DE4101522C2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- DE4101522C2 DE4101522C2 DE19914101522 DE4101522A DE4101522C2 DE 4101522 C2 DE4101522 C2 DE 4101522C2 DE 19914101522 DE19914101522 DE 19914101522 DE 4101522 A DE4101522 A DE 4101522A DE 4101522 C2 DE4101522 C2 DE 4101522C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- laser
- glass rod
- emitting
- resonator
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
- H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
- H01S3/0604—Crystal lasers or glass lasers in the form of a plate or disc
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/07—Construction or shape of active medium consisting of a plurality of parts, e.g. segments
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/082—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094038—End pumping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
- H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
- H01S3/1608—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth erbium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
- H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
- H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörperlaser, dessen Nd : YAG-Kri stall über eine Kollimations- und Fokussieroptik von einer Hochlei stungsdiode gepumpt wird, gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a solid-state laser, the Nd: YAG Kri stall via collimation and focusing optics from a Hochlei Stungsdiode is pumped, according to the preamble of claim 1.
Durch die Technologie der diodengepumpten Festkörperlaser, bei denen als Ersatz der herkömmlichen Blitz- oder Bogenlampen als Anregungsquelle nun Halbleiter-Laserdioden Verwendung finden, sind heute Festkörperlaser realisierbar, die aufgrund ihrer Kompaktheit und typischen Abmaße von einigen mm bis cm sowie ihrer Effizienz und langen Lebensdauer hervorra gend für miniaturisierte Meßsysteme geeignet sind. Aufgrund dieser Tech nologie sind auch völlig neue Anwendungen möglich geworden, die bisher aufgrund der Unwirtschaftlichkeit nicht marktfähig waren. Zur Erschlie ßung beispielsweise des großen Marktes für Lasermeßsysteme und deren Verbreitung auf einen weiten Bereich ist es jedoch unbedingt erforder lich, solche Lasermeßsysteme augensicher zu betreiben. Das bedeutet, daß die emittierte Laserlichtleistung auch im ungünstigsten Falle keine ge sundheitlichen Schädigungen hervorrufen darf und beispielsweise keine Verletzung der Augennetzhaut hervorruft. Bei den Geräten nach dem Stand der Technik wird dies durch eine Strahlaufweitung erreicht, welche durch eine Vergrößerung der Abbildung des Laserstrahlfleckes die Leistungs dichte der Laserstrahlung auf einen Wert reduziert, der eine solche Ver letzung ausschließt. Hierbei wird die Laserstrahlung jedoch auf einen derart großen Durchmesser aufgeweitet, daß eine für viele Messungen not wendige ortsaufgelöste Messung unmöglich wird.Through the technology of diode-pumped solid-state lasers, where as Replacement of conventional flash or arc lamps as an excitation source now Semiconductor laser diodes are used today as solid state lasers feasible due to their compactness and typical dimensions of a few mm to cm as well as their efficiency and long service life are suitable for miniaturized measuring systems. Because of this tech completely new applications have become possible were not marketable due to the inefficiency. To develop Example of the large market for laser measurement systems and their Spreading over a wide area is absolutely necessary Lich to operate such laser measurement systems eye-safe. It means that the emitted laser light power even in the worst case no ge may cause health damage and, for example, none Eye retinal injury. For the devices according to the status In technology, this is achieved by beam expansion, which is achieved by an increase in the image of the laser beam spot the power density of the laser radiation is reduced to a value that such a ver excludes last. Here, however, the laser radiation is on one expanded to such a large diameter that one is necessary for many measurements agile, spatially resolved measurement becomes impossible.
