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Dokumentenidentifikation DE69837632T2 13.09.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000854551
Titel Dreiniveau-Lasersystem
Anmelder Northrop Grumman Corp., Los Angeles, Calif., US
Erfinder Injeyan, Hagop (NMI), Glendale, California 91208, US;
Berg, Jacqueline G., Glendale, California 91206, US
Vertreter WUESTHOFF & WUESTHOFF Patent- und Rechtsanwälte, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69837632
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.01.1998
EP-Aktenzeichen 981005481
EP-Offenlegungsdatum 22.07.1998
EP date of grant 25.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.09.2007
IPC-Hauptklasse H01S 3/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01S 3/0941(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01S 3/042(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Festkörperlaser, und im Besonderen augensichere Laser mit hoher Energie und großer Kohärenzläge.

Festkörperlaserverstärkungsmodule weisen ein Gehäuse auf, das ein Festkörperlaserverstärkungsmedium, wie beispielsweise Neodym-Yttrium-Aluminimgranat (Nd: YAG) oder Neodymglas, umschließt, und eine optische Pumpquelle zum Pumpen von Sorten im Laserverstärkungsmedium, um eine Besetzungsumkehrung bzw. – inversion zu erzeugen. Das Laserverstärkungsmedium umfasst optische Pumpbereiche zum Empfangen von Strahlung von der optischen Pumpquelle. Die optische Pumpquelle ist typischerweise eine Lichtquelle, welche über ein breites Spektrum von Wellenlängen ausstrahlt. Da optisches Pumpen eine große Menge an Wärme innerhalb des Laserverstärkungsmediums erzeugt und die Temperatur des Mediums erhöht, wird ein Kühlsystem verwendet, um die Temperatur in den Pumpbereichen des Laserverstärkungsmediums zu steuern.

In vielen Hochenergielasern weist das Laserverstärkungsmedium typischerweise eine quaderförmige Konfiguration und einen rechtwinkligen Querschnitt auf und umfasst optisch polierte Hauptseiten- und Endflächen, und seitlichen Pumpflächen, die senkrecht zu den Hauptseitenflächen stehen. Eine Eingabelichtwelle trifft auf eine Kantenfläche des Laserverstärkungsmediums auf und die von der Pumpquelle ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung trifft auf die Pumpflächen des Laserverstärkungsmediums auf, um die aktiven Sorten anzuregen, eine Besetzungsumkehrung zu erzeugen. Die Wechselwirkung der Eingabelichtwelle mit angeregten Atomen verstärkt die Lichtwelle. Die Lichtwelle wird allgemein entlang der Längsachse des Verstärkungsmediums mittels mehrfacher interner zickzackförmiger Reflektionen von den Hauptseitenflächen weitergegeben. Diese internen Reflektionen gleichen thermische Gefälle im Laserverstärkungsmedium aus. Die Lichtwelle wird jedes Mal verstärkt, wenn sie durch das Verstärkungsmedium läuft, um eine Verstärkung zu erhöhen.

In herkömmlichen Verstärkungsmodulen ist das Laserverstärkungsmedium typischerweise im Verstärkungsmodul aufgenommen, und zwar unter Verwendung von Halterungen, welche die Pumpflächen des Verstärkungsmediums berühren. Ferner werden Dichtungsmittel verwendet, um ein Kühlmittel abzudichten, welches über die Pumpflächen des Verstärkungsmediums fließt. Jedoch besteht ein Nachteil von herkömmlichen Verstärkungsmodulen darin, dass die Halterungen und die Dichtungsmittel die Pumpflächen daran hindern, Strahlung von der optischen Pumpquelle zu empfangen. Die blockierten Gebiete bilden ungepumpte Bereiche, welche ausschließlich für Dreiniveaulaser beträchtliche Verluste an Laserenergie verursachen. Dies gilt nicht für Vierniveaulaser, wie beispielsweise Nd:YAG.

Für optische Beleuchtungsquellen werden Leuchtdioden und Laserdioden anstelle von Lampen verwendet. Diodenlaser stellen eine viel genauere Anpassung der Absorptionsspitze des Laserverstärkungsmediums bereit als es mit Breitbandlampen möglich ist. Diese verbesserte Wellenlängenanpassung erhöht den Wirkungsgrad des Festkörperlaserverstärkungsmediums und verringert verschlechternde Wärmeeffekte. Im Fall eines uniaxialen doppelbrechenden Kristall-Verstärkungsmediums hat die Ausrichtung der Dioden bezüglich der Kristallachse jedoch einen direkten Effekt auf die Absorption der Pumpstrahlung durch das Verstärkungsmedium.

Ein uniaxialer Kristall weist typischerweise eine Strahlungsabsorptionshauptachse auf, entlang welcher der Kristall eine beträchtlich höhere Absorption von Pumpstrahlung zeigt als entlang einer anderen Achse des Kristalls. Ein Nachteil einiger herkömmlicher Verstärkungsmodule, die uniaxiale Kristalle verwenden, besteht darin, dass die Leuchtdioden nicht optimal bezüglich der Strahlungsabsorptionshauptachse des uniaxialen Kristalls des Verstärkungsmediums ausgerichtet sind, um eine Absorption von Pumpstrahlung durch den Verstärkungsmediumkristall zu maximieren.

Ein weiterer Nachteil von herkömmlichen Verstärkungsmodulen ist ein Verlust von Laserenergie aufgrund einer Absorption von Laseremissionen im Kühlsystem. In bestehenden Verstärkungsmodulen wird Wasser als Kühlmittel verwendet, um die Temperatur des Verstärkungsmoduls zu steuern. In einem typischen Verstärkungsmedium mit quaderförmiger Geometrie („Slab-Geometrie") werden die Pumpflächen des Verstärkungsmediums mit Wasser gekühlt, welches über die Pumpflächen fließt. Jedoch werden für Laserwellenlängen von 2 &mgr;m–3 &mgr;m, wie beispielsweise bei Holmium- und Thulium-Zickzack-Dreiniveaulasern mit quaderförmiger Geometrie, die Laseremissionen stark durch das kühlende Wasser absorbiert. Dies verursacht beträchtliche Verluste im Zickzackquader, was den Wirkungsgrad des Verstärkungsmediums verringert. Im Gegensatz zu Rundstäben erzeugen Zickzackquader infinitesimale Wellen, die eine kurze Strecke in das Wasserkühlmittel, das über die Pumpflächen des Quaders fließt, eindringen. Eine Absorption der infinitesimalen Wellen durch das kühlende Wasser schwächt den Laserstrahl ab.

US 5,485,482 beschreibt einen transversalmodeausgewählten, diodengepumpten Festkörperlaser, der aus einem Quader aus Laserverstärkungsmaterial, wie beispielsweise Nd:YLF, besteht. Mit dieser Anordnung wird eine hohlraumbildende Optik um den Quader aus Laserverstärkungsmaterial herum angeordnet. Ein Laserdiodenbar bzw. -barren, der mittels einer Mikrolinse kollimiert wird, wird verwendet, um einen begrenzten Verstärkungsbereich im Quader aus Laserverstärkungsmaterial zu seitenzupumpen, wobei die Abmessungen quer zu der Richtung der Strahlausbreitung des begrenzten Verstärkungsbereichs in zumindest einer Achse kleiner sind als die Querabmessungen des fundamentalen Transversalmodevolumens im Laserverstärkungsmaterial. Die hohlraumbildende Optik und das Seitenpumpen des begrenzten Verstärkungsbereichs wirken derart zusammen, dass der fundamentale Transversalmode automatisch im Festkörperlaser ausgewählt wird.

US 5,394,420 betrifft einen Mehrformkristall, der für Laseranwendungen geeignet ist, die zumindest zwei Einzelkristallsegmente aufweisen, welche durch eine Verbindungsstelle zwischen ihnen miteinander verschmolzen sind, wobei die Verbindungsstelle im Wesentlichen für Licht, welches den Kristall durchdringt, optisch transparent ist. Solch ein Mehrformkristall wird mittels Polierens von zwei Einzelkristallsegmenten gebildet, um zumindest eine optisch flache Fläche an jedem Segment auszubilden. Die polierten Flächen werden gereinigt und miteinander in Kontakt gebracht, um eine Verbindung zwischen den Kristallsegmenten zu bilden. Im Wesentlichen wird jeglicher Sauerstoff in der Verbindung entfernt. Die Verbindung wird bei einer ausreichend hohen Temperatur und einem ausreichend hohen Druck aufrechterhalten, um die Segmente an der Verbindungsstelle, welche die im Wesentlichen optisch transparente Verbindung bildet, zu verbinden. Befestigungsvorrichtungen, die geeignet sind, um die Kristallsegmente in einem Brennofen fest gegeneinander zu halten, ohne unerwünschte Wärmeausdehnungskräfte zu verursachen, die auf die Segmente ausgeübt werden, sind auch in dieser Referenz beschrieben. Der Temperaturzyklus, der verwendet wird, um Kristallsegmente zu verschmelzen, kann auch verwendet werden, um Einzellaserkristalle wärmezubehandeln, um im Wesentlichen alle Fremdstoffe und Gitterdefekte im Kristall zu entfernen, was höhere Lichtverstärkungseigenschaften im Kristall bereitstellt.

US 5,441,803 betrifft ein Verfahren zum Bilden, und Konstrukte von, gebondeten Verbundstoffen aus Einzelkristallmaterialien. Das durch die Referenz beschriebene Verfahren umfasst die Stufen eines optischen In-Kontakt-Bringens der Oberflächen der Einzelkristallmaterialien, die so ausgewählt sind, dass sie eine Anordnung bilden, eines Bondens der Oberflächen durch allmähliches Erwärmen der Anordnung auf eine Temperatur und für eine Dauer, die ausreicht, um die Oberflächen diffusionszubonden, und eines Kühlens der gebondeten Anordnung mit einer Rate, welche einen thermischen Schock vermeidet und die Entfernung von Spannung durch Härten ermöglicht.

US 4,233,567 betrifft einen optisch gepumpten Festlaserrundstab, der gekühlt wird, um ein großes thermisches Gefälle zu erzeugen, welches sich nur entlang der Richtung der Strahlungsausbreitung erstreckt. Dieses thermische Gefälle führt zu einem verringerten Durchschnittsverstärkungsquerschnitt, was eine erhöhte Energiespeicherung und entsprechend erhöhte Laserenergieausgabe ohne thermische optische Verzerrung ermöglicht. Mit dieser Konfiguration ermöglicht, in Nd:YAG-Lasern, ein Längskühlprofil eine Unterdrückung von Superstrahlung bei einem Hochverstärkungs-1,6&mgr;m -Übergang und ein Erlangen eines Laserbetriebs bei Übergängen mit niedrigerer Verstärkung, wie beispielsweise bei 0,94 &mgr;m oder 1,32 &mgr;m.

Es besteht deshalb ein Bedarf an einem Dreiniveaulaserverstärkungsmodul, in welchem kein Verlust von Laserenergie in den ungepumpten Bereichen des Laserverstärkungsmediums auftritt. Es besteht außerdem ein Bedarf daran, dass ein solches Modul diodenoptische Pumpquellen aufweist, die optimal bezüglich des Laserverstärkungsmediums ausgerichtet sind, um die Strahlungsabsorption durch das Verstärkungsmedium zu maximieren. Außerdem besteht ein Bedarf daran, dass ein solches Modul ein Kühlsystem aufweist, in dem Laseremissionen, die in das Kühlmittel eindringen, nicht durch das Kühlmittel absorbiert werden.

ZUSAMMENFASSUNG

Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Verschiedenen Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

ZEICHNUNGEN

Diese und andere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung, die angehängten Ansprüche und die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich werden, in denen:

1 ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Laseroszillator-Verstärker-Konfiguration darstellt;

2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Laserverstärkungsmediums zeigt, welches in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird;

3 eine Seitenansicht des Laserverstärkungsmediums aus 2 zeigt;

4 eine perspektivische Ansicht einer Ausrichtung eines optischen Pumpsystems in Bezug zu einem uniaxialen doppelbrechenden Kristall zeigt, welcher in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird;

5 eine Rückansicht eines flächengekühlten Zickzackquaders bzw. -slabs darstellt, welche ein Fließen von Kühlmittel über die Pumpflächen des Verstärkungsmediums aus 2 zeigt;

6 ebenfalls eine Rückansicht eines Kühlsystems für ein Verstärkungsmedium mit quaderförmiger Geometrie zeigt, welches in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird;

7 das Kühlsystem aus 6 einschließlich Laserdiodenpumpquellen, die wie in 4 gezeigt ausgerichtet sind, zeigt; und

8 ein Blockdiagramm einer beispielhaften phasenkonjugierten MOPA-Architektur zeigt, welche das Verstärkungsmedium aus 2 verwendet.

BESCHREIBUNG

Bezug nehmend auf 1 ist ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Laseroszillator-Verstärkersystems 10 gezeigt. Laserenergie wird mittels einer Verstärkung der Energie eines Lichtstrahls erzeugt, welcher durch ein optisch aktives Material läuft. Typischerweise beruht die Erzeugung von Hochenergiepulsen auf der Kombination eines Laseroszillators 12 und eines Laserverstärkers 14. Der Verstärker 14 wird mittels des Oszillators 12 angetrieben, welcher einen anfänglichen Lichtpuls von mäßiger Leistung und Energie erzeugt. Der Oszillator 12 umfasst ein Laserverstärkungsmedium 16, wie beispielsweise einen Laserrundstab, der zwischen zwei Spiegeln 18 platziert ist, von denen einer volle Reflektion und der andere eine teilweise Reflektion und eine teilweise Transmission von Licht dorthindurch bereitstellt. Eine Pumpquelle 20, wie beispielsweise eine Blitzröhre, erzeugt Strahlungspulse, welche durch das Oszillatorverstärkermedium 16 absorbiert werden. Im Falle eines Rundstabs wird Pumplicht in den Rundstab eingebracht, und zwar allgemein normal zu der Längsachse des Rundstabs zwischen den zwei Endspiegeln 18. Das System umfasst ferner ein Energiespeichermittel 22, Lampentrigger 24 und ein Verzögerungsmittel 26 zum Steuern der Energie und der Zündsequenz der ersten Blitzlampen für den Oszillator 12 und den Verstärker 14.

Die Laserlichtenergie wird im Verstärkungsmedium 16 mittels photonischer Emission von aktiven Ionen oder Ionen mit hohem Energieniveau im Körper des Verstärkungsmediums 16 erzeugt, wobei das Pumplicht die Anzahl von Ionen von einem unteren Energieniveau auf ein oberes Energieniveau erhöht. Die Pumplichtenergie erhöht die Ionenbesetzung auf dem oberen Niveau abnormal und vermindert gleichzeitig die Ionenbesetzung auf dem unteren Niveau, was eine Umkehrung von Energiezuständen erzeugt. Einige der Ionen im oberen Energieniveau durchlaufen einen spontanen Licht ausstrahlenden Übergang zum unteren Niveau, und das spontan ausgestrahlte Licht reflektiert zwischen den verspiegelten Oberflächen hin und her, was ähnliche Licht ausstrahlende Übergänge von anderen Ionen des oberen Niveaus stimuliert. Wenn die angeregte Emission wiederholt durch den Rundstab hin und her reflektiert, wird ein Laserlichtenergiepuls von ausreichend hoher Intensität mittels Transmission durch die teilweise reflektierende Oberfläche ausgestrahlt.

Danach wird der Laserlichtpuls zum Verstärker 14 gerichtet, um die Leistung und Energie des Laserlichts erheblich zu erhöhen. Der Verstärker 14 umfasst ein Verstärkungsmedium 16, wie beispielsweise einen Laserrundstab, der der Pumpstrahlungsenergie einer Pumpquelle 20, wie beispielsweise einer Blitzröhre, ausgesetzt ist. Das Verstärkerverstärkungsmedium 16 ist ein optisch aktives Material, in welchem die Energie des Pulses, der mittels des Oszillators 12 erzeugt wird, als ein Ergebnis der Pumpstrahlung von der Pumpquelle 20 beträchtlich anwachsen kann.

Das Verstärkungsmedium 16 umfasst Pumpbereiche zum Empfangen von Strahlungsenergie von der Pumpquelle 20. Typischerweise ist das Verstärkungsmedium 16 im Oszillator 12 oder im Verstärker 14 -Verstärkungsmodul mittels Halterungen, welche mit den Pumpbereichen des Verstärkungsmediums 16 in Kontakt stehen, angeordnet. Die Pumpbereiche stehen auch mit Dichtungsmitteln in Kontakt, welche verwendet werden, um Kühlmittel abzudichten, die über die Pumpbereiche des Verstärkungsmediums 16 fließen. Jedoch sind in jedem Fall die Pumpbereiche des Verstärkungsmediums 16 von der Pumpstrahlung von der Pumpquelle 20 abgeblockt, wodurch sie ungepumpte Bereiche am Verstärkungsmedium 16 bilden. Die ungepumpten Bereiche verursachen in Dreiniveaulasern einen beträchtlichen Energieverlust des Verstärkungsmediums 16 an dem ungepumpten Bereich.

Um dieses Problem zu erleichtern, stellt die vorliegende Erfindung ein Festkörperlaserverstärkungsmedium zur Verwendung in einem Laserverstärkungsmodul mit verringertem Laserenergieverlust bereit. 2 und 3 zeigen unterschiedliche Ansichten einer Ausführungsform eines Laserverstärkungsmediums 28, welches in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird. Obwohl das Laserverstärkungsmedium 28 in Form einer quader- bzw. slabförmigen Geometrie gezeigt ist, zieht die vorliegende Erfindung andere Geometrien, wie beispielsweise Rundstab oder Scheibe, in Betracht. Als solches ist das Verstärkungsmedium 28 der vorliegenden Erfindung in der Form nicht auf eine quaderförmige Geometrie beschränkt.

Bezüglich der 2 und 3, weist das Laserverstärkungsmedium 28 auf: (a) eine Verstärkungsschicht 30 mit Pumpbereichen 32 und ersten und zweiten Kontaktbereichen 34 bzw. 36, wobei die Verstärkungsschicht 30 eine Laserstrahlung bei einer Laserwellenlänge als Antwort auf Pumpstrahlungspulse an den Pumpbereichen 32 erzeugt; (b) eine erste transparente Schicht 38, die optisch mit dem ersten Kontaktbereich 34 der Verstärkungsschicht 30 mittels Diffusionsbondens verbunden ist; und (c) eine zweite transparente Schicht 40, die optisch mit dem zweiten Kontaktbereich 36 der Verstärkungsschicht 30 mittels Diffusionsbondens verbunden ist. Die transparenten Schichten 38 und 40 sind transparent für die Laserwellenlänge, um eine Absorption der Laserstrahlung aufgrund der transparenten Schichten 38 und 40 zu verringern. Die transparenten Schichten 38 und 40 können so bemessen sein, dass sie von einem Aufnahmemittel aufgenommen werden oder so, dass sie mit einem Dichtungsmittel zum Dichten von Kühlmitteln zusammenarbeiten. Als solches schneiden die Aufnahme- oder die Dichtungsmittel die Pumpbereiche 32 nicht von der Verstärkungsschicht 30 ab und verhindern eine Bildung von verlustreichen ungepumpten Bereichen.

In der Form der quaderförmigen Geometrie des Verstärkungsmediums 28 umfassen die Pumpbereiche 32 seitliche Pumpflächen, und die Kontaktbereiche 34 und 36 liegen im Wesentlichen quer zu den seitlichen Pumpflächen. Vorzugsweise bestehen die Verstärkungsschicht 30 und die transparenten Schichten 38 und 40 aus dem gleichen kristallinen Material. Das Kristallmaterial kann aus der Gruppe, die im Wesentlichen YLF, YAG, YAP, YSGG, YSAG, GSGG, GGG, LiSAF, LiCAF, SFAP und Glas enthält, ausgewählt werden. Die Verstärkungsschicht 30 ist ionendotiert und die transparenten Schichten 38 und 40 sind undotiert. Das Dotiermaterial kann aus der Gruppe, die im Wesentlichen Holmium, Thulium, Chrom, Erbium und Ytterbium enthält, ausgewählt werden. Die dotierten Bereiche werden einer Pumpstrahlung von einer Pumpquelle unterworfen, und die undotierten Bereiche sind ungepumpt. Als solche können die undotierten Bereiche zum Halten des Verstärkungsmediums 28 verwendet werden und stellen eine Kühlmitteldichtung bereit.

Diffusionsbonden stellt eine optische Homogenität zwischen der Verstärkungsschicht 30 und den transparenten Schichten 38 und 40 bereit. Der Diffusionsbondungsablauf für die Verstärkungsschicht 30 und jede der transparenten Schichten 38 und 40 kann umfassen: optisches Kontaktieren der Kontaktbereiche 34 und 36 der Verstärkungsschicht 30 mit den transparenten Schichten 38 bzw. 40, um eine Anordnung zu bilden; Bonden der optisch in Kontakt gebrachten Bereiche durch allmähliches Erwärmen der Bereiche auf eine Temperatur, die niedriger ist als die Schmelztemperatur der Bereiche, aber bei einer Temperatur und für eine Zeit, die ausreicht, um die Bereiche diffusionszubonden; und Kühlen der gebondeten Struktur mit einer Rate, welche die Entfernung von Spannung durch Härten ermöglicht. Als solches gibt es kein Bodungsmittel oder Bondungsdünnschicht, das bzw. die zwischen den gebondeten Schichten verwendet wird.

Ein Laserverstärkungsmedium 28, welches in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird, ist insbesondere nützlich für Verstärkungsmedien mit einer zickzackquaderförmigen Geometrie für Dreiniveaulaser. In einem Dreiniveaulasersystem befinden sich anfänglich alle Atome des Verstärkungsmediums auf einem niedrigsten Niveau. Eine Anregung wird mittels optischen Pumpens von Strahlung von Frequenzen bereitgestellt, welche eine Absorption in ein breites Band erzeugen. Somit hebt das Pumplicht Atome vom Grundzustand in ein Pumpband an. Allgemein besteht das „pumpende" Band aus einer Anzahl von Bändern, sodass das optische Pumpen über einen breiten Spektralbereich ausgeführt werden kann.

Die meisten der angeregten Atome werden mittels schneller strahlungsloser Übergänge in ein scharfes Zwischenniveau überführt. In diesem Ablauf wird die Energie, die ein Elektron verloren hat, auf das Gitter des Verstärkungsmediums übertragen. Schließlich kehrt das angeregte Atom durch die Emission eines Photons in den Grundzustand zurück. Dieser letzte Übergang ist für die Laseraktivität verantwortlich. Falls die Pumpintensität unter einer Laserschwelle liegt, kehren Atome im Zwischenniveau überwiegend mittels spontaner Emission in den Grundzustand zurück. Nachdem die Pumpstrahlung erloschen ist, wird das Zwischenniveau mit einer Rate geleert, die von Material zu Material variiert. Wenn die Pumpintensität über einer Laserschwelle liegt, besteht der Zerfall von einem fluoreszierenden Niveau sowohl aus angeregter als auch aus spontaner Strahlung; die angeregte Strahlung erzeugt den Laserausgabestrahl.

Typischerweise benötigen Dreiniveaulaser mit einem Zickzackquader große ungepumpte Bereiche, da Halterungen oder Dichtungsmittel einen beträchtlichen Energieverlust verursachen können. Als solches benötigt eine quader- bzw. slabförmige Architektur ungepumpte Bereiche zum Halten und Abdichten, welche keinen Laserenergieverlust verursachen. Die transparenten Schichten 38 und 40 des Verstärkungsmediums 28 der vorliegenden Erfindung stellen vorzugsweise transparente Schichten 38 und 40 des Verstärkungsmediums 28 bereit, die nicht gepumpt sind und zum Halten und Abdichten verwendet werden können. Die transparenten Schichten 38 und 40 des Werstärkungsmediums 28 beseitigen eine Grundzustandsabsorption und den zugehörigen Laserenergieverlust.

Eine beispielhafte Beschreibung eines Verstärkungsmediums 28 mit einer quaderförmigen Konfiguration zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Laserverstärker umfasset: Grundmaterial YLF Konzentration 0,4 % Ho, 4 % Tm Länge der Verstärkungsschicht 1 cm–10 cm dotierter Bereich Länge der transparenten Schicht 1 ~| cm undotierter Bereich Pumpkonfiguration seitengepumpt

Herkömmlicherweise werden Laserstrahldiodenbarren als optische Pumpquellen verwendet mittels Platzierens der Dioden entlang der Länge eines Verstärkungsmediums, wie beispielsweise eines Laserrundstabs. Eine Halterung wird verwendet, um die Diodenbarren entlang des Rundstabs zu halten. Die Barren sind in großer Nähe um den Barren herum platziert, und zwar unter gewünschten Winkeln indiziert. Jedoch umfassen Verstärkungsmedien häufig uniaxiale doppelbrechende Kristalle. Viele uniaxiale doppelbrechende Kristalle weisen eine Strahlungsabsorptionshauptachse auf, entlang welcher der Kristall eine beträchtlich höhere Absorption von Pumpstrahlung entwickelt als entlang einer anderen Achse des Kristalls. Ein Beispiel eines solchen Kristalls ist Tm:Ho:YLF mit beträchtlich höherer Absorption von Pumpstrahlung, die entlang der c-Achse des Kristalls polarisiert ist. Tm:Ho:YLF ist ein bevorzugtes Grundmaterial für 2 &mgr;m-Laser wegen seiner hohen Verstärkung pro gespeicherter Energie im Vergleich zu anderen Grundmaterialien, wie beispielsweise Tm:Ho:YAG.

Da YLF ein uniaxialer doppelbrechender Kristall ist, weist er spezifische Kristallausrichtungen aus. Daher stellt eine Diodenemissionspolarisation, die entlang der c-Achse des Kristalls ausgerichtet ist, eine höhere Absorption bereit als entlang der a-Achse. Als solches hat die Ausrichtung von optischen Pumpquellen, wie beispielsweise Laserdioden, bezüglich der Kristallachse eine direkte Auswirkung auf die Absorption der Pumpstrahlung durch den Verstärkungsmediumskristall.

Eine Vorrichtung zum Verstärken von Laserlicht, umfassend einen Anregungsmechanismus, der bezüglich der Absorptionshauptachse eines uniaxialen Verstärkungskristalls optimal dazu ausgerichtet ist, eine Absorption von Pumpstrahlung durch den Kristall zu maximieren, ist in 4 gezeigt. Bezüglich 4 weist eine solche Vorrichtung 42 auf: (a) ein Festkörperverstärkungsmedium mit quaderförmiger Geometrie 44 mit seitlichen Pumpflächen 46 und einer Strahlungsabsorptionshauptachse C; und (b) einen Anregungsmechanismus 48, der sich entlang der Pumpflächen 46 des Verstärkungsmediums 44 befindet, um polarisiertes Licht entlang der Polarisationsachse 52 zu erzeugen, wobei die Polarisationsachse 52 parallel zu der Absorptionshauptachse C des Verstärkungsmediums 44 liegt, um eine erhöhte Strahlungsabsorption bereitzustellen. Der Anregungsmechanismus 48 weist vorzugsweise einen Satz von Diodenfeldern 50 auf, die so ausgerichtet sind, dass sie Strahlungsenergie erzeugen, die entlang der Achse 52 polarisiert ist.

Das Verstärkungsmedium 44 kann ein uniaxialer doppelbrechender Kristall mit einer c-Achse sein, wobei sich die Strahlungsabsorptionshauptachse entlang der c-Achse befindet. Der Kristall kann aus der Gruppe, die im Wesentlichen Tm:Ho:YLF, Yb:SFAP, Cr:LiSAF enthält, ausgewählt werden.

In der in 4 gezeigten Vorrichtung sind die Dioden 50 vertikal ausgerichtet, und die Strahlung von den Dioden 50 ist entlang der Polarisationsachse 52 polarisiert, die parallel zur c-Achse des Kristalls liegt, um eine maximale Absorption zu erzielen. Eine zylindrische Linse 54 kann verwendet werden, um das Diodenlicht in der vertikalen Abmessung zu fokussieren, um den Pumpstrahl auf ein kleineres Volumen im Verstärkungsmedium 44 zu beschränken.

Eine beispielhafte Beschreibung für die in 4 gezeigten Dioden 50 umfasst: Wellenlänge 792 nm Bandbreite 5 nm
Anzahl von Diodenbarren 10–250 Anordnung 10 Barrenstapel [× 12 auf jeder Seite des Quaders], befestigt an Kühlern mit 10 × 40mm Spitzenleistung 500–600 W pro 10-Barren-Stapel Pulsdauer 1–3 ms

Eine beträchtliche Menge an Pumplichtenergie ist notwendig, um Laserlicht zu erzeugen. Beispielsweise beträgt die Menge an Pumplichtstärke, die benötigt wird, um Laseraktivität in Rubinen zu erzeugen, ca. 500 Watt pro Kubikzentimeter eines Laserrundstabs, und die Menge, die in Neodymglas benötigt wird, beträgt ca. 50 Watt pro Kubikzentimeter. Die absorbierte Energie erzeugt eine beträchtliche Menge an Wärme im Verstärkungsmedium, und wenn nicht spezielle Vorkehrungsmaßnahmen zur Beseitigung dieser Wärme getroffen werden, werden schädliche Temperaturanstiege die Folge sein.

5 zeigt die Rückansicht eines Zickzackquaders 56 mit Pumpflächenkühlung. Herkömmlicherweise werden Zickzackquader mit Wasser flächengekühlt, um Temperaturgefälle, wie in 5 gezeigt, zu minimieren. Jedoch werden Laseremissionen von ca. 2 &mgr;m bis ca. 3 &mgr;m von Wasser stark absorbiert. Beispielsweise werden eine Holmium- und Thuliumemission bei 2 &mgr;m und eine Erbiumemission bei 2,8 &mgr;m von Wasser stark absorbiert, was beträchtliche Verluste im Zickzackquader verursacht. Im Gegensatz zu Rundstäben erzeugen Zickzackquader infinitesimale Wellen, welche eine kurze Strecke in das Wassers eindringen können. Die Anwesenheit eines starken Absorptionsmittels an den Oberflächen der Quader kann den Strahl abschwächen.

Bezug nehmend auf 6 stellt eine erfindungsgemäße Vorrichtung ein Kühlsystem 58 für ein Festkörperverstärkungsmedium 60 bereit, welches eine Laserausgabelaseremission bei einer Wellenlänge von ca. 2 &mgr;m bis ca. 3 &mgr;m erzeugt. Das Kühlsystem 58 befindet sich nahe dem Verstärkungsmedium 60, um eine Kühlung des Verstärkungsmediums 60 bereitzustellen. Vorzugsweise umfasst das Kühlsystem 58 der vorliegenden Erfindung ein Kühlmaterial zum Verringern einer Absorption von Laseremissionen durch das Kühlmittel bei Wellenlängen von ca. 2 &mgr;m bis ca. 3 &mgr;m.

Vorzugsweise ist das Verstärkungsmedium 60 ein Festkörperverstärkungsmedium mit einer quaderförmigen Geometrie, welches Pumpflächen aufweist, bei dem das Kühlmittel über die Pumpflächen fließt, wobei infinitesimale Wellen vom Verstärkungsmedium, die in das Kühlmittel eindringen, im Wesentlichen nicht vom Kühlmittel absorbiert werden. Das Kühlmittel kann jegliches Material mit minimaler Absorption von Laserenergie von ca. 2 &mgr;m bis ca. 3 &mgr;m sein. Vorzugsweise besteht das Kühlmittel im Wesentlichen aus D2O oder flüssigen Fluorkohlenstoffen. D2O ist in der Hinsicht vorteilhaft, dass es die guten thermischen Eigenschaften von Wasser besitzt, was es zu einem idealen Kühlmittel macht, und trotzdem eine minimale Absorption von infinitesimalen Wellen bei den obigen Laserwellenlängen aufweist.

Die in 6 gezeigte Ausführungsform des Kühlsystems 58 der vorliegenden Erfindung umfasst ein Paar von allgemein rechteckig geformten Fenstern 64, 66, die an gegenüberliegenden Seiten des Laserverstärkungsmediums 60 angeordnet sind. Die Fenster 64, 66 liegen benachbart und parallel zum Laserverstärkungsmedium 60, um Kühlmittelfließkanäle 68, 70 zu definieren, durch welche ein Kühlmittel in Längsrichtung über Hauptseitenflächen 72, 74 des Laserverstärkungsmediums 60 fließen gelassen wird.

Die Fenster 64, 66 bestehen vorzugsweise aus Saphir. Andere geeignete Materialien, die über Wärmeausdehnungseigenschaften ähnlich denen von Saphir verfügen, können optional verwendet werden. Dichtungen 76, 78 sind an den unteren und oberen Flächen der Fenster 64 bzw. 66 angeordnet, um das Laserverstärkungsmedium 60 abzudichten, wenn Kühlmittel durch die Fließkanäle 68, 70 geleitet wird. Die Dichtungen 76, 78 bestehen vorzugsweise aus einem reinen Silikongummimaterial. Die Dichtungen 76, 78 können optional aus anderen geeigneten lichtübertragenden Materialien gebildet sein. Das Verstärkungsmedium 60 ist ein Verstärkungsmedium wie oben beschrieben. Gemäß der Erfindung sind die Dichtungen und jegliche notwendigen Halterungen so angeordnet, dass sie mit den transparenten Schichten anstatt der Verstärkungsschicht des Verstärkungsmediums 60 in Kontakt stehen. Als solches blockieren die Dichtungen oder Halterungen eine Pumpstrahlung nicht.

Ein Kühlmittelverteilsystem kann verwendet werden, um Kühlmittel auf die Kühlmittelfließkanäle 68, 70 zwischen den entsprechenden Fenstern 64, 66 und dem Laserverstärkungsmedium 60 zu verteilen. Das Kühlmittel ist erfindungsgemäß vorzugsweise D2O oder gleichwertige Kühlmittel. Die vorliegende Erfindung zieht andere Ausführungsformen eines Kühlsystems zum Kühlen eines Festkörperverstärkungsmediums unter Verwendung eines Kühlmittels mit verringerter Absorption von Laserenergie von ca. 2 &mgr;m bis ca. 3 &mgr;m in Erwägung.

7 zeigt das Kühlsystem aus 6, umfassend einen Anregungsmechanismus 62, der sich nahe einem uniaxialen doppelbrechenden Kristallverstärkungsmedium 60zum Erzeugen von Strahlungsintensität zum Verstärkungsmedium 60 befindet. Der Anregungsmechanismus 62 kann einen Satz von Dioden aufweisen, die vertikal ausgerichtet sind, um Strahlung zu erzeugen, die entlang der c-Achse des Kristalls, wie oben beschrieben, polarisiert ist.

BEISPIEL

8 zeigt ein Blockdiagramm eines phasenkonjugierten Lasersystems mit MOPA-Architektur. Das Lasersystem umfasst einen Hauptoszillator („Master Oscillator"; MO), einen faradayschen Rotator („Faraday Rotator"; FR), einen Verstärker oder ein Verstärkungsmedium, eine SBS-Zelle und zwei Bildübertragungsteleskope, die wie gezeigt montiert sind. Das Verstärkungsmedium ist ein doppelbrechendes kristallines Grundmaterial.

Der Hauptoszillator stellt eine Quelle von Strahlung bereit, die in den Verstärker injiziert wird, wo sie verstärkt wird, um eine gewünschte höhere Leistungsausgabelaserstrahlung bereitzustellen. Der Hauptoszillator weist einen Laseroszillator mit niedriger Leistung, hoher Phasenfrontqualität und hoher spektraler Reinheit auf, welcher Pulse von Laserstrahlung bereitstellt. Die Pulse weisen eine Dauer und eine Wellenlänge auf, die durch die gewünschte Laseranwendung sowie den Typ des verwendeten Oszillatormediums bestimmt werden.

Das Verstärkungsmediumselement ist entlang eines optischen Pfads angeordnet, der sich zwischen einem phasenkonjugierten Reflektor (SBS-Zelle), der an einem Ende angeordnet ist, und einem optischen Koppler am anderen Ende erstreckt. Die Energie vom Hauptoszillator wird in das Verstärkungsmedium eingekoppelt, und zwar unter Verwendung eines optischen Kopplers (faradayscher Isolator), um die Ausgabe vom Hauptoszillator selektiv entlang des optischen Pfades durch das Verstärkungsmedium zu koppeln. Das Kopplungsmittel ist außerdem so konfiguriert, dass es verhindert, dass, außer einem sehr kleinen Prozentsatz, die ganze Strahlung, welche die Verstärkerstufe verlässt, wieder in den Hauptoszillator eintritt.

Beim Betrieb wird ein Puls, der das Verstärkungsmedium durchquert, mittels Erzeugens von Emissionen von vorhandenen energetisch gepumpten Atomen oder Molekülen verstärkt. Ein ähnlicher Ablauf erfolgt für den reflektierten Puls. Eine Verstärkung im Allgemeinen ist proportional zu der gespeicherten Energie in einem Verstärkerverstärkungsmedium. Die Extraktionsgeometrie des Verstärkers lautet: Eingabewinkel 46 Grad Zickzackwinkel 70 Grad Anzahl von Durchläufen 2 symmetrische Durchläufe vor SBS, 4 insgesamt Polarisation durchweg vertikale Polarisation

Die SBS-Zellen-Beschreibung umfasst: SBS-Medium Xe-Gas oder andere [bei zwei Millionen bzw. 2 &mgr;m] transparente SBS-Medien Eingabepulslänge 10 ns–1000 ns Injektionsgeometrie einfacher Fokus

Das Verstärkungsmedium ist ein Quader bzw. Slab mit einem rechtwinkligen Querschnitt und umfasst eine optisch polierte Hauptseite und Endseiten sowie seitliche Pumpflächen, die senkrecht zu den Hauptseitenflächen stehen. Die Eingabelichtwelle trifft auf eine Kantenfläche des Laserverstärkungsmediums, und die durch eine Pumpquelle ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung trifft auf die Pumpflächen des Laserverstärkungsmediums, um die aktiven Sorten dazu anzuregen, eine Besetzungsumkehr zu erzeugen. Die Pumpquelle umfasst Laserdioden, die wie oben diskutiert ausgerichtet sind. Die Wechselwirkung der Lichtwelle mit den angeregten Atomen verstärkt die Lichtwelle. Kühlmittel, welches im Wesentlichen aus D2O besteht, wird über die Flächen des Quaders mittels eines oben beschriebenen Kühlsystems fließen gelassen.

Die vorliegende Erfindung ist mit großer Genauigkeit unter Bezug auf bestimmte bevorzugte Versionen davon beschrieben worden; jedoch sind andere Versionen möglich. Deshalb sollte der Umfang der angehängten Ansprüche nicht auf die Beschreibung der hierein enthaltenen bevorzugten Versionen beschränkt werden.


Anspruch[de]
Vorrichtung, aufweisend:

einen Festkörperlaserverstärkungsmedium (28) zur Verwendung in einer Laservorrichtung, aufweisend:

eine Verstärkungsschicht (30) mit Pumpbereichen (32) und ersten und zweiten Kontaktbereichen (34, 36), wobei die Verstärkungsschicht (30) eine Laserstrahlung bei einer Laserwellenlänge als Antwort auf Pumpstrahlungspulse an den Pumpbereichen (32) erzeugt;

eine erste transparente Schicht (38), die mit dem ersten Kontaktbereich (34) der Verstärkungsschicht (30) durch Diffusionsbonden optisch verbunden ist; und

eine zweite transparente Schicht (40), die mit dem zweiten Kontaktbereich (36) der Verstärkungsschicht (30) durch Diffusionsbonden optisch verbunden ist;

wobei die transparenten Schichten (38, 40) bezüglich der Laserwellenlänge transparent sind, um eine Absorption der Laserstrahlung durch die transparenten Schichten (38, 40) zu verringern;

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Kühlsystem (58) sich in der Nähe zum Festkörperlaserverstärkungsmedium (28) befindet, einschließlich eines Kühlmaterials, das über zumindest eine Längsfläche des Verstärkungsmediums (28) fliesst zum Verringern der Absorption der Laseremission durch das Kühlmittel bei dieser Wellenlänge;

die transparenten Schichten (38, 40) so bemessen sind, dass Dichtungen und jegliche notwendigen Halterungen des Verstärkungsmediums so angeordnet sein können, dass sie in Kontakt mit den transparenten Schichten (38, 40) statt mit der Verstärkungsschicht stehen, um die Pumpstrahlung nicht zu blockieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jede transparente Schicht (38, 40) so bemessen ist, dass sie durch ein Aufnahmemittel aufgenommen wird; und/oder wobei die Verstärkungsschicht (30) und die transparenten Schichten (38, 40) aus dem gleichen kristallinen Material bestehen. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Verstärkungsschicht (30) ionendotiert ist und die transparenten Schichten (38, 40) undotiert sind; und/oder wobei das Laserverstärkungsmedium (28) ein Festkörperlasermedium (44) mit quaderförmiger Geometrie ist. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der ein Kristallmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die im Wesentlichen YLF, YAG, YAP, YSGG, YSAG, GSGG, LiSAF, LiCAF, SFAP und Glas enthält; und/oder

bei der ein Dotierungsmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die im Wesentlichen Holmium, Thulium, Erbium, Ytterbium und Chrom enthält; und/oder

bei der die Pumpbereiche seitliche Pumpflächen (46) umfassen und die Kontaktbereiche (34, 36) im wesentlichen quer zu den seitlichen Pumpflächen (46) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Lasermedium ein Festkörperlasermedium (44) mit quaderförmiger Geometrie ist, das seitliche Pumpflächen (46) und eine Strahlungsabsorptionshauptachse aufweist; und die ferner aufweist einen Anregungsmechanismus (48), der sich entlang der Pumpflächen (46) zum Erzeugen einer Strahlungsintensität befindet, wobei der Anregungsmechanismus (48) ausgerichtet ist, Strahlung zu erzeugen, die parallel zur Absorptionshauptachse des Lasermediums polarisiert ist, um eine erhöhte Strahlungsabsorption bereitzustellen. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Lasermedium ein uniaxialer, doppelbrechender Kristall mit einer c-Achse ist, und bei der die Strahlungsabsorptionshauptachse entlang der c-Achse liegt. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Kristall aus der Gruppe ausgewählt wird, die im Wesentlichen YLF, YAP, LiSAF, LiCAF und SFAP enthält; und/oder bei der der Anregungsmechanismus (48) einen Satz von Laserdioden (50) aufweist, die so ausgerichtet sind, um Strahlung zu erzeugen, die parallel zur Absorptionshauptachse des Lasermediums polarisiert ist. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Lasermedium ferner aufweist:

eine Länge;

eine Breite;

eine Höhe; und

eine c-Achse entlang der Höhe, wobei die Absorptionshauptachse entlang der c-Achse liegt und seitliche Pumpflächen (46) entlang der Länge liegen; und

wobei die Laserdioden (50) ausgerichtet sind, um Strahlung zu erzeugen, die parallel zur c-Achse des Lasermediums polarisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Linse (54), die zwischen den Dioden (50) und dem Lasermedium angeordnet ist, um die polarisierte Strahlung der Dioden (50) entlang der Absorptionshauptachse des Lasermediums zu fokussieren. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend:

