DE19955599A1 - Laser mit Wellenlängenumwandlung und Bearbeitungsvorrichtung mit einem solchen Laser - Google Patents

Abstract

Laser mit Wellenlängenumwandlung zum Erzeugen eines Summenfrequenzlaserstrahls, mit einem Laserresonator (1), einem aktiven Festkörperlasermedium (3), einen Wellenlängenumwandlungskristall (6) zum Erzeugen einer zweiten Harmonischen und einem Wellenlängenumwandlungskristall (7) zum Erzeugen einer Summenfrequenz, wobei die Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls (6) entlang der optischen Achse kürzer vorgegeben ist als diejenige des die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls (7).

Description

Die Erfindung betrifft einen Laser mit Wellenlängenumwand­ lung, der einen Summenfrequenzlaserstrahl hoher Ausgangslei­ stung und hoher Fokussierbarkeit auf stabile Weise mit hoher Reproduzierbarkeit erzeugen kann, sowie eine Laser-Bearbei­ tungsvorrichtung.

Fig. 15 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausbildung eines herkömmlichen Lasers mit Wellenlängenumwandlung zeigt, der beispielsweise in der JP-OS 148096/1975 (Tokukaishou 50-148096) gezeigt ist. In Fig. 15 bezeichnet 1 einen Laser­ resonatorspiegel mit hohem Reflexionsvermögen in bezug auf einen Grundlaserstrahl, 3 ist ein aktives Festkörperlaserme­ dium, 6c ist ein Wellenlängenumwandlungskristall zur Erzeu­ gung von zweiten Harmonischen, 7c ist ein Umwandlungskristall zur Erzeugung einer Summenfrequenz (Erzeugung von dritten Harmonischen).

9 ist ein Laserresonatorspiegel mit hohem Reflexionsvermögen in bezug auf den Laserstrahl der zweiten Harmonischen und den Grundlaserstrahl, und 18 ist ein Spiegel, der hohes Reflexionsvermögen für den Grundlaserstrahl und außerdem einen hohen Durchlaßgrad für den Laserstrahl der zweiten Harmonischen und den Summenfrequenzlaserstrahl hat.

Bei dem in Fig. 15 gezeigten Laser mit Wellenlängenumwandlung wird ein Grundlaserstrahl, der von einem Laserresonator erzeugt wird, der aus den Laserresonatorspiegeln 1, 9 und dem Spiegel 18 sowie dem aktiven Festkörperlasermedium 3 besteht, von dem im Inneren des Laserresonators angeordneten Wellen­ längenumwandlungskristall 6c für die Erzeugung der zweiten Harmonischen in einen Laserstrahl der zweiten Harmonischen teilweise umgewandelt, sowie ein Teil des so erzeugten Laser­ strahls der zweiten Harmonischen sowie ein Teil des Grundlaserstrahls werden von dem die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall 7c in einen Laserstrahl der dritten Harmonischen umgewandelt, der als Summenfrequenzlaserstrahl dient.

Der Laserstrahl der zweiten Harmonischen (2ω), der nicht in der Wellenlänge umgewandelt wurde, und der Laserstrahl der dritten Harmonischen (3ω) werden aus dem Spiegel 18 extra­ hiert. Bei dem oben beschriebenen Laser mit Wellenlängenum­ wandlung, bei dem der die Summenfrequenz erzeugende Wellen­ längenumwandlungskristall und der die zweite Harmonische er­ zeugende Wellenlängenumwandlungskristall in dem Laserresona­ tor angeordnet sind, um den Summenfrequenzlaserstrahl zu er­ zeugen, wird der Ausgangswert des Summenfrequenzlaserstrahls dadurch maximiert, daß abwechselnd der Winkel und die Tempe­ ratur der jeweiligen Wellenlängenumwandlungskristalle ju­ stiert werden.

In dem in Fig. 15 gezeigten Fall ist der Laser mit Wellenlän­ genumwandlung zum Erzeugen des Sunmenfrequenzlaserstrahls aufgebaut durch Einsetzen des die zweite Harmonische erzeu­ genden Wellenlängenumwandlungskristalls und des die Summen­ frequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls in den Laserresonator.

Der Wirkungsgrad der Wellenlängenumwandlung ist jedoch in Ab­ hängigkeit von dem Winkel und der Temperatur des Wellenlän­ genumwandlungskristalls unterschiedlich, was dazu führt, daß auch die Eigenschaften des Grundlaserstrahls innerhalb des Laserresonators schwanken können; es ist also schwierig, eine solche Vorrichtung mit hoher Reproduzierbarkeit aufzubauen.

Die Komplexität und die Schwierigkeiten beim Aufbau einer solchen Vorrichtung sind weit größer als beim Bau einer Grundlaserstrahl-Erzeugungsvorrichtung und einer Laserstrah­ lerzeugungsvorrichtung für die zweite Harmonische, da hier nur ein Wellenlängenumwandlungskristall im Inneren des Laser­ resonators vorhanden ist.

Außerdem zeigt das Patent Nr. 26 54 728 etc. Laser mit Wellen­ längenumwandlung, bei denen ein Wellenlängenumwandlungs­ kristall im Inneren des Laserresonators angeordnet ist; wie bei dem Beispiel von Fig. 15 ist es jedoch auch bei Anwendung dieser Vorrichtungen schwierig, eine Vorrichtung mit hoher Reproduzierbarkeit bereitzustellen.

Die beschriebene Komplexität hinsichtlich der Schwankung der Ausgangsleistung des Lasers mit Wellenlängenumwandlung, die von dem Winkel und der Temperatur der Wellenlängenumwand­ lungskristalle und von bei der Herstellung der Vorrichtung unvermeidlichen Faktoren, wie z. B. Unterschieden der Teile und der Fähigkeiten einzelner Bearbeiter abhängig ist, machen die Herstellung und Massenfertigung von Lasern mit Wellenlän­ genumwandlung in Fertigungsanlagen usw. schwierig. Komplexe Bearbeitungsvorgänge, die für die Herstellung und die War­ tungsarbeiten an der Vorrichtung erforderlich sind, steigern die Fertigungskosten noch weiter. Außerdem werden Facharbei­ ter benötigt.

Wenn ein Laserstrahl, der von dem oben angegebenen Laser mit Wellenlängenumwandlung erzeugt wird, zum maschinellen Bear­ beiten eingesetzt wird, müssen dann, wenn ein Bestandteil des Lasers (etwa ein Halbleiterlaser und eine Lampe für eine Pumplichtquelle, ein Wellenlängenumwandlungskristall und ein optisches Teil wie etwa ein Spiegel) beschädigt ist und eine Auswechslung notwendig macht, zeitaufwendige Justierungen an der Optik und dem Resonator durchgeführt werden, und manchmal ist es schwierig, auch bei maschineller Bearbeitung unter den gleichen Betriebsbedingungen das gleiche Bearbeitungsergebnis wie vor der Reparatur zu erzielen, da der Laser nicht den gleichen Zustand wie vor der Reparatur reproduziert.

Der Laser mit Wellenlängenumwandlung gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung, der ein Laser mit Wellenlängenumwand­ lung zum Erhalt eines Summenfrequenzlaserstrahls ist, bei dem ein Wellenlängenumwandlungskristall zum Erzeugen einer zwei­ ten Harmonischen und ein die Summenfrequenz erzeugender Wel­ lenlängenumwandlungskristall im Inneren eines Laserresonators angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wellen­ längenumwandlungskristall zum Erzeugen der zweiten Harmoni­ schen kürzer als der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlän­ genumwandlungskristall ist.

Der Laser nach Anspruch 2, der dem Laser nach Anspruch 1 ent­ spricht, ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß der die Sum­ menfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall als Wellenlängenumwandlungskristall zum Erzeugen der dritten Har­ monischen dient.

Der Laser nach Anspruch 3, der dem Laser nach Anspruch 1 ent­ spricht, ist dadurch gekennzeichnet, daß der die Summenfre­ quenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall aus einer Vielzahl von Wellenlängenumwandlungskristallen besteht.

Der Laser nach Anspruch 4, der dem Laser nach Anspruch 3 ent­ spricht, ist dadurch gekennzeichnet, daß die die Summenfre­ quenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalle zwei Wel­ lenlängenumwandlungskristalle sind, so daß ein Laserstrahl der vierten Harmonischen erzeugt wird.

Der Laser nach Anspruch 5, der dem Laser mit Wellenlängenum­ wandlung von Anspruch 1 entspricht, ist dadurch gekennzeich­ net, daß der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenum­ wandlungskristall zwischen dem aktiven Festkörperlasermedium und dem Wellenlängenumwandlungskristall zur Erzeugung der zweiten Harmonischen angeordnet ist.

Der Laser nach Anspruch 6, der dem Laser mit Wellenlängenum­ wandlung nach Anspruch 1 entspricht, ist dadurch gekennzeich­ net, daß ein Resonatorgütefaktor-Modulationselement in einem Laserresonator angeordnet ist.

Der Laser nach Anspruch 7, der dem Laser mit Wellenlängenum­ wandlung von Anspruch 1 entspricht, ist dadurch gekennzeich­ net, daß eine Einrichtung eingebaut ist, die den Winkel von wenigstens einem der Wellenlängenumwandlungskristalle mit einer Präzision von nicht mehr als ±0,1° feinjustieren kann.

Ferner ist der Laser nach Anspruch 8, der dem Laser mit Wel­ lenlängenumwandlung von Anspruch 1 entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung eingebaut ist, die die Temperatur von wenigstens einem der Wellenlängenumwandlungs­ kristalle mit einer Präzision von nicht mehr als ±0,5°C feinjustieren kann.

Der Laser nach Anspruch 9, der dem Laser mit Wellenlängenum­ wandlung von Anspruch 1 entspricht, ist ferner dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Polarisationssteuerungselement im Inneren des Laserresonators angeordnet ist.

Der Laser nach Anspruch 10, der dem Laser mit Wellenlängenum­ wandlung von Anspruch 1 entspricht, ist dadurch gekennzeich­ net, daß als das aktive Festkörperlasermedium Nd : YAG oder Nd : YLF oder Nd : YVO₄ verwendet wird.

Der Laser nach Anspruch 11, der dem Laser mit Wellenlängenum­ wandlung von Anspruch 1 entspricht, ist dadurch gekennzeich­ net, daß ein LBO(LiB₃O₅)-Kristall wenigstens als entweder der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenumwandlungs­ kristall oder als der die Summenfrequenz erzeugende Wellen­ längenumwandlungskristall verwendet wird.

Der Laser nach Anspruch 12, der dem Laser mit Wellenlängenum­ wandlung von Anspruch 1 entspricht, ist ferner dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mittlere Ausgangsleistung des Summen­ frequenzlaserstrahls nicht kleiner als 1 W ist.

Der Laser nach Anspruch 13, der dem Laser mit Wellenlängenum­ wandlung von Anspruch 1 entspricht, ist weiterhin dadurch ge­ kennzeichnet, daß der die zweite Harmonische erzeugende Wel­ lenlängenumwandlungskristall und der die Summenfrequenz er­ zeugende Wellenlängenumwandlungskristall in einem integrier­ ten Wellenlängenumwandlungselement so ausgebildet sind, daß die Temperatur oder der Winkel des die zweite Harmonische er­ zeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls und des die Sum­ menfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls in­ tegral verändert werden.

Die Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 14 ist eine Laser- Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Bearbeitungsob­ jekts unter Verwendung eines Laserstrahls von einem Laser mit Wellenlängenumwandlung, der von dem in Anspruch 1 angegebenen Laser mit Wellenlängenumwandlung erzeugt wird, als Licht­ quelle.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine Anordnung des Lasers mit Wellenlängenumwandlung der Ausführungsformen 1 bis 8 gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der mittleren Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmo­ nischen von einem Winkel des Wellenlängenumwand­ lungskristalls im Fall einer außerhalb des Hohlraums erfolgenden Frequenzumwandlung zeigt, wobei ein Fre­ quenzumwandlungskristall außerhalb des Resonators angeordnet ist;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Kristallwinkelabhängigkeit der Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmo­ nischen im Fall der im Hohlraum erfolgenden Fre­ quenzumwandlung zeigt, wobei ein Frequenzumwand­ lungskristall in dem Resonator angeordnet ist;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Kristallwinkelabhängigkeit der mittleren Ausgangsleistung des Summenfrequenzlaser­ strahls zeigt, der unter Verwendung des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskri­ stalls und des die Summenfrequenz erzeugenden Wel­ lenlängenumwandlungskristalls erzeugt wird, die in dem Laserresonator angeordnet sind;

Fig. 5 ein Diagramm der Kristallwinkelabhängigkeit der mittleren Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen im Fall der Verwendung eines langen, die zweite Harmonische erzeugenden Frequenz­ umwandlungskristalls;

Fig. 6 ein Diagramm der Kristallwinkelabhängigkeit der Leistung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen im Fall der Verwendung eines kurzen, die zweite Har­ monische erzeugenden Frequenzumwandlungskristalls;

Fig. 7 ein Diagramm der Kristallwinkelabhängigkeit der mittleren Ausgangsleistung des Summenfrequenzlaser­ strahls im Fall der Verwendung eines langen, die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwand­ lungskristalls;

Fig. 8 ein Diagramm der Kristallwinkelabhängigkeit der mittleren Ausgangsleistung des Summenfrequenzlaser­ strahls im Fall der Verwendung eines kurzen, die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwand­ lungskristalls;

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Änderung der Lei­ stung des Summenfrequenzlaserstrahls in Abhängigkeit von der Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls;

Fig. 10 eine Anordnung der neunten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 eine Anordnung der zehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 eine Anordnung der elften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13 eine Anordnung der zwölften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 eine Anordnung der dreizehnten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 15 eine Anordnung eines herkömmlichen Lasers mit Wel­ lenlängenumwandlung.

AUSFÜHRUNGSFORM 1

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau der Ausführungsform 1 der Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Laserresonatorspie­ gel, der in bezug auf einen Grundlaserstrahl 2 ein hohes Re­ flexionsvermögen hat, 2 ist ein Polarisator, wie etwa eine Brewstersche Platte, zur Steuerung der Polarisation des Grundlaserstrahls im Inneren des Resonators, 3 ist ein akti­ ves Festkörperlasermedium, 4 ist ein Spiegel, der für den Grundlaserstrahl hohes Reflexionsvermögen und außerdem einen hohen Durchlaßgrad für den Laserstrahl der zweiten Harmoni­ schen hat.

5 ist ein Spiegel, der einen hohen Durchlaßgrad für den Sum­ menfrequenzlaserstrahl und außerdem ein hohes Reflexionsver­ mögen für den Laserstrahl der zweiten Harmonischen und den Grundlaserstrahl hat, 6 ist ein die zweite Harmonische erzeu­ gender Wellenlängenumwandlungskristall zum Erzeugen eines Laserstrahls der zweiten Harmonischen.

7 ist ein Summenfrequenzerzeugungs-Wellenlängenurnwandlungs­ kristall zum Erzeugen des Summenfrequenzlaserstrahls (oder des Laserstrahls der dritten Harmonischen), 8 ist eine Güte­ schalteinrichtung, die als Resonatorgütefaktor-Modulations­ element dient, und 9 ist ein Laserresonatorspiegel mit hohem Reflexionsvermögen für den Grundlaserstrahl und den Laser­ strahl der zweiten Harmonischen. 20 bezeichnet ferner eine optische Achse der Laserschwingung.

Wie die Figur zeigt, ist die Länge l_{2 ω}, in Richtung der opti­ schen Achse des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlän­ genumwandlungskristalls 6 kürzer als die Länge l_{3 ω}, in Rich­ tung der optischen Achse des die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls 7 eingestellt.

In dem in Fig. 1 gezeigten Laser mit Wellenlängenumwandlung wird ein linear polarisierter Grundimpulslaserstrahl erzeugt von den Laserresonatorspiegeln 1 und 9, die einen Laserreso­ nator bilden, den Spiegeln 4 und 5, die als Umlenkspiegel in bezug auf den Grundstrahl dienen, dem aktiven Festkörper­ lasermedium 3, dem Polarisator 2 und der Güteschalteinrich­ tung 8, und ein Teil dieses Strahls wird von dem die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall 6, der im Inneren des Laserresonators angeordnet ist, in einen Laserstrahl der zweiten Harmonischen umgewandelt.

Ein Teil des so erzeugten Laserstrahls der zweiten Harmoni­ schen und ein Teil des Grundlaserstrahls, der nicht in den Laserstrahl der zweiten Harmonischen umgewandelt worden ist, werden zu einem Laserstrahl der dritten Harmonischen, der als Summenfrequenzlaserstrahl dient, von dem im Inneren des Laserresonators angeordneten, die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall 7 umgewandelt. Der so erzeugte Laserstrahl der dritten Harmonischen (3ω) wird aus dem Spiegel 5 extrahiert, und der Laserstrahl der zweiten Harmonischen (2ω) wird aus dem Spiegel 4 extrahiert.

Gemäß der Erfindung wurde dabei erstmals erkannt, daß die Anordnung, bei der die Länge l_{2 ω} in Richtung der optischen Achse des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenum­ wandlungskristalls 6 kürzer als die Länge l_{3 ω} in Richtung der optischen Achse des die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlän­ genumwandlungskristalls 7 vorgegeben ist, es ermöglicht, nachteilige Auswirkungen auf die Erzeugung des Summenfre­ quenzlaserstrahls zu vermindern, die durch den Winkel und die Temperatur des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlän­ genumwandlungskristalls hervorgerufen werden, so daß ein hoher Summenfrequenzerzeugungs-Wirkungsgrad erhalten wird. Die nachstehende Beschreibung erläutert die Gründe für diesen Fortschritt.

Zur Erläuterung der Abhängigkeit der Ausgangsleistung des Laserstrahls von dem Winkel des Wellenlängenumwandlungs­ kristalls bei der Summenfrequenzerzeugung im Inneren des Hohlraums wird zuerst die Wellenlängenumwandlung außerhalb des Resonators erläutert, d. h. die Abhängigkeit der Aus­ gangsleistung des Laserstrahls bei der Erzeugung der zweiten Harmonischen von dem Winkel des Wellenlängenumwandlungs­ kristalls, wenn der Wellenlängenumwandlungskristall sich außerhalb des Resonators befindet.

Fig. 2 zeigt schematisch die Abhängigkeit der Ausgangslei­ stung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen von dem Win­ kel θ des Wellenlängenumwandlungskristalls um den Phasenan­ passungswinkel θ₀, angegeben in dem Dokument "Handbook of Nonlinear Optical Crystals" (Second, Revised and Updated Edi­ tion (Springer Verlag)), etc.

Der Winkel des Wellenlängenumwandlungskristalls auf der Hori­ zontalachse ist bezeichnet unter Anwendung der Winkelabwei­ chung (θ-θ₀) von dem Phasenanpassungswinkel θ₀ (wobei der Auftreffzustand des Grundstrahls konstant ist).

In Fig. 2 sind die Beziehungen zwischen der Ausgangsleistung I des Laserstrahls der zweiten Harmonischen, der Größe der Phasenfehlanpassung Δk und der Länge l des die zweite Harmo­ nische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls wie folgt gegeben:

I ∝ (sin(Δkl/2)/ (Δkl/2))² (1).

In der Gleichung (1) ist der Wert der Phasenabweichung Δk proportional zu der Winkelabweichung (θ-θ₀) von dem Phasen­ anpassungswinkel.

Δk ∝ (θ-θ₀) (2).

Dabei wird der Phasenanpassungs-Akzeptanzwinkel (Δθ) im all­ gemeinen als eine Größe genutzt, die die Winkelabhängigkeit des Wellenlängenumwandlungskristalls charakterisiert. Wie Fig. 2 zeigt, bezeichnet Δθ eine Winkelbreite zwischen Win­ keln, bei denen die Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen die halbe maximale Ausgangsleistung ist.

Dabei gilt aus der Beziehung zwischen Gleichung (1) und ΔA, die Relation (θ-θ₀) = Δθ, wenn Δk = 0,886π. Δθ ist ein inhärenter Wert für den Wellenlängenumwandlungskristall und seine Phasenanpassungsmethode.

In bezug auf spezielle Beispiele von Zahlenwerten, die in dem "Handbook of Nonlinear Optical Crystals" (Second, Revised and Updated Edition (Springer Verlag)) angegeben sind, gilt im Fall des LBO(LiB₃O₅)-Winkels vom Typ 1 für die Phasenanpas­ sung der Erzeugung der zweiten Harmonischen Δθ = 0,34 (Grad × cm), und im Fall des KTP(KTiOPO₄)-Winkels vom Typ 2 für die Phasenanpassung der Erzeugung der zweiten Harmonischen Δθ = 0,53 (Grad × cm).

Wenn der Winkel des Wellenlängenumwandlungskristalls geändert wird, tritt ein Peak auf, wenn Δkl/2 = 0, ±(2n+1)π/2 (n = 1, 2, 3 . . .), und daher sind, je größer die Länge l des Wellenlängenumwandlungskristalls ist, die Intervalle der Ausgangspeaks der zweiten Harmonischen ebenso wie die Breite der Einzelpeaks in Fig. 2 um so schma­ ler; und somit nimmt die Anzahl der Ausgangsleistungspeaks der zweiten Harmonischen, die im Fall einer Verlagerung des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungs­ kristalls innerhalb eines gegebenen Winkelbereichs auftritt, mit größer werdender Länge des Wellenlängenumwandlungskri­ stalls zu.

Wenn dabei der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlän­ genumwandlungskristall außerhalb des Grundlaserresonators an­ geordnet ist, um die Erzeugung der zweiten Harmonischen aus­ zuführen, also im Fall der Wellenlängenumwandlung außerhalb des Hohlraums, sind die zweiten Harmonischen, die bei dem Phasenanpassungswinkel θ₀(Δkl = 0 in Gleichung (1)) abgegeben werden, hinreichend größer als die zweiten Harmonischen, die bei den anderen Peaks (Δkl/2 = ±(2n+1)π/2 (n = 1, 2, 3 . . .)) in Gleichung (1) abgegeben werden, wie Fig. 2 zeigt; daher wird die Ausfluchtung auf einfache Weise ausgeführt, ohne daß bei der Anwendung in der Praxis irgendwelche Schwierigkeiten auftreten.

Auf der Grundlage der vorstehenden Erläuterung folgt nun die Erklärung eines Falls, bei dem der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall im Inneren des Laserresonators angeordnet ist, um die Wellenlängenumwandlung auszuführen, d. h. des Falls einer Innerhohlraum-Wellenlän­ genumwandlung.

Fig. 3 zeigt schematisch die Abhängigkeit der Ausgangslei­ stung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen von dem Win­ kel des Wellenlängenumwandlungskristalls (Kurve B) und die Grundlaserstrahl-Leistung (Kurve A) innerhalb des Hohlraums in einem Fall, in dem die Erzeugung der zweiten Harmonischen erfolgt, indem nur der Wellenlängenumwandlungskristall für die Erzeugung der zweiten Harmonischen als ein Wellenlängen­ umwandlungskristall in dem Laserresonator angeordnet ist.

Zum Vergleich bezeichnet eine gestrichelte Kurve C ein sche­ matisches Diagramm, das die Winkelabhängigkeit zeigt, die erhalten wird, wenn derselbe Wellenlängenumwandlungskristall zur Durchführung der Wellenlängenumwandlung außerhalb des Hohlraums verwendet wird. Pfeile zwischen den Kurven B und C bezeichnen die Änderung der Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen zwischen dem Umwandlungsfall außer­ halb des Hohlraums und dem Umwandlungsfall innerhalb des Hohlraums.

Die nachstehende Beschreibung erörtert die Gründe für die in Fig. 3 gezeigten Charakteristiken. In dem Fall, in dem der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenumwandlungs­ kristall im Inneren des Laserresonators angeordnet ist, so daß die Erzeugung der zweiten Harmonischen durch Ausbildung des Laserresonators nur unter Verwendung der Spiegel, die ein hohes Reflexionsvermögen für den Grundlaserstrahl haben, er­ folgt, wird ein Anteil der Grundstrahlleistung in dem Resona­ tor, die zu dem Strahl der zweiten Harmonischen umgewandelt wurde, aus dem Resonator als Ausgangsleistung extrahiert.

Daher ist eine Erhöhung des Umwandlungs-Wirkungsgrads zu dem Strahl der zweiten Harmonischen tatsächlich das gleiche wie eine Erhöhung der Ausgangskopplungsrate des Grundstrahls, und im Gegensatz dazu ist eine Verringerung des Umwandlungs-Wir­ kungsgrads tatsächlich das gleiche wie eine Verringerung der Ausgangskopplungsrate.

Während also der Umwandlungs-Wirkungsgrad zu dem Strahl der zweiten Harmonischen zunimmt, nimmt die Grundstrahlleistung im Inneren des Resonators ab, während mit Abnahme des Umwand­ lungs-Wirkungsgrads zu dem Strahl der zweiten Harmonischen die Grundstrahlleistung im Inneren des Resonators zunimmt.

Wenn der Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wel­ lenlängenumwandlungskristalls verändert wird, nimmt die Grundleistung im Inneren des Resonators bei einem Winkel (beispielsweise einem Phasenanpassungswinkel θ₀), der einen hohen Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad hat, ab, und im Gegensatz dazu nimmt die Grundleistung im Inneren des Resona­ tors bei einem Winkel, der einen niedrigen Wellenlängenum­ wandlungs-Wirkungsgrad hat, zu, wie Fig. 3 zeigt.

Dabei ist die Ausgangsleistung des Strahls der zweiten Harmo­ nischen gegeben durch das Produkt zwischen (Wellenlängenum­ wandlungs-Wirkungsgrad) und (Innerhohlraum-Grundstrahllei­ stung). Im Vergleich mit der äußeren Wellenlängenumwandlung, die durch die gestrichelte Kurve bezeichnet ist, wird bei der Innerhohlraum-Wellenlängenumwandlung die Differenz zwischen der Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmoni­ schen bei einem Winkel, der einen höheren Wellenlängenumwand­ lungs-Wirkungsgrad hat, und der Ausgangsleistung des Laser­ strahls der zweiten Harmonischen bei einem Winkel, der einen niedrigeren Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad hat, klei­ ner. Somit wird, wie Fig. 3 zeigt, die Differenz zwischen den Ausgangsleistungspeaks der zweiten Harmonischen bei anderen Winkeln als dem Phasenanpassungswinkel θ₀ (Δkl/2 = ±(2n+1)π/2 (n = 1, 2, 3 . . .)) in Gleichung (1)) und denjenigen bei dem Phasenanpassungswinkel θ₀ (Δkl/2 = 0 in Gleichung (1)) klei­ ner.

Wie Fig. 3 zeigt, erscheint somit eine Vielzahl von Peaks, deren Ausgangswerte keine großen Unterschiede zeigen, in der Winkelabhängigkeit der Ausgangsleistung der zweiten Harmoni­ schen von dem Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls, wie Fig. 3 zeigt, was zu Schwierigkeiten beim Auffinden des Winkels, bei dem die maxi­ male Ausgangsleistung der zweiten Harmonischen erhalten wird, durch Ändern der Winkel führt.

Bisher wurden in bezug auf die komplizierte Abhängigkeit der Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen von dem Winkel des Wellenlängenumwandlungskristall, hervorge­ rufen durch diese Änderungen der Innerhohlraum-Strahllei­ stung, keine detaillierten Beobachtungen vorgenommen.

Die Änderung der Grundstrahlleistung im Inneren des Resona­ tors zum Zeitpunkt der Innerhohlraum-Wellenlängenumwandlung, die wie oben beschrieben von dem Winkel des die zweite Harmo­ nische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls abhängig ist, wird ferner signifikanter, wenn ein Resonatorgütewert- Modulationselement im Inneren des Resonators angeordnet ist, um eine Güteschaltungsschwingung zu erhalten, und zwar wegen des höheren Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrads. In diesem Fall wird die Ausgangscharakteristik der zweiten Harmoni­ schen, die von dem Winkel des Wellenlängenumwandlungskri­ stalls wie beschrieben abhängig ist, komplexer.

Es folgt eine Erläuterung der Abhängigkeit der Ausgangslei­ stung des Summenfrequenzlaserstrahls von dem Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskri­ stalls für den Fall, daß eine Summenfrequenzerzeugung mit einer Anordnung durchgeführt wird, bei der zu dem Aufbau für die Erzeugung der zweiten Harmonischen durch die Innerhohl­ raum-Wellenlängenumwandlung mit der oben erwähnten Charakte­ ristik außerdem ein Summenfrequenzerzeugungs-Wellenlängenum­ wandlungskristall im Inneren des Laserresonators vorgesehen wird, um eine Summenfrequenzerzeugung auszuführen.

Fig. 4 zeigt schematisch die Änderung der Ausgangsleistung des Summenfrequenzlaserstrahls (Kurve B) und die Leistung des Grundlaserstrahls in dem Resonator (Kurve A) in einem Fall, in dem der Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wel­ lenlängenumwandlungskristalls verändert wird. Zum Vergleich bezeichnet die gestrichelte Kurve C die Leistung des Laser­ strahls der zweiten Harmonischen im Fall der Umwandlung außerhalb des Hohlraums.

Da die Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmoni­ schen proportional ist zu (Grundlaserstrahl-Intensität an der Wellenlängenumwandlungskristall-Position)², und da die Aus­ gangsleistung des Summenfrequenzlaserstrahls proportional ist zu (Intensität des Laserstrahls der zweiten Harmonischen an der Wellenlängenumwandlungskristall-Position) × (Grundlaser­ strahl-Intensität an der Wellenlängenumwandlungskristall-Po­ sition), ist die Wahrscheinlichkeit größer, daß die Ausgangs­ leistung des Summenfrequenzlaserstrahls durch die Änderung der Leistung des Innerhohlraum-Grundlaserstrahls beeinflußt wird, verglichen mit der Ausgangsleistung der zweiten Harmo­ nischen, die in den Fig. 3 und 4 gestrichelt gezeigt ist.

Infolgedessen wird, wie Fig. 4 zeigt, die Differenz zwischen der Ausgangsleistung des Summenfrequenzlaserstrahls für den Fall, daß der Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls bei dem Phasenanpassungswin­ kel θ₀ (Δkl/2 = 0 in Gleichung (1)) liegt, und für den Fall, daß er an einem Peak an dessen Peripherie liegt (Δkl/2 = ±(2n+1)π/2 (n = 1, 2, 3 . . .)) in Gleichung (1)), noch kleiner als im Fall der Erzeugung der zweiten Harmonischen.

Im Vergleich mit der Ausgangscharakteristik der zweiten Har­ monischen, die in Fig. 3 gezeigt ist, wird die Anzahl von Peaks mit gleichartigen Ausgangswerten noch größer, was zu Schwierigkeiten beim Auffinden des Winkels, bei dem die maxi­ male Summenfrequenz-Ausgangsleistung erhalten wird, durch Ändern von Winkeln führt.

In einem Fall, in dem die Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls größer als eine vorbestimmte Länge vorgegeben ist, wie Fig. 4 zeigt, wird ferner die Intensität des Laserstrahls der zweiten Harmoni­ schen an der Position des die Summenfrequenz erzeugenden Wel­ lenlängenumwandlungskristalls bei dem Phasenanpassungswinkel θ₀ und dessen Peripherie, wo die Ausgangsleistung des Laser­ strahls der zweiten Harmonischen am höchsten ist, höher, wäh­ rend die Intensität des Grundlaserstrahls verringert wird, so daß, wie die Bereiche a und b in Fig. 4 zeigen, die maximale Ausgangsleistung des Summenfrequenzlaserstrahls manchmal an einer Position erreicht wird, die von dem Phasenanpassungs­ winkel θ₀ abweicht, bei dem der Maximalwert der Ausgangslei­ stung der zweiten Harmonischen erhalten wird.

In diesem Fall gibt es mehrere Peaks, bei denen gleiche Aus­ gangswerte des Summenfrequenzlaserstrahls erhalten werden. Hinsichtlich des Montageablaufs für einen Laser mit Wellen­ längenumwandlung wird zuerst der eine der Spiegel, die einen Laserresonator bilden, als ein teildurchlässiger Spiegel für den Grundstrahl eingestellt, und während ein Anteil des Grundlaserstrahls aus dem Resonator extrahiert wird, wird die Anordnung der optischen Elemente, wie etwa von Laserresona­ torspiegeln in bezug auf die Grundausgangsleistung optimiert.

Danach wird der teildurchlässige Spiegel gegen einen Total­ reflexionsspiegel ausgewechselt, und ein Wellenlängenumwand­ lungskristall zur Erzeugung der zweiten Harmonischen wird in den Laserresonator eingesetzt, so daß die optischen Elemente und der Winkel des Wellenlängenumwandlungskristalls in bezug auf die Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmo­ nischen optimiert werden.

Dann wird ein Wellenlängenumwandlungskristall zur Erzeugung der Summenfrequenz in den Laserresonator so eingesetzt, daß die Wellenlängenumwandlungskristalle und die optischen Ele­ mente ausgefluchtet sind, so daß die Abgabe einer Summenfre­ quenz erfolgen kann.

Da hierbei die optischen Winkel der optischen Elemente und der Wellenlängenumwandlungskristalle durch das Einfügen des die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskri­ stalls in den Laserresonator geändert werden und der Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwand­ lungskristalls, der für die Erzeugung der zweiten Harmoni­ schen optimal ist, nicht unbedingt mit einem optimalen Winkel für eine stabile Summenfrequenzerzeugung hoher Ausgangslei­ stung zusammenfällt, gibt es viele Fälle, in denen der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall und die den Laserresonator bildenden optischen Elemente neu ausgefluchtet werden müssen.

Es ist somit erforderlich, einen Ausfluchtungsvorgang durch­ zuführen, um einen optimalen Winkel zu finden, indem der Win­ kel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenum­ wandlungskristalls geändert wird, während der Summenfrequenz­ laserstrahl erzeugt wird.

Die Existenz vieler Peaks der Ausgangsleistung des Summenfre­ quenzlaserstrahls in bezug auf den Winkel des die zweite Har­ monische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls, die ähnliche Größe haben, führt somit zu erheblichen Behinderun­ gen bei der Ausbildung eines stabilen Lasers mit Wellenlän­ genumwandlung mit hoher Reproduzierbarkeit.

Wenn ferner versucht wird, die Ausgangsleistung des Summen­ frequenzlaserstrahls in der mit Innenhohlraum-Wellenlängenum­ wandlung arbeitenden Summenfrequenz-Laserstrahlerzeugungsein­ richtung zu maximieren, hat der Umwandlungs-Wirkungsgrad von dem Grundstrahl zu dem Strahl der zweiten Harmonischen einen optimalen Wert, d. h. hier gilt nicht je höher, desto besser.

Wenn mit anderen Worten der Umwandlungs-Wirkungsgrad des Strahls der zweiten Harmonischen zu hoch ist, nimmt der Grundstrahl ab, was zu einer Verringerung der Ausgangslei­ stung des Summenfrequenzstrahls führt. In bezug auf den Um­ wandlungs-Wirkungsgrad von dem Grundstrahl und dem Strahl der zweiten Harmonischen zu dem Summenfrequenzstrahl gilt, je hö­ her er wird, desto größer ist der erzeugte Summenfrequenz­ laserstrahl.

Auf diese Weise wird zur Unterdrückung des Wellenlängenum­ wandlungs-Wirkungsgrads zu dem Strahl der zweiten Harmoni­ schen und zur Steigerung des Umwandlungs-Wirkungsgrads zu dem Summenfrequenzstrahl die Länge des die Summenfrequenz erzeu­ genden Wellenlängenumwandlungskristalls länger vorgegeben, d. h. der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenum­ wandlungskristall wird kürzer als der die Summenfrequenz er­ zeugende Wellenlängenumwandlungskristall vorgegeben.

Somit ist es durch Erhöhen des Summenfrequenzerzeugungs-Wir­ kungsgrads möglich, einen stabilen Laser mit Wellenlängenum­ wandlung mit hoher Reproduzierbarkeit zu bauen. Diese Tatsa­ che wird durch die Erfindung erstmals angegeben.

Die nachstehende Beschreibung erörtert, wie sich die Winkel­ abhängigkeit der Summenfrequenz-Ausgangsleistung auf den die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskri­ stall in Abhängigkeit von der Länge des die zweite Harmoni­ sche erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls ändert.

Zuerst zeigen die Fig. 5 und 6 die Abhängigkeit der Ausgangs­ leistung des Innerhohlraum-Grundlaserstrahls (Kurve A) und der Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmoni­ schen (Kurve B) von dem Winkel des die zweite Harmonische er­ zeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls in den jeweiligen Fällen, in denen der die zweite Harmonische erzeugende Wel­ lenlängenumwandlungskristall eine größere Länge hat und in denen er eine geringere Länge hat, und zwar unter der Bedin­ gung, daß der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenum­ wandlungskristall nicht eingebaut ist. Die gestrichelte Kurve C bezeichnet die Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen im Fall der Umwandlung außerhalb des Hohlraums.

Ein Vergleich zwischen Fig. 5 und Fig. 6 zeigt, daß aus den gleichen Gründen, wie sie in bezug auf die Fig. 2 und 3 er­ läutert wurden, gegenüber Fig. 5 im Fall der kürzeren Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwand­ lungskristalls von Fig. 6, da die Winkelbreite und die Win­ kelabstände zwischen den Peaks (und den Tälern) der Ausgangs­ leistung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen (und der Ausgangsleistung des Grundlaserstrahls) erweitert sind, die Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen, die von dem Winkel des Wellenlängenumwandlungskristalls ab­ hängig ist, sich allmählich ändert und die Anzahl der Peaks geringer wird.

Durch Verwendung des kürzeren Wellenlängenumwandlungskri­ stalls für die Erzeugung der zweiten Harmonischen kann daher der Ausgangswert des Wellenlängenumwandlungs-Laserstrahls, der von dem Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls abhängig ist, vereinfacht werden, und es ist möglich, eine leicht justierbare Laservor­ richtung zu erhalten.

Die Fig. 7 und 8 zeigen schematisch die Winkelabhängigkeit der Ausgangsleistung des Summenfrequenzlaserstrahls (Kurve B) von dem die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenum­ wandlungskristall in den jeweiligen Fällen, in denen der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall eine größere Länge hat und in denen er eine geringere Länge hat, und zwar unter der Bedingung, daß der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall im Inneren des Re­ sonators liegt, um einen Summenfrequenzlaserstrahl zu erzeu­ gen. Zum Vergleich zeigt die gestrichelte Kurve C die Lei­ stung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen.

Ein Vergleich zwischen Fig. 7 und Fig. 8 zeigt, daß auf die gleiche Weise wie bei der Erzeugung der zweiten Harmonischen innerhalb des Resonators, wie oben erläutert wurde, im Fall der geringeren Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls, wie in Fig. 8 gezeigt ist, die Peak(Tal)-Winkelbreite und die Peak(Tal)-Intervalle der Intensität des Laserstrahls der zweiten Harmonischen (und der Leistung des Innerhohlraum-Grundlaserstrahls) verbreitert sind und die Anzahl von Peaks abnimmt. Es ist daher möglich, eine Laservorrichtung zu schaffen, die eine einfachere Win­ kelabhängigkeit von dem die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall hat und einfach zu handhaben ist.

In bezug auf spezielle Zahlenwerte ist beispielsweise in einem Fall, in dem ein Typ eines Phasenanpassungs- LBO(LiB₃O₅)-Kristalls verwendet wird, aus der Gleichung (1) zu erwarten, daß im Fall eines Kristalls mit einer Länge von 15 mm ein Peak ungefähr alle 8 mrad auftritt, während im Fall eines Kristalls mit einer Länge von 5 mm ein Peak ungefähr alle 24 mrad auftritt, der einen breiteren Winkel hat; und die tatsächlich durchgeführten Messungen waren mit diesen Peakabständen praktisch koinzident.

Ferner wird, wie in Fig. 4 erläutert ist, im Fall der Anwen­ dung des längeren, die zweite Harmonische erzeugenden Wellen­ längenumwandlungskristalls bei dem Phasenanpassungswinkel θ₀ und dessen Peripherie, wo die Ausgangsleistung des Laser­ strahls der zweiten Harmonischen des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls am höchsten wird, die Grundleistung im Inneren des Resonators verringert, weil der Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad von dem Grund­ laserstrahl zu dem Laserstrahl der zweiten Harmonischen zu hoch ist. Das Resultat ist, wie Fig. 7 zeigt, daß die übrigen Peaks in der Ausgangscharakteristik des Summenfrequenz­ laserstrahls erscheinen, die von dem Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls ab­ hängig ist.

Wenn im Gegensatz dazu, wie in Fig. 8 gezeigt ist, der kurze Wellenlängenumwandlungskristall zur Erzeugung der zweiten Harmonischen verwendet wird, nimmt der Wellenlängenumwand­ lungs-Wirkungsgrad von dem Grundlaserstrahl zu dem Laser­ strahl der zweiten Harmonischen bei dem Phasenanpassungswin­ kel θ₀ und dessen Peripherie ab, so daß die Intensität des Grundlaserstrahls zunimmt somit ist es möglich, eine Laser­ vorrichtung zu bauen, die die höchste Summenfrequenzlaser­ strahl-Ausgangsleistung bei dem Phasenanpassungswinkel θ₀ und dessen Peripherie, wo die Ausgangsleistung des Laserstrahls der zweiten Harmonischen am höchsten wird, erzielen kann.

Die folgende Beschreibung erläutert, wie sich die resultie­ rende Ausgangsleistung des Summenfrequenzlaserstrahls in Ab­ hängigkeit von der Länge des die zweite Harmonische erzeugen­ den Wellenlängenumwandlungskristalls ändert. Fig. 9 zeigt schematisch die Änderung der Ausgangsleistung des Summenfre­ quenzlaserstrahls, wenn in der Ausbildung zur Innenhohlraum- Wellenlängenumwandlung für die Summenfrequenzerzeugung die Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenum­ wandlungskristalls verändert wird, während die Länge l_{3 ω} des die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskri­ stalls konstant gehalten wird.

Wenn, wie Fig. 9 in bezug auf den die zweite Harmonische er­ zeugenden Wellenlängenumwandlungskristall zeigt, die Summen­ frequenz-Ausgangsleistung überwacht wird, während die Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwand­ lungskristalls verändert wird, existiert ein Peak (ein Punkt mit einer Länge l₁ in Fig. 9), bei dem die maximale Ausgangs­ leistung des Summenfrequenzlaserstrahls erhalten wird. Wenn die Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlän­ genumwandlungskristalls mit einer Länge vorgegeben wird, die nicht kleiner als l₁ ist, nimmt in den meisten Fällen die Ausgangsleistung der Summenfrequenz geringfügig ab, und zu­ mindest nimmt die Ausgangsleistung nicht erheblich zu. Die Hauptgründe hierfür sind die folgenden:

• 1. Die Wirkungen, die zur Folge haben, daß die Innenhohl­ raum-Grundleistung verringert wird, werden größer als dieje­ nigen Wirkungen, die die Ausgangsleistung der zweiten Harmo­ nischen erhöhen.
• 2. Die Impulsdauer wird länger infolge einer Steigerung des Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrads des die zweite Harmoni­ sche erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls.

Wie bereits beschrieben, tritt in diesem Fall natürlich mit zunehmender Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wel­ lenlängenumwandlungskristalls eine Anzahl Peaks in der Aus­ gangsleistung des Summenfrequenzlaserstrahls in Abhängigkeit von dem Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellen­ längenumwandlungskristalls auf, was zu Schwierigkeiten bei der Justierung führt.

In bezug auf die in Fig. 9 gezeigten Charakteristiken werden spezifische Zahlenwerte gegeben, die experimentell erhalten wurden. Bei der gleichen Konstruktion wie in Fig. 1 wurde ein die dritte Harmonische erzeugender LBO-Kristall mit einer Länge l_{3 ω} von 10 mm als der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall verwendet, und die Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungs­ kristalls wurde in einer Laservorrichtung mit einer Wieder­ holfrequenz von einigen kHz und einer Ausgangsleistung des Summenfrequenzstrahls von ungefähr 5 bis 10 W verändert; infolgedessen war die resultierende Länge l₁, die die maxi­ male Leistung des Summenfrequenzstrahls angibt, praktisch 3 mm.

Im Fall der Länge von nicht weniger als 10 mm (l_{3 ω}) des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskri­ stalls wurde ferner auch dann, wenn der die zweite Harmoni­ sche erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall wie in Fig. 9 gezeigt verlängert wurde, die Ausgangsleistung nicht verbes­ sert, und die Charakteristik zeigte eine geringfügige Ab­ nahme. Dabei wurde experimentell bestätigt, daß die Abhängig­ keit von dem Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls wie in Fig. 7 gezeigt auf­ trat, was die Justierung äußerst komplex gestaltete.

Wie oben beschrieben, wurde experimentell bestätigt, daß es durch Verkürzen der Länge des die zweite Harmonische erzeu­ genden Wellenlängenumwandlungskristalls im Vergleich mit der Länge des die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwand­ lungskristalls möglich ist, eine ausreichende Summenfrequenz- Ausgangsleistung zu erzielen und außerdem die Justierung zu erleichtern.

Wenn der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenum­ wandlungskristall kürzer vorgegeben ist, wird ferner der Wel­ lenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad von dem Grundlaserstrahl zu dem Laserstrahl der zweiten Harmonischen verringert, und infolgedessen wird die Impulsdauer verkürzt, und die Peakin­ tensitäten der Grundwelle und der zweiten Harmonischen werden höher (beispielsweise in Journal of Applied Physics, Vol. 41, P.609 (Pulse Lengthening via Overcoupled Internal Second-Har­ monic Generation) gezeigt).

Da der Summenfrequenzerzeugungs-Wirkungsgrad proportional zu den Intensitäten des auftreffenden Grundstrahls und des Strahls der zweiten Harmonischen ist, ist es möglich, die Laservorrichtung so anzuordnen, daß der Wellenlängenumwand­ lungs-Wirkungsgrad von dem Grundstrahl und dem Strahl der zweiten Harmonischen zu dem Summenfrequenzstrahl verbessert wird.

Je größer im übrigen der Wellenlängenumwandlungskristall ist, desto schwieriger wird es, einen gleichmäßigen Kristall her­ zustellen, und mit zunehmender Länge wird der Preis des Kri­ stalls höher. Daher ermöglicht es die Anwendung eines kürze­ ren Wellenlängenumwandlungskristalls zum Erzeugen der zweiten Harmonischen, die Kosten zu senken und somit einen Laser mit Wellenlängenumwandlung mit erwünschtem Betriebsverhalten und niedrigen Kosten zu bauen.

In bezug auf die Untergrenze der Länge wird nicht weniger als ungefähr 0,5 mm vorgegeben, wenn man die Einschränkungen bei der Herstellung des Wellenlängenumwandlungskristalls und die Verringerung des Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrads be­ rücksichtigt.

In bezug auf die Einfügungsposition des Wellenlängenumwand­ lungskristalls in den Laser mit Wellenlängenumwandlung, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Anordnung so getroffen, daß der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungs­ kristall 7 an einer Position zwischen dem aktiven Festkörper­ lasermedium 3 und dem die zweite Harmonische erzeugenden Wel­ lenlängenumwandlungskristall 6 liegt.

Da also die Summenfrequenz-Ausgangsleistung bei dieser Anordnung von dem Spiegel 5 extrahiert wird, ist der Fall, bei dem der Grundstrahl und der Strahl der zweiten Harmonischen gleichzeitig durch den die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall 7 gehen, auf ein einziges Mal beschränkt, wenn nämlich die Grundwelle und die zweiten Harmonischen von dem Spiegel 9 reflektiert und zurückgeleitet werden.

Dadurch werden die nachteiligen Wirkungen minimiert, die sich durch eine Temperatur- und Winkeländerung des Wellenlängenum­ wandlungskristalls auf den Summenfrequenzerzeugungs-Wirkungs­ grad einstellen, so daß eine stabile Vorrichtung erhalten wird.

Wenn dagegen die Positionen des die zweite Harmonische erzeu­ genden Wellenlängenumwandlungskristalls und des die Summen­ frequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls umge­ kehrt werden, d. h. wenn der die zweite Harmonische erzeu­ gende Wellenlängenumwandlungskristall zwischen dem die Sum­ menfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall und dem aktiven Festkörperlasermedium liegt, nimmt der Fall, in dem der Grundstrahl und der Strahl der zweiten Harmonischen gleichzeitig durch den die Summenfrequenz erzeugenden Wellen­ längenumwandlungskristall gehen, auf zwei Male zu, wenn sie nämlich von dem die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlän­ genumwandlungskristall darauf auftreffen und wenn sie von dem Spiegel 9 reflektiert werden.

Das Ergebnis ist, daß die nachteiligen Auswirkungen, die durch die Temperatur und den Winkel des Wellenlängenumwand­ lungskristalls auf den Summenfrequenzerzeugungs-Wirkungsgrad eintreten, größer werden und die Laservorrichtung dadurch in­ stabil wird.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Konstruktion wurden durch Anwen­ dung eines gütegesteuerten Impulslasers mit Wellenlängenum­ wandlung mit einer Summenfrequenz-Ausgangsleistung von 5 bis 10 W und einer Impulsdauer von ~100 ns sowie mit einem LBO- Kristall einer Länge von 10 mm als dem Summenfrequenz (dritte Harmonische)-Wellenlängenumwandlungskristall und mit einem LBO-Kristall einer Länge von 5 mm als dem die zweite Harmoni­ sche erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall Änderungen in der Ausgangsleistung des Wellenlängenumwandlungs-Laser­ strahls und in der Ausgangsleistung des Innenhohlraum-Grund­ laserstrahls beobachtet, während die Temperatur des die Sum­ menfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls ge­ ändert wurde.

Die Ergebnisse zeigten, daß der Temperaturbereich, der es ermöglicht, daß die Summenfrequenz-Ausgangsleistung 95% der maximalen Leistung wird (eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Temperaturen, die der Ausgangsleistung erlaubt, 95% der maximalen Ausgangsleistung bei einem oberen Wert und einem unteren Wert der Temperatur), ungefähr 1 bis 2°C betrug; dagegen wurde in einem Fall, in dem die Positionen der Wel­ lenlängenumwandlungskristalle umgekehrt wurden, der Tempera­ turbereich nicht größer als 0,3°C, so daß bestätigt wurde, daß die Konstruktion von Fig. 1 überlegen ist.

AUSFÜHRUNGSFORM 2

Eine Einrichtung zum Feinjustieren des Winkels mit einer Prä­ zision von höchstens ±0,1° kann zu dem die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall oder dem die Sum­ menfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall von Fig. 1 hinzugefügt werden.

Der Wellenlängenumwandlungskristall von dem Typ mit Winkel­ feinabstimmung und Phasenanpassung (der ein Wellenlängenum­ wandlungskristall ist, der hauptsächlich durch Feinjustieren des Winkels des Wellenlängenumwandlungskristalls phasenange­ paßt ist und der eine große Änderung seiner Phasenanpassungs­ bedingungen in Abhängigkeit von dem Winkel des Wellenlängen­ umwandlungskristalls hat) erfordert im allgemeinen häufigere Feinjustierungen des Wellenlängenumwandlungskristallwinkels bei der Handhabung der Vorrichtung.

Daher wird der Betrieb der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung stark durch die komplexe Winkelabhängigkeit der Summenfrequenz-Ausgangsleistung des Wellenlängenumwandlungskristalls beeinflußt, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 8 erläutert wurde.

Daher sind die Wirkungen, die erzielt werden, wenn der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall kürzer als der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenum­ wandlungskristall gemacht wird, größer, wenn ein Wellenlän­ genumwandlungskristall vom Winkel/Phasenanpassungs-Typ ver­ wendet wird.

Bei dem Laser mit Wellenlängenumwandlung, der die Einrichtung zur Durchführung von Feinjustierungen mit einer Winkelgenau­ igkeit von nicht mehr als ±0,1° wie die vorliegende Ausfüh­ rungsform hat, wird es dadurch, daß der die zweite Harmoni­ sche erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall kürzer als der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungs­ kristall vorgegeben ist, außerdem möglich, eine stabile Laservorrichtung zu schaffen, die leicht zu handhaben ist und hohe Reproduzierbarkeit bietet.

AUSFÜHRUNGSFORM 3

Eine Einrichtung zum Feinjustieren der Temperatur mit einer Präzision von nicht mehr als ±0,5°C kann zu dem die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall oder dem die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungs­ kristall, die in Fig. 1 gezeigt sind, hinzugefügt werden.

Einige der Wellenlängenumwandlungskristalle haben eine enge Temperaturtoleranz, und wenn beispielsweise der die dritte Harmonische erzeugende Phasenanpassungs-LBO-Kristall vom Typ 2 als der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwand­ lungskristall verwendet wird, zeigt die Temperaturtoleranz (die ein Temperaturbereich zwischen zwei Temperaturen ist, bei denen bei einem Kristall einer Länge von 1 cm der Umwand­ lungs-Wirkungsgrad im Vergleich mit dem Umwandlungs-Wirkungs­ grad bei der Phasenanpassungs-Temperatur auf die Hälfte ab­ fällt) einen Wert von 3,7°C (wie beispielsweise angegeben wird in "Handbook of Nonlinear Optical Crystals" (Second, Revisd and Updated Edition (Springer Verlag) etc.).

In einem Fall, in dem ein Wellenlängenumwandlungskristall mit einer solchen vergleichsweise engen Temperaturtoleranz ver­ wendet wird, ist es manchmal erforderlich, die Temperatur des Wellenlängenumwandlungskristalls zu steuern, um eine Laser­ vorrichtung zu erhalten, die Änderungen der Ausgangsleistun­ gen auf einen Bereich unterdrücken kann, der nicht zu einem Problem bei der praktischen Anwendung führt, so daß auch Beschädigungen des Wellenlängenumwandlungskristalls infolge einer Erhöhung der Ausgangsleistung des Innerhohlraum-Grund­ laserstrahls aufgrund einer Verschlechterung der Phasenanpas­ sungsbedingungen durch eine rasche Temperaturänderung in dem Wellenlängenumwandlungskristall vermieden werden können und über lange Zeit ein stabiler Betrieb stattfinden kann.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist in dem Laser mit Wellenlängenumwandlung, der mit der Einrichtung zur Steuerung der Temperatur des Wellenlängenumwandlungskristalls mit einer Präzision von nicht mehr als ±0,5°C versehen ist, der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall kürzer als der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenum­ wandlungskristall vorgegeben, so daß es möglich wird, eine stabile Laservorrichtung mit hoher Reproduzierbarkeit zu erhalten, die leicht zu handhaben ist.

AUSFÜHRUNGSFORM 4

Als aktives Festkörperlasermedium für den in Fig. 1 gezeigten Laser mit Wellenlängenumwandlung kann Nd : YAG eingesetzt wer­ den. Nd : YAG ist ein Lasermaterial mit überlegener chemischer Stabilität und mechanischer Festigkeit, das vergleichsweise hohe thermische Leitfähigkeit und eine hohe Thermobruchgrenze hat.

Gegenüber anderen aktiven Festkörperlasermedien ergibt dieses Material ferner kostengünstige Kristalle hoher optischer Güte. Die Anwendung von Nd : YAG als aktives Festkörperlaserme­ dium ermöglicht die Ausbildung einer stabilen Laservorrich­ tung mit hoher Reproduzierbarkeit und Normierbarkeit, die einfach handhabbar ist.

AUSFÜHRUNGSFORM 5

Als aktives Festkörperlasermedium für den in Fig. 1 gezeigten Laser mit Wellenlängenumwandlung kann Nd : YLF eingesetzt wer­ den. Nd : YLF hat einen geringen thermischen Linseneffekt. Wenn eine Laservorrichtung unter Anwendung eines aktiven Festkör­ perlasermediums gebaut wird, wird im allgemeinen die Laser­ ausgangsleistung manchmal instabil infolge von Schwankungen der Brennweite der thermischen Linse des aktiven Festkörper­ lasermediums. Wenn ferner die gütegesteuerte Impulsschwingung durchgeführt wird, wird manchmal die Stabilität zwischen Impulsen verringert.

Die Anwendung von Nd : YLF mit einem geringen thermischen Lin­ seneffekt als aktives Festkörperlasermedium ermöglicht es, eine stabile Laservorrichtung zu bauen, die einen breiten Ausgangsleistungsbereich bei stabilem Betrieb und einfacher Handhabung hat. Wenn ferner die Summenfrequenzerzeugung durch gütegesteuerte Impulsschwingungen durchgeführt wird, kann eine Vorrichtung gebaut werden, die hinsichtlich der Stabili­ tät zwischen den Impulsen überlegen ist.

AUSFÜHRUNGSFORM 6

Nd : YVO₄ kann als das aktive Festkörperlasermedium für den in Fig. 1 gezeigten Laser mit Wellenlängenumwandlung verwendet werden. Nd : YVO₄ hat eine große Wellenlängenabsorptionsbreite für Pumplicht und einen größeren Querschnitt für die stimu­ lierte Emission. Die Verwendung von Nd : YVO₄ als aktives Fest­ körperlasermedium ermöglicht eine hohe Toleranz in bezug auf Schwankungen der Wellenlänge der Pumplichtquelle.

Wegen der großen Wellenlängenabsorptionsbreite und des großen Querschnitts der stimulierten Emission erhält man einen hohen Wirkungsgrad der Grundstrahlerzeugung. In einem Fall, in dem ein gütegesteuerter Impulslaser gebaut wird, ist es ferner wegen des großen Querschnitts der stimulierten Emission mög­ lich, einen Laserstrahl mit umgewandelter Wellenlänge mit kürzerer Impulsdauer auch dann zu erzeugen, wenn die Güte­ steuerung unter Anwendung einer hohen Wiederholungsfrequenz erfolgt.

Da ferner die Impulsdauer kurz ist, kann der Wellenlängenum­ wandlungs-Wirkungsgrad gesteigert werden. Die Anwendung von Nd : YVO₄ mit den vorstehend angegebenen Eigenschaften ermög­ licht die Bereitstellung eines Lasers mit Wellenlängenumwand­ lung, der einfacher handhabbar ist.

AUSFÜHRUNGSFORM 7

LBO(LiB₃O₅) kann als Wellenlängenumwandlungskristall zur Erzeugung der zweiten Harmonischen oder als der die Summen­ frequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall für den in Fig. 1 gezeigten Laser mit Wellenlängenumwandlung verwen­ det werden. Gegenüber anderen Kristallen hat der LBO-Kristall einen höheren Beschädigungsgrenzwert; er kann daher einen Laserstrahl mit umgewandelter Wellenlänge mit hoher Ausgangs­ leistung und einem hohen Peakimpuls erzeugen.

Gegenüber anderen Wellenlängenumwandlungskristallen zum Erzeugen der zweiten Harmonischen, wie etwa KTP-Kristallen, weist er geringere Schwankungen der Brechzahl, die von Tempe­ raturen abhängig ist, und eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf; er ist daher für Einflüsse aufgrund der Erzeugung von Wärme weniger empfindlich.

Gegenüber β-BBO-Kristallen, die heute für die Erzeugung von dritten Harmonischen verwendet werden, ist es ferner möglich, einen Summenfrequenz-Laserstrahl mit einem höheren Kreisver­ hältnis (definiert durch den kleinsten Durchmesser, dividiert durch den größten Durchmesser) zu erzeugen, weil dieses Mate­ rial eine größere Phasenanpassungswinkel-Toleranz hat. Wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit kann es ferner einen Summen­ frequenzlaserstrahl mit hoher Ausgangsleistung und hohem Wir­ kungsgrad auf stabile Weise erzeugen.

Durch Verwendung des LBO-Kristalls, der die oben beschriebe­ nen überlegenen Eigenschaften hat, als dem die zweite Harmo­ nische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall oder dem die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskri­ stall in der Konstruktion von Fig. 1 ist es möglich, einen stabilen Laser mit Wellenlängenumwandlung mit hoher Ausgangs­ leistung und hohem Wirkungsgrad zu bauen, der einfach zu handhaben ist.

AUSFÜHRUNGSFORM 8

Der Laser mit Wellenlängenumwandlung der vorliegenden Erfin­ dung ist besonders wirkungsvoll bei einer mittleren Ausgangs­ leistung des Summenfrequenz-Laserstrahls von nicht weniger als 1 W. Wenn die mittlere Ausgangsleistung des Laserstrahls mit umgewandelter Wellenlänge, der von dem die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall und dem die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskri­ stall extrahiert wird, größer wird, tritt in dem Wellenlän­ genumwandlungskristall eine thermische Verzerrung auf, so daß die Ausgangsleistung instabil und die Ausfluchtung der opti­ schen Elemente schwieriger wird.

Da ferner das aktive Festkörperlasermedium stark gepumpt wer­ den muß, um die Ausgangsleistung zu steigern, unterliegt das aktive Festkörperlasermedium ebenfalls einer Verzerrung, wie etwa thermisch bedingter Linsenbildung und thermisch beding­ ter Doppelbrechung, so daß die Ausgangsleistung instabil und die Ausfluchtung der optischen Elemente komplexer wird. Da ferner die mittlere Intensität des Laserstrahls an den opti­ schen Elementen zunimmt, besteht die Gefahr, daß die opti­ schen Elemente beschädigt werden. Der Phasenanpassungswinkel des Wellenlängenumwandlungskristalls schwankt ferner infolge von Temperaturschwankungen.

Insbesondere dann, wenn die mittlere Ausgangsleistung des Summenfrequenzlaserstrahls nicht weniger als ungefähr 1 W wird, treten die oben angegebenen nachteiligen Effekte auf­ grund der thermisch bedingten Verwerfung der Elemente signi­ fikant auf. Unter diesen Umständen wird es durch Verkürzen des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwand­ lungskristalls möglich, die Charakteristiken zu vereinfachen, die von dem Winkel des Wellenlängenumwandlungskristalls ab­ hängig sind, und außerdem die Ausfluchtung selbst unter den Auswirkungen einer wärmebedingten Verzerrung mit hoher Repro­ duzierbarkeit durchzuführen.

Da außerdem die Phasenanpassungswinkel-Toleranz des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskri­ stalls erweitert ist, kann die Schwankung der Ausgangslei­ stung aufgrund von Schwankungen der Phasenanpassungsbedingun­ gen auch dann minimiert werden, wenn sich der Phasenanpas­ sungswinkel aufgrund von Temperaturschwankungen verändert.

Wie oben beschrieben, wird es bei dem Laser mit Wellenlängen­ umwandlung der vorliegenden Erfindung möglich, eine Laservor­ richtung anzugeben, die auch beim Betrieb mit hoher Ausgangs­ leistung mit einer Summenfrequenz-Ausgangsleistung von nicht weniger als 1 W stabil ist, hohe Zuverlässigkeit hat und leicht zu handhaben ist.

AUSFÜHRUNGSFORM 9

Fig. 10 zeigt schematisch eine Ausbildung der Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung. In Fig. 10 bezeichnet 4a einen Spiegel, der ein hohes Reflexionsvermögen für den Grundlaser­ strahl und einen hohen Durchlaßgrad für den Laserstrahl der zweiten Harmonischen und den Laserstrahl der dritten Harmoni­ schen hat, 5a ist ein Spiegel mit hohem Durchlaßgrad für den Laserstrahl der vierten Harmonischen und hohem Reflexionsver­ mögen für die dritte Harmonische, die zweite Harmonische und den Grundlaserstrahl.

6a ist ein die zweite Harmonische erzeugender Wellenlängenum­ wandlungskristall, 7a ist ein erster die Summenfrequenz erzeugender Wellenlängenumwandlungskristall, 10 ist ein zwei­ ter die Summenfrequenz erzeugender Wellenlängenumwandlungs­ kristall. Der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängen­ umwandlungskristall 6a ist kürzer als die die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalle 7a und 10.

Bei dem in Fig. 10 gezeigten Laser mit Wellenlängenumwandlung wird von den Laserresonatorspiegeln 1, 9 und den Spiegeln 4a, 5a, dem aktiven Festkörperlasermedium 3, dem Polarisations­ element 2 und dem Güteschaltungselement 8 ein linear polari­ sierter Grundimpulslaserstrahl erzeugt, und ein Anteil dieses Strahls wird von dem die zweite Harmonische erzeugenden Wel­ lenlängenumwandlungskristall 6a, der im Inneren des Laser­ resonators angeordnet ist, in einen Laserstrahl der zweiten Harmonischen umgewandelt.

Ein Anteil des so erzeugten Laserstrahls der zweiten Harmoni­ schen und ein Anteil des Grundlaserstrahls, der nicht zu dem Laserstrahl der zweiten Harmonischen umgewandelt worden ist, werden von dem ersten die Summenfrequenz erzeugenden Wellen­ längenumwandlungskristall 7a, der im Inneren des Laserresona­ tors angeordnet ist, zu einem Laserstrahl der dritten Harmo­ nischen umgewandelt.

Ein Anteil des so erzeugten Laserstrahls der dritten Harmoni­ schen und ein Anteil des Grundlaserstrahls werden von dem zweiten die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwand­ lungskristall 10 zu einem Laserstrahl der vierten Harmoni­ schen umgewandelt. Der so erzeugte Laserstrahl der vierten Harmonischen wird an dem Spiegel 5a extrahiert. Die Laser­ strahlen der dritten und der zweiten Harmonischen werden an dem Spiegel 4a extrahiert.

Bei dem in Fig. 10 gezeigten Laser mit Wellenlängenumwandlung ist zusätzlich zu dem die Summenfrequenz erzeugenden Wellen­ längenumwandlungskristall 7a zum Erzeugen des Laserstrahls der dritten Harmonischen aus dem Grundlaserstrahl und dem Laserstrahl der zweiten Harmonischen der zweite die Summen­ frequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall 1 zum Erzeugen des Laserstrahls der vierten Harmonischen aus dem Grundlaserstrahl und dem Laserstrahl der dritten Harmonischen in den Laserresonator eingefügt, so daß der Laserstrahl der vierten Harmonischen erzeugt wird.

Bei der wie beschrieben aufgebauten Laservorrichtung ist die Länge l_{2 ω} des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlän­ genumwandlungskristalls 6a kürzer als die Länge l_{3 ω} des ersten die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwand­ lungskristalls 7a und die Länge l_{4 ω} des zweiten die Summen­ frequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls 10 vor­ gegeben; es ist somit möglich, die Änderung der Ausgangslei­ stung des Summenfrequenzlaserstrahls, die von dem Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungs­ kristalls abhängig ist, zu vereinfachen.

Dabei zeigt Fig. 10 beispielhaft einen Fall, in dem zwei die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristalle in den Laserresonator eingefügt sind; die Anzahl der die Summen­ frequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalle soll jedoch nicht auf zwei beschränkt werden.

AUSFÜHRUNGSFORM 10

Fig. 11 zeigt schematisch eine Ausbildung gemäß der Ausfüh­ rungsform 10 der Erfindung. In Fig. 11 bezeichnen 3a, 3b aktive Festkörperlasermedien, und 11 ist ein 90°-Polarisa­ tionsrotator, der als Polarisationselement wirkt.

Bei dem entsprechend Fig. 11 aufgebauten Laser mit Wellenlän­ genumwandlung dient der 90°-Polarisationsrotator 11, der zwi­ schen den beiden aktiven Festkörperlasermedien 3a und 3b angeordnet ist, in dem Laser mit Wellenlängenumwandlung dazu, die thermische Doppelbrechung aufzuheben (auszugleichen), die von der Polarisationsrichtung abhängig ist und durch Wärmeer­ zeugung im Inneren des aktiven Festkörperlasermediums infolge des Pumplichts und des schwingenden Laserstrahls hervorgeru­ fen wird.

Es wird somit möglich, den Bereich der Pumpintensität zu ver­ größern, in dem der Summenfrequenzlaserstrahl auf stabile Weise erzeugt wird, um die Stabilität und die Reproduzierbar­ keit weiter zu verbessern und ferner den Schwingungs-Wir­ kungsgrad zu steigern.

Bei der in Fig. 11 gezeigten Summenfrequenzerzeugungsvorrich­ tung ist ferner die Länge des die zweite Harmonische erzeu­ genden Wellenlängenumwandlungskristalls 6 kürzer als die Länge des die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwand­ lungskristalls 7 eingestellt, so daß es möglich wird, eine stabile Laservorrichtung mit hoher Reproduzierbarkeit zu bauen, die leicht zu handhaben ist.

AUSFÜHRUNGSFORM 11

Fig. 12 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus der Ausfüh­ rungsform 11 der Erfindung. In Fig. 12 bezeichnet 12 ein Wel­ lenlängenumwandlungselement, in dem die zwei Wellenlängenum­ wandlungskristalle, also der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall 7b und der die zweite Harmo­ nische erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall 6b, mittels Diffusionsbonden integriert oder in ein und demselben Wellen­ längenumwandlungskristallhalter festgelegt sind.

Das Wellenlängenumwandlungselement 12, bei dem der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall und der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungs­ kristall integral angeordnet sind, weist eine Einrichtung 19 auf, die Phasenanpassungsvorgänge durchführt, beispielsweise integrales Verändern der Temperatur, Einstellen der Brechzahl des Wellenlängenumwandlungskristalls (die in Abhängigkeit von Temperaturen veränderlich ist) auf einen vorgegebenen Wert und Feinjustieren der Winkel.

Ferner ist der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlän­ genumwandlungskristall 6b, der das integrierte Wellenlängen­ umwandlungselement 12 bildet, kürzer als der die Summenfre­ quenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall 7b vorgege­ ben.

Bei dem in Fig. 12 gezeigten Laser mit Wellenlängenumwandlung wird von den Laserresonatorspiegeln 1, 4 und den Spiegeln 5, 9, dem aktiven Festkörperlasermedium 3, dem Polarisationsele­ ment 2 und dem Gütesteuerungselement 8 ein linear polarisier­ ter Grundimpulslaserstrahl erzeugt, und ein Anteil dieses Strahls wird von dem die zweite Harmonische erzeugenden Wel­ lenlängenumwandlungskristall 6b, der das Wellenlängenumwand­ lungselement 12 bildet und im Inneren des Laserresonators an­ geordnet ist, zu einem Laserstrahl der zweiten Harmonischen umgewandelt.

Ein Anteil des so erzeugten Laserstrahls der zweiten Harmoni­ schen und ein Anteil des Grundlaserstrahls, der nicht zu dem Laserstrahl der zweiten Harmonischen umgewandelt wurde, wer­ den zu einem Summenfrequenzlaserstrahl von dem die Summenfre­ quenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall 7b des Wel­ lenlängenumwandlungselements 12 umgewandelt. Der so erzeugte Summenfrequenzlaserstrahl wird an dem Spiegel 5 extrahiert, und der Laserstrahl der zweiten Harmonischen wird an dem Spiegel 4 extrahiert.

Bei der Bildung des Wellenlängenumwandlungselements 12 des in Fig. 12 gezeigten Lasers mit Wellenlängenumwandlung, in dem der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenumwand­ lungskristall 6b und der die Summenfrequenz erzeugende Wel­ lenlängenumwandlungskristall 7b integriert sind, ist es not­ wendig, den die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängen­ umwandlungskristall 6b und den die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall 7b so einzustellen, daß die Toleranzen des Überlappungsbereichs ihres Phasenanpassungs­ winkels größer werden.

Dabei ist es bekannt, daß sich der Phasenanpassungswinkel des Wellenlängenumwandlungskristalls in Abhängigkeit von der Tem­ peratur des Kristalls ändert. Im allgemeinen besteht jedoch zwischen dem die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängen­ umwandlungskristall 6b und dem die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall 7b ein Unterschied in der Art und Weise, wie sich der Winkel ändert (der Richtung, in der sich der Phasenanpassungswinkel ändert, und dem Betrag der Änderung).

In einem Fall, in dem ein Summenfrequenzerzeugungslaser mit hoher Ausgangsleistung unter Verwendung der in Fig. 12 gezeigten Anordnung gebaut wird, tritt in dem Wellenlängenum­ wandlungselement 12 aufgrund der hohen mittleren Ausgangs­ leistung eine Temperaturänderung auf, was zu Änderungen der Phasenanpassungswinkel mit unterschiedlichen Beträgen und in unterschiedlichen Richtungen zwischen dem die zweite Harmoni­ sche erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall 6b und dem die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskri­ stall 7b führt.

Um auch in einem solchen Fall einen geeigneten Phasenanpas­ sungsvorgang zu ermöglichen, muß die Toleranz des Phasenan­ passungswinkels bis zu einem Wert erweitert werden, bei dem in der Praxis kein Problem auftritt.

Wie Fig. 12 zeigt, ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlän­ genumwandlungskristalls 6b kürzer als die Länge des die Sum­ menfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall­ bereichs 7b vorgegeben, so daß die Toleranz bezüglich des Phasenanpassungswinkels des die zweite Harmonische erzeugen­ den Wellenlängenumwandlungskristalls 6b größer vorgegeben sein kann, so daß es möglich wird, das Wellenlängenumwand­ lungselement 12 auf einfache Weise herzustellen.

Ferner ist es möglich, eine Vorrichtung zu bauen, die eine ausreichende Toleranz in bezug auf Änderungen des Phasenan­ passungswinkels infolge von Temperaturänderungen hat, die beim Erzeugen eines Laserstrahls mit hoher Ausgangsleistung auftreten.

AUSFÜHRUNGSFORM 12

Fig. 13 zeigt schematisch eine Ausbildung der Ausführungsform 12 der Erfindung. Dabei wird anstelle der Spiegel 4 und 5 von Fig. 1 ein optisches Laserstrahl-Trennelement 5b wie etwa ein Prisma verwendet, das die Wellenlängenzerlegung in der Brech­ zahl nutzt, und durch Verwendung des optischen Laserstrahl- Trennelements wird die Trennung in die Grundwelle, den Laser­ strahl der zweiten Harmonischen (2ω in Fig. 13) und den Laserstrahl der dritten Harmonischen (3ω in Fig. 13), der als der Summenfrequenzlaserstrahl dient, ausgeführt. Auch bei dieser Anordnung kann der gleiche Betrieb wie in Fig. 1 durchgeführt werden, und es ist möglich, eine stabile Laser­ vorrichtung mit hoher Reproduzierbarkeit zu erhalten.

AUSFÜHRUNGSFORM 13

Fig. 14 zeigt schematisch den Aufbau der Ausführungsform 13 der Erfindung. In Fig. 14 bezeichnet 17 eine Lichtquelle einer Laserbearbeitungsvorrichtung, wobei die Lichtquelle von einem der Laser mit Wellenlängenumwandlung der Fig. 1, 10, 11, 12 und 13 gebildet ist. 13 ist ein Laserstrahl-Umlenk­ spiegel, 14 ist ein Laserstrahl-Formungs- und -Sammelelement, wie etwa ein Objektiv, 15 ist ein Laserstrahl, der zum Bear­ beiten genutzt wird, und 16 ist ein Bearbeitungsobjekt.

Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung, die entsprechend Fig. 14 ausgebildet ist, wird der Laserstrahl, der von einem der Laser mit Wellenlängenumwandlung 17 der Fig. 1, 10, 11, 12 und 13 erzeugt wird, von dem Umlenkspiegel 13 umgelenkt, von dem Element 14 geformt und fokussiert und zum Auftreffen auf das Bearbeitungsobjekt 16 gebracht, damit dieses bearbei­ tet wird.

Da in der Laserbearbeitungsvorrichtung, die entsprechend Fig. 14 aufgebaut ist, ein Laserstrahl verwendet wird, der stabil mit hoher Reproduzierbarkeit von einem der Laser mit Wellenlängenumwandlung 17 der Fig. 1, 10, 11, 12 und 13 erzeugt wird, kann ein stabiler Bearbeitungsprozeß mit hoher Reproduzierbarkeit ausgeführt werden.

Auch wenn einer der Bestandteile des Lasers mit Wellenlängen­ umwandlung 17 (eines der optischen Teile, wie etwa ein Halb­ leiterlaser und Lampen in der Pumplichtquelle, Wellenlängen­ umwandlungskristalle und Spiegel) beschädigt wird und ausge­ wechselt werden muß, können die Neueinstellungen auf einfache Weise durchgeführt werden, und die Einstellungen des opti­ schen Systems und des Resonators können in kurzer Zeit abge­ schlossen werden.

Es ist somit möglich, die Laservorrichtung auf einfache Weise in den Zustand vor der Reparatur zu bringen und außerdem den Bearbeitungsvorgang nach der Reparatur unter den gleichen Betriebsbedingungen wie vor der Reparatur wieder aufzunehmen.

Auf diese Weise ist die Laserbearbeitungsvorrichtung, die einen der Laser mit Wellenlängenumwandlung 17 der Fig. 1, 10, 11, 12 und 13 verwendet, hinsichtlich ihrer Stabilität über­ legen und kann Bearbeitungsvorgänge mit hoher Reproduzierbar­ keit ausführen.

Die Erfindung, die wie oben beschrieben ausgebildet ist, zeigt die nachstehenden Auswirkungen.

Der Laser gemäß Anspruch 1 der Erfindung, der ein Laser mit Wellenlängenumwandlung ist, der einen die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall und einen die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall hat, die in einem Laserresonator, der ein aktives Festkörper­ lasermedium enthält, auf der optischen Achse des Lasers ange­ ordnet sind, ist so ausgebildet, daß die Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls in Richtung der optischen Achse kürzer als die Länge des die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls in Richtung der optischen Achse ist.

Es ist daher möglich, die Charakteristik der Ausgangsleistung des Summenfrequenzlaserstrahls, die von dem Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskri­ stalls abhängig ist, zu vereinfachen und somit einen Laser mit Wellenlängenumwandlung hoher Reproduzierbarkeit und ein­ facher Handhabung zu bauen.

Der Laser nach Anspruch 2, der der gleiche Laser wie nach An­ spruch 1 ist, ist so ausgebildet, daß der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall als ein Wellenlän­ genumwandlungskristall zum Erzeugen eines Laserstrahls der dritten Harmonischen dient.

Es ist somit möglich, die Charakteristik der Ausgangsleistung des Laserstrahls der dritten Harmonischen, die von dem Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwand­ lungskristalls abhängig ist, zu vereinfachen und somit einen Laser mit Wellenlängenumwandlung mit hoher Reproduzierbarkeit und leichter Handhabbarkeit zu bauen.

Der Laser nach Anspruch 3, der der gleiche Laser mit Wellen­ längenumwandlung wie derjenige nach Anspruch 1 ist, ist so ausgebildet, daß das die Summenfrequenz erzeugende Wellenlän­ genumwandlungselement aus einer Mehrzahl von Wellenlängenum­ wandlungskristallen besteht.

Es ist daher möglich, die Charakteristik der Ausgangsleistung des Summenfrequenz-Laserstrahls, die von dem Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungs­ kristalls abhängig ist, zu vereinfachen und somit einen Laser mit Wellenlängenumwandlung mit hoher Reproduzierbarkeit und einfacher Handhabbarkeit zu bauen.

Der Laser nach Anspruch 4, der der gleiche Laser mit Wellen­ längenumwandlung wie derjenige nach Anspruch 3 ist, ist so ausgebildet, daß der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlän­ genumwandlungskristall aus zwei Wellenlängenumwandlungs­ kristallen gebildet ist, so daß ein Laserstrahl der vierten Harmonischen erzeugt wird.

Es ist somit möglich, die Charakteristik der Ausgangsleistung des Strahls der vierten Harmonischen, die von dem Winkel des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungs­ kristalls abhängig ist, zu vereinfachen und somit einen Laser mit Wellenlängenumwandlung mit hoher Reproduzierbarkeit und einfacher Handhabbarkeit zu bauen.

Der Laser nach Anspruch 5, der der gleiche Laser mit Wellen­ längenumwandlung wie derjenige nach Anspruch 1 ist, ist so ausgebildet, daß der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlän­ genumwandlungskristall so angeordnet ist, daß er zwischen dem aktiven Festkörperlasermedium und dem die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristall positioniert ist; daher ist es möglich, eine stabile Vorrichtung mit hoher Re­ produzierbarkeit bereitzustellen.

Weiterhin ist der Laser nach Anspruch 6, der der gleiche Laser mit Wellenlängenumwandlung wie derjenige von Anspruch 1 ist, so ausgebildet, daß im Inneren eines Laserresonators ein Resonatorgüteschalt-Modulationselement angeordnet ist; daher wird der Wellenlängenumwandlungs-Wirkungsgrad höher als zum Zeitpunkt eines kontinuierlichen Wellenbetriebs.

Auch in diesem Fall ist es möglich, die Schwankung der Aus­ gangsleistung der zweiten Harmonischen, die von dem Winkel des Wellenlängenumwandlungskristalls abhängig ist, sowie die Grundleistungsschwankung im Inneren des Resonators zu glätten und zu vereinfachen und somit die Winkelabhängigkeit der Aus­ gangsleistung des Summenfrequenzlaserstrahls von dem die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungs­ kristall zu vereinfachen; dadurch wird es möglich, einen Laser mit Wellenlängenumwandlung zu bauen, der einfach zu handhaben ist.

Der Laser nach Anspruch 7, der der gleiche Laser mit Wellen­ längenumwandlung wie derjenige von Anspruch 1 ist, ist so ausgebildet, daß eine Einrichtung eingebaut ist, die den Win­ kel von wenigstens einem der Wellenlängenumwandlungskristalle mit einer Präzision von nicht mehr als ±0,1° feinjustieren kann; daher kann die Handhabung des Lasers mit Wellenlängen­ umwandlung, die bisher wegen der komplexen Winkelabhängigkeit schwierig ist, vereinfacht werden.

Der Laser nach Anspruch 8, der der gleiche Laser mit Wellen­ längenumwandlung wie derjenige von Anspruch 1 ist, ist so ausgebildet, daß eine Einrichtung eingebaut ist, die die Tem­ peratur von wenigstens einem der Wellenlängenumwandlungs­ kristalle mit einer Präzision von nicht mehr als ±0,5 Grad feinjustieren kann.

Daher kann die Handhabung des Lasers mit Wellenlängenumwand­ lung, die bisher die Temperatursteuerung des Wellenlängenum­ wandlungskristalls erfordert hat und infolge der komplexen Winkelabhängigkeit des Wellenlängenumwandlungskristalls bis­ her schwierig war, einfacher gemacht werden.

Der Laser nach Anspruch 9, der der gleiche Laser mit Wellen­ längenumwandlung wie derjenige von Anspruch 1 ist, ist so ausgebildet, daß im Inneren des Laserresonators ein Polarisa­ tionssteuerungselement angeordnet ist; somit ist es möglich, den stabilen Laser mit Wellenlängenumwandlung mit hoher Re­ produzierbarkeit und hohem Wirkungsgrad dahingehend zu verbessern, daß er eine höhere Reproduzierbarkeit hat und einfach zu handhaben ist.

Der Laser nach Anspruch 10, der der gleiche Laser mit Wellen­ längenumwandlung wie derjenige von Anspruch 1 ist, ist so ausgebildet, daß als das aktive Festkörperlasermedium Nd : YAG oder Nd : YLF oder Nd : YVO₄ verwendet wird; es ist daher mög­ lich, den stabilen Laser mit Wellenlängenumwandlung mit hoher Reproduzierbarkeit, hohem Wirkungsgrad und kurzer Impulsdauer dahingehend zu verbessern, daß er eine noch höhere Reprodu­ zierbarkeit hat und einfach zu handhaben ist.

Der Laser nach Anspruch 11, der der gleiche Laser mit Wellen­ längenumwandlung wie derjenige von Anspruch 1 ist, ist so ausgebildet, daß ein LBO(LiB₃O₅)-Kristall entweder als der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenumwandlungs­ kristall oder als der die dritte Harmonische erzeugende Wel­ lenlängenumwandlungskristall verwendet wird.

Daher ist es möglich, den stabilen Laser mit Wellenlängenum­ wandlung mit hoher Reproduzierbarkeit und hohem Erzeugungs- Wirkungsgrad dahingehend zu verbessern, daß er noch höhere Reproduzierbarkeit hat und einfach zu handhaben ist.

Der Laser nach Anspruch 12, der der gleiche Laser mit Wellen­ längenumwandlung wie derjenige von Anspruch 1 ist, ist so ausgebildet, daß der Summenfrequenzlaserstrahl eine mittlere Ausgangsleistung von nicht weniger als 1 W hat. Auch unter der Bedingung, daß eine Abweichung des Phasenanpassungswin­ kels infolge von thermisch bedingter Verwerfung, Beschädigun­ gen der optischen Elemente und Temperaturschwankungen in dem Wellenlängenumwandlungskristall vorhanden sind, ist es da­ durch, daß der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlän­ genumwandlungskristall kurz und die Toleranz des Phasenanpas­ sungswinkels groß ist, bei einer solchen Vorrichtung möglich, einen stabilen Laser mit Wellenlängenumwandlung mit hoher Reproduzierbarkeit und hohem Erzeugungs-Wirkungsgrad zu bauen, der auch dann, wenn die mittlere Ausgangsleistung hoch ist, einfach zu handhaben ist.

Der Laser nach Anspruch 13, der der gleiche Laser mit Wellen­ längenumwandlung wie derjenige von Anspruch 1 ist, ist so ausgebildet, daß der die zweite Harmonische erzeugende Wel­ lenlängenumwandlungskristall und der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall integral zu einem Wellenlängenumwandlungselement geformt sind, so daß die Tem­ peratur oder der Winkel des die zweite Harmonische erzeugen­ den Wellenlängenumwandlungskristalls und des die Summenfre­ quenz erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls integral geändert werden.

Auch dann, wenn die Wellenlängenumwandlungskristalle Tempera­ turänderungen unterworfen sind, obwohl der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall und der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall, bei denen im allgemeinen eine jeweils verschiedene Änderung der Toleranz des Phasenanpassungswinkels infolge von Temperaturen eintritt, integral ausgebildet sind, ist bei einer solchen Vorrichtung die Anordnung so getroffen, daß die Phasenanpas­ sungswinkel-Toleranzen der beiden Kristalle einander bis zu einem Wert überlappen dürfen, der im praktischen Betrieb nicht zu einem Problem führt; es ist also möglich, einen stabilen Laser zu bauen.

Die Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 14 ist eine Laser- Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Bearbeitungs­ objekts unter Verwendung eines Laserstrahls mit umgewandelter Wellenlänge, der von dem in Anspruch 1 angegebenen Laser mit Wellenlängenumwandlung als Lichtquelle erzeugt wird es ist daher möglich, eine kostengünstige Vorrichtung anzugeben, die die Bearbeitung mit hoher Reproduzierbarkeit und hoher Präzi­ sion sowie über einen langen Zeitraum stabil ausführen kann, und außerdem ist diese Vorrichtung einfach zu warten.

Claims (14)

1. Laser mit Wellenlängenumwandlung zum Erzeugen eines Summenfrequenzlaserstrahls, gekennzeichnet durch

• - einen Laserresonator (1, 9);
• - ein aktives Festkörperlasermedium (3);
• - einen Wellenlängenumwandlungskristall (6) zum Erzeugen der zweiten Harmonischen; und
• - einen Wellenlängenumwandlungskristall (7) zum Erzeugen einer Summenfrequenz;
• - wobei die Länge des die zweite Harmonische erzeugenden Wellenlängenumwandlungskristalls (6) ent­ lang einer optischen Achse kürzer eingestellt ist als diejenige des die Summenfrequenz erzeugenden Wellenlän­ genumwandlungskristalls (7).

2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenum­ wandlungskristall als Wellenlängenumwandlungskristall zum Erzeugen der dritten Harmonischen dient.

3. Laser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenum­ wandlungskristall eine Vielzahl von Wellenlängenumwand­ lungskristallen aufweist.

4. Laser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenum­ wandlungskristall zwei Wellenlängenumwandlungskristalle (7a, 10) aufweist, um einen Laserstrahl der vierten Harmonischen zu erzeugen.

5. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenum­ wandlungskristall zwischen dem aktiven Festkörperlaser­ medium und dem die zweite Harmonische erzeugenden Wel­ lenlängenumwandlungskristall positioniert ist.

6. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Resonatorgütewert-Modulationselement (8) in dem Re­ sonator.

7. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Winkeljustiereinrichtung, die den Winkel von we­ nigstens einem der Wellenlängenumwandlungskristalle mit einer Präzision von nicht mehr als ±0,1° justiert.

8. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Temperaturjustiereinrichtung, die die Temperatur von wenigstens einem der Wellenlängenumwandlungs­ kristalle mit einer Präzision von nicht mehr als ±0,5°C justiert.

9. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Polarisationssteuerungselement (11) in dem Resona­ tor.

10. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Festkörperlasermedium aus einem Material aus der Gruppe Nd : YAG, Nd : YLF und Nd : YVO₄ besteht.

11. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein LBO(LiB₃O₅)-Kristall wenigstens entweder als der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängenum­ wandlungskristall oder als der die Summenfrequenz erzeugende Wellenlängenumwandlungskristall verwendet wird.

12. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsleistung des Summenfrequenzlaserstrahls nicht geringer als 1 W ist.

13. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der die zweite Harmonische erzeugende Wellenlängen­ umwandlungskristall und der die Summenfrequenz erzeu­ gende Wellenlängenumwandlungskristall zu einem inte­ grierten Wellenlängenumwandlungselement (19) ausgebil­ det sind, so daß die Temperatur oder der Winkel der Wellenlängenumwandlungskristalle integral justiert wird.

14. Laserbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Bear­ beitungsobjekts, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangslaserstrahl verwendet wird, der von dem Laser mit Wellenlängenumwandlung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 13 als Lichtquelle erzeugt wird.