DE102004047493B3

DE102004047493B3 - Laser resonator with surface-structured end mirrors and method for their production

Info

Publication number: DE102004047493B3
Application number: DE200410047493
Authority: DE
Inventors: Alexander Büttner; Uwe Detlef Zeitner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-09-23
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: WO2006032535A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laserresonator, der durch zwei oberflächenstrukturierte Endspiegel (1, 2) begrenzt ist, wobei die zwei oberflächenstrukturierten Endspiegel (1, 2) auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind, wobei der Laserresonator ferner einen mittels mindestens eines weiteren Spiegels (3) gefalteten Strahlengang aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laserresonators.The present invention relates to a laser resonator which is delimited by two surface-structured end mirrors (1, 2), wherein the two surface-structured end mirrors (1, 2) are arranged on a common substrate, wherein the laser resonator further comprises one by means of at least one further mirror (3). Has folded beam path. The invention further relates to a method for producing such a laser resonator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserresonator nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laseresonators.The The invention relates to a laser resonator according to the preamble of Main claim and a method for producing such Laser resonator.

Derartige Laserresonatoren, die durch zwei oberflächenstrukturierte Endspiegel begrenzt sind, sind beispielsweise aus den Patentschriften US 5,454,004 und US 5,745,511 bekannt. Sie werden nicht nur in Festkörper- und Gaslasern genutzt, sondern nach Patentschrift WO 01/97349A1 auch in Halbleiterfasern eingesetzt. Durch die oberflächenstrukturierten Endspiegel soll dabei erreicht werden, dass der Laserresonator eine Grundmode erhält, die eine, verglichen zu herkömmlichen Laserresonatoren bessere Ausnutzung des gepumpten Bereichs eines aktiven Mediums im Laserresonator zur Folge hat, und dass höhere Moden besser unterdrückt werden, um eine bessere Strahlqualität zu erreichen.Such laser resonators, which are limited by two surface-structured end mirror are, for example, from the patents US 5,454,004 and US 5,745,511 known. They are not only used in solid-state and gas lasers, but also used in semiconductor fibers according to patent WO 01/97349A1. By the surface-structured end mirror is to be achieved that the laser resonator receives a fundamental mode, which has a better use of the pumped portion of an active medium in the laser resonator compared to conventional laser resonators, and that higher modes are better suppressed to better beam quality to reach.

In der Regel bestehen Laserresonatoren aus zwei sich einander gegenüberstehenden Spiegeln. Ein solcher Re sonator bzw. ein entsprechender Laser hat transversale Moden einer Form, die sich aus Spiegelform und Spiegelabstand ergibt. In konventionellen Resonatoren werden meist sphärische und plane Spiegel verwendet. In herkömmlichen sphärischen Resonatoren werden beispielsweise sog. Gauß-Laguersche bzw. Gauß-Hermitesche Moden erzeugt. Welche und wie viele Moden anschwingen, hängt ab von Umlaufverlusten der Moden und einer in einem aktiven Medium des Lasers erfolgenden Verstärkung. Typischerweise besitzt eine gaußförmige Grundmode eine beste Strahlqualität und geringste Umlaufverluste, wogegen höhere Moden höhere Umlaufverluste erfahren. Nachteile solcher konventionellen Resonatoren ist, dass die typischerweise anschwingenden Moden eine im aktiven Medium auf einen Bereich nahe einer optischen Achse beschränkte Ausdehnung haben und deswegen eine im aktiven Medium gespeicherte Energie nicht vollständig verbraucht werden kann. Weiterhin ergeben sich in konventionellen Resonatoren relativ geringe Unterschiede zwischen den Umlaufverlusten der verschiedenen Moden, so dass viele Moden anschwingen, was eine verschlechterte Strahlqualität mit sich bringt.In As a rule, laser resonators consist of two mutually opposed ones Reflect. Such a Re sonator or a corresponding laser has transverse modes of a shape resulting from mirror shape and mirror spacing results. In conventional resonators are usually spherical and plane Mirror used. In conventional spherical Resonators are generated, for example, so-called Gauss-Laguer or Gauss-Hermitean modes. Which and how many modes swing depends on circulation losses the modes and a gain occurring in an active medium of the laser. typically, has a Gaussian fundamental mode a best beam quality and lowest circulation losses, whereas higher modes have higher circulation losses Experienced. Disadvantages of such conventional resonators is that the typically oscillating modes one in the active medium have a region near a optical axis limited extent and therefore an energy stored in the active medium is not completely consumed can be. Furthermore, arise in conventional resonators relatively small differences between the circulation losses of the different modes, so that many modes swing, resulting in degraded beam quality brings.

Wesentliche Anwendungsziele von Resonatoren mit oberflächenstrukturierten Spiegeln, die von herkömmlichen, beispielsweise sphärischen, Resonatoren abweichen, sind eine Erzeugung durch einen Nutzer definierter Ausgangsstrahlprofile, insbesondere zum Zweck einer verbesserten Ausnutzung eines Pumpvolumens und damit einer erhöhten Ausgangsleistung, sowie eine Verbesserung der Strahlqualität durch eine Erhöhung der Umlaufverluste höherer Moden. Durch die Verwendung oberflächenstrukturierter Spiegel wird also eine resonatorinterne Strahlformung möglich, beispielsweise eine gezielte Erzeugung einer super-gaußförmigen Grundmode, was den genannten Druckschriften und den darin zitierten Veröffentlichungen zufolge insbesondere im Zusammenhang mit Festkörperlasern, beispielsweise Nd:YAG-Lasern, CO₂-Lasern und Halbleiterlasern bereits ausgiebig untersucht worden ist.Essential application goals of resonators with surface-structured mirrors which deviate from conventional, for example spherical, resonators are generation by a user-defined output beam profile, in particular for the purpose of improved utilization of a pumping volume and thus an increased output power, and an improvement of the beam quality by an increase of the Circulation losses of higher modes. The use of surface-structured mirror thus an intra-cavity beam shaping is possible, for example, a targeted generation of a super-Gaussian fundamental mode, which the said publications and the publications cited therein, in particular in connection with solid state lasers, such as Nd: YAG lasers, CO ₂ lasers and Semiconductor lasers has already been extensively studied.

Die demnach bekannten gattungsgemäßen Laserresonatoren sind allerdings mit einem entscheidenden Nachteil behaftet, der auch die Ursache dafür bildet, dass solche Laser trotz der offensichtlichen Vorteile bislang nicht kommerziell erhältlich sind. Der genannte Nachteil ergibt sich durch eine im Vergleich zu herkömmlichen Resonatoren deutlich höhere Genauigkeitsanforderung bezüglich einer Justage, insbesondere einer Relativjustage der beiden oberflächenstrukturierten Endspiegel. Damit verbunden ist ein nachteilig hoher Herstellungsaufwand, der bei einer Verwendung mehrerer oberflächenstrukturierter optischer Elemente zum Zweck einer gezielten Strahlformung im Laserresonator nach dem Stand der Technik unvermeidbar ist. Anders als bei herkömmlichen Resonatoren sind nämlich bei gattungsgemäßen Laserresonatoren nur äußerst geringe Toleranzen zulässig, wenn die oberflächenstrukturierten Endspiegel ihren Zweck einer gezielten Strahlformung und Erzeugung einer bestimmten Grundmode bei einer Unterdrückung höherer Moden erfüllen sollen. Da Laserresonatoren mit zwei oberflächenstrukturierten Endspiegeln im Allgemeinen nicht rotationssymmetrisch bezüglich einer optischen Achse sind, müssen die Endspiegel, anders als bei herkömmlichen Resonatoren, bezüglich einer großen Anzahl von Freiheitsgraden zueinander justiert werden, nämlich in der Regel bezüglich eines Spiegelabstands, einer Translation in zwei lateralen Dimensionen, einer Rotation um die optische Achse und einer Verkippung in zwei Dimensionen.The thus known generic laser resonators However, they are associated with a decisive disadvantage, the also forms the cause, that such lasers, despite the obvious advantages so far not commercially available are. The mentioned disadvantage results from a comparison to usual Resonators significantly higher Accuracy requirement regarding an adjustment, in particular a relative adjustment of the two surface-structured End mirror. This is associated with a disadvantageously high production costs, when using a plurality of surface-structured optical Elements for the purpose of a targeted beam shaping in the laser resonator is unavoidable in the prior art. Unlike conventional Resonators are namely in generic laser resonators only very small Tolerances allowed, when the surface-textured End mirror their purpose of a targeted beam shaping and generation to fulfill a certain fundamental mode in suppression of higher modes. As laser resonators with two surface-structured end mirrors generally not rotationally symmetric with respect to an optical axis are, must the end mirrors, unlike conventional resonators, with respect to a huge Number of degrees of freedom are adjusted to each other, namely in usually regarding a mirror spacing, a translation in two lateral dimensions, a rotation about the optical axis and a tilt in two Dimensions.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen entsprechenden Laserresonator zu entwickeln, der den geschilderten Nachteil der Erfordernisse einer ausgesprochen aufwendigen Justage vermeidet. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laserresonators vorzuschlagen.Of the Invention is therefore the object of a corresponding To develop laser resonator, which has the described disadvantage of Requires a very expensive adjustment avoids. The invention is also based on the object, a method for To propose production of such a laser resonator.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Laserresonator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.These The object is achieved by a laser resonator with the characterizing features of the main claim in conjunction with the features of the preamble of the main claim and by a method having the features of claim 16. Advantageous Further developments and embodiments of the invention will become apparent with the features of the subclaims.

