DE102007045488A1

DE102007045488A1 - Seitengepumpter Laser

Info

Publication number: DE102007045488A1
Application number: DE102007045488A
Authority: DE
Inventors: Andreas Langner; Gerhard Schötz; Mario Such; Stephan Grimm; Volker Reichel; Volker Krause; Georg Rehmann
Original assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG; Laserline Gesellschaft fuer Entwicklung und Vertrieb Von Diodenlasern GmbH; Institut fur Photonische Technologien EV
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG; Institut fuer Physikalische Hochtechnologie eV; Laserline Gesellschaft fuer Entwicklung und Vertrieb Von Diodenlasern GmbH
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2027-09-22
Also published as: DE102007045488B4; WO2009036942A1

Abstract

Um einen bekannten seitengepumpten Laser, der eine Längsachse aufweist, entlang der sich eine Laserzone aus einem laseraktiven Material mit einem ersten Brechungsindex nL erstreckt, die ein stirnseitiges Auskoppelende für Laserstrahlen aufweist, entlang der eine Pumplichtzone mit einem zweiten Brechungsindex nP verläuft, die ein Einkoppelende für Pumplicht aufweist und die von einer der Laserzone zugewandten Mantelfläche begrenzt ist, über die Pumplicht in die Laserzone gelangt, im Hinblick auf einen höheren Wirkungsgrad des Pumplichts zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die der Laserzone zugewandte Mantelfläche der Pumplichtzone an eine Trennzone angrenzt, die einen Brechungsindex nT aufweist, der kleiner ist als nP, so dass die Pumplichtzone zur Führung des Pumplichts geeignet ist, und dass mindestens über einen Teil der Strecke zwischen Einkoppelende und Auskoppelende eine allmähliche Auskopplung des Pumplichts aus der Pumplichtzone über die Trennzone in die Laserzone erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen seitengepumpten Laser, der eine Längsachse aufweist, entlang der sich eine Laserzone aus einem laseraktiven Material mit einem ersten Brechungsindex n_L erstreckt, die ein stirnseitiges Auskoppelende für Laserstrahlung aufweist, entlang der eine Pumplichtzone mit einem zweiten Brechungsindex n_P verläuft, die ein Einkoppelende für Pumplicht aufweist und die von einer der Laserzone zugewandten Mantelfläche begrenzt ist, über die Pumplicht in die Laserzone gelangt.
Seitengepumpte Laser in Stab- oder Faserform werden zum Beispiel als Hochleistungslaser oder in der Kommunikationstechnologie als optische Faserverstärker mit einem laseraktiven Kern und einen den Kern umhüllenden Pumpmantel eingesetzt.
Faserverstärker können Verluste in Lichtwellenleitern bei der optischen Datenübertragung ausgleichen, indem durch so genanntes „optisches Pumpen" Laserlicht in den Faserkern eingekoppelt wird, das laseraktive Substanzen der Laserzone anregt. Der durch den Faserkern laufende Lichtpuls nimmt Energie von den angeregten Ionen zusätzlich auf und wird dadurch verstärkt.
Alternativ dazu können die laseraktiven Substanzen durch das eingekoppelte Pumplicht auch selbst zur Abgabe von Laserlicht angeregt werden, wie dies bei Hochleistungslasern in Faser oder Stabform der Fall ist.
Das laseraktive Material enthält beispielsweise kristallines Nd:YAG oder es liegt in Form von Quarzglas vor, das Dotierstoffe enthält, die eine Abgabe oder eine Verstärkung von Laserstrahlung im Wirtsmaterial Quarzglas bewirken. Bei den Dotierstoffen handelt es sich in der Regel um Seltenerd-Kationen (Lanthanoide) oder um Kationen der sogenannten Übergangsmetalle.
Bei einem seitengepumpten Laser wird das Pumplicht zwecks Bereitstellung einer möglichst großen Anregungsenergie nicht direkt in den laseraktiven Kern, sondern über die Mantelfläche in den Kern eingekoppelt. Wegen der Länge der Faser ist die Mantelfläche um ein Vielfaches größer als die Faser-Stirnfläche.
Ein seitengepumpter Laser der eingangs genannten Gattung ist aus der US-5,048,026 A bekannt. Es wird ein Faserverstärker beschrieben, mit einem zylinderförmigen, laseraktiven Kern aus Nd:YAG und einem Auskoppelende für die Laserstrahlung, und der von einem hülsenförmigen Pumpmantel aus Quarzglas umgeben ist. Der Pumpmantel ist in einem vorderen Längenbereich konisch ausgebildet, so dass seine Dicke in Richtung auf das Auskoppelende abnimmt und in einen hinteren, zylinderförmigen Teil mündet, der mit dem Auskoppelende des Kerns bündig abschließt. Das Pumplicht wird an der dem Auskoppelende gegenüberliegenden Stirnseite in den Pumpmantel eingestrahlt und zwischen den Mantelflächen des Pumpmantels hin- und herreflektiert und durchquert dabei den laseraktiven Kern. Um dies zu gewährleisten, weist der Pumpmantel einen Brechungsindex auf, der größer ist als der Brechungsindex der Umgebung (wie etwa Luft) aber kleiner als der Brechungsindex des laseraktiven Kerns. Im konischen Teil des Pumpmantels wird dabei mit jeder Reflexion der Winkel zu den Mantelflächen steiler, so dass das Pumplicht auf den laseraktiven Kern im zylindrischen Bereich fokussiert wird.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten seitengepumpten Laser im Hinblick auf einen höheren Wirkungsgrad des Pumplichts zu verbessern.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Laser der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die der Laserzone zugewandte Mantelfläche der Pumplichtzone an eine Trennzone angrenzt, die einen Brechungsindex n_T aufweist, der kleiner ist als n_P, so dass die Pumplichtzone zur Führung des Pumplichts geeignet ist, und dass mindestens über einen Teil der Strecke zwischen Einkoppelende und Auskoppelende eine allmähliche Auskopplung des Pumplichts aus der Pumplichtzone über die Trennzone in die Laserzone erfolgt.
Der erfindungsgemäße Laser ist beispielsweise in Form einer Faser, eines Stabes oder eines Rohres ausgebildet.
In der Laserzone wird die Laserstrahlung erzeugt und geführt.
Die Trennzone grenzt unmittelbar oder mittelbar an die Laserzone an. Sie weist einen kleineren Brechungsindex als das Material der Laserzone auf und trägt somit zur Lichtführung in der Laserzone bei. Außerdem grenzt die Trennzone unmittelbar oder mittelbar an die Pumplichtzone an. Die Trennzone kann relativ dünn ausgebildet sein, was beispielsweise den Aufwand für eine Dotierung zur Absenkung des Brechungsindex gering hält.
Die Pumplichtzone erstreckt sich entlang der Laserzone. Im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen bekannten Laser ist gemäß der Erfindung die Pumplichtzone so ausgelegt, dass sie zur Lichtführung geeignet ist. Insbesondere ist hierzu an der der Laserzone zugewandten Mantelfläche ein „Brechzahlsprung nach unten" vorgesehen. Das bedeutet, dass die an die Mantelfläche angrenzende Trennzone auch einen kleineren Brechungsindex aufweist als die Pumplichtzone. Sofern die Pumplichtzone schichtförmig mit einer inneren und einer äußeren Mantelfläche ausgebildet ist, ist beiderseits ein Brechzahlsprung nach unten vorzusehen, um die Bedingung für eine Lichtführung (durch Totalreflexion) zu gewährleisten.
Ziel dieser Maßnahme ist es, eine Mehrfachreflexion von Pumplicht-Moden und eine Führung des Pumplichts innerhalb der Pumplichtzone zu ermöglichen. Diese Maßnahme liegt nicht auf der Hand, denn das in der Pumplichtzone geführte Pumplicht muss zur Anregung laseraktiver Substanzen letztlich in die Laserzone gelangen.
Um dies zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich zumindest über einen Teil der Länge der Pumplichtzone die Bedingungen für die Reflexion des geführten Pumplichts so ändern, dass Pumplicht nach und nach in die Laserzone gelangt. Dies bewirkt eine gleichmäßige Aktivierung der laseraktiven Substanzen über der Länge der betreffenden Aktivierungs-Teilstrecke und führt zu einem höheren Wirkungsgrad des eingestrahlten Pumplichts.
Für die allmähliche Auskopplung von Pumplicht aus der Pumplichtzone in die Laserzone ist eine Vielzahl von Maßnahmen geeignet, die vorzugsweise eine oder mehrere der folgenden Varianten umfassen:

(a) die Pumplichtzone weist mindestens über einen Teil ihrer Länge eine in Richtung der Längsachse variierende Dicke auf,
(b) die Pumplichtzone weist mindestens über einen Teil ihrer Länge einen in Richtung der Längsachse variierenden Brechungsindex n_P auf,
(c) die Trennzone weist mindestens über einen Teil ihrer Länge einen in Richtung der Längsachse variierenden Brechungsindex n_T auf, und/oder
(d) die Pumplichtzone weist mindestens über einen Teil ihrer Länge eine Biegung auf,
(e) die Pumplichtzone weist mindestens über einen Teil ihrer Länge Streuzentren auf.

Bei der besonders bevorzugten Variante (a) ist eine Änderung der Dicke der Pumplichtzone in axialer Richtung vorgesehen. Die Dicke der Pumplichtzone nimmt dabei in Hauptausbreitungsrichtung der Pumplichtstrahlung ab. Im einfachsten Fall ist die Dickenänderung als konische Verjüngung der Pumplichtzone in Ausbreitungsrichtung des geführten Pumplichts oder ziehzwiebelähnliche Verjüngung mit so genannter „Taperform" ausgeführt.
Bei der bevorzugten Variante (b) ist vorgesehen, dass sich der Brechungsindex der Pumplichtzone in axialer Richtung verändert. Dies führt dazu, dass sich die Bedingungen für eine Reflexion des Pumplichtes an der Grenzfläche zur Trennzone ändern, und es dadurch zu einer allmählichen Auskopplung des Pumplichts in die Trennzone kommt. Der Brechungsindex der Pumplichtzone nimmt hierzu in Hauptausbreitungsrichtung der Pumplichtstrahlung ab.
Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn sich gemäß bevorzugter Variante (c) der Brechungsindex n_T der Trennzone über mindestens einen Teil ihrer Länge ändert, insbesondere wenn der Brechungsindex der Trennzone mindestens über einen Teil ihrer Länge – in Richtung des Auskoppelendes gesehen – zunimmt.
Durch die – kontinuierlich oder schrittweise – axiale Änderung des Brechungsindex gemäß den Varianten (b) und (c) reduziert sich die NA der Pumplichtzone über den betreffenden Längenabschnitt, so dass eine gleichmäßige Einkopplung von Pumplicht in die Laserzone auch dann erfolgen kann, wenn die Dicke der Pumplichtzone über den betreffenden Längenabschnitt konstant ist.
Die Änderung des Brechungsindex in Richtung der Längsachse wird beispielsweise bei der Herstellung der Pumplichtzone mittels eines üblichen Abscheideverfahrens von synthetischem, dotiertem SiO₂ (OVD, VAD, MCVD) dadurch erzeugt, dass die Konzentration des Dotierstoffs über der Längsachse variiert wird.
Alternativ oder ergänzend dazu erfolgt die Auskopplung von Pumplicht aus der Pumplichtzone gemäß Variante (d), indem diese gebogen wird – beispielsweise in Form einer Spule oder einer Spirale. In dem Fall weicht die „Richtung" der Lichtführung in der Pumplichtzone von der geraden Hauptausbreitungsrichtung der Pumplichtstrahlung ab, so dass sich für das in der Pumplichtzone geführte Pumplicht die Reflexionsbedingungen in axialer Richtung laufend ändern, so dass Pumplicht-Moden nach und nach in die Trennzone eintreten können.
Bei einer weiteren Variante zur Auskopplung von Pumplicht aus der Pumplichtzone die Trennzone in die Laserzone ist vorgesehen, dass die Pumplichtzone mindestens über einen Teil ihrer Länge Streuzentren aufweist.
An den Streuzentren kommt es zu einer gerichteten oder ungerichteten Reflexion der Pumplichtstrahlung, die auch Lichtmoden erzeugt, für die die Bedingungen für eine Totalreflexion an der Grenzfläche zur Trennzone nicht erfüllt sind, so dass diese Lichtmoden über die Trennzone in die Laserzone gelangen. Die Streuzentren werden durch gleichmäßig oder statistisch verteilte Bereiche mit anderem Brechungsindex als demjenigen der Pumplichtzone erzeugt. Die Bereiche können durch amorphe oder kristalline Partikel gebildet werden, beispielsweise durch Grafit-Partikel.
Bei allen Varianten, die auch gemeinsam vorgesehen sein können, kann die betreffende Änderung (Dicke der Pumplichtzone/Brechungsindex/Biegung) kontinuierlich, schrittweise oder auch unregelmäßig über die Länge der Pumplichtzo ne beziehungsweise der Trennzone einmal oder mehrmals hintereinander erfolgen.
Ziel dieser Maßnahmen ist es, die Bedingungen für die Reflexion über die Länge der betreffenden Aktivierungs-Teilstrecke so zu verändern, dass sich für verschiedene, innerhalb der Pumplichtzone geführte Pumplicht-Moden unterschiedliche Orte ergeben, an denen die Auftreffwinkel der Lichtmoden zu der der Laserzone zugewandten Mantelfläche zu steil für Totalreflexion sind.
Die Gewährleistung der Lichtführung innerhalb der Pumplichtzone einerseits und die axiale Änderung der Bedingungen für die Reflexion an der Grenzfläche andererseits, führen dazu, dass die unterschiedlichen Lichtmoden des Pumplichts an axial unterschiedlichen Orten in die Laserzone eintreten. Wird das Pumplicht mit unterschiedlichen Winkeln stirnseitig in die Pumplichtzone eingekoppelt, ergibt sich je nach Einkoppelwinkel eine andere Stelle, an der die Bedingung für die Totalreflexion nicht mehr erfüllt ist, und das Pumplicht in die Laserzone eindringt. Dies bewirkt eine gleichmäßige Aktivierung der laseraktiven Substanzen über der Länge der betreffenden Aktivierungs-Teilstrecke und führt zu einem höheren Wirkungsgrad des eingestrahlten Pumplichts.
Die Pumplichtzone hat somit die Aufgabe, das Pumplicht zu führen. Dabei wird zum Führen des Lichtes der physikalische Effekt der Totalreflexion genutzt. Um dennoch ein Eindringen der Pumplicht-Moden in die Laserzone zu ermöglichen, sind eine oder mehrere der oben genannten Maßnahmen (a) bis (d) vorgesehen, die bewirken, dass das Pumplicht nach jeder Reflexion in immer steilerem Winkel auf die Grenzfläche zum Medium mit dem Brechungsindex n_T trifft. Sobald der Einfallswinkel (Winkel zwischen einfallendem Pumplichtstrahl und der Grenzflächennormalen) kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion wird, ist die Bedingung für Totalreflexion nicht mehr erfüllt und das Pumplicht kann in die Laserzone eindringen und diese optisch pumpen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasers grenzt die Trennzone unmittelbar an die Laserzone an.
Die Trennzone trägt dabei unmittelbar zur Führung der Laserstrahlung in der Laserzone bei.
Dabei hat es sich besonders bewährt, wenn die Trennzone an die Pumplichtzone und an die Laserzone unmittelbar angrenzt, wobei der Brechungsindex n_T der Trennzone kleiner als n_P und kleiner als n_L ist
Die Trennzone trägt dadurch gleichzeitig zur Lichtführung des Pumplichts in der Pumplichtzone und zur Führung der Laserstrahlung in der Laserzone bei und sie gewährleistet außerdem einen unmittelbaren und ungestörten Übergang des in die Trennzone eingetretenen Pumplichts in die Laserzone.
Die geeignete Dicke der Trennzone hängt von der Dicke des Lasers ab. Bei einem Laser in Form einer Faser hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Trennzone eine Dicke von mindestens 5 μm aufweist.
Vorzugsweise bestehen die Pumplichtzone, die Trennzone und die Laserzone aus Quarzglas.
Die Ausbildung der Zonen aus ein und demselben Grundwerkstoff – nämlich dotiertem oder undotiertem Quarzglas – erleichtert die Herstellung und vermeidet weitgehend Probleme infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen. Der Brechungsindex von Quarzglas kann durch Zugabe von Dotierstoffen oder durch Mikrostrukturierung abgesenkt und erhöht werden. Unter „Quarzglas" wird hier auch ein hochkieselsäurehaltiges Glas mit einem SiO₂-Anteil von mindestens 80 Gew.-% verstanden.
Im Hinblick auf einen niedrigen Brechungsindex n_T der Trennzone hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Trennzone aus Quarzglas besteht, das mit Fluor dotiert ist.
Fluor bewirkt eine Absenkung des Brechungsindex von Quarzglas und lässt sich auch in hohen Konzentrationen bis zu 9 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 bis 5 Gew.-%, vergleichsweise einfach und homogen in Quarzglas einbringen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasers grenzt die Pumplichtzone mit einer der Laserzone abgewandten Mantelfläche an ein Außenmedium mit einem Brechungsindex n_A an, wobei gilt: n_A < n_T.
Die Pumplichtzone ist hierbei im radialen Querschnitt ringförmig ausgebildet und sie grenzt mit ihrem Innenmantel an die Trennzone, und mit ihrem Außenmantel an ein Außenmedium an. Die Brechzahl n_A des Außenmediums ist dabei vorzugsweise möglichst niedrig gewählt und insbesondere möglichst viel niedriger als n_T. Wenn sich die Grenzwinkel der Totalreflexion der Grenzfläche Trennzone/Pumplichtzone und der Grenzfläche Pumplichtzone/Außenmedium stark unterscheiden, kann ein Austreten des Pumplichts in das Außenmedium einfacher unterbunden werden.
Im Hinblick hierauf hat es sich bewährt, wenn der Unterschied der Brechungsindizes zwischen n_A und n_T mindestens 0,03 beträgt.
Um die gesamte Pumpstrahlung aus dem Bereich der Pumplichtzone in die Laserzone zu leiten, sind die Brechungsindizes von Pumplichtzone und Trennzone im Bereich des Auskoppelendes möglichst gleich groß und gleichzeitig kleiner als der Brechungsindex n_L der Laserzone.
Die Kühlung des Lasers kann über die Pumplichtzone mittels Luft- oder Flüssigkeitskühlung erfolgen. Es wird jedoch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasers bevorzugt, bei der das Außenmedium in Form eines Außenmantels ausgebildet ist, der vorzugsweise mit einer metallischen Oberflächenschicht versehen ist.
Die Pumplichtzone ist hierbei von einem Außenmantel mit einem niedrigeren Brechungsindex n_A versehen, der zur Führung des Pumplichts in der Pumplichtzone beiträgt. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Kühlung des Lasers über eine direkte Anbindung an den Außenmantel beziehungsweise an eine metallische Oberflächenschicht auf dem Außenmantel. Über diese metallische Oberflächenschicht ist eine besonders gute wärmeableitende Verbindung zu einem Kühlkörper möglich, wie etwa eine Lötverbindung.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Lasers ist die der Laserzone abgewandte Mantelfläche der Pumplichtzone mit einer Metallschicht versehen.
Die Metallschicht kann hierbei sowohl der Wärmeableitung als auch als Verspiegelung dienen, so dass auch bei Kontakt mit Medien mit höherem Brechungsindex, wie zum Beispiel Verschmutzungen oder Halterungen, die Lichtführung in der Pumplichtzone erhalten bleibt.
Insbesondere im Hinblick auf eine optimale Kühlung des Lasers bei einer Ausführungsform des Lasers mit einer in Richtung der Längsachse gesehen variierenden Dicke der Pumplichtzone hat es sich außerdem als günstig erwiesen, wenn die Schichtdicke des Außenmantels derart ausgelegt ist, dass sich in axialer Richtung ein konstanter Außendurchmesser des Lasers ergibt.
Dabei wird der variable Dickenverlauf der Pumplichtzone durch den Außenmantel so kompensiert, dass sich ein axial gleichmäßiger Gesamt-Außendurchmesser des Lasers ergibt. Dies erleichtert die Handhabung des Lasers und erweist sich insbesondere für einen Laser mit geringem Außendurchmesser (weniger als 2,5 mm) als günstig, der an einem planen Kühlkörper oder zwischen zwei Kühlkörpern gewickelt verlegt werden kann. Wegen des gleichmäßigen Außendurchmessers wird ein gleichmäßiger Wärmeübergang vom Laser zum Kühlkörper ermöglicht. Der Laser kann auch hierbei mit einer metallischen Beschichtung versehen sein. Um den Wärmeübergang weiter zu verbessern, ist eine beidseitige thermische Anbindung des Außenmantels durch Einfügen von weichen Metallfolien (zum Beispiel aus Indium) oder mittels Lötverbindung geeignet.
Insbesondere bei einem Laser mit einem maximalen Außendurchmesser von 2,5 mm oder weniger ist vorzugsweise eine Außenschicht aus einem Kunststoff und/oder aus Carbon vorgesehen.
Die Außenschicht aus einem Kunststoff (Polymer-Coating) ermöglicht – bei ausreichend geringem Außendurchmesser des Lasers – ein „Aufwickeln" wie dies auch sonst von optischen Fasern bekannt ist. Mittels eines Verfahrens wie es in der DE 10 2004 051 294 A beschrieben ist, ist auch bei größerem Durchmesser (mehr als 2,5 mm) ein Heißverformen des Lasers zu einer Spule möglich (auch ohne ein Polymer-Coating). Eine alternativ oder ergänzend dazu vorgesehene Beschichtung mit Carbon verhindert in erster Linie ein Eindiffundieren von Verunreinigungen in die Faser.
Es hat sich auch bewährt, wenn die Laserzone, die Trennzone, die Pumplichtzone – und/oder ein gegebenenfalls vorhandener Außenmantel – mikrostrukturiert ausgeführt sind.
Die Lichtführung in einem mikrostrukturierten optischen Bauteil (Faser, Vorform, Stab) wird durch Hohlräume beeinflusst, die das Bauteil über dessen gesamte Länge durchziehen, und die in einer bestimmten geometrischen Anordnung um den Kernbereich angeordnet sind. Beispiele einer mikrostrukturierten optischen Faser sind in der DE 10 2006 019 333 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der Ausbildung und Herstellung derartiger Bauteile hiermit einbezogen wird.
Die Mikrostrukturierung – zum Beispiel durch den Einsatz mehrerer Stäbe mit unterschiedlichem Brechungsindex zur Herstellung der Laserzone (so genannte „Multifilamentkerne" – erlaubt neben der feineren Einstellung der Brechzahl auch eine definierte Einstellung der Dotierung in radialer Richtung, wie etwa einen zentral höheren Brechungsindex zur Bevorzugung des zentral geführten Grundmodes.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt anhand schematischer Darstellung im Einzelnen:
1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasers mit einer im radialen Querschnitt ringförmigen und im axialen Querschnitt konischen Pumplichtzone,
2 das radiale Brechungsindexprofil der Ausführungsform gemäß 1.
3 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasers mit einer im radialen Querschnitt kreisförmigen und im axialen Querschnitt konischen Pumplichtzone,
4 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasers mit einem insgesamt konischen axialen Querschnitt von Pumplichtzone, Trennzone und Laserzone,
5 die Ausführungsform des Lasers gemäß 1 in Form einer Faser, die außerdem mit einer Kunststoffbeschichtung versehen ist, in einem radialen Querschnitt,
6 eine Ausführungsform des Lasers gemäß der Erfindung mit einem zusätzlichen Außenmantel und einer metallischen Oberflächenschicht in einem radialen Querschnitt, und
7 eine zylinderförmige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasers in einem axialen Querschnitt.
1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen stabförmigen Laser gemäß der Erfindung. Der laseraktive Kern 1 ist zylinderförmig ausgebildet und erstreckt sich entlang der Längsachse 9. Er ist über seine gesamte Länge umhüllt von einer Trennschicht 2 und einem Pumpmantel 3.
Der Kern 1 besteht aus laseraktivem Quarzglas, das mit 0,25 mol-% Yb₂O₃ und mit 1,0 mol-% Al₂O₃ dotiert ist. Der Brechungsindex des Kern-Quarzglases ist geringfügig größer als der von undotiertem Quarzglas. Er hat einen Durchmesser von 0,6 mm, und seine numerische Apertur (NA) beträgt 0,2. Die Trennschicht 2 gibt über die numerische Apertur, die sich aus den Brechzahlen des Kerns 1 und der Trennschicht 2 ergibt, den maximalen Öffnungswinkel der emittierten Laserstrahlung 5 vor (die NA des Laserstabes). Im laseraktiven Kern 1 wird die zu emittierende Laserstrahlung 5 durch optisches Pumpen über den Pumpmantel 3 erzeugt.
Die den Kern 1 umhüllende Trennschicht 2 besteht aus Quarzglas, das mit 4 Gew.-% Fluor dotiert ist und das einen um 14 × 10^–3 niedrigeren Brechungsindex als undotiertes Quarzglas aufweist. Der niedrigere Brechungsindex der Trennschicht 2 bewirkt, dass die erzeugte Laserstrahlung im Kern 1 geführt wird.
Der Pumpmantel 3 besteht aus undotiertem Quarzglas. Seine dem Kern 1 zugewandte Mantelfläche 10 grenzt unmittelbar an die Trennschicht 2 an, und seine dem Kern 1 abgewandte Mantelfläche 11 grenzt an Luft. Der Pumpmantel 3 ist konisch ausgeführt, wobei seine Dicke von der Einkoppelstirnseite 6 für das Pumplicht 8 bis zur Auskoppelstirnseite 7 für das Laserlicht von 8 mm auf 1 mm kontinuierlich abnimmt.
Durch diese Einstellung der Brechungsindizes des Kerns 1 und der Trennschicht 2 kann die NA des Laserstabes über einen weiten Bereich unabhängig von der Brechzahl des Pumpmantels 3 eingestellt werden. Weiterhin bewirkt die Brechzahlabsenkung der Trennschicht 2, dass das Pumplicht 8 im Pumpmantel 3 so lange geführt wird, bis die Bedingung für die Totalreflexion nicht mehr erfüllt ist und die Pumpstrahlung in den Kern 1 eindringen kann.
Bis zum Eintreten dieser Bedingung wird das Pumplicht 8 im Pumpmantel 3 geführt. Durch dessen konische Form kommt es bei jeder Reflexion an den Grenzflächen zu Außenmedium 4 und Trennschicht 2 zu einem zunehmend steileren Reflexionswinkel. Wird der Reflexionswinkel nach mehreren Reflexionen zu steil, ist die Bedingung der Totalreflexion zwischen Pumpmantel 3 und Trennschicht 2 nicht mehr erfüllt, und die Pumpstrahlung 8 kann durch die Trennschicht 2 in den Kern 1 eindringen und eine Besetzungsinversion im aktiven Kern 1 auslösen, wodurch sich bei genügend hoher Anregungsleistung die Laseremission 5 ergibt.
Das Außenmedium 4 ist im Ausführungsbeispiel Luft, deren Brechzahl (n = 1) niedriger ist als derjenige der Trennschicht 2. Dadurch wird verhindert, dass das Pumplicht 8 nach mehreren Reflexionen zwar in Richtung der Trennschicht 2 aber nicht in Richtung des Außenmediums 4 austreten kann.
Bei einer alternativen Ausführungsform zeigt der Pumpmantel 3 anstelle einer sich in Richtung zum Auskoppelende 7 hin linear verjüngenden, kegelförmigen Ausbildung einen sich in Richtung zum Auskoppelende 7 hin nicht linear verjüngenden, gekrümmten Verlauf. Ein derartiger Verlauf ergibt sich beispielsweise beim Elongieren eines Glaszylinders in Form einer Ziehzwiebel oder eines so genannten „Tapers".
2 zeigt den radialen Brechungsindexverlauf über den Laserstab entlang der Linie A-A' in schematischer Darstellung, wobei die jeweiligen radialen Laserstab bereiche Luft 4, Pumpmantel 3, Trennschicht 2 und Kern 1 mit den jeweiligen Bezugsziffern gekennzeichnet sind.
Das Pumplicht 8 wird an der Einkoppelseite 6 (über die größere der beiden kreisförmigen Endflächen 6 des Pumpmantels 3) eingekoppelt. Die NA des eingekoppelten Pumplichts 8 ist dabei an die NA des Pumpmantels 3 so angepasst, dass eine gleichmäßige Einkopplung des Pumplichts 8 durch die Trennschicht 2 hindurch über die volle Länge des Kerns 1 erreicht wird. Das Pumplicht 8 kann hierbei vollständig oder nur partiell die konische Endfläche 6 bestrahlen. Vorzugsweise ist das Pumplicht 8 ringförmig um den Kern 1 zu verteilen, so dass der Bereich der aktiven Kernfläche nicht mit Pumplicht 8 beaufschlagt wird. Die Kühlung des Stabes erfolgt über die konischen Pumpmantelflächen des Stabes und kann mittels Luft- oder Flüssigkeitskühlung ausgeführt sein.
Die Endflächen des konischen Pumpmantels 3 können als Resonatorspiegel ausgeführt sein. Hierbei ist auf der pumpseitigen Endfläche 6 eine Antireflex-Beschichtung für die Pumplichtwellenlänge und eine hochreflektierende Beschichtung erforderlich. In dieser Konfiguration erfolgt die Auskopplung der Laserstrahlung 5 über die kleinere Konusendfläche 7, die mit einer geeigneten teiltransmittierenden Auskoppelspiegelschicht versehen ist. Anstelle einer Beschichtung können auch entsprechende Spiegel ein- oder beidseitig als separate Bauteile ausgeführt sind.
Es ist möglich, eine passive Faser an die der Pumpseite zugewandte Konusendfläche 6 zu spleißen. Es besteht die Möglichkeit über "Fibre Gratings" die Funktion des Endspiegels in die passive Faser zu integrieren.
Die Länge des Laserstabs kann in einem Bereich von einigen cm bis zu einigen Metern betragen. Der Durchmesser des Stabes liegt typischerweise im Bereich von 0,5–10 mm.
In einer modifizierten Anordnung steigt der Brechungsindex der Trennschicht 2 von der Einkoppelseite 6 ausgehend in Richtung der Auskoppelseite 7 an. Hierbei reduziert sich die NA des Pumpmantels 3 über der Länge des Laserstabes, so dass eine gleichmäßige Einkopplung von Pumplicht 8 in den Kernbereich 1 erfolgt.
In dieser Konfiguration kann auf eine konische Ausführung des Pumpmantels 3 verzichtet werden.
Um die gesamte Pumpstrahlung aus dem Bereich des Pumpmantels 3 in den Kern 1 zu leiten, sind die Brechungsindices von Pumpmantel 3 und Trennschicht 2 im Bereich der Auskoppelseite 7 etwa gleich groß. Die Brechungsindizes werden im Bereich der Auskoppelseite 7 daher so eingestellt, dass näherungsweise gilt: Brechungsindex(Kern1) > Brechungsindex (nPumpmantel3 = nTrennschicht2).
Bei einer alternativen Ausführungsform des Lasers erfolgt die Führung und kontinuierliche Auskopplung von Pumplicht 8 aus dem Pumpmantel 3 in den Kern 1 durch einen variablen Brechungsindex im Bereich des Pumpmantels 3. Der Brechungsindex des Pumpmantels nimmt dabei über die gesamte Länge des Laserstabes in Hauptausbreitungsrichtung der Pumplichtstrahlung ab, wohingegen die Trennschicht 2 in diesem Fall einen gleichmäßigen Verlauf des Brechungsindex über der Länge des Laserstabs aufweist. Der Brechungsindex des Pumpmantels 3 entspricht dabei im Bereich der Einkoppelseite 6 demjenigen von undotiertem Quarzglas und nimmt kontinuierlich bis auf –14 × 10^–3 (gegenüber undotiertem Quarzglas) im Bereich der Auskoppelseite 7 ab. Auch in diesem Fall nähern sich auf der Auskoppelseite 7 die Brechungsindizes von Trennschicht 2 und Pumpmantel 2 an und sind im Idealfall identisch, um eine vollständige Einkopplung des Pumplichts 8 in den Kern 1 zu ermöglichen.
Der Querschnitt des konischen Pumpmantels 3 kann auch von der Kreisfläche abweichen und beispielsweise n-eckig (beispielsweise polygonal), mit D-Form, Sternform, Blütenform und dergleichen ausgeführt sein. Das reduziert, in Analogie zur Doppelkernfaser, die Ausbildung von Helixstrahlen die nicht in den aktiven Kern 1 eindringen und damit nicht zum Pumpen desselben zur Verfügung stehen.
Bei einer weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasers, ist der laseraktive Kern 1 mikrostrukturiert ausgeführt. Er ist dabei von Hohlräumen durchzogen, die parallelen zur Längsachse 9 verlaufen. Dadurch wird eine zusätzliche Einstellgröße für den Brechungsindex zur Verfügung gestellt. Die Mikrostrukturierung des Laserkerns 1 erlaubt neben der feineren Einstellung der Brechzahl auch eine definierte Einstellung der Dotierung.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um einer Laserfaser mit einer im radialen Querschnitt kreisförmigen Pumplichtzone 23, die von einer Trennschicht 22 und von einem laseraktiven, rohrförmigen Bereich 21 umgeben ist. Die Pumplichtzone 21 ist konisch mit sich vom Einkoppelende 6 zum Auskoppelende 7 verjüngenden Durchmesser ausgebildet. Die Wandstärken von Trennschicht 22 und laseraktivem Bereich 21 sind über die Länge der Laserfaser konstant.
Hinsichtlich der Materialien und Brechungsindizes von Pumplichtzone 23, Trennschicht 22 und laseraktiven Bereich 21 treffen die obigen Erläuterungen zur Ausführungsform gemäß den 1 und 2 zu. Die Abmessungen der Laserfaser gemäß 3 ergeben sich durch Herunterskalieren der oben für den Stab angegebenen Abmessungen um den Faktor 6.
Die in 4 dargestellte Ausführungsform eines Laserstabs zeigt eine stabförmige Pumplichtzone 33, die sich vom Einkoppelende 6 zum Auskoppelende 7 verjüngt. Sie ist von einer Trennschicht 32 und von einem laseraktiven, rohrförmigen Bereich 31 umgeben, die sich ebenfalls sich vom Einkoppelende 6 zum Auskoppelende 7 hin verjüngen.
Hinsichtlich der Materialien, Abmessungen und Brechungsindizes von Pumplichtzone 33, Trennschicht 32 und laseraktiven Bereich 31 treffen die Erläuterungen zu der oben anhand der 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform zu.
5 zeigt einen radialen Querschnitt einer Laserfaser, die durch Elongieren eines Laserstabes gemäß 1 um den Faktor 6 erhalten wird. Während der Elongierprozesses wird die abgezogene Laserfaser mit einem Kunststoffmantel 51 versehen. Die so erhaltene konische Laserfaser weist an ihrem breiten Ende einen Außendurchmesser von 1,7 mm auf. Sie ist biegsam, aufwickelbar und kann zum Beispiel als Faserverstärker eingesetzt werden.
6 zeigt einen radialen Querschnitt eines Laserstabs gemäß 1, bei dem der Pumpmantel 3 mit einer dünnen Mantelschicht 61 aus Quarzglas mit einer Dicke im Bereich von mindestens 20 μm umgeben ist. Der Brechungsindex der Mantelschicht 61 ist durch Zudotieren von Fluor auf einen Wert unterhalb desjenigen der Trennschicht 2 abgesenkt, um die Führung der Pumplicht-Strahlung sicher zu stellen. Die Mantelschicht 61 ist außen mit einer Metallschicht 62 versehen. Zur Kühlung des Lasers wird mittels Lötverbindung ein Kühlkörper an die Metallschicht 62 angebunden.
Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform liegt der erfindungsgemäße Laser in Form einer Faser vor, die hinsichtlich Kern 1, Trennschicht 2 und Pumpmantel 3 der Ausführungsform von 1 entspricht. Zusätzlich ist der Pumpmantel 3 von einer Mantelschicht 71 aus Quarzglas umgeben, deren Brechungsindex durch Zudotieren von Fluor auf einen Wert unterhalb desjenigen der Trennschicht 2 abgesenkt ist. Im Unterschied zur Mantelschicht 61 der Ausführungsform gemäß 6 ist die Mantelschicht 71 konisch ausgebildet, derart, dass ihre Dicke von der Einkoppelseite 6 bis zur Auskoppelseite 7 gleichmäßig zunimmt. Die Konizität der Mantelschicht 71 ist gleich groß derjenigen des Pumpmantels 2, so dass sich insgesamt ein gleichmäßiger Außendurchmesser der Laserfaser ergibt. Die Faser ist außerdem mit einer metallischen Beschichtung versehen. Sie kann gewickelt zwischen zwei Kühlplatten verlegt werden. Aufgrund des gleichmäßigen Durchmessers ist ein gleichmäßiger Wärmeübergang von der Faser zu den Kühlplatten möglich. Um eine optimale Anbindung an die Kühlplatte zu erlangen, ist eine beidseitige thermische Anbindung über das Einfügen von weichen Indium Folien oder mittels Lötverbindung vorteilhaft.
Außer den bereits genannten Vorteilen hat erfindungsgemäße Ausführung des Lasers gegenüber dem Stand der Technik auch noch folgende Vorzüge:
Bei einer Doppelkern-Laserfaser wird das Pumplicht stirnseitig in die Faser eingekoppelt und sowohl im Kern als auch im Pumpmantel geführt. Die Faser wird somit stark ungleichmäßig beansprucht, das Pumplicht wird in der Faser vorrangig in der Nähe der Einkoppelstelle absorbiert, weil hier die Intensität am höchsten ist. Die absorbierte Leistung fällt dann mit zunehmender Länge exponentiell ab. Durch eine Verwendung von sehr langen und niedrig dotierten aktiven Kernen, wird hierbei vermieden, dass der aktive Kern das Pumplicht zu stark in der Nähe der Einkoppelstelle absorbiert und die Faser durch die entstehende Wärmeentwicklung oder durch einen zu hohen Inversionsgrad (Photodarkening) geschädigt wird. Die se langen Fasern sind aber durch nichtlineare Effekt wie SBS und SRS (stimulierte Raman- und Brillouinstreuung) in ihrer Einsetzbarkeit begrenzt.
Gemäß der Erfindung wird der aktive Kern nicht stirnseitig gepumpt. Das Pumplicht wird vielmehr durch die Verwendung der Trennschicht mit reduzierter Brechzahl zuerst nur im Pumpmantel geführt. Die konische Form des Pumpmantels bewirkt, dass der Pumpstrahl mit jeder Reflexion an der Grenzfläche zwischen Pumpmantel und Außenmedium mit einem stetig steiler werdenden Einfallswinkel auf die Grenzfläche zur Trennschicht trifft. Erst wenn dieser Reflexionswinkel der geführten Pumpstrahlung steiler ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion, dringt das Pumplicht durch die Trennschicht in den Kern und pumpt diesen. Da das Pumplicht in unterschiedlichen Winkeln in die Faser/den Stab eingekoppelt wird, dringt das Pumplicht je nach Einfallswinkel an einer anderen Stelle in den Kern ein. Somit ergibt sich über die Stablänge eine homogenere Verteilung der Absorption im Kern als dies in einer Standard-Doppelkern-Laserfaser der Fall ist, da der Kern nicht von der Stirnseite sondern gleichmäßiger durch die Mantelfläche gepumpt wird. Durch die im Vergleich zum Doppelkern-Laserfaser homogenere Verteilung des Pumplichts im aktiven Kern sind auch höhere Dotierungen des aktiven Kerns möglich, da sich die beim Pumpen im Kern deponierte Wärme gleichmäßiger über das aktive Volumen verteilt.
Auf eine Kunststoffbeschichtung kann dabei verzichtet werden. Dies hat mehrere Vorteile. Zum einen werden die Produktionskosten gesenkt, da auf einen zusätzlichen Arbeitsschritt verzichtet werden kann. Zum anderen vermeidet man mögliche Hitzeprobleme, die sich durch eine mögliche Wechselwirkung der Kunststoffbeschichtung mit einem Teil der Pumpstrahlung ergibt. Durch diese Wechselwirkung kann es zu einer Erhitzung der Kunststoffbeschichtung und im ungünstigen Fall zu einer Zerstörung der Laserfaser bzw. des Laserstabes kommen. Weiterhin ergibt sich durch den Verzicht auf die Kunststoffbeschichtung bei geeigneter Wahl des Außenmediums (z. B. Wasser oder Luft) ein größerer Brechzahlsprung bzw. eine größere NA an der Grenzfläche zwischen Pumpmantel und Außenmedium als bei Standard-Doppelkern-Laserfasern. Somit ist die Verwendung von Pumpquellen mit schlechterer Strahlqualität möglich, da auch noch Strahlen im Pumpmantel geführt werden, die in einem sehr steilen Winkel auf die Grenzfläche zwischen Mantel und Außenmedium treffen.
Außerdem ist der Öffnungswinkel der emittierten Laserstrahlung über einen weiten Bereich unabhängig von der Brechzahl des Pumpmantels einstellbar. Der Öffnungswinkel der emittierten Laserstrahlung ist nur über die NA, die sich durch die reduzierte Brechzahl der Trennschicht und die Brechzahl des aktiven Kerns ergibt, nicht aber über die Brechzahl des Pumpmantels bestimmt. Durch geeignete Wahl und Anpassung der Brechzahlen des aktiven Kerns und des Trennschicht (durch geeignete Dotanden-Konzentrationen) kann der Öffnungswinkel der emittierten Laserstrahlung beziehungsweise die NA des Laserstabes über einen weiten Bereich eingestellt werden.
Es ergibt sich eine Steigerung der maximalen Pumpleistung und – effizienz durch Vergrößerung der Einkoppelfläche. Durch die sehr große Einkoppelendfläche des Pumpmantels ist im Vergleich zur kleinen Endfläche einer Standard-Doppelkern-Laserfaser eine einfachere und effektivere Einkopplung der Pumpstrahlung möglich. Somit kann auf die Verwendung von aufwendigen Einkoppeloptiken und auf die Verwendung von kostenintensiven Pumpquellen mit hoher Strahlqualität verzichtet werden.
Stablaser sind aufgebaut aus einem laseraktiven Stab. Um den Stab herum gibt es keine lichtführende Schicht. Beim Pumpen kommt es zu einer Erwärmung des Laserstabes. Diese Erwärmung führt zum sogenannten „Thermal Lensing" Effekt, bei dem sich durch die Erwärmung der Brechzahl des Stabes lokal ändert. Dadurch sinkt die Strahlqualität der emittierten Laserstrahlung. Im Gegensatz dazu hat ein Laserstab gemäß der Erfindung einen lichtführenden aktiven Bereich, so dass „thermal lensing" Effekte auf Grund der Mehrfachreflexionen an der Grenzfläche zur Trennschicht keine substantielle Beeinflussung der Strahlqualität bewirken. Außerdem ist der Durchmesser des konischen Laserstabes gemäß der Erfindung kleiner als der eines konventionellen Stablasers, wodurch der konische Laserstab besser gekühlt werden kann. Hierdurch werden entweder „thermal Lensing" Effekte zusätzlich unterbunden oder was wesentlicher ist, höhere Pump und Laser-Energiedichten ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5048026 A [0007]
- DE 102004051294 A [0049]
- DE 102006019333 [0051]

Claims

Seitengepumpter Laser, der eine Längsachse (9) aufweist, entlang der sich eine Laserzone (1, 21, 31) aus einem laseraktiven Material mit einem ersten Brechungsindex n_L erstreckt, die ein stirnseitiges Auskoppelende (7) für Laserstrahlung (5) aufweist, entlang der eine Pumplichtzone (3, 23, 33) mit einem zweiten Brechungsindex n_P verläuft, die ein Einkoppelende (6) für Pumplicht (8) aufweist und die von einer der Laserzone (1, 21, 31) zugewandten Mantelfläche (10) begrenzt ist, über die Pumplicht (8) in die Laserzone (1, 21, 31) gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass die der Laserzone (1, 21, 31) zugewandte Mantelfläche (10) der Pumplichtzone (3, 23, 33) an eine Trennzone (2, 22, 32) angrenzt, die einen Brechungsindex n_T aufweist, der kleiner ist als n_P, so dass die Pumplichtzone (3, 23, 33) zur Führung des Pumplichts (8) geeignet ist, und dass mindestens über einen Teil der Strecke zwischen Einkoppelende (6) und Auskoppelende (7) eine allmähliche Auskopplung des Pumplichts (8) aus der Pumplichtzone (3, 23, 33) über die Trennzone (2, 22, 32) in die Laserzone (1, 21, 31) erfolgt.
Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die allmähliche Auskopplung des Pumplichts (8) in die Laserzone (1, 21, 31) eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen umfasst: (a) die Pumplichtzone (3, 23, 33) weist mindestens über einen Teil ihrer Länge eine in Richtung der Längsachse (9) variierende Dicke auf, (b) die Pumplichtzone (3, 23, 33) weist mindestens über einen Teil ihrer Länge einen in Richtung der Längsachse (9) variierenden Brechungsindex n_P auf, (c) die Trennzone (2, 22, 32) weist mindestens über einen Teil ihrer Länge einen in Richtung der Längsachse (9) variierenden Brechungsindex n_T auf, (d) die Pumplichtzone (3, 23, 33) weist mindestens über einen Teil ihrer Länge eine Biegung auf, (e) die Pumplichtzone (3, 23, 33) weist mindestens über einen Teil ihrer Länge Streuzentren auf.
Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennzone (2, 22, 32) unmittelbar an die Laserzone (1, 21, 31) angrenzt.
Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, die Trennzone (2, 22, 32) an die Pumplichtzone (3, 23, 33) und an die Laserzone (1, 21, 31) unmittelbar angrenzt und dass der Brechungsindex n_T der Trennzone (2, 22, 32) kleiner als n_P und kleiner als n_L ist.
Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumplichtzone (3, 23, 33), die Trennzone (2, 22, 32) und die Laserzone (1, 21, 31) aus Quarzglas bestehen.
Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennzone (2, 22, 32) aus Quarzglas besteht, das mit Fluor dotiert ist.
Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumplichtzone (3, 23, 33) mit einer der Laserzone (1, 21, 31) abgewandten Mantelfläche (11) an ein Außenmedium (4) mit einem Brechungsindex n_A angrenzt, wobei n_A < n_T ist.
Laser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied der Brechungsindizes von n_A und n_T mindestens 0,03 beträgt.
Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Auskoppelendes (7) die Brechungsindizes von Pumplichtzone (3, 23, 33) n_P und Trennzone n_T (2, 22, 32) möglichst gleich groß und kleiner als der Brechungsindex n_L der Laserzone (1, 21, 31) sind.
Laser nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenmedium in Form eines Außenmantels (51, 61, 71) ausgebildet ist.
Laser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel mit einer metallischen Oberflächenschicht (62, 72) versehen ist.
Laser nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer in Richtung der Längsachse (9) gesehen variierenden Dicke der Pumplichtzone (3) die Schichtdicke des Außenmantels (71) derart ausgelegt ist, dass sich in axialer Richtung (9) ein konstanter Außendurchmesser des Lasers ergibt.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die der Laserzone abgewandte Mantelfläche der Pumplichtzone mit einer Metallschicht versehen ist.
Laser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Laser mit einem maximalen Außendurchmesser von 2,5 mm oder weniger eine Außenschicht (51) aus einem Kunststoff und/oder aus Carbon vorgesehen ist.
Laser nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserzone, die Trennzone und oder die Pumplichtzone mikrostrukturiert ausgeführt sind.
Laser nach Anspruch 10 und einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 und 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenmantel mikrostrukturiert ausgeführt ist.