DE102010045184A1 - Method for optronic controlling of laser oscillator amplifier configuration, involves independently controlling laser oscillator and amplifier by controlling excitation radiation or pump radiation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optronischen Steuerung einer axial angeordneten Laseroszillator-Verstärker-Konfiguration, die einen Laseroszillator und einen Verstärker zum Erzeugen von verstärkter Laserstrahlung aus Strahlung des Laseroszillators aufweist. Weiter betrifft die Erfindung eine Laserverstärkeranordnung mit einer axial angeordneten Laseroszillator-Verstärker-Konfiguration, die einen Laseroszillator und einen Verstärker zum Verstärken von durch den Laseroszillator erzeugter Laserstrahlung aufweist, und mit einer Pumpquelle zum Erzeugen wenigstens einer Pumpstrahlung mit einer ersten Wellenlänge zum axialen longitudinalen Pumpen wenigstens des Verstärkers.The invention relates to a method for the optronic control of an axially arranged laser oscillator amplifier configuration comprising a laser oscillator and an amplifier for generating amplified laser radiation from radiation of the laser oscillator. The invention further relates to a laser amplifier arrangement having an axially arranged laser oscillator amplifier configuration comprising a laser oscillator and an amplifier for amplifying laser radiation generated by the laser oscillator, and to a pump source for generating at least one pump radiation having a first axial axial pumping wavelength at least of the amplifier.
Für zahlreiche Anwendungen sind miniaturisierte Laser wünschenswert oder sogar erforderlich, welche gepulste Laserstrahlung mit Pulsbreiten von wenigen Nanosekunden und Pulsenergien im Bereich von mehreren milli-Joule erzeugen können, wie beispielsweise für langreichweitige Laser-Meßsysteme und Sensoren, zur Materialfeinbearbeitung oder zur Anregung optisch nichtlinearer Prozesse. Diodengepumpte Festkörperlaser sind hierfür besonders geeignet. Für nähere Einzelheiten hierzu wird auf
Mittels passiver Güteschaltung lassen sich besonders kompakte Pulslaser-Oszillatoren realisieren, wobei jedoch zuverlässiger Betrieb mit hoher Strahlqualität und Amplitudenstabilität nur bei maximalen Pulsenergien im Bereich von wenig mehr als 1 mJ möglich ist. Um eine Leistungsskalierung zu erreichen, können ein oder auch mehrere Verstärker mit einem mehrfachen Strahlengang (Multipass) nachgeschaltet werden, wodurch besonders große Pulsenergien erzielt werden Für nähere Einzelheiten hierzu wird auf
Wenn bei der Anregung des aktiven Materials die sogenannte longitudinale Pumpgeometrie angewandt werden kann, werden optimale Voraussetzungen geschaffen, um einen hohen Wirkungsgrad und eine große Kompaktheit zu erreichen Für nähere Einzelheiten hierzu wird auf
Die in letzter Zeit entwickelten gepulsten Faserlaser oder Faserverstärker-Anordnungen zeichnen sich durch eine sehr kompakte Bauweise und eine hohe Strahlqualität aus; jedoch liegen die verfügbaren Pulsleistungen im allgemeinen deutlich unterhalb von 1 MW, wobei typischerweise Pulsenergien von maximal etwa 1 mJ möglich sind, was für viele Anwendungen nicht ausreicht.The recently developed pulsed fiber lasers or fiber amplifier arrangements are characterized by a very compact design and a high beam quality; however, the available pulse powers are generally well below 1 MW, typically allowing pulse energies as high as about 1 mJ, which is insufficient for many applications.