Die Ausführungen des Laserresonators in einer Weise, dass die zwei oberflächenstrukturierten Endspiegel auf einem gemeinsamen, also demselben Substrat angeordnet sind, was dadurch ermöglicht wird, dass der Laserresonator einen mittels mindestens eines weiteren Spiegels gefalteten Strahlengang aufweist, bringt mehrere Vorteile mit sich. Dadurch, dass die Endspiegel auf demselben Substrat angeordnet sind, haben diese relativ zueinander eine feste Orientierung. Insbesondere können die beiden Endspiegel bzw. diese Endspiegel charakterisierende Oberflächenstrukturen in einem einzigen Herstellungsprozess hergestellt werden, wodurch die relative Orientierung der beiden Endspiegel zueinander mit einer äußerst hohen Genauigkeit definiert und realisiert werden kann. Eine nachteilige aufwendige nachträgliche Justage der beiden Endspiegel relativ zueinander erübrigt sich dadurch. Dabei ist zu beachten, dass für eine Justage des mindestens einen weiteren Spiegels, der benötigt wird, um den gefalteten Strahlengang zu realisieren, ein deutlich geringerer Aufwand erforderlich ist, weil ein solcher weiterer Spiegel in der Regel nur bezüglich dreier Freiheitsgrade (Abstand und Verkippung in zwei Richtungen) justiert werden muss. Da der mindestens eine weitere Spiegel keine nichttriviale Oberflächenstruktur aufweisen muss, fällt eine Translation in Spiegelebene und eine Rotation um eine Spiegelnormale bei diesem nicht ins Gewicht.The versions the laser resonator in such a way that the two surface-structured end mirror are arranged on a common, ie the same substrate, which makes it possible is that the laser resonator one by means of at least one other Mirror folded beam path has several advantages with himself. Due to the fact that the end mirrors are arranged on the same substrate are, they have a fixed orientation relative to each other. Especially can the two end mirrors or these end mirror characterizing surface structures produced in a single manufacturing process, whereby the relative orientation of the two end mirror to each other with an extremely high Accuracy can be defined and realized. An adverse elaborate subsequent Adjustment of the two end mirrors relative to each other is unnecessary thereby. It should be noted that for an adjustment of at least another mirror that needed is to realize the folded beam path, a clear less effort is required because such a further mirror usually only with respect three degrees of freedom (distance and tilt in two directions) adjusted must become. Since the at least one further mirror is not non-trivial surface structure must fall a translation in mirror plane and a rotation around a mirror normal not significant in this case.

Durch die vereinfachte Justage wird es ferner möglich, bei einem Laserresonator der hier vorgeschlagenen Art verglichen zum Stand der Technik deutlich reduzierte Toleranzen zu realisieren. Dadurch wiederum kann eine gewünschte Grundmode des Laseresonators mit höherer Präzision realisiert werden, wodurch sich beispielsweise eine bessere Raumausnutzung eines aktiven Mediums bzw. Pumpvolumens eines entsprechenden Lasers und damit eine höhere Leistungsausbeute erreichen lässt. Aufgrund der leichteren und dadurch präziseren Justage lässt sich schließlich auch eine bessere Unterdrückung höherer (insbesondere transversaler) Moden erreichen, womit sich eine bessere Strahlqualität ergibt.By the simplified adjustment also makes it possible with a laser resonator of the type proposed here compared to the prior art clearly to realize reduced tolerances. This in turn can be a desired Basic mode of the laser resonator can be realized with higher precision, thereby For example, a better space utilization of an active medium or pumping volume of a corresponding laser and thus a higher power output can achieve. Due to the lighter and thus more precise adjustment can be after all also a better repression higher (especially transversal) modes, which results in a better beam quality results.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Laseresonators beschriebener Art sieht dementsprechend vor, dass eine Oberfläche des Substrats in zwei den Endspiegeln entsprechenden Bereichen in einem einzigen Herstellungsprozess durch Auftragen weiterer Schichten und/oder durch Abtragen von Oberflächenschichten strukturiert wird. Ein solcher Herstellungsprozess kann auch mehrstufig sein (beispielsweise durch ein sukzessives Abtragen mehrerer Oberflächenschichten). Entscheidend ist, dass die beiden Endspiegel jeweils in einem Arbeitsschritt bearbeitet werden, also insbesondere vorteilhafterweise ohne ein Umsetzen des Substrats zwischen oberflächenstrukturierenden Maßnahmen in den Bereichen der zwei Endspiegel. Besonders vorteilhaft ist es, die Endspiegel durch Laserlithographie herzustellen, was mit äußerst hoher Genauigkeit und verhältnismäßig geringem Aufwand möglich ist. Zum Schutz von Oberflächenbereichen, die nicht abgetragen werden sollen, können dabei Masken verwendet werden. Zur Oberflächenstrukturierung der Endspiegel kann ferner auf alle Verfahren zurückgegriffen werden, die in den erwähnten Druckschriften US 5,454,004 A und US 5,745,511 A beschrieben sind, wozu auf diese Druckschriften verwiesen wird, die in dieser Hinsicht als vollumfänglich in die vorliegende Schrift aufgenommen gelten sollen.A preferred method for producing a laser resonator of the type described accordingly provides that a surface of the substrate is patterned in two areas corresponding to the end mirrors in a single manufacturing process by applying further layers and / or by removing surface layers. Such a manufacturing process can also be multi-stage (for example, by a successive removal of several surface layers). The decisive factor is that the two end mirrors are each processed in one working step, that is to say in particular advantageously without a transfer of the substrate between surface-structuring measures in the regions of the two end mirrors. It is particularly advantageous to produce the end mirrors by laser lithography, which is possible with extremely high accuracy and relatively little effort. To protect surface areas that are not to be removed, masks can be used. For surface structuring of the end mirror, it is also possible to make use of all the methods described in the cited documents US 5,454,004 A and US 5,745,511 A are described, for which reference is made to these documents, which should be considered in this regard as fully incorporated into the present specification.