Ein anderer Weg zur Erzielung einer Augensicherheit ist, die Laserstrah lung einer solchen Wellenlänge zu verwenden, bei der das menschliche Au ge eine geringe oder keine Transmittanz mehr aufweist. Laserstrahlung solcher Wellenlänge wird bereits auf der Augenhornhaut oder im sogenann ten Glaskörper des Auges vollständig absorbiert und kann die Netzhaut nicht mehr erreichen. Zum einen ist die Hornhaut wesentlich unempfindli cher als die Netzhaut, zum anderen wird eine Laserstrahlung, die das Au ge durchdringen kann, auf die Netzhaut fokussiert, so daß dort große Leistungsdichten entstehen. Laserstrahlung solcher Wellenlänge, die be reits in der Hornhaut absorbiert wird, weist dort aber noch einen viel größeren Strahldurchmesser und somit eine wesentlich geringere Lei stungsdichte auf. Bisher wurde erst für eine einzige Laserwellenlänge die sogenannte Augensicherheit quantitativ nachgewiesen, so daß hieraus Grenzwerte für die Strahlenbelastung des menschlichen Auges festgelegt werden konnten, beispielsweise in der militärischen Laserschutzverord nung (Stanag 3606). Diese einzige Wellenlänge ist die 1,54-µm-Linie des Er : Glas-Lasers, welcher - allerdings in bisher sehr voluminösen Systemen - in beschränktem Umfange Verwendung in der Meßtechnik findet. Die zu lässige Strahlenexposition bei dieser Wellenlänge ist um mehrere Größen ordnungen höher gegenüber der zulässigen Strahlenbelastung von bei spielsweise der 1,06-µm-Linie des Nd : YAG-Lasers.Another way to achieve eye safety is by using the laser beam to use such a wavelength at which the human Au ge has little or no transmittance. Laser radiation Such wavelength is already on the cornea or in the so-called The vitreous of the eye is completely absorbed and can affect the retina no longer reach. Firstly, the cornea is essentially insensitive The second is laser radiation, which affects the eye ge can penetrate, focused on the retina, so that there are large Power densities arise. Laser radiation of such a wavelength that be is already absorbed in the cornea, but still shows a lot there larger beam diameter and thus a much lower lei density. So far, only for a single laser wavelength the so-called eye safety quantified, so that from this Limits for the radiation exposure of the human eye are set could be, for example, in the military laser protection ordinance (Stanag 3606). This single wavelength is the 1.54 µm line of the He: glass laser, which - however in previously very voluminous systems - Is used to a limited extent in measurement technology. The too casual radiation exposure at this wavelength is by several sizes orders higher than the permissible radiation exposure of for example the 1.06 µm line of the Nd: YAG laser.
Aus diesem Stand der Technik resultiert, daß ein Er : Glas-Laser die idea le Laserlichtquelle für augensichere Meßsysteme wäre, wenn die Möglich keit eines Diodenpumpens von Er : Glas gegeben werden könnte. Dies war bisher aber noch nicht realisierbar.From this state of the art results that an Er: glass laser the ideal le laser light source for eye-safe measuring systems would be if possible of a diode pump from Er: Glas could be given. This was but not yet feasible.
Er-dotierte Festkörperlaser und damit aufgebaute Laser sind nach dem Stande der Technik hinreichend bekannt. In den meisten bekannten Fällen wird das Er3+-Ion mit Laserstrahlung im Bereich zwischen 1047 und 1064 nm im allgemeinen mit Nd : YAG-Laserstrahlung gepumpt, wobei die Verwendung von Nd : Fasern, wie im Stande der Technik der im folgenden zitierten Druckschriften angegeben, der Verwendung von Nd : YAG-Lasern äquivalent ist. So beschreibt z. B. Hanna in Optics Communications, Vol. 63, Nr.6, 1987, Seiten 417 bis 420, einen Er-Laserstab, welcher mit einem Nd-Festkörperlaser optisch angeregt wird. Hanna weist insbesondere auch darauf hin, daß es von Vorteil wäre, den Er-Stab innerhalb des Nd-Laserresonators anzuordnen, und daß sowohl diodengepumpte Nd : YAG-Laser als auch diodengepumpte Nd : YLF-Laser als geeignete Pumpquellen für das Er-Material vorgesehen werden können. Er-doped solid-state lasers and lasers constructed with them are well known in the prior art. In most known cases, the Er 3+ ion is pumped with laser radiation in the range between 1047 and 1064 nm, generally with Nd: YAG laser radiation, the use of Nd: fibers as indicated in the prior art of the documents cited below , is equivalent to using Nd: YAG lasers. For example, B. Hanna in Optics Communications, Vol. 63, No. 6, 1987, pages 417 to 420, an Er laser rod, which is optically excited with an Nd solid-state laser. Hanna also points out in particular that it would be advantageous to arrange the Er rod within the Nd laser resonator, and that both diode-pumped Nd: YAG lasers and diode-pumped Nd: YLF lasers are provided as suitable pump sources for the Er material can be.
Eine entsprechende Anordnung wird auch von Gapontsev et al. in Optics and Laser Technology, August 1982, Seiten 189 ff vorgestellt. Der dort dargestellte Er-Laser ist in einer sogenannten gefalteten Resonatorkonfiguration aufgebaut, wobei der Er-Laserstab innerhalb eines Nd-Laserresonators angeordnet ist und einen Resonator aufweist, welcher unabhängig und nicht kollinear zu dem Nd-Laserresonator angeordnet ist.A corresponding arrangement is also by Gapontsev et al. in Optics and Laser Technology, August 1982, pages 189 ff. That one Er laser shown is in a so-called folded resonator configuration constructed, the Er laser rod within an Nd laser resonator is arranged and has a resonator which is independent and is not collinear to the Nd laser resonator.