Hierbei sind die Pulsleistung bzw. die Pulsenergie durch verschiedene grundlegende physikalische Prozesse begrenzt. Diese Prozesse sind in erster Linie ASE (sog. Amplified Spontaneous Emission), Stimulierte Brillouin-Streuung, Stimulierte Raman-Streuung sowie Selbstfokussierung. Für nähere Einzelheiten hierzu wird insbesondere auf
Weiterhin ist in der
Allerdings ist eine solche Konfiguration für eine effiziente Skalierung der Leistung- bzw. der Pulsenergie nicht geeignet, wie im Folgenden erläutert wird. Dabei lassen sich grundsätzlich zwei unterschiedliche Pumparten unterscheiden: die quasikontinuierliche (quasi-cw) oder gepulste Anregung und die kontinuierliche Anregung. Bei der quasikontinuierlichen Anregung kann ein einziger ns-Puls erzeugt werden, der die maximal mögliche Energie enthält, oder es können auch mehrere Pulse kleinerer Energie während eines Pumpzyklus erzeugt werden. Im Falle der gepulsten Anregung gilt: Bei einer Erhöhung der Pumpleistung wird der Laserpuls vom Oszillator, bezogen auf den Beginn eines Pumpstrahlungspulses konstanter Länge, früher erzeugt. Infolgedessen kann die im Verstärker gespeicherte Energie danach nicht mehr genutzt werden, und die gesamte Verstärkung kann nicht mehr erhöht werden. Damit direkt verbunden ist auch die Reduktion des Gesamtwirkungsgrades.However, such a configuration is not suitable for efficiently scaling the power or pulse energy, as will be explained below. There are basically two different types of pumping: quasi-continuous (quasi-cw) or pulsed excitation and continuous excitation. In quasi-continuous excitation, a single ns pulse may be generated that contains the maximum possible energy, or multiple smaller-energy pulses may be generated during a pumping cycle. In the case of pulsed excitation: When the pump power is increased, the laser pulse is generated earlier by the oscillator relative to the beginning of a pump radiation pulse of constant length. As a result, the energy stored in the amplifier can thereafter no longer be used, and the total gain can no longer be increased. This is directly related to the reduction of the overall efficiency.
Bei einer solchen Ausbildung ist die zeitliche Anpassung des Oszillatorpulses an die Pumpstrahlungsdauer entscheidend, um die maximale Pulsenergie und einen großen Wirkungsgrad zu erzielen.With such a design, the temporal adaptation of the oscillator pulse to the pump radiation duration is crucial in order to achieve the maximum pulse energy and a high degree of efficiency.
Andererseits werden bei einer Erhöhung der Pumpleistung und bei konstanter Dauer des Diodenpulses im Allgemeinen mehrere einzelne Pulse während eines Pumpzyklus erzeugt, welche jeweils eine kleinere Pulsenergie enthalten. Der zeitliche Abstand der Pulse wird um so kleiner, je größer die Pumpleistung wird. Das heißt in diesem Falle, wenn eine größere Verstärkung erzielt werden soll, dass eine Erhöhung der Gesamtpumpleistung gleichzeitig zu einer Änderung der Pulsrate führt.On the other hand, with an increase in pump power and a constant duration of the diode pulse, generally several individual pulses are generated during a pump cycle, each containing a smaller pulse energy. The time interval of the pulses becomes smaller, the larger the pumping power becomes. That is, in this case, if a larger gain is to be achieved, an increase in the total pumping power simultaneously results in a change in the pulse rate.
