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DE102004053137A1 - Multispectral laser with multiple gain elements - Google Patents

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DE102004053137A1
DE102004053137A1 DE102004053137A DE102004053137A DE102004053137A1 DE 102004053137 A1 DE102004053137 A1 DE 102004053137A1 DE 102004053137 A DE102004053137 A DE 102004053137A DE 102004053137 A DE102004053137 A DE 102004053137A DE 102004053137 A1 DE102004053137 A1 DE 102004053137A1
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Abstract

Ein einfacher und kompakter Laserresonator wird vorgestellt, mit dem es möglich ist, ein Array aus einzelnen Gainelementen, vorzugsweise Halbleiterlaser, mit einer Abfolge von Wellenlängen zu betreiben, die dann einfach außerhalb des Resonators spektral überlagert werden können. Die Anordnung vermeidet hohe Leistungsdichten auf optischen Komponenten innerhalb des Resonators durch Verzicht auf resonatorinterne Überlagerung der Einzelstrahlen. DOLLAR A Der gemeinsame Laserresonator ist sehr kompakt und besteht im Idealfall aus lediglich drei Elementen: dem Lagerbarren (1), einer zylindrischen Kollimationslinse (3, 25), die geringfügig um die optische Achse gekippt ist, um die Einzelstrahlen mit unterschiedlichen Winkeln abzustrahlen, und einem Rückkopplungsgitter (5, 7) in Littrow-Anordnung (vgl. Abb.). Das Nutzlicht (4), ein Array aus Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen, kann z. B. einfach über die nullte Beugungsordnung des Gitters ausgekoppelt werden. Durch eine weitere Linse (11) oder Gitter und ein dazu passendes dispersives Element (12) lassen sich die einzelnen Strahlen praktisch vollständig kollinear machen (13). DOLLAR A Anstatt den Kollimator (3) zu kippen, kann auch ein Gitter mit räumlich variierender Gitterperiode verwendet werden, z. B. ein speziell gestaltetes (Volumen-Bragg-)Gitter, oder ein Gitter mit räumlich variierender Flächennormale, z. B. ein verwundenes herkömmliches Gitter. DOLLAR A Auskopplung des Nutzlichts (4) kann über die nullte Beugungsordnung des Gitters ...A simple and compact laser resonator is presented, with which it is possible to operate an array of individual gain elements, preferably semiconductor lasers, with a sequence of wavelengths, which can then simply be spectrally superimposed outside the resonator. The arrangement avoids high power densities on optical components within the resonator by dispensing with resonator-internal superposition of the individual beams. DOLLAR A The common laser resonator is very compact and ideally consists of only three elements: the bearing bar (1), a cylindrical collimating lens (3, 25), which is slightly tilted about the optical axis to radiate the individual beams at different angles, and a feedback grating (5, 7) in Littrow arrangement (see Fig.). The useful light (4), an array of beams of different wavelengths, z. B. can be easily decoupled via the zeroth diffraction order of the grid. By means of a further lens (11) or grating and a dispersive element (12) matching thereto, the individual beams can be made practically completely collinear (13). DOLLAR A Instead of tilting the collimator (3), a grating with spatially varying grating period can be used, eg. As a specially designed (volume Bragg) grid, or a grid with spatially varying surface normal, z. B. a twisted conventional grid. DOLLAR A decoupling of the useful light (4) can over the zeroth diffraction order of the grating ...

Description

Internationale Patent Klassification IPC (Vorschlag)International patent Classification IPC (proposal)

  • H01S05/40, H01S05/14, H01S05/0687, H01S01/082, H01S01/05, H01S01/23H01S05 / 40, H01S05 / 14, H01S05 / 0687, H01S01 / 082, H01S01 / 05, H01S01 / 23

Technisches Umfeld der Erfindungtechnical Environment of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf die Steigerung der Leistungsdichte von Lasern, insbesondere Halbleiterlasern, indem mehrere Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge mittels spektralen Multiplexens überlagert werden.The The invention relates to increasing the power density of Lasers, in particular semiconductor lasers, by different beams wavelength superimposed by means of spectral multiplexing become.

Hintergrund und Stand der Technik Background and stand of the technique

Es ist bekannt (z.B. WO 03/055018), dass sehr kompakte externe Resonatoren die Strahlqualität von Hochleistungs-Diodenlasern bei hohen mittleren Leistungen drastisch verbessern können. Trotzdem müssen, wenn noch höhere Leistungen gewünscht sind, Arrays – regelmäßige Anordnungen aus mehreren Elementen – solcher Laser eingesetzt werden, was üblicherweise die Strahlqualität, oder in anderen Worten die Möglichkeit, den Strahl auf kleine Foci zu konzentrieren, deutlich senkt. Die erzielbare Leistungsdichte bleibt dabei praktisch konstant. Um dieses Problem zu überwinden, wurde von Daneu et.al. (Opt. Lett., Vol. 25, No.6, pp. 405–407) und Sanchez-Rubio ( US 6.192.062 ) spektrales Multiplexen vorgeschlagen. Darauf aufbauend gab es weitere Patenteinreichungen (z.B. WO 03/036766, WO 20/02091077). Diese schlagen alle vor, dass ein gemeinsamer externer Resonator aufgebaut wird, in dem das Array der Gainelemente auf einen gemeinsamen Fleck auf einem dispersiven Medium, meist ein Gitter, kollimiert oder abgebildet wird, um die Strahlen zu überlappen. Dieses Gitter reflektiert Licht in Richtung eines Rückkoppelelements (Spiegel, phasenkonjugierender Spiegel, etc.), das somit die Resonatoren abschließt. Die Lichtextraktion geschieht dabei – mit einigen Variationen zwischen den Anmeldungen – über das Rückkoppelelement. Dies ist allerdings in der Praxis unvorteilhaft, da die gesamte Leistung über einen verhältnismäßig kleinen Fleck auf einem Gitter geleitet wird, das meist nur eine niedrige Zerstörschwelle besitzt.It is known (eg WO 03/055018) that very compact external resonators can drastically improve the beam quality of high-power diode lasers at high average powers. Nevertheless, if even higher powers are desired, arrays - regular arrays of multiple elements - such lasers must be used, which usually lowers the beam quality, or in other words the ability to focus the beam on small foci. The achievable power density remains practically constant. To overcome this problem, Daneu et.al. (Opt. Lett., Vol. 25, No.6, pp. 405-407) and Sanchez-Rubio ( US 6,192,062 ) spectral multiplexing proposed. Based on this, there were other patent submissions (eg WO 03/036766, WO 20/02091077). These all suggest that a common external resonator be constructed in which the array of gain elements is collimated or imaged onto a common spot on a dispersive medium, usually a grating, to overlap the beams. This grating reflects light in the direction of a feedback element (mirror, phase-conjugate mirror, etc.), which thus terminates the resonators. The light extraction is done - with some variations between the applications - via the feedback element. However, this is unfavorable in practice, since all the power is conducted through a relatively small spot on a grid, which usually has only a low damage threshold.

Gemeinsam ist diesen Einreichungen nicht nur, dass eine räumliche Überlagerung im Rückkoppelast existiert, sondern zudem fächert das dispersive Element jeweils in der Ebene des Arrays auf. Im folgenden wird gezeigt, dass andere Anordnungen vorteilhafter sind.Together Not only is this submissions a spatial overlap in the feedback branch exists but also fans the dispersive element respectively in the plane of the array. Hereinafter It is shown that other arrangements are more advantageous.

Problemstellung und prinzipielle Lösungproblem and principle solution

Das vordringliche Problem ist, Laserarrays mit einer vorzugsweise linearen Abfolge unterschiedlicher Wellenlängen mit einem einfachen Aufbau zu erzeugen, um leicht eine spektrale Überlagerung erreichen zu können. Im Stand der Technik wird jeweils die Strahlung des gesamten Arrays auf praktisch einen einzelnen Fleck auf einem dispersiven Medium kollimiert. Die gewünschten Leistungsdichten führen dann leicht zu Zerstörungen auf diesem Bauteil.The urgent problem is laser arrays with a preferably linear Sequence of different wavelengths with a simple structure in order to easily achieve a spectral overlay. in the The state of the art is the radiation of the entire array collimated to virtually a single spot on a dispersive medium. The desired Power densities then lead easy to destroy on this component.

