DE102009036273B4 - Laser and method for generating pulsed laser radiation - Google Patents

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Abstract

Laser zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung, mit
einem Resonator (3),
einem im Resonator (3) angeordneten laseraktiven Medium (6),
einem im Resonator angeordneten passiven Modenkoppler (7) für einen modengekoppelten Betrieb des Lasers (1) mit einer vorbestimmten Repetitionsfrequenz (frep),
einer Pumpquelle (8) zum Pumpen des laseraktiven Mediums (6),
und einer Steuereinheit (9), die die Pumpquelle (8) ansteuert,
wobei die Steuereinheit (9) so ausgebildet ist, dass sie die Pumpquelle (8) so ansteuert, dass die von der Pumpquelle (8) zum Pumpen des laseraktiven Mediums (6) abgegebene Pumpenergie einen Gleichanteil (I1) sowie Modulationspulse (P) mit einer Modulationsfrequenz (fM) aufweist, die an die Repetitionsfrequenz angepaßt ist, wobei die Modulationsfrequenz (fM) zum Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers der Repetitionsfrequenz entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) ferner so ausgebildet ist, dass sie nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers (1) die Pulshöhe der Modulationspulse (P) reduziert.Laser for generating pulsed laser radiation, with
a resonator (3),
a laser-active medium (6) arranged in the resonator (3),
a passive mode coupler (7) arranged in the resonator for a mode-locked operation of the laser (1) with a predetermined repetition frequency (f rep ),
a pump source (8) for pumping the laser-active medium (6),
and a control unit (9) which controls the pump source (8),
wherein the control unit (9) is designed such that it controls the pump source (8) so that the pumping energy emitted by the pump source (8) for pumping the laser-active medium (6) a DC component (I 1 ) and modulation pulses (P) with a modulation frequency (f M ) adapted to the repetition frequency, wherein the modulation frequency (f M ) for starting the mode-locked operation of the laser corresponds to the repetition frequency, characterized in that the control unit (9) is further adapted to operate after a predetermined time after starting the mode-locked operation of the laser (1) reduces the pulse height of the modulation pulses (P).

Figure DE102009036273B4_0001
Figure DE102009036273B4_0001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laser zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to a laser for generating pulsed laser radiation according to the preamble of claim 1.

Ein solcher Laser ist z. B. aus der US 2005/0163170 A1 bekannt.Such a laser is z. B. from the US 2005/0163170 A1 known.

Bei einem solchen passiv modengekoppelten Laser besteht häufig die Schwierigkeit, das Anlaufen des modengekoppelten Betriebes zu gewährleisten. Um den Laser sicher in den modengekoppelten Betrieb zu bringen, wird daher beispielsweise die für den modengekoppelten Betrieb notwendige kontinuierliche Pumpenergie um bis zu 30% erhöht. Damit kann zwar eine Anlaufstabilisierung erreicht werden. Aufgrund der erhöhten Pumpenergie tritt jedoch eine höhere Belastung der optischen (reine optische und elektrooptische) Komponenten des Lasers auf, insbesondere des passiven Modenkopplers, der häufig als sättigbarer Absorber ausgebildet ist. Damit wird in unerwünschter Weise die Lebensdauer des Lasers reduziert.In such a passively mode-locked laser is often the difficulty to ensure the start of the mode-locked operation. In order to bring the laser safely into mode-locked operation, therefore, for example, the continuous pump energy necessary for the mode-locked operation is increased by up to 30%. Thus, although a start-up stabilization can be achieved. Due to the increased pumping energy, however, a higher load of the optical (pure optical and electro-optical) components of the laser occurs, in particular of the passive mode coupler, which is often designed as a saturable absorber. This undesirably reduces the life of the laser.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, den Laser der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine Anlaufstabilisierung des modengekoppelten Betriebs des Lasers bei gleichzeitig verringerter Last der optischen Komponenten des Lasers erreicht werden kann.Proceeding from this, it is an object of the invention to improve the laser of the type mentioned so that a start-up stabilization of the mode-locked operation of the laser can be achieved with reduced load of the optical components of the laser.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Laser der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebes des Lasers die Pulshöhe der Modulationspulse reduziert.According to the invention the object is achieved in a laser of the type mentioned above in that the control unit is designed so that it reduces the pulse height of the modulation pulses after a predetermined period of time after starting the mode-locked operation of the laser.

Durch diese Art des Pumpens kann die optische Last bzw. die optische Leistungsdichte der optischen und elektrooptischen Komponenten des Lasers drastisch verringert werden. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass die optische Last am optischen Modenkoppler deutlich verringert ist, wodurch die Lebensdauer des Lasers insgesamt deutlich erhöht werden kann.By this type of pumping, the optical load or the optical power density of the optical and electro-optical components of the laser can be drastically reduced. In particular, it can be achieved that the optical load on the optical mode coupler is significantly reduced, whereby the lifetime of the laser can be significantly increased overall.

Der Gleichanteil der Pumpenergie kann insbesondere so gewählt werden, dass nur mit dem Gleichanteil der modengekoppelte Betrieb des Lasers nicht erreicht werden kann. Somit kann die optische Belastung des Lasers auch während des modengekoppelten Betriebes deutlich im Vergleich zu bekannten Lösungen reduziert werden. Die durchschnittliche energetische Belastung des Lasers aufgrund der Pumpenergie kann somit sehr niedrig gehalten werden. Des weiteren weist der erfindungsgemäße Laser einen deutlich höheren Pumpenergiebereich auf, in dem ein stabiler modengekoppelter Betrieb möglich ist, im Vergleich zu herkömmlichen passiv modengekoppelten Lasern.The DC component of the pump energy can in particular be chosen so that only with the DC component of the mode-locked operation of the laser can not be achieved. Thus, the optical load of the laser can be significantly reduced even during mode-locked operation compared to known solutions. The average energy load of the laser due to the pump energy can thus be kept very low. Furthermore, the laser according to the invention has a significantly higher pump energy range, in which a stable mode-locked operation is possible, in comparison to conventional passively mode-locked lasers.

Der erfindungsgemäße Laser kann beispielsweise eine lange Resonatorlänge und damit Repetitionsfrequenzen im einstelligen MHz-Bereich oder darunter aufweisen. Solche Laser haben von sich aus eine intrinsisch schwache Neigung, den passiv modengekoppelten Betrieb zu starten und können durch das erfindungsgemäße Pumpen nun effizient gestartet werden.The laser according to the invention may, for example, have a long resonator length and thus repetition frequencies in the single-digit MHz range or below. Such lasers inherently have an intrinsically weak tendency to start the passive mode-locked operation and can now be efficiently started by the pump according to the invention.

Aufgrund der geringeren Belastung können die Anforderungen an die Komponenten des Lasers verringert werden, was auch zu geringeren Kosten führt, so dass der erfindungsgemäße Laser kostengünstig herstellbar ist.Due to the lower load, the requirements for the components of the laser can be reduced, which also leads to lower costs, so that the laser according to the invention can be produced inexpensively.

Der Laser kann einen Sensor zur Messung der gepulsten Laserstrahlung aufweisen, der ein Meßsignal an die Steuereinheit abgibt, die in Abhängigkeit des Meßsignals die Pumpquelle ansteuert. Insbesondere kann die Steuereinheit die Größe des Gleichanteils der Pumpenergie und/oder die Pulshöhe der Modulationspulse der Pumpenergie regeln. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit die Modulationsfrequenz der Modulationspulse regeln. Damit wird ein stabiler modengekoppelter Betrieb des Lasers ermöglicht.The laser may comprise a sensor for measuring the pulsed laser radiation, which emits a measurement signal to the control unit, which controls the pump source in dependence on the measurement signal. In particular, the control unit can regulate the size of the DC component of the pump energy and / or the pulse height of the modulation pulses of the pump energy. Alternatively or additionally, the control unit can regulate the modulation frequency of the modulation pulses. This enables a stable mode-locked operation of the laser.

dass Bei dem erfindungsgemäßen Laser entspricht die Modulationsfrequenz bevorzugt der Repetitionsfrequenz. Damit wird ein stabiler modengekoppelter Betrieb ermöglicht.In the case of the laser according to the invention, the modulation frequency preferably corresponds to the repetition frequency. This enables a stable mode-locked operation.

Der passive Modenkoppler kann insbesondere als sättigbarer Absorber (bevorzugt sättigbarer Halbleiterabsorber, der häufig auch SESAM genannt wird) ausgebildet sein. Durch das erfindungsgemäße Pumpen kann die optische Belastung des sättigbaren Absorbers minimiert werden, wodurch die Lebensdauer des Lasers erhöht werden kann.The passive mode coupler can be designed in particular as a saturable absorber (preferably saturable semiconductor absorber, which is often also called SESAM). By pumping the invention, the optical load of the saturable absorber can be minimized, whereby the life of the laser can be increased.

Bei dem erfindungsgemäßen Laser kann die Steuereinheit nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers die Modulationsfrequenz auf eine Subharmonische (

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mit m ganze Zahl größer als 1) der Repetitionsfrequenz frep reduzieren.In the case of the laser according to the invention, the control unit may, after a predetermined period of time after starting the mode-locked operation of the laser, set the modulation frequency to a subharmonic (
Figure DE102009036273B4_0002
with m integer greater than 1) reduce the repetition frequency f rep .

Damit kann die optische Belastung der Komponenten des Lasers im modengekoppelten Betrieb reduziert werden.Thus, the optical load of the components of the laser can be reduced in mode-locked operation.

Insbesondere kann die Steuereinheit nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers die Pumpquelle so ansteuern, dass die abgegebene Pumpenergie nur noch den Gleichanteil aufweist. In diesem Fall ist der Gleichanteil so gewählt, dass er zum Aufrechterhalten des modengekoppelten Betriebes geeignet ist.In particular, the control unit can control the pump source after a predetermined time after starting the mode-locked operation of the laser so that the output pump energy has only the DC component. In this case is the DC component is chosen so that it is suitable for maintaining mode-locked operation.

Die Pumpquelle ist bei dem erfindungsgemäßen Laser bevorzugt als optische Pumpquelle ausgebildet. Sie kann z. B. einen Pumplaser, eine Pumpdiode oder eine Pumplaserdiode umfassen.The pump source is preferably formed in the laser according to the invention as an optical pump source. You can z. B. a pump laser, a pump diode or a pump laser diode include.

Es wird ferner ein Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung bei einem Laser mit einem Resonator, einem im Resonator angeordneten laseraktiven Medium, einem im Resonator angeordneten passiven Modenkoppler für einen modengekoppelten Betrieb des Lasers mit einer vorbestimmten Repetitionsfrequenz und einer Pumpquelle zum Pumpen des laseraktiven Mediums bereitgestellt, bei dem die Pumpquelle so angesteuert wird, dass die von der Pumpquelle zum Pumpen des laseraktiven Mediums abgegebene Pumpenergie einen Gleichanteil sowie Modulationspulse mit einer Modulationsfrequenz aufweist, die an die Repetitionsfrequenz angepaßt ist, wobei die Modulationsfrequenz zum Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers der Repetitionsfrequenz entspricht und nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers die Pulshöhe der Modulationspulse reduziert wird.Furthermore, a method is provided for generating pulsed laser radiation in a laser having a resonator, a laser active medium arranged in the resonator, a resonator arranged passive mode coupler for a mode-locked operation of the laser with a predetermined repetition frequency and a pump source for pumping the laser-active medium in that the pump source is driven such that the pump energy delivered by the pump source for pumping the laser active medium has a DC component and modulation pulses having a modulation frequency matched to the repetition frequency, the modulation frequency for starting mode-locked operation of the laser corresponding to the repetition frequency and a predetermined period of time after starting the mode-locked operation of the laser, the pulse height of the modulation pulses is reduced.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine verbesserte Anlaufstabilisierung zum Erreichen des modengekoppelten Betriebes erreicht. Ferner kann die optische Belastung dabei verringert werden. Darüber hinaus ist ein stabiler und dauerhafter modengekoppelter Betrieb des Lasers möglich.With the method according to the invention an improved start-up stabilization is achieved to achieve the mode-locked operation. Furthermore, the optical load can be reduced. In addition, a stable and permanent mode-locked operation of the laser is possible.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in the dependent method claims.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail for example with reference to the accompanying drawings, which also disclose characteristics essential to the invention. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasers; 1 a schematic view of a first embodiment of the laser according to the invention;

2 eine schematische Ansicht zur Erläuterung des zeitlichen Verlaufs des Pumpstroms der Pumplaserdiode in 1, und 2 a schematic view for explaining the time course of the pumping current of the pump laser diode in 1 , and

3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasers. 3 a schematic view of another embodiment of the laser according to the invention.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt der erfindungsgemäße Laser 1 zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung 2 einen Resonator 3 mit einem Endspiegel 4 und einem Auskoppelspiegel 5 sowie ein laseraktives Medium 6 (hier eine laseraktive Faser), das im Resonator 3 angeordnet ist. Ferner ist im Resonator 3 ein sättigbarer Absorber 7 auf dem Endspiegel 4 ausgebildet. Der sättigbare Absorber 7 dient als passiver Modenkoppler für einen modengekoppelten Betrieb des Lasers 1 mit einer vorbestimmten Repetitions- bzw. Pulsfrequenz. Ferner umfaßt der Laser 1 eine Pumplaserdiode 8 zum Pumpen des laseraktiven Mediums 6 sowie eine Steuereinheit 9, die die Pumplaserdiode 8 bzw. den Pumpstrom für die Pumplaserdiode 8 steuert.At the in 1 In the embodiment shown, the laser according to the invention comprises 1 for generating pulsed laser radiation 2 a resonator 3 with an end mirror 4 and a Auskoppelspiegel 5 as well as a laser-active medium 6 (here a laser-active fiber) in the resonator 3 is arranged. Furthermore, in the resonator 3 a saturable absorber 7 on the end mirror 4 educated. The saturable absorber 7 serves as a passive mode coupler for a mode-locked operation of the laser 1 with a predetermined repetition or pulse rate. Furthermore, the laser includes 1 a pump laser diode 8th for pumping the laser-active medium 6 and a control unit 9 that the pump laser diode 8th or the pumping current for the pump laser diode 8th controls.

Das laseraktive Medium 6 kann Yb dotiert sein, um eine Laserwellenlänge von 1064 nm zu erzielen. Die Pumplaserdiode 8 kann Pumplicht, wie durch den Pfeil 10 angedeutet ist, mit einer Wellenlänge von 915, 940 oder auch 976 nm abgeben.The laser-active medium 6 For example, Yb may be doped to achieve a laser wavelength of 1064 nm. The pump laser diode 8th can pump light, as indicated by the arrow 10 indicated with a wavelength of 915, 940 or 976 nm.

Im Betrieb wird die Pumpenergie, die die Pumplaserdiode 8 zum Pumpen des laseraktiven Mediums 6 abgibt, mittels der Steuereinheit 9 über den Pumpstrom eingestellt, wobei die Pumplaserdiode 8 nicht mit einem zeitlich konstanten Pumpstrom angesteuert wird, sonder mit einem zeitlich modulierten Pumpstrom, wie schematisch in 2 dargestellt ist. Der Pumpstrom I kann als modulierter Pumpstrom angesehen werden, der einen kontinuierlichen Grundstromanteil I1 sowie darauf modulierte Modulationspulse P mit einer Pulshöhe (= aufmodulierter Stromwert) ΔI aufweist, wobei die Modulationsfrequenz fM gleich dem Kehrwert des zeitlichen Pulsabstandes T entspricht. In 2 sind zur Vereinfachung der Darstellung lediglich zwei Modulationspulse P eingezeichnet. Der Grundstromanteil I1, wird bevorzugt so gewählt, daß damit der Laser 1 gerade noch nicht in den modengekoppelten Betrieb gebracht werden kann bzw. daß damit der Laser in den kontinuierlichen Zustand gebracht und gehalten werden kann, bei dem nicht gepulste Laserstrahlung, sondern eine Dauerstrich-Laserstrahlung abgegeben wird. Die Pulshöhe ΔI beträgt bevorzugt 20–40% des Grundstromanteils I1, so daß der Pulsspitzenstrom I2 dann 1,2 × I1 bis 1,4 × I1 beträgt.In operation, the pump energy, which is the pump laser diode 8th for pumping the laser-active medium 6 leaves, by means of the control unit 9 adjusted via the pumping current, wherein the pumping laser diode 8th is not driven with a time-constant pumping current, but with a time-modulated pumping current, as schematically in 2 is shown. The pump current I may be considered as a modulated pump current, which has a continuous base current component I 1 and modulated it, modulating pulses P with a pulse height (= aufmodulierter current value) .DELTA.I, wherein the modulation frequency f M is equal to the reciprocal value of the temporal pulse spacing T. In 2 For simplicity of illustration only two modulation pulses P are shown. The fundamental component I 1 , is preferably chosen so that the laser 1 just can not be brought into the mode-locked operation or that so that the laser can be brought into the continuous state and maintained, in which not pulsed laser radiation, but a continuous wave laser radiation is emitted. The pulse height ΔI is preferably 20-40% of the base current component I 1 , so that the pulse peak current I 2 is then 1.2 × I 1 to 1.4 × I 1 .

Die Modulationsfrequenz fM ist hier so gewählt, daß sie der Pulsfrequenz frep der gepulsten Laserstrahlung 2 entspricht, wodurch der modengekoppelte Betrieb des Lasers 1 leicht und sicher erreicht und auch dauerhaft beibehalten werden kann. Die Pulsfrequenz frep des freilaufenden Laseroszillators 1 kann als frep = c / knL angegeben werden, wobei c die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist, n der effektive Brechungsindex im Resonator 3 ist, L die Resonatorlänge ist und der Faktor k die hin- und rücklaufende Welle berücksichtigt und daher bei Stehwellenresonatoren, wie z. B. in 1 schematisch gezeigt, den Wert 2 annimmt. In Ringresonatoren nimmt der Faktor k den Wert 1 an.The modulation frequency f M is chosen here such that it corresponds to the pulse frequency f rep of the pulsed laser radiation 2 corresponds, whereby the mode-locked operation of the laser 1 easily and safely achieved and can be maintained permanently. The pulse frequency f rep of the free-running laser oscillator 1 can as f rep = c / knL where c is the vacuum light velocity, n is the effective Refractive index in the resonator 3 L is the resonator length and the factor k takes into account the back and forth wave and therefore in standing wave resonators, such as. In 1 shown schematically, the value assumes 2. In ring resonators, the factor k assumes the value 1.

Das Tastverhältnis des modulierten Pumpstromes sollte dem Tastverhältnis des Lasers bzw. Laseroszillators 1 möglichst nahe kommen. Dies ist selbst bei der optischen Pulsdauer des Laseroszillators 1 im niedrigen ps-Bereich bei Umlaufzeiten im zweistelligen ns-Bereich technisch umsetzbar. Natürlich muß die Form der Modulationspulse P nicht, wie in 2 schematisch dargestellt sein, rechteckförmig sein. Es ist auch möglich, gaußförmige Modulationspulse oder sonstige Formen für die Modulationspulse zu verwenden. Der zeitliche Verlauf des Pumpstroms und somit der Pumpenergie kann auch als periodischer Impuls mit Gleichanteil bezeichnet werden.The duty cycle of the modulated pumping current should be the duty cycle of the laser or laser oscillator 1 get as close as possible. This is even with the optical pulse duration of the laser oscillator 1 technically feasible in the low ps range with orbital times in the double-digit ns range. Of course, the shape of the modulation pulses P need not be as in 2 be shown schematically, be rectangular. It is also possible to use Gaussian modulation pulses or other forms for the modulation pulses. The time course of the pumping current and thus the pumping energy can also be referred to as a periodic pulse with DC component.

Bei dem hier gezeigten Beispiel beträgt der Grundstromanteil I1 80 mA. Die Höhe ΔI der Modulationspulse P beträgt 30 mA, so daß der Strom I2 110 mA beträgt. Die Repetitionsfrequenz im modengekoppelten Betrieb des Laseroszillators 1 beträgt hier 25 MHz. Das Tastverhältnis des modulierten Pulsstroms (Breite Modulationspuls P zu Pulsabstand zwischen zwei Modulationspulsen P) sollte möglichst klein sein und wird durch die elektrischen Parameter der verwendeten Schaltungstechnik begrenzt (z. B. 12,5%, was 5 ns Pulsbreite bei 40 ns Pulsabstand entspricht). Je nach verwendeten optischen oder elektrischen Komponenten können diese Parameter jedoch stark variieren. Das Tastverhältnis sollte nicht größer als 20% sein.In the example shown here, the fundamental component I 1 is 80 mA. The height ΔI of the modulation pulses P is 30 mA, so that the current I 2 is 110 mA. The repetition frequency in mode-locked operation of the laser oscillator 1 here is 25 MHz. The pulse duty factor of the modulated pulse current (width modulation pulse P to pulse interval between two modulation pulses P) should be as small as possible and limited by the electrical parameters of the circuit technology used (eg 12.5%, which corresponds to 5 ns pulse width at 40 ns pulse spacing). , However, depending on the optical or electrical components used, these parameters can vary widely. The duty cycle should not be greater than 20%.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind Grundstromanteil I1, Pulshöhe ΔI, Modulationsfrequenz fM sowie Tastverhältnis des modulierten Pulsstromes jeweils konstant, wodurch der Laser 1 gemäß 1 relativ einfach verwirklicht werden kann.In the described embodiment, the fundamental component I 1 , the pulse height ΔI, the modulation frequency f M and the pulse duty factor of the modulated pulse current are each constant, as a result of which the laser 1 according to 1 can be relatively easily realized.

In 3 ist eine Abwandlung des Laseroszillators 1 von 1 gezeigt, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und zu deren Beschreibung auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Im Unterschied zu der Ausführungsform von 1 ist bei dem Laseroszillator 1 von 3 ein teiltransparenter Auskoppelspiegel 11 vorgesehen, der einen geringen Teil der vom Laseroszillator 1 abgegebenen Laserstrahlung 2 auf einen Sensor 12 lenkt. Der Sensor 12 ist hier eine 2 GHz InGaAs-Fotodiode. Der Sensor 12 erzeugt ein Ausgangssignal mit variabler Amplitude und Signalform in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Laseroszillators 1.In 3 is a modification of the laser oscillator 1 from 1 shown, wherein like elements are designated by like reference numerals and reference is made to the description of the above statements. Unlike the embodiment of 1 is at the laser oscillator 1 from 3 a partially transparent Auskoppelspiegel 11 provided, a small part of the laser oscillator 1 emitted laser radiation 2 on a sensor 12 directs. The sensor 12 Here is a 2 GHz InGaAs photodiode. The sensor 12 generates an output signal of variable amplitude and waveform depending on the operating state of the laser oscillator 1 ,

Im kontinuierlichen Betrieb (nicht modengekoppelter Betrieb) des Laseroszillators 1 entsteht am Sensor 12 ein kontinuierliches Ausgangssignal mit einer Amplitude, die direkt abhängig ist von der Stromamplitude I1 des Grundstromanteils des Pumpstroms zur Ansteuerung der Pumplaserdiode 8.In continuous operation (non-mode locked operation) of the laser oscillator 1 arises at the sensor 12 a continuous output signal having an amplitude which is directly dependent on the current amplitude I 1 of the fundamental component of the pumping current for driving the pumping laser diode 8th ,

Geht der Laseroszillator 1 in den modengekoppelten Betriebszustand über, entsteht am Ausgang des Sensors 12 ein gepulstes Signal mit der Repetitionsfrequenz des Laseroszillators 1. Die Amplitude des Ausgangsignals ist dabei direkt abhängig von der Amplitude des Grundstromsanteils I1 und der Amplitude bzw. Pulshöhe ΔI der Modulationspulse P. Die Pulsform des Sensors 12 wird durch die elektrischen Parameter des Sensors 12 selbst bestimmt.Goes the laser oscillator 1 in the mode-locked operating state via, arises at the output of the sensor 12 a pulsed signal with the repetition frequency of the laser oscillator 1 , The amplitude of the output signal is directly dependent on the amplitude of the fundamental current component I 1 and the amplitude or pulse height ΔI of the modulation pulses P. The pulse shape of the sensor 12 is determined by the electrical parameters of the sensor 12 self determined.

Für die Beurteilung des Betriebszustandes des Laseroszillators 1 ist in der Regel nur die gepulste Signalform am Sensor 12 von Bedeutung. Durch eine geeignete Signalkonditionierung (z. B. Komperator mit einstellbarem Schwellwert) kann das gepulste Signal gezielt herausgefiltert werden. Diese Signalkonditionierung kann z. B. mittels der Steuereinheit 9 durchgeführt werden. Die Steuereinheit 9 kann ferner in Abhängigkeit des gepulsten Signals die Amplitude des Grundstromanteils I1 sowie den Spitzenwert bzw. die Pulshöhe ΔI der Modulationspulse P so einstellen, daß immer ein modengekoppelter Betriebszustand des Laseroszillators 1 erreicht und beibehalten wird. Es kann somit eine Regelung in Abhängigkeit der Ausgangsleistung des Laseroszillators 1 durchgeführt werden.For the assessment of the operating state of the laser oscillator 1 is usually just the pulsed waveform on the sensor 12 significant. By suitable signal conditioning (eg comparator with adjustable threshold value), the pulsed signal can be filtered out in a targeted manner. This signal conditioning can z. B. by means of the control unit 9 be performed. The control unit 9 can also set in dependence of the pulsed signal, the amplitude of the fundamental component I 1 and the peak value or the pulse height .DELTA.I the modulation pulses P so that always a mode-locked operating state of the laser oscillator 1 achieved and maintained. It can thus control in dependence on the output power of the laser oscillator 1 be performed.

Das Signal des Sensors 12 kann auch dazu genutzt werden, nicht die Amplitude(n) des Pumpstroms zu regeln, sondern die Modulationsfrequenz der Modulationspulse P.The signal of the sensor 12 can also be used to control not the amplitude (n) of the pump current, but the modulation frequency of the modulation pulses P.

Voraussetzung hierfür ist, daß der modengekoppelte Betrieb des Laseroszillators durch die eingestellten Amplituden I1, I2 des Pumpstromes erreicht werden kann.The prerequisite for this is that the mode-locked operation of the laser oscillator can be achieved by the set amplitudes I 1 , I 2 of the pumping current.

Mittels dem Sensor 12 bzw. aus dem Sensorsignal des Sensors 12 kann die Repetitionsfrequenz frep der gepulsten Laserstrahlung 2 gemessen werden. Die gemessene Repetitionsfrequenz frep wird mit der Modulationsfrequenz fM der Modulationspulse P verglichen und die Regelung wird so durchgeführt, daß die Differenz Null sein soll. Damit kann der modengekoppelte Betriebszustand sicher gehalten werden.By means of the sensor 12 or from the sensor signal of the sensor 12 can the repetition frequency f rep of the pulsed laser radiation 2 be measured. The measured repetition frequency f rep is compared with the modulation frequency f M of the modulation pulses P and the control is performed so that the difference should be zero. Thus, the mode-locked operating state can be kept safe.

Für die Startphase des Laseroszillators 1, um in den modengekoppelten Betrieb zu kommen, sollte die Frequenzregelung nicht angewendet werden. Es wird ein gewisses Startprogramm durchlaufen. Beispielsweise kann eine feste Modulationsfrequenz für den Laseroszillator 1 vorgegeben werden (wie z. B. bei der Ausführungsform gemäß 1). Sobald der modengekoppelte Betriebszustand erreicht wird, kann die beschriebene Frequenzregelung durchgeführt werden. Die Nachregelung der Modulationsfrequenz kann z. B. als PLL Phase Lock Loop ausgebildet sein.For the starting phase of the laser oscillator 1 In order to enter the mode-locked mode, the frequency control should not be applied. It will go through a certain launcher. For example, a fixed modulation frequency for the laser oscillator 1 are predetermined (as in the embodiment according to 1 ). As soon as the mode-locked operating state is reached, the described frequency control can be carried out. The readjustment of the modulation frequency can, for. B. be designed as a PLL phase lock loop.

Natürlich kann der Laseroszillator 1 auch so weitergebildet werden, daß sowohl die oben beschriebene Frequenzregelung als auch die oben beschriebene Amplitudenregelung des Grundstromanteils I1 und/oder der Modulationspulse P durchgeführt werden.Of course, the laser oscillator 1 be further developed so that both the frequency control described above and the above-described amplitude control of the fundamental component I 1 and / or the modulation pulses P are performed.

Mit dem erfindungsgemäßen Laser bzw. Laseroszillator 1 wird ein erhöhter Pumpstrombereich und somit ein erhöhter Pumpenergiebereich bereitgestellt, in dem ein stabiler modengekoppelter Betrieb möglich ist, im Vergleich zu herkömmlichen modengekoppelten Laseroszillatoren.With the laser or laser oscillator according to the invention 1 an increased pumping current range and thus an increased pump energy range is provided, in which a stable mode-locked operation is possible, compared to conventional mode-locked laser oscillators.

Claims (16)

Laser zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung, mit einem Resonator (3), einem im Resonator (3) angeordneten laseraktiven Medium (6), einem im Resonator angeordneten passiven Modenkoppler (7) für einen modengekoppelten Betrieb des Lasers (1) mit einer vorbestimmten Repetitionsfrequenz (frep), einer Pumpquelle (8) zum Pumpen des laseraktiven Mediums (6), und einer Steuereinheit (9), die die Pumpquelle (8) ansteuert, wobei die Steuereinheit (9) so ausgebildet ist, dass sie die Pumpquelle (8) so ansteuert, dass die von der Pumpquelle (8) zum Pumpen des laseraktiven Mediums (6) abgegebene Pumpenergie einen Gleichanteil (I1) sowie Modulationspulse (P) mit einer Modulationsfrequenz (fM) aufweist, die an die Repetitionsfrequenz angepaßt ist, wobei die Modulationsfrequenz (fM) zum Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers der Repetitionsfrequenz entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) ferner so ausgebildet ist, dass sie nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers (1) die Pulshöhe der Modulationspulse (P) reduziert.Laser for generating pulsed laser radiation, comprising a resonator ( 3 ), one in the resonator ( 3 ) arranged laser active medium ( 6 ), in the resonator arranged passive mode coupler ( 7 ) for a mode-locked operation of the laser ( 1 ) having a predetermined repetition frequency (f rep ), a pump source ( 8th ) for pumping the laser-active medium ( 6 ), and a control unit ( 9 ), the pump source ( 8th ), the control unit ( 9 ) is designed so that it the pump source ( 8th ) so that the pump source ( 8th ) for pumping the laser-active medium ( 6 ) has a DC component (I 1 ) as well as modulation pulses (P) with a modulation frequency (f M ) adapted to the repetition frequency, the modulation frequency (f M ) for starting the mode-locked operation of the laser corresponding to the repetition frequency, characterized in that the control unit ( 9 ) is further adapted, after a predetermined period of time after starting the mode-locked operation of the laser ( 1 ) reduces the pulse height of the modulation pulses (P). Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (12) zur Messung der gepulsten Laserstrahlung (2) vorgesehen ist, der ein Meßsignal an die Steuereinheit (9) abgibt, die so ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit des Meßsignals die Pumpquelle (8) ansteuert.Laser according to claim 1, characterized in that a sensor ( 12 ) for measuring the pulsed laser radiation ( 2 ) is provided, which sends a measurement signal to the control unit ( 9 ), which is designed such that, depending on the measuring signal, the pump source ( 8th ). Laser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) so ausgebildet ist, dass sie die Größe des Gleichanteils (I1) der Pumpenergie und/oder die Pulshöhe (ΔI) der Modulationspulse (P) der Pumpenergie regelt.Laser according to claim 2, characterized in that the control unit ( 9 ) is designed so that it controls the size of the DC component (I 1 ) of the pump energy and / or the pulse height (.DELTA.I) of the modulation pulses (P) of the pump energy. Laser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) so ausgebildet ist, dass sie die Modulationsfrequenz (fM) regelt.Laser according to claim 2 or 3, characterized in that the control unit ( 9 ) is designed to control the modulation frequency (f M ). Laser nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der passive Modenkoppler als sättigbarer Absorber ausgebildet ist.Laser according to one of the above claims, characterized in that the passive mode coupler is designed as a saturable absorber. Laser nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) so ausgebildet ist, dass sie nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers (1) die Modulationsfrequenz auf eine Subharmonische der Repetitionsfrequenz reduziert.Laser according to one of the above claims, characterized in that the control unit ( 9 ) is configured to terminate after a predetermined period of time after the mode-locked operation of the laser is started ( 1 ) reduces the modulation frequency to a subharmonic of the repetition frequency. Laser nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) so ausgebildet ist, dass sie nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers (1) die Pumpquelle (8) so ansteuert, dass die abgegebene Pumpenergie nur noch den Gleichanteil aufweist.Laser according to one of the above claims, characterized in that the control unit ( 9 ) is configured to terminate after a predetermined period of time after the mode-locked operation of the laser is started ( 1 ) the pump source ( 8th ) controls so that the output pump energy only has the DC component. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz (fM) der Repetitionsfrequenz (frep) entspricht.Laser according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the modulation frequency (f M ) corresponds to the repetition frequency (f rep ). Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung bei einem Laser mit einem Resonator (3), einem im Resonator (3) angeordneten laseraktiven Medium (6), einem im Resonator angeordneten passiven Modenkoppler (7) für einen modengekoppelten Betrieb des Lasers (1) mit einer vorbestimmten Repetitionsfrequenz (frep) und einer Pumpquelle (8) zum Pumpen des laseraktiven Mediums (6), wobei die Pumpquelle (8) so angesteuert wird, dass die von der Pumpquelle (8) zum Pumpen des laseraktiven Mediums (6) abgegebene Pumpenergie einen Gleichanteil (I1) sowie Modulationspulse (P) mit einer Modulationsfrequenz (fM) aufweist, die an die Repetitionsfrequenz angepaßt ist, wobei die Modulationsfrequenz (fM) zum Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers der Repetitionsfrequenz entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers (1) die Pulshöhe der Modulationspulse reduziert wird.Method for generating pulsed laser radiation in a laser with a resonator ( 3 ), one in the resonator ( 3 ) arranged laser active medium ( 6 ), in the resonator arranged passive mode coupler ( 7 ) for a mode-locked operation of the laser ( 1 ) with a predetermined repetition frequency (f rep ) and a pump source ( 8th ) for pumping the laser-active medium ( 6 ), the pump source ( 8th ) is controlled so that the of the pump source ( 8th ) for pumping the laser-active medium ( 6 ) has a DC component (I 1 ) and modulation pulses (P) having a modulation frequency (f M ) adapted to the repetition frequency, the modulation frequency (f M ) for starting the mode-locked operation of the laser corresponding to the repetition frequency, characterized in that after a predetermined period of time after starting the mode-locked operation of the laser ( 1 ) the pulse height of the modulation pulses is reduced. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gepulste Laserstrahlung gemessen und in Abhängigkeit der gemessenen Laserstrahlung die Pumpquelle (8) angesteuert wird.A method according to claim 9, characterized in that the pulsed laser radiation is measured and in dependence of the measured laser radiation, the pump source ( 8th ) is driven. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Gleichanteils (I1) der Pumpenergie und/oder die Pulshöhe (ΔI) der Modulationspulse (P) der Pumpenergie geregelt werden/wird.A method according to claim 10, characterized in that the size of the DC component (I 1 ) the pump energy and / or the pulse height (.DELTA.I) of the modulation pulses (P) of the pump energy is / will be regulated. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz (fM) geregelt wird.A method according to claim 10 or 11, characterized in that the modulation frequency (f M ) is controlled. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der passive Modenkoppler als sättigbarer Absorber ausgebildet wird.Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that the passive mode coupler is formed as a saturable absorber. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers (1) die Modulationsfrequenz auf eine Subharmonische der Repetitionsfrequenz reduziert wird.Method according to one of claims 9 to 13, characterized in that after a predetermined period of time after starting the mode-locked operation of the laser ( 1 ) the modulation frequency is reduced to a subharmonic of the repetition frequency. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers (1) die Pumpquelle (8) so angesteuert wird, dass die abgegebene Pumpenergie nur noch den Gleichanteil aufweist.Method according to one of claims 9 to 14, characterized in that after a predetermined period of time after starting the mode-locked operation of the laser ( 1 ) the pump source ( 8th ) is controlled so that the output pump energy only has the DC component. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfrequenz (fM) der Repetitionsfrequenz (frep) entspricht.Method according to one of Claims 9 to 13, characterized in that the modulation frequency (f M ) corresponds to the repetition frequency (f rep ).
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