Ähnliches gilt für den Fall der kontinuierlichen Anregung. Hierbei wird die Pulsrate erhöht, verbunden mit einer gleichzeitigen Reduktion der Einzelpulsenergie der vom Laseroszillator erzeugten Pulse, wenn die Gesamtpumpleistung der Laseroszillator-Verstärker-Anordnung erhöht wird. Anders formuliert: die Änderung der Pumpleistung bzw. der Verstärkung bewirkt auch eine Veränderung der Pulsrate. Darüber hinaus ändert sich auch die Pulsbreite, da sich auch die Inversionsdichte im Laseroszillatorkristall ändert. Für nähere Einzelheiten hierzu wird auf
Weitere miniaturisierte Laserverstärkeranordnungen sind in der
Die soeben aufgeführten Einschränkungen der genannten Laser, insbesondere der in der
Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung oder deren vorteilhafte Ausgestaltungen vollständig vermieden, wobei vorzugsweise ein ultimativ miniaturisierter, vollständig optronisch regelbarer ns-Laser mit hoher Pulsleistung, hoher Pulsenergie sowie einem großen Wirkungsgrad ermöglicht wird.These disadvantages are completely avoided by the present invention or its advantageous embodiments, wherein preferably an ultimatum miniaturized, fully optronically controllable ns laser with high pulse power, high pulse energy and a high efficiency is made possible.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Verfügung zu stellen, mit der ein miniaturisierter Laser mit hoher Leistung und hoher Energie und einem großen Wirkungsgrad erzielbar ist.The object of the invention is to provide a method and an arrangement with which a miniaturized laser with high power and high energy and a high efficiency can be achieved.
Diese Aufgabe wird durch eine Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Laserverstärkeranordnung gemäß Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by a method according to
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird Laserstrahlung aus mindestens zwei Diodenlaser-Strahlquellen verwendet, um eine miniaturisierte, axial angeordnete Festkörperlaser-Oszillator-Verstärker-Konfiguration in longitudinaler Richtung anzuregen, wobei der Laseroszillator und der Verstärker unabhängig voneinander kontrolliert werden und dadurch eine optimale zeitliche und räumliche Anpassung des Oszillatorstrahlpulses an den Verstärker ermöglicht wird.In a preferred embodiment, laser radiation from at least two diode laser beam sources is used to excite a miniaturized, axially disposed solid state laser oscillator amplifier configuration in the longitudinal direction, the laser oscillator and the amplifier being controlled independently of each other, thereby providing optimum temporal and spatial alignment of the oscillator beam pulse to the amplifier is enabled.
Damit wird eine Lösung für die Realisierung eines ultimativ miniaturisierten Kurzpuls-Lasers hoher Pulsleistung und -energie und einem großen Wirkungsgrad bereitgestellt.Thus, a solution for the realization of an ultimatly miniaturized short pulse laser high pulse power and energy and a high efficiency is provided.
Das Verfahren kann allgemein zur optronischen Regelung von axial gepumpten Festkörperlaser-Oszillator-Verstärker-Anordnungen eingesetzt werden.The method can generally be used for the optronic control of axially pumped solid-state laser-oscillator-amplifier arrangements.
Vorteilhafte mögliche Verwendungen der Erfindung sowie deren vorteilhaften Ausgestaltungen sind beispielsweise:
- a) handheld oder Roboter-getragene Sensoren
- b) äußerst kompakte, flugzeuggetragene Lidar-Systeme
- c) Satelliten-getragene Laser-Meßsysteme
- d) Basislaser für LIMS (laser-ion mobility spectrometer)
- e) kompakte Ladarsysteme großer Reichweite
- a) handheld or robot-borne sensors
- b) extremely compact, airborne lidar systems
- c) Satellite-borne laser measurement systems
- d) Basic laser for LIMS (laser-ion mobility spectrometer)
- e) compact long range charging systems
Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zur optronischen Steuerung einer axial angeordneten Laseroszillator-Verstärker-Konfiguration, die einen Laseroszillator und einen Verstärker zum Erzeugen von verstärkter Laserstrahlung aus Strahlung des Laseroszillators aufweist, mit den Schritten:
longitudinales optisches Anregen des Laseroszillators mit einer Anregungsstrahlung einer ersten Wellenlänge,
longitudinales Pumpen des Verstärkers mit einer Pumpstrahlung einer zu der ersten Wellenlänge unterschiedlichen zweiten Wellenlänge, und
unabhängiges Steuern des Laseroszillators und des Verstärkers mittels Steuern wenigstens einer der beiden Strahlungen Anregungsstrahlung und Pumpstrahlung.In one aspect, the invention provides a method for optronic control of a axially arranged laser oscillator amplifier configuration comprising a laser oscillator and an amplifier for generating amplified laser radiation from radiation of the laser oscillator, comprising the steps of:
longitudinal optical excitation of the laser oscillator with an excitation radiation of a first wavelength,
longitudinally pumping the amplifier with pump radiation of a second wavelength different from the first wavelength, and
independently controlling the laser oscillator and the amplifier by controlling at least one of the two radiation excitation radiation and pump radiation.