Eine ähnliche Anordnung beschreiben Espie, Hanna et al. in Optics Communications, Vol. 69, Nr. 2, 15. Dez. 1988, Seiten 153 bis 155, wobei ebenfalls ein Er-Laserstab in einem gefalteten Resonator angeordnet ist, welcher hier allerdings von einem externen Nd-Laser angeregt wird.A similar arrangement is described by Espie, Hanna et al. in Optics Communications, Vol. 69, No. 2, Dec. 15, 1988, pages 153 to 155, also using an Er laser rod is arranged in a folded resonator, which, however, here is excited by an external Nd laser.
Die hier beschriebenen Anordnungen nach dem Stande der Technik weisen jedoch insbesondere für einen miniaturisierbaren Aufbau, welcher mit Halbleiter-Laserdioden angeregt werden kann, wesentliche Nachteile auf.The arrangements according to the prior art described here have however, in particular for a miniaturizable structure, which with Semiconductor laser diodes can be excited, significant disadvantages.
Zum einen sind Anordnungen gemäß Gapontsev et al. einerseits in der vorliegenden Konfiguration nur schwer effizient mit Halbleiter-Laserdioden pumpbar, zum anderen beruht die Anordnung auf der Verwendung relativ langer Er-Kristalle, welche als Absorber im Nd-Laserresonator zu einer hohen Laserschwelle führen, was in Widerspruch zur Verwendung von Halbleiter-Laserdioden als Pumpquelle besteht.On the one hand, arrangements according to Gapontsev et al. on the one hand in the present Configuration is difficult with semiconductor laser diodes pumpable, on the other hand the arrangement is based on the relative use long Er crystals, which act as absorbers in the Nd laser resonator high laser threshold, which contradicts the use of semiconductor laser diodes exists as a pump source.
Weiter ist weder von Hanna noch von Gapontsev oder Espie eine geeignete Resonatorkonfiguration vorgestellt, welche einerseits eine hohe Miniaturisierbarkeit des Lasers erlaubt, andererseits zu einer hohen Effizienz und zu einer geringen Laserschwelle führt.Furthermore, neither Hanna nor Gapontsev or Espie is suitable Resonator configuration presented, which on the one hand high miniaturizability of the laser, on the other hand, for high efficiency and leads to a low laser threshold.
Die Erfindung geht von Festkörperlasern aus, welche mit Halbleiter-Laserdioden gepumpt sind; diese sind allgemein bekannt und beispielhaft für einen einfachen Nd : YAG-Laser von Berger et al. in Appl. Phys. Lett., Vol. 51, Nr. 16., 19. Okt. 1987, Seiten 1212 ff beschrieben. The invention is based on solid-state lasers, which use semiconductor laser diodes are pumped; these are well known and exemplary for a simple Nd: YAG laser from Berger et al. in Appl. Phys. Lett., Vol. 51, No. 16, October 19, 1987, pages 1212 ff.
Zum weiteren Stand der Technik ist die Druckschrift "Soviet Journal of Quantum Electronics", Vol. 6, No. 10, 1976, S. 1190 ff. - Artikel von Galant u. a. - in Betracht gezogen worden, wie aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht.The publication "Soviet Journal of Quantum Electronics ", Vol. 6, No. 10, 1976, p. 1190 ff. - Articles by Galant et al. - in Considered, as is apparent from the description below.
Hochleistungs-Laserdioden nach dem Stand der Technik emittieren allesamt bei ungefähr 800 nm, dagegen weist Er : Glas bei dieser Wellenlänge keine oder nur unwesentliche Absorption auf, wie aus dem Diagramm der Fig. 5 entnommen werden kann. Im Gegensatz hierzu steht beispielsweise der Nd : YAG-Kristall, welcher gerade hier eine scharfe Absorptionslinie auf weist und somit sehr gut mit Laserdioden gepumpt werden kann.State-of-the-art high-power laser diodes all emit at approximately 800 nm, whereas Er: glass has no or only insignificant absorption at this wavelength, as can be seen from the diagram in FIG. 5. In contrast to this is, for example, the Nd: YAG crystal, which has a sharp absorption line here and can therefore be pumped very well with laser diodes.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde; einen Laser zu konzipieren, der einerseits von Hochleistungs-Halbleiterlaserdioden bei ungefähr 800 nm optisch angeregt werden kann und andererseits bei 1,54 µm im augensicheren Bereich emittiert, ohne eine hohe Ausgangsleistung des Nd : YAG-Lasers für eine hinreichende Besetzungsinversion im Er3+ zu erfordern.The present invention is based on the object; To design a laser that can be optically excited by high-power semiconductor laser diodes at around 800 nm and emits at 1.54 µm in the eye-safe area without a high output power of the Nd: YAG laser for a sufficient population inversion in the Er 3+ require.
Diese Aufgabe wird in zuverlässiger Weise durch die in den Ansprüchen 1 und 2 aufgezeigten Maßnahmen gelöst. In der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele erläutert sowie in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigtThis object is reliably achieved by the in claims 1 and 2 Measures identified resolved. In the description below Exemplary embodiments are explained and in the figures of the Sketched drawing. It shows
Fig. 1 den Aufbau eines Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines mit Halbleiter-Laserdioden gepumpten Er : Glas-Lasers nach der Erfindung, Fig. 1 shows the structure of a construction of an embodiment of a semiconductor laser diode with He pumped: glass laser according to the invention,
Fig. 2 den Aufbau eines diodengepumpten Nd : YAG-Lasers nach dem Stand der Technik, der seinerseits zur optischen Anregung eines Er : Glas-Lasers verwendet wird, Fig. 2 shows the structure of a diode-pumped Nd: YAG laser according to the state in turn a He for the optical excitation of the art: Glass laser is used
Fig. 3 den Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Er : Glas-Lasers nach der Erfindung, der mit Halbleiter-Laserdioden gepumpt werden kann, FIG. 3 shows the construction of another embodiment of an Er: glass laser according to the invention, which can be pumped by semiconductor laser diodes,
Fig. 4 ein Schemabild des Pumplicht- und Resonatorvolumens einer Anord nung gemäß Fig. 3, Fig. 4 is a schematic diagram of the pump light and a resonator volume Anord voltage according to Fig. 3,
Fig. 5 ein Diagramm eines Adsorptionsspektrums eines Er : Glas-Laserkristalls. Fig. 5 is a diagram of a Adsorptionsspektrums an Er: glass laser crystal.
Die Fig. 5 der Zeichnung veranschaulicht das typische Absorptionsspektrum eines Er : Glas-Laserkristalls. Wird einem solchen Festkörperlaser stab Ytterbium kodotiert, so ergibt sich im Bereich zwischen 850 nm und 1,1 µm eine starke, durch das Yb hervorgerufene Absorption, gegenüber einer im gestrichelten Verlauf des Spektrums nur geringen Absorption des Erbium⁴I11/2-Niveaus bei etwa 980 nm. Wird im Bereich zwischen 850 nm und 1,1 µm optisch angeregt, so ist bei geeigneter Wahl der Dotie rungsverhältnisse das angeregte Yb3+ in der Lage, seine Energie mittels Stoßprozessen zweiter Art recht vollständig an das Er+3 abzugeben. Dies führt zu einer Bevölkerung des oberen Laserniveaus von Er+3, so daß eine für stimulierte Emission notwendige Besetzungsinversion aufgebaut werden kann. Zwar weist auch hier der kodotierte Kristall gegenüber dem nicht kodotierten Kristall keine wesentlich stärkere Absorption bei 800 nm auf, jedoch liegt die abfallende Flanke der Yb-Absorption gerade bei et wa 1,06 µm, also der Emissionswellenlänge des Nd : YAG-Kristall-Lasers. Ein solcher kodotierter Kristall kann also mittels eines diodengepumpten Nd : YAG-Lasers seinerseits gepumpt werden, wie auch aus dem vorerwähnten Artikel von Galant hervorgeht, dessen Laseraufbau schematisch in der Fig. 2 skizziert ist. Figs. 5 of the drawings illustrates the typical absorption spectrum of an Er: glass laser crystal. If ytterbium is coded with such a solid-state laser, a strong absorption caused by the Yb results in the range between 850 nm and 1.1 μm, compared to an absorption of the erbium⁴I 11/2 level of only 980, which is only slight in the dashed course of the spectrum nm. If optically excited in the range between 850 nm and 1.1 µm, with a suitable choice of the doping conditions, the excited Yb 3+ is able to release its energy to the Er +3 quite completely by means of collision processes of the second kind. This leads to a population of the upper laser level of Er +3 , so that a population inversion necessary for stimulated emission can be built up. Here, too, the coded crystal does not have a much stronger absorption at 800 nm than the non-codot crystal, but the falling edge of the Yb absorption is just around 1.06 µm, i.e. the emission wavelength of the Nd: YAG crystal laser . Such a codotized crystal can in turn be pumped by means of a diode-pumped Nd: YAG laser, as can also be seen from the above-mentioned article by Galant, the laser structure of which is schematically outlined in FIG. 2.
Die Fig. 2 veranschaulicht, wie die Strahlung 31 einer Hochleistungsla serdiode 11 mittels einer Kollimations- und Fokussieroptik 12 in einen Laserresonator, der aus den Spiegeln 13 und 14 gebildet wird, so fokus siert und daß die Pumplichtstrahlung im Nd : YAG-Kristall 15 möglichst voll ständig absorbiert wird. Die Kristallendflächen 20 sind hierbei planpo liert und entspiegelt. Bei geeigneter Formung des Resonators emittiert diese Laserstrahlung bei 1,064 µm, welche über eine zweite Kollima tions- und Fokussieroptik 16 in einem aus den beiden Spiegeln 17 und 19 gebildeten zweiten Resonator in einen Er : Glasstab 18 fokussiert wird. Auch dessen Endflächen 21 sind planpoliert und entspiegelt. Bei geeigne ter Formung dieses zweiten Resonators emittiert diese augensichere La serstrahlung 35 bei 1,54 µm. Der aus dem Laserstab 18 und den Resona torspiegeln 17 und 19 gebildete Er-Laser wird so über einen laserdioden gepumpten Nd : YAG-Laser optisch angeregt. Fig. 2 illustrates how the radiation 31 of a Hochleistungsla serdiode 11 by means of collimation and focusing optics 12 in a laser resonator, which is formed from the mirrors 13 and 14 , so focused and that the pump light radiation in the Nd: YAG crystal 15 is as possible is fully absorbed all the time. The crystal end faces 20 are planpo lined and anti-reflective. With suitable shaping of the resonator, this laser radiation emits at 1.064 μm, which is focused via a second collimation and focusing optics 16 in a second resonator formed from the two mirrors 17 and 19 into an Er: glass rod 18 . Its end faces 21 are also polished and anti-reflective. With suitable shaping of this second resonator, this eye-safe laser radiation 35 emits at 1.54 μm. The Er laser formed from the laser rod 18 and the resonator mirrors 17 and 19 is optically excited via a laser diode pumped Nd: YAG laser.
Der große Nachteil dieser Konzeption nach dem Stand der Technik liegt in der erforderlichen hohen Ausgangsleistung des Nd : YAG-Lasers, die notwen dig ist, um eine hinreichende Besetzungsinversion im Er3+ zu erzielen.The major disadvantage of this prior art design is the high output power of the Nd: YAG laser required, which is necessary to achieve a sufficient population inversion in the Er 3+ .
Die Fig. 3 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ebenfalls die Pumplichtstrahlung 31 einer Hochleistungs-Laserdiode 11 über eine Kolli mations- und Fokussieroptik 12 in einen Nd : YAG-Kristall 15 fokussiert wird, welcher sich jedoch zwischen zwei Resonatorspiegeln 22 und 23 befindet. Innerhalb dieses aus den Spiegeln 22, 23 gebildeten Resonators befindet sich nun noch ein Er : Glasstab 18. Die Spiegel und die Endflächen des Nd : YAG-Kristalls 15 wie auch des Er : Glas-Kristalls 18 sind nun wie folgt beschichtet: Fig. 3 shows an embodiment of the invention, in which the pump light radiation 31 of a high-power laser diode 11 via a collimation and focusing optics 12 is focused into a Nd: YAG crystal 15 , which is, however, between two resonator mirrors 22 and 23rd located. Within this resonator formed from the mirrors 22 , 23 there is now an Er: glass rod 18 . The mirrors and the end faces of the Nd: YAG crystal 15 as well as of the Er: glass crystal 18 are now coated as follows:
Der Spiegel 22 weist eine hohe Reflexion für 1,06 µm auf, ebenso die Stab-Endfläche 26. Die Nd : YAG-Endflächen 24, 24′ sind antireflektierend beschichtet für 1,064 µm. Die Endfläche 25 des Er : Glas-Stabes 18 ist antireflektierend beschichtet für 1,064 µm und gleichzeitig hochreflektierend für 1,54 µm. Der Spiegel 23 ist teilreflektierend beschichtet für 1,54 µm. Daraus ergibt sich ein Modenverlauf innerhalb dieses Resonators, wie er in der Fig. 4 veranschaulicht ist. Der Übersicht halber sind in dieser Fig. 4 die beiden Laserstäbe 15 und 18 nur gestrichelt eingezeichnet. Das Resonatorvolumen 33 des Nd : YAG-Lasers wird innerhalb des Resonators, bestehend aus Spiegelschicht 22 und 26, aufgebaut. Der Er : Glasstab befindet sich so innerhalb des Nd : YAG-Resonators und absorbiert dort einen Teil der hohen Photonenflußdichte. Wird der Er : Glasstab nun geeignet kodotiert, so liegt die Flanke der Absorption gemäß Fig. 5 gerade so, daß er eine Teilabsorption bei 1,064 µm aufweist. Der Photonenfluß im Resonator 22-26 wird auf diese Weise nicht vollständig unterbunden, es findet stimulierte Emission des Nd statt, ein Großteil derer wird aber im Er : Glasstab 18 absorbiert. Wird in diesem eine Besetzungsinversion aufgebaut, so kann dieser durch den aus den Spiegelschichten 25 und 23 gebildeten Resonator seinerseits stimuliert emittieren. Bei einer geeigneten Tellbeschichtung des Spiegels 23 tritt hierbei Laserstrahlung 35 bei 1,54 µm aus. Es darf also gesagt werden, der Er : Glasstab wird "intra-cavity" im Nd : YAG-Resonator gepumpt. Die hierbei auftretende größere Flußdichte der Photonen ermöglicht eine Besetzungsinversion, welche gegenüber dem Stand der Technik (siehe Fig. 2) um fast zwei Größenordnungen höher liegt. Entscheidend für das Funktionieren eines solchen Lasers ist dabei eine geeignete Verschiebung der Yb-Absorption durch entsprechende Wahl der Kodotierung.The mirror 22 has a high reflection for 1.06 μm, as does the rod end surface 26 . The Nd: YAG end faces 24 , 24 'are coated with an anti-reflective coating for 1.064 µm. The end surface 25 of the Er: glass rod 18 is coated with an anti-reflective coating for 1.064 µm and at the same time highly reflective for 1.54 µm. The mirror 23 is partially reflective coated for 1.54 microns. This results in a mode profile within this resonator, as is illustrated in FIG. 4. For the sake of clarity, the two laser rods 15 and 18 are only shown in broken lines in FIG. 4. The resonator volume 33 of the Nd: YAG laser is built up inside the resonator, consisting of mirror layers 22 and 26 . The Er: glass rod is located inside the Nd: YAG resonator and absorbs part of the high photon flux density there. If the Er: glass rod is now suitably codotated, the edge of the absorption according to FIG. 5 is just such that it has a partial absorption at 1.064 μm. The photon flow in the resonator 22-26 is not completely prevented in this way, stimulated emission of the Nd takes place, but a large part of it is absorbed in the Er: glass rod 18 . If a population inversion is built up in this, it can in turn emit stimulated by the resonator formed from the mirror layers 25 and 23 . With a suitable tell coating of the mirror 23 , laser radiation 35 emerges at 1.54 μm. It can therefore be said that the Er: glass rod is pumped "intra-cavity" in the Nd: YAG resonator. The larger flux density of the photons that occurs enables a population inversion, which is almost two orders of magnitude higher than in the prior art (see FIG. 2). A decisive factor for the functioning of such a laser is a suitable shift in the Yb absorption by appropriate choice of the codoping.
Die hier vorgestellte Resonatoranordnung, welche in sich verschachtelte Resonatoren beinhaltet, geht somit auch über den aus der US-PS 49 56 843 bekannten Stand der Technik hinaus, bei welchem lediglich zwei voneinander unabhängige Laserresonatoren von ein und derselben Laserdiode bestrahlt werden, zur Erzeugung von zwei unterschiedlichen Wellenlängen.The resonator arrangement presented here, which is nested within itself Includes resonators, thus goes beyond that known from US Pat. No. 4,956,843 State of the art, in which only two of each other independent laser resonators irradiated by one and the same laser diode to generate two different wavelengths.
In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines mit Halbleiter-Laserdioden gepumpten au gensicheren Lasers bei 1,54 µm skizziert. Ein Nd : YAG-Kristall 15 und ein Er : Glas-Stab 18 werden wie folgt bearbeitet: Die Oberfläche 27 wird konvex ausgeführt und hochtransmittierend beschichtet für 810 nm und hochreflektierend beschichtet für 1,064 µm. Die gegenüberliegende Kri stallendfläche 29 wird plangeschliffen und mit einer plangeschliffenen Fläche 18a des Er : Glas-Stabes 18 kontaktiert. Die plane Endfläche 29 des Nd : YAG-Kristalls 15 ist hierbei antireflektierend beschichtet für 1,064 µm, die plane Endfläche 18a des Er : Glas-Stabes 18 ist antireflektierend beschichtet bei 1,064 µm und gleichzeitig hochreflektierend beschich tet bei 1,54 µm. Die Er : Glas-Endfläche 28 ist planbearbeitet und teil reflektierend bei 1,54 µm beschichtet. In einer geeigneten Entfernung wird ein Spiegel 30 positioniert, welcher konkav ausgebildet ist und ei ne teilreflektierende Beschichtung für 1,54 µm aufweist.In FIG. 5, an embodiment of a pumped semiconductor laser diodes gensicheren au laser is outlined at 1.54 microns. An Nd: YAG crystal 15 and an Er: glass rod 18 are processed as follows: the surface 27 is convex and has a high-transmission coating for 810 nm and a highly reflective coating for 1.064 μm. The opposite Kri stallendfläche 29 is ground and contacted with a flat surface 18 a of Er: glass rod 18 . The flat end surface 29 of the Nd: YAG crystal 15 is coated with an anti-reflective coating for 1.064 μm, the flat end surface 18 a of the Er: glass rod 18 is coated with an anti-reflective coating at 1.064 μm and at the same time highly reflective coated at 1.54 μm. The Er: glass end surface 28 is machined and partially reflective coated at 1.54 microns. At a suitable distance, a mirror 30 is positioned, which is concave and has a partially reflective coating for 1.54 μm.
