专利名称：激光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光装置，特别是固体激光器，其在具有两条各具有一个谐振器镜(Resonatorspiegel)的谐振支路(Resonatorzweig)的谐振器内具有至少一个活性(aktiv)介质，谐振支路借助光学系统通过一个公共的物镜被单侧(einseitig)泵浦 (g印umpt)，其中该物镜构成用于谐振支路的V形设置的折叠元件(i^ltimgselement)。
背景技术：
固体激光器中出现这样的问题，即活性介质对于通过的光具有由热引起的折射能力。泵浦过程(Pumpprozess)导致介质的温度升高，因为仅一部分被吸收的泵浦功率转换为有用的射束(Strahlimg)，剩余的以热的形式传导给材料。同时，外侧的冷却导致一种温度曲线。其由于折射率的温度依赖性和热光张力(thermooptischen Spannung)而产生一种折射率曲线。基本上，能够用适宜的谐振器应对每一个热透镜。众所周知以下这种可能性，把激光棒的一端或两端磨成凹入的端面、在谐振器内插入单个负透镜、或者完全一般性地选择一个适宜的谐振器配置。特别是在为激光振荡点(LasersctwelleM其自身强烈地依赖于所选择的谐振器)的泵浦功率直到最大泵浦功率的整个区域寻找适宜的谐振器的情况下出现困难。二极管激光泵浦的固体激光器的纵向激励相对于横向泵浦提供重大优点。其中， 由半导体激光器发射的射束在激光模轴线(Lasermodenachse)的方向或者对于放大器在振荡辐射(Oszillatorstrahl)的方向上耦合，使得产生泵浦辐射体积(PumpstrahIvolumen) 与模体积或者与在放大器中要放大的辐射(Strahl)最优地重叠。由于泵浦辐射体积与模体积的最优重叠而产生更高的效率。此外能够得到改善的辐射质量，因为仅激励基本的激光模。US 2005/0152426A1涉及一种用于泵浦具有激光二极管的激光谐振器的方法，其中谐振器的纵向端面具有特殊的光学特性。激光的波长不被端面反射，泵浦辐射的波长被部分反射。从WO 96/05637 Al获知一种与热源热耦合的元件，用于补偿设置在激光系统的光程中的元件的由激光束引起的变形EP 0 202 322 41说明了一种折射率和纵向变形(1^1^6113118(161111111^)依赖于
温度适当地变化的光学元件，其与热源耦接，以便在其内有针对性地产生热透镜和热的双重折射的效果以补偿固体激光器介质中的热的双重折射。DE 197 14 175 Al涉及一种用于补偿光学泵浦的固体激光器介质中的热透镜的光学元件。热透镜的补偿如下实现，即以其变化的功率使用泵浦光本身的一部分以产生补偿活性介质中的热透镜的相应光学元件。该元件应该要么是修正后的耦入镜，要么是作为焦距为负(在负的热透镜的情况下在激光器介质中是正的)的透镜的附加插入的元件。第一变体方案涉及一种特殊的耦入镜，其由具有对于泵浦射束适宜的吸收性和正的或者负的热膨胀系数的衬底制作，并且由于镜端面的形成的弯曲而作为用于谐振器模式的凸面镜或者凹面镜。第二变体方案涉及一个优选抗反射涂层的板，其具有折射率的负的或者正的热系数和对于泵浦波长的适宜的吸收性以及对于激光波长小的损失。DE 10 2007 023 298 Al涉及一种二极管泵浦的激光器，其中具有第一线性偏振状态的泵浦射束沿泵浦轴线对准放大器介质。激光器轴线可以是激光共振器 (Laserkavitat)的内轴线或者是激光射束沿其输出的轴线。泵浦轴线被折叠(falten)，以便泵浦射束在激光共振器内一被接收就沿激光器轴线运行。此外US 7，016, 389B2涉及一种具有活性介质的激光器，该介质从相反侧被泵浦。
发明内容
本发明的任务在于提供以简单的方式实现最优的辐射质量和大功率的可能性。根据本发明，该任务通过按照权利要求1的特征的激光装置解决，其在谐振器内具有活性介质，该谐振器包括两个各具有一个谐振器镜的谐振支路，谐振支路借助光学系统通过一个公共的物镜被单侧泵浦，其中该物镜具有用于谐振支路的V形设置的折叠元件。这里，本发明从下面的知识出发，即当谐振器的折叠仅用泵浦能被一起耦入其中的一个元件(物镜)实现时，能够以简单的方式提高功率并且改善激光器的辐射质量，其中为每个谐振支路设置一个活性体积。由此提供了一种能够简单地实现的设计结构，其用相对较少数目的结构元件即已够用。其中，泵浦能可以借助光波导从一个公共侧供给，而为此不需要强烈地弯曲光波导。其中，折叠元件对于泵浦能的波长是高透射的，对于基本波长 (Grundwellenlange )是高反射的。此外，折叠元件例如也可以被实现为平面镜。通过最
