DE19946176A1 - Diodengepumpter Laser mit interner Frequenzverdopplung - Google Patents

Abstract

Bei einem diodengepumpten Laser mit interner Frequenzverdopplung besteht die Aufgabe, störende Leistungsschwankungen bei der mit Hilfe des nichtlinearen optischen Kristalls erzeugten Laserstrahlung zu Beginn der Leistungseinstellung mit einem einfachen und damit preisgünstigen Aufbau zu vermeiden, ohne daß sich leistungsmindernde Elemente im Resonator und thermische Effekte negativ auf das Laserverhalten auswirken. DOLLAR A Der Laser enthält als laseraktives Medium einen Festkörper mit einem vorwiegend parallel zur Resonatorachse gerichteten Temperaturgradienten. Die Umwandlung von Laserstrahlung einer Laser-Grundwellenlänge in Laserstrahlung einer anderen Wellenlänge erfolgt durch einen nichtlinearen optischen Kristall mit einer geringeren Effektivität, als diese zum Erreichen einer maximalen Leistung der umgewandelten Laserstrahlung notwendig ist. DOLLAR A Der Laser ist insbesondere für medizinische Zwecke verwendbar, wie z. B. im Bereich der Ophthalmologie zur Koagulation der Retina aber auch im Bereich der Dermatologie.

Description

Die Erfindung betrifft einen diodengepumpten Laser mit interner Frequenzverdopplung, bei dem innerhalb eines Laserresonators als aktives Medium ein Festkörper mit einem im wesentlichen parallel zur Resonatorachse gerichteten Temperaturgradienten und diesem im Strahlengang nachgeordnet, ein nichtlinearer optischer Kristall zur Umwandlung von Laserstrahlung einer Laser- Grundwellenlänge in Laserstrahlung einer anderen Wellenlänge vorgesehen sind.

Ein derartiger Laser ist beispielsweise nach [S. Erhard et al., Trends in Optics and Photonics Vol. 26, Advanced Solid-State Lasers, Martin M. Fejer, Hagop Injeyan, and Ursula Keller, eds. (Optical Society of America, Washington DC 1999), pp. 38-44] bekannt.

Die Umwandlung von Laserstrahlung einer Lasergrundwellenlänge in eine Laserstrahlung mit einer anderen Wellenlänge, wie z. B. die Erzeugung der zweiten Harmonischen mit Hilfe eines nichtlinearen optischen Kristalls ist aus verschiedenen prinzipiellen Gründen mit Problemen einer nichtlinearen Dynamik behaftet, woraus ein instabiles Verhalten der Ausgangleistung resultiert. Die Ursache für solche Instabilitäten sind von verschiedener Natur.

So führt die nichtlineare Kopplung der Lasermoden durch nichtlineare optische Prozesse im Frequenzverdopplerkristall zu Leistungsfluktuationen des Lasers, dem sogenannten "green problem", [T. Baer, J. Opt. Soc. Am. B3, 1175(1986)].

Der Aufbau von thermischen Linsen in Laserkristall und im Frequenzverdopplerkristall (KTP-Kristall) führt beim Einschalten zu einer komplexen Antwort der Ausgangsleistung als Funktion des Diodenstroms, da die thermische Linse die Lasermode im Resonator beeinflußt und damit die Effektivität der Frequenzverdopplung, die von der Intensität des Laserfeldes im Frequenzverdopplerkristall abhängt. Dies verhindert eine Stellbarkeit der Leistung über den Diodenstrom.

Die vom Stand der Technik angebotenen technischen Lösungen lösen nur Teilprobleme, ohne den Erfordernissen in ihrer Gesamtheit gerecht zu werden.

Zur Erzeugung stabiler Laserausgangsleistungen ist es bekannt, Laserresonatoren entweder im Vielmoden- (< 100) oder im Einmodenbetrieb arbeiten zu lassen.

Die US 5 446 749 sieht eine Laseranordnung mit besonders langem Resonator vor. Durch die Anregung vieler longitudinaler Moden wird ein amplitudenstabiler Betrieb erzielt. Die Ausgangsleistung des Lasers ist aufgrund der sich ausbildenden starken thermischen Linse in dem verwendeten Laserkristallslab nicht über den Diodenstrom stellbar, da zu Beginn der Leistungseinstellung eine Leistungsschwankung bei der erzeugten zweiten Harmonischen auftritt. Der besonders lange Resonator führt zu großen Abmessungen des derart hergestellten Lasers und ist mit einem hohen Kostenaufwand verbunden.

Für den Einmodenbetrieb ist es bekannt [S. Erhard et al., Trends in Optics and Photonics Vol. 26, Advanced Solid- State Lasers, Martin M. Fejer, Hagop Injeyan, and Ursula Keller, eds. (Optical Society of America, Washington DC 1999), pp. 38-44], die zweite Harmonische durch interne Frequenzverdopplung in einem Resonator eines sogenannten Yb : YAG-Scheibenlasers zu erzeugen, bei dem das verwendete laseraktive Festkörpermedium die Form einer dünnen Scheibe aufweist, deren Ausdehnung in Ausbreitungrichtung der Laserstrahlung (Laserachse) im Verhältnis zu den anderen Abmaßen stark reduziert ist. Gemäß der DE 43 44 227 A1 wird ein solcher Laserkristall mit einer senkrecht zur Laserausbreitungrichtung gerichteten Fläche an einem massiven Kühlelement befestigt. Dadurch entsteht im Kristall ein zur Laserachse vorwiegend paralleler Temperaturgradient, wodurch die Ausbildung einer störenden thermischen Linse stark reduziert wird. Der beschriebene Laser verwendet einen langen Resonators (ca. Im) mit einem unkritisch temperatur-phasenangepaßten LBO-Kristall als nichtlinearen optischen Kristall. Der Einmodenbetrieb wird in bekannter Weise dadurch erzwungen, daß zur Reduzierung der Anzahl der longitudinalen Moden Etalons und Doppelbrechnungsfilter in den Resonator gestellt sind. Diese sind teuer, sehr empfindlich zu justieren und verursachen resonatorinterne Verluste, wodurch sich die Effektivität des Lasers auf die angegebenen 15,5% verringert.

Zwar erzeugt die technische Lösung eine stabile Laserleistung, doch kann, auch diese nicht ohne Anfangsstörungen variiert werden. Ein steuerbarer Impulsbetrieb mit Impulslängen im Millisekundenbereich bis hin zu Dauerstrich, wie er für den medizinischen Einsatz, z. B. für Koagulationsbehandlungen am menschlichen Auge, zur Verfügung stehen muß, ist mit einer solchen Lösung nicht realisierbar. Auch die langen Resonatorabmessungen wirken sich störend für eine derartige Verwendung aus. Eine weitere Lösung wird in Form eines sogenannten Mikrochiplasers mit geringer Resonatorlänge und resonatorinternem nichtlinearen Kristall in der US 5 511 085 vorgestellt. Während ein Endpumpen die Zahl der transversalen Moden bereits begrenzt, reduzieren resonatorinterne Etaloneffekte das longitudinale Modenspektrum durch zusätzliche Beschichtungen auf dem Laserkristall oder dem nichtlinearen Kristall weiter. Starke thermische Effekte beanspruchen in erhöhtem Maße die optischen Elemente, begrenzen die Laserausgangsleistung und beschränken dadurch die Anwendungsbreite des Lasers. Auch die Justage der Anordnung ist dadurch erschwert.

Aufgabe der Erfindung ist es, störende Leistungsschwankungen bei der mit Hilfe des nichtlinearen optischen Kristalls erzeugten Laserstrahlung zu Beginn der Leistungseinstellung mit einem einfachen und damit preisgünstigen Aufbau zu vermeiden, ohne daß sich leistungsmindernde Elemente im Resonator und thermische Effekte negativ auf das Laserverhalten auswirken.

Die Aufgabe wird durch einen diodengepumpten Laser mit interner Frequenzverdopplung gelöst, bei dem innerhalb eines Laserresonators als laseraktives Medium ein Festkörper mit einem vorwiegend parallel zur Resonatorachse gerichteten Temperaturgradienten und diesem im Strahlengang nachgeordnet, ein nichtlinearer optischer Kristall zur Umwandlung von Laserstrahlung einer Laser- Grundwellenlänge in Laserstrahlung einer anderen Wellenlänge vorgesehen sind, indem die Umwandlung von Laserstrahlung der Laser-Grundwellenlänge in Laserstrahlung der anderen Wellenlänge mit einer geringeren Effektivität erfolgt, als diese zum Erreichen einer maximalen Leistung der umgewandelten Laserstrahlung notwendig ist.

Die Effektivität der Umwandlung kann im wesentlichen durch die Längenabmessungen des nichtlinearen optischen Kristalls entlang der Resonatorachse eingestellt werden und sollte in einen Bereich von 50%-90% der Effektivität gelegt sein, bei der die maximale Leistung der umgewandelten Laserstrahlung erreichbar ist.

Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen wird mit einem kompakten kurzen Resonator gearbeitet, in dem einige wenige Moden erzeugt werden und bei dem auf zusätzliche modenselektive Elemente verzichtet wird. Bekannterweise würde eine solche Maßnahme nicht zu einer stabilen Ausgangsleistung bei resonatorinterner Frequenzverdopplung führen. Diese Stabilität wird erst durch die geringe Umwandlungseffektivität mittels des in besonderer Weise ausgeführten nichtlinearen Kristalls erreicht.

Die Ausbildung des laseraktiven Mediums als scheibenförmiger Festkörper mit geringer Verstärkung und einem vorwiegenden Temperaturgradienten in Richtung der Resonatorachse bewirkt, daß die störende Wirkung einer thermischen Linse auf die Modenverteilung bereits stark herabgesetzt ist. Eine verbleibende Restwirkung einer sich in dem laseraktiven Medium trotz des vorwiegend parallel zur Resonatorachse gerichteten Temperaturgradienten ausbildenden thermischen Linse wird dadurch eliminiert, daß deren Brennweite größer eingestellt ist als die Resonatorlänge.

Das Scheibenlaserprinzip wird bei der vorliegenden Erfindung nicht dazu verwendet, höchste Strahlqualitäten für Hochleistungslaser im Dauerstrichbetrieb zu erzielen. Hier wird die Eigenschaft der Stabilität der thermischen Linse bei Änderungen der Pumpleistung ausgenutzt, die sowohl für den großen dynamischen Bereich, das heißt einen stabilen Betrieb bei sehr kleinen Leistungen von etwa 20 mW, aber auch bei sehr hohen Leistungen von etwa 4 W, als auch für die Schaltbarkeit (Einschaltvorgang) erforderlich ist.

Die Strahlqualität der mit Hilfe des nichtlinearen optischen Kristalls erzeugten Laserstrahlung ist durch eine Beugungsmaßzahl M² zwischen eins und zehn charakterisiert.

Als nichtlineare optische Kristalle können verschiedene Kristallarten verwendet werden. Vorteilhaft ist der Einsatz eines LBO-Kristalls mit einer Kristallänge von 2 mm-10 mm, durch den eine Frequenzverdopplung mit kritischer Winkel-Phasenanpassung erzeugt wird, was sich zusätzlich positiv auf die zu verwendende geringe Umwandlungseffektivität auswirkt.

Verwendet werden können auch KTP-Kristalle mit Typ II kritischer Winkel-Phasenanpassung und einer Kristallänge von 1 mm-5 mm oder LBO-Kristalle mit Typ I nichtkritischer Temperatur-Phasenanpassung und einer Kristallänge von 2 mm-10 mm.

Mit der Verkürzung der Kristallänge tritt beim KTP- Kristall ein gleichartiger Effekt auf wie bei dem scheibenförmigen Laserkristall, indem eine sich ausbildende thermische Linse in ihrer Wirkung geschwächt ist. Außerdem ist damit der Vorteil einer geringen Justageempfindlichkeit verbunden, wodurch auch eine kostengünstige Montage resultiert. Die Temperaturempfindlichkeit und die Minimierung der Absorptionsverluste sind weitere Eigenschaften kurzer Frequenzverdopplerkristalle, die zu Kostenvorteilen führen.

Vorteilhafterweise ist der Laserresonator durch einen als Auskoppelspiegel dienenden Faltspiegel gefaltet und weist eine Resonatorachse auf, die zur Vermeidung von Astigmatismus unter einem Einfallswinkel von weniger als 10° auf den Faltspiegel gerichtet ist.

Zum Pumpen empfiehlt sich eine Pumpanordnung mit mindestens einer Laserdiodenzeile, die entweder mit einer Faseroptik gekoppelt ist oder deren Pumpstrahlung mit einer Freistrahloptik übertragen wird.

Vorteilhaft ist es auch, wenn eine vom Resonatorinneren weggerichtete Endfläche des optisch nichtlinearen Kristalls zur Ausbildung eines Resonatorendspiegels mit einer für die Laser-Grundwelle und für die durch den nichtlinearen optischen Kristall erzeugte zweite Harmonische hochreflektierenden dielektrischen Beschichtung versehen ist.

Zur Verringerung von Verlusten sollte die Resonatorachse senkrecht auf parallel zueinander gearbeiteten Kristallflächen des laseraktiven Mediums und des nichtlinearen optischen Kristalls gerichtet sein.

Für das laseraktive Medium sind verschiedene Festkörper, wie Nd : YVO₄ mit einer Nd-Dotierung von 0,5%-2% und Nd : YAG- mit einer Nd-Dotierung 0,5%-1,5% geeignet.

Verwendet werden können auch Nd : YALO-, Nd : YLF- oder Nd : LSB-Kristalle.

Mit der Erfindung ist ein kompakter und kostengünstiger Aufbau zu realisieren, bei dem amplitudenstabile Ausgangsleistungen mit Schwankungen von höchstens 5% erreichbar sind. Über den Diodenstrom sind eine Laserausgangsleistung in einem Bereich von 10 mW bis 4 W und eine Rechteckimpulsdauer zwischen 10 ms und Dauerstrich einstellbar, d. h. eine vorgewählte Ausgangsleistung kann in etwa 1 ms stabil erreicht werden. Eine hohe Gesamteffektivität wird durch die geringe Anzahl von resonatorinternen, zu Verlusten führenden Elementen erreicht. Aufgrund der Vermeidung starker thermischer Effekte ist die Lösung gemäß der Erfindung auch für höhere Laserausgangsleistungen geeignet, wie sie z. B. für Anwendungen in der Dermatologie erforderlich sind.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen ersten Laser-Aufbau

Fig. 2 die Beziehung zwischen der Umwandlungseffektivität bei der Frequenzumwandlung mit Hilfe des nichtlinearen Kristalls und der zu erzielenden Leistung der umgewandelten Laserstrahlung

Fig. 3 eine typische Laser-Kennlinie für einen Laser gemäß der Erfindung

Fig. 4 einen Pulsformenvergleich zwischen dem zur Leistungssteuerung dienenden Diodenstrom und der Einstellung der Laserausgangsleistung

Fig. 5 einen zweiten Laser-Aufbau

Der in Fig. 1 dargestellte Laser-Aufbau enthält im Resonator als aktives Medium einen als Laserkristallscheibe ausgebildeten Nd : YVO4-Laserkristall 1, von dessen Abmessungen (0,4 mm × 4 mm × 4 mm) sich die geringste Abmessung von 0,4 mm in Richtung der Resonatorachse X₁-X₁ ausdehnt. Nicht dargestellt ist ein Kühlelement, auf dem die Laserkristallscheibe mit ihrer vom Resonatorinneren weggerichteten großflächigen Seite befestigt ist und das zur Erzeugung eines vorwiegend parallel zur Resonatorachse X₁-X₁ gerichteten Temperaturgradienten in dem Festkörpermedium dient. Als Frequenzvervielfacherelement ist in dem Resonator als einziges resonatorinternes Element ein nichtlinearer optischer Kristall 2 in Form eines KTP-Kristalls mit Typ II kritischer Winkelphasenanpassung angeordnet, dessen Abmessungen 2 mm × 3 mm × 3 mm betragen. Zur Verringerung von Verlusten sind die Flächen in jedem der Kristalle 1 und 2, auf die Laserstrahlung auftrifft, parallel zueinander gearbeitet und senkrecht zur Resonatorachse X₁- X₁ ausgerichtet.

Auch bei dem nichtlinearen optischen Kristall verläuft die kürzeste Ausdehnung in Richtung der Resonatorachse X₁-X₁, wodurch ein sehr geringer Grad der Umwandlung von Laserstrahlung der Grundwellenlänge in die zweite Harmonische durch nichtlineare Auskopplung erzielt wird. Andere Möglichkeiten, den Grad der Umwandlung einzustellen, sind durch das Resonatordesign und durch den nichtlinearen optischen Kristall mit seinen nichtlinearen optischen Koeffizienten bestimmt. Fig. 2 verdeutlich den Zusammenhang zwischen dieser Umwandlungseffektivität η_SHG und der erzielbaren Leistung der zweiten Harmonischen P_SHG. Es wird deutlich, daß die Leistung mit zunehmender Umwandlungseffektivität η_SHG (nichtlinearer Auskoppelgrad) zunächst steigt bis bei einer optimalen Umwandlungseffektivität η_OPT ein Leistungsmaximum P_MAX erreicht wird. Eine weitere Steigerung der Umwandlungseffektivität η_SHG ist mit einer Leistungsverringerung verbunden. Gemäß der Erfindung wird für den Laseraufbau eine erheblich kleinere Umwandlungseffektivität η_SHG als die optimale Umwandlungseffektivität η_OPT gewählt, wodurch die Umwandlung in einen weniger effektiven Bereich gelegt wird, bei dem das Verhältnis der Strahlungsleistung der erzeugten zweiten Harmonischen zur umlaufenden Strahlungsleistung der Lasergrundwelle relativ klein ist. Bevorzugt auszuwählen ist ein Bereich von 50%-90% der optimalen Umwandlungseffektivität η_OPT. Wird dieser bevorzugte Bereich noch weiter unterschritten, wird zwar die nichtlineare Dynamik immer gutartiger aber die Leistung der zweiten Harmonischen zu gering.

Ein derartig gewählter Bereich für die Umwandlungseffektivität η_SHG steht zwar im Gegensatz zu der üblichen Verfahrensweise, bei der mit optimaler Umwandlungseffektivität η_OPT gearbeitet wird, so daß bei möglichst geringer Grundwellenleistung eine hohe Leistung P_SHG für die zweite Harmonische erzielt wird. Doch läßt sich durch die Maßnahme der Wahl einer niedrigen Umwandlungseffektivität, insbesondere durch die Verwendung einer kurzen Kristallänge für den nichtlinearen optischen Kristall auch bei höheren Leistungen ein stabiles Laserverhalten erreichen. Die dennoch erzielbare hohe Gesamteffektivität bei der Umwandlung von optischer Pumpleistung P_pump in optische Ausgangsleistung P_SHG des Lasers von über 25% (Fig. 3) liegt darin begründet, daß es mit der Erfindung möglich wird, zu Verlusten führende Elemente aus dem Resonator zu eliminieren. Fig. 3 widerspiegelt eine stetige, zeitlich stabile und exemplarmäßig reproduzierbare, streng monoton steigende Laserkennlinie.

Zur Auskopplung der von dem nichtlinearen optischen Kristall 2 durch Halbierung der Grundwellenlänge von 1064 nm erzeugten, im grünen Spektralbereich liegenden zweiten Harmonischen dient ein konkaver Auskoppelspiegel 3, dessen Krümmungsradius so gewählt ist, daß gewünschte Strahltaillen in beiden Kristallen 1 und 2 eingestellt werden. Der Auskoppelspiegel 3 ist hochreflektierend für 1064 nm und hochtransmittierend für 532 nm ausgelegt. Die von dem Nd : YVO₄-Kristall 1 erzeugte Grundwelle besitzt eine Polarisationsrichtung 4, die mit der in der Horizontalen verlaufenden Polarisationrichtung 5 der zweiten Harmonischen einen Winkel von 45° einschließt. Da die kristallographische C-Achse, die auch Polarisationsachse ist, in einem Winkel von 45° zur horizontalen Resonatorebene geneigt ist, kann der Phasenanpassungswinkel durch eine Drehung des Typ II phasenangepaßten KTP-Kristalls 2 bei senkrechter Anordnung der kristallographischen z-Achse des nichtlinearen Kristalls zur Resonatorebene um eine zur Resonatorebene vertikale gerichtete Achse Y-Y eingestellt werden.

Zum Pumpen des Nd : YVO₄-Kristalls 1 ist eine Pumpanordnung vorgesehen, bei der Laserdiodenpumpstrahlung über eine Faseroptik 6 mit Hilfe eines konkaven Spiegels 7 auf den Kristall 1 gerichtet ist. Der Spiegel 7 und ein weiterer konkaver Spiegel 8 sind so angeordnet, daß insgesamt 4 Durchgänge der Pumpstrahlung durch den scheibenförmigen Kristall 1 ermöglicht werden. Die Pumpleistungsdichte muß so gewählt werden, daß die Brennweite einer sich trotz des vorwiegend parallel zur Resonatorachse X₁-X₁ gerichteten Temperaturgradienten bildenden thermischen Linse für alle Pumpleistungen wesentlich größer wird als die Resonatorlänge. Dadurch wird die Resonatormode und auch die Ausgangsleistung nur in geringem Maße beeinflußt. Geeignete Pumpleistungsdichten liegen z. B. unterhalb 1,5 kW/cm², sich ausbildende thermische Linsen sollten Brennweiten von z. B. 1-4 m bei einer Resonatorlänge von 100 mm haben. Von einer möglichen Resonatorlänge von 50 bis 250 mm wurde im vorliegenden Beispiel eine Länge von 200 mm gewählt, die begrenzt wird durch eine hochreflektierende Beschichtung der mit dem Kühlelement verbundenen großflächigen Seite der Laserkristallscheibe und den konkaven Auskoppelspiegel 3.

Die Ausgangsleistung P_SHG des erfindungsgemäßen Lasers besitzt den in Fig. 4 gezeigten Verlauf. Es wird deutlich, daß störende Leistungsschwankungen zu Beginn der Leistungseinstellung mit Hilfe des ebenfalls dargestellten Diodenstromes der zum Pumpen verwendeten Laserdiode eliminiert sind.

In einer zweiten Ausführung der Erfindung gemäß Fig. 5 wird ein V-förmig gefalteter Laserresonator mit einem als Auskoppelspiegel dienenden Faltspiegel 9 und einem Endspiegel 10 verwendet, der resonatorintern wiederum als einziges Element einen nichtlinearen optischen Kristall 11, hier einen LBO-Kristall, enthält. Auch die Resonatorachse X₂-X₂ ist zur Verringerung von Verlusten senkrecht auf parallel zueinander gearbeitete Kristallflächen der Kristalle 11 und 12 gerichtet. Das laseraktive Medium 12 gleicht in seiner Art und seinem konstruktiven Aufbau der Ausführung nach Fig. 1, wobei auch hier gilt, daß die Erfindung nicht auf einen Nd : YVO₄- Laserkristall beschränkt ist. Für eine Anwendung können neben dem Nd : YVO₄ mit einer Nd-Dotierung von 0,5%-2% beispielhaft auch Nd : YAG (Dotierung 0,5%-1,5%), Nd : YAlO, Nd : YLF oder Nd : LSB genannt werden. Mit 13 und 14 sind die Polarisationsrichtungen der Laser-Grundwelle und der zweiten Harmonischen bezeichnet. Die Pumpanordnung bei diesem Laseraufbau besteht aus mindestens einer Laserdiodenzeile 15, deren Laserstrahlung durch üblicherweise zu verwendende optische Abbildungelemente, wie eine senkrecht zur Ebene des p-n-Überganges wirkende zylindrische Kollimationslinse 16 und eine asphärische Linse 17 auf den Kristall 11 gerichtet ist. Letztere ist vorteilhafterweise auf zwei Seiten derart abgeschliffen, daß ein Strahlungseinfallswinkel von 10°-30° auf den Kristall 11 realisiert werden kann. Für einen 3. und 4. Durchgang der Pumpstrahlung durch den Kristall 11 wird ein sphärischer Spiegel 18 in geeigneter Weise so angeordnet, daß die Pumpstrahlung nach ihrem Austritt aus dem Kristall 11 wieder in sich selbst zurückreflektiert wird. Der elliptische Pumpfokus wird mit einem solchen großen Halbmesser eingestellt, wie er erforderlich ist, um bei einem kurzen Resonator von 50 mm-250 mm Länge eine Strahlqualität einzustellen, die durch eine Beugungsmaßzahl von M² < 5 charakterisiert ist. Für den Verwendungszweck ausreichend ist es jedoch auch, wenn die Beugungsmaßzahl M² in einem Bereich von 1 bis 10 liegt. Zur Anwendung des erfindungsgemäßen Lasers in der Medizin, insbesondere zur Koagulation der Retina, sind Strahlqualitäten erforderlich, bei denen der Applikationsspot durch seine Homogenität einen ausreichend guten Koagulationseffekt erzeugen kann. Gleichfalls muß eine effektive Einkopplung und Auskopplung von mindestens 90% der erzeugten frequenzverdoppelten Laserstrahlung in eine dem Laserausgang nachgeschaltete nichtvergütete Glasfaser gewährleistet sein.

Der kritisch phasenangepaßte LBO-Kristall sollte eine Länge von 2 mm bis 10 mm aufweisen, wodurch eine geringe nichtlineare Auskopplung der frequenzverdoppelten Strahlung aus der Laser-Grundwelle und folglich geringe nichtlineare Fluktuationen der Laserausgangsleistung resultieren. Es ist auch möglich, den nichtlinearen optischen Kristall analog der Scheibenlasertechnologie als dünne Scheibe auszubilden.

Obwohl durch die kritische Winkelphasenanpasung zusätzlich eine, gemäß der Erfindung wünschenswerte Herabsetzung der nichtlinearen Umwandlungseffektivität hervorgerufen wird, ist es auch möglich, den LBO-Kristall mit der sonst üblichen unkritischen Temperaturphasenanpassung zu verwenden.

Anstatt der Verwendung eines Endspiegels 10 ist es auch möglich, den nichtlinearen optischen Kristall 11 an seiner Endfläche durch Verwendung einer dielektrischen Beschichtung hochreflektierend für die Lasergrundwelle und die zweite Harmonische auszubilden.

Dem Fachmann ist bekannt, daß alternativ auch ein Resonator mit einer internen Linse verwendet werden kann oder ein einfacher linearer Zwei-Spiegel-Resonator, der so dimensioniert wird, daß optimale Strahltaillen gleichzeitig im Laserkristall und im nichtlinearen optischen Kristall entstehen, wobei der Laserkristall auch als Faltspiegel dienen kann. Es können auch die Endflächen der optisch aktiven Elemente des Resonators als abbildende Flächen ausgeführt sein.

Claims (18)

1. Diodengepumpter Laser mit interner Frequenzverdopplung, bei dem innerhalb eines Laserresonators als laseraktives Medium ein Festkörper mit einem vorwiegend parallel zur Resonatorachse gerichteten Temperaturgradienten und diesem im Strahlengang nachgeordnet, ein nichtlinearer optischer Kristall zur Umwandlung von Laserstrahlung einer Laser- Grundwellenlänge in Laserstrahlung einer anderen Wellenlänge vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung von Laserstrahlung der Laser- Grundwellenlänge in Laserstrahlung der anderen Wellenlänge mit einer geringeren Effektivität (η_SHG) erfolgt, als diese zum Erreichen einer maximalen Leistung (P_MAX) der umgewandelten Laserstrahlung notwendig ist.

2. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Effektivität der Umwandlung (η_SHG) in einen Bereich von 50%-90% der Effektivität gelegt ist, bei der die maximale Leistung (P_MAX) der umgewandelten Laserstrahlung erreichbar ist.

3. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlungseffektivität (η_SHG) im wesentlichen durch die Längenabmessungen des nichtlinearen optischen Kristalls (2, 11) entlang der Resonatorachse (X₁-X₁, X₂-X₂) eingestellt ist.

4. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermische Linse, die sich in dem laseraktiven Medium trotz des vorwiegend parallel zur Resonatorachse (X₁-X₁, X₂-X₂) gerichteten Temperaturgradienten ausbildet, eine Brennweite aufweist, die größer ist als die Resonatorlänge.

5. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlqualität der mit Hilfe des nichtlinearen optischen Kristalls (2, 11) erzeugten Laserstrahlung durch eine Beugungsmaßzahl M² zwischen eins und zehn charakterisiert ist.

6. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlinearer optischer Kristall (11) ein LBO-Kristall mit einer Kristallänge von 2 mm-10 mm verwendet wird, durch den eine Frequenzverdopplung mit kritischer Winkel- Phasenanpassung erzeugt wird.

7. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlinearer optischer Kristall (2) ein KTP-Kristall mit Typ II kritischer Winkel-Phasenanpassung und einer Kristallänge von 1 mm -5 mm dient.

8. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare optische Kristall als LBO-Kristall mit Typ I nichtkritischer Temperatur- Phasenanpassung und einer Kristallänge von 2 mm-10 mm ausgebildet ist.

9. Diodengepumpter Laser nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserresonator durch einen als Auskoppelspiegel dienenden Faltspiegel (9) gefaltet ist und eine Resonatorachse (X₂-X₂) aufweist, die unter einem Einfallswinkel von weniger als 10° auf den Faltspiegel (9) gerichtet ist.

10. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Pumpanordnung mindestens eine Laserdiodenzeile verwendet wird, die mit einer Faseroptik (6) gekoppelt ist.

11. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Pumpanordnung mindestens eine Laserdiodenzeile (15) mit einer Freistrahloptik (16, 17) zur Übertragung der Pumpstrahlung verwendet wird.

12. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Resonatorinneren weggerichtete Endfläche des nichtlinearen optischen Kristalls (2, 11) zur Ausbildung eines Resonatorendspiegels mit einer für die Laser-Grundwelle und für die durch den nichtlinearen optischen Kristall (2, 11) erzeugte zweite Harmonische hochreflektierenden dielektrischen Beschichtung versehen ist.

13. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatorachse (X₁-X₁, X₂-X₂) senkrecht auf parallel zueinander gearbeiteten Kristallflächen des laseraktiven Mediums und des nichtlinearen optischen Kristalls (2, 11) gerichtet ist.

14. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als laseraktives Medium ein Nd : YVO₄-Kristall mit einer Nd-Dotierung von 0,5%-2% dient.

15. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als laseraktives Medium ein Nd : YAG- Laserkristall mit einer Nd-Dotierung 0,5%-1,5% dient.

16. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nd : YALO-Kristall als laseraktives Medium dient.

17. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nd : YLF-Kristall als laseraktives Medium dient.

18. Diodengepumpter Laser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nd : LSB-Kristall als laseraktives Medium dient.