DE60009615T2

DE60009615T2 - Laservorrichtung

Info

Publication number: DE60009615T2
Application number: DE60009615T
Authority: DE
Inventors: Alexander Ivanovich Dutov; Alexey Alexeevich Kuleshov; Nikolai Alexeevich Novoselov; Alexandr Alexandrovich Sokolov
Original assignee: Amada Co Ltd; G PREDPR NI SKY I LAZERNOY FIZ; GOSUDARSTVENNOYE PREDPRIYATIE NAUCHNO-ISSLEDOVATEL SKY INSTITUT LAZERNOY FIZIKI
Current assignee: Amada Co Ltd; G PREDPR NI SKY I LAZERNOY FIZ; GOSUDARSTVENNOYE PREDPRIYATIE NAUCHNO-ISSLEDOVATEL SKY INSTITUT LAZERNOY FIZIKI
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2020-02-01
Also published as: RU2232454C2; US6442187B1; JP4387598B2; EP1080521A1; EP1080521B1; WO2000057521A1; JP2002540607A; DE60009615D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laservorrichtung, die ein laseraktives Medium, ein optisches Resonatorsystem, das eine optische Achse aufweist, eine Anregungseinrichtung, die das laseraktive Medium anregt und eine stimulierte Emission von Strahlung des laseraktiven Mediums ermöglicht, und eine Kühleinrichtung, die ein erstes und ein zweites Kühlelement aufweist, die in beabstandeter, einander gegenüberliegender Beziehung mit einander zugewandten Oberflächen angeordnet sind, wobei das laseraktive Medium zwischen den Kühlelementen entlang der optischen Achse vorhanden ist umfasst.
Laservorrichtungen wie oben angegebene sind allgemein in der Technik bekannt. Grundsätzlich müssen alle Arten von Laservorrichtungen mit dem Problem der Wärmeverteilung fertig werden. Bei einer Festkörper-Stablaservorrichtung zum Beispiel wird die Oberfläche des Stabs, der einer Anregung durch eine Pump-Lichtquelle wie einer Xe-Lampe unterworfen ist gekühlt und somit wird ein Temperaturgradient abhängig von der Kühlleistung und Wirksamkeit der Kühleinrichtung erzeugt. Thermische Effekte im Inneren des Stabs beeinflussen stark die optischen Eigenschaften sowohl des laseraktiven Materials wie den Brechungsindex, der in Abhängigkeit von der Temperaturverteilung und der Doppelbrechung variiert als auch die der weiteren optischen Elemente, nämlich der sphärischen Resonatorspiegel. Es ist schwierig und teuer ein Lasersystem von hoher Qualität zu entwerten, das frei von thermischem Qualitätsverlust ist, wenn die während des Laserbetriebs erzeugte Wärmemenge zunimmt auf Grund eines erwünschten Anstiegs der Ausgangsleistung.
Als Folge wurden Laservorrichtungen entworfen, um beide der folgenden Gesichtspunkte zu verbessern:

(i) Erhöhung der Wärmeverteilung, um eine höhere Ausgabeleistung pro Volumeneinheit des aktiven Lasermaterials zu erreichen, und
(ii) Minimierung des Einflusses des Temperaturgradienten auf die optischen Eigenschaften der Laservorrichtung.

Auf dem Gebiet der Gaslaser, die RF-Anregung verwenden wurden sogenannte Slab-Laser oder Zickzack-Laser entwickelt. Diese Laser besitzen einander gegenüberliegende RF-Elektroden, die aus rechteckigen Platten mit einer reflektierenden Oberfläche gebildet sind. Diese Elektroden sind so angeordnet, dass dazwischen ein Volumen gebildet wird, wobei der resultierende Zwischenraum mit einem laseraktiven Gas gefüllt ist. Der Abstand zwischen diesen Elektroden beträgt typischerweise etwa 2 bis 4 mm und kann bis zu 1 cm erhöht werden, wenn ein zusätzlicher Gasfluss vorhanden ist, während die Breite der Spalte senkrecht zu dem Abstand sich in dem Bereich von einigen cm befindet. Die Elektroden sind gekühlt und somit wird die Wärme von dem Lasergas verteilt durch Leitungskühlung über die Oberflächen der Elektroden. Als einer Ergebnis wird ein großes Kühlgebiet und somit eine große Kühlleistung eingerichtet.
Gleichzeitig liefert diese Struktur einen Temperaturgradienten, der im Wesentlichen nur senkrecht zur den Oberflächen der Elektroden ausgerichtet ist, mit Ausnahme von Verzerrungen an den seitlichen Enden der Platten. Diese Struktur tendiert dazu den Effekt von Temperaturgradienten aufzuheben, da der Laserstrahl sich in der Ebene der Temperaturveränderung im Zickzack bewegt. Der relativ große Abstand der Platten im Zentimeterbereich jedoch resultiert in einem weiten Bereich von Reflexionswinkeln in dieser Ebene. Deshalb wird die resultierende Mode der Strahlung nicht länger durch die sphärischen Resonatorspiegel als eine Einzelmode festgelegt, sondern die Strahlung besteht als Folge aus Multimoden. Viele Anwendungen von Laservorrichtungen erfordern jedoch eine feine Fokussierung des Laserstrahls, um eine hohe Leistungsdichte zu ereichen und somit ist ein Multimodenstrahl nicht erwünscht.
Ferner sind so genannte "Hohlleiter"-Laservorrichtungen in der Technik bekannt, bei denen das Strahlungsfeld in beiden Transversalrichtungen begrenzt ist durch hochglanzpolierte und stark reflektierende Seitenwände. Die Strahlungsmode ist vollständig durch den Hohlleiter-Hohlraum bestimmt, wohingegen der Resonator nur aus ebenen Spiegeln besteht. Um eine Einzelmodenstrahlung aus einem Hohlleiterlaser zu erhalten, werden die Ausmaße des Hohlleiter-Hohlraums auf nur einige mm (2–4 mm) beschränkt.
Hohlleiterlaser besitzen exzellente thermische Eigenschaften, aber die Ausgangsleistung ist niedrig aufgrund des kleinen aktiven Volumens.