einen Anregungsmechanismus (48), der sich in der Nähe zum Festkörperlaserverstärkungsmedium (28) befindet, um eine Strahlungsintensität auf das Verstärkungsmedium (28) zu erzeugen, wobei das Verstärkungsmedium (28) eine Laserausgabelaseremission bei einer Wellenlänge von ca. 2 &mgr;m bis ca. 3 &mgr;m erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Kühlmaterial im wesentlichen aus D2O besteht; und/oder

bei der das Kühlmaterial im wesentlichen aus flüssigen Fluorkohlenstoffen besteht; und/oder

bei der das Festkörperverstärkungsmedium (28) ein Festkörperverstärkungsmedium (28) mit quaderförmiger Geometrie ist, das seitliche Pumpflächen (46) aufweist, mit dem Kühlmittel über die Pumpflächen (46) fließend, wobei infinitesimale Wellen aus dem Verstärkungsmedium (28), die das Kühlmittel durchdringen, das Kühlmittel im Wesentlichen nicht absorbiert durchdringen; und/ oder

bei der das Festkörperverstärkungsmedium (28) eine Holmium-dotierte kristalline Struktur ist; und/oder

bei der das Festkörperverstärkungsmedium (28) eine Thulium-dotierte kristalline Struktur ist; und/oder

bei der das Festkörperverstärkungsmedium (28) eine Ytterbium-dotierte kristalline Struktur ist; und/oder

bei der das Festkörperverstärkungsmedium (28) eine Chrom-dotierte kristalline Struktur ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Laserverstärkungsmedium (28) ein Festkörperlasermedium (44) mit quaderförmiger Geometrie ist und ferner aufweist:

einen Anregungsmechanismus (48), der sich in der Nähe zum Festkörperlaserverstärkungsmedium (28) befindet, um eine Strahlungsintensität auf das Verstärkungsmedium (28) zu erzeugen, wobei das Verstärkungsmedium (28) eine Laserausgabelaseremission bei einer Wellenlänge von ca. 1,5 &mgr;m bis ca. 3 &mgr;m erzeugt; und

bei der das Kühlmaterial im wesentlichen aus D2O oder flüssigen Fluorkohlenstoffen besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Lasermedium ein Festkörperlasermedium (44) mit quaderförmiger Geometrie mit seitlichen Pumpflächen (46), einer Strahlungsabsorptionshauptachse und einer ersten und zweiten Kontaktfläche ist, wobei die Verstärkungsschicht (30) eine Laserstrahlung bei einer Laserwellenlänge von ca. 1,5 &mgr;m bis ca. 3 &mgr;m als Antwort auf Pumpstrahlungspulse an den Pumpflächen (46) erzeugt;

wobei die Vorrichtung ferner aufweist:

einen Anregungsmechanismus (48), der sich entlang der Pumpflächen (46) der Verstärkungsschicht (30) befindet, wobei der Anregungsmechanismus (48) einen Satz von Laserdioden (50) aufweist, um eine Strahlungsintensität zu erzeugen, wobei die Dioden (50) ausgerichtet sind, um Strahlung zu erzeugen, die parallel zur Absorptionshauptachse der Verstärkungsschicht (30) polarisiert ist, um eine erhöhte Strahlungsabsorption bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die transparenten Schichten (38, 40) so bemessen sind, dass sie mit dem Kühlsystem (58) zusammenarbeiten; und/oder bei der die Verstärkungsschicht (30) ein uniaxialer, doppelbrechender Kristall mit einer c-Achse ist, und bei der die Strahlungsabsorptionshauptachse entlang der c-Achse liegt. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Verstärkungsschicht (30) und die transparenten Schichten (38, 40) aus dem gleichen kristallinen Material bestehen. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Verstärkungsschicht (30) ionendotiert ist und die transparenten Schichten (38, 40) undotiert sind. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der das Kristallmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die im Wesentlichen YLF, YAG, YAP, YSGG, YSAG, GSGG, GGG, LiSAF, LiCAF, SFAP und Glas enthält. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der das Dotierungsmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die im Wesentlichen Holmium, Thulium, Chrom, Ytterbium und Erbium enthält. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Kühlmaterial im wesentlichen aus D2O und flüssigen Fluorkohlenstoffen besteht. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Laserverstärkungsmedium (28) ein Festkörperlasermedium (44) mit quaderförmiger Geometrie mit seitlichen Pumpflächen (46), einer Strahlungsabsorptionshauptachse und einer ersten und zweiten Kontaktfläche ist, wobei die Verstärkungsschicht (30) eine Laserstrahlung bei einer Laserwellenlänge von ca. 1,5 &mgr;m bis ca. 3 &mgr;m als Antwort auf die Pumpstrahlungspulse an den Pumpflächen (46) erzeugt;

wobei die Vorrichtung ferner aufweist:

einen Anregungsmechanismus (48), der sich entlang der Pumpflächen (46) der Verstärkungsschicht (30) zum Erzeugen einer Strahlungsintensität befindet, wobei der Anregungsmechanismus (48) ausgerichtet ist, um Strahlung zu erzeugen, die parallel zur Absorptionshauptachse der Verstärkungsschicht (30) polarisiert ist, um eine erhöhte Strahlungsabsorption bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der die Verstärkungsschicht (30) und die transparenten Schichten (38, 40) aus dem gleichen kristallinen Material bestehen; und

die Verstärkungsschicht (30) ionendotiert ist und die transparenten Schichten (38, 40) undotiert sind; und/oder

bei der die Verstärkungsschicht (30) ein uniaxialer, doppelbrechender Kristall mit einer c-Achse ist, und bei der die Strahlungsabsorptionshauptachse entlang der c-Achse liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der:

das Kristallmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die im Wesentlichen YLF, YAP, LiSAF, LiCAF und SFAP enthält; und

bei der das Dotierungsmaterial aus der Gruppe ausgewählt wird, die im Wesentlichen Holmium, Thulium, Erbium, Chrom und Ytterbium enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der der Anregungsmechanismus (48) einen Satz von Laserdioden (50) aufweist, die ausgerichtet sind, um Strahlung zu erzeugen, die parallel zur Absorptionshauptachse der Verstärkungsschicht (30) polarisiert ist.






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