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Aufbau eines diodengepumpten Festkörperlasers (DPSS-Laser)

Der Name "Diodengepumpter Festkörperlaser" verrät schon viel über seinen Aufbau: Es handelt sich um einen Laser, dessen Lasermedium ein Festkörper (in diesem Fall ein Kristall) ist, der mit Hilfe einer Laserdiode optisch gepumpt, also angeregt wird.

Bei unserem Laser handelt es sich um einen Kristall, der häufig für grüne Laserpointer verwendet wird, ein sog. Neodym-dotierter Yttrium-Orthovanadat (Nd:YVO4). Um die Laseraktivität im Kristall anzuregen, muss Energie zugeführt werden, man nennt das "Pumpen". In diesem Fall wird der Kristall optisch gepumpt, d.h. eine Laserdiode, die im Infrarotbereich lasert (808nm) und eine hohe Leistung hat (200mW), wird auf den Kristall fokussiert. Der Kristall wird darauf hin zur Laseraktivität angeregt und emittiert Laserlicht der Wellenlänge 1064nm. Auch dies liegt im nahen Infrarotbereich des Spektrums. Um nun sichtbares, hier grünes Licht zu erhalten, bedient man sich eines Tricks: Das 1064nm-Licht wird in einen zweiten Kristall geleitet, ein sog. "nichtlinearer" Kristall, der in die Frequenz eines Teils des eingestrahlten Lichts verdoppeln kann (bzw. seine Wellenlänge halbieren) - an dessen Ende werden schließlich zwei Laserstrahlen emittiert: einer infraroter mit 1064nm und ein grüner mit 532nm! Dieser zweite Kristall heißt KTP (Kaliumtitanylphosphat). Wir verwenden für das ganze System einen sog. "Hybridkristall": Hier sind der Nd:YVO4 und der KTP-Kristall bereits direkt zusammengeschaltet.

Abb. 1 zeigt unseren Aufbau: In einem Halter ist die Pumplaserdiode eingebaut, die von einem Controller angesteuert und in ihrer Leistung variiert werden kann. Ebenfalls direkt an diesen Halter montiert befindet sich ein Objektiv, mit dem das Pumplicht auf den Kristall fokussiert wird. An dessen Ausgang ist unmittelbar ein weiterer, verstellbarer Halter mit dem Laserkristall angebracht. An diesen Halter können außerdem Filter angebracht werden: Möchte man ausschließlich das grüne oder das infrarote Laserlicht austreten lassen, so kann der jeweils andere Strahl damit herausgefiltert werden.

 

Aufbau DPSS Laser
Abb. 1: Aufbau unseres DPSS-Lasers

Warum macht man sich aber die Mühe, erst aufwändig einen Kristall mit einem anderen Laser zu pumpen und verwendet nicht gleich einen anderen Laser? Nun, das Laserlicht, das der Kristall emittiert ist in punkto Strahlqualität und in einigen physikalischen Eigenschaften einer Laserdiode überlegen. Für Laserpointer ist das sicherlich egal, für viele wissenschaftliche Anwendungen aber nicht. Der "große Bruder" des Nd:YVO4 ist beispielsweise der Nd:YAG-Laser, der ganz ähnlich funktioniert. Er hat große Bedeutungin Industrie (Schweißen oder Schneiden von Bauteilen,...), Forschung und Medizin (Augenheilkunde, Tattoo-Entfernung,...). Und bis vor nicht allzu langer Zeit, gab es auch noch keine Laserdioden, die grünes Laserlicht emittieren konnten - grün war aber einen beliebte Farbe für Laserpointer. Da die Herstellung in Massenfabrikation für diese Hybridkristalle aber sehr günstig ist, werden sie weiterhin für grüne Pointer verwendet.