Durch das Verfahren lassen sich ein Laseroszillator und ein zugeordneter Verstärker in einer Laser-Oszillator-Verstärker-Anordnung, die optimal miniaturisiert werden kann, unabhängig voneinander optronisch steuern.By the method, a laser oscillator and an associated amplifier in a laser oscillator-amplifier arrangement, which can be optimally miniaturized, independently optronisch control.
Man kann so beispielsweise maximal mögliche Verstärkung erzielen und/oder den Wirkungsgrad optimieren.For example, it is possible to achieve maximum possible amplification and / or to optimize the efficiency.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens weist wenigstens einen, mehrere oder alle der folgenden Schritte auf: Steuern der Leistung der Anregungsstrahlung; Durchleiten der Pumpstrahlung durch den Laseroszillator in den Verstärker und/oder Leiten der Anregungsstrahlung in den Laseroszillator unter Blockieren einer Weiterleitung in den Verstärker.An advantageous embodiment of the method has at least one, several or all of the following steps: controlling the power of the excitation radiation; Passing the pump radiation through the laser oscillator into the amplifier and / or passing the excitation radiation into the laser oscillator while blocking forwarding to the amplifier.
Die Pumpstrahlung kann vorteilhaft zum Pumpen des Laseroszillators und des Verstärkers eingesetzt werden. Hierzu wird die Pumpstrahlung vorzugsweise durch den Laseroszillator und anschließend in den Verstärker geleitet. Die Anregungsstrahlung dient vorzugsweise zum Steuern des Zeitpunkts der Aussendung eines Laserpulses des Laseroszillators. Hierzu lässt sie sich vorzugsweise in der Leistung steuern. Insbesondere wird die Anregungsstrahlung innerhalb des Laseroszillators behalten und nicht in den Verstärker weitergeleitet. Durch Steuerung der Anregungsstrahlung kann man so den Laseroszillator unabhängig von dem Verstärker steuern. Insbesondere kann man bei einem passiv gütegeschalteten Laseroszillator durch Steuern der Leistung der Anregungsstrahlung den Zeitpunkt einer Laserpulsaussendung steuern und so optimal an die Verstärkung anpassen.The pump radiation can be advantageously used for pumping the laser oscillator and the amplifier. For this purpose, the pump radiation is preferably passed through the laser oscillator and then into the amplifier. The excitation radiation is preferably used to control the time of emission of a laser pulse of the laser oscillator. For this purpose, it can preferably be controlled in performance. In particular, the excitation radiation is retained within the laser oscillator and not forwarded to the amplifier. By controlling the excitation radiation, one can thus control the laser oscillator independently of the amplifier. In particular, in the case of a passively Q-switched laser oscillator, by controlling the power of the excitation radiation, it is possible to control the time of a laser pulse emission and thus optimally adapt to the amplification.
Vorzugsweise wird zum Durchleiten der Pumpstrahlung ohne die Anregungsstrahlung eine wellenlängenabhängige Filtereinrichtung zwischen Laseroszillator und Verstärker benutzt. Dies kann eine Beschichtung, die abhängig von der Wellenlänge durchlässig, teilreflektierend oder voll reflektierend, oder z. B. ein dichroitischer Spiegel sein.Preferably, a wavelength-dependent filter device between the laser oscillator and the amplifier is used to pass the pump radiation without the excitation radiation. This may be a coating which, depending on the wavelength permeable, partially reflective or fully reflective, or z. B. be a dichroic mirror.
Vorzugsweise werden wenigstens zwei Diodenlaser zum longitudinalen Anregen des Laseroszillators und des Verstärkers eingesetzt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens umfasst somit wenigstens einen der folgenden Schritte: Erzeugen der Anregungsstrahlung durch wenigstens einen ersten Diodenlaser, Erzeugen der Pumpstrahlung durch wenigstens einen zweiten Diodenlaser, und/oder Steuern der Anregungsstrahlung durch Steuern des Diodenlaserstroms des ersten Diodenlasers.Preferably, at least two diode lasers are used for longitudinal excitation of the laser oscillator and the amplifier. An advantageous embodiment of the method thus comprises at least one of the following steps: generating the excitation radiation by at least one first diode laser, generating the pump radiation by at least one second diode laser, and / or controlling the excitation radiation by controlling the diode laser current of the first diode laser.
Zum besseren Verständnis und zur Besseren Unterscheidung wird hier für die Strahlung, die im Wesentlichen allein zum Anregen des Laseroszillators dient, der Begriff „Anregungsstrahlung” verwendet und wird für die Strahlung, die hauptsächlich zum Anregen des Laserverstärkers und eventuell auch, vorzugsweise zu einem kleinerem Teil, zum Anregen des Laseroszillators dient, der Begriff „Pumpstrahlung” verwendet.For better understanding and for better distinction, the term "excitation radiation" is used here for the radiation which essentially serves solely to excite the laser oscillator and is used for the radiation which is mainly for exciting the laser amplifier and possibly also, preferably for a smaller part , used to excite the laser oscillator, the term "pump radiation" used.
Vorzugsweise wird die Leistung der Pumpstrahlung wesentlich größer als die Leistung der Anregungsstrahlung angesetzt.Preferably, the power of the pump radiation is set much larger than the power of the excitation radiation.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Pumpstrahlung zum kleineren Teil zum Pumpen des Laseroszillators und zum größeren Teil zum Pumpen des Verstärkers verwendet.In a further advantageous embodiment of the method, the pumping radiation is used to a lesser extent for pumping the laser oscillator and for the greater part for pumping the amplifier.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Leistung der Pumpstrahlung fest eingestellt und die Leistung der Anregungsstrahlung zum Steuern variabel gewählt wird.A further advantageous embodiment of the method provides that the power of the pump radiation is set fixed and the power of the excitation radiation is selected variable for controlling.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Leistung der Pumpstrahlung so groß eingestellt wird, dass im Verstärker eine maximale Verstärkung erreicht wird, ohne dass thermische Effekte oder parasitäre Oszillationen des Verstärkers die Funktion der Laseroszillator-Verstärker-Konfiguration beeinträchtigen.A further advantageous embodiment of the method provides that the power of the pump radiation is set so large that a maximum gain is achieved in the amplifier without thermal effects or parasitic oscillations of the amplifier affecting the function of the laser oscillator amplifier configuration.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Laserverstärkeranordnung mit einer axial angeordneten Laseroszillator-Verstärker-Konfiguration, die einen Laseroszillator und einen Verstärker zum Verstärken von durch den Laseroszillator erzeugter Laserstrahlung aufweist, einer Pumpquelle zum Erzeugen wenigstens einer Pumpstrahlung mit einer ersten Wellenlänge zum axialen longitudinalen Pumpen wenigstens des Verstärkers, und einer Anregungsquelle zum Erzeugen von Anregungsstrahlung zum Anregen des Laseroszillators mit einer von der ersten Wellenlänge unterschiedlichen zweiten Wellenlänge, wobei die Laserverstärkeranordnung derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Pumpstrahlung und Anregungsstrahlung axial in den Laseroszillator geleitet werden, und wobei eine wellenlängenabhängige Filtereinrichtung zwischen Laseroszillator und Verstärker angeordnet ist, die für die Pumpstrahlung durchlässig ist, um sie aus dem Laseroszillator in den Verstärker durchzulassen, für die Anregungsstrahlung jedoch blockierend und/oder reflektierend wirkt.In another aspect, the invention provides a laser amplifier assembly having an axially disposed laser oscillator-amplifier configuration comprising a laser oscillator and an amplifier for amplifying laser radiation generated by the laser oscillator, a pump source for generating at least one pump radiation having a first axial axial pumping wavelength at least of the amplifier, and an excitation source for generating excitation radiation for exciting the laser oscillator at a second wavelength different from the first wavelength, wherein the Laser amplifier arrangement is arranged and designed such that the pumping radiation and excitation radiation are conducted axially into the laser oscillator, and wherein a wavelength-dependent filter device between the laser oscillator and amplifier is arranged, which is permeable to the pump radiation to pass from the laser oscillator in the amplifier for the However, excitation radiation blocking and / or reflective acts.
Vorteilhaft wird eine solche Laserverstärkeranordnung zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens verwendet.Such a laser amplifier arrangement is advantageously used for carrying out the method explained above.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Laserverstärkeranordnung ist vorgesehen, dass die Anregungsquelle unabhängig von der Pumpquelle steuerbar und/oder regelbar ist.In an advantageous embodiment of the laser amplifier arrangement, it is provided that the excitation source can be controlled and / or regulated independently of the pump source.
Einer weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Laserverstärkeranordnung umfasst eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Leistung der Anregungsstrahlung.A further advantageous embodiment of the laser amplifier arrangement comprises a control and / or regulating device for controlling and / or regulating the power of the excitation radiation.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Laserverstärkeranordnung ist vorgesehen, dass die Anregungsquelle einen ersten Diodenlaser und die Pumpquelle einen zweiten Diodenlaser aufweist.In a further advantageous embodiment of the laser amplifier arrangement, it is provided that the excitation source has a first diode laser and the pump source has a second diode laser.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Laserverstärkeranordnung ist vorgesehen, dass die Strahlleistung des ersten Diodenlasers variabel einstellbar und die Leistung des zweiten Diodenlasers fest auf eine wesentlich größere Leistung als die Leistung des ersten Diodenlasers eingestellt ist.In a further advantageous embodiment of the laser amplifier arrangement is provided that the beam power of the first diode laser is variably adjustable and the power of the second diode laser is set to a much greater power than the power of the first diode laser.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Laserverstärkeranordnung ist vorgesehen, dass die Filtereinrichtung
eine optische Beschichtung an einer Grenzfläche zwischen dem Laseroszillator und dem Verstärker, die partiell reflektierend für die Laserstrahlung des Laseroszillators, antireflektierend für die Pumpstrahlung und hochreflektierend für die Anregungsstrahlung ist, oder
einen dichroitischen Spiegel aufweist, der reflektierend für die Anregungsstrahlung und durchlässig für die Pumpstrahlung ist.In a further advantageous embodiment of the laser amplifier arrangement is provided that the filter device
an optical coating at an interface between the laser oscillator and the amplifier, which is partially reflective for the laser radiation of the laser oscillator, antireflecting the pump radiation and highly reflective for the excitation radiation, or
a dichroic mirror which is reflective of the excitation radiation and permeable to the pump radiation.