US-5,123,028 legt einen CO₂-Slab-Laser offen, der eine Hohlleiter-Anordnung einschließt, die aus einem Paar von getrennt beabstandeten planaren Elektroden mit einander gegenüberliegenden lichtreflektierenden Oberflächen gebildet wird. Die Begrenzung der Strahlung in der Ebene parallel zu den Elektrodenoberflächen wird durch einen instabilen Resonator mit negativem Zweig erreicht.
WO 95/02909 beschreibt einen CO₂-Slab-Hohlleiter-Laser, bei dem der Lichtfortpflanzungspfad in der Ebene parallel zu den Hohlleiter-Oberflächen durch sphärische Spiegel gefaltet wird.
GB 2276031 legt eine Festkörper-Laservorrichtung offen, die ein Slab-förmiges Lasermedium umfasst, das ein Paar von optisch glatten Oberflächen besitzt. In der Breitenausdehnung des Slab förmigen Lasermediums ist ein instabiler Freiraum-Resonator vorhanden, wohingegen in der eng beabstandeten Dickerichtung des Slab-Mediums eine Begrenzung der Strahlung durch die optisch glatten Oberflächen des Mediums erreicht wird.
In dem US- Patent Nr. 4,719,639 wird eine Laservorrichtung offengelegt, wobei durch hochglanzpolierte und hochreflektierende Elektroden mit einem kleinen Abstand von weniger als 5 mm in einer transversalen Richtung Hohlleiterbedingungen geschaffen werden, während die andere transversale Richtung "offen" bleibt, d. h. der optische Hohlraum in dieser Richtung wird durch sphärische Resonatorspiegel begrenzt. Eine Anordnung, wie sie in der obigen Offenlegung erwähnt ist kann das aktive Volumen im Vergleich zu dem Hohlleiterlaser erhöhen, während andererseits eine Einzelmodenstrahlung erhalten werden kann. Der Abstand der Elektroden ist jedoch typischerweise auf 2–3 mm begrenzt. Zusätzlich erfordern die Elektroden sowohl eine hohe optische Qualität als auch eine große Parallelität.
US-A-5123023 legt eine Laservorrichtung in Übereinstimmung mit der Einleitung von Anspruch 1 offen.
Zusammenfassung der Erfindung
Mit Hinblick auf die oben erwähnten Probleme und Nachteile des Stands der Technik ist es deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Laservorrichtung mit einer kompakten Struktur vorzulegen, die eine verbesserte optische Leistung besitzt und eine fein fokusierbare Strahlung ausgibt.
Das oben erwähnte Ziel wird durch eine Laservorrichtung erreicht, die ein laseraktives Medium, ein optisches Resonatorsystem, das eine optische Achse definiert, eine Anregungseinrichtung, die das laseraktive Medium anregt und eine stimulierte Emission von Strahlung des laseraktiven Mediums ermöglicht, und eine Kühleinrichtung umfasst, die ein erstes und ein zweites Kühlelement aufweist, die in beabstandeter, einander gegenüberliegender Beziehung mit einander zugewandten Oberflächen angeordnet sind, wobei das laseraktive Medium zwischen den Kühlelementen entlang der optischen Achse vorhanden ist. Die Laservorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Element vorhanden ist, das auf dem optischen Weg angeordnet ist, der durch das optische Resonatorsystem gebildet wird, und das eine Brechkraft in einer ersten Ebene entlang der optischen Achse und senkrecht zu den Oberflächen hat, die sich von einer Brechkraft in einer zweiten Ebene entlang der optischen Achse und senkrecht zu der ersten Ebene unterscheidet, wobei die Brechkraft in der ersten Ebene des optischen Elementes so eingestellt ist, dass sie Wechselwirkung der niedrigsten Strahlungsmodenordnung mit den Oberflächen des ersten (61) und des zweiten (62) Kühlelementes verhindert.
Der Ausdruck "Brechkraft" bezieht sich auf alle Arten von optischen Elementen, speziell auf lichtbrechende, -ablenkende und -reflektierende optische Elemente mit der Fähigkeit einen Lichtstrahl parallel auszurichten oder zu streuen.
Der Ausdruck "entlang der optischen Achse" schließt alle Anordnungen der Ebenen parallel zu der optischen Achse oder die optische Achse, die sich in den Ebenen befindet ein.
"Eine Ebene entlang der optischen Achse senkrecht zu den Oberflächen" stellt eine Vielzahl von Ebenen dar, die parallel sind, wenn die Oberflächen der Kühlelemente e ben sind und einen bestimmten Winkelbereich einschließen, wenn die Oberflächen gebogen sind. Die obige Definition kann auch den Fall einschließen, bei dem die "Ebenen" nicht länger eben sind, sondern eine bestimmte Krümmung entsprechend dem beabstandeten Verhältnis der Kühlelemente umfassen, zum Beispiel, wenn die Oberflächen der Kühlelemente zylindrisch mit nicht zusammenfallenden Krümmungszentren sind. Die Definition der in dieser Anwendungen verwendeten Strahlungsmode ist mit Bezug auf die verwandte Technik in der folgenden Weise zu verstehen: Im Falle einer Freiraumausbreitung des Laserstrahls bildet die TEM_∞-Mode die sog. Grundmode oder Mode der niedrigsten Ordnung, wohingegen alle anderen Moden als Moden höherer Ordnung bezeichnet werden.
Für eine Laservorrichtung mit einem quadratisch geformten Hohlleiter-Hohlraum wird die EH₁₁-Mode als die Grundmode oder Mode niedrigster Ordnung angesehen und alle anderen Moden werden als Moden höherer Ordnung behandelt.
