Kontaktierung und Charakterisierung von Kristallen für Scheibenlaser

zugelassen sind.

Im Grenzfall oszilliert nur ein Mode – der Gauß-Mode TEM00. Man spricht in diesem Fall vom Grundmodebetrieb. In der Praxis wird leider üblicherweise eine Verschlechterung der Lasereffizienz bei einer Verbesserung der Strahlqualität verzeichnet.

Abgesehen von dem kleineren Überlapp zwischen Verstärkungsbereich und Resonatormode ist die mit der Verbesserung der Strahlqualität steigende Empfindlichkeit des Lasers auf Phasenstörungen der wichtigste Grund dieser Verschlechterung. Unter der Annahme, dass alle Resonatorelemente ohne Last eine ideal sphärische Form besitzen, werden die Phasenstörungen im Betrieb durch die Änderung der Form für reflektierende Elemente und zusätzlich durch die Änderung des Brechungsindex für transmittierenden Elemente verursacht.

Die Änderungen werden durch Erwärmung hervorgerufen. Da das laseraktive Medium üblicherweise die größte Erwärmung aufweist, entstehen die größten Phasenstörungen im laseraktiven Medium. Die Wärme im laseraktiven Medium entsteht u.a. wegen des Quantendefekts. Das Pumpphoton hat mehr Energie als das Laserphoton. Die Energiedifferenz verbleibt im Lasermaterial in Form von Wärme.

Je mehr Laserphotonen produziert werden, desto mehr Wärme entsteht. Die thermischen Probleme werden mit steigender Ausgangsleistung gravierender. Die Situation wird durch die niedrige Wärmeleitfähigkeit der meisten Lasermaterialien erschwert, die typischerweise 50-fach geringer als die von Kupfer und 100 bis 1000 mal niedriger als die von Diamant ist. Um die zwei Anforderungen, die seitens der Anwendung gestellt werden – höhere Ausgangsleistung und bessere Strahlqualität oder gar einen beugungsbegrenzten Strahl – gerecht zu werden, wurden und werden unterschiedliche Laserkonzepte verfolgt.

1.1 Stand der Technik

Das Stablaserdesign hat zuerst den Weg in die Industrie gefunden. Wie der Name sagt, hat das Lasermaterial die Form eines Stabs. Der Stab wird entweder durch die zylindrische Oberfläche oder durch die Stirnflächen mit Lampen oder Diodenlasern gepumpt. Die erzeugte Wärme wird durch die zylindrische Oberfläche abgeführt.

Der Wärmefluss und der Temperaturgradient sind damit radial. Die radiale Temperaturverteilung erzeugt im Laserstab eine starke thermische Linse, die wegen der nicht vollständig homogenen Pumpstrahlungsverteilung und Kühlung nicht perfekt sphärisch ist. Die asphärischen Anteile verursachen Verluste beim Betrieb mit guter Strahlqualität. Außerdem begrenzen die Brechkraft der thermischen Linse und die mechanischen Spannungen im Stab, die Doppelbrechung und Depolarisationsverluste verursachen, die extrahierbare Laserleistung.