Als oberflächenstrukturiert sollen in der vorliegenden Schrift solche Spiegel bezeichnet sein, die von einfachen Planspiegeln oder sphärischen Spiegeln abweichen. Vorzugsweise soll es sich dabei um Spiegel mit einer Oberflächenstruktur handeln, durch die der Laserresonator eine gewünschte Grundmode bei vorzugsweise zugleich möglichst guter Unterdrückung höherer Moden erhält. Typischerweise wird eine entsprechende Oberflächenstruktur durch verglichen zu den Spiegelabmessungen kleine Längenskalen charakterisiert sein. Bei der gewünschten (transversalen) Grundmode kann es sich mit Blick auf eine möglichst gute Raumausnutzung im aktiven Medium beispielsweise um eine supergaußförmige Mode handeln.When surface-structured should be referred to in the present document, such mirrors, which differ from simple plan mirrors or spherical mirrors. Preferably, these should be mirrors with a surface structure act, by which the laser resonator a desired fundamental mode at preferably as possible as possible good oppression higher Receives fashions. Typically, a corresponding surface structure is compared by characterized to the mirror dimensions small length scales be. At the desired (transversal) Basic fashion may be facing a good use of space in the active medium, for example, a supergaussförmige fashion act.

Die oberflächenstrukturierten Endspiegel können refraktive Profile aufweisen, also stetige Profile. In der Regel wird ein mit Blick auf eine gewünschte Grundmode errechnetes Spiegelprofil refraktiv sein.The surface-structured End mirror can have refractive profiles, ie continuous profiles. Usually becomes one facing a desired one Fundamental mode calculated mirror profile be refractive.

Von diesem Profil können ganzzahlige Vielfache der halben Wellenlänge abgezogen werden, womit sich ein äquivalentes, ebenfalls exaktes diffraktives Profil ergibt. Es ist auch möglich, Endspiegel mit diffraktiven Profilen zu verwenden, welche ein errechnetes refraktives oder diffraktives Spiegelprofil nur approximieren. Ein Profil eines der beiden oder beider oberflächenstrukturierten Endspiegel kann also auch unstetig sein und beispielsweise nur aus einer endlichen Anzahl verschiedener Niveaus bestehen.From this profile can integer multiples of half the wavelength are subtracted, which an equivalent, also gives exact diffractive profile. It is also possible to use end mirror To use diffractive profiles, which is a calculated refractive or approximate diffractive mirror profile only. A profile of a the two or both surface-structured End mirror can also be unsteady and, for example, only one consist of finite number of different levels.

Bei verschiedenen Ausführungen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass einer der Endspiegel oder jeder Endspiegel auf einer dem Resonator zugewandten Seite verspiegelt, beispielsweise vergoldet oder mit einer anderen spiegelnden Schicht beschichtet, ist oder dass das Substrat zumindest in einem Bereich mindestens eines der Endspiegel auf einer dem Resonator abgewandten Seite verspiegelt ist. Im erstgenannten Fall ist der jeweilige Endspiegel durch einen reflektierenden, oberflächenstrukturierten Bereich gegeben, während der oberflächenstrukturierte, den Endspiegel definierende Bereich im letztgenannten Fall transmissiv ist, so dass eine Reflektion mit einem Durchtritt des Lichts durch das Substrat bis auf eine rückseitige Oberfläche des Substrats verbunden ist. Mit Blick auf eine möglichst einfache Herstellung der Endspiegel ist es vorteilhaft, wenn die entsprechende Seite des Substrats vollflächig verspiegelt, beispielsweise vergoldet oder mit einem anderen spiegelnden Material beschichtet, ist. Eine bei Laserresonatoren gewünschte gezielte lokale Phasenänderung lässt sich bei beiden erläuterten Ausführungen der Endspiegel erreichen. Die Realisierung vorteilhafter Grundmoden führt in der Regel zu Oberflächenstrukturen mit typischen Längenskalen, die verglichen zu einem Durchmesser des entsprechenden Endspiegels klein sind.In various embodiments of the invention it may be provided that one of the end mirror or each end mirror is mirrored on a side facing the resonator, for example gold plated or coated with another reflective layer, or that the substrate at least in one area of at least one of the end mirror on a The mirror facing away from the resonator is mirrored. In the former case, the respective end mirror is given by a reflecting, surface-structured area, while the surface-structured Be defining the end mirror is rich in the latter case transmissive, so that a reflection with a passage of light through the substrate is connected to a back surface of the substrate. With a view to the simplest possible production of the end mirror, it is advantageous if the corresponding side of the substrate is mirror-coated all over, for example gold-plated or coated with another reflecting material. A desired local phase change desired in the case of laser resonators can be achieved in both explained embodiments of the end mirror. The realization of advantageous basic modes usually leads to surface structures with typical length scales, which are small compared to a diameter of the corresponding end mirror.

Ein besonders einfacher und daher vorteilhafter Aufbau ergibt sich, wenn die zwei oberflächenstrukturierten Endspiegel nebeneinander auf einer Seite des Substrats angeordnet sind. In dem Fall kann es genügen, wenn der Laserresonator neben den beiden Endspiegeln genau einen weiteren Spiegel und einen mittels dieses Spiegels einfach gefalteten Strahlengang aufweist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Laserresonator eine gegenüber einer Normalen des Substrats und/oder des weiteren Spiegels leicht geneigte, beispielsweise um 0,5° und 2° geneigte, optische Achse hat, womit eine Anordnung der beiden Endspiegel nebeneinander bei einem ansonsten weitgehend symmetrischen und übersichtlichen Aufbau möglich wird.One particularly simple and therefore advantageous construction results, if the two surface-textured End mirror arranged side by side on one side of the substrate are. In that case it may be enough if the laser resonator next to the two end mirrors exactly one another mirror and one simply folded by means of this mirror Beam path has. It may be provided that the laser resonator one opposite one Normal of the substrate and / or the further mirror slightly inclined, for example tilted by 0.5 ° and 2 °, optical axis has, bringing an arrangement of the two end mirror side by side in an otherwise largely symmetrical and clear Construction possible becomes.

Alternativ wäre es natürlich auch möglich, eine Faltung des Strahlengangs durch beispielsweise zwei weitere, gegeneinander gekippte Spiegel zu realisieren. In dem Fall könnten die zwei Endspiegel nebeneinander auf einem ebenen Substrat untergebracht werden und der Strahlengang so gewählt werden, dass der Laserresonator eine an zwei Stellen gefaltete, an den Endspiegeln jeweils zum Substrat orthogonale optische Achse hat. Diese Ausführung brächte den Vorteil mit sich, dass die Oberflächenstrukturen der beiden Endspiegel von einem entsprechenden Laserresonator nach dem Stand der Technik mit zwei einander gegenüberliegenden Endspiegeln – eventuell nach einer einfachen Spiegelung – übernommen werden könnten.alternative would it be Naturally also possible, one Folding the beam path by, for example, two more, against each other to realize tilted mirrors. In that case, the two end mirrors could be side by side be housed on a flat substrate and the beam path so chosen be that the laser resonator folded in two places, at the end mirrors each orthogonal to the substrate optical axis Has. This execution would bring the Advantage with it, that the surface structures of the two end mirrors from a corresponding laser resonator according to the prior art with two opposite ones End mirrors - possibly after a simple reflection - could be adopted.

Der weitere Spiegel kann je nach Ausführung als Planspiegel ausgeführt sein oder eine gekrümmte, beispielsweise sphärisch gekrümmte, Oberfläche haben. Bei einem typischen Aufbau mit einem nur einfach ge falteten Strahlengang kann es vorteilhaft sein, wenn der weitere Spiegel konvex ausgeführt ist. Auch das Substrat kann ausführungsabhängig eine ebene oder eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, auf der die oberflächenstrukturierten Endspiegel angeordnet sind. Hier kann es vorteilhaft sein, dass die dem Resonator zugewandte Oberfläche des Substrats konkav ausgeführt ist, damit in einfacher Weise eine gewünschte Grundmode realisiert werden kann.Of the additional mirrors can be designed as a plane mirror depending on the design or a curved, for example, spherical curved, Have surface. In a typical structure with only a simple ge folded beam path it may be advantageous if the further mirror is convex. Also the substrate may be a plane depending on the embodiment or a curved one surface on which the surface-structured End mirror are arranged. Here it can be advantageous that the resonator facing surface of the substrate is concave, to realize a desired basic mode in a simple manner can be.

Besonders vorteilhafte weil aufwandsarm zu realisierende Ausführungen der Erfindung sehen vor, dass der weitere Spiegel durch eine Oberfläche eines im Laserresonator angeordneten aktiven Mediums gegeben ist. Diese Oberfläche kann eventuell verspiegelt sein. Ein einfacher Aufbau ergibt sich damit, weil auf ein zusätzliches Bauteil verzichtet werden kann.Especially advantageous because little effort to realize implementations of the invention provide that the further mirror through a surface of the im Laser resonator arranged active medium is given. This surface can possibly be mirrored. A simple structure arises with it, because on an additional Component can be omitted.

Der Laserresonator kann in einem Bereich einer der beiden Endspiegel oder auch in einem Bereich des weiteren Spiegels bzw. eines der weiteren Spiegel einen Auskoppelbereich aufweisen. Dazu kann eine Verspiegelung in den entsprechenden Bereich ausgespart sein. Möglich ist es auch, den entsprechenden Endspiegel bzw. weiteren Spiegel so zu verspiegeln, dass auftreffendes Licht nicht vollständig reflektiert wird. Der Auskoppelbereich kann dann eventuell genauso groß sein wie der entsprechende Endspiegel oder weitere Spiegel. Eine Auskoppelung durch den weiteren Spiegel bzw. einen der weiteren Spiegel kann besonders vorteilhaft sein, weil dieser in der Regel keine nichttriviale Oberflächenstruktur aufweist, womit sich eventuell unerwünschte Beugungen oder Brechungen austretenden Lichts vermeiden lassen.Of the Laser resonator can be located in an area of one of the two end mirrors or in an area of the further mirror or one of the further mirror have a decoupling region. This can be a Mirroring be recessed in the appropriate area. Is possible it also, the corresponding end mirror or other mirror so to reflect that incident light does not fully reflect becomes. The decoupling area can then possibly be just as big as the corresponding end mirror or other mirrors. A decoupling by the further mirror or one of the further mirrors can be particularly be advantageous because this usually has no non-trivial surface structure, which may be undesirable Avoid diffraction or refraction of escaping light.

Die vorliegende Erfindung lässt sich sowohl auf sta bile als auch auf instabile Resonatoren anwenden. Besondere Vorteile bringt die Erfindung für instabile Resonatoren mit sich, bei denen typischerweise zwei oberflächenstrukturierte Endspiegel erforderlich sind, um eine erwünschte Grundmode zu realisieren.The present invention apply to both stable and unstable resonators. The invention brings with it special advantages for unstable resonators typically two surface-structured end mirrors are required to achieve a desired To realize basic fashion.

Eine besonders gute Unterdrückung höherer Moden lässt sich unter Umständen dadurch erreichen, dass das Substrat in einer Umgebung eines Endspiegels geschwärzt oder durch eine Blende abgedunkelt oder mit einer streuenden Oberflächenstruktur versehen ist. Dazu kann es vorgesehen sein, dass dieser Endspiegel auf einen Bereich beschränkt ist, innerhalb dessen die Grundmode des Laserresonators eine definierte Schwelle, beispielsweise eine Schwelle von zwischen 0 % und 1 % einer maximalen Intensität der Grundmode, überschreitet. Als streuende Oberflächenstruktur kann beispielsweise ein einfaches Gitter vorgesehen sein, dass sich unter Umständen leichter realisieren lässt als eine Schwärzung oder Abblendung, wobei aber ein ähnlicher Effekt erreicht wird, indem in der Umgebung des Endspiegels auftreffendes Licht aus den Strahlengang herausgebeugt wird. Zum Zwecke der besseren Realisierung einer gewünschten Grundmode und einer besseren Unterdrückung höherer Moden kann es ferner vorteilhaft sein, wenn im Strahlengang des Laserresonators mindestens eine weitere Phasenstruktur, Beugungsstruktur und/oder Apertur angeordnet ist. Dabei kann es sich um eine einfache Blende, eine gitterähnliche Struktur oder auch ein optisches Element mit einer pseudo-zufälligen, örtlich schwankenden Phasenverschiebung handeln. Insbesondere eine bessere Ausnutzung des gepumpten Bereichs im aktiven Medium des entsprechenden Lasers lässt sich damit erreichen.A particularly good suppression of higher modes may be achieved in that the substrate is blackened in an environment of an end mirror or darkened by a diaphragm or provided with a diffusing surface structure. For this purpose, it may be provided that this end mirror is limited to a range within which the fundamental mode of the laser resonator exceeds a defined threshold, for example a threshold of between 0% and 1% of a maximum intensity of the fundamental mode. As a scattering surface structure, for example, a simple grating may be provided that may be easier to implement than blackening or dimming, but a similar effect is achieved by diffracting light incident in the vicinity of the end mirror from the beam path. For the purpose of better realization of a desired fundamental mode and a better suppression of higher modes, it may also be advantageous if at least one further phase structure, diffraction structure and / or aperture is arranged in the beam path of the laser resonator. This can be a simple diaphragm, a grid-like structure or even an optical element with a pseudo-random, locally fluctuating phase shift. In particular, a better utilization of the pumped area in the active medium of the corresponding laser can thus be achieved.

Wenn der Laserresonator in einem Laser mit longitudi naler Anregung eingesetzt werden soll, kann es vorteilhaft sein, dass eine Einkopplung vom Pumpstrahlung durch den weiteren Spiegel bzw. einen der weiteren Spiegel erfolgt. Da dieser, anders als die Endspiegel, in der Regel nicht oberflächenstrukturiert ist, wird dadurch eine schwer zu kontrollierende Beugung der Pumpstrahlung vermieden, womit sich die Pumpstrahlung besser fokussieren lässt und eine gegenüber dem Stand der Technik räumlich optimierte Anregung des aktiven Mediums möglich wird.If the laser resonator used in a laser with longitudi naler excitation is to be, it may be advantageous that a coupling of the pump radiation through the additional mirror or one of the further mirrors. Because this, unlike the end mirror, usually not surface-structured is thereby a difficult to control diffraction of the pump radiation avoided, so that the pump radiation can focus better and one opposite the state of the art spatially optimized excitation of the active medium is possible.

Schließlich kann es vorgesehen sein, dass sich auf dem Substrat außerhalb oberflächenstrukturierter Bereiche, also typischerweise außerhalb der Endspiegel, eine zusätzliche verspiegelte Fläche befindet, die zusammen mit dem mindestens einen weiteren Spiegel einen Hilfsresonator bildet. Dieser Hilfsresonator, der typischerweise geringere Umlaufverluste haben wird als der eigentliche Laserresonator, kann in vorteilhafter Weise zur Justage des Laserresonators verwendet werden. Das hängt damit zusammen, dass ein solcher Hilfsresonator typischerweise leichter anspricht als der durch zwei oberflächenstrukturierte Endspiegel begrenzte Laserresonator. Die zusätzliche verspiegelte Fläche kann beispielsweise zwischen den zwei Endspiegeln auf dem Substrat angeordnet sein. In gleicher Weise wäre es auch denkbar, zwei zusätzliche verspiegelte Flächen zur Bildung eines Hilfsresonators vorzusehen, von denen jede neben einem der Endspiegel angeordnet sein könnte. Vorteilhafterweise sollte die zusätzliche verspiegelte Fläche bzw. jede der zusätzlichen verspiegelten Flächen abblendbar sein, um den Hilfsresonator nach Justage des Laserresonators auszuschalten. Das kann beispielsweise durch ein nachträgliches Schwärzen der entsprechenden Fläche bzw. Flächen geschehen.Finally, can It should be provided that is on the substrate outside surface-structured Areas, so typically outside the end mirror, a additional mirrored surface which is together with the at least one other mirror forms an auxiliary resonator. This auxiliary resonator, typically have lower circulation losses than the actual laser resonator, can be used advantageously for adjusting the laser resonator become. That depends With that, such an auxiliary resonator is typically lighter responds as the through two surface-structured end mirror limited laser resonator. The additional mirrored surface can for example, arranged between the two end mirrors on the substrate be. In the same way would be It's also possible to add two extra mirrored surfaces to provide an auxiliary resonator, each of which is adjacent one of the end mirrors could be arranged. Advantageously, should the extra mirrored surface or each of the additional ones mirrored surfaces be dimmed to the auxiliary resonator after adjustment of the laser resonator off. This can be done, for example, by an afterthought Black the corresponding area or areas happen.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der 1 bis 5 erläutert.Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS 1 to 5 explained.

Es zeigtIt shows

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Laserresonators als Längsschnitt und zum Vergleich einen entsprechenden Laserresonator in nicht gefalteter Form, 1 an embodiment of a laser resonator according to the invention as a longitudinal section and for comparison a corresponding laser resonator in unfolded form,

2 in entsprechender Darstellung drei weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Laserresonatoren, 2 in a corresponding representation three further embodiments of inventive laser resonators,

3 einen erfindungsgemäßen Laserresonator in entsprechender Darstellung, ergänzt um eine Aufsicht auf eine Lichtaustrittsfläche sowie eine Aufsicht auf zwei Endspiegels dieses Laserresonators, 3 a laser resonator according to the invention in a corresponding representation, supplemented by a view of a light exit surface and a view of two end mirror of this laser resonator,

4 in einer der 3 entsprechenden Darstellung ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung und 4 in one of the 3 corresponding representation of another embodiment of the invention and

5 einen weiteren erfindungsgemäßen Laserresonator mit doppelt gefaltetem Strahlengang sowie zum Vergleich einen entsprechenden Laserresonator in ungefalteter Form. 5 another laser resonator according to the invention with double folded beam path and for comparison a corresponding laser resonator in unfolded form.

Der in der 1a) gezeigte Laserresonator weist zwei oberflächenstrukturierte Endspiegel 1 und 2 auf, die nebeneinander auf einer Seite eines gemeinsamen Substrats angeordnet sind. Zusätzlich weist dieser Laserresonator einen weiteren Spiegel 3 und damit ei nen mittels dessen gefalteten Strahlengang auf. Bei dem weiteren Spiegel 3 handelt es sich um einen Planspiegel, wobei auch das genannte Substrat eben ausgeführt ist.The Indian 1a) shown laser resonator has two surface-structured end mirror 1 and 2 on, which are arranged side by side on a side of a common substrate. In addition, this laser resonator has another mirror 3 and thus egg nen by means of its folded beam path. At the other mirror 3 it is a plane mirror, wherein said substrate is also executed.

Zum Vergleich ist in der 1b) ein entsprechender Laserresonator ohne den weiteren Spiegel 3 und dementsprechend mit einem nicht gefalteten Strahlengang gezeigt, der ansonsten zu dem in 1a) gezeigten Resonator identische optische Eigenschaften hat. Zu erkennen ist, dass der Laserresonator eine gegenüber einer Normalen der beiden Endspiegel 1 und 2 um einen Winkel α geneigte optische Achse hat, wodurch eine einfache Faltung des Strahlengangs durch den zu den Endspiegeln 1 und 2 parallelen weiteren Spiegel 3 im Ausführungsbeispiel aus 1a) möglich wird. Der hier vergrößert dargestellte Winkel α hat realiter einer Wert von zwischen 0,5° und 5°. Eine als L eingezeichnete Baulänge des ungefalteten Resonators halbiert sich bei dem erfindungsgemäßen Laserresonator aus 1a).For comparison is in the 1b) a corresponding laser resonator without the other mirror 3 and accordingly shown with an unfolded beam path that otherwise corresponds to that in FIG 1a) shown resonator has identical optical properties. It can be seen that the laser resonator one compared to a normal of the two end mirror 1 and 2 by an angle α inclined optical axis, whereby a simple folding of the beam path through the to the end mirrors 1 and 2 parallel further mirror 3 in the embodiment 1a) becomes possible. The angle α shown here has a value of between 0.5 ° and 5 °. An overall length of the unfolded resonator shown as L is halved in the case of the laser resonator according to the invention 1a) ,

Der weitere Spiegel 3 ist bei dem abgebildeten erfindungsgemäßen Resonator als zusätzliches Bauteil ausgeführt. In gleicher Weise kann dieser weitere Spiegel 3 auch durch eine dann vorzugsweise verspiegelte Oberfläche eines im Laserresonator angeordneten aktiven Mediums gegeben sein.The further mirror 3 is executed in the illustrated inventive resonator as an additional component. In the same way, this additional mirror 3 also be given by a then preferably mirrored surface of an arranged in the laser resonator active medium.

In einem Bereich des in der 1a) unter dem ersten Endspiegel 1 angeordneten Endspiegels 2 weist dieser Laserresonator einen Auskoppelbereich 4 auf, der, wie auch in den folgenden Figuren, durch einen austretendes Licht symbolisierenden Pfeil angedeutet ist. Der Auskoppelbereich 4 ist im vorliegenden Fall durch eine nicht vollständig reflektierende Beschich tung des Endspiegels realisiert. Bei einer anderen Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zum gleichen Zweck eine Verspiegelung des entsprechenden Endspiegels 2 in einem Teilbereich ausgespart ist. In gleicher Weise könnte der Auskoppelbereich 4 auch durch den weiteren Spiegel 3 oder einen Teilbereich des weiteren Spiegels 3 gegeben sein. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass eine Einkoppelung von Pumpstrahlung zur longitudinalen Anregung des Laserresonators durch den selbst nicht strukturierten weiteren Spiegel 3 hindurch erfolgt. Alternativ wäre auch eine Anregung durch einen der Endspiegel 1 oder 2 hindurch oder eine transversale Anregung des Laserresonators möglich.In an area of the in the 1a) under the first end mirror 1 arranged end mirror 2 this laser resonator has a decoupling area 4 on, which, as in the following figures, is indicated by an escaping light symbolizing arrow. The decoupling area 4 is realized in the present case by a not completely reflective Beschich tion of the end mirror. at another embodiment of the invention can be provided that for the same purpose a mirroring of the corresponding end mirror 2 is omitted in a partial area. In the same way could the decoupling 4 also through the other mirror 3 or a portion of the additional mirror 3 be given. In the present embodiment, it is provided that a coupling of pump radiation for longitudinal excitation of the laser resonator by the self-unstructured further mirror 3 through. Alternatively, an excitation by one of the end mirror would be 1 or 2 through or a transverse excitation of the laser resonator possible.

Die oberflächenstrukturierten Endspiegel 1 und 2 weisen im vorliegenden Fall diffraktive Profile mit einem unstetigen Verlauf auf und sind auf einer dem Resonator zugewandten Seite (also in der 1a) rechts) durch eine Goldbeschichtung verspiegelt. Alternativ wäre auch eine Auslegung eines Endspiegels 1 oder 2 oder beider Endspiegel 1 und 2 mit transmissiven oberflächenstrukturierten Bereichen möglich, wobei dann eine dem Resonator abgewandte Seite des Substrats durch eine entsprechende Beschichtung verspiegelt sein könnte. Die Endspiegel 1 und 2 sind so strukturiert, dass der Laserresonator unter Berücksichtigung optischer Eigenschaften des im Laserresonator angeordneten optischen Mediums eine definierte und gewünschte transversale Mode als Grundmode erhält, während höhere Moden verhältnismäßig gut unterdrückt werden. Zu diesem Zweck können in gleicher Weise refraktiv strukturierte Endspiegel verwendet werden. Bei dem vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden theoretisch errechnete refraktive Spiegelprofile jedoch durch diffraktive Profile mit annähernd gleichen Spiegeleigenschaften approximiert, wobei diese diffraktiven Profile dann durch Laserlithographie in einem einzigen Herstellungsprozess auf einer Oberfläche des Substrats realisiert wurden. Außer einem lokalen Abtragen von Oberflächenschichten des Substrats könnte auch ein Auftragen weiterer Schichten zur Realisierung der oberflächenstrukturierten Endspiegel 1 und 2 vorgesehen werden.The surface-structured end mirror 1 and 2 have diffractive profiles in the present case with a discontinuous course and are on a side facing the resonator (ie in the 1a) right) mirrored by a gold coating. Alternatively, an interpretation of an end mirror would be 1 or 2 or both end-mirror 1 and 2 possible with transmissive surface-structured areas, in which case a side facing away from the resonator of the substrate could be mirrored by a corresponding coating. The end mirror 1 and 2 are structured such that the laser resonator receives a defined and desired transverse mode as a fundamental mode, taking into account optical properties of the arranged in the laser resonator optical medium, while higher modes are relatively well suppressed. For this purpose refractive structured end mirrors can be used in the same way. In the presently described embodiment, however, theoretically calculated refractive mirror profiles were approximated by diffractive profiles with approximately the same mirror properties, these diffractive profiles then being realized by laser lithography in a single manufacturing process on a surface of the substrate. Apart from a local removal of surface layers of the substrate, it would also be possible to apply further layers to realize the surface-structured end mirrors 1 and 2 be provided.

Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den 2a) bis 2c) gezeigt. Wiederkehrende Merkmale sind dabei, wie auch in den darauf folgenden Figuren, wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Other embodiments of the present invention are described in FIGS 2a) to 2c) shown. Recurring features are, as in the following figures, again provided with the same reference numerals.

Bei dem in der 2a) gezeigten Laserresonator befindet sich zwischen den beiden oberflächenstrukturierten Endspiegeln 1 und 2 eine zusätzliche verspiegelte Fläche 5 auf dem Substrat, das auch die Endspiegel 1 und 2 trägt. Diese zusätzliche verspiegelte Fläche 5 bildet zusammen mit dem dem Substrat gegenüber und zu diesem parallel angeordneten weiteren Spiegel 3 einen Hilfsresonator, mit dessen Hilfe der abgebildete Laserresonator justiert werden kann. Ein dabei zuerst anschwingender Bereich des Laserresonators ist in der 2a) durch einen gestrichelten Doppelpfeil angedeutet. Die zusätzliche verspiegelte Fläche 5 ist, wie auch der weitere Spiegel 3, als Planspiegel ausgeführt. Es ist vorgesehen, dass die verspiegelte Fläche 5 nach einer Justage des Laserresonators geschwärzt oder abgedeckt wird, so dass dann nur noch der durch die oberflächenstrukturierten Endspiegel 1 und 2 und den weiteren Spiegel 3 gebildete eigentliche Resonator betrieben wird. Bezüglich der übrigen Merkmale entspricht der in der 2a) abgebildete Laserresonator dem zuvor beschriebenen Aus führungsbeispiel.In the in the 2a) shown laser resonator is located between the two surface-structured end mirrors 1 and 2 an additional mirrored surface 5 on the substrate, which is also the end mirror 1 and 2 wearing. This additional mirrored surface 5 forms together with the substrate opposite and arranged parallel to this another mirror 3 an auxiliary resonator, by means of which the imaged laser resonator can be adjusted. A first oscillating region of the laser resonator is in the 2a) indicated by a dashed double arrow. The additional mirrored surface 5 is, as well as the other mirror 3 , designed as a plane mirror. It is envisaged that the mirrored surface 5 is blackened or covered after an adjustment of the laser resonator, so that then only through the surface-structured end mirror 1 and 2 and the other mirror 3 formed actual resonator is operated. With regard to the other features corresponds to that in the 2a) Laser resonator shown the imple mentation example described above.

In 2b) ist ein ähnlicher Laserresonator gezeigt, der sich von dem anhand der 2a) beschriebenen Laserresonator dadurch unterscheidet, dass der weitere Spiegel 3 nicht als Planspiegel, sondern als sphärisch konkav gekrümmter Spiegel ausgeführt ist. Ähnliche Ausführungen sind denkbar, bei denen der weitere Spiegel 3 eine konvexe Krümmung aufweist.In 2 B) a similar laser resonator is shown, which differs from that of the 2a) described laser resonator thereby distinguishes that the further mirror 3 is not designed as a plane mirror, but as a spherical concave curved mirror. Similar designs are conceivable in which the further mirror 3 has a convex curvature.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der 2c) gezeigt. Bei dem dort abgebildeten Laserresonator, der dem anhand der 1a) beschriebenen Laserresonator ähnelt, ist der weitere Spiegel 3 wieder als Planspiegel ausgeführt. Dafür sind die beiden oberflächenstrukturierten Endspiegel 1 und 2 auf einer sphärisch gekrümmten, konkaven Oberfläche des entsprechenden Substrats angeordnet.Another embodiment is in the 2c) shown. In the laser resonator shown there, the basis of the 1a) similar to the described laser resonator, is the other mirror 3 again executed as a plane mirror. For this are the two surface-structured end mirror 1 and 2 arranged on a spherically curved, concave surface of the corresponding substrate.

Bei allen bislang erläuterten Ausführungsbeispielen kann es vorgesehen sein, dass das Substrat in einer Umgebung des Endspiegels 2, bei dem eine Auskoppelung von Laserlicht erfolgt, geschwärzt oder mit einer streuenden Oberflächenstruktur, wie beispielsweise einer Gitterstruktur versehen ist. Durch diese Schwärzung bzw. beugende Struktur, die bewirkt, dass der Endspiegel 2 auf einen Bereich beschränkt ist, innerhalb dessen die Grundmode eine definierte, beispielsweise zwischen 0 % und 1 % einer maximalen Intensität liegende Schwelle überschreitet, wird eine besonders gute Unterdrückung höherer transversaler Moden erreicht. Zusätzlich oder alternativ können im Strahlengang der beschriebenen Laserresonatoren, also in einem Bereich zwischen den Endspiegeln 1 und 2 und dem weiteren Spiegel 3, weitere Phasenstrukturen, Beugungsstrukturen und/oder Aperturen angeordnet sein, durch welche sich eine bessere Raumausnutzung im aktiven Medium des Laserresonators und eine bessere Unterdrückung höherer Moden realisieren lassen. Dabei sind solche Phasen- bzw. Beugungsstrukturen und Aperturen selbstverständlich bei einer Berechnung der Profile der Endspiegel 1 und 2 zu berücksichtigen.In all embodiments explained so far, it can be provided that the substrate is in an environment of the end mirror 2 , in which a decoupling of laser light takes place, blackened or provided with a scattering surface structure, such as a lattice structure. Due to this blackening or diffractive structure, which causes the end mirror 2 is limited to a range within which the fundamental mode exceeds a defined, for example, between 0% and 1% of a maximum intensity threshold, a particularly good suppression of higher transverse modes is achieved. Additionally or alternatively, in the beam path of the described laser resonators, ie in a region between the end mirrors 1 and 2 and the other mirror 3 , Further phase structures, diffraction structures and / or apertures may be arranged, by which a better space utilization in the active medium of the laser resonator and a better suppression of higher modes can be realized. Of course, such phase or diffraction structures and apertures are in a calculation of the profiles of the end mirror 1 and 2 to take into account.

Ein Designbeispiel für einen Laserresonator in einer weiteren Ausführung der Erfindung ist in der 3 gezeigt. Diese Figur zeigt einen instabilen Nd:YAG-Resonator mit gaußförmiger Grundmode. Dieser Resonator ergibt sich durch einfache Faltung eines linearen Resonators mit einer optischen Achse, die gegenüber einer Normalen der Endspiegel 1 und 2 um einen Winkel von 0,75° geneigt ist.A design example of a laser resonator in a further embodiment of the invention is shown in FIGS 3 shown. This figure shows an unstable Nd: YAG resonator with Gaussian fundamental mode. This resonator results from simple folding of a linear resonator with an optical axis, which is opposite to a normal of the end mirror 1 and 2 inclined by an angle of 0.75 °.