Die grundlegende Idee dieser Einreichung sind Anordnungen, in denen die Rückkoppelstrahlen nicht (unbedingt) auf optischen Elementen überlappen, was die Leistungsdichten reduziert. Eine Überlagerung der Strahlen ausserhalb des Resonators lässt robustere Anordnungen zu.The basic idea of this submission are arrangements in which the feedback beams are not (necessarily) overlap on optical elements, what the power densities reduced. An overlay The rays outside the resonator allow more robust arrangements.

Erreichte Vorteilereached advantages

Hauptvorteil der Erfindung ist die verminderte Leistungsdichte im Rückkopplungsast der Laseranordnung.main benefit The invention is the reduced power density in the feedback load the laser arrangement.

Die vorgestellten Anordnungen können zum überwiegenden Teil auf die anderenfalls notwendige Umwandlungslinse längs der Richtung der Dispersion verzichten, die sonst die Strahlen überlagert. Dadurch wird die Rückkopplung einfacher, stabiler und kompakter.The presented arrangements can for the most part Part on the otherwise necessary conversion lens along the Dispense with the direction of the dispersion, which otherwise overlaps the rays. This will make the feedback simpler, more stable and more compact.

In vielen hier vorgeschlagenen Ausformungen reflektiert das Gitter das Licht direkt zurück in das Gainmaterial aufgrund von Bragg- oder Littrow-Bedingungen. Dadurch werden sogar weitere Linsen und Spiegel des anderenfalls notwendigen Rückkopplungselements gemäß dem Stand der Technik überflüssig.In Many of the forms proposed here reflect the grid the light directly back into the gain material due to Bragg or Littrow conditions. This will even make other lenses and mirrors of the otherwise necessary feedback element according to the state the technology superfluous.

Wenn die Erfindung auf Laser angewandt wird, die selbst eine gewisse Ausdehnung längs der Richtung des Arrays besitzen, insbesondere Breitstreifen-Laser, so findet eine deutlich präzisere Wellenlängen-Selektion statt, da im Stand der Technik ein mehr-Wellenlängen-Betrieb konstruktionsbedingt auch innerhalb eines einzelnen Lasers auftritt.If the invention is applied to lasers that themselves have some Extension along have the direction of the array, in particular broad-band laser, so finds a much more precise Wavelength selection instead, because in the prior art, a multi-wavelength operation, by design, also within a single laser occurs.

Eine Überlagerung der Einzelstrahlen ausserhalb des (gemeinsamen) Resonators kann die Leistungsdichte im Rückkoppelast und auf den optischen Komponenten weiter reduzieren.An overlay the individual beams outside of the (common) resonator can the power density in the feedback branch and on the optical components further reduce.

Die Tatsache, dass die Überlagerung der Einzelstrahlen ausserhalb des Laserresonators stattfindet, macht weitere Vereinfachungen und Kostenreduzierungen möglich, da die Anforderungen an Qualität und Größe der Komponenten hier geringer sind als innerhalb. Insbesondere die Fehljustageprobleme, die in WO03/036766 auf Seite 22, Zeilen 11 folgende beschrieben werden, sind so vollständig eliminiert.The fact that the superposition of the individual beams takes place outside the laser resonator makes further simplifications and cost reductions possible, since the requirements for quality and size of the components are lower here as within. In particular, the misalignment problems described in WO03 / 036766 on page 22, lines 11 below are so completely eliminated.

Die unumgängliche Tatsache, dass zumindest die letzte optische Komponente, die von den überlagerten Strahlen getroffen wird, die gesamte Leistungsdichte erfährt, wird ebenso entschärft, da eine Überlagerung ausserhalb des Resonators mehr Flexibilität besitzt in Hinblick auf Strahlaufweitung, Länge, Stabilität, Verluste, Genauigkeit, etc.The unmissable Fact that at least the last optical component of the the superimposed Radiation is hit, the total power density is experienced also defused, because an overlay has more flexibility outside the resonator in terms of beam expansion, length, stability, losses, Accuracy, etc.

Detailierte Beschreibung der ErfindungDetailed Description of the invention

Die Erfindung erweitert bekannte Konzepte externer Resonatoren, insbesondere für Breitstreifen-Halbleiterlaser, auf Arrays. Sie gewährleistet, dass die einzelnen Emitter des Arrays mit festen Wellenlängen-Abstufungen arbeiten. Verglichen mit dem Stand der Technik, lassen sich diese Resonatoren einfacher und kompakter aufbauen. Insbesondere beruht diese Erfindung nicht auf der Überlagerung aller einzelnen Strahlen auf der Oberfläche von optischen Elementen innerhalb des Rückkoppelasts des Laserarrays, wodurch die resultierende Leistungsdichte gesenkt wird und die Elemente weiter weg von ihrer Zerstörschwelle gelangen.The The invention extends known concepts of external resonators, in particular for wide-band semiconductor lasers, on arrays. She ensures that the individual emitters of the array with fixed wavelength gradations work. Compared with the state of the art, these can be Build resonators simpler and more compact. In particular, based this invention is not on the overlay all individual rays on the surface of optical elements within the feedback link of the laser array, thereby lowering the resulting power density and get the elements further away from their damage threshold.

Im Folgenden wird beschrieben, wie sich Arrays aus Gainmaterial zu einem multispektralen Laser kombinieren lassen. Das Array aus Gainmaterial ist dabei lediglich durch seine Fähigkeit charakterisiert, mit stimulierter Emission auf Rückkopplung zu reagieren. Es kann sich um Anordnungen mit und ohne einzelne Resonatoren handeln. Somit wird hier keine Unterscheidung getroffen zwischen extern zu Resonanz gezwungenen (engl.: "seeding") Anordnungen, die manchmal auch als regenerativer Verstärker bezeichnet werden, und solchen Anordnungen, bei denen die Resonatoren erst durch die extern hinzugefügte Rückkopplung vollständig werden. Wenn im Folgenden überhaupt eine Unterscheidung gemacht wird, so wird im ersten Fall von "Lasern" oder "Laserarrays" geredet und im zweiten von "halboffenen Lasern", um deutlich zu machen, dass ihnen noch einseitig eine Rückkopplung fehlt.in the The following describes how to use arrays of gain material can be combined with a multispectral laser. The array of gain material is only by his ability characterized by responding to feedback with stimulated emission. It may be arrangements with and without individual resonators. Thus, no distinction is made here between external to resonance forced (English: "seeding") arrangements, the sometimes referred to as a regenerative amplifier, and Such arrangements in which the resonators only by the externally added feedback Completely become. If in the following at all A distinction is made, then in the first case of "lasers" or "laser arrays" talked and in the second of "half-open Lasers "to clear to make that they still unilaterally lack feedback.

Ausgehend von der Veröffentlichung WO 03/055018 als Basis für einzelne Halbleiterlaser in einem externen Resonator, kann man sehen, das ein vollständiger durchstimmbarer Hochleistungslaser bereits aus lediglich drei optischen Komponenen hergestellt werden kann: aus dem Halbleiter mit hochreflektiver Rückfacette, einer Zylinderlinse als Kollimator und einem Gitter in Littrow-Anordnung. Es ist offensichtlich, dass eine Durchstimmung dadurch möglich ist, dass entweder die Gitterperiode geändert wird und/oder der Auftreffwinkel (Littrow-Winkel) der Strahlung auf das Gitter. Daher befasst sich diese Erfindung damit, wie sich beide Varianten mit geringstmöglichem Aufwand für ein vollständiges Array aus Gainmaterial so realisieren lassen, dass alle einzelnen Laser auf unterschiedlichen Wellenlängen emittieren.outgoing from the publication WO 03/055018 as a basis for single semiconductor lasers in an external resonator, you can see that a complete one tunable high-power laser already from only three optical Components can be manufactured: from the semiconductor with highly reflective facet, a cylindrical lens as a collimator and a grid in Littrow arrangement. It is obvious that a tuning is possible by that either the grating period is changed and / or the angle of incidence (Littrow angle) of the radiation on the grid. Therefore, deals this invention with how both variants with the lowest possible Effort for a complete one Realize array of gain material so that every single one Emit lasers at different wavelengths.

Im einfachsten Fall erhalten die einzelnen Emitter ihre Rückkopplung von einem Gitter, dessen Periode räumlich variiert oder von einem Gitter, das nichtplanare oder verwundene Gitterebenen und/oder eine ebensolche Oberfläche besitzt. Das Gitter kann dabei ein herkömmliches geritztes oder holographisch strukturiertes Gitter sein oder ein Volumenelement, z.B. ein Volumen-Bragg-Gitter oder holographisches Element. Details sind in 1 dargestellt. Element 1 stellt das Gainarray dar, welches vorzugsweise rückseitig mit einem hochreflektiven Spiegel 20 und vorderseitig, also in Richtung auf das Element 5, mit einer antireflektiven Schicht 21 versehen ist. In (1a) ist eine Draufsicht dargestellt, in der alle Emitter 1 jeweils zueinander parallele Strahlen 2 aussenden. Dies ist zwar üblich aber nicht notwendig, solange die Rückkopplung auf eventuelle nicht-Parallelität Rücksicht nimmt. Aufgrund der Tatsache, dass Halbleiterlaser meist sehr astigmatisch sind, kann eine Zylinderlinse 3 die Effizienz der Rückkopplung verbessern. Dies ist leichter in (1b), einer Seitansicht, zu erkennen. Ein Element 19 kann optional an verschiedenen Stellen hinzugefügt werden, um ein Übersprechen zwischen den Kanälen zu verringern oder zu vermeiden. Dabei handelt es sich typischer weise um ein Array von Aperturen, eine pro Laser, oder um ein Array aus lichtleitenden Röhren oder dergleichen. Das Rückkoppelelement 5, in (1c) und (1d) vergrößert dargestellt, besitzt einen variierenden Gitterlinien-Abstand oder Gitterperiode oder Auftreffwinkel, so dass die unterschiedlichen Emitter unterschiedliche Wellenlängen als optimal für ihre jeweiligen Resonatoren erfahren. Je nach Polarisation der Laser und je nach Beugungseffizienz des Gitters kann eine zusätzliche λ/2-Phasenplatte im Rückkoppelast notwendig sein, die in diesen Abbildungen als implizit in der Rückkoppel-Anordnung 5 enthalten angenommen ist. Je nach Anwendung kann Element 5 ein (geneigtes) Gitter sein, so dass sich durch globale Verkippung eine Durchstimmung der gesamten Emission erreichen lässt. Alternativ kann einen Schichtstruktur eingesetzt werden, in der dielektrische Schichten gemäß der physikalischen Gesetzmäßigkeiten zu Bragg-Reflexionen führen. Dieses Element kann dann ein Volumen-Bragg-Gitter sein. Eine Durchstimmung der gesamten Emission ist dann möglich, indem das Gitter in der Ebene von (1a) quer zur Lichtausbreitung verschoben wird.In the simplest case, the individual emitters receive their feedback from a grating whose period varies spatially or from a grating having non-planar or twisted lattice planes and / or a similar surface. The grating may be a conventional scribed or holographically structured grating or a volume element, eg a volume Bragg grating or holographic element. Details are in 1 shown. element 1 represents the Gainarray, which preferably back with a highly reflective mirror 20 and on the front, ie in the direction of the element 5 , with an antireflective layer 21 is provided. In (1 a) is shown a plan view in which all the emitters 1 each parallel to each other beams 2 send out. This is common but not necessary as long as the feedback takes account of any non-parallelism. Due to the fact that semiconductor lasers are usually very astigmatic, a cylindrical lens can 3 improve the efficiency of the feedback. This is easier in (1b) , a side view, to recognize. An element 19 can optionally be added at various points to reduce or avoid crosstalk between the channels. These are typically an array of apertures, one per laser, or an array of photoconductive tubes or the like. The feedback element 5 , in (1c) and (1d) shown enlarged, has a varying grid line spacing or grating period or angle of incidence, so that the different emitters experience different wavelengths as optimal for their respective resonators. Depending on the polarization of the lasers and the diffraction efficiency of the grating, an additional λ / 2 phase plate in the feedback branch may be necessary, which in these figures is implicit in the feedback arrangement 5 included is assumed. Depending on the application element 5 be a (tilted) grid, so that by global tilting a tuning of the entire emission can be achieved. Alternatively, a layer structure may be used in which dielectric layers lead to Bragg reflections according to the physical laws. This element can then be a volume Bragg grating. A tuning of the entire emission is then possible by placing the grid in the plane of (1 a) is shifted transversely to the light propagation.

Es ist nicht notwendig, dass das ausgekoppelte Licht 4 wie in 1 durch das Rückkopplungselement 5 extrahiert wird. In 5 sind vier verschiedene Varianten dargestellt. Unterabbildung (a) entspricht der direkten Erweiterung von WO 03/055018 auf Arrays, indem es eine V-förmige "off-axis" Emission des Gainmaterials nutzt. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn der Halbleiterlaser substrukturiert ist, es sich also z.B. um einen sogenanntes Streifen-Array mit bevorzugter off-axis Emission handelt, da diese Vorzugsrichtung implizit als Richtungsselektor 19 fungiert. Diese Anordnung verwendet die Facette 21 als Vorwärtskopplung zum wellenlängen-selektiven Element, als Rückkopplung in den Halbleiter und zum Auskoppeln des Lichts. Der gesamte Laserresonator für das Array besteht lediglich aus drei Elementen: dem Halbleiter als aktives Element mit aufgebrachter reflektiver Beschichtung, einer Kollimationslinse und einem Rückkoppelelement. Hierbei sind die Überlagerungs-Optiken nicht mitgezählt, da sich jene ausserhalb des Resonators befinden und somit keinen Einfluss auf die Lasertätigkeit nehmen. Alternativ könnte das Licht auch durch die rückseitige teildurchlässige Facette 22 ausgekoppelt werden, wie in (5b) dargestellt. Oder das Licht kann wie in (5c) durch das Rückkoppelelement 7 extrahiert werden, das dann teildurchlässig sein muss. Selbstverständlich ist auch eine Auskopplung über einen expliziten Auskoppler 8 denkbar wie in (5d).It is not necessary for the decoupled light 4 as in 1 through the feedback element 5 is extracted. In 5 four different variants are shown. Sub-figure (a) corresponds to the direct extension of WO 03/055018 to arrays, using a V-shaped "off-axis" emission of the gain material. This arrangement is particularly advantageous when the semiconductor laser is substructured, that is, for example, is a so-called stripe array with a preferred off-axis emission, since this preferred direction implicitly as a direction selector 19 acts. This arrangement uses the facet 21 as feedforward to the wavelength-selective element, as feedback in the semiconductor and for coupling out the light. The entire laser resonator for the array consists of only three elements: the semiconductor as an active element with an applied reflective coating, a collimating lens and a feedback element. Here, the overlay optics are not counted, since those are outside the resonator and thus have no effect on the laser action. Alternatively, the light could also be through the backside semi-permeable facet 22 be decoupled, as in (5b) shown. Or the light can be like in (5c) through the feedback element 7 be extracted, which then must be partially permeable. Of course, a decoupling via an explicit output coupler 8th conceivable as in (5d) ,

In 6 sind einige Anordnungen dargestellt, wie sich die einzelnen ausgekoppelten Strahlen 4 zu praktisch vollständig kollinearen Strahlen 13 überlagern lassen.In 6 Some arrangements are shown, as the individual coupled out beams 4 to practically completely collinear rays 13 overlay.

In (6a) wird ein Array aus dichroitischen Spiegeln 10 benutzt, die als Kantenfilter wirken: die ausgekoppelten Strahlen 4 besitzen monoton wachsende oder fallende Wellenlängen und werden schrittweise vereinigt. Die dargestellte Variante zeigt eine schrittweise Überlagerung, aber andere Varianten, z.B. Baumstrukturen sind gleichermaßen möglich. In (6b) fungiert ein Prisma 12 als wesentliches winkeldispersives Element, um die Strahlen mit oder ohne weitere optische Hilfselemente 14 zu einem Strahl 13 zu überlagern. Dazu ist ein optisches Element 11, hier eine Linse, vonnöten, um das Licht zu "sammeln". Im Fall von (6c) handelt es sich sowohl bei dem Sammler 11 um ein Gitter, als auch beim dispersiven Element 12. Im Fall von (6d) ist der Sammler 11 eine Linse und das dispersive Element 12 ein Gitter. Sachkundige Personen können leicht weitere Anordnungen finden, die die selbe Funktionalität besitzen.In (6a) becomes an array of dichroic mirrors 10 used as edge filters: the decoupled beams 4 have monotonically increasing or decreasing wavelengths and are gradually united. The illustrated variant shows a gradual overlay, but other variants, eg tree structures are equally possible. In (6b) acts a prism 12 as an essential angle-dispersive element to the rays with or without further optical auxiliary elements 14 to a ray 13 to overlay. This is an optical element 11 , here a lens, needed to "collect" the light. In case of (6c) it concerns both the collector 11 around a grid, as well as the dispersive element 12 , In case of (6d) is the collector 11 a lens and the dispersive element 12 a grid. Qualified persons can easily find further arrangements which have the same functionality.

Ungeachtet der Einfachheit des Einsatzes eines Gitters mit variierender Gitterperiode, kann dessen Verfügbarkeit problematisch sein. Deshalb wird in 2 eine wichtige Alternative vorgestellt. Wie oben erwähnt, hängt die Wellenlänge der einzelnen Emitter bei vorgegebener Gitterperiode vom Auftreffwinkel auf das Gitter ab. Räumliche Variabilität lässt sich dann durch Verwinden des Gitters erzielen. Allerdings ist eine deutlich einfachere Variante, die Zylinderlinse 3 schwach um die Ausbreitungsrichtung des Lichts zu rotieren. Dies ist als pseudo-isometrische Ansicht in (2a) dargestellt, sowie als Frontalansicht in (2b), als Seitansicht in (2c) und als Draufsicht in (2d). Insbesondere in (2c) wird klar, dass die vertikale Position der Kollimationslinse 3 die vertikale Ausbreitungsrichtung des Lichts 2 beeinflusst und so indirekt den Auftreffwinkel auf das Gitter 5 bestimmt. Eine kontinuierliche Variation der vertikalen Position der Kollimationslinse längs des Gitters führt dementsprechend zu einer kontinuierlichen Variation der Littrow-Wellenlänge. Diese kontinuierliche Variation der Position ist am einfachsten erzielbar, indem der Kollimator etwas bezüglich der Richtung des Gainarrays geneigt wird, beziehungsweise um die Richtung der Lichtausbreitung rotiert wird. Der wichtige Parameter ist in diesem Fall die relative Höhe des Laseremitters und des dazu gehörigen Kollimationselements. Deshalb ist ein Array aus mehreren Linsen auf unterschiedlichen Höhen anstelle einer einzigen langen Linse gleichermaßen geeignet (siehe 3) oder entsprechend ein Array aus einzelnen Lasern auf unterschiedlichen Höhen vor dem Kollimator oder eine Kombination der verschiedenen Varianten.Regardless of the ease of use of a grating with varying grating period, its availability can be problematic. That is why in 2 presented an important alternative. As mentioned above, the wavelength of the individual emitters for a given grating period depends on the angle of incidence on the grating. Spatial variability can then be achieved by twisting the grid. However, a much simpler variant is the cylindrical lens 3 weak to rotate around the propagation direction of the light. This is called a pseudo-isometric view in (2a) shown as well as a frontal view in (2 B) , as a side view in (2c) and as a top view in (2d) , In particular in (2c) it becomes clear that the vertical position of the collimation lens 3 the vertical propagation direction of the light 2 influences and thus indirectly the angle of incidence on the grid 5 certainly. Continuous variation of the vertical position of the collimating lens along the grating accordingly results in a continuous variation of the Littrow wavelength. This continuous variation of position is most easily achieved by tilting the collimator somewhat with respect to the direction of the gain array, or by rotating the direction of light propagation. The important parameter in this case is the relative height of the laser emitter and the associated collimation element. Therefore, an array of multiple lenses at different heights instead of a single long lens is equally suitable (see 3 ) or an array of individual lasers at different heights before the collimator or a combination of the different variants.

Mathematisch kann die Anordnung gemäß 2 und 3 auch mittels lokaler Koordinatensysteme formuliert werden. Das Gainarray kann charakterisiert werden durch seinen Transformationsvektor (x), der die einzelnen Elemente ineinander überführt; zweitens wird das Licht in Richtung (z) zum Rückkoppelelement ausgesandt; und drittens gibt es eine Richtung (y), die auf (x) und (z) senkrecht steht. Es ist erwähnenswert, dass (x) und (z) nicht unbedingt senkrecht aufeinander stehen müssen, was insbesondere bei off-axis Anordnungen passiert, in denen die Richtung der Rückkopplung nicht senkrecht auf der Flächennormalen der Gainelemente steht. Entsprechend kann das Kollimationselement charakterisiert werden durch seine Symmetrieachse (x'), seine optische Achse (z') und die Achse, die senkrecht auf (x') und (z') steht. Hierbei ist die Achse (x') als Richtung des unveränderlichen Querschnitts definiert im Fall einer einzelnen Zylinderlinse (entsprechend 2) oder ebenfalls als Richtung des Transformationsvektors im Fall mehrerer Linsen (3). Die Richtung (y') ist die Richtung, längs derer die Kollimation stattfindet. Auch das Rückkoppelelement besitzt lokale Koordinaten: die Richtung des Lichteinfalls (z''), eine Achse (x''), um die die Dispersion geschieht und eine Richtung (y'') senkrecht auf (x'') und (z''). Für Gitter ist die Richtung (x'') parallel zu den Gitterlinien, für Prismen ist sie längs der indifferenten Koordinate, also längs des Dachs. Beim Rückkoppelelement wird später gelegentlich auf die "Dispersionsachse" oder auf die "Richtung der Dispersion" Bezug genommen. Im ersten Fall ist dann die Richtung (x'') gemeint, im zweiten Fall die Richtung (y''). Gemäß dem Stand der Technik wird ein möglichst homogener Betrieb erzielt, wenn die Achsen (x), (x') und (y'') (Achtung: nicht (x'')!) parallel sind. Mehr noch, in vielen Fällen sollten zudem auch die Richtungen (y) und (y') parallel sein, um optische Verzerrungen durch die Kollimation zu vermeiden. In dieser Erfindung wird ausdrücklich vorgeschlagen, erstens die Achse (x'') anstelle (y'') näherungsweise parallel zu (x) und (x') auszurichten und zweitens mindestens eine der Achsen (x), (x') oder (x'') etwas um die entsprechende Achse (z), (z') oder (z'') zu verkippen.Mathematically, the arrangement according to 2 and 3 also be formulated by means of local coordinate systems. The gain array can be characterized by its transformation vector (x), which transforms the individual elements into each other; second, the light is emitted in the direction (z) to the feedback element; and third, there is a direction (y) that is perpendicular to (x) and (z). It is worth mentioning that (x) and (z) do not necessarily have to be perpendicular to one another, which happens in particular in off-axis arrangements in which the direction of the feedback is not perpendicular to the surface normal of the gain elements. Accordingly, the collimation element can be characterized by its axis of symmetry (x '), its optical axis (z') and the axis which is perpendicular to (x ') and (z'). Here, the axis (x ') is defined as the direction of the invariable cross section in the case of a single cylindrical lens (corresponding to FIG 2 ) or also as the direction of the transformation vector in the case of several lenses ( 3 ). The direction (y ') is the direction along which the collimation takes place. The feedback element also has local coordinates: the direction of light incidence (z ''), an axis (x '') around which the dispersion occurs and a direction (y '') perpendicular to (x '') and (z '' ). For lattices the direction (x '') is parallel to the grid lines, for prisms it is along the indifferent coordinate, ie along the roof. When feedback element is later occasionally on the "dispersion axis" or on the "direction of Dispersi In the first case, the direction (x '') is meant, in the second case the direction (y ''). According to the prior art, as homogeneous an operation as possible is achieved when the axes (x), ( x ') and (y'') (attention: not (x'')!) are parallel.) In addition, in many cases the directions (y) and (y') should also be parallel in order to avoid optical distortions In this invention, it is expressly proposed to firstly align the axis (x '') instead of (y '') approximately parallel to (x) and (x ') and secondly at least one of the axes (x), (x'). ) or (x '') slightly tilting about the corresponding axis (z), (z ') or (z'').

Verschiedene Ausgestaltungen, die eine wellenlängenselektive Rückkopplung ermöglichen, ohne dass sich alle Strahlen auf einem optischen Element überlagern, sind in 4 dargestellt. Gemeinsam ist allen vier Varianten, dass sie eine Blende 16 besitzen, die alle Strahlen 2 passieren müssen. Hinter der Blende werden alle Strahlen 2 „in sich zurück" reflektiert. Es sind also zwei optische Anordnungen notwendig: eine Sammeloptik 15 vor der Blende und eine rückabbildende Optik 17 oder 18 dahinter. Mindestens eine der beiden muss wellenlängen-selektiv sein. Vorzugsweise besteht diese aus einem Gitter oder Prisma. Hinter der Blende ist dieses vorzugsweise in Littrow-Anordnung betrieben. Da im Laserbetrieb alle einzelnen Strahlen unterschiedliche Wellenlängen besitzen, ist als Sammler ausser einer Linse (4a und 4b) auch ein dispersives Element einsetzbar (4c und 4d).Various embodiments which enable wavelength-selective feedback without all the beams being superimposed on an optical element are disclosed in US Pat 4 shown. Common to all four variants is that they are a visor 16 own, all the rays 2 have to happen. Behind the aperture are all rays 2 "Reflected back in." So there are two optical arrangements necessary: a collection optics 15 in front of the aperture and a re-imagining look 17 or 18 behind it. At least one of the two must be wavelength-selective. Preferably, this consists of a grid or prism. Behind the panel this is preferably operated in Littrow arrangement. Since all individual beams have different wavelengths in laser mode, the collector is one lens ( 4a and 4b ) also a dispersive element can be used ( 4c and 4d ).

Weitere vorzugsweise AusgestaltungMore preferably design

Insbesondere die Ausgestaltung mit verkippter Kollimationslinse und Gitter in Littrow-Anordnung ist vorteilhaft für äquidistante Wellenlängen-Abstände zwischen den einzelnen Emittern (vgl. 7). Ausserdem ist sie sehr kompakt. Im Falle von Halbleiterlasern liegt das Gainarray typischer weise in der Ebene der Epitaxie, der sogenannten "slow-axis" die Richtung senkrecht dazu wird meist als "fast-axis" bezeichnet. Es soll deshalb betont werden, dass die hier vorgeschlagene Anordnung im Gegensatz zum Stand der Technik aus einer Dispersionsrichtung senkrecht zur Ausdehnung des Arrays Nutzen zieht, indem die Gitterlinien im wesentlichen parallel zur slow-axis liegen.In particular, the embodiment with a tilted collimating lens and gratings in a Littrow arrangement is advantageous for equidistant wavelength spacings between the individual emitters (cf. 7 ). Moreover, it is very compact. In the case of semiconductor lasers, the gain array is typically in the plane of epitaxy, the so-called "slow axis" the direction perpendicular thereto is usually referred to as "fast-axis". It should therefore be emphasized that the arrangement proposed here, in contrast to the prior art, benefits from a direction of dispersion perpendicular to the extent of the array in that the grid lines lie substantially parallel to the slow axis.

Insbesondere in off-axis Anordnungen können bei den hier vorgeschlagenen Anordnungen unterschiedliche Längen der Resonatoren auftreten. Diese lassen sich aber durch die vorgeschlagenen Anordnungen reduzieren oder eliminieren aufgrund der Tatsache, dass das Littrow-Gitter ebenfalls geneigt ist, wie sich (2d) entnehmen lässt. Das führt zu einer (teilweisen) Kompensation, falls die Kollimationslinse korrekt verkippt ist, da ein gegen die Ebene der Epitaxie geneigter Strahl ein geneigtes Gitter nach unterschiedlichen Abständen trifft.In particular in off-axis arrangements, different lengths of the resonators can occur in the arrangements proposed here. However, these can be reduced or eliminated by the proposed arrangements due to the fact that the Littrow grating is also inclined, as is (2d) can be removed. This leads to (partial) compensation if the collimating lens is tilted correctly, since a beam inclined to the plane of the epitaxy strikes an inclined grating at different distances.

Wenn die Konfiguration mit verkippter Kollimationslinse angewandt wird, werden die einzelnen Strahlen üblicher weise nicht in einer Ebene abgestrahlt, sondern sind gegeneinander verschert. Daher muss der externe Strahlvereiniger 11 die einzelnen Strahlen in einer Ebene überlagern, die ebenfalls geneigt ist. Das sollte keine Probleme bereiten.When the tilted collimating lens configuration is used, the individual beams are not usually radiated in one plane, but are mutually lost. Therefore, the external beam combiner must 11 superimpose the individual rays in a plane that is also inclined. That should not cause any problems.

Der Begriff "Array" muss sich nicht notwendiger weise auf ein einzelnes Bauteil oder eine monolithische Integration beziehen. Eine bevorzugte Ausgestaltung kann darin bestehen, beliebige Laser oder Gainmaterialien so anzuordnen, dass sich ihre Vorwärts- und Rückkoppelkanäle längs einer Linie befinden. Dies ist besonders einfach im Falle von Faserlasern oder fasergekoppelten Lasern, aber auch machbar mit Halbleiterlasern, wahlweise kanten- oder oberflächenemittierend, oder Festkörperlasern in Stab-, Barren- oder Scheibengeometrie.Of the Term "array" does not have to necessarily on a single component or a monolithic Refer to integration. A preferred embodiment may be arrange any laser or gain material so that its forward and feedback channels along one Line are located. This is especially easy in the case of fiber lasers or fiber-coupled lasers, but also feasible with semiconductor lasers, optionally edge or surface emitting, or solid-state lasers in bar, bar or disk geometry.

Da in den meisten der vorgeschlagenen Ausgestaltungen die Gainmaterialien die Apertur des Arrays nicht vollständig füllen, treten vielfach entsprechende Lücken im Spektrum des kombinierten Lichts auf. Daher ist eine bevorzugte Ausgestaltung die Polarisationskopplung aus mehr als einer solchen Anordnung, bei der alle Arrays so eingestellt sind, dass sie jeweils die spektralen Lücken des anderen füllen.There in most of the proposed embodiments, the gain materials do not completely fill the aperture of the array, often corresponding Gaps in the spectrum of combined light. Therefore, a preferred Design the polarization coupling of more than one Arrangement in which all arrays are set so that they respectively the spectral gaps fill the other.

Eine ganz wesentliche Voraussetzung für den effizienten Betrieb optisch gepumpter Anordnungen ist in der Regel eine hohe Leistungsdichte. Dies gilt insbesondere für optisch gepumpte Laser. Wenn der Pumpprozess in höherer als linearer Potenz effizienter wird, wie z.B. in Upconversions-Prozessen, so gilt das in ganz besonderem Maße. Da solche Prozesse vielfach eine verhältnismäßig breite Absorptionsbande haben, ist die spektrale Breite eines gemultiplexten Pumplasers unwesentlich. Der wesentliche Vorteil liegt in der höheren Leistung bei unveränderter Strahlqualität. Wenn die optimale Absorptionsbande des angeregten Zustands bei Upconversions-Prozessen eine etwas andere Wellenlänge hat als der Grundzustand, so lässt sich mittels der vorgeschlagenen Erfindung sogar ein Laser mit zwei oder mehr präzise eingestellten Wellenlängen herstellen.A very essential for the Efficient operation of optically pumped assemblies is usually a high power density. This is especially true for optical pumped lasers. If the pumping process in higher than linear power more efficient is such. in upconversion processes, this is especially true Dimensions. Since such processes often have a relatively broad absorption band have is the spectral width of a multiplexed pump laser immaterial. The main advantage is the higher performance at unchanged Beam quality. When the optimal absorption band of the excited state in upconversion processes a slightly different wavelength has as the ground state, so lets even a laser with two by means of the proposed invention or more precisely set wavelengths produce.

11
Laserarray oder Array aus Lasergain-Bereichen mit einseitiger Rückkopplunglaser array or array of laser gain regions with one-sided feedback
22
Array aus Strahlen innerhalb des Resonators vor oder nach einer Kollimation oderarray from rays within the resonator before or after collimation or
RückkoppelelementenFeedback elements
33
Kollimationsoptikcollimating optics
44
Array der ausgekoppelten Strahlenarray the decoupled beams
55
RückkoppelelementFeedback element
66
Gainelement, das Strahlung "off-axis" (also nicht parallel zu seiner Flächennormale)Gain element the radiation "off-axis" (ie not parallel to its surface normal)
emittiert und gleichzeitig als Auskoppelelement wirktemits and at the same time acts as a coupling-out element
77
Rückkoppelelement, das mit dem Auskoppelelement kombiniert istFeedback element, which is combined with the decoupling element
88th
Auskoppelelementoutcoupling
99
Rückkoppelelement(e) des Laserarrays, die auch als Auskoppelelement wirkenFeedback element (s) of the laser array, which also act as a decoupling element
1010
Array aus dichroitischen Spiegelnarray from dichroic mirrors
1111
Kollimationslinse oder -gittercollimating lens or grid
1212
Winkeldispersives Element (Prisma, Gitter, Etalon, etc.)Winkeldispersives Element (prism, grid, etalon, etc.)
1313
Sich überlappende ausgekoppelte Strahlen, die im wesentlichen kollinear sindOverlapping decoupled beams that are substantially collinear
1414
Kollimationselementcollimation
1515
Optisches Element, um die Strahlen in einem gemeinsamen Punkt zu überlappen (Prisma, optical Element to overlap the rays in a common point (Prism,
Gitter, Linse, etc.)grid, Lens, etc.)
1616
Allen Strahlen gemeinsame Aperturall Rays common aperture
1717
Dispersives Element, das gemeinsam mit Apertur (16) als Wellenlängen-Filter wirktDispersive element, which together with Apertur ( 16 ) acts as a wavelength filter
1818
Zusätzliche optische Elemente, die die optische Rückkopplung vervollständigenadditional optical elements that complete the optical feedback
1919
Richtungsfilter gegen Übersprechen, vorteilhaft ein Array aus Aperturen oderdirectional filter against crosstalk, advantageous an array of apertures or
lichtleitenden Röhrenlight transmitting roar
2020
Reflektive Beschichtung auf der dem Rückkoppelelement abgewandten Seite desreflective Coating on the feedback element opposite side of the
Laserarrayslaser arrays
2121
Antireflektive Beschichtung auf der dem Rückkoppelelement zugewandten Seite desantireflective Coating on the feedback element facing side of the
Laserarrayslaser arrays
2222
Teilreflektive Beschichtung auf der dem Rückkoppelelement abgewandten Seite desTeilreflektive Coating on the feedback element opposite side of the
Laserarrayslaser arrays
2323
Gitter mit variierender Gitterperiodegrid with varying grating period
2424
Gitter mit gekrümmter Oberfläche, wodurch der Auftreffwinkel variiert, der für Strahlengrid with a crooked Surface, whereby the angle of incidence varies, that for rays
in einer gemeinsamen Ebene wirktin a common level
2525
Zylinderlinse, die (leicht) um die optische Achse verkippt istCylindrical lens, which is (slightly) tilted about the optical axis
2626
Array aus Zylinderlinsenarray from cylindrical lenses

1: 1 :

Laserarray mit gemeinsamem Rückkoppelelement, dessen optimal reflektierte Wellenlänge räumlich kontinuierlich variiert. Bei dem Rückkoppelelement handelt es sich vorteilhaft um ein Gitter oder ein Volumen-Bragg-Gitter mit räumlich variierender Gitterperiode. (a) Draufsicht, (b) Seitenansicht, (c) Schematische Darstellung zweier unterschiedlicher Ausformungen einer variierenden Gitterperiode, (d) pseudo-isometrische Darstellung eines Gitters mit gekrümmter ("verdrehter") Oberfläche.laser array with common feedback element, whose optimally reflected wavelength varies spatially continuously. In the feedback element it is advantageous to a grid or a volume Bragg grating with spatial varying grating period. (a) top view, (b) side view, (c) schematic Representation of two different forms of a varying Grating period; (d) pseudo-isometric representation of a grating with a crooked ("twisted") surface.

2: 2 :

Laserarray, bei dem die individuelle Rückkoppel-Wellenlänge dadurch realisiert ist, dass eine zylindrische Kollimationslinse um die Richtung der Lichtausbreitung gekippt ist. Dadurch treten graduell variierende Auftreffwinkel am Gitter auf. Dies wiederum resultiert in einer graduell variierenden Wellenlänge. (Ein optionales Richtungsfilter (19) ist aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.) (a) Pseudo-isometrische Ansicht, (b) Frontalansicht, (c) Seitenansicht, (d) Draufsicht.Laser array in which the individual feedback wavelength is realized by tilting a cylindrical collimating lens about the direction of light propagation. As a result, gradually varying angles of incidence occur at the grating. This in turn results in a gradually varying wavelength. (An optional directional filter ( 19 ) is omitted for the sake of clarity.) (a) Pseudo-isometric view, (b) frontal view, (c) side view, (d) top view.

3: 3 :

Laserarray, bei dem die individuelle Rückkoppel-Wellenlänge dadurch realisiert ist, dass mehrere, vorteilhaft zylindrische, Linsen eines Arrays auf unterschiedlichen Höhen bezüglich der aktiven Zone des Halbleiterlasers angebracht sind. Dadurch treten graduell variierende Auftreffwinkel am Gitter auf. Dies wiederum resultiert in einer graduell variierenden Wellenlänge. (Ein optionales Richtungsfilter (19) ist aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.) (a) Pseudo-isometrische Ansicht, (b) Frontalansicht, (c) Seitenansicht, (d) Draufsicht.Laser array, in which the individual feedback wavelength is realized in that a plurality of, advantageously cylindrical, lenses of an array are mounted at different heights with respect to the active region of the semiconductor laser. As a result, gradually varying angles of incidence occur at the grating. This in turn results in a gradually varying wavelength. (An optional directional filter ( 19 ) is omitted for the sake of clarity.) (a) Pseudo-isometric view, (b) frontal view, (c) side view, (d) top view.

4: 4 :

Beispielhafte selbst-abbildende Wellenlängen-selektive Anordnung einer Rückkopplung, bestehend aus einer Apertur, einer Strahl-überlagernden Optik und einer retro-reflektierenden Optik. (a) Kollimation mittels einer Linse, Retroreflex mittels eines Gitters in Littrow-Anordnung, (b) Kollimation mittels Linse, Retroreflex mittels eines Gitters in Litman-Metcalf-Anordnung, (c) Kollimation mittels eines Gitters, Retroreflex mittels eines gekrümmten Spiegels, einer Linse-Spiegel-Kombination, eines retroreflektierenden Spiegels ("Katzenauge") oder einer Kombination daraus, (d) sowohl Strahlüberlagerung als auch Retroreflektor mittels Gittern.exemplary self-imaging wavelength-selective Arrangement of a feedback, consisting of an aperture, a beam-overlapping optics and a retro-reflective optics. (a) collimation by means of a lens, Retroreflex by means of a grid in Littrow arrangement, (b) collimation by means of a lens, Retroreflex by means of a grid in Litman-Metcalf arrangement, (c) collimation by means of a grid, retroreflex by means of a curved mirror, a lens-mirror combination, a retroreflective mirror ("cat's eye") or a combination thereof, (d) both beam overlay as well as retroreflector by means of bars.

5: 5 :

Unterschiedliche Anordnungen, um das Licht aus dem Laser auszukoppeln: (a) mittels Strahlteiler-Effekts der individuellen Laser, (b) durch Auskoppelelemente der individuellen Laser, (c) durch das gemeinsame Rückkoppelelement, (d) durch ein separates Auskoppelelement.different Arrangements to decouple the light from the laser: (a) by means of Beam splitter effect of the individual laser, (b) by decoupling elements the individual laser, (c) by the common feedback element, (D) by a separate decoupling element.

6: 6 :

Unterschiedliche Anordnungen, um das Licht der ausgekoppelten Strahlen zu einem im wesentlichen kollinearen Strahl umzuordnen: (a) mittels dichroitischer Elemente, (b) mittels einer Kollimationslinse und einem Prisma, (c) mittels zweier Gitter, (d) mittels einer Kollimationslinse und eines Gitters.different Arrangements to make the light of the coupled-out beams into an im to rearrange the essential collinear ray: (a) by dichroic Elements, (b) by means of a collimating lens and a prism, (c) by means of two gratings, (d) by means of a collimating lens and a grid.

7: 7 :

Draufsicht und Seitenansicht einer bevorzugten Anordnung. Das Laserarray 1 emittiert Strahlen 2. Wenn die Zylinderlinse 3 leicht geneigt ist, treffen die Strahlen 2 das Gitter 5 unter unterschiedlichen Winkeln, so dass die Littrow-Wellenlänge für jeden Emitter unterschiedlich ist. Die Auskopplung kann über die nullte Beugungsordnung des Rückkoppelelements geschehen und eine Überlagerung der Strahlen 4 zu einem gemeinsamen Strahl 13 ist mittels einer Kollimation 11 und eines (dispersiven) Prismas 12 möglich.Top view and side view of a preferred arrangement. The laser array 1 emits rays 2 , When the cylinder lens 3 slightly inclined, hit the rays 2 the grid 5 at different angles, so that the Littrow wavelength is different for each emitter. The decoupling can be done via the zeroth diffraction order of the feedback element and a superposition of the beams 4 to a common beam 13 is by means of a collimation 11 and a (dispersive) prism 12 possible.

Claims (18)

Laserquelle bestehend aus a. einem Array aus Gainbereichen, i. die mit stimulierter Emission auf externe Rückkopplung reagieren können, ii. die jeweils mindestens einen Vorwärtskoppel-Kanal besitzen, iii. die jeweils mindestens einen Rückkoppelkanal besitzen, vorteilhafter weise identisch dem Vorwärtskoppel-Kanal, iv. die jeweils mindestens einen Auskoppel-Kanal besitzen, vorteilhafter weise identisch dem Vorwärtskoppel-Kanal, b. mindestens eine räumlich ausgedehnte wellenlängen-selektive (gemeinsame) Rückkoppel-Anordnung, i. welche Eingangssignale von den Vorwärtskoppel-Kanälen empfängt und deren korrespondierende Reflexionen zu den korrespondierenden Rückkopplungs-Kanälen leitet, ii. die jedem Gainbereich eine unterschiedliche Wellenlänge zurückkoppelt, iii. die von den unterschiedlichen Vorwärtskoppel-Kanälen an unterschiedlichen Stellen getroffen wird, c. eine optische Verbindung zwischen dem Gainarray und der Rückkoppel-Anordnung, d. eine optische Anordnung, die das ausgekoppelte Licht zu einem im wesentlichen kollinearen Strahl überlagert.Laser source consisting of a. an array from gain ranges, i. those with stimulated emission to external feedback can react, ii. each having at least one feedforward channel, iii. each at least one feedback channel have, advantageously identical to the feedforward channel, iv. the each have at least one decoupling channel, more advantageous identical to the feedforward channel, b. at least one spatially extended wavelength-selective (common) feedback arrangement, i. which receives input signals from the feedforward channels and whose corresponding reflections lead to the corresponding feedback channels, ii. which couples a different wavelength to each gain range iii. that of the different feedforward channels at different Jobs are taken, c. an optical connection between the gain array and the feedback array, d. an optical arrangement that the decoupled light to a in the superimposed on the essential collinear beam. Laserquelle gemäß Anspruch 1, in dem die unterschiedlichen Gainelemente Abschnitte eines oder mehrerer räumlich ausgedehnter Elemente sind.Laser source according to claim 1, in which the different gain elements sections of one or more spatial are extended elements. Laserquelle gemäß Anspruch 1 oder 2, in dem die unterschiedlichen Gainelemente entweder • vollständige Laser sind, d.h. separate Resonatoren haben, die auf die unterschiedlichen Wellenlängen vom Rückkoppelelement gebracht werden (engl: "locking") oder • unvollständige Laser ("halboffene Laser"), d.h. ohne vollständige Resonatoren, die erst vermittels des gemeinsamen Rückkoppelelements zu Resonatoren werden.Laser source according to claim 1 or 2, in which the different gain elements either • complete lasers are, i. have separate resonators that are different on the Wavelengths of Feedback element be brought (English: "locking") or • incomplete lasers ("semi-open lasers"), i. without complete resonators, which are only by means of the common feedback element to resonators. Laserquelle gemäß Anspruch 1 in der das Gainarray • ein Array aus – möglicher weise fasergekoppelten – kanten- oder oberflächenemittierenden Halbleiterlasern oder Faserlasern oder Festkörperlasern in Stab- oder Balken- oder Scheibengeometrie sind, • oder aus einem ausgedehnten Lasermaterial besteht, vorzugsweise einem dotierten Festkörper oder Halbleiter oder organischen Material, • vorzugsweise eine antireflektive Beschichtung auf der dem Rückkoppelelement zugewandten Seite und/oder eine hochreflektive Beschichtung auf der abgewandten Seite besitzen.Laser source according to claim 1 in the Gainarray • one Array off - possible fiber-coupled - edged or surface emitting Semiconductor lasers or fiber lasers or solid-state lasers in bar or bar or disc geometry, • or from an extended Laser material is made, preferably a doped solid or semiconductor or organic material, • preferably an antireflective coating on the feedback element facing Side and / or a highly reflective coating on the opposite Own page. Laserquelle gemäß Anspruch 1, in der die wellenlängen-selektive Anordnung eine Kombination aus einem oder mehreren der folgenden Elemente ist: Gitter, Bragg-Gitter, Volumen-Bragg-Gitter, Faser-Bragg-Gitter, Etalon, Prisma, holographisches Element, diffraktive optische Element, mikrostrukturiertes Element, Anordnung dielektrischer Schichten, gechirpter Spiegel (dielektrischer Spiegel mit variierenden Schichtdicken), Wellenplatten, Interferenzfilter, Loyot-Filter, reguläre optische Elemente wie freie Propagation oder Linsen oder Spiegel.Laser source according to claim 1, in which the wavelength-selective Arrangement a combination of one or more of the following Elements is: grid, Bragg grating, Volume Bragg grating, fiber Bragg grating, etalon, prism, holographic element, diffractive optical element, microstructured element, arrangement Dielectric layers, chirped mirror (dielectric mirror with varying layer thicknesses), wave plates, interference filters, Loyot filter, regular optical elements such as free propagation or lenses or mirrors. Laserquelle gemäß Anspruch 1, in der die wellenlängen-selektive Anordnung aus einem Gitter oder Bragg-Gitter mit räumlich variierender Gitterperiode und/oder mit gekrümmten Gitterebenen besteht.Laser source according to claim 1, in which the wavelength-selective Arrangement of a grid or Bragg grating with spatially varying Grid period and / or with curved Lattice levels exists. Laserquelle gemäß Anspruch 1 oder 5 in der der Translationsvektor der Gainelemente und die Achse, um die die wellenlängen-selektive Anordnung aufspaltet, im wesentlichen parallel sind.Laser source according to claim 1 or 5 in which the translation vector of the gain elements and the axis, around which the wavelength-selective Splits arrangement, are substantially parallel. Laserquelle gemäß Anspruch 1, in der die optische Verbindung zwischen dem Gainarray und der Rückkoppel-Anordnung a. aus einem oder mehreren der folgenden Elemente besteht: freie Propagation, zylindrische Kollimation, sphärische Kollimation, asphärische Kollimation, Teleskop, Direktkopplung (engl: "butt-coupling"), diffraktive Optik, holographisches Element, etc., b. vorteilhafter weise richtungsselektive Filter, Elemente oder Anordnungen gegen Übersprechen der Arrayelemente besitzt, wie z.B. Lichtleiter, Röhren, Blenden, Aperturen etc., c. vorteilhaft aus gemeinsamen optischen Elementen für alle Arrayelemente besteht und/oder selbst wiederum Arraystruktur aufweist.Laser source according to claim 1, in which the optical connection between the Gainarray and the feedback arrangement a. consists of one or more of the following elements: free propagation, cylindrical collimation, spherical Collimation, aspherical Collimation, telescope, direct coupling (English: "butt-coupling"), diffractive optics, holographic Element, etc., b. advantageously direction-selective filters, Elements or arrangements against crosstalk of the array elements, e.g. Optical fibers, tubes, diaphragms, Apertures etc., c. advantageous from common optical elements for all array elements exists and / or in turn has Arraystruktur. Laserquelle gemäß Anspruch 1, in dem das Licht von unterschiedlichen Gainbereichen das Rückkoppelelement unter unterschiedlichen Winkeln trifft.Laser source according to claim 1, in which the light of different gain ranges, the feedback element meets at different angles. Laserquelle gemäß Anspruch 1 or 9, in der a. die Elemente des Arrays längs einer Richtung (x) gegeneinander versetzt sind, b. das Kollimationselement aus einer Zylinderlinse oder einem Array aus Zylinderlinsen besteht, deren Symmetrieachse bzw. Translationsvektor längs einer Richtung (x') verläuft, c. die wellenlängen-selektive Anordnung, vorzugsweise eine Gitter- oder Prismenanordnung, um eine Achse (x'') dispergiert (für ein Gitter ist diese parallel zu den Gitterlinien), d. die Achsen (x), (x') und (x'') nicht alle wechselweise parallel zueinander sind.Laser source according to claim 1 or 9, in which a. the elements of the array along one direction (x) offset from each other, b. the collimation element consists of a cylindrical lens or an array of cylindrical lenses whose symmetry axis or translation vector extends along a direction (x '), c. the wavelength selective array, preferably a grating or prism array, is dispersed about an axis (x '') (for a grating it is parallel to the grating lines), d. the axes (x), (x ') and (x'') are not all mutually parallel to each other. Laserquelle gemäß Anspruch 1 oder 9, in der die Höhe zwischen den Elementen des Gainarrays und dem jeweils korrespondierenden Teil der – vorteilhaft zylindrischen – Kollimationsoptik, gemessen entlang der Aufspaltungsrichtung des Rückkopplungselements, für alle Elemente unterschiedlich ist, was vorteilhaft realisiert wird durch eine Auswahl oder Kombination der folgenden Anordnungen: • die Symmetrieachse mindestens eines Kollimationselements ist gegen die Richtung des Translationsvektors des Gainarrays verkippt, • die Kollimationsoptik besteht aus mehreren Elementen, die sich auf unterschiedlichen Höhen längs der Richtung der Dispersion befinden, • das Gainarray besteht aus mehreren Elementen, die sich auf unterschiedlichen Höhen längs der Richtung der Dispersion befinden.Laser source according to claim 1 or 9, in which the height between the elements of the gain array and the corresponding one Part of - advantageous cylindrical - collimation optics, measured along the splitting direction of the feedback element, for all elements is different, which is advantageously realized by a Choice or combination of the following arrangements: • the symmetry axis at least one Kollimationselements is against the direction of Translation vector of Gainarrays tilted, • the collimation optics consists of several elements, located at different heights along the Direction of dispersion, • the gainarray consists of several elements, located at different heights along the Direction of dispersion. Laserquelle gemäß Anspruch 1, in der die Rückkopplung aus einer Anordnung besteht, a. in der eine erste optische Anordnung die einzelnen Strahlen in einem gemeinsamen Fleck überlagert, vorteilhaft bestehend aus Prismen, Linsen und/oder Gittern, b. die eine gemeinsame Apertur in diesem Fleck besitzt, c. eine zweite optische Anordnung, die jeden einzelnen Strahl durch die Apertur zurück in sich selbst reflektiert, d. in der mindestens eine der beiden Anordnungen aus Unterpunkt (a.) oder (c.) dispersiv und/oder wellenlängen-selektiv ist.Laser source according to claim 1, in which the feedback consists of an arrangement, a. in a first optical Arrangement superimposed on the individual rays in a common spot, advantageous consisting of prisms, lenses and / or grids, b. the one has common aperture in this spot, c. a second optical arrangement, each individual beam through the aperture back reflected in itself, d. in the at least one of the two Arrangements of sub-item (a.) Or (c.) Dispersive and / or wavelength-selective is. Laserquelle gemäß Anspruch 1, in der die Auskopplung über das Rückkoppelelement geschieht, das vorteilhaft nur einen Teil des auftreffenden Lichts zu den Gainelementen zurück reflektiert.Laser source according to claim 1, in which the decoupling over the feedback element that happens to be beneficial only part of the incident light back to the gain elements reflected. Laserquelle gemäß Anspruch 1, in der die Überlagerung durch eine Kombination aus Gittern, Linsen, Prismen, freier Propagation, Spiegeln, dielektrischen Filtern, Kantenfiltern, dichroitischen Elementen, Etalons, etc. auf einem Prisma oder Gitter geeigneter Winkeldispersion geschieht.Laser source according to claim 1, in which the overlay through a combination of grids, lenses, prisms, free propagation, Mirroring, dielectric filters, edge filters, dichroic Elements, etalons, etc. on a prism or grid more appropriate Angle dispersion happens. Laserquelle gemäß vorhergehender Ansprüche, in der a. die Gainelemente eine oder mehre Vorzugsrichtungen, vorzugsweise ausserhalb der Facettennormalen, besitzen, was vorzugsweise durch eine Substrukturierung der Gainelemente geschieht, b. die Rückkopplung vorzugsweise längs einer solchen Vorzugsrichtung geschieht, c. die Auskopplung vorzugsweise längs einer anderen solchen Vorzugsrichtung geschieht.Laser source according to previous Claims, in the a. the gain elements one or more preferred directions, preferably outside the facet normal, have what is preferably happens by substructuring the gain elements, b. the feedback preferably longitudinally such a preferred direction happens c. the decoupling preferably longitudinally another such preferred direction happens. Laserquelle gemäß vorhergehender Ansprüche, in der mindestens zwei solche Laser polarisationsgekoppelt betrieben werden, vorzugsweise, um das spektrale Profil des Nutzlichts zu glätten.Laser source according to previous Claims, operated in the at least two such laser polarization coupled are, preferably, to the spectral profile of the Nutzlichts to smooth. Anwendung eines spektral gemultiplexten Lasers zum optischen Pumpen anderer Anordnungen, • in der die optische Anordnung vorzugsweise ein Laser ist, • vorzugsweise indem die unterschiedlichen Wellenlängen an mehr als eine Absorptionsbande des optisch zu pumpenden Materials angepasst sind, • vorzugsweise zur Optimierung von Upconversions-Prozessen.Application of a spectrally multiplexed laser to optical pumps of other arrangements, • in the optical arrangement preferably a laser, • preferably by the different ones wavelength to more than one absorption band of the material to be optically pumped are adapted • preferably to optimize upconversion processes. Beliebige Kombinationen der Ansprüche 1 bis 17.Any combination of claims 1 to 17.
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