In einer speziellen Ausführungsform kann dieser Spiegel 30 ersetzt wer den durch eine gleichwertige Beschichtung der Kristallendfläche 28. Der Nd : YAG-Kristall 15 wird nun über die Emission 31 einer Hochleistungs-La serdiode 11, welche über eine Kollimations- und Fokussieroptik 12 geeig net geformt wird, optisch angeregt, so daß zwischen Endfläche 27 und Endfläche 28 ein Photonenfluß stimulierter Emission entsteht. Hierbei wird im Er : Glas-Stab 18 eine Inversionsdichte derart erzeugt, daß ein Photonenfluß stimulierter Emission bei 1,54 µm zwischen der Kristall endfläche 18a und dem Spiegel 30 bzw. der Kristallendfläche 28 entsteht. Im letztgenannten Fall eines weiteren Ausführungsbeispieles entfällt der Spiegel 30. Ein Teil dieses Photonenflusses wird hierbei als Laserstrah lung 35 bei 1,54 µm aus dem Resonator ausgekoppelt.In a special embodiment, this mirror 30 can be replaced by an equivalent coating on the crystal end face 28 . The Nd: YAG crystal 15 is now optically excited via the emission 31 of a high-performance laser diode 11 , which is suitably shaped via a collimation and focusing optics 12 , so that a photon flow stimulated emission is produced between the end face 27 and the end face 28 . Here, an inversion density is generated in the Er: glass rod 18 in such a way that a photon flow stimulated emission at 1.54 μm arises between the crystal end face 18 a and the mirror 30 or the crystal end face 28 . In the latter case of a further exemplary embodiment, the mirror 30 is omitted. Part of this photon flux is coupled out as a laser beam 35 at 1.54 µm from the resonator.
Damit sind Laser aufgezeigt, die mit Halbleiterdioden pumpbar sind und gleichzeitig bei 1,54 µm emittieren, unter Ausnutzung eines sogenann ten "intra-cavity-Pumpens". Beide Laserstäbe 15 und 18 können hierbei fest miteinander verbunden sein, so daß insbesondere unter Weglassung des Spiegels 30 - aufgrund entsprechender Beschichtung der Endfläche 28 des Kristalls 18 - ein äußerst stabiler und rigider Aufbau gegeben ist. Hierbei sind Abmessungen des Festkörperlasers 10 von typisch einigen mm bis einigen cm sowie eine hohe Konversionseffizienz von Pumplichtstrahlung zu Laserausgangsstrahlung gegeben. Solche miniaturisierte Laser sind hervorragend für die Integration in Lasermeßsysteme geeignet.This shows lasers that can be pumped with semiconductor diodes and emit at the same time at 1.54 µm, using a so-called "intra-cavity pumping". Both laser rods 15 and 18 can in this case be firmly connected to one another, so that an extremely stable and rigid structure is obtained, in particular with the omission of the mirror 30 - due to the corresponding coating of the end face 28 of the crystal 18 . Here, dimensions of the solid-state laser 10 of typically a few mm to a few cm as well as a high conversion efficiency from pump light radiation to laser output radiation are given. Such miniaturized lasers are ideally suited for integration into laser measuring systems.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914101522 DE4101522A1 (en) | 1991-01-19 | 1991-01-19 | Solid-state laser pumped by high power semiconductor diode - has rod emitting first wavelength and rod emitting second wavelength, safe to human eye, arranged between coupling mirrors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914101522 DE4101522A1 (en) | 1991-01-19 | 1991-01-19 | Solid-state laser pumped by high power semiconductor diode - has rod emitting first wavelength and rod emitting second wavelength, safe to human eye, arranged between coupling mirrors |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4101522A1 DE4101522A1 (en) | 1992-07-23 |
DE4101522C2 true DE4101522C2 (en) | 1993-07-29 |
Family
ID=6423332
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914101522 Granted DE4101522A1 (en) | 1991-01-19 | 1991-01-19 | Solid-state laser pumped by high power semiconductor diode - has rod emitting first wavelength and rod emitting second wavelength, safe to human eye, arranged between coupling mirrors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4101522A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4447355A1 (en) * | 1994-12-20 | 1996-06-27 | Max Born Inst Fuer Nichtlinear | Optically-pumped solid-state laser |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4229500A1 (en) * | 1992-09-04 | 1994-03-10 | Deutsche Aerospace | Solid-state hybrid laser system - with laser diode chip and associated cooling and temp. regulation elements contained in standard housing |
FR2764198B1 (en) * | 1997-06-06 | 1999-07-09 | Gilbert Yves Gaussens | METHOD AND APPARATUS FOR IRRADIATION OF AGE-RELATED MACULAR DEGENERATION |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60189277A (en) * | 1984-03-09 | 1985-09-26 | Hoya Corp | Oscillatation for erbium laser and device thereof |
US4847851A (en) * | 1988-05-19 | 1989-07-11 | University Of South Florida | Butt-coupled single transverse mode diode pumped laser |
US4956843A (en) * | 1989-10-10 | 1990-09-11 | Amoco Corporation | Simultaneous generation of laser radiation at two different frequencies |
-
1991
- 1991-01-19 DE DE19914101522 patent/DE4101522A1/en active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4447355A1 (en) * | 1994-12-20 | 1996-06-27 | Max Born Inst Fuer Nichtlinear | Optically-pumped solid-state laser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4101522A1 (en) | 1992-07-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69530497T2 (en) | PASSIVELY STABILIZED LASER WITH DOUBLE FREQUENCY DOUBLE WITHIN THE RESONATOR | |
DE69504475T2 (en) | PASSIVELY GOOD-SWITCHED PICOSE-CUSTOM MICRO LASER | |
DE3883130T2 (en) | Transversely pumped, mode-adapted solid-state laser with high efficiency. | |
DE60212436T2 (en) | Compact solid state laser | |
DE102014015813A1 (en) | Q-switched laser device | |
DE60304564T2 (en) | Improved optical pumping of materials with polarization-dependent absorption | |
DE19934638B4 (en) | Mode-locked solid-state laser with at least one concave folding mirror | |
DE202020101494U1 (en) | Passively Q-switched solid-state laser | |
DE2456913A1 (en) | DYE LASER | |
DE602004009202T2 (en) | Boost boost with synchronized multi-wavelength pumps in a solid-state laser | |
DE4008225C2 (en) | Laser diode pumped solid state laser | |
DE4101522C2 (en) | ||
DE102006031183B4 (en) | Laser source for different wavelengths in the IR range | |
DE4304178C2 (en) | Active folded resonator system | |
DE69127315T2 (en) | Device for pumping a weakly absorbent laser medium | |
DE1234340B (en) | Optical transmitter or amplifier for coherent electromagnetic radiation | |
DE10241984A1 (en) | Optically pumped solid body laser comprises at least one intracavity laser crystal having two spaced regions having different doping material concentrations | |
DE4239654C1 (en) | Laser diode pumped microcrystal solid-state laser - has very thin laser crystal coupled to laser diode stage with reflecting surfaces to form resonator chamber | |
DE4008226A1 (en) | Laser diode pumped ring laser - has three crystals forming resonator including Faraday rotation element | |
DE4207824C2 (en) | Laser crystal for a solid-state laser or amplifier | |
DE102004030949B4 (en) | Intracavity-pumped laser | |
DE102011114975B3 (en) | Passive quality-switched microchip-laser for use in material processing in nonlinear optics for e.g. laser distance measurement, has amplifier chip, where absorption of pump light is measured so that pump light is sufficient for switching | |
DE10241654B4 (en) | Laser arrangement with a resonator in which two laser materials with different laser emission wavelengths are arranged | |
DE10045371B4 (en) | Laser with a resonator, in which a laser rod and a telescope are arranged | |
WO2024056390A1 (en) | Short solid-state laser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTSCHE AEROSPACE AG, 8000 MUENCHEN, DE |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTSCHE AEROSPACE AG, 8012 OTTOBRUNN, DE |
|
8180 | Miscellaneous part 1 |
Free format text: IM HEFT 16/93, "TEIL 1G" DIE VEROEFFENTLICHUNG IST ZU STREICHEN, DER ANMELDER LAUTET RICHTIG: DEUTSCHE AEROSPACE AG, 8000 MUENCHEN, DE |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLER-BENZ AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 80804 M |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 8099 |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |