.
Infolge der stark unterschiedlichen Wärmeleitung zwischen dem Laserkristall und den Wärmeableitkörpern in den Berei¬ chen 2a', 3a' einerseits und 2b', 3b1 andererseits erfolgt eine entsprechend der geometrischen Gestalt der Oberflä- chen der Wärrmableitkörper in Richtung der Längsachse A des Laserkristalls l modulierte Abführung der Wärmeener¬ gie. Im Ergebnis dessen bildet sich im Laserkristall 1 ein Temperaturfeld der in der Figur gestrichelt gezeigten Ge¬ stalt aus, das durch eine Periodizität von im Querschnitt annähernd elliptisch Isothermen 1^, I2, I3 in Richtung der Längsachse A gekennzeichnet ist.As a result of the very different heat conduction between the laser crystal and the heat dissipation bodies in the areas 2a ', 3a' on the one hand and 2b ', 3b 1 on the other hand, the heat dissipation bodies are modulated in the direction of the longitudinal axis A of the laser crystal 1 in accordance with the geometric shape of the surfaces Dissipation of heat energy. As a result, a temperature field of the shape shown in dashed lines in the figure is formed in the laser crystal 1, which is characterized by a periodicity of isotherms 1 ^, I 2 , I 3 which are approximately elliptical in cross section in the direction of the longitudinal axis A.
Infolge der Temperaturabhängigekeit des Brechungsindex des Lasermediums sowie - zumindest bei höheren Pumpleistungen - des Auftretens von Doppelbrechungseffekten bildet sich zugleich eine der Gestalt des Temperaturfeldes entspre¬ chende, Flächen Rl r R2, R3 gleicher Brechzahl aufweisende, räumliche Verteilung der Brechungsindizes (gewissermaßen ein "Brechzahlfeld") im Laserkristall aus.As a result of the temperature dependency of the refractive index of the laser medium and - at least with higher pump powers - the occurrence of birefringence effects, a spatial distribution of the refractive indices corresponding to the shape of the temperature field and having areas R lr R 2 , R 3 of the same refractive index is formed (a kind of " Refractive index field ") in the laser crystal.
Wie am Verlauf des Strahls R0 in der Figur schematisch verdeutlicht, bewirkt die dargestellte räumliche Vertei- - 15 -As is illustrated schematically in the figure by the course of the ray R 0 , the spatial distribution shown causes - 15 -
lung der Brechungsindizes periodisch abwechselnd Ablenkun¬ gen des Strahls in wechselnde Richtungen gegenüber der Längsachse A, so daß sich bei entsprechender Gestalt des Brechzahlfeldes innerhalb des Laserkristalls 1 an den Stirnflächen lc, ld jeweils eine zur Längsachse A paralle¬ le Strahlorientierung ergibt. Dies führt - betrachtet man die achsenversetzten Strahlen in ihrer Gesamtheit - zur Ausbildung eines Strahlbündels mit hohem Grad an Paralle¬ lität und Phasenkohärenz und einer in vorteilhafter Weise nahezu ideal Gauß'sehen Energieverteilung im Strahlquer¬ schnitt.The refractive indices periodically alternate deflections of the beam in alternating directions with respect to the longitudinal axis A, so that with a corresponding shape of the refractive index field within the laser crystal 1 on the end faces 1c, 1d, a beam orientation parallel to the longitudinal axis A results. If one considers the axially offset beams in their entirety, this leads to the formation of a beam bundle with a high degree of parallelism and phase coherence and an advantageously almost ideal Gaussian energy distribution in the beam cross section.
Durch die angegebene Anordnung wird somit der nachteilige Effekt des "thermal lensing" bei herkömmlichen Festkörper- laseranordnungen, wie er in Fig. 2 skizziert ist, unter¬ drückt.The specified arrangement thus suppresses the disadvantageous effect of "thermal lensing" in conventional solid-state laser arrangements, as is sketched in FIG. 2.
Fig. 2 zeigt einen Laserkristall 1! mit konventioneller, längs der Seitenflächen la' , lb' im wesentlichen gleichmä- ßiger Wärmeabführung und den Verlauf des Mittelstrahles Rmι und eines achsenversetzten Strahles RQ' an Isothermen II'' I21' -^3' ' denen auch hier Flächen R ' , R ' , R3 ' glei¬ cher Brechzahl entsprechen. Der schematisch dargestellte Strahlverlauf verdeutlicht die Abweichung des Verlaufes des achsenversetzten Strahles von der Richtung der Längs¬ achse A" des Laserkristalls infolge der unkontrolliert ge¬ bildeten thermischen Linse, der auch mit Phasenverschie¬ bungen und somit einer Verschlechterung der Kohärenz der Laserstrahlung einhergeht.Fig. 2 shows a laser crystal 1 ! with conventional, along the side surfaces la ', lb' essentially uniform heat dissipation and the course of the central jet R m ι and an off-axis jet R Q 'of isotherms I I'' I 2 1 ' - ^ 3 '' which also here Areas R ', R', R 3 'correspond to the same refractive index. The schematically illustrated beam course illustrates the deviation of the course of the off-axis beam from the direction of the longitudinal axis A "of the laser crystal as a result of the uncontrolled thermal lens, which is also associated with phase shifts and thus a deterioration in the coherence of the laser radiation.
Figur lb zeigt (wiederum im Längsschnitt) eine Prinzipdar¬ stellung einer weiteren Anordnung aus einem Laserkristall l und einer Kühlanordnung, die hier aus je einer Zeile von in vorbestimmten Abständen angeordneten Peltierelementen 6.1 bis 6.4 bzw. 6.5 bis 6.8 oberhalb und unterhalb des Laserkristalls gebildet ist.FIG. 1b shows (again in longitudinal section) a schematic diagram of a further arrangement made of a laser crystal l and a cooling arrangement, which is formed here from a row of Peltier elements 6.1 to 6.4 or 6.5 to 6.8 arranged at predetermined intervals above and below the laser crystal.
Die Peltierelemente kühlen den Laserkristall an den Berüh¬ rungsflächen mit dessen oberer bzw. unterer Seitenfläche la bzw. lb, treten also funktioneil im Grunde an die Stel¬ le der dem Laserkristall zugewandten Vorsprünge der Wär- meableitkörper 2, 3 in Fig. la. In der Figur ist verein¬ fachend angenommen, daß auch das resultierende Temperatur¬ feld und damit die räumliche Verteilung des Brechungsindex den Verhältnissen in Fig. la entspricht. Bei der Vorrich¬ tung nach Fig. lb kann aber selbstverständlich bei separa- ter Ansteuerung der Kühlelemente 6.1 bis 6.8 im Bedarfs¬ fall durch geeignete Wahl der Spannungen der einzelnen Kühlelemente eine differenziertere und vor allem zeitab¬ hängig veränderbare Steuerung der Gestalt des T-Feldes und damit des Strahlverlaufes des off-axis-Laserstrahles R0 erfolgen.The Peltier elements cool the laser crystal at the contact surfaces with its upper or lower side surface la or lb, so basically they functionally take the place of the projections of the heat dissipation bodies 2, 3 facing the laser crystal in FIG. To simplify the figure, it is assumed that the resulting temperature field and thus the spatial distribution of the refractive index also correspond to the conditions in FIG. In the case of the device according to FIG. 1b, of course, if the cooling elements 6.1 to 6.8 are controlled separately, if necessary, by means of a suitable choice of the voltages of the individual cooling elements, a more differentiated and, above all, time-dependent control of the shape of the T field can be achieved and thus the beam path of the off-axis laser beam R 0 .
Damit ist auf elektrisch-thermischem Wege eine Nachjustie¬ rung des Strahlverlaufes und der Phasenverhältnisse bei der Laservorrichtung ohne Änderungen am Aufbau möglich. Die ermöglicht in technologisch vorteilhafter Weise eine Fixierung des Elemente sofort bei der Herstellung der Vor¬ richtung.This makes it possible to readjust the beam path and the phase relationships in the laser device in an electrical-thermal way without changes to the structure. This enables the elements to be fixed in a technologically advantageous manner immediately during the manufacture of the device.
Diesen vorteil hat auch die in Figur lc - wiederum als Prinzipdarstellung im Längsschnitt - gezeigte Anordnung aus Laserkörper 1, Wärmeableitkδrpern 2' und 3' und einer Zusatzheizung aus fünf im Wärmeableitkörper 2' und fünf im Wärmeableitkörper 3' angeordneten elektrischen Heizelemen¬ ten 7.1 bis 7.10 gemäß einer weiteren Ausführungsform, so¬ fern hier die Heizelemente einzeln ansteuerbar sind.This advantage also has the arrangement shown in FIG. 1c - again as a basic illustration in longitudinal section - of laser body 1, heat dissipation bodies 2 'and 3' and one Additional heating from five in the heat dissipation body 2 'and five in the heat dissipation body 3' arranged electrical heating elements 7.1 to 7.10 according to a further embodiment, as far as the heating elements can be controlled individually.
Die Oberfläche der Wärmeableitkörper 2' und 3' ist bei dieser Ausführungsform auf der dem Laserkristall zugewand¬ ten Seite nicht profiliert, sondern kann völlig eben sein, wobei die Heizelemente von der dem Laserkristall abgewand- ten Seite aus eingesetzt sein können.In this embodiment, the surface of the heat dissipation bodies 2 'and 3' is not profiled on the side facing the laser crystal, but can be completely flat, the heating elements being able to be inserted from the side facing away from the laser crystal.
Ansonsten ist in Fig. lc angenommen, daß die Ausdehnung und die Abstände der Heizelemente denen der Schlitze bei Fig. la entsprechen und die thermische Wirkung der Heize- lemente, d.h. der Einfluß auf das Temperaturfeld im Laser¬ kristall, der der Schlitze der Wärmeableitkörper 2, 3 äquivalent ist. Diese vereinfachenden Annahmen wurden na¬ türlich nur im Hinblick auf die Übersichtlichkeit der Dar¬ stellungen getroffen. Die konkrete Ausführung hinsichtlich cer Geometrie und der thermischen Parameter wird der Ent¬ werfer der Laservorrichtung nach deren angestrebten Lei¬ stungsparametern vornehmen. Dabei müssen die Abmessugen und Abstände der Bereiche mit höherer und derer mit gerin¬ gerer Kühlwirkung auch keineswegs alle gleich sein.Otherwise, it is assumed in Fig. 1c that the expansion and the spacing of the heating elements correspond to those of the slots in Fig. La and the thermal effect of the heating elements, i.e. the influence on the temperature field in the laser crystal, which is equivalent to the slots of the heat dissipation bodies 2, 3. These simplifying assumptions were, of course, only made with regard to the clarity of the representations. The designer of the laser device will undertake the specific implementation with regard to the geometry and the thermal parameters according to the desired performance parameters. The dimensions and distances of the areas with a higher and those with a lower cooling effect need not all be the same.
Figur ld zeigt in einer weiteren Prinzipdarstellung eine Anordnung aus einem Laserkörper 1 und einer kombinierten Heiz- und Kühlanordnung aus je vier Kühlelementen 6.1 bis 6.4 bzw. 6.5 bis 6.8 und je fünf Heizelementen 7.1 bis 7.5 bzw. 7.6 bis 7.10 in einem oberen bzw. einem unteren Wär¬ meableitkörper 2" bzw. 3". Auch hier ist in der Zeichnung vorausgesetzt, daß die sich durch den Einsatz der Kühl- und Heizelemente ergebenden thermischen Verhältnisse im Laserkristall denen bei der Anordnung nach Fig. la ent¬ sprechen.FIG. 1d shows a further basic illustration of an arrangement comprising a laser body 1 and a combined heating and cooling arrangement each consisting of four cooling elements 6.1 to 6.4 or 6.5 to 6.8 and five heating elements 7.1 to 7.5 or 7.6 to 7.10 in an upper or one lower heat sink 2 "or 3". Here too is in the drawing provided that the thermal conditions in the laser crystal resulting from the use of the cooling and heating elements correspond to those in the arrangement according to FIG.
Es ist indes klar, daß insbesondere diese Anordnung mit aktiven Kühl- und Heizelementen eine weit ausgeprägtere Differenzierung des T-Feldes, d.h. die Realisierung von wesentlich größeren T-Gradienten, als die Anordnung nach Fig. la ermöglichen kann. Auch hierbei ist durch einzelne Ansteuerung der aktiven Elemente eine geeignete Formung des T- und damit des Brechzahlfeldes und somit auch auf elektrisch-thermischem Wege eine Nachjustierung möglich.However, it is clear that in particular this arrangement with active cooling and heating elements is a far more pronounced differentiation of the T field, i.e. the realization of significantly larger T gradients than the arrangement according to FIG. Here, too, individual control of the active elements enables a suitable shaping of the T field and thus of the refractive index field and thus also readjustment in an electrical-thermal way.
Bei den Vorrichtungen nach Fig. lb bis ld können die akti¬ ven Elemente jedoch auch gruppenweise oder alle zusammen angesteuert - etwa in Reihenschaltung betrieben - werden. Dies vereinfacht die Ansteuerung und reduziert die Her¬ stellungskosten, verringert jedoch die Variationsmöglich- keiten bei der Formung des Brechzahlfeldes im Laserkri¬ stall.In the devices according to FIGS. 1b to 1d, however, the active elements can also be controlled in groups or all together - operated in series, for example. This simplifies the control and reduces the manufacturing costs, but reduces the possible variations in the formation of the refractive index field in the laser crystal.
Figur 3a zeigt eine vereinfachte Längsschnittdarstellung einer technologisch vorteilhaft realisierbaren Bauform der grundsätzlichen Anordnung gemäß Fig. la, Figur 3b eine vereinfachte Draufsicht und Figur 3c eine vereinfachte Querschnittsdarstellung (senkrecht zur Längsachse des La¬ serkristalls) dieser Bauform.FIG. 3a shows a simplified longitudinal sectional illustration of a technologically advantageously realizable type of construction of the basic arrangement according to FIG. La, FIG. 3b a simplified top view and FIG. 3c a simplified cross-sectional illustration (perpendicular to the longitudinal axis of the laser crystal) of this type.
Als Träger dient ein Aluminiumoxidsubstrat 10 mit Oberflä¬ chenmetallisierung (In-Plattierung) 10a, auf das ein unte- rer (passiver) Kühlkörper 11 und ein oberer (passiver) Kühlkörper 12, jeweils aus massivem Kupfer, aufgelötet sind. Die Kühlkörper 11, 12 schließen zwischen sich den flach quaderförmigen Nd:YAG- oder YbrYAG-Laserkristall 1" ein. Die dem Laserkristall zugewandten Flächen der Kühl¬ körper 11, 12 sind in der oben erläuterten Weise mit in Längsachsenrichtung des Kristalls (x-Richtung) aufeinan¬ derfolgenden und sich senkrecht hierzu (in y-Richtung) er¬ streckenden Schlitzen 11a bzw. 12a und Vorsprüngen 11b bzw. 12b profiliert. Sie weisen auf dieser Fläche jeweils eine In-Beschichtung 11c bzw. 12c auf, die zur Verringe¬ rung des Wärmeübergangswiderstandes dient. Die Schlitze 12a des oberen Kühlkörpers 12 haben hier geringere Tiefe als die des unteren Kühlkörpers 11.An aluminum oxide substrate 10 with surface metallization (in-plating) 10a serves as a carrier, on which a lower rer (passive) heat sink 11 and an upper (passive) heat sink 12, each made of solid copper, are soldered. The heat sinks 11, 12 enclose between them the flat cuboidal Nd: YAG or YbrYAG laser crystal 1 ". The surfaces of the heat sinks 11, 12 facing the laser crystal are, in the manner explained above, also in the longitudinal axis direction of the crystal (x direction ) profiled slots 11a and 12a and projections 11b and 12b which extend perpendicularly to it (in the y direction) and protrusions 11b and 12b on each surface The slots 12a of the upper heat sink 12 have a smaller depth here than that of the lower heat sink 11.
Bei der Anordnung nach Fig. 3a bis 3c sind die Resonator¬ spiegel nicht auf den Stirnflächen des Laserkristalls 1" angebracht, sondern es wird vom Vorhandensein extern ange¬ ordneter (in diesen Figuren nicht dargestellter) Spiegel ausgegangen. Dementsprechend ist ein beide Stirnflächen des Laserkristalls durchsetzender achsenversetzter Strahl R0" dargestellt, der durch spezielle Öffnungen 12d und 12e des oberen Kühlkörpers 12 ein- bzw. austritt.3a to 3c, the resonator mirrors are not attached to the end faces of the laser crystal 1 ", but it is assumed that there are externally arranged mirrors (not shown in these figures). Accordingly, both end faces of the laser crystal penetrating axis-offset beam R 0 "is shown, which enters and exits through special openings 12d and 12e of the upper heat sink 12.
Die obere und untere Umfangsfläche la" bzw. lb" des Laser¬ kristalls 1" sind nicht poliert, jedoch mit einer reflek¬ tierenden Metallisierung la/M" bzw. lb/M" versehen.The upper and lower peripheral surfaces la "and lb" of the laser crystal 1 "are not polished, but are provided with a reflective metallization la / M" or lb / M ".
in Fig. 3b und 3c sind auch die dem Laserkristall 1" zuge- wandten Enden von Lichtleitfasern zweier seitlicher3b and 3c, the ends of the optical fibers facing the laser crystal 1 "are also two lateral ones
Pumplicht-Zuführungsanordnungen 13 bzw. 14 dargestellt, und der Strahlverlauf der einzelnen Pumplichtstrahlen ist (mit gestrichelten Linien) skizziert. In Fig. 3c ist hier¬ bei gut zu erkennen, daß das Pumplicht zwischen der Ober- und Unterseitenmetallisierung la/M" bzw. lb/M" des Laser- kristalls vielfach reflektiert und daher äußerst effizient ausgenutzt wird. Wie oben erwähnt, verhindert die nicht polierte, optisch somit nicht perfekte Oberfläche jedoch zugleich, daß Moden höherer Ordnung und insbesondere para¬ sitäre Moden verstärkt werden und die Strahlqualität be- einträchtigen können.Pump light supply arrangements 13 and 14 shown, and the beam path of the individual pumping light beams is sketched (with dashed lines). 3c clearly shows that the pump light between the top and bottom metallization la / M "or lb / M" of the laser crystal is often reflected and is therefore used extremely efficiently. As mentioned above, the non-polished, optically imperfect surface, however, at the same time prevents modes of higher order and in particular parasitic modes from being amplified and being able to impair the beam quality.
Im dargestellten Beispiel betragen die Abmessungen des YAG-Kristalls 1" ca. (L/B/H) 5/4/0,5 mm, die des unteren Kühlkörpers 11 ca. 7/5/1,5 mm, die des oberen Kühlkörpers 12 (im gebogenen Zustand) ca. 13/6/1,5 mm und die Schlitz¬ breiten in den Kühlkörpern ca. 0,5 mm.In the example shown, the dimensions of the YAG crystal 1 "are approximately (L / W / H) 5/4 / 0.5 mm, those of the lower heat sink 11 are approximately 7/5 / 1.5 mm and those of the upper heat sink 12 (in the bent state) approx. 13/6 / 1.5 mm and the slot widths in the heat sinks approx. 0.5 mm.
Figur 4 zeigt eine vereinfachte perspektivische Gesamt¬ ansicht einer Festkörperlaservorrichtung, bei der die Kühlanordnung in der Bauform gemäß Fig. 3a bis 3c reali¬ siert ist. Die in diesen Figuren verwendeten Bezugsziffern für die dort gezeigten Teile werden auch in Fig. 4 benutzt und diese Elemente werden hier nicht nochmals beschrieben.FIG. 4 shows a simplified overall perspective view of a solid-state laser device in which the cooling arrangement in the design according to FIGS. 3a to 3c is implemented. The reference numerals used in these figures for the parts shown there are also used in FIG. 4 and these elements are not described again here.
In Fig. 4 ist - an drei Pumplichtquellen - genauer darge¬ stellt, daß an das dem Laserkristall abgewandte Ende der Lichtleiter 13a, 13b, 13c bzw. 14a, 14b, 14c jeweils ein Laserdiodenarray 15a, 15b, 15c bzw. 16a, 16b, 16c mit je 1 bis 4 W Pumpleistung angekoppelt ist.4 - at three pumping light sources - shows more precisely that a laser diode array 15a, 15b, 15c and 16a, 16b, respectively, is at the end of the light guides 13a, 13b, 13c and 14a, 14b, 14c facing away from the laser crystal. 16c is coupled with 1 to 4 W pump power each.
In dieser Figur sind auch ein hinterer, vollreflektieren¬ der Resonatorspiegel 17 und ein vorderer, halbreflektie- render Resonatorspiegel 18 gezeigt. Beide Spiegel sind über zweifach abgewinkelte, bei der Montage zur Justierung biegbare Anschlußflächen ("pads" oder "legs") 17a, 17b bzw. 18a, 18b mit der lokalen Metallisierung 10a1 des Trä- gers 10' verlötet. Weiter sind zwischen den Spiegeln 17, 18 und dem Laserkristall 1" je ein Element 19 bzw. 20 zur Strahlformung (z-Achsen-Dehnung) des erzeugten Laser¬ strahls und zur Reduktion transversaler Moden höherer Ord¬ nung vorgesehen, mit denen ein kreisförmiger Strahlquer- schnitt erzeugt wird. Diese optischen Elemente sind eben¬ falls auf Metallisierungsbereiche des Trägers 10' aufgelö¬ tet.This figure also shows a rear, fully reflecting resonator mirror 17 and a front, semi-reflecting render resonator mirror 18 shown. Both mirrors are soldered to the local metallization 10a 1 of the carrier 10 'via connecting surfaces ("pads" or "legs") 17a, 17b or 18a, 18b which are angled twice and are bendable for adjustment. Furthermore, between the mirrors 17, 18 and the laser crystal 1 ", an element 19 or 20 is provided for beam shaping (z-axis expansion) of the generated laser beam and for reducing transverse modes of higher order, with which a circular beam cross These optical elements are also soldered onto metallization areas of the carrier 10 '.
Der Träger 10' ist durch eine zweifach kaskadierte Kühlan- Ordnung aus drei Al203-Trägerplatten 10.1'. 10.2' und 10.3' und jeweils ein dazwischenliegendes Array 10.4' bzw. 10,5' aus Peltierelementen gebildet. Eine solche Anordnung ist bei sich ändernden Umgebungstemperaturen bzw. veränderlichem Energieeintrag geometrisch hochgradig stabil, da durch die Kaskadierung der Peltier-Anordnungen ein selbsttätiger Ausgleich von Temperaturgradienten er¬ reicht wird. Auf der Oberfläche der oberen Platte 10.1' ist ein Temperaturfühler 21 angeordnet, über den die Tem¬ peratur der Laservorrichtung abgefühlt und mit dessen Hil- fe diese ggfs. durch geeignete Ansteuerung der Peltierele- mente zusätzlich geregelt werden kann.The carrier 10 'is made of three Al 2 O 3 carrier plates 10.1' by a double cascaded cooling arrangement. 10.2 'and 10.3' and an intermediate array 10.4 'and 10.5' of Peltier elements. Such an arrangement is geometrically highly stable in the event of changing ambient temperatures or changing energy input, since the cascading of the Peltier arrangements achieves an automatic compensation of temperature gradients. A temperature sensor 21 is arranged on the surface of the upper plate 10.1 ', by means of which the temperature of the laser device is sensed and with the aid of which this can be additionally regulated by suitable control of the Peltier elements.
Fig. 4a ist eine Detaildarstellung einer hinsichtlich der Ausnutzung der Pumpstrahlung besonders vorteilhaften Aus- bildung des Laserkristalls bei der Anordnung nach Fig. 4. Hier weist der Laserkristall 1"' neben der Grund- und Deck- flächenbeschichtung lb/M" ' bzw. la/M" ' zur weiteren Homo¬ genisierung der Pumplichtverteilung im Inneren des Kri¬ stalls an den langen Seitenflächen lc" ' bzw. ld"', die den Lichtleitfasergruppen 14 bzw. 13 zugewandt und parallel zur Richtung des Laserstrahls R sind, jeweils gegenüber den Enden der Lichtleitfasern annähernd halbkugelförmige Vertiefungen lc/S" ' bzw. ld/S"' auf. Diese in des Laserme¬ dium eingearbeiteten Vertiefungen wirken bezüglich der aus den Enden der benachbarten Lichtleitfasern austretenden Pumplichtstrahlbündel nach dem Prinzip der Ulbrichtkugel als Streuflächen. Zur Verringerung von Reflexionsverlusten der Pumpstrahlung an den Seitenflächen und somit zur Ver¬ besserung der Einkopplung ist zusätzlich vorgesehen, die Vertiefungen mit einem Gel 13a bzw. 14a zur Anpassung der Brechzahl ("index matching gel") auszufüllen, in das die Enden der Lichtleitfasern 14 bzw. 13 eintauchen.4a is a detailed illustration of a configuration of the laser crystal which is particularly advantageous with regard to the use of the pump radiation in the arrangement according to FIG. 4. Here, the laser crystal 1 "'has, in addition to the base and top surface coating lb / M"' or la / M "', for further homogenization of the pump light distribution in the interior of the crystal on the long side surfaces lc"' or ld "', which face the optical fiber groups 14 and 13 and are parallel to the direction of the laser beam R, each have approximately hemispherical depressions lc / S"' or ld / S "'with respect to the ends of the optical fibers. These are incorporated in the laser medium According to the principle of the integrating sphere, depressions act as scattering surfaces with respect to the pumping light beam bundles emerging from the ends of the adjacent optical fibers to adjust the refractive index ("index matching gel"), into which the ends of the optical fibers 14 and 13 are immersed.
Figur 5 zeigt in einer (wiederum vereinfachten) perspekti- vischen Gesamtansicht eine weitere Festkörperlaservorrich¬ tung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, mit der zusätzlich eine Frequenzverdopplung des erzeugten Laser¬ strahls vorgenommen wird. Die Ausbildung und Anordnung des Laserkristalls ist dieselbe wie bei der oben beschriebenen Vorrichtung, so daß diesbezüglich auch dieselben Bezugs¬ ziffern verwendet werden.FIG. 5 shows a (again simplified) overall perspective view of a further solid-state laser device according to an embodiment of the invention, with which the frequency of the laser beam generated is additionally doubled. The design and arrangement of the laser crystal is the same as in the device described above, so that the same reference numbers are used in this regard.
Ein wesentlicher unterschied besteht im Aufbau der Pumpan¬ ordnung, die hier mit zwei kompakten Baugruppen 22, 23 aus einer integrierten Laserdiodenanordnung mit Strahlfokus- sierung ausgebildet ist. (Eine solche Anordnung ist in der eingangs erwähnten früheren Anmeldung des Erfinders näher beschrieben und wird hier durch Bezugnahme in den Gegen¬ stand der vorliegenden Anmeldung eingeschlossen. ) Die Strahlung der zeilenartig gereihten Laserdioden wird durch die Elemente zur Strahlfokussierung in einen Brennpunkt gebündelt; der Laserkristall 1" ist jedoch außerhalb der Brennweite der Pumpanordnungen 22, 23 plaziert, so daß die Pumplichteinstrahlung annähernd linienförmig über die Kri¬ stallänge erfolgt.An essential difference consists in the structure of the pump arrangement, which here is formed with two compact assemblies 22, 23 from an integrated laser diode arrangement with beam focusing. (Such an arrangement is in the The earlier application of the inventor mentioned at the beginning is described in more detail and is incorporated by reference into the subject matter of the present application. ) The radiation from the laser diodes, which are lined up in rows, is bundled into a focal point by the elements for beam focusing; however, the laser crystal 1 "is placed outside the focal length of the pump arrangements 22, 23, so that the pump light radiation is approximately linear over the length of the crystal.
Einen weiteren wesentlichen Unterschied zur Laservorrich¬ tung nach Fig. 4 stellt das Vorhandensein eines KTP(Ka- liumtitanylphosphat)-Frequenzverdopplerkristalls 24dar, der bezüglich des Laserkristalls jenseits (in der Figur rechts) des hinteren Elements 20 zur Strahlformung angeord¬ net ist. Auch der Frequenzverdoppler 24 ist über biegbare AnSchlußflächen 24a, 24b, über die eine anfängliche Ju¬ stierung der Lage relativ zu den übrigen optischen Kompo¬ nenten möglich ist, auf die obere Trägerplatte 10.1' auf- gelötet. Seine dem Laserkristall abgewandte Stirnfläche 24c hat eine konvexe Gestalt mit sehr genau auf die spe¬ zielle Laseranordnung angepaßter Geometrie und weist eine Verspiegelung 25 auf, so daß sie zugleich als hinterer Re¬ sonatorspiegel wirkt.A further essential difference from the laser device according to FIG. 4 is the presence of a KTP (potassium titanyl phosphate) frequency doubler crystal 24, which is arranged beyond the rear element 20 (in the figure on the right) for beam shaping with respect to the laser crystal. The frequency doubler 24 is also soldered onto the upper carrier plate 10.1 'via bendable connection surfaces 24a, 24b, via which an initial adjustment of the position relative to the other optical components is possible. Its end face 24c facing away from the laser crystal has a convex shape with a geometry which is very precisely adapted to the special laser arrangement and has a mirror coating 25, so that it also acts as a rear resonator mirror.
Auf ähnliche Weise ist der vordere Resonatorspiegel hier durch eine teilreflektierende Verspiegelung 26 der vorde¬ ren Stirnfläche des Laserkristalls 1" gebildet.In a similar way, the front resonator mirror is formed here by a partially reflecting mirror coating 26 of the front end face of the laser crystal 1 ″.
Mit einer Temperatursteuerung des KTP-Kristalls 24 läßt sich in einfacher Weise ohne mechanischen Eingriff eine Abstimmung der effektiven Resonatorlänge der Anordnung er¬ reichen, ohne daß zusätzliche steuerbare Refraktionsele¬ mente (wie etwa eine temperierbare Quarzplatte oder ein piezomechanisches Abstimmelerne t) erforderlich wären. Al¬ ternativ kann aber auch - was in der Figur nicht darge¬ stellt ist - ein derartiges Element eingesetzt werden. Je nach konkreter Ausführung ist zur thermischen oder piezo- mechanischen Abstimmung der Laseranordnung eine entspre¬ chende Steuereinheit vorzusehen.With a temperature control of the KTP crystal 24, one can be carried out in a simple manner without mechanical intervention Matching the effective resonator length of the arrangement can be achieved without the need for additional controllable refraction elements (such as a temperature-controlled quartz plate or a piezomechanical tuning device). Alternatively, an element of this type can also be used, which is not shown in the figure. Depending on the specific design, a corresponding control unit must be provided for the thermal or piezo-mechanical tuning of the laser arrangement.
Fig. 5a ist eine Detaildarstellung einer hinsichtlich der Ausnutzung der Pumpstrahlung besonders vorteilhaften Aus¬ bildung des Laserkristalls bei der Anordnung nach Fig. 5, wobei nachfolgend nur die sich von Fig. 3a bis 3c bzw. Fig. 5 unterscheidenden Details erläutert werden.5a is a detailed illustration of a configuration of the laser crystal which is particularly advantageous with regard to the use of the pump radiation in the arrangement according to FIG. 5, only the details which differ from FIGS. 3a to 3c or FIG. 5 being explained below.
Hier weist der Laserkristall 1"" zur weiteren Homogenisie¬ rung der Pumplichtverteilung im Inneren des Kristalls an den langen Seitenflächen lc"" bzw. ld"", die den Laserdio- denblöcken 22 bzw. 23 (vgl. Fig. 5) zugewandt sind, je¬ weils eine annähernd halbzylindrische Nut lc/N"" bzw. ld/N"" auf. Diese in des Lasermedium eingearbeiteten Ver¬ tiefungen wirken - analog wie die halbkugeligen Vertie¬ fungen nach Fig. 4 - bezüglich der (außerhalb der Seitenflä- chen des Laserkristalls 1"" fokussierten) Pumplichtstrahl¬ bündel nach dem Prinzip der Ulbrichtkugel als Streuflä¬ chen.Here, the laser crystal 1 "" has a further homogenization of the pump light distribution inside the crystal on the long side faces 1c "" and 1d "", which face the laser diode blocks 22 and 23 (see FIG. 5), each have an approximately semi-cylindrical groove lc / N "" or ld / N "". These depressions worked into the laser medium act - analogously to the hemispherical depressions according to FIG. 4 - with regard to the pump light beam bundles (focused outside the side surfaces of the laser crystal 1 "") according to the principle of the integrating sphere as scattering surfaces.
Merkmale der in Fig. 4 und 5 als Beispiele gezeigten Anordnungen können auch miteinander kombiniert sein; so kann etwa eine Vorrichtung mit Frequenzverdoppler auch ei- nen oder zwei separate Resonatorspiegel aufweisen, oder bei einer Vorrichtung ohne Frequenzverdopplung kann minde¬ stens einer der Resonatorspiegel auf einer Stirnfläche des Laserkristalls gebildet sein. Sowohl der Laserkristall als auch der Frequenzverdoppler kann auch aus einem ande¬ ren, für den jeweiligen Zweck bekannten, Material gefer¬ tigt sein: als Lasermaterial können etwa Nd- oder Yb- dotiertes Glas und für den Frequenzverdoppler KDP (Kalium- diphosphat) oder Lithiumniobat eingesetzt werden.Features of the arrangements shown as examples in FIGS. 4 and 5 can also be combined with one another; For example, a device with a frequency doubler can also Having one or two separate resonator mirrors, or in the case of a device without frequency doubling, at least one of the resonator mirrors can be formed on an end face of the laser crystal. Both the laser crystal and the frequency doubler can also be made from another material known for the respective purpose: Nd- or Yb-doped glass can be used as the laser material and KDP (potassium diphosphate) or lithium niobate for the frequency doubler be used.
Als Träger kann auch eine einfache Peltierelementanord- nung oder ggfs. auch einfach eine gut wärmeleitende Träger¬ platte - zur Erhöhung der Kühlwirkung auch mit Verrippung oder u.U. mit Flüssigkeitskühlung - dienen. Die Fixierung der Komponenten auf dem Träger kann beispielsweise durch einen wärmeleitenden Kleber vorgenommen sein.A simple Peltier element arrangement or, if necessary, also simply a good heat-conducting support plate can also be used as the support - to increase the cooling effect also with ribbing or possibly. with liquid cooling - serve. The components can be fixed on the carrier, for example, using a heat-conducting adhesive.
Figur 6 ist eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung einer weiteren Modifizierung der weiter oben erläuterten Ausfüh- rungsformen einer Festkörperlaservorrichtung, mit der eine Verschmälerung der spektralen Bandbreite und eine Verein¬ heitlichung der Phasenlage des erzeugten Laserstrahlbün¬ dels erreichbar ist.FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a further modification of the embodiments of a solid-state laser device explained above, with which a narrowing of the spectral bandwidth and a unification of the phase position of the laser beam generated can be achieved.
Dem in dieser Figur mit YAG bezeichneten Festkörperlaser¬ körper mit einer Laserwellenlänge von 1064 nm sind in üblicher Weise zwei Resonatorspiegel ML1 und ML2 zugeord¬ net. Der vordere, halbdurchlässige Spiegel ML2 ist auf der dem Festkörperlaserkörper YAG abgewandten konvexen Stirn- fläche eines - hier mit KTP bezeichneten - intrakavitären Frequenzverdopplerkristalls gebildet, der hintere Spiegel ML1 separat. Mit rl und r2 sind die Spiegelradien der Re¬ sonatorspiegel bezeichnet, mit r3 der Radius der vorderen KTP-Stirnflache. Typischerweise liegt rl im Bereich von 10 cm, r2 und r3 liegen bei einigen mm. An den Spiegel- bzw. Stirnflächen ist jeweils mit "AR ..." das Vorhanden¬ sein einer Antireflexbeschichtung und mit "HR ..." einer hochreflektierenden Beschichtung für eine bestimmte Wel¬ lenlänge gekennzeichnet.The solid-state laser body with a laser wavelength of 1064 nm, designated YAG in this figure, is assigned two resonator mirrors ML1 and ML2 in the usual way. The front, semitransparent mirror ML2 is formed on the convex end face facing away from the solid-state laser body YAG of an intracavitary frequency doubler crystal, referred to here as KTP, the rear mirror ML1 separately. R1 and r2 denote the mirror radii of the resonator mirror, r3 the radius of the front KTP end face. Typically rl is in the range of 10 cm, r2 and r3 are in the order of a few mm. The presence of an antireflective coating and "HR ..." of a highly reflective coating for a specific wavelength is identified on the mirror or end faces by "AR ...".
Extrakavitär (in der Figur links vom vorderen Spiegel ML2) ist noch eine Kollimatorlinse COL2 gezeigt. Sonstige opti¬ sche Elemente und die Pumpanordnung sind hier zur Verein¬ fachung weggelassen. Die Verhältnisse hinsichtlich der Strahlfrequenzen sind durch Angabe der Wellenlängen (1064 nm = primäre Wellenlänge, 532 nm = Wellenlänge nach Fre¬ quenzverdopplung) an verschiedenen Stellen der Anordnung verdeutlicht. Die Abstimmung nach der Justage erfolgt auf die weiter oben beschriebene Weise, also etwa durch T- Steuerung des Frequenzverdopplers, was in der Figur mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen TC verdeutlicht ist.A collimator lens COL2 is shown extracavitary (in the figure to the left of the front mirror ML2). Other optical elements and the pump arrangement are omitted here for the sake of simplicity. The relationships with regard to the beam frequencies are illustrated by specifying the wavelengths (1064 nm = primary wavelength, 532 nm = wavelength after frequency doubling) at various points in the arrangement. The adjustment after the adjustment is carried out in the manner described above, for example by T-control of the frequency doubler, which is illustrated in the figure by an arrow with the reference symbol TC.
Seitlich der Festkörperlaseranordnung ist eine InGaAs- Laserdiode LAD angeordnet, die ebenfalls bei einer Wellen¬ länge von 1064 nm mit einer Ausgangsleistung von ca. 50 mW emittiert. Deren Strahlung wird nach Passieren einer Kol¬ limatorlinse COL1 und zweier Umlenkspiegel Ml und M2 mit einem Transmissionskoeffizienten von ca. 1% longitudinal in die Festkörperlaseranordnung eingekoppelt. Dort be¬ wirkt diese schmalbandige Strahlung eine Frequenz- und Phasenverriegelung ("injection locking") der vom Festkör¬ perlaser YAG emittierten Strahlung auf die Strahlung des Halbleiterlasers LAD, des sogenannten "Seeders". Das in Figur 6 anhand einer Linearresonator-Anordnung er¬ läuterte Prinzip ist grundsätzlich analog auch bei einer (an sich bekannten und daher hier nicht gesondert gezeig¬ ten) Ringresonatoranordnung realisierbar, wobei hier die Einkopplung der Laserdiodenstrahlung in den Festkörperla¬ ser unter einem Winkel zu dessen Längsachse erfolgt, der auf die Geometrie des Ringresonators abgestimmt ist.An InGaAs laser diode LAD is arranged to the side of the solid-state laser arrangement and likewise emits at a wavelength of 1064 nm with an output power of approximately 50 mW. After passing through a collimator lens COL1 and two deflecting mirrors M1 and M2, their radiation is coupled longitudinally into the solid-state laser arrangement with a transmission coefficient of approximately 1%. There, this narrow-band radiation effects a frequency and phase locking ("injection locking") of the radiation emitted by the solid-state laser YAG to the radiation of the semiconductor laser LAD, the so-called "seeder". The principle explained in FIG. 6 on the basis of a linear resonator arrangement can in principle also be implemented analogously in the case of a ring resonator arrangement (known per se and therefore not shown separately here), in which case the coupling of the laser diode radiation into the solid-state laser is at an angle its longitudinal axis takes place, which is matched to the geometry of the ring resonator.
Bei dieser Anordnung läßt sich die Frequenz noch besser abstimmen, wobei zur gleichzeitigen Abstimmung von effek¬ tiver Resonatorlänge und Phasenlange des Seeders insbeson¬ dere eine einzelne (nicht gezeigte) piezomotorisch longi¬ tudinal verschiebbare planparallele Quarzplatte in den Strahlengang eingefügt sein kann, die von der Seeder- und der Laserstrahlung jeweils unter einem kleinen Winkel schräg durchsetzt wird.With this arrangement, the frequency can be tuned even better, and for the simultaneous tuning of the effective resonator length and phase length of the seeder, in particular a single (not shown) piezomotor-longi-tudinally displaceable plane-parallel quartz plate can be inserted into the beam path Seeder and laser radiation are penetrated obliquely at a small angle.
Figur 7 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer elek¬ trisch-thermischen Meß- und Steuerschaltung 100 für eine Festkörperlaservorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung zur Steuerung der Strahlparameter. Diese - im Sinne eines Beispiels für eine Vielzahl möglicher Steuer¬ schaltungen zu verstehende - Schaltung ist insbesondere zum zeitweiligen Einsatz mit der Laseranordnung, etwa zur anfänglichen Einstellung oder Nachstellung nach längerem Betrieb, geeignet.FIG. 7 is a simplified block diagram of an electrical-thermal measuring and control circuit 100 for a solid-state laser device according to an embodiment of the invention for controlling the beam parameters. This circuit - to be understood in the sense of an example for a large number of possible control circuits - is particularly suitable for temporary use with the laser arrangement, for example for initial adjustment or readjustment after prolonged operation.
Ausgegangen wird von einer Kühlanordnung für den Laserkri¬ stall gemäß Fig. lb mit vier einzeln ansteuerbaren Pel- tierelementen 6.1 bis 6.4 oberhalb des Laserkristalls 1 und vier ebenfalls einzeln ansteuerbaren Peltierelementen 6.5 bis 6.8 unterhalb des Kristalls. Die Meß- und Steuerschaltung 100 umfaßt eine flächige op¬ tische Sensoranordnung in Gestalt einer CCD-Matrix 101, die gegenüber der vorderen Lichtaustrittsfläche des Lasers 1 engeordnet ist derart, daß auf ihr beim Betrieb des La- sers ein Bild des Laserstrahls erzeugt wird. Die Anzahl der Bildaufnahmelemente der Matrix wird entsprechend den Qualitätsanforderungen an den Laserstrahl gewählt.The starting point is a cooling arrangement for the laser crystal according to FIG. 1b with four individually controllable pelletizing elements 6.1 to 6.4 above the laser crystal 1 and four likewise individually controllable Peltier elements 6.5 to 6.8 below the crystal. The measuring and control circuit 100 comprises a flat optical sensor arrangement in the form of a CCD matrix 101, which is arranged opposite the front light exit surface of the laser 1 in such a way that an image of the laser beam is generated on it when the laser is in operation. The number of image recording elements in the matrix is selected in accordance with the quality requirements for the laser beam.
Der Ausgang der CCD-Matrix 101 ist mit dem Eingang einer Vorverarbeitungseinheit 102 zur Störbefreiung und Signal¬ pegelanpassung verbunden. Deren Ausgang ist mit einem Ein¬ gang einer Vergleichereinheit 103 verbunden, deren anderer Eingang mit dem Datenausgang eines Musterbildspeichers 104 verbunden ist, in dem mindestens ein vorgegebener Laser- Strahlquerschnitt gespeichert ist, der bei der Steuerung bzw. Einstellung der Laservorrichtung zugrundegelegt wer¬ den soll. In der Vergleichereinheit 103 wird der reale, von der CCD-Matrix 101 aufgenommene Strahlquerschnitt mit dem Muster-Strahlquerschnitt verglichen und am Ausgang eine das Vergleichsergebnis kennzeichende Signalfolge be¬ reitgestellt. Verarbeitungsbreite und -geschwindigkeit der Einheiten 102 und 103 und die Speicherkapazität des Speichers 104 sind entsprechend der Anzahl der Bildaufnah¬ meelemente der CCD-Matrix 101 gewählt.The output of the CCD matrix 101 is connected to the input of a preprocessing unit 102 for interference suppression and signal level adjustment. Its output is connected to an input of a comparator unit 103, the other input of which is connected to the data output of a sample image memory 104, in which at least one predetermined laser beam cross section is stored, which is to be used as a basis for the control or setting of the laser device . In the comparator unit 103, the real beam cross-section recorded by the CCD matrix 101 is compared with the pattern beam cross-section and a signal sequence which characterizes the comparison result is provided at the output. Processing width and speed of the units 102 and 103 and the storage capacity of the memory 104 are selected in accordance with the number of image recording elements of the CCD matrix 101.
Die das Ergebnis des Strahlvergleiches spezifizierenden Signale werden dem Dateneingang einer - beispielsweise durch einen Mikroprozessor gebildeten - mit dem Ausgang der Vergleichereinheit 103 verbundenen Verarbeitungsein- heit 105 zugeführt, die weiterhin in üblicher Weise mit einem Datenspeicher (RAM) 106 und einem Programmspeicher (etwa einem EPROM) 107 verbunden ist. Die Verarbeitungs¬ einheit kann optional - was durch gestrichelte Linien dar¬ gestellt ist - auch mit dem Ausgang eines Temperaturfüh¬ lers (gemäß der Figur des Fühlers 21 aus Fig. 4 oder 5) verbunden sein, so daß auch die Temperatur des Laseranord¬ nung in die Steuerung der Kühlanordnung eingeht.The signals specifying the result of the beam comparison are fed to the data input of a processing unit 105, which is formed, for example, by a microprocessor and is connected to the output of the comparator unit 103, and which furthermore has a data memory (RAM) 106 and a program memory in the usual way (such as an EPROM) 107. The processing unit can optionally - which is shown by dashed lines - also be connected to the output of a temperature sensor (according to the figure of the sensor 21 from FIG. 4 or 5), so that the temperature of the laser arrangement also enters into the control of the cooling arrangement.
In der Verarbeitungseinheit 105 wird unter Abruf eines Programms und von vorgespeicherten Daten zur Korrektur des T-Feldes im Laserkristall 1 durch Veränderung der Be¬ triebsspannung der Peltierelemente 6.1 bis 6.8 ein Satz von Steuerdaten für die Spannungs ersorgung der einzelnen Peltierelemente errechnet, der schließlich einer Span- nungsversorgungseinheit 108 für die Kühlelemente zugeführt wird und eine entsprechende Einstellung der Betriebsspan¬ nungen und damit der Kühlleistungen der Peltierelemente bewirkt. Dies führt zu einer Gestalt des T-Feldes im La¬ serkristall, mit der die gewünschten Laserstrahlparameter erzielt werden. Die Einstellung der Spannungsversorgungs- einheit kann nach Beendigung des Einstellvorganges verrie¬ gelt werden.In the processing unit 105, a set of control data for the voltage supply of the individual Peltier elements, which is finally a chip, is calculated by calling up a program and pre-stored data for correcting the T field in the laser crystal 1 by changing the operating voltage of the Peltier elements 6.1 to 6.8 - Power supply unit 108 is supplied for the cooling elements and causes a corresponding setting of the operating voltages and thus the cooling capacities of the Peltier elements. This leads to a shape of the T-field in the laser crystal with which the desired laser beam parameters are achieved. The setting of the voltage supply unit can be locked after the setting process has ended.
Das Verarbeitungsprogramm für die gemessenen Strahldaten kann bei der beschriebenen Anordnung ein iteratives Pro- gramm sein, wobei während der Einstellung laufend die ver¬ änderten Strahlparameter erfaßt werden und einem nächsten Iterationsschritt zugrundegelegt werden können. Besonders gut eignet sich hierfür ein Fuzzy-Logic-Algorithmus.In the arrangement described, the processing program for the measured beam data can be an iterative program, the changed beam parameters being continuously detected during the setting and a subsequent iteration step can be used as a basis. A fuzzy logic algorithm is particularly suitable for this.
Zur Darstellung der erfaßten Daten und Verarbeitungsergeb¬ nisse für einen Bediener und zur Beeinflussung des Verar- beitungsprozesses sind die genannten Komponenten weiter¬ hin jeweils mit einer Anzeige- und Eingabeeinheit 109 - etwa Bildschirm und Tastatur eines herkömmlichen PC - ver¬ bunden.To display the recorded data and processing results for an operator and to influence the processing In the processing process, the components mentioned are each further connected to a display and input unit 109, for example the screen and keyboard of a conventional PC.
Eine grundsätzlich völlig analoge Schaltung kann zur Steuerung bzw. Einstellung einer aktiven Heizanordnung nach Fig. lc oder auch einer kombinierten Kühl- und Heizan¬ ordnung nach Fig. ld eingesetzt werden. Weiterhin kann auf ähnliche Weise - alternativ oder ergänzend zur Steuerung des Temperaturfeldes - über die separate Ansteuerung meh¬ rere Pumplichtquellen eine Steuerung der Leuchtdichtever¬ teilung des Pumplichts im Festkörperlaser vorgenommen wer¬ den.A basically completely analog circuit can be used to control or set an active heating arrangement according to FIG. 1c or a combined cooling and heating arrangement according to FIG. 1d. Furthermore, in a similar manner, as an alternative or in addition to the control of the temperature field, the luminance distribution of the pump light in the solid-state laser can be controlled via the separate control of several pump light sources.
In Figur 8 ist eine grafische Darstellung zur Verdeutli¬ chung einer vorteilhaften Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegeben.FIG. 8 shows a graphic representation to illustrate an advantageous effect of the device according to the invention.
Gezeigt ist in anhand von typischen Kurvenverlaufen in logarithmischer Darstellung die Laserausgangsleistung Pout als Funktion der Pumpleistung Pj_n- Die gestrichelte Linie zeigt einen Kurvenverlauf für eine Yb-YAG-Laservorrichtung nach dem Stand der Technik, während die durchgezogene Kur- ve die Kennlinie einer gemäß einer Ausführungsform der Er¬ findung aufgebauten Vorrichtung ist. Es ist zu erkennen, daß bei letzterer sowohl der Anstieg im linearen Bereich ("slope") als auch die erreichbare maximale Ausgangslei¬ stung (bezogen auf die Schwelleistung) wesentlich höher ist. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei¬ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.The laser output power P o t as a function of the pump power P j _ n is shown in a logarithmic representation using typical curve profiles. The dashed line shows a curve profile for a Yb-YAG laser device according to the prior art, while the solid curve shows the Characteristic curve of a device constructed according to an embodiment of the invention. It can be seen that in the latter case, both the increase in the linear region (“slope”) and the achievable maximum output power (based on the threshold power) are significantly higher. The embodiment of the invention is not limited to the preferred embodiment described above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.
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Claims

A n s p r ü c h e Expectations
1. Festkörperlaservorrichtung mit einem im wesentlichen stab- oder plattenförmigen Laserkörper (1; 1") mit einer Längsachse (A) , einem achsparallel zur Längsachse des La¬ serkörpers angeordneten Resonator (4, 5; 17, 18; 25, 26) und einer Pumplichtquelle (15a bis 15c, 16a bis 16c; 22, 23) zur Anregung des Laserkörpers,1. Solid-state laser device with an essentially rod-shaped or plate-shaped laser body (1; 1 ") with a longitudinal axis (A), a resonator (4, 5; 17, 18; 25, 26) arranged parallel to the longitudinal axis of the laser body and one Pump light source (15a to 15c, 16a to 16c; 22, 23) for excitation of the laser body,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daßd a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that
dem Laserkörper Mittel (2, 3; 6.1 bis 6.8; 7.1 bis 7.10; 2", 3"; 11, 12) zur Einstellung eines vorbestimmten Tempe- raturprofils in Richtung der Längsachse derart, daß im Be¬ trieb der Vorrichtung periodisch abwechselnd Bereiche hö¬ herer Laserkörper-Temperatur und Bereiche niedrigerer Laserkörper-Temperatur vorliegen, zugeordnet sind.the laser body means (2, 3; 6.1 to 6.8; 7.1 to 7.10; 2 ", 3"; 11, 12) for setting a predetermined temperature profile in the direction of the longitudinal axis in such a way that, in operation of the device, areas of higher height alternate periodically ¬ Herer laser body temperature and areas of lower laser body temperature are assigned.
2. Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 1, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mittel zur Einstellung eines vorbestimmten Temperaturprofils eine an einer Umfangsfläche (la, lb; la", lb"; la/M" , lb/M" ) des Laserkörpers (1; 1") vorgesehene Anordnung (2, 3; 11, 12) zur Wärmeableitung vom Laserkörper an die Umgebung um¬ fassen, die in Richtung der Längsachse (A) des Laserkör¬ pers periodisch abwechselnd Abschnitte (2a, 2b, 3a, 3b; 11a, 11b, 12a, 12b) mit höherem und solche mit niedrigerem Wärmeübergangswiderstand aufweist. 3. Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 2, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anord¬ nung zur Wärmeableitung mindestens einen metallischen Wär¬ meleitkörper (2, 2. Solid-state laser device according to claim 1, since ¬ characterized in that the means for setting a predetermined temperature profile on a peripheral surface (la, lb; la ", lb"; la / M ", lb / M") of the laser body (1; 1st ") intended arrangement (2, 3; 11, 12) for heat dissipation from the laser body to the environment, which periodically alternate sections (2a, 2b, 3a, 3b; 11a,) in the direction of the longitudinal axis (A) of the laser body, 11b, 12a, 12b) with higher and those with lower heat transfer resistance. 3. Solid-state laser device according to claim 2, since ¬ characterized in that the arrangement for heat dissipation at least one metallic heat conducting body (2,
3; 11, 12) mit sich periodisch abwech- selnden Vorsprüngen (2b, 3b; 11b, 12b) und Aussparungen (2a, 3a; lla, 12a) umfaßt, wobei die Vorsprünge dem Laser¬ körper (1; 1") zugewandt sind und in gutem thermischen Kontakt an dessen Umfangsfläche anliegen, während die Aus¬ sparungen jeweils einen Abstandsbereich mit schlechtem thermischen Kontakt zum Laserkörper bilden.3; 11, 12) with periodically alternating projections (2b, 3b; 11b, 12b) and recesses (2a, 3a; 11a, 12a), the projections facing the laser body (1; 1 ") and in there is good thermal contact on its peripheral surface, while the recesses each form a spacing area with poor thermal contact with the laser body.
4. Festkörperlaservorrichtung nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , daß die Mittel zur Einstellung eines vorbestimm¬ ten Temperaturprofils eine an der Umfangsfläche (la, lb) des Laserkörpers (l) angeordnete aktive Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (6.1 bis 6.8; 7.1 bis 7.10) umfassen, die in Richtung der Längsachse (A) des Laserkörpers periodisch abwechselnd Bereiche mit höherer und niedrigerer Umfangs- temperatur erzeugt.4. Solid state laser device according to one of the preceding claims, characterized in that the means for setting a predetermined temperature profile are arranged on the peripheral surface (la, lb) of the laser body (l), active heating and / or cooling device (6.1 to 6.8; 7.1 to 7.10) which, in the direction of the longitudinal axis (A) of the laser body, periodically alternate areas with higher and lower peripheral temperature.
5. Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 4, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine aktive, insbesondere elektrisch betriebene, Kühlvorrichtung mit in Richtung der Längsachse des Laserkörpers (1) in Abständen angeordneten Kühlelementen oder -bereichen (6.1 bis 6.8) vorgesehen ist. - 34 -5. Solid-state laser device according to claim 4, characterized in that an active, in particular electrically operated, cooling device with cooling elements or regions (6.1 to 6.8) arranged at intervals in the direction of the longitudinal axis of the laser body (1) is provided. - 34 -
6. Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 4, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine, insbe¬ sondere elektrisch betriebene, Heizvorrichtung mit in Richtung der Längsachse des Laserkörpers (l) in Abständen angeordneten Heizelementen oder -bereichen (7.1 bis 7.10) vorgesehen ist.6. Solid-state laser device according to claim 4, so that a, in particular electrically operated, heating device with heating elements or regions (7.1 to 7.10) arranged at intervals in the direction of the longitudinal axis of the laser body (l) is provided.
7. Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 4, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine elek¬ trisch betriebene, insbesondere nach dem Peltier-Effekt arbeitende, Heiz-/Kühlvorrichtung mit in Richtung der Längsachse des Laserkörpers abwechselnd angeordneten Kühl- und Heizbereichen vorgesehen ist.7. Solid-state laser device according to claim 4, d a - d u r c h g e k e n n e e c h n e t that an electrically operated, in particular according to the Peltier effect, heating / cooling device is provided with alternately arranged in the direction of the longitudinal axis of the laser body cooling and heating areas.
8. Festkörperlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen (la, lb) des Laserkörpers (1; 1") je eine Anordnung zur Wärmeablei¬ tung (2, 3; 2", 3", 11, 12) und/oder eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (6.1 bis 6.8; 7.1 bis 7.10) angeordnet ist.8. Solid-state laser device according to one of claims 2 to 7, characterized in that on two opposite side surfaces (la, lb) of the laser body (1; 1 ") each have an arrangement for Wärmeabi¬ device (2, 3; 2", 3 ", 11, 12) and / or a heating and / or cooling device (6.1 to 6.8; 7.1 to 7.10) is arranged.
9. Festkörperlaservorrichtung nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß der Laserkörper ein, insbesondere quaderför¬ miger, Miniatur-Laserkristall (1; 1") aus Nd- oder Yb- dotiertem YAG ist. 9. Solid-state laser device according to one of the preceding claims, characterized in that the laser body is a, in particular cuboid, miniature laser crystal (1; 1 ") made of Nd- or Yb-doped YAG.
10. Festkörperlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens der Laserkörper (1") mit dem Resonator (17, 18; 25, 26) und der Anordnung zur Wärmeableitung (11, 12) und/oder der aktiven Heiz- und/oder Kühlvorrichtung als zusammenhängende kompakte Baugruppe auf einem Trägerele¬ ment (10; 10') aufgebaut ist.10. Solid-state laser device according to one of claims 2 to 9, characterized in that at least the laser body (1 ") with the resonator (17, 18; 25, 26) and the arrangement for heat dissipation (11, 12) and / or the active heating and / or the cooling device is constructed as a coherent compact assembly on a carrier element (10; 10 ').
11. Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 10, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Laser¬ körper (1") mit dem Resonator (17, 18; 25, 26) auf einer zweifach kaskadierten Peltierelementanordnung (10'), ins¬ besondere mit Al203-Grundplatte (10.1!), als Trägerelement montiert, insbesondere aufgelötet oder wärmeleitfähig auf¬ geklebt, ist.11. Solid-state laser device according to claim 10, since ¬ characterized in that the laser body (1 ") with the resonator (17, 18; 25, 26) on a double cascaded Peltier element arrangement (10 '), in particular with Al 2 0 3rd -Groundplate (10.1 ! ), Mounted as a support element, in particular soldered or glued on thermally conductive, is.
12. Festkörperlaservorrichtung nach einem der vorangehen- den Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß eine Steuereinrichtung für die Pumplicht¬ quelle(n) zur wahlweisen Einstellung eines in Richtung der Längsachse des Laserkörpers homogenen oder eines perio¬ disch abwechselnd Bereiche höherer und niedrigerer Leucht- dichte aufweisenden Leuchtdichteprofils vorgesehen ist.12. Solid-state laser device according to one of the preceding claims, characterized in that a control device for the pump light source (s) for the optional setting of a homogeneous in the direction of the longitudinal axis of the laser body or a periodically alternating areas of higher and lower luminance having luminance profile is provided.
13. Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 12, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Verar- beitungseinrichtung (105) vorgesehen ist, die ausgangssei- tig mit einem Steuereingang der Heiz- und/oder Kühlvor- richtung (8.1 bis 6.8) und/oder der Steuereinrichtung für die Pumplichtquelle(n) verbunden ist und über die ein vor¬ bestimmtes Temperaturprofil und/oder eine vorbestimmte Leuchtdichteverteilung in Richtung der Längsachse des La- serkörpers (1; 1") eingestellt bzw. aufrechterhalten wird.13. Solid-state laser device according to claim 12, since ¬ characterized in that a processing device (105) is provided, the output side with a control input of the heating and / or cooling device. Direction (8.1 to 6.8) and / or the control device for the pump light source (s) is connected and via which a predetermined temperature profile and / or a predetermined luminance distribution in the direction of the longitudinal axis of the laser body (1; 1 ") is set or is maintained.
14. Festkörperlaservorrichtung nach Anspruch 13, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine mit ei- nem Eingang der Verarbeitungseinrichtung (105) verbundene Lichtaufnehmereinheit (101) zur Erfassung des Strahlpro¬ fils des im Laserkörper (1) erzeugten Laserstrahls als Steuergröße für das Temperaturprofil und/oder die Leucht¬ dichteverteilung vorgesehen ist.14. Solid-state laser device according to claim 13, since ¬ characterized in that a with an input of the processing device (105) connected light receiver unit (101) for detecting the beam profile of the laser beam generated in the laser body (1) as a control variable for the temperature profile and / or the luminance distribution is provided.
15. Festkörperlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die kompakte Baugruppe einen Temperaturfühler (21) zur Er- fassung der Temperatur, eine mit dessen Ausgang verbundene Regeleinheit (21) und eine mit deren Ausgang verbundene Heiz-und/oder Kühleinrichtung (6.1 bis 6.8) zur Aufrecht¬ erhaltung des Temperaturprofils der Baugruppe aufweist.15. Solid state laser device according to one of claims 10 to 14, characterized in that the compact assembly has a temperature sensor (21) for detecting the temperature, a control unit (21) connected to its output and a heating and / or cooling device connected to its output (6.1 to 6.8) to maintain the temperature profile of the assembly.
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