Für eine Laservorrichtung mit einem slabähnlichen Hohlleiter-Hohlraum wird die Strahlungsmode mit einem einzigen Maximum in seiner Verteilung in dem transversalen elektrischen Feld in der Nicht-Freiraum- Ausbreitungsrichtung als die Grundmode oder Mode niedrigster Ordnung angesehen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird bei der, wie oben definierten Laservorrichtung die innerhalb des aktiven Volumens erzeugte Strahlung, d. h. innerhalb des laseraktiven Mediums parallel ausgerichtet oder gestreut jeweils durch ein optisches Element in der Ebene, die senkrecht zu Oberflächen der ersten und zweiten Elemente der Kühleinrichtung ist, die den Ort des laseraktiven Mediums definiert, um deren Krümmungen in Kombination mit der Anordnung der sphärischen Resonatorspiegel, d. h. die Abstände der Resonatorspiegel und die Krümmung des optischen Elementes, des Strahlungsfeldes in dieser Ebene zu begrenzen. Die Beschränkung des Winkelbereichs der Strahlung in der Ebene senkrecht zu den Oberflächen der Kühlelemente erlaubt eine größere Trennung der Kühlelemente, die vorher verwendet wurden zur Begrenzung der Laserstrahlung, während man einen Betrieb der Laservorrichtung in einer Einzeltransversalmode aufrechterhält.
Die Laservorrichtungen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vereinigt die Vorteile von kleinen Abmessungen mit erhöhter Ausgangsleistung. Verringerte Herstellungskosten erwachsen aus der Tatsache, dass die Oberflächen der Kühlelemente nicht von hoher optischer Qualität sein müssen und die Zahl der Peripherievorrichtungen zum Kühlen des laseraktiven Mediums verringert ist im Vergleich zu einer Laservorrichtung entsprechend dem Stand der Technik. Zusätzlich ist der Wartungsaufwand während des Betriebs einer Laservorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung niedrig, da die Temperaturbelastung der verschiedenen Komponenten der Laservorrichtung reduziert ist auf Grund der erhöhten Kühlwirkung. Ferner beeinflusst eine Fehlausrichtung der Kühlelemente auf Grund der thermischem Expansion die Betriebseigenschaften der Laservorrichtung nur unerheblich, da der Abstand der Kühlelemente und ihre Parallelausrichtung keine kritischen Parameter darstellen. Ein weiterer Vorteil ist eine verlängerte Lebensdauer, die aus der verbesserten Kühlwirkung resultiert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind Blendeneinrichtungen in dem optischen Pfad angeordnet. Diese Blendeneinrichtungen können zum Beispiel durch Blenden realisiert werden, welche den optisch effektiven Abstand der Oberflächen der Kühlelemente begrenzen. Bevorzugt wird die wechselseitige Anordnung des optischen Elements, der optischen Resonatoreinrichtung und der Blendeneinrichtungen optimiert, so dass die Strahlungsverluste an den Blendeneinrichtungen minimiert werden. Der Prozess der Optimierung der Laservorrichtung um einen Einzelmodenbetrieb in der Ebene, in der das optische Element die Begrenzung der Strahlung regelt auszuwählen wird, durch diese Blendeneinrichtungen beträchtlich erleichtert.
Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung bilden das optische Element und das Resonatorsystem in Kombination einen stabilen Resonator in der Ebene senkrecht zu der Oberfläche der Kühleinrichtung. Als ein Ergebnis "berührt" bei dieser Anordnung der Laserstrahl nie die Oberflächen der Kühlelemente.
Vorteilhafterweise ist die optische Achse der Laservorrichtung in Abschnitte unterteilt, die einen Winkel in Bezug zueinander bilden und damit wird die gesamte Längendimension der Laservorrichtung reduziert, während gleichzeitig ein großes optisch aktives Volumen beibehalten wird.
Vorzugsweise umfasst das optische Element eine reflektierende Oberfläche, um die optische Achse in einen ersten und wenigstens einen weiteren Abschnitt zu teilen und somit die Zahl der benötigten optischen Komponenten in der Laservorrichtung zu reduzieren Das optische Element jeweils zur Parallelausrichtung und Streuung ist vorzugsweise ein zylindrischer Spiegel, der mit relativ niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Vorzugsweise sind die Krümmungen der Spiegel des optischen Resonatorsystems so geformt, dass sie gleichzeitig als das optische Element dienen können und damit die Zahl der benötigten optische Komponenten reduzieren. Ein Spiegel mit einem solchen Design wäre vorzugsweise bizylindrisch.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung variiert der Abstand der Oberflächen entlang der optischen Achse entsprechend einem Strahlprofil in diesem Abschnitt. Durch diese Anpassungsmaßnahme der Gestalt der Kühlelemente an die Strahldurchmesseränderung entlang der optischen Achse werden sowohl die Kühlwirkung als auch die optische Leistung optimiert, da der Abstand der Oberflächen immer bei seinem minimal benötigten Wert bleibt.
Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Elemente der Kühleinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material. Dies liefert die Möglichkeit die Elemente als Elektroden zu verwenden. Ferner impliziert eine große elektrische Leitfähigkeit üblicherweise auch eine große thermische Leitfähigkeit, was eine einheitliche Temperaturverteilung über die Oberflächen der Elemente bedeutet und somit einen eindimensionalen Temperaturgradienten erzeugt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Anregungseinrichtung eine Hochfrequenzquelle, die eine Leistungsanpassungsschaltung enthält, und die Hochfrequenzquelle ist elektrisch mit dem ersten und dem zweiten Kühlelement der Kühleinrichtung verbunden. Auf diese Weise können die Dimensionen der Laservorrichtung weiter reduziert werden, da die Elemente der Kühleinrichtung eine Doppelfunktion besitzen.
Das laseraktive Medium ist vorzugsweise ein Lasergas. In Verbindung mit den Elementen der Kühleinrichtung, die auch als RF-Elektroden dienen, wird eine effektive Kühlung des Lasergases durch Leitungskühlung ausgeführt und somit wird ein leistungsstarker Gaslaser mit einem großen laseraktiven Volumen innerhalb des Lasergases erzeugt im Vergleich zu Gaslasern entsprechend dem Stand der Technik.
Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Gas die Komponenten: CO₂, N₂, He, Xe. Die Verwendung der zusätzlichen Komponente Xe ergibt eine Erhöhung der Ausgabeleistung von etwa 20–30% auf Grund der Modifikation des Geschwindigkeitsspektrums der Elektronen, welche die Molekülschwingungen in CO₂ und N₂ anregen.
Vorzugsweise umfassen die Kühlelemente Durchlasse, um einen Gasstrom zur Erhöhung der Kühlkapazität und zum Ersatz der abgebauten CO₂-Moleküle zu ermöglichen.
Vorteilhafterweise ist das optische Resonatorsystem ein instabiles Resonatorsystem mit negativem Zweig. Der instabile Resonator mit negativem Zweig ist ein instabiles Resonatorsystem, das einem Brennpunkt zwischen den Resonatorspiegeln umfasst. In diesem Fall muss das optische Element einen parallelausrichtenden Effekt besitzen, um das Strahlungsfeld zu begrenzen. Die Empfindlichkeit gegenüber Fehlausrichtung dieses Resonatortyps ist viel geringer als die eines instabiles Resonators mit positivem Zweig oder eines stabilen Resonators. Somit ist der Einfluss von thermischer Ausdehnung und mechanische Belastung, der in einer Fehlausrichtung während des Betriebs resultiert weniger wichtig im Vergleich mit Vorrichtungen entsprechend dem Stand der Technik.
Bei der Laservorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Oberflächenentfernung einer einzelnen Vorrichtung als ein Wert in dem Bereich von 2 mm bis 15 mm ausgewählt werden. Sogar für einen Wert von 2 mm berührt das sich ausbreitende Laserlicht niemals die Oberflächen der Kühlelemente. Darüber hinaus kann, durch Anwendung eines zusätzlichen langsam fließenden Gasaustausches zwischen den Kühlelementen die Ausgabeleistung der Laservorrichtung bedeutet erhöht werden (einige Male die Ausgangsleistung ohne Gasstrom).
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die optische Achse in einige Abschnitte unterteilt, wobei sich diese einigen Abschnitte nicht in einer gemeinsamen Ebene befinden. Unterschiedliche Teile einer Laservorrichtung, die ein aktives Volumen enthalten können somit in einer "dreidimensionalen" Struktur angeordnet werden, die in einer Hochleistungsausgabevorrichtung mit kleinen Gesamtabmessungen resultiert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Kühlelemente so geformt, dass sie ebene Oberflächen besitzen, die einander zugewandt stehen. Dies resultiert in einer einfachen Geometrie des aktiven Volumens der Laservorrichtung und somit in einem einfach zu bauenden optischen Element, da die Ebenen, in denen das optische Element parallel ausrichtet oder streut jeweils parallel sind. Somit kann das optische Element zum Beispiel als ein Zylinderspiegel geliefert werden.
Weitere bevorzugte Ausführungen folgen aus den abhängigen Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht senkrecht zu der Ansicht von 1 der ersten Ausführung entnommen entlang der Linie II–II in 1.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführung der Laservorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine schematische Schnittansicht einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine schematische Schnittansicht einer sechsten Ausführung der Laservorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Schnittansicht der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer Ebene senkrecht zu 7 entnommen entlang der Linie VIII–VIII in 7.
9 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführung der Laservorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine schematische Schnittansicht der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer Ebene senkrecht zu 9 entnommen entlang der Linie X-X in 9.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Mit Bezug auf 1 und 2 wird eine bevorzugte Ausführung der Erfindung im Detail beschrieben.
Die schematische Schnittansicht von 1 zeigt eine erste Ausführung der Laservorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, die eine Kühlvorrichtung 6 mit Kühlelementen 61, 62, 63 und 64 aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material umfasst. Ein optisches Resonatorsystem umfasst einen sphärischen Resonatorspiegel 2 und einen sphärischen Resonatorspiegel 3, die beide eine konkave Krümmung besitzen. Die Resonatorspiegel 2 und 3 bilden ein unstabiles Resonatorsystem mit negativen Zweig.
Zwischen den Kühlelementen 61, 62, 63 und 64 befindet sich ein Lasergas 1, das aus den Komponenten N₂, CO₂, He und Xe zusammengesetzt sein kann.
Das System umfasst weiterhin ein optisches Element 10, das als ein Zylinderspiegel vorgesehen ist, wobei die Zylinderachse des optischen Elements 10 senkrecht zu der Zeichenebene ist. Eine optische Achse 4 wird durch das optische Resonatorsystem definiert und durch das optische Element 10 in zwei Abschnitte geteilt.
Weiter sind Blendeneinrichtungen, welche die Blenden 7, 8 und 9 umfassen jeweils entlang der optischen Achse vorgesehen, wobei Blende 7 zwischen sphärischem Spiegel 2 und den Enden der Kühlelemente 61 und 62, Blende 9 zwischen sphärischem Spiegel 3 und den Enden der Kühlelemente 63 und 64 und Blende 8 zwischen optischem Element 10 und den anderen Enden der Kühlelemente 61, 62, 63 und 64 angeordnet sind.
Eine Anregungsvorrichtung 5 zur Anregung des Lasergases zur Aussendung von Laserstrahlung ist, in Übereinstimmung mit dieser Ausführung eine Hochfrequenzquelle, die eine Leistungsanpassungsschaltung enthält. Die RF-Quelle ist mit den Kühlelementen, die als Elektroden dienen durch elektrische Verbindungen 11, 13, 15, 17 und 19 verbunden und ist weiterhin mit einem Referenzpotenzial 20 verbunden.
Jedes Paar von Kühlelementen 61, 62 und Kühlelementen 63, 64 bilden jeweils ein Volumen, welches das Lasergas 1 enthält. Wenn Anregungseinrichtung 5 einen RF-Strom über die elektrischen Verbindungen 11, 13, 15, 17 und 19 an die jeweiligen Paare an Kühlelementen 61, 62 und 63, 64 liefert, wird Lasergas 1 angeregt und gibt stimulierte Emission ab. Die emittierte Strahlung wird in der Ebene senkrecht zu der Zeichenebene aus 1 durch das Resonatorsystem begrenzt, das ein instabiler Resonator mit negativem Zweig ist. Die Eigenschaften dieses Resonatortyps werden mit Bezug auf 2 in dem folgenden Absatz erklärt. In dieser Ebene beeinflusst das optische Element 10 die Funktion des Resonatorsystems nicht und teilt nur die optische Achse in zwei Abschnitte.
In der Zeichenebene von 1 ist das Strahlungsfeld durch das Resonatorsystem, die Blendeneinrichtung und das optische Element 10 begrenzt. Die Blendengrößen der Blenden 7, 8 und 9 begrenzen die optisch wirksame Entfernung des jeweiligen Paares an Kühlelementen 61, 62 und 63, 64. Wenn die Krümmungen von den sphärischen Spiegeln 2 und 3 und die Entfernung der Oberflächen jeweils von den Kühlelementen 61, 62 und 63, 64 einmal gegeben sind, werden die Entfernungen der sphärischen Spiegel 2 und 3 von den jeweiligen Enden der entsprechenden Kühlelemente, die Entfernung des optischen Elements 10 von den entsprechenden Enden der Kühlelemente, die Krümmung des optischen Elements 10 und die Blendengröße der Blenden 7, 8, 9 so ausgewählt, dass sie einen stabilen Resonator bilden, die Strahlungsverluste in den Blenden minimieren und gleichzeitig eine Strahlung einer geeigneten Mode niedriger Ordnung liefern, die das Resonatorsystem bei dem sphärischen Spiegel 3 verlässt.
2 ist eine schematische Schnittansicht der ersten Ausführung der vorliegende Erfindung in einer Ebene senkrecht zu der Zeichenebene aus 1. Für ein besseres Verständnis sind die beiden Abschnitte der optischen Achse 4 aus 1 in der Darstellung aus 2 in einer geraden Linie angeordnet.
In 2 ist das optische Resonatorsystem gezeigt, das die sphärischen Spiegel 2 und 3 umfasst, wobei der obere Teil des sphärischen Spiegels 3 ausgeschnitten ist, um eine Öffnung für den Laserstrahl vorzusehen, damit er das Resonatorsystem verlassen kann. Ein Laserstrahl, der das Resonatorsystem bei dem sphärischen Spiegel 3 verlässt, besitzt das Referenzzahlzeichen 50.
In 2 wird die Strahlung, die durch das Lasergas (nicht gezeigt) emittiert wird einige Male zwischen den sphärischen Spiegeln 2 und 3 reflektiert und verlässt das Resonatorsystem als Laserstrahl 50 bei dem sphärischen Spiegel 3. In der Zeichenebene von 2 beeinflusst das optische Element 10 die Funktion des Resonatorsystems nicht. Spiegel 2 und 3 besitzen konkave Krümmungen und bilden einen instabilen Resonator mit negativem Zweig, d. h. der Resonator umfasst einen Brennpunkt zwischen den sphärischen Spiegeln und die Strahlung verlässt das Resonatorsystem schon nach wenigen Reflexionen. Da der optischen Pfad des aktiven Volumens zwischen den sphärischen Spiegeln 2 und 3 in der Richtung des Abstandes von den Kühleinrichtungen durch diese Kühleinrichtungen begrenzt ist, muss der Laserstrahl in dieser Richtung "zurückgebogen" werden und das optische Element 10 muss somit vom Kollimationstyp sein. Der instabile Resonator ist relativ unempfindlich in Hinblick auf Fehlausrichtung. Dieser Resonatortyp besitzt weiter den Vorteil, dass er eine Einzelmodenausgabe liefert, während er das Laservolumen zu einem hohen Prozentsatz ausfüllt.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben mit Bezug auf 3, die eine schematische Schnittansicht der Laservorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in der Ebene der Strahlfortpflanzung ist.
Die Laservorrichtung der zweiten Ausführung umfasst ein optisches Resonatorsystem des instabilen Typs mit negativem Zweig, das sphärische Spiegel 302 und 303 umfasst. Eine optische Achse 304 wird durch optische Elemente 310, 320, 330, 340 und 350 in einige Abschnitte geteilt, die als Zylinderspiegel vorgesehen sein können.
Zwei Kühlelemente 361 und 362 umfassende Kühleinrichtungen 306 sind so angeordnet, dass ihre inneren Oberflächen das laseraktive Medium einschließen und dass der Strahlfortpflanzungspfad durch die optischen Elemente 310, 320, 330, 340, 350 hin und zurück geführt wird.
Ferner sind Blendeneinrichtungen vorgesehen, die Blenden 370 bis 376 umfassen, wobei die Blenden 370, 372, 374, 376 zwischen einer Seitenkante des Paars von Kühlelementen 361, 362 und jeweils dem sphärischen Resonatorspiegel 302, dem optischen Element 320, dem optischen Element 340 und dem sphärischen Resonatorspiegel 303 angeordnet sind und die Blenden 371, 373, 375 sind zwischen der anderen Seitenkante des Paars von Kühlelementen 361, 362 und den jeweiligen optischen Elementen 310, 330, 350 vorgesehen. Die Blenden 370 bis 376 begrenzen den optisch wirksamen Abstand der Kühlelemente 361, 362. Der Abstand ist senkrecht zu der Zeichenebene von 3 und als Folge erscheinen die Blenden in 3 als durchgehende Linien.
Wenn ein laseraktives Medium (nicht gezeigt) zwischen den Kühlelementen 361 und 362 angeregt wird, wird eine Strahlung, die durch das angeregte laseraktive Medium emittiert wird in der transversalen Richtung in der Zeichenebene von 3 jeweils durch die sphärischen Spiegel 302 und 303 begrenzt. Im dieser Ebene teilen die optischen Elemente die optische Achse in einige Abschnitte aber beeinflussen die optische Begrenzungsoperation des Resonatorsystems nicht. In der Richtung senkrecht zu der Zeichenebene wird die Begrenzung der Strahlung durch sphärische Spiegel 302, 303, Blenden 370 bis 375 und die optischen Elemente 310 bis 350, die Zylinderspiegel sein können ausgeführt. Die Abstände der optischen Elemente 310 bis 350 von den Kühlelementen 361, 362, die Blendengrößen der Blenden 370 bis 375 zur Begrenzung eines optisch wirksamen Abstandes der einander zugewandten Kühlelementoberflächen und die Krümmungen der optischen Elemente 310 bis 350 sind optimiert, um einen stabilen Resonator in der Zeichenebene zu bilden, um die Strahlungsverluste an den Blenden 370 bis 375 zu minimieren und eine Strahlungsmode geeigneterweise niedriger Ordnung auszuwählen. In Übereinstimmung mit dieser Ausführung kann eine sehr kompakte Laservorrichtung realisiert werden auf Grund der Tatsache, dass der optischen Pfad in einige Abschnitte unterteilt wird und die Längenabmessung der Vorrichtung entsprechend reduziert ist. Außerdem kann die Temperaturverteilung in den Ebenen, in denen das laseraktive Medium die Kühlelemente berührt ziemlich konstant gehalten werden, was in einer höheren Zuverlässigkeit während eines Betriebs bei hoher Ausgabeleistung resultiert.
Mit Bezug auf 4 und 5 werden eine dritte und eine sehr ähnliche vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung nun beschrieben.
4 ist eine schematische Schnittansicht, bei der jeweils Resonatorspiegel 402 und 403 einen instabilen Resonator mit negativem Zweig in der Ebene senkrecht zu der Zeichenebene bilden. Der Abstand zwischen den Resonatorspiegeln 402 und 403 ist als L definiert. Krümmungen 410 der jeweiligen Resonatorspiegel 402 und 403 in einer Ebene senkrecht zu den Oberflächen der Kühlelemente 461 und 462 sind zusätzlich so ausgebildet, dass ihr Radius, definiert als R, in einer Ebene entsprechend der Zeichenebene von 4, größer ist als der Abstand der Resonatorspiegel L und somit einen stabilen Resonator ergeben. Blendeneinrichtungen 407 und 408 sind jeweils vor dem Resonatorspiegel 403 und 402 platziert. Ein Lasergas ist jeweils zwischen den Oberflächen der Kühlelemente 461 und 462 vorhanden. Die Kühlelemente bestehen aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material und Kühlelement 461 ist mit Hochfrequenzstromquelle 405 über eine elektrische Verbindung 411 verbunden, wohingegen Kühlelement 462 mit einem Referenzpotenzial 420 durch eine elektrische Verbindung 419 verbunden ist.
Der Radius R der Resonatorspiegel 403, 402 ist so ausgewählt, dass R > L, um einen stabilen Resonator in der Zeichenebene von 4 zu bilden. Die Größe der Blendeneinrichtungen 407 und 408 wird gewählt den Laserstrahl so zu begrenzen, dass er die Oberflächen der Kühlelemente nicht berührt. Vorteilhafterweise sind die Oberflächen der Kühleinrichtungen so ausgebildet, dass sie im Wesentlichen wie die Veränderung des Strahlbereichs entlang der optischen Achse in der Zeichenebene von 4 geformt sind. Auf diese Weise wird die Kühlwirkung erhöht im Vergleich zu ebenen Kühloberflächen mit einem konstanten Abstand.
5 zeigt eine ähnliche Anordnung wie 4 mit modifizierten Kühlelementen 561 und 562. Die Kühlelemente 561 und 562 umfassen Durchlasse 590, um einen Gasaustausch des Lasergases 501 mit peripheren Kühleinrichtungen (nicht gezeigt) zu erlauben, um die Kühlleistung der Laservorrichtung weiter zu erhöhen.
6 zeigt eine Schnittansicht einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei die optische Achse in zwei Abschnitte unterteilt ist.
In 6 ist eine Spiegeleinrichtung 600 mit einer ebenen reflektierenden Oberfläche vorgesehen, die eine weitere Blendeneinrichtung 609 vor ihr besitzt und eine optische Achse 604 in zwei Abschnitte unterteilt. Resonatorspiegel 603 und 602 bilden einen instabilen Resonator mit negativem Zweig in der Ebene senkrecht zu der Zeichenebene von 6. Die Resonatorspiegel umfassen eine zusätzliche Krümmung 610 zur Bildung eines stabilen Resonators in der Zeichenebene von 6 und sind somit bizylindrische Spiegel. Vor den Resonatorspiegeln 603 und 602 sind jeweils Blendeneinrichtungen 607 und 608 angeordnet. Kühlelemente 661, 662 und 663 sind aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material, das zwei laseraktive Volumina ausbildet. Hochfrequenzstromquelle 605 ist mit Kühlelementen 661 und 663 jeweils über elektrische Verbindungen 611 und 617 verbunden. Kühlelement 662 ist über eine elektrische Verbindung 619 mit einem Referenzpotenzial 620 verbunden.
Spiegeleinrichtung 600 teilt die optische Achse 604 in zwei Abschnitte und somit wird Abstand L, der den Abstand der Resonatorspiegel in einer entsprechenden Längsanordnung definiert in zwei Teile mit jeweils der Länge von L/2 geteilt. Die Resonatorspiegel bilden einen instabilen Resonator mit negativem Zweig in der Ebene senkrecht zu der Zeichenebene von 6 und durch die zusätzlichen Krümmungen 610 und die Blendeneinrichtungen 607, 608 und 609 wird ein stabiler Resonator in der Zeichenebene von 6 gebildet, der die Strahlung in dieser Ebene begrenzt. Spiegeleinrichtung 600 beeinflusst weder das instabile Resonatorsystem noch das stabile Resonatorsystem. Der Abstand der Oberflächen der Kühleinrichtungen kann variieren, um genau an den variablen Strahlabschnitt entlang der optischen Achse angepasst zu werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben mit Bezug auf 7 und 8.
7 ist eine schematische Schnittansicht senkrecht zu der optischen Achse einer sechsten Ausführung der Laservorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Der Laser aus 7 schließt eine Kühleinrichtung ein, die Kühlelemente 761 bis 769 aus einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material umfasst, wobei Kühlelement 769 ein Hohlzylinder ist, der von Zylinderplatten 761 bis 768 umgeben ist, die entlang einer gedachten Zylinderoberfläche so angeordnet sind, dass sie jeweils Lücken zwischen dem inneren Zylinder 769 und den Zylinderplatten 761 bis 768 bilden. Die Zylinderplatten sind über elektrische Verbindungen 711 bis 718 und eine Hochfrequenzspannungsquelle (nicht abgebildet) miteinander verbunden. Ein Lasergas 701 ist in den Lücken vorhanden.
Wenn die Kühlelemente 761 bis 769, die auch als Elektroden dienen mit einem hochfrequenten Strom über elektrische Verbindungen 711 bis 718 versorgt werden, wird das Lasergas 701 zwischen dem Hohlzylinder 769 und den Kühlelementen 761 bis 768 angeregt und emittiert stimulierte Strahlung. Die Begrenzung des Strahlungsfeldes wird mit Bezug auf 8 in dem folgenden Abschnitt besprochen.
8 ist eine Schnittansicht der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer Ebene senkrecht zu 7 und dort durch die Schnittlinie VIII–VIII angezeigt.
In 8 sind jeweils Resonatorspiegel 703, 702 und 704, 705 vorgesehen, die eine Krümmung des Tontyps besitzen, d. h. die Brechkraft der Resonatorspiegel in den Ebenen senkrecht zu der Ebene der Kühlelemente ist unterschiedlich im Vergleich zu den transversalen Ebenen senkrecht dazu und somit wird eine Begrenzung der Laserstrahlen in beide transversale Richtungen innerhalb der aktiven Volumina, die jeweils durch die Kühlelemente 768, 769 und 764, 769 gebildet werden erreicht. Resonatorspiegel 702 und 705 sind teildurchlässig. Außerdem sind Kühlelemente 768, 769 und 764 so geformt, dass sie im Wesentlichen mit den Abschnitten der Laserstrahlen entlang ihres Ausbreitungspfads zusammenfallen. Die Laserstrahlen werden jeweils bei den teildurchlässigen Spiegeln 702 und 705 ausgegeben. Die Ausgabelaserstrahlen werden durch einen Kegelspiegel 730 zu einem Axicon 720 gelenkt.
9 zeigt einen Schnitt einer Ausführung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ähnlich dem, der mit Bezug auf 7 und 8 erläutert wurde. Verglichen mit der Ausführung, die in 7 dargestellt ist bilden zusätzliche Kühlelementen 971 bis 978 einen Ring aus Zylindersegmenten. In 9 werden Elemente, die identisch mit oder ähnlich zu entsprechenden Elementen aus 7 sind durch entsprechende Referenzzahlzeichen bezeichnet, mit Ausnahme einer 9 statt einer 7 als vorausgehendes Zeichen.
10 zeigt einen Schnitt entlang der Linie X-X in 9. In dem oberen Teil von 10 wird ein optischer Hohlraum durch Resonatorspiegel 903, 902, die vom Tontyp sind und einem konischen Spiegel 931 gebildet. In dem unteren Teil von 10 wird ein optischer Hohlraum durch Resonatorspiegel 913, 912, die vom torischen Typ sind und einem konischen Spiegel 932 gebildet. Die Laserstrahlausgänge jeweils bei den teildurchlässigen Resonatorspiegeln 902 und 913 werden durch einen konischen Spiegel 930 zu einem Axicon 720 reflektiert. Kühlelemente 968, 969 und 978, 969 sind so geformt, dass sie im Wesentlichen mit dem Abschnitt des Laserstrahls entlang des Ausbreitungspfads innerhalb der Resonatorspiegel 902 und 903 zusammenfallen. Das Selbe gilt für die Kühlelemente 974, 969 und 964, 969, die in dem unteren Teil von 10 gezeigt sind. Für eine bessere Darstellung ist die Dicke von Kühlelement 969 willkürlich skaliert und stimmt nicht mit der Skalierung von 9 überein.
Für Laservorrichtungen mit hoher Ausgangsleistung wurde, wie mit Bezug auf 7, 8, 9 und 10 beschrieben die zylindrische Geometrie gewählt, um eine Herstellung der Vorrichtungen zur vereinfachen. Man bemerke in dieser Hinsicht, dass es ein beträchtlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Oberflächen der Kühlelemente, die das laseraktive Medium kontaktieren nicht auf ebene Flächen begrenzt ist. Eine andere Geometrie ist jedoch möglich, z. B. eine Vieleckanordnung wie quadratisch, hexagonal, etc.. In allen oben erwähnten Figuren, welche die Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschreiben, die sich mit durch eine Hochfrequenzstromquelle angeregten Gaslasern befassen, werden die Kompensationsinduktivitäten, die benötigt werden für eine einheitliche Verteilung des elektrischen Feldes in den Kühlelementen, die als Elektroden dienen übergangen. Vorzugsweise müssen, wenn der Abstand der Kühlelemente in der Richtung der optischen Achse variiert, die Induktivitäten geeignet angepasst werden, um eine konstante Hochfrequenzleistungseingabe entlang der Kühlelemente zu erreichen.
Die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung, die oben mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungen beschrieben wird, kann wie folgt zusammengefasst werden:
Bei einer Laservorrichtung wird ein vergrößerter Kühlbereich geliefert durch Kühloberflächen, die nicht notwendigerweise auf eine ebene Geometrie beschränkt sind und ein Lasergas wird in der transversalen Richtung (respektive Richtungen, wenn die Oberflächen nicht eben sind) durch diese Kühloberflächen begrenzt. Die Kühlelemente, welche die Kühloberflächen liefern, können aus einem elektrisch leitfähigen Material sein, um gleichzeitig als Elektroden zur Anwendung eines hochfrequenten Stroms auf das laseraktive Mediums zu dienen. In der (den) anderen transversalen Richtung (Richtungen) mit einer größeren Ausdehnung ist das Strahlungsfeld durch sphärische Resonatorspiegel begrenzt, die ein optisches Resonatorsystem, vorzugsweise das eines instabilen Typs mit negativem Zweig bilden. In der (den) transversalen Richtung (Richtungen), begrenzt durch die Kühleinrichtung, muss der Betrieb des Resonatorsystems durch ein zusätzliches optisches Element "assistiert" werden, um ein Zick-Zack-Laufen des Laserstrahls und/oder ein Berühren der Kühloberflächen oder eine Abnahme des Abstands der Kühloberflächen für einen Betrieb des Lasers in einer Mode niedrigster Ordnung zu verhindern, was in einem reduzierten aktiven Volumen und einer Notwendigkeit von Oberflächen von hoher Qualität resultiert. Entsprechend dem instabilen Resonator, der bei den beschriebenen Ausführungen verwendet wird parallelisiert dieses zusätzliche optische Element die Strahlung in der (den) Richtung (Richtungen) senkrecht zu den Kühloberflächen und bildet somit in Verbindung mit den Resonatorspiegeln ein Resonatorsystem, das den Kontakt der Mode niedrigster Ordnung der begrenzten Strahlung mit den Kühloberflächen völlig vermeidet und somit die Ausbildung eines Laserstrahls der niedrigsten transversalen Ordnung erlaubt. Der Vorgang der Auswahl einer Strahlung der niedrigsten Modenordnung kann durch Blendeneinrichtungen unterstützt werden.
Die Realisierung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf Gaslaser beschränkt. Ein geeignet geformter YAG-Kristall kann zum Beispiel als laseraktives Medium ver wendet werden. Außerdem kann die Anregung des laseraktiven Mediums durch optisches Pumpen oder durch einen externen Laserstrahl ausgeführt werden.

Claims

Laservorrichtung, die umfasst: ein laseraktives Medium (1); ein optisches Resonatorsystem (2, 3), das eine optische Achse (4) aufweist; eine Anregungseinrichtung (5), die das laseraktive Medium anregt und eine stimulierte Emission von Strahlung des laseraktiven Mediums ermöglicht; und eine Kühleinrichtung (6), die ein erstes (61) und ein zweites (62) Kühlelement aufweist, die in beabstandeter, einander gegenüberliegender Beziehung mit einander zugewandten Oberflächen angeordnet sind, wobei das laseraktive Medium zwischen den Kühlelementen entlang der optischen Achse vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass: ein optisches Element (10) vorhanden ist, das auf dem optischen Weg angeordnet ist, der durch das optische Resonatorsystem gebildet wird, und das eine Brechkraft in einer ersten Ebene entlang der optischen Achse und senkrecht zu den Oberflächen hat, die sich von einer Brechkraft in einer zweiten Ebene entlang der optischen Achse und senkrecht zu der ersten Ebene unterscheidet, wobei die Brechkraft des optischen Elementes in der ersten Ebene so eingestellt ist, dass sie Wechselwirkung der niedrigsten Transversalmode des Lasers mit den Oberflächen des ersten (61) und des zweiten (62) Kühlelementes verhindert.
Laservorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren Blendeneinrichtungen (7, 8, 9) umfasst, die einen optisch wirksamen Abstand zwischen dem ersten (61) und dem zweiten (62) Kühlelement verringern.
Laservorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Element (10) in Kombination mit dem optischen Resonatorsystem (2, 3) einen stabilen Resonator in den Ebenen entlang der optischen Achse und senkrecht zu den Oberflächen der Kühlelemente bildet.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Abstand der Oberflächen entlang der optischen Achse in Abhängigkeit von einer Änderung des Strahlquerschnitts variiert.
Laservorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Abstandsänderung entlang der optischen Achse im Wesentlichen der Form des Strahls gleicht, der durch das Resonatorsystem und das optische Element erzeugt wird.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die des Weiteren eine Spiegeleinrichtung umfasst, die die Strahlung reflektiert und so die optische Achse in einen ersten und wenigstens einen weiteren Abschnitt teilt, die einen Winkel bilden.
Laservorrichtung nach Anspruch 6, wobei das optische Element eine reflektierende Oberfläche hat, um die Spiegeleinrichtung zu bilden.
Laservorrichtung nach Anspruch 7, wobei das optische Element (10) ein Zylinderspiegel (10) ist.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das optische Resonatorsystem zwei Spiegeleinrichtungen umfasst und wobei das optische Element in eine der Spiegeleinrichtungen integriert ist.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste und das zweite Kühlelement der Kühleinrichtung (6) aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt sind.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Anregungseinrichtung (5) eine Hochfrequenzquelle ist, die eine Leistungsanpassungsschaltung ent hält, und die Hochfrequenzquelle elektrisch mit dem ersten und dem zweiten Kühlelement der Kühleinrichtung verbunden ist.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das laseraktive Medium ein Lasergas (1) ist.
Laservorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Gas die folgenden Komponenten umfasst: CO₂, N₂, He, Xe.
Laservorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Kühlelemente Durchlasse (590) umfassen, die einen Gasstrom ermöglichen.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das optische Resonatorsystem ein instabiles Resonatorsystem mit negativem Zweig ist.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Abstand zwischen den Oberflächen der Kühlelemente im Bereich zwischen 2 und 15 mm liegt.
Laservorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Abschnitte der optischen Achse nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Laservorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Kühleinrichtung ein inneres röhrenförmiges Kühlelement (971–978) und wenigstens ein äußeres Kühlelement (969, 961–968) umfasst, die so angeordnet sind, dass sie einen Zwischenraum zum Einschließen des laseraktiven Mediums darin bilden, und wenigstens einer der Abschnitte der optischen Achse parallel zu der Achse des röhrenförmigen inneren Kühlelementes (971–978) ist.
Laservorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Spiegeleinrichtung reflektierende Oberflächen (720, 740, 920, 930, 931, 932) umfasst, die Laserstrahlen optisch kombinieren, die sich jeweils entlang der Abschnitte der optischen Achse ausbreiten.
Laservorrichtung nach Anspruch 19, wobei die reflektierenden Flächen einen Kegelspiegel (739; 930, 931, 932) und ein Axicon (720; 920) bilden.
Laservorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 20, wobei die Flächen plane Ebenen sind.