DE102008025824A1

DE102008025824A1 - Miniaturisierter Laseroszillator-Verstärker

Info

Publication number: DE102008025824A1
Application number: DE102008025824A
Authority: DE
Inventors: Peter Prof. Pauser; Willi Dr. Platz
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: WO2009144248A1; DE102008025824B4; DE102008025824B8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine miniaturisierte Laserverstärkeranordnung (20) mit: einer optischen Pumpquelle (20) zum Aussenden von Pumpstrahlung (3), einem Laseroszillator (6a), der durch einen einen Teil der Pumpstrahlung (3) zum Aussenden eines Laserstrahles (8) anregbar ist, einem Laserverstärker (24), der sowohl zum Empfangen des Lasertrahls (8) als auch der Pumpstrahlung (3) ausgebildet ist, um den Laserstrahl (8) mittels der Pumpstrahlung zu verstärken, und einer optischen Umlenkeinrichtung (22) zum Leiten von Pumpstrahlung (3) zu dem Laserverstärker (24). Um bei hohem Miniaturisierungsgrad die Leistung zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die optische Umlenkeinrichtung (22) einen Großteil der Pumpsstrahlung (3) an dem Laseroszillator (6a) vorbei zu dem Laserverstärker (24) leitet, um sie dem Laserverstärker (24) zum Verstärken des Laserstrahles (8) zur Verfügung zu stellen.

Description

Die Erfindung betrifft eine miniaturisierte Laserverstärkeranordnung mit einer optischen Pumpquelle zum Aussenden von Pumpstrahlung, einem Laseroszillator, der durch einen Teil der Pumpstrahlung zum Aussenden eines Laserstrahles anregbar ist, einem Laserverstärker, der sowohl zum Empfangen des Laserstrahls als auch der Pumpstrahlung ausgebildet ist, um den Laserstrahl mittels der Pumpstrahlung zu verstärken, und einer optischen Umlenkeinrichtung zum Einleiten von Pumpstrahlung zu dem Laserverstärker. Eine solche Laserverstärkeranordnung ist aus der US 6,512,630 B1 bekannt, auf welche hiernach noch näher eingegangen wird.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen miniaturisierten Laseroszillator-Verstärker für die Erzeugung von Laserstrahlung hoher Strahlqualität und hoher Leistung.
Für zahlreiche Anwendungen sind miniaturisierte Laser wünschenswert oder sogar erforderlich, die gepulste Laserstrahlung mit Pulsbreiten von wenigen Nanosekunden und Pulsenergien im Bereich von mehreren mJ erzeugen können. Anwendungsbeispiele sind langreichweitige Laser-Messysteme, Laser für Materialfeinbearbeitung oder zur Anregung optisch nicht linearer Prozesse. Diodengepumpte Festkörperlaser sind hierfür besonders geeignet. Für nähere Einzelheiten hierzu wird auf P. Peuser, N. P. Schmitt: „Diodengepumpte Festkörperlaser", Springer Verlag, 1995, verwiesen. Die erforderlichen Pulsleistungen liegen typischerweise im Bereich von etwa 100 kW bis zu mehr als einem MW.
Mittels passiver Güteschaltung lassen sich besonders kompakte oder auch miniaturisierte Pulslaser realisieren, jedoch ist derzeit ein zuverlässiger Betrieb mit hoher Strahlqualität und Amplitudenstabilität nur bei maximalen Pulsenergien von wenigen mJ möglich. Ein entsprechender Pulslaser ist in P. Peuser, W. Platz, P. Zeller, T. Brand, B. Köhler, M. Haag; Opt. Lett. 31 (2006) 1991 beschrieben. Um eine Leistungsskalierung zu erreichen, können ein oder auch mehrere Verstärker mit einem mehrfachen Strahlengang (Multipass) nachgeschaltet werden, wodurch besonders große Pulsenergien erzielt werden. Allerdings sind dann die Möglichkeiten für eine weitgehende Miniaturisierung reduziert.
Besonders vorteilhaft für praxistaugliche Lasersysteme ist es, wenn die Koppelung mit der Versorgungs- und Kontrollelektronik über eine mehrere Meter lange Faserverbindung hergestellt werden kann.
Die in letzter Zeit entwickelten gepulsten Faserlaser oder Faserverstärker-Anordnungen zeichnen sich durch eine sehr kompakte Bauweise und eine hohe Strahlqualität aus, jedoch liegen die verfügbaren Pulsleistungen meist unterhalb von 100 kW, was für viele Anwendungen nicht mehr ausreicht.
Hierbei begrenzen verschiedene grundlegende physikalische Prozesse die Pulsenergien auf den Bereich von typischerweise etwa 1 mJ. Diese Prozesse sind in erster Linie ASE (sog. Amplified Spontaneous Emission), Stimulierte Brillouin-Streuung, Stimulierte Raman-Streuung sowie Selbstfokussierung. Es wird in diesem Zusammenhang für weitere Einzelheiten auf F. D. Teodoro et al., Opt. Lett. 27 (2002) 518 und R. L. Farrow et al., Opt. Lett. 31 (2006) 3423 verwiesen. Aufgrund des kleinen Faserquerschnitts kommen im ns-Pulsbetrieb extrem hohe Intensitäten zustande, so dass bei einer Skalierung der Pumpleistung die Faser schließlich zerstört wird. Um einige wenige mJ zu erzeugen, muss der Faserquerschnitt so weit vergrößert werden, dass die Strahlqualität erheblich reduziert würde.
In der eingangs erwähnten US 6,512,630 B1 wird eine miniaturisierte Konfiguration beschrieben, bei der ein sogenannter passiv gütegeschalteter Mikrolaser oder allgemein miniaturisierter Laser mit einem Verstärker gekoppelt ist. Die gesamte Pumpstrahlung wird dabei in einer zur Laserachse longitudinalen Richtung in den Mikrolaser eingekoppelt und dabei teilweise im Laserkristall absorbiert. Die transmittierte restliche, im Laseroszillator nicht absorbierte Pumpstrahlung wird gemeinsam mit dem vom Mikrolaser erzeugten Laserstrahl mittels einer Linse in den Verstärkerkristall fokussiert. Es wird aber auch eine Anordnung erwähnt, welche ohne Linse auskommen soll. Der aus dem Oszillator austretende Laserstrahl wird dann in dem Verstärkerkristall verstärkt.
Allerdings ist eine solche Konfiguration nur für den niedrigen Leistungsbereich bzw. Pulsenergiebereich geeignet. Ein Grund hierfür ist, dass nur eine ungenügende Anpassung des Laserstrahls an die Inversionsdichteverteilung im Verstärkerkristall stattfinden kann. Der aus dem miniaturisierten Laseroszillator austretende Laserstrahl hat weiter grundsätzlich andere Strahleigenschaften als der Pumpstrahl, wie z. B. Divergenz und Strahldurchmesser. Wenn nun eine Linse zwischen dem Oszillator und dem Verstärker verwendet wird, kann deshalb keine optimale räumliche Überlappung im Verstärker zustande kommen. Ähnliches gilt für den Fall, wenn keine Linse eingesetzt wird.
Mit der Erfindung soll eine miniaturisierte Laserkonfiguration bereitgestellt werden, mit der ns-Pulse mit einer wesentlichen Leistungssteigerung gegenüber bisher bekannten Miniaturlasern erzeugt werden können. Diese Aufgabe wird durch eine miniaturisierte Laserverstärkeranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen und/oder die vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung wird erreicht, dass mit einem sehr hohen Miniaturisierungsgrad ein leistungsstarker Laser mit hoher Strahlqualität entsteht, der die Leistung von vergleichbaren miniaturisierten Anordnungen nach dem Stand der Technik um wenigstens eine Größenordnung übertrifft.
In bevorzugter Anordnung wird Laserstrahlung aus einer leistungsstarken Diodenlaser-Strahlquelle verwendet, um eine miniaturisierte Festkörperlaseroszillator-Verstärker-Konfiguration anzuregen, bei welcher der Laseroszillator und der Verstärker mittels besonders angeordneter optischer Umlenksysteme – insbesondere mit Linsen und feinmechanischen Elementen – unabhängig voneinander optimiert und aufeinander abgestimmt werden können, so dass Laserstrahlung mit hoher Strahlqualität, leistungsstarken Laserpulsen und einem hohen Wirkungsgrad erzeugt wird.
Vorteilhafte Anwendungen sind:

a) Roboter – getragene Laser
b) Miniaturisierter Transmitter für flugzeuggetragene Lidar-Systeme
c) Lasertransmitter für Weltraumanwendungen
d) Laserzündung in Motoren

Erfindungsgemäß ist eine optische Umlenkeinrichtung vorgesehen, die einen Großteil der Pumpstrahlung an dem Laseroszillator vorbei zu dem Laserverstärker leitet, wo sie dem Laserverstärker zum Verstärken des Laserstrahles zur Verfügung steht. Hierdurch wird zunächst eine Beeinflussung und Absorption der Pumpstrahlung durch den Laseroszillator vermieden. Der Laseroszillator kann unabhängig von der Forderung einer hohen Durchlässigkeit für die Pumpstrahlung optimiert werden.
Gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen weist die optische Umlenkeinrichtung eine Kollimator-Linseneinrichtung auf, mittels der die Pumpstrahlung so kollimierbar ist, dass sie über eine definierte Strecke im wesentlichen parallel oder quasi-parallel verläuft. Innerhalb oder zu Beginn oder Ende dieser Strecke kann dann der Laseroszillator mit gegenüber dem Durchmesser der durch diese Strecke geleiteten Pumpstrahlung kleinerem Querschnitt angeordnet werden.
Vorzugsweise ist die optische Umlenkeinrichtung weiter derart ausgebildet, dass der aus dem Laseroszillator austretende Laserstrahl nicht durch die optische Umlenkeinrichtung, welche zum Umlenken der Pumpstrahlung vorgesehen ist, beeinflusst wird. Hierzu ist beispielsweise eine Fokussier-Linseneinrichtung, welche die quasi-parallele Pumpstrahlung auf den Laserverstärker fokussiert, mit einem Durchlass zum unbeeinflussten Durchlassen des Laserstrahles versehen.
Die den Laseroszillator und den Laserverstärker aufweisende Laseroszillator-Verstärker-Konfiguration wird durch die Pumpstrahlung vorzugsweise longitudinal gepumpt. Die Pumpstrahlung aus der Pumpquelle wird vorzugsweise in Längsrichtung in die Laseroszillator-Verstärker-Konfiguration eingeleitet. Die Kollimator-Linseneinrichtung richtet die Pumpstrahlung vorzugsweise im wesentlichen parallel zu dieser Längsrichtung aus.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Laserverstärkeranordnung;
1a eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Laserverstärkeranordnung;
1b eine schematische Darstellung des Strahlenganges bei der Ausführungsform gemäß 1;
2 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Laserverstärkeranordnung;
3 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Laserverstärkeranordnung;
4 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Laserverstärkeranordnung;
5 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer Laserverstärkeranordnung;
6 eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform einer Laserverstärkeranordnung;
7 eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform einer Laserverstärkeranordnung;
8 eine schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform einer Laserverstärkeranordnung;
9 eine schematische Darstellung einer zehnten Ausführungsform einer Laserverstärkeranordnung;
10 eine schematische Darstellung einer elften Ausführungsform einer Laserverstärkeranordnung.
In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele einer insgesamt mit 12 bezeichneten Laserverstärkeranordnung dargestellt. Dabei wird Pumpstrahlung 3 aus einer Pumpquelle 20, die einen leistungsstarken Diodenlaser 1 aufweist, welcher vorzugsweise mit einer optischen Faser 2 gekoppelt ist, mit einer optischen Umlenkeinrichtung 22 – insbesondere einer geeigneten Linsenanordnung – zunächst kollimiert, d. h. dass die Pumpstrahlung 3 über eine Wegstrecke 14 von mehreren Millimetern bis zu mehreren Zentimetern quasi-parallel verläuft.
Im Zentrum der Pumpstrahlung 3 befindet sich in einer axialen Anordnung ein Laseroszillator 6a mit einem Laserkristall 6b, auf den ein kleiner Teil der Diodenlaserstrahlung – d. h. der Pumpstrahlung 3 – auftrifft. Der überwiegende Teil der Pumpstrahlung wird (im Gegensatz zum Stand der Technik nach der US 6,512,630 B1 ) am Laserkristall 6b vorbei geleitet und zur optischen Anregung eines Laserverstärkers 24, welcher mit einem Verstärkerkristall 9 versehen ist, verwendet.
Bei einer in 1 dargestellten ersten Ausführungsform und einer in 1a dargestellten zweiten Ausführungsform, welche Grundkonfigurationen repräsentieren, ist der Laserkristall 6b mit einem passiven Güteschalter-Kristall 6c verbunden. Der Laserkristall 6b mit dem Güteschalter 6c befindet sich zentral in einer Halterung 6, welche so gestaltet ist, dass möglichst viel der Pumpstrahlung 3 am Laserkristall 6b vorbei durch die Halterung 6 hindurchtreten kann.
Der Laserkristall 6b kann mit dem passiven Güteschalterkristall 6c optisch kontaktiert sein (sog. quasi-monolithischer Laser), wobei die Austrittsfläche dieser Kris tallkonfiguration für die Laserwellenlänge partiell reflektiert beschichtet ist, so dass Laserstrahlung 8 in Form kurzer Laserpulse mit einer Pulsbreite von typischerweise einigen Nanosekunden imitiert wird. Es wird für nähere Einzelheiten und zu den Grundlagen der physikalischen Vorgänge auf P. Peuser, N. P. Schmitt: „Diodengepumpte Festkörperlaser", Springer Verlag 1995 verwiesen.
Die Ausführungsformen von 1 und 1a unterscheiden sich durch die Ausbildung der Pumpquelle 20 mit und ohne die optische Faser 2. Um die Pumpgeometrie dieses Laseroszillators 6a optimal zu gestalten, ist vorzugsweise eine kleine Fokussierlinse 5a für den Laseroszillator 6a vorgesehen, die einen kleineren Durchmesser als der Querschnitt der Pumpstrahlung 3 auf der Strecke 14 hat und vor der Einkoppelfläche des Laserkristalls 6b angebracht ist, so dass der in den Laseroszillator 6a einzuleitende kleine Teil der Pumpstrahlung 3 in den Laserkristall 6b fokussiert wird.
2 zeigt eine dritte Ausführungsform der Laserverstärkeranordnung 12, wobei eine Halterung 5 für die kleine Fokussierlinse 5a einstellbar ausgebildet ist. Hierdurch ist der Abstand der kleinen Fokussierlinse 5a zum Laserkristall 6b variabel. Dadurch wird bewirkt, dass einerseits die Pumpgeometrie für den Laseroszillator 6a optimiert werden kann. In erster Linie können hier der Wirkungsgrad und die Pulsenergie bestimmt werden. Andererseits kann bei einer konstanten Pumpleistung der Zeitpunkt für die Entstehung des ns-Pulses nach dem Start des Pumppulses verschoben werden, indem der Linsenabstand und damit die Pumpintensität und die Überlappung der Pumpstrahlung 3 mit dem Lasermodenvolumen eingestellt werden. Dies hat Vorteile, wenn ein Verstärker – Verstärkerkristall 9 des Laserverstärkers 24 – nachgeschaltet wird, da die maximale Verstärkung bzw. der maximale Wirkungsgrad nur dann erreicht werden, wenn der Laserpuls kurz vor dem Ende des Pumplichtpulses auftritt. Auf diese Weise kann auch erreicht wer den, dass bei einer konstanten Pumpleistung wahlweise ein oder mehrere Pulse entstehen.
Wie aus 1b, die den Strahlengang für die erste Ausführungsform (Grundkonfiguration) zeigt, ersichtlich ist, wird der überwiegende Teil der kollimierten Pumpstrahlung 3 am Laserkristall 6b vorbei geleitet und mit Hilfe einer optischen Linse – Fokussierlinse 7, 7a – zur optischen Anregung in der Verstärkerkristall 9 abgebildet. Bei den in den 1, 1a, 1b, 2, 3, 8 und 9 dargestellten Ausführungsformen ist zum Bilden eines Durchlasses für die Laserstrahlung 8 im Zentrum der Fokussierlinse 7 eine Durchbohrung vorgesehen, um den aus dem Laseroszillator 6a austretenden Laserstrahl 8 ohne Beeinflussung in den Verstärkerkristall 9 zu leiten, so dass der Laserstrahl 8 grundsätzlich ohne eine Änderung seiner Divergenz bzw. der Strahlqualität beim Durchlaufen des Verstärkerkristalls 9 verstärkt wird. Die Brennweite der Linse kann aufgrund der Durchleitung oder Umleitung der Laserstrahlung nun so gewählt werden, dass sich ein optimaler Betrieb, d. h. eine maximale Verstärkung und ein maximaler Wirkungsgrad ergibt.
Demnach weist eine optische Umlenkeinrichtung zum Vorbeileiten eines Großteils der Pumpstrahlung vorbei an dem Laserkristall 6b und hin zu dem Verstärkerkristall 9 eine Kollimator-Linseneinrichtung, beispielsweise mit einer Kollimatorlinse 4, und eine Fokussier-Linseneinrichtung, beispielsweise mit der Fokussierlinse 7, 7a auf.
Der quasi-monolithische Laser kann in weiteren Ausführungsbeispielen auch in der Kollimator-Linseneinrichtung integriert sein, wobei ein Betrieb mit oder ohne Fokussierlinse 5a des Laseroszillators 6a möglich ist.
Bei einer in 3 dargestellten vierten Ausführungsform ist der Laseroszillator 6a in der Kollimatorlinse 4 für die Pumpstrahlung 3 untergebracht.
Bei den in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen – fünfte und sechste Ausführungsform – wird anstelle der getrennten Kollimatorlinse 4 und Fokussierlinse 7, 7a für die Kollimation und Fokussierung der Pumpstrahlung 3 ein kompakter Linsenblock 11 verwendet, der an seiner Eintritts- und Austrittsfläche entsprechend linsenartig geformt ist. Bei der dargestellten Ausgestaltung nimmt dieser die Strecke 14 einschließende Linsenblock 11 den quasi-monolithischen Laseroszillator 6a mit oder ohne Fokussierungslinse 5a auf. Dieser Linsenblock 11 kann beispielsweise aus Saphir gefertigt sein. Dieses für die Pumpstrahlung 3 hochdurchlässige optische Material hat eine große Wärmeleitfähigkeit und kann somit die im Laseroszillator 6a entstehende Verlustwärme ableiten. Für den Fall großer mittlerer Leistungen, d. h. für hohe Pulsrepetitionsraten, ist dies vorteilhaft. Bevorzugt sind die linsenförmigen Flächen des Linsenblocks 11 für die Pumpstrahlung 3 antireflektierend beschichtet.
Durch die Kollimation der Pumpstrahlung ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik nach US 6,512,630 B1 noch ein weiterer Vorteil. Ein Laserresonator kann so ausgebildet werden, dass sich ein großer Spiegelabstand ergibt. Dadurch lässt sich die Strahlqualität des Lasers erheblich verbessern. Dabei wird die Gesamtlänge der optischen Umlenkeinrichtung 22, die auch als Kollimator-Fokussier-System bezeichnet werden kann, so vergrößert, dass ein Auskoppelspiegel 6d des Laseroszillators 6a in einem entsprechend großen Abstand zum Laserkristall 6b angebracht werden kann.
Bei der in 6 dargestellten siebten Ausführungsform ist der Auskoppelspiegel 6d in der Fokussierlinse 7a des kollimierten Pumpstrahles 3 untergebracht.
Bei der in 7 dargestellten achten Ausführungsform wird als Auskoppelspiegel der entsprechend optisch beschichtete Güteschalterkristall verwendet, welcher in
7 entsprechend als Güteschalter-Auskoppelspiegel 6e gezeigt ist. Für nähere Einzelheiten zum Nutzen des Güteschalterkristalls als Auskoppelspiegel wird auf P. Peuser, N. P. Schmitt: Diodengepumpte Festkörperlaser, Springer Verlag 1995 verwiesen.
Bei der in 8 dargestellten neunten Ausführungsform ist der Auskoppelspiegel 6d im kollimierten Pumpstrahl 3 auf einem separaten Spiegelhalter – Justierhalterung 6f für Auskoppelspiegel – angebracht, der feinmechanisch justierbar ist. Die Pumpstrahlung 3 wird an dem Auskoppelspiegel 6d vorbei geleitet.
Die in 9 dargestellte zehnte Ausführungsform stellt dar, dass die gesamte Ausführung für den Auskoppelspiegel 6d auch als optisches Teil, beispielsweise eine Platte konstruiert sein kann, welcher hochtransmittierend für die Pumpstrahlung 3 und partiell transmittierend für die Laserstrahlung 8 des Laseroszillators 6a beschichtet ist.
Bei der in 10 dargestellten elften Ausführungsform ist die Fokussierlinse 7 für die Pumpstrahlung 3 am Ende des kollimierten Strahls so gestaltet, dass diese im Zentrum als partiell reflektierender Auskoppelspiegel 6d für die Laserstrahlung 8 ausgebildet ist.
Die vorgenannten Ausführungsbeispiele stellen lediglich beispielhafte Anordnungen für miniaturisierte Laserverstärkeranordnungen 12 mit entsprechenden optischen Umlenkeinrichtungen oder Linsensystemen dar.
Als laseraktive Materialien sind vorzugsweise Nd-dotierte Kristalle, wie z. B. Nd: YAG, Nd: YLF, Yb-dotierte Kristalle oder auch Tm- und Ho-dotierte Kristalle zu verwenden.
Die voranstehend beschriebenen Konfigurationen können außer für die Erzeugung von kurzen Laserpulsen prinzipiell auch als Oszillator-Verstärker-Anordnung für die Erzeugung kontinuierlicher oder quasi-kontinuierlicher Laserstrahlung oder auch Single-Frequency-Laserstrahlung verwendet werden, wenn der Güteschalterkristali 6c nicht eingesetzt wird oder der Laseroszillator 6a als Single-Frequency-Laser ausgebildet ist.
Durch die beschriebenen Maßnahmen wird erreicht, dass mit einem hohen Miniaturisierungsgrad ein leistungsstarker Laser mit hoher Strahlqualität entsteht, der die Leistung von vergleichbaren miniaturisierten Anordnungen nach dem Stand der Technik um wenigstens eine Größenordnung übertrifft. Weitere besondere Merkmale, insbesondere im Vergleich zu der Anordnung nach der US 6,512,630 B1 , sind:

• Der Laseroszillator 6a und der Laserverstärker 24 können unabhängig voneinander optimiert werden;
• Der im Laseroszillator 6a erzeugte Laserstrahl 8 wird unbeeinflusst von optischen Komponenten verstärkt;
• Die Zahl der pro Pumppuls emittierten Laserpulse kann unabhängig von der Verstärkerleistung eingestellt werden;
• Durch eine separate Anordnung des Auskoppelspiegels 6d kann der Resonator so verlängert werden, dass eine hohe Strahlqualität erreichbar wird.

1: Hochleistungsdiodenlaser
2: Optische Faser
3: Pumpstrahlung
4: Kollimatorlinse
5: Halterung für kleine Fokussierlinse
5a: kleine Fokussierlinse für den Laseroszillator
6: Halterung für Laseroszillator
6a: Laseroszillator
6b: Laserkristall
6c: Güteschalter(-kristall)
6d: Auskoppelspiegel
6e: Güteschalter-Auskoppelspiegel
6f: Justierhalterung für Auskoppelspiegel
6g: Rückseite des Auskoppelspiegels mit AR-Beschichtung
7: Fokussierlinse mit Durchbohrung
7a: Fokussierlinse mit Auskoppelspiegel
8: Laserstrahl
9: Verstärkerkristall
10: verstärkter Laserstrahl
11: Linsenblock
12: Laserverstärkeranordnung
14: Strecke
20: Pumpquelle
22: optische Umlenkeinrichtung
24: Laserverstärker

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6512630 B1 [0001, 0008, 0033, 0043, 0053]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- P. Peuser, N. P. Schmitt: „Diodengepumpte Festkörperlaser”, Springer Verlag, 1995 [0003]
- P. Peuser, W. Platz, P. Zeller, T. Brand, B. Köhler, M. Haag; Opt. Lett. 31 (2006) 1991 [0004]
- F. D. Teodoro et al., Opt. Lett. 27 (2002) 518 und R. L. Farrow et al., Opt. Lett. 31 (2006) 3423 [0007]
- P. Peuser, N. P. Schmitt: „Diodengepumpte Festkörperlaser”, Springer Verlag 1995 [0035]
- P. Peuser, N. P. Schmitt: Diodengepumpte Festkörperlaser, Springer Verlag 1995 [0046]

Claims

Miniaturisierte Laserverstärkeranordnung (20) mit: einer optischen Pumpquelle (20) zum Aussenden von Pumpstrahlung (3), einem Laseroszillator (6a), der durch einen Teil der Pumpstrahlung (3) zum Aussenden eines Laserstrahles (8) anregbar ist, einem Laserverstärker (24), der sowohl zum Empfangen des Laserstrahls (8) als auch der Pumpstrahlung (3) ausgebildet ist, um den Laserstrahl (8) mittels der Pumpstrahlung zu verstärken, und einer optischen Umlenkeinrichtung (22) zum Leiten von Pumpstrahlung (3) zu dem Laserverstärker (24), dadurch gekennzeichnet, dass die optische Umlenkeinrichtung (22) einen Großteil der Pumpstrahlung (3) an dem Laseroszillator (6a) vorbei zu dem Laserverstärker (24) leitet, um sie dem Laserverstärker (24) zum Verstärken des Laserstrahles (8) zur Verfügung zu stellen.
Laserverstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Umlenkeinrichtung (22) eine Kollimator-Linseneinrichtung zum Kollimieren der Pumpstrahlung (3) derart aufweist, dass die Pumpstrahlung über eine definierte Strecke (14) im wesentlichen parallel oder quasi parallel verläuft.
Laserverstärkeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laseroszillator (6a) innerhalb oder an der definierten Strecke (14) angeordnet ist und einen Querschnitt aufweist, der wesentlich kleiner ist als der Querschnitt der durch die Umlenkeinrichtung (22) über die Strecke (14) geleiteten Pumpstrahlung (3).
Laserverstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimator-Linseneinrichtung eine Kollimatorlinse (4) oder eine als Kollimatorlinse wirkende Eintrittsfläche eines Linsenblocks (11) aufweist.
Laserverstärkeranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laseroszillator (6a) zentrisch zu der Pumpstrahlung (3) angeordnet ist.
Laserverstärkeranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laseroszillator (6a) einen Laserkristall (9) aufweist.
Laserverstärkeranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserkristall (9) mit einem passiven Güteschalterkristall (6c) verbunden ist.
Laserverstärkeranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laseroszillator (6a) an einer Halterung (6) angeordnet ist, durch die ein Großteil der Pumpstrahlung (3) am Laseroszillator (6a) vorbei hindurchtreten kann.
Laserverstärkeranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fokussierlinse (5a) mit kleinerem Durchmesser als der Durchmesser der Pumpstrahlung (3) vor einer Einkoppelfläche des Laseroszillators (6a) ange bracht ist, um einen Teil der Pumpstrahlung (3) in den Laseroszillator (6a) zu fokussieren.
Laserverstärkeranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Fokussierlinse mit kleinerem Durchmesser zu der Einkoppelfläche einstellbar und/oder variabel ist.
Laserverstärkeranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Umlenkeinrichtung (22) eine Fokussier-Linseneinrichtung aufweist, um einen an dem Laseroszillator (6a) vorbei geleiteten Teil der Pumpstrahlung (3) auf den Laserverstärker (24) zu fokussieren.
Laserverstärkeranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussier-Linseneinrichtung einen Durchlass zum durch die Fokussier-Linseneinrichtung unbeeinflussten Durchlass des Laserstrahles (8) von dem Laseroszillator (6a) zu dem Laserverstärker (24) hat.
Laserverstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussier-Linseneinrichtung eine Fokussierlinse (7, 7a) oder eine als Fokussierlinse wirkende Austrittsfläche eines Linsenblocks (11) hat.
Laserverstärkeranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpquelle (20) eine einzige Diodenlaser-Strahlquelle (1) aufweist.
Laserverstärkeranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpquelle (20) eine optische Faser (2) zum Einkoppeln der Pumpstrahlung aufweist.
Verwendung einer Laserverstärkeranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche: • als Basislaser für Roboter – getragene Lasersysteme, • als miniaturisierter Transmitter für LIDAR-Systeme, insbesondere an Luftfahrzeugen, • als Lasertransmitter für Weltraumanwendungen oder • zur Laserzündung in Motoren.