小数目的光学部件同时使实际出现的损失最小化。其中，分配给各个谐振支路的活性体积优选对于所涉及的谐振支路的光学轴线中心地同轴设置并对准。特别地，活性的体积在空间上分开。其中避免谐振支路的活性体积的重叠或者重叠区。通过活性体积和形成的谐振器模式的尽可能大的重叠实现更高的效率。一种特别有利的实施方式还如下实现反射器具有球面弯曲的表面。通过构成耦入元件的、耦入泵浦功率的物镜的作为凸出的折叠镜的外表面，减小热透镜的总的光功率 (optischen Kraft)0本发明的另一个特别有利的扩展方案还如下实现至少一个活性介质具有球形端面。由此，由于泵浦功率的功率密度而产生的强的正的热透镜在所产生的热透镜的区域内被平衡。此外，通过活性介质的例如凹入弯曲的、作为负透镜的末端面或端面补偿热透镜。如果按照本发明的一种特别实际可行的变体方案，由物镜的聚焦光学器件的外侧面构成反射器，则通过用聚焦透镜的朝向谐振支路的面构成反射器，能够进一步减少所需要的光学部件的数目。此外下面的做法是有利的反射器被构造为单独的折叠镜，特别是被构造为弯月形折叠镜，以便从而例如对于对泵浦功率成像的系统与凸出的折叠元件的独立调整实现功能的分开。这里有利的是，使折叠角保持得尽可能小并且从而避免像散现象。这里，谐振支路被设置为使得它们之间形成的折叠角尤其是约为4°。
泵浦功率以公知的方式借助单独的光波导输送，其中还可以为每个光波导分配泵浦成像系统的一个附加的自己的聚焦光学器件或者准直光学器件。此外，如果激光器具有至少一个在聚焦光学器件和物镜之间设置的偏转元件、特别是包括偏转镜和/或棱镜的偏转元件，则可以期望特别的结果。由此能够实现谐振支路的小的折叠角以避免像散现象，而这不会在输送泵浦功率时同时导致构造复杂或者具有缺点的光学系统设置，该光学系统否则必须对应于光纤准直器或者光纤成像光学器件的大直径而在离由物镜构成的耦入元件大的距离上被设置。在可以邻近由谐振支路决定的对称轴定位的偏转元件(特别是偏转镜或者棱镜)上的偏转因此使得能够实现紧凑的实施方式。以相似的方式也可以如下地实现所希望的效果偏转元件被构造为是透射的，特别是被构造为至少一个折叠楔(Flatimgskeil)，以便从而实现希望的偏转。优选地，成像面在成像中间图像时接近对称轴，以便使得能够实现小的折叠角。为此，偏转可以在泵浦射束在其中空间地被分开的区域内进行。特别有利的还有，泵浦功率的输送借助于平行的光波导、特别是以光波导的设置在一个平面内的端面进行，并且光学系统具有远心的成像光学器件时，因为由此能够实现特别紧凑的结构和光学系统的进一步简化。当然，根据本发明的激光装置可以在每一谐振支路内以各一个活性介质实现。而另一个简化的实施方式如下地实现借助单独的光波导输送的泵浦能量耦合到一个公共的活性介质内。通过仅使用一个公共的活性介质使得能够进一步减小其与用作为折叠镜的反射器的距离以及还能够进一步减小光学系统的构造尺寸。可替代地，按照另一个特别实际可行的变体方案，光学系统可以被构造为把借助于一条光波导输送的泵浦能量分入两个分射束内。
本发明允许不同的实施方式。为进一步说明其原理，在附图中表示其中之一并且在下面对该其中之一加以说明。其分别以具有折叠的谐振器的激光装置的原理图，图1示出了给各谐振支路分配的活性介质和聚焦光学器件以及具有平的外表面的折叠镜；图2示出了给各谐振支路分配的活性介质和聚焦光学器件以及物镜的弯曲的折
叠镜；图3示出了一种变体方案，其中反射器被构造为单独的弯月形折叠镜；图4示出了在各聚焦光学器件和物镜之间设置偏转元件；图5示出了在各光波导和物镜之间设置折叠楔；图6示出了一种变体方案，其中借助两个光波导输送的泵浦能量被耦入到一个公共的活性介质内；图7示出了一种变体方案，其中借助一个唯一的光波导输送的泵浦能量被耦入到一个公共的活性介质内；图8示出了按照图5所示的原理构造的变体方案，具有两个在一个公共的平面内设置的V形设置，总共有四个谐振支路；图9示出了具有四个把泵浦能量耦入到一个公共的物镜中的光波导的一种变体方案；图10示出了在谐振支路内有非线性模块的一种变体方案。
具体实施例方式图1示出了一种激光装置，其尤其可以在固体激光器中应用。该激光装置具有折叠的(gefaltet)谐振器，该折叠的谐振器在谐振支路la、Ib之间形成折叠角α，谐振支路 IaUb各具有一个活性介质h、2b以及一个谐振镜3a、3b。借助于分开的光波导4a、4b输送的泵浦功率借助于各自的准直光学器件如、恥通过物镜11被单侧泵浦，物镜11具有一个带平的外表面的折叠元件7。这两个准直光学器件5ajb与物镜11 一起构成泵浦成像系统25。这两个活性介质2a、2b各具有一个朝向所分配的谐振镜3a、3b的球形端面8a、8b， 以便从而根据需要补偿在活性介质中产生的热透镜。与此相对，在图2中所示的变体方案中，折叠元件被实现为物镜11的透镜10的球面弯曲的折叠元件9，其中谐振支路la、lb借助于两个单独的准直光学器件fejb通过该物镜11被单侧泵浦。这两个准直光学器件如、恥与物镜11 一起构成泵浦成像系统25。这里，透镜10的弯曲的外侧9相应地对于激光器的泵浦波长为高透射的而对于激光器的基本波长为高反射的，并且可以例如通过透镜10的适当的涂层来实现。由于与图1中所示的变体相比借助弯曲的折叠元件9能实现的对热透镜的补偿，可以不需要两个活性介质的端面的凹入形式而保持端面的简单平的状况。这里可以通过大约4°的小的折叠角实现实践中注意不到像散现象。然而该变体以纯结构的方式导致准直光学器件如、恥距物镜11比较大的距离。图3中示出了一种变体方案，其中折叠元件被实现为单独的弯月镜18，并与物镜 17 一起设置在泵浦成像系统25中。用于输送泵浦功率的光波导^、4b平行地设置在物镜 17前。为减小结构长度，在图4中所示的变体方案中在聚焦光学器件6a、6b和物镜11 之间借助偏转元件12分别提供双重偏转，偏转元件12 —方面分别具有分配给各自聚焦光学器件的单独的偏转镜13a、13b，另一方面具有一个公共的棱镜14作为两个放置在侧边侧 (Katheten-Seiten)上的镜子的载体。由此能够在各聚焦光学器件6a、6b的光波导4a、4b 的纤维端面O^serende)距离物镜11同样小的距离的情况下实现谐振支路的小的折叠角 β，其中纤维端面的成像平面15a、Mb在光程中可以位于偏转镜13a、i;3b之后而在棱镜14 上的进一步偏转之前。这里，泵浦成像系统25包括两个聚焦光学器件6a、6b、偏转元件12 以及物镜11。按照图5中所示的变体方案，还通过在各光波导4a、4b和物镜11之间分别设置被实现为折叠楔16a、16b的透射的偏转元件来类似地缩短结构长度，以便实现纤维之间夹的更大的角Y，该角Y允许接近物镜U的定位。与此相对的另一简化的变体方案在图6和图7中示出。其中在谐振支路la、lb的折叠角β不变或者仅略微偏离的情况下仅使用一个具有两个活性容积26a 的公共的活性介质19。借助光波导4、4a、4b输送的泵浦功率通过被实现为弯月形折叠镜18的折叠元件对于所涉及的谐振支路la、lb的光轴27a、27b中心地且同轴地被耦入到该活性容积 26a,26b内。这里，光波导4a、4b汇入到一个公共的物镜17内，物镜17与弯月形折叠镜18
7一起构成泵浦成像系统25。如从图中可见，因此能够进一步缩短激光装置的结构长度，同时减少了为此所需要的零件的数量。作为补充，在图7中还在物镜17和弯月形折叠镜18之间设置分解棱镜 (Spaltungsprisma) 24,从而能够借助于仅仅一个唯一的光波导4输送泵浦能量。图8中示出了一种根据图5中所示原理构造的变体方案，然而其中设置两倍的元件。借助四个单独的、在一个公共的面内延伸的光波导4a、4b、4a’、4b’输送的泵浦能量被输送给两个各自包括一个物镜11、11’的泵浦成像系统25、25’。在四个设置在一个公共的面内的谐振支路la、la’、lb、lb，内各设置一个活性介质h、2a’、2b、2b’，其中为谐振支路 la、lb’分别分配一个谐振器镜3a、3b，而为谐振支路Ib和谐振支路la’分配一个附加的折叠镜3’。在图9中作为补充还示出了一种变体方案，其中泵浦能量通过四个光波导4类似于已经表示的变体方案被耦入到一个公共的物镜11内。然后，泵浦能量进入具有四个活性容积的一个公共的活性介质内。在该变体方案中，谐振支路在两个被此垂直延伸的面X、Y (Z 是谐振器对称轴线)内设置，其中为每一谐振支路分配一个谐振器镜3a、!3b或者一个附加的折叠镜3’、3”。图10中示出了一种在图3中所示的实施方式的变体方案，在第一谐振支路Ia中设置可选的Q开关21，在第二谐振支路Ib中设置至少一个具有至少一个非线性元件23的模块22，该模块22用于在谐振器内产生高次谐波。
权利要求
1.一种激光装置，特别是纵向二极管泵浦的固体激光器的激光装置，具有至少一个活性介质Ca、2b、19、20)，和光学谐振器内两个通过对于基本波长高反射的折叠元件(7、9、18)连接的谐振支路 (IaUb)的至少一个V形设置，和一个光学的泵浦成像系统05)，其特征在于，为两个谐振支路(la、lb)各分配一个活性容积Q6a、26b)，两个谐振支路借助泵浦成像系统05)的一个公共的物镜(11、17)通过对于泵浦波长透明的折叠元件(7、 9、18)被单侧泵浦。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，每一谐振支路(la、lb)分别具有活性介质(2a,2b)0
3.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，各活性介质(h、2b) 具有至少一个凹入的端面(8)，而折叠元件(7)构成为是平的。
4.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，活性介质Oa、2b、19、 20)具有平的端面，而折叠元件(9、18)构成为是球形的。
5.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，折叠元件(9)被实现为物镜(11)的外侧的高反射面。
6.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，折叠元件(18)被实现为镜子，特别是被实现为弯月形镜子。
7.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，泵浦成像系统(25)包括至少一个准直光学器件(5ajb)。
8.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，泵浦成像系统(25)包括至少一个聚焦光学器件(6a、6b)，用于生成中间图像。
9.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，泵浦功率能借助单独的光波导(4a,4b,4a\4b')输送。
10.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，泵浦成像系统05) 具有至少一个偏转元件(12)，例如偏转镜(13a、i;3b)、棱镜(14)或者光学楔(16a、16b)。
11.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，泵浦功率的输送借助于平行的光波导Ga、4b)、特别是以光波导的设置在一个平面内的端面来进行，物镜 (11)被实现为物镜侧远心的成像光学器件。
12.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，一个公共的活性介质 (19,20)包括两个谐振支路(IaUb)0
13.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，泵浦成像系统05) 由用于把借助于一个光波导(4)输送的泵浦射束分成两个分射束的分解棱镜04)实现。
14.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，激光装置包括由附加的折叠镜(3’ )光学耦合的至少两个V形设置。
15.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，激光装置包括在尤其是彼此垂直的平面X、Y内取向并通过附加的折叠镜(3’、3”)光学耦合的两个V形设置和一个用于这两个V形设置的公共的物镜(11)。
16.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，在谐振器的一个谐振支路(Ia)内设置至少一个Q开关模块(21)，用于产生脉冲式激光束。
17.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，在谐振器的一个谐振支路(Ib)内设置至少一个具有至少一个非线性元件03)的模块(22)，用于产生至少一个高次谐波。
18.根据上述权利要求中至少一项所述的激光装置，其特征在于，为各谐振支路(la、 lb)分配的活性容积(26a,26b)对于相关的谐振支路(IaUb)的光学轴线(27a、27b)中心且同轴地定位并对准。
全文摘要
本发明涉及一种用于固体激光器的带折叠式谐振器的激光装置，在它的谐振支路(1a、1b)中各设置一个活性介质。这里折叠元件被实现为物镜(11)的聚焦光学器件(10)的弯曲的折叠镜(9)，谐振支路(1a、1b)借助两个单独的准直光学器件(6)通过该物镜被单侧泵浦。这里聚焦光学器件(10)的外侧上的弯曲的折叠镜(9)相应地对泵浦能量的波长是高透射的、对基本波长是高反射的，且可以例如通过聚焦光学器件(10)的适当的涂层实现。由于如此能实现的大约4°的小的折叠角(β)在很大程度上避免了不希望的像散现象。
文档编号H01S3/081GK102170084SQ20111007265
公开日2011年8月31日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年2月23日
发明者A·本克, G·库斯内措 申请人:Lpkf激光和电子股份公司