Vorzugsweise ist die Laserverstärkeranordnung als Kurzpulslaser mit passiver Güteschaltung ausgebildet. Durch eine Steuerung der Anregungsleistung lässt sich dann die Zeit des Laserpulses steuern, um eine optimale Anpassung an die Verstärkung zu erreichen.Preferably, the laser amplifier arrangement is designed as a short pulse laser with passive Q-switching. By controlling the excitation power, the time of the laser pulse can then be controlled in order to achieve an optimum adaptation to the amplification.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
Im folgenden werden anhand der Darstellung von
Die Laserverstärkeranordnung
Der erste Diodenlaser
Bei allen Ausführungsformen wird die Pumpstrahlung in einer Längsrichtung auf der Strahlachse des durch die Laseroszillator-Verstärker-Konfiguration erzeugten verstärkten Laserstrahles
Der Laseroszillator
Bei den Ausführungsformen der
Bei der vorliegenden Laserverstärkeranordnung
Geeignete laseraktive Materialien sind beispielsweise die bekannten, mit Neodym dotierten Kristalle wie Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO4 Nd:YA1O3, und Nd:GGG sowie auch entsprechende, sogenannte keramische Lasermaterialien. Außerdem sind alle anderen Materialien geeignet, die wenigstens zwei Absorptionslinien unterschiedlicher Wellenlänge aufweisen, wie z. B. die mit Ytterbium dotierten Kristalle oder Materialien.Suitable laser-active materials are, for example, the known neodymium-doped crystals such as Nd: YAG, Nd: YLF, Nd: YVO 4 Nd: YAlO 3 , and Nd: GGG and also corresponding, so-called ceramic laser materials. In addition, all other materials are suitable which have at least two absorption lines of different wavelengths, such as. As the ytterbium-doped crystals or materials.
Die hier realisierte Idee betrifft im Wesentlichen Kurzpulslaser
In der in
Passive Güteschaltung kann beispielsweise durch einen im Laseroszillator
Wie schon erwähnt wurde, enthält die Pumpstrahlung zwei Wellenlängen-Komponenten, welche von mindestens zwei Diodenlasern erzeugt werden. Diese Wellenlängen werden so gewählt, dass die Anregung der Neodym-Ionen in zwei unterschiedliche Laserniveaus direkt und indirekt erfolgen kann, das heißt, es werden hier Wellenlängen im Bereich von ca. 880 nm und ca. 807 nm verwendet, wie dies näher in
Beide Diodenlaser
Bei der vorliegenden Laserverstärkeranordnung
Hierzu ist Filtereinrichtung
Dies gestattet es, durch die optronische Regelung der Leistung der Strahlung des ersten Diodenlasers
Bekanntlich schaltet der passive Güteschalter
Das heißt beispielsweise, dass bei einer Vergrößerung der Diodenlaserleistung der Laserpuls
Geeigneterweise ist die Leistung der zweiten Diodenlaserstrahlung, welche den Verstärker
Die Leistung der zweiten Diodenlaserstrahlung, welche zu einem geringeren Teil auch zum Pumpen des Laseroszillators
Die Filtereinrichtung
Für diese Anordnung sind die folgenden optischen Beschichtungen vorgesehen, wenn beispielsweise Nd:YAG als Lasermaterial verwendet wird:
- 1.) Einkoppelseite des Laseroszillators
5 : antireflektierende (AR) Beschichtung für die beiden Diodenlaserwellenlängen bei ca. 880 nm und ca. 807 nm sowie hochreflektierende (HR) Beschichtung für die Laserwellenlänge ca. 1064 nm. - 2.) Auskoppelseite des Laseroszillators
5 : Partiell reflektierender (PR) Spiegel für die Laserwellenlänge und antireflektierend (AR) für die zweite Diodenlaserwellenlänge (880 nm oder 807 nm) sowie hochreflektierend (HR) für die erste Diodenlaserwellenlänge (entsprechend: 807 nm oder 880 nm). - 3.) Einkoppelseite (Pumpseite) des Verstärkers
8 : antireflektierend (AR) für die zweite Diodenlaserwellenlänge und antireflektierend (AR) für die Laserwellenlänge. - 4.) Auskoppelseite des Verstärkers
8 : antireflektierend (AR) für die Laserwellenlänge.
- 1.) Einkoppelseite of the laser oscillator
5 : antireflective (AR) coating for the two diode laser wavelengths at about 880 nm and about 807 nm and highly reflective (HR) coating for the laser wavelength about 1064 nm. - 2.) decoupling side of the
laser oscillator 5 Partially reflecting (PR) mirror for the laser wavelength and antireflective (AR) for the second diode laser wavelength (880 nm or 807 nm) and high reflectivity (HR) for the first diode laser wavelength (corresponding to: 807 nm or 880 nm). - 3.) Einkoppelseite (pump side) of the amplifier
8th : antireflective (AR) for the second diode laser wavelength and antireflective (AR) for the laser wavelength. - 4.) decoupling side of the amplifier
8th : antireflective (AR) for the laser wavelength.
Alternativ kann die optische Beschichtung
Eine Ausführung, bei der die Filtereinrichtung
Das im Vorhergehenden beschriebene Verfahren kann außer bei Kurzpulslaser-Oszillator-Verstärker-Anordnungen, wie sie in den
In
Vorteile der hier beschriebenen Anordnungen und Verfahren gegenüber bekannten Anordnungen bzw. Verfahren sind insbesondere:
Durch die beschriebenen Maßnahmen wird erreicht, dass ein Laseroszillator
- a) die maximal mögliche Verstärkung und erzielt wird,
- b) der Wirkungsgrad optimiert wird,
- c)
der im Laseroszillator 5 ,22 erzeugte Strahl direkt und unbeeinflusst von optischen Komponenten verstärkt werden kann und - d) sich die Zahl der pro Pumpzyklus emittierten Laserpulse
11 unabhängig von der Verstärkerleistung einstellen lässt.
By the measures described is achieved that a
- a) the maximum possible gain and is achieved
- b) the efficiency is optimized,
- c) that in the
laser oscillator 5 .22 generated beam can be amplified directly and unaffected by optical components and - d) the number of laser pulses emitted per pumping
cycle 11 regardless of the amplifier power.
Dadurch wird es ermöglicht, dass leistungsstarke Laserverstärkeranordnungen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- erster Diodenlaserfirst diode laser
- 22
- zweiter Diodenlasersecond diode laser
- 33
- optische Faseroptical fiber
- 44
- Miniaturlinseminiature lens
- 55
- Laseroszillator (gepulst)Laser oscillator (pulsed)
- 66
- passiver Güteschalterpassive quality switch
- 77
- Filtereinrichtungfiltering device
- 7a7a
- optische Beschichtungoptical coating
- 7b7b
- dichroitischer Spiegeldichroic mirror
- 88th
- Verstärkeramplifier
- 99
- verstärkter Laserstrahlamplified laser beam
- 1010
- zeitlicher Verlauf des Diodenlaserpulsestime course of the diode laser pulse
- 1111
- Laserpulslaser pulse
- 1212
- indirekter Pumpprozessindirect pumping process
- 1313
- direkter Pumpprozessdirect pumping process
- 1414
- LaserübergangLaser transition
- 1515
- Pumpniveau für indirektes PumpenPump level for indirect pumping
- 1616
- Pumpniveau für direktes PumpenPump level for direct pumping
- 1717
- wärmeleitende Kristallhalterung des Oszillatorsthermally conductive crystal holder of the oscillator
- 1818
- wärmeleitende Kirstallhalterung des Verstärkersthermally conductive Kirstallhalterung of the amplifier
- 1919
- Miniaturlinseminiature lens
- 2020
- zentrische Durchbohrungcentric puncture
- 21a21a
- dichroitischer Spiegeldichroic mirror
- 21b21b
- PolarisationskopplerA polarization
- 2222
- Laseroszillator (quasi-cw oder single-frequency)Laser oscillator (quasi-cw or single-frequency)
- 2323
- im Oszillator absorbierte Diodenlaserstrahlungdiode laser radiation absorbed in the oscillator
- 2424
- variabler Anteil der absorbierten Diodenlaserstrahlungvariable proportion of the absorbed diode laser radiation
- 2525
- im Verstärker absorbierte DiodenstrahlungDiode radiation absