Die Erfindung bezieht sich auf einen durch Laserdioden gepumpten Festkörperla ser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a pumped by laser diodes Festkörperla water according to the preamble of claim 1.

Derartige Festkörperlaser bieten neben einer hohen Effizienz - die bis zum Zehn fachen den Wirkungsgrad herkömmlicher Systeme übersteigen - auch Kompakt heit und weitgehende Wartungsfreiheit. Such solid state lasers offer in addition to high efficiency - up to ten times the efficiency of conventional systems exceed - also compact unit and virtually maintenance-free. Aufgrund des im Vergleich zu konventio nellen, durch Lampen gepumpten Festkörperlasern wesentlich vorteilhafteren An regungsmechanismus und der Möglichkeit, das Pumplicht auf den räumlichen Be reich der Lasermode zu beschränken, bietet die longitudinale Anregung mit einer Laserdiode als Pumpquelle sehr gute Voraussetzungen für optisch gepumpte Festkörperlaser. Because of the pumped compared to conven- tional, with lamps solid-state lasers much more favorable to excitation mechanism and the ability to limit the pumping light on the spatial loading area of ​​the laser mode provides the longitudinal excitation with a laser diode as the pumping source very good conditions for optically pumped solid-state lasers.

Allerdings stößt auch dieser sehr effiziente Anregungsmechanismus bei hohen Pumpleistungen an seine physikalisch realisierbaren Grenzen. However, this very efficient excitation mechanism encounters at high pump powers to his limits physically realizable. Aus der Druck schrift "TDA Progress report 42-80, Oct.-Dec. 1984" von DL Sipes Jr. läßt sich ableiten, daß die Zerstörgrenze aufgrund der thermischen Belastung bei dem wohl am weitest verbreiteten Laserkristall Nd:YAG bei 115 W/cm absorbierter Pumpleistung liegt. . "TDA Progress report 42-80, Oct.-Dec 1984" from the pressure of writing DL Sipes Jr. can be concluded that the destruction due to the thermal load in the probably the most widely used laser crystal Nd: YAG at 115 W / cm absorbed pump power is. Da demnach der Laser nicht mit höherer Leistung pro Kristallänge gepumpt werden kann, ist auch seine Laserausgangsleistung dementsprechend begrenzt. Therefore, since the laser can not be pumped with higher performance per crystal length, his laser output power is limited accordingly.

Nicht weniger einschränkend ist die Gegebenheit, daß Laserdioden mit ausrei chender optischer Ausgangsleistung nicht zur Verfügung stehen und deshalb im mer die Ausgangsleistung mehrerer Laserdioden erforderlich ist um einen Fest körperlaser hoher Leistung anzuregen. Not less restrictive is the fact that laser diodes are not suffi cient with optical output power, and therefore the number, the output power of several laser diodes is required to excite a solid-state laser high power. Dies kann beispielsweise geschehen, in dem man die Pumpleistung mehrerer Laserdioden in je eine Glasfaser einkoppelt und diese Glasfasern als Bündel vor dem Laserkristall positioniert, um so den La ser mit longitudinaler Pumpanordnung zu betreiben. This can be done for example in which one couples the pump power of multiple laser diodes in each a glass fiber and glass fiber positioned this as a bundle before the laser crystal, so as to operate the La ser with longitudinal pumping arrangement. Ein solches Experiment ist von Y. Kenada, M. Oka, H. Masuda und S. Kubota in dem Artikel "7.6 W of continous-wave radiation in a TEM₀₀ mode from a laser-diode end-pumped Nd:YAG laser", in Optics letters, Vol. 17, No. Such an experiment is Kenada Y., M. Oka, H. Masuda and S. Kubota in the article "7.6 W of continous-wave radiation in a TEM₀₀ fashion from a laser-diode end-pumped Nd: YAG laser," in Optics Letters, Vol. 17, No. 14, July 15, 1992, pp 1003 be schrieben worden. 14, July 15, 1992, pp 1003 was written be.

Eine andere Möglichkeit der longitudinalen Pumpanordnung mit mehreren La serdioden besteht darin, durch entsprechende Kollimations- und Fokussieroptiken die Strahlung mehrerer Dioden unter einem flachen Winkel in den Kristall einzu koppeln. Another possibility for longitudinal pumping arrangement with several La serdioden is appropriate collimating and focusing lenses by the radiation of several diodes couple einzu at a shallow angle in the crystal. Dies haben bereits S. Tidwell, J.Seamans, C. Hamilton, C. Muller und D. Lowenthal demonstriert (Optics letters, Vol. 16, No.8, April 15, 1991, pp584). This has already S. Tidwell, J.Seamans, C. Hamilton, C. Muller and D. Lowenthal demonstrated (letters Optics, Vol. 16, No. 8, April 15, 1991, pp584).

Wenn man auf keine dieser bewährten Methoden zurückgreifen will oder kann, bleibt nach dem gegenwärtigen Stand der Technik nur, auf die hocheffiziente longitudinale Anregungsweise zu verzichten und mit der etwas weniger effizien ten, transversalen Pumpanordnung zu arbeiten. If you want to rely on any of these proven methods or can only remains to waive the highly efficient excitation of longitudinal manner and to work with the somewhat less efficien th, transverse pumping arrangement according to the present state of the art. Diese transversale Pumpanord nung ist in der Literatur an vielen Stellen ausführlich beschrieben, sowohl für Slab-Kristalle von W. Koechner: "Solid state laser engineering", Springer Verlag, als auch für Laserstäbe von F. Hanson und D. Haddock ("Laser diode side pum ping of neodymium laser rods", Appl.Opt., Vol. 27, No. 1, Januar 1, 1988, pp80). This transverse Pumpanord tion is described in the literature in many places in detail, both for Slab-crystals of W. Koechner, "Solid state laser engineering", Springer Verlag, as well as laser rods by F. Hanson and D. Haddock ("laser diode side pum ping of neodymium laser rods ", Appl.Opt., Vol. 27, No. 1, JANUARY 1, 1988, PP80). Dabei wird die Pumpstrahlung der Laserdioden rechtwinklig zur optischen Achse des Festkörperlasers eingekoppelt, dies bietet die Möglichkeit durch Skalierung der Zahl der Laserdioden entlang des Laserkristalls die Ausgangsleistung des La sersystems zu erhöhen. Here, the pumping radiation of the laser diode is coupled at right angles to the optical axis of the solid-state laser, this offers the possibility by scaling the number of laser diodes along the laser crystal to increase the output power of the La sersystems.

Grundsätzlich sind scheinbare Mischformen aus longitudinaler und transversaler Pumpanordnung bekannt (C. Pfisterer, P. Albers, HP Weber: "Efficient Nd:YAG slab, longitudinally pumped by diode lasers", WEE Journal of Quantum Electro nics, Vol. 26, Nr. 5, pp 827-829, May 1990). Basically apparent hybrids of longitudinal and transverse pumping arrangement are known (C. Pfisterer, P. Albers, HP Weber: "Efficient Nd: YAG slab, Longitudinally pumped by diode lasers," WEE Journal of Quantum Electro nics, vol 26, no. 5. , pp 827-829, May 1990). Ebenso finden sich in der Literatur Beschreibungen von Lasern, die zur besseren Ausnutzung des im Laserkristall angeregten Volumens, mehrfache Reflexionen des Laserstrahls im Kristall aus nutzen (R. Scheps, J. Myers: "Scalable internally folded Nd:YAG laser end-pum ped by laser diodes", SPW Vol. 1864, Solid State Lasers IV 1993, pp 132 oder Q. Lü, J. Eichler: "Off-axis prism resonator for improved beam quality of slab lasers", Optics letters, Vol. 15, Nr. 23, Dec.1, 1990, pp 1357). Also found in the literature descriptions of lasers, the multiple reflections of the laser beam in the crystal of use for better utilization of the excited in the laser crystal volume (R. Scheps, J. Myers: "Scalable internally folded Nd: YAG laser end-pum ped by laser diodes ", Vol SPW 1864 Solid State Lasers IV, 1993, pp 132 or Q. Lu, J. Eichler." Off-axis prism resonator for improved beam quality of slab lasers, "Optics Letters, Vol. 15, No.. 23, Dec.1, 1990, pp 1357).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen von Laserdioden angeregten Festkörperlaser zu schaffen, der den Einsatz von mehreren Laserdi oden erlaubt, die den Festkörperlaser in einer effizienten longitudinalen Pump konfiguration anregen, wobei thermisch induzierte Verzerrungen der optischen Phasenfronten wesentlich minimiert werden. The present invention has for its object to provide an excited by laser diode solid-state laser that allows diodes using more Laserdi, the configuration excite the solid-state laser in an efficient longitudinal pump, wherein thermally induced distortions of the optical phase fronts are substantially minimized.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. This object is solved by the measures indicated in claim 1. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele beschrieben und erläutert, sowie in der Zeichnung skizziert. In the dependent claims refinements and developments are given in the following description and embodiments are described and explained, as well as outlined in the drawing. Es zeigen: In the drawings:

Fig. 1 ein Schemabild eines Ausführungsbeispiels mit einem Laserkristall in Form eines Pentagons, der an vier Grenzflächen mit insgesamt acht La serdioden optisch angeregt werden kann, FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a laser crystal in the form of a pentagon, the serdioden to four interfaces with a total of eight La can be optically excited

Fig. 2 ein Schemabild eines Ausführungsbeispiels mit einem Laserkristall in Form eines regelmäßigen Achtecks. Fig. 2 is a schematic diagram of an embodiment of a laser crystal in the form of a regular octagon. Hierbei kann das Pumplicht von insgesamt vierzehn Laserdioden in longitudinaler Aufbauweise über sieben Kristallflächen in den Laserkristall einkoppeln. Here, the pump light of laser diode in the longitudinal structure of a total of fourteen manner can couple over seven crystal faces in the laser crystal.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten Konfiguration wird ein Laserkristall ( 1 ) in der Form eines regelmäßigen Fünfecks verwendet. In the example illustrated in Fig. 1 configuration, a laser crystal (1) is used in the form of a regular pentagon. Bei diesem in optischer Quali tät geschliffenen und polierten Fünfeck sind vier Kristallflächen ( 2 ) durch eine dielektrische Vielschichtbedampfung hochreflektierend für die Wellenlänge des Festkörperlasers und hochtransmittierend für die Pumpwellenlänge der Laserdi oden ( 4 ) vergütet. Ity in this qualification in optical ground and polished pentagon are remunerated for the pump wavelength of Laserdi oden (4) four facets (2) by a dielectric Vielschichtbedampfung highly reflective for the wavelength of the solid-state laser and highly transmitting. Die verbleibende Kristallfläche ( 3 ) ist für die Wellenlänge des Festkörperlasers antireflektierend bedampft. The remaining crystal face (3) is vapor-coated anti-reflective for the wavelength of the solid-state laser. Zusätzlich befinden sich außerhalb des Laserresonators die Spiegel ( 5 und 6 ), von denen einer als hochreflektieren der Endspiegel ( 5 ), der andere als teilreflektierender Auskoppelspiegel ( 6 ) arbei tet. In addition there are outside the laser cavity mirrors (5 and 6), one of which reflect the high end mirror (5), the tet other than partially reflecting output mirror (6) processing.

Die sich innerhalb des Resonators ausbildende Lasermode wird ( 10 ) auf ihrem Weg durch den Laserkristall an den hochreflektierend beschichteten Kristallflä chen reflektiert, wobei sie sich in dem Bereich jeder Kristallfläche je zweimal in dem von den Laserdioden ( 4 ) longitudinal über die Transferoptik ( 7 ) gepumpten Volumen befindet. The forming inside the resonator laser mode (10) reflects on their way through the laser crystal to the highly reflective coated Kristallflä chen, where they are in the region of each crystal face in that of the laser diode (4) extending longitudinally through the transfer optics twice each (7) pumped volume is located.

Entsprechend dem Gesetz der Brechung an optischen Flächen vergrößert sich der Winkel zur Flächennormalen ( 8 ), unter dem die Laserdioden in den Kristall ein strahlen, auf den Wert β, wenn im Kristall die Lasermode unter dem Winkel α zur Flächennormalen ( 8 ) auf die Kristallfläche trifft. According to the law of refraction at optical surfaces increases the angle to the surface normal (8) under which a beam, the laser diode in the crystal, β to the value when the crystal the laser mode at the angle α to the surface normal (8) on the crystal surface hits. Dabei gilt: sin α/sin β = 1/n, mit n gleich dem optischen Brechungsindex des Laserkristalls. The following applies: sin α / sin β = 1 / n, where n is the optical refractive index of the laser crystal. Dadurch ist ein genügend großer Raum geschaffen, um auch bei kleinen Laserkristallen pro Kristallfläche zwei Laserdioden als longitudinale Pumpquelle einzusetzen. As a result, a sufficiently large space is created to use two laser diodes as longitudinal pumping source even at low laser crystals per facet.

Grundsätzlich besitzen alle derzeit als Pumpquellen zur Verfügung stehenden Hochleistungslaser-Dioden eine Array- oder Breitstreifenstruktur, welche die Ei genschaft hat, ein stark asymmetrisches Strahlprofil zu erzeugen; Basically, all currently own as pump sources available high power laser diode array or a broad-stripe structure which has genschaft the egg to produce a strongly asymmetric beam profile; in der Ebene des als aktive Zone wirkenden pn-Übergangs ist der Divergenzwinkel der entste henden Laserstrahlung mit einigen Grad deutlich geringer als der Divergenzwin kel von einigen 10 Grad in der Ebene senkrecht dazu. in the plane of the active region acting as a pn junction of the divergence angle of the laser radiation entste existing with some degree is much lower than the Divergenzwin angle of some 10 degrees in the plane perpendicular thereto.

Orientiert man die Laserdioden derart, daß der große Divergenzwinkel gemäß Abb. 1 in der Zeichenebene liegt, so kann der Kristall auch von jeweils nur einer Laserdiode pro Kristallfläche gepumpt werden, bei einem trotzdem sehr guten Überlappungsbereich von Pump- und Modenvolumen. Oriented to the laser diode so that the large divergence angle as shown in Fig. 1 lies in the plane of the drawing, the crystal can be pumped from only a laser diode per facet at a still very good area of overlap of pump and mode volume. Dadurch kann man die technischen Anforderungen an die Kollimations- und Fokussieroptik werden wesentlich reduziert. This allows you the technical requirements for the collimating and focusing can be significantly reduced. Trotzdem sind in diesem Falle immer noch beispielsweise vier Laserdioden als Pumpquelle an einem Laserkristall mit fünf Kristallflächen einsetzbar. Nevertheless, in this case, for example, still four laser diodes used as pump source at a laser crystal with five facets.

Die mit der Pumplichteinstrahlung verbundene Aufheizung des Laserkristalls kann durch Metallflächen, Mikrokühler oder ähnliches erfolgen, welche oberhalb und/oder unterhalb der durch die Zeichenebene gebildeten Fläche am Laserkri stall anliegen. The connected to the pumping light irradiation heating of the laser crystal can be effected by metal surfaces, micro-cooler or the like which abut above and / or below the surface formed by the plane of the drawing at the Laserkri stall. Der Laserkristall kann insgesamt sehr dünn gehalten werden, so daß zum einen das Verhältnis Kristalloberfläche zu Kristallvolumen sehr groß wird, und der absolute thermische Widerstand sehr gering wird. The laser crystal as a whole can be kept very thin so that the ratio for a crystal surface to crystal volume is very large, and the absolute thermal resistance is very low. Aus diesem Grunde sind thermisch induzierte Verzerrungen der optischen Phasenfronten, thermisch induzierte Doppelbrechung und thermische Linsenbildung minimiert, da deren Ursache in Temperaturgradienten innerhalb des Modenvolumens des Festkörperlasers liegt. For this reason, thermally induced distortions of the optical phase fronts, thermally induced birefringence and thermal lensing are minimized because the cause is temperature gradients within the mode volume of the solid-state laser.

Die Fig. 2 veranschaulicht eine Laserkonfiguration, bei der der Laserkristall in Form eine Oktogons geschliffen und poliert ist. Fig. 2 illustrates a laser configuration in which the laser crystal is ground and polished in the form of an octagon. Bei analog zu Fig. 1 ausgeführ ter, hochreflektierender Beschichtung von nun sieben der acht Kristallflächen und antireflektierender Beschichtung der verbleibenden achten Kristallfläche wird der Laserresonator wieder durch den Endspiegel ( 5 ) und den Auskoppelspiegel ( 6 ) vervollständigt. In analogy to Fig. 1 out recirculation ter, highly reflective coating of now seven of the eight facets and anti-reflective coating on the remaining eighth facet of the laser resonator is again by the end mirror (5) and the output mirror (6) completes. Bei der hier veranschaulichten Laserkonfiguration können vier zehn Laserdioden als longitudinale Pumpquelle verwendet werden, wobei das ge samte Lasersystem trotzdem sehr klein und kompakt gehalten werden kann. In the illustrated here laser configuration fourteen laser diodes can be used as longitudinal pumping source, the ge entire laser system can still be kept very small and compact.

Grundsätzlich sind auch Glasfasern einsetzbar, um das Pumplicht einer Vielzahl von Laserdioden an die Kristallflächen heranzuführen. In principle, glass fibers are used to introduce the pump light of a plurality of laser diodes to the crystal faces. Dies ist besonders dann angezeigt, wenn durch einen Laserkristall mit vielen Einkoppelflächen eine große Pumpleistung eingestrahlt werden soll, wegen der Kompaktheit des Laserkristalls jedoch nicht genügend Raum für die Laserdioden inklusive ihrer Pumpoptik zur Verfügung steht. This is particularly appropriate when a large pumping power is to be irradiated by a laser crystal with many input surfaces, because of the compactness of the laser crystal, however, is not available enough space for the laser diodes including their pump optics.