3b) veranschaulicht eine Intensitätsverteilung der ausgekoppelten Grundmode auf einer Rückseite des Substrats, das die beiden Endspiegel 1 und 2 trägt. Die zwei Endspiegel 1 und 2 dieses Laserresonators selbst sind in 3c) veranschaulicht. Zu erkennen ist dort ein Auskoppelbereich 4 des instabilen Resonators, der durch einen nicht verspiegelten und selbst nicht strukturierten Quadranten im Endspiegel 1 gegeben ist. Der weitere, zur Faltung des Laserresonators dienende Spiegel 3 ist im vorliegenden Fall wieder als Planspiegel ausgeführt. Angedeutet ist zusätzlich eine thermische Linse 6, die sich durch ein Aufheizen des Laserresonators und eines im Laserresonator angeordneten aktiven Mediums bei einem Betrieb des Laserresonators ergibt. Diese thermische Linse 6 hat im vorliegenden Fall eine Brennweite von 4 m und ist bei einer Berechnung der Endspiegel 1 und 2 berücksichtigen. Der abgebildete Nd:YAG-Resonator hat eine Emissionswellenlänge von 1064 nm. In der 3c) sind außerhalb des Auskoppelbereichs 4 oberflächenstrukturierte Bereiche der Endspiegel 1 und 2 zu erkennen, auf denen berechnete Phasenverteilungen angedeutet sind. Der abgebildete Resonator hat eine Baulänge L/2 von 0,1 m und entspricht damit in seinem optischen Eigenschaften im Wesentlichen einem entsprechenden ungefalteten Resonator einer Länge von L = 0,2 m. Eingezeichnet ist in 3c) schließlich auch eine Seitenlänge 7 der Endspiegel 1 und 2, die einen Betrag von 1,28 mm hat. 3b) illustrates an intensity distribution of the decoupled fundamental mode on a back side of the substrate, which is the two end mirrors 1 and 2 wearing. The two end mirrors 1 and 2 This laser resonator itself is in 3c) illustrated. To recognize there is a decoupling area 4 of the unstable resonator passing through an uncoated and even unstructured quadrant in the end mirror 1 given is. The further serving to fold the laser resonator mirror 3 is in the present case again designed as a plane mirror. In addition, a thermal lens is indicated 6 which results from heating the laser resonator and an active medium arranged in the laser resonator during operation of the laser resonator. This thermal lens 6 has in this case a focal length of 4 m and is in a calculation of the end mirror 1 and 2 consider. The depicted Nd: YAG resonator has an emission wavelength of 1064 nm. In the 3c) are outside the decoupling area 4 surface-structured areas of the end mirror 1 and 2 to recognize, on which calculated phase distributions are indicated. The illustrated resonator has a length L / 2 of 0.1 m and thus corresponds in its optical properties substantially a corresponding unfolded resonator of a length of L = 0.2 m. Is marked in 3c) Finally, a page length 7 the end mirror 1 and 2 , which has an amount of 1.28 mm.

In einer der 3 entsprechenden Darstellungsweise ist in 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung abgebildet. Wieder handelt es sich um einen Nd:YAG-Resonator mit einer Emissionswellenlänge von 1064 nm. Dieser Resonator weist, wie der zuvor anhand der 3 beschriebene Laserresonator, zwei Endspiegel 1 und 2 mit diffraktiver Oberfläche auf, ist aber abweichend als stabiler Resonator ausgeführt und weist eine Grundmode auf, die den griechischen Buchstaben n wiedergibt. Diese Grundmode, die im Auskoppelbereich 4 im Endspiegel 2 ausgekoppelt wird, bzw. deren Intensitätsverteilung ist in der 4b) veranschaulicht.In one of the 3 corresponding representation is in 4 another embodiment of the present invention shown. Again, it is an Nd: YAG resonator with an emission wavelength of 1064 nm. This resonator has, as previously with reference to the 3 described laser resonator, two end mirrors 1 and 2 with a diffractive surface, but is designed differently as a stable resonator and has a fundamental mode that reflects the Greek letter n. This basic fashion, in the decoupling area 4 in the end mirror 2 is decoupled, or their intensity distribution is in the 4b) illustrated.

Bei dem in 4a) abgebildeten Laserresonator hat der weitere Spiegel, der wieder als Planspiegel ausgeführt ist, einen Abstand von L/2 = 0,125 m von den beiden Endspiegeln 1 und 2. Eingezeichnet ist wieder eine thermische Linse 6, die sich durch eine Erwärmung des aktiven Mediums ergibt und die eine Brennweite von 4 m hat. Zwischen den Endspiegeln 1 und 2 ist, ähnlich den Laserresonatoren aus den 2a) und 2b), eine zusätzliche verspiegelte Fläche 5 angeordnet, die plan und hochreflektierend ausgeführt ist und mit dem weiteren Spiegel 3 zusammenwirkend einen leicht anspringenden Hilfsresonator zur Justage der Laserresonators bildet. Diese zusätzliche verspiegelte Fläche 5 ist auch in 4c) zu erkennen, die eine Aufsicht auf das Substrat mit den beiden Endspiegeln 1 und 2 zeigt. Zu erkennen ist in 4c) auch eine berechnete Phasenverteilung der beiden oberflächenstrukturierten Endspiegel 1 und 2, die eine Seitenlänge 7 von 3 mm haben. Es ist vorgesehen, dass die zusätzliche verspiegelte Fläche 5 nach einer Justage des Resonators beispielsweise mittels einer geeigneten Blende abgedunkelt wird. Der anhand der 4 erläuterte Laserresonator hat eine optische Achse, die gegenüber einer Normalen der Endspiegel 1 und 2 und des weiteren Spiegels 3 um etwa 1,16° geneigt ist. Gegenüber einem entsprechenden Laserresonator mit in herkömmlicher Weise nicht gefaltetem Strahlengang propagieren die im Resonator hin- und rücklaufenden optischen Felder hier, wie auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, nicht mehr parallel zu einer Normalen der Endspiegel 1 und 2 und/oder des weiteren Spiegels 3, sondern in einer demgegenüber um den genannten Winkel in lateraler Dimension verkippten Richtung. Die Verkippung wird durch Änderung der optischen Funktion der strukturierten Spiegel bewirkt und kann im optischen Design des Resonators berücksichtigt werden.At the in 4a) The laser mirror shown, the mirror is again designed as a plane mirror, a distance of L / 2 = 0.125 m from the two end mirrors 1 and 2 , Shown again is a thermal lens 6 , which results from heating of the active medium and has a focal length of 4 m. Between the end mirrors 1 and 2 is similar to the laser resonators from the 2a) and 2 B) , an additional mirrored surface 5 arranged, which is designed plan and highly reflective and with the other mirror 3 cooperatively forms a slightly springing auxiliary resonator for adjusting the laser resonator. This additional mirrored surface 5 is also in 4c) to recognize the a plan view of the substrate with the two end mirrors 1 and 2 shows. It can be seen in 4c) also a calculated phase distribution of the two surface-structured end mirror 1 and 2 that have a side length 7 of 3 mm. It is envisaged that the additional mirrored surface 5 is darkened after an adjustment of the resonator, for example by means of a suitable aperture. The basis of the 4 explained laser resonator has an optical axis, which is opposite to a normal of the end mirror 1 and 2 and the other mirror 3 inclined by about 1.16 °. Compared to a corresponding laser resonator with conventionally unfolded beam path propagate back and forth in the resonator optical fields propagate here, as in the embodiments described above, no longer parallel to a normal of the end mirror 1 and 2 and / or the other mirror 3 but in a direction tilted by the said angle in a lateral dimension. The tilting is effected by changing the optical function of the patterned mirrors and can be taken into account in the optical design of the resonator.

Die schiefe Propagation der Felder ermöglicht eine Faltung des Laserresonators, wobei der als Faltungsspiegel dienende zusätzliche Spiegel 3 hier im Abstand einer halben Resonatorlänge L/2 vom Substrat positioniert wird. Dadurch reduziert sich eine geometrische Länge des Lasers auf die Hälfte. Diese Faltung erlaubt eine lithographisch genau Positionierung der beiden oberflächenstrukturierten Endspiegel 1 und 2 auf einem einzigen Substrat in einem Herstellungs prozess, d.h. unter exakt gleichen Herstellungsbedingungen. Die Endspiegel 1 und 2 sind in den lateralen Dimensionen (in Spiegelebene) sowie bezüglich einer Rotation um eine Spiegelnormale lithographisch genau (lateral < 0,1 μm, relative Rotation < 0,001°) zueinander positioniert. Durch die Faltung ist letztendlich mit einer Reduzierung von Beugungsverlusten und einer Verbesserung des Resonatorverhaltens zu rechnen.The oblique propagation of the fields makes it possible to fold the laser resonator, the additional mirror serving as a folding mirror 3 Here is positioned at a distance of half a resonator length L / 2 from the substrate. This reduces a geometric length of the laser to half. This folding allows a lithographically accurate positioning of the two surface-structured end mirror 1 and 2 on a single substrate in a manufacturing process, ie under exactly the same manufacturing conditions. The end mirror 1 and 2 are positioned in the lateral dimensions (in mirror plane) as well as with respect to a rotation about a mirror normal lithographically accurate (lateral <0.1 microns, relative rotation <0.001 °) to each other. The folding is ultimately expected to reduce diffraction losses and improve the resonator behavior.

Das beschriebene Prinzip lässt sich sowohl auf stabile Resonatoren als auch auf instabile Resonatoren mit beliebigen transversalen Grundmodenverteilungen anwenden. Die Endspiegel 1 und 2 müssen nicht unbedingt mit diffraktiven Strukturen (d.h. als unstetige Oberflächenprofile) ausgelegt sein, sondern können auch refraktiv, d.h. als glatte Oberflächenprofile ausgeführt sein. Das Prinzip lässt sich ferner ganz allgemein auf Laser mit beliebigen aktiven Medien anwenden. Der weitere Spiegel 3 kann nach den Gesagten als Planspiegel ausgeführt sein oder auch einen beliebigen Krümmungsradius besitzen.The described principle can be applied both to stable resonators and to unstable resonators with arbitrary transverse fundamental mode distributions. The end mirror 1 and 2 do not necessarily have to be designed with diffractive structures (ie as discontinuous surface profiles), but may also be refractive, ie as a smooth upper be executed surface profiles. The principle can also be applied quite generally to lasers with any active media. The further mirror 3 According to what has been said, it can be designed as a plane mirror or also have an arbitrary radius of curvature.

Beispielsweise bei dem in der 4 gezeigten Laserresonator ist ein Bereich zwischen den beiden oberflächenstrukturierten Endspiegeln 1 und 2 unstrukturiert und mit einer erhöhten Spiegelreflektivität ausgeführt, so dass in diesem Bereich, der die zusätzliche verspiegelte Fläche 5 bildet, ein leichtes Anschwingen des Lasers möglich ist, wodurch eine Verkippung des Substrats und des weiteren Spiegels 3 zueinander justiert werden kann. Der durch die zusätzliche verspiegelte Fläche 5 und den weiteren Spiegel 3 gebildete Hilfsresonator hat deutlich geringere Umlaufverluste als der eigentliche Resonator und wird daher wie gesagt nach einer Justage des Resonators abgeblendet. Außerhalb der zusätzlichen verspiegelten Fläche 5 und der oberflächenstrukturierten Endspiegel 1 und 2 weist das Substrat eine einfache beugende Struktur auf, die eine bessere Unterdrückung höherer Moden bewirkt.For example, in the in the 4 The laser resonator shown is an area between the two surface-structured end mirrors 1 and 2 unstructured and executed with increased specular reflectivity, so that in this area, the additional mirrored surface 5 forms, a slight oscillation of the laser is possible, causing a tilt of the substrate and the other mirror 3 can be adjusted to each other. The through the additional mirrored surface 5 and the other mirror 3 formed auxiliary resonator has significantly lower circulation losses than the actual resonator and is therefore as mentioned dimmed after an adjustment of the resonator. Outside the additional mirrored area 5 and the surface-structured end mirror 1 and 2 For example, the substrate has a simple diffractive structure that provides better suppression of higher modes.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schließlich in der 5a) gezeigt. Wiederkehrende Merkmale sind hier wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht mehr im Einzelnen erläutert. Abweichend von den zuvor beschriebenen Laserresonatoren weist der hier gezeigte Laserresonator neben den beiden auf einem einzigen Substrat angeordneten Endspiegeln 1 und 2 zwei weitere Spiegel 3 und einen mittels dieser Spiegel 3 zweifach gefalteten Strahlengang auf. Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Strahlgeometrie, die es erlaubt, für die Endspiegel 1 und 2 Oberflächenstrukturen zu verwenden, die in gleicher Form von einem entsprechenden herkömmlichen linearen Resonator bekannt sind. Ein solcher optisch äquivalenter linearer Laserresonator mit einem nicht gefalteten Strahlengang ist zum Vergleich in 5b) dargestellt. Aus dem dort abgebildeten herkömmlichen Resonator ergibt sich der erfindungsgemäße Laserresonator aus 5a) in einfacher Weise durch Hinzufügen der weiteren Spiegel 3, mittels derer der Strahlengang an zwei Stellen um jeweils einen rechten Winkel gefaltet wird.A further embodiment of the invention is finally in the 5a) shown. Recurring features are here again provided with the same reference numerals and will not be explained in detail. Unlike the laser resonators described above, the laser resonator shown here has, in addition to the two arranged on a single substrate end mirrors 1 and 2 two more mirrors 3 and one by means of this mirror 3 double-folded beam path up. This results in a particularly simple beam geometry, which allows for the end mirror 1 and 2 To use surface structures that are known in the same form of a corresponding conventional linear resonator. Such an optically equivalent linear laser resonator with a non-folded beam path is for comparison in 5b) shown. From the conventional resonator shown there, the laser resonator according to the invention results 5a) in a simple way by adding the further mirror 3 , by means of which the beam path is folded in two places by a respective right angle.

Claims

Laser resonator formed by two surface-structured end mirrors ( 1 . 2 ), characterized in that the two surface-structured end mirrors ( 1 . 2 ) are arranged on a common substrate, wherein the laser resonator one by means of at least one further mirror ( 3 ) has folded beam path.

Laser resonator according to claim 1, characterized in that the two surface-structured end mirrors ( 1 . 2 ) are arranged side by side on one side of the substrate.

Laser resonator according to one of claims 1 or 2, characterized in that it uses a precisely one further mirror ( 3 ) has simply folded beam path.

Laser resonator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the further mirror ( 3 ) is a plane mirror or has a curved surface.

Laser resonator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the substrate has a flat or curved surface on which the surface-structured end mirror ( 1 . 2 ) are arranged.

Laser resonator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the further mirror ( 3 ) is given by a surface of an active medium arranged in the laser resonator.

Laser resonator according to one of Claims 1 to 6, characterized in that it is located in an area of one of the two end mirrors ( 1 . 2 ) or the other mirror ( 3 ) a decoupling area ( 4 ) having.

Laser resonator according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one of the end mirrors ( 1 . 2 ) is mirrored on a side facing the resonator, or the substrate is coated at least in an area of at least one of the end mirrors (FIG. 1 . 2 ) is mirrored on a side facing away from the resonator.

Laser resonator according to one of claims 1 to 8, characterized in that the surface-structured end mirror ( 1 . 2 ) have refractive or diffractive profiles.

Laser resonator according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is a stable or an unstable Resonator forms.

Laser resonator according to one of claims 1 to 10, characterized in that the substrate in an environment of an end mirror ( 1 . 2 ) is blackened or provided with a scattering surface structure.

Laser resonator according to one of claims 1 to 11, characterized in that in the beam path at least one further phase structure, diffraction structure and / or aperture arranged is.

Laser resonator according to one of claims 1 to 12, characterized in that on the substrate outside surface-structured areas an additional mirrored surface ( 5 ), which together with the at least one further mirror ( 3 ) forms an auxiliary resonator for adjusting the resonator.

Laser resonator according to one of claims 1 to 13, characterized in that a coupling of pump radiation through the further mirror ( 3 ) is provided.

Laser resonator according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the end mirrors ( 1 . 2 ) have a laser-lithographed surface.

Method for producing a laser resonator according to one of Claims 1 to 15, characterized in that one surface of the substrate is arranged in two of the end mirrors ( 1 . 2 ) is patterned in a single manufacturing process by applying further layers and / or by removing surface layers.