固體激光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種固體激光裝置，其包括具有激光激活介質(zhì)的板狀固體并且包括熱 沉，所述固體具有上側(cè)、下側(cè)以及環(huán)繞的周面，板狀固體通過下側(cè)與所述熱沉熱耦合（以及 機械耦合）。
【背景技術(shù)】
[0002] 板狀固體（以下也稱為激光盤）借助于泵浦光源光學(xué)激勵，以便在激光激活的固 體材料中產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。固體激光裝置在泵浦固體時產(chǎn)生的輸出功率應(yīng)盡可能大。此外， 輸出功率受泵浦光源的最大泵浦功率或者受如下事實限制：泵浦輻射的循環(huán)數(shù)量受激光激 活介質(zhì)限制。
[0003] 另一影響板狀固體的最大可能的放大的因素是所謂經(jīng)放大的自發(fā)發(fā) 射（英語'Amplification of Spontaneous Emission"，ASE)，其也稱為超發(fā)光 (Superlumineszenz)。術(shù)語ASE表示在泵浦的固體體積內(nèi)通過自發(fā)發(fā)射在固體中產(chǎn)生的福 射（也就是光子）的（不期望的）放大，該輻射在所考慮的設(shè)置的情況下沿橫向（也就是 基本上平行于固體的上側(cè)和下側(cè)）傳播。如果該輻射沒有以足夠的程度從固體介質(zhì)耦合輸 出，則必要時導(dǎo)致在固體中不期望的激光模式的起振。該通過經(jīng)放大的自發(fā)發(fā)射引起的激 光模式表示寄生的橫向輻射，其對于激光工藝具有負面的后果。
[0004] 屬于這些負面效應(yīng)的例如有固體的過度加熱，由于過度加熱降低最大可實現(xiàn)的 激光功率。也可以調(diào)節(jié)固體的熱機械損壞。后者例如作為固體材料的熔損、顆粒脫落 (Partikelabplatzung)或者恪化出現(xiàn)。為了監(jiān)視固體、尤其是激光盤的過度加熱，在文獻 DE10 2008 029 423B4中提出：進行寄生的橫向輻射的探測。
[0005] 為了降低經(jīng)放大的自發(fā)發(fā)射的負面后果，已知的是，在固體中進行自發(fā)發(fā)射的耦 合輸出，其方式是，將所謂的"抗ASE罩"（抗經(jīng)放大的自發(fā)發(fā)射的罩）安裝到固體的上側(cè)上 (參見：http://en.wikipedia.org/wiki/Disk_laser)。這樣的罩由未摻雜的材料組成，該 材料使得自發(fā)發(fā)射的光子可能的是，由（摻雜的）固體（激活介質(zhì)）耦合輸出。然而，這樣 的抗經(jīng)放大的自發(fā)發(fā)射的罩安裝到激光盤上具有的缺點在于，一方面不僅發(fā)射的激光輻射 而且必要時泵浦光輻射必須通過該罩?；跓岱e聚，這一般與所不期望的熱透鏡相關(guān)。此 外，該罩必須例如通過鍵合應(yīng)用在激光激活固體上，這必須在技術(shù)上能夠自我控制。
[0006] 也已知，在固體的周面上（具有或不具有抗經(jīng)放大的自發(fā)發(fā)射的罩）安裝吸收器， 以便抑制自發(fā)發(fā)射的光子在板狀固體的周面上的反射。但是在安裝這樣的吸收器的情況下 存在的問題在于，該吸收器必要時必須吸收高的輻射功率并且在此變熱，從而吸收器必要 時必須設(shè)有自身的熱沉，這同樣可以導(dǎo)致問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種固體激光裝置，該固體激光裝置實現(xiàn)了高激光功率 的產(chǎn)生并且在此避免上述缺點。
[0008] 發(fā)明的主題
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過開始所述類型的固體激光裝置解決，其中，板狀固體具有 在上側(cè)和/或周面上形成的散射區(qū)域，和/或，板狀固體的周面具有相對于上側(cè)和下側(cè)傾斜 的區(qū)段。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明提出，進行在板狀固體中產(chǎn)生的自發(fā)發(fā)射的耦合輸出，其中，優(yōu)選地沒 有附加的元件（罩或吸收器）必須安裝在固體上。通過根據(jù)本發(fā)明的固體激光裝置，在通 過反射導(dǎo)致自發(fā)發(fā)射的放大以及導(dǎo)致在固體中構(gòu)成寄生的激光模式（在超過激光閾值的 情況下）之前，有利地將在固體中發(fā)生的自發(fā)發(fā)射（光子）從固體耦合輸出。
[0011] 散射區(qū)域和/或傾斜區(qū)段引起：可以將自發(fā)發(fā)射的輻射或通過（經(jīng)放大的）自發(fā) 發(fā)射在固體的泵浦區(qū)域中產(chǎn)生的輻射功率從固體耦合輸出。在此充分利用：通過在固體上 不僅設(shè)置散射區(qū)域而且設(shè)置傾斜區(qū)段可以減少寄生輻射在固體中的全反射。
[0012] 板狀固體典型地是圓形的，但是原則上也可以具有其他幾何結(jié)構(gòu)，例如矩形或方 形的幾何結(jié)構(gòu)。作為激光激活介質(zhì)固體典型地具有主晶，該主晶例如選自如下組，該組包 括：YAG、YV04、Y203、Sc203、Lu203、KGdW04、KYW04、YAP、YALO、GGG、GSGG、GSAG、LSB、GC0B、 FAP、SFAP、YLF、LuAG。這些主晶可以分別以Yb3+或Nd3+、Ho、Tm3等摻雜作為激活物質(zhì)。固 體也可以構(gòu)造為半導(dǎo)體（異質(zhì)結(jié)：Hetero)結(jié)構(gòu)并且例如由材料GaAs以及衍生物AlInGaAs 或GaAsInN、InP以及其衍生物、GaN以及衍生物AlInGaN、GaP或衍生物AlGalnP InSb以及 其衍生物或SbTe以及衍生物組成。板狀固體不必必然具有平坦的幾何結(jié)構(gòu)，而是必要時也 可以具有恒定的（球形的）曲率，也就是說板狀固體的上側(cè)和下側(cè)也在該情況下也相互平 行地定向。
[0013] 散射區(qū)域可以通過固體的結(jié)構(gòu)化表面或結(jié)構(gòu)化表面區(qū)域形成。散射區(qū)域優(yōu)選構(gòu)造 為固體表面的上側(cè)上和/或周面上的粗糙部。顯然，散射區(qū)域在板狀固體的上側(cè)上限于固 體的邊緣區(qū)域，在該邊緣區(qū)域中該固體是未受泵浦的（也就是說在泵浦地點（Pumpfleck) 之外）。表面結(jié)構(gòu)或粗糙部可以規(guī)則地構(gòu)造（例如以規(guī)則設(shè)置的刮痕的形式）。但典型地， 形成散射區(qū)域的表面結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的，也就是說該表面結(jié)構(gòu)具有隨機設(shè)置的表面結(jié)構(gòu)。通 過粗糙部或表面結(jié)構(gòu)在如下表面上形成散射中心，該表面將寄生的橫向走向的激光輻射從 固體耦合輸出。散射面或粗糙部例如可以通過拋光法、精研法、激光去除工藝或離子束工藝 產(chǎn)生。
[0014] 通過周面上的傾斜區(qū)段，該周面不同于垂直于上側(cè)和下側(cè)走向的典型柱形的幾何 結(jié)構(gòu)。該傾斜區(qū)段改變了固體的外部形狀或其在周面區(qū)域中的幾何結(jié)構(gòu)并且例如可以通過 磨削工藝或激光去除工藝產(chǎn)生。通過引入一個如下區(qū)段，該區(qū)段的面法線偏離于一個平行 于固體的上側(cè)和下側(cè)的方向，可以至少部分地阻止橫向走向的自發(fā)發(fā)射的全反射并且所述 自發(fā)發(fā)射可以在傾斜區(qū)段耦合輸出。傾斜區(qū)段可以具有平坦的幾何結(jié)構(gòu)或必要時自身具有 曲率。
[0015] 在一個優(yōu)選的實施方式中，散射區(qū)域構(gòu)造為粗糙的面。該粗糙的面典型地具有在 0? 5 ym與5 ym之間、優(yōu)選在1 ym與4 ym之間的粗糙度Rz或者由0? 01 ym至0? 5 ym、優(yōu) 選在0. lym與0.3ym之間的粗糙度Ra。在具有這樣的粗糙度的散射面的情況下可以特別 大幅地減少在上側(cè)和/或周面上產(chǎn)生的全反射，由此寄生輻射的或輻射功率的耦合輸出特 別有效的。
[0016] 散射區(qū)域也可以通過選擇性地（也就是說限于所期望的區(qū)域）施加到固體上的層 形成，該層包含散射體。包含散射體的層例如可以是尤其透明的聚合物，納米顆粒例如以納 米球的形式作為散射體嵌入到其中。這樣的納米球例如作為用于電子掃描顯微鏡的校準(zhǔn)標(biāo) 準(zhǔn)使用。
[0017] 在另一優(yōu)選的實施方式中，該傾斜區(qū)段從板狀固體的上側(cè)延伸直至下側(cè)。因此，固 體的整個周面構(gòu)造為傾斜區(qū)段，由此提高傾斜區(qū)段的耦合輸出作用。
[0018] 優(yōu)選地，傾斜區(qū)段沿著周面的傾斜角是恒定的，也就是說傾斜區(qū)段形成棱角。由此 有利地沿周向（Umfangsrichtung)產(chǎn)生了基于自發(fā)發(fā)射的、沿橫向方向傳播的福射的均勾 耦合輸出，這導(dǎo)致固體均勻的熱機械負荷。因此，在恒定的傾斜角的情況下附加地降低了以 下危險：在高反轉(zhuǎn)的情況下在激光盤的或固體的邊緣上發(fā)生的熔損。因此，棱角特別好地適 合用于耦合輸出在激光盤中橫向引導(dǎo)的輻射。該棱角典型地構(gòu)造在固體的上側(cè)上并且可以 從那兒延伸直至固體的下側(cè)，從而板狀固體具有截錐的形狀。
[0019] 在前述實施方式的一種優(yōu)選擴展方案中，傾斜角位于5°與40°之間，優(yōu)選在5° 與15°之間。在這樣的傾斜角的情況下，在基本上沿橫向方向（也就是平行于上側(cè)和下側(cè)） 傳播的輻射的情況下通常不超過在傾斜的面區(qū)段上全反射的邊界角。在傾斜區(qū)段上的每次 反射時使入射角減小傾斜區(qū)段的（銳角的）傾斜角，從而引導(dǎo)的模式緩慢地轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€耦 合輸出錐并因此有利地促進寄生輻射在傾斜區(qū)段上的射出。
[0020] 通過在周面上設(shè)置傾斜區(qū)段，板狀固體的厚度向外減小?；诎鍫罟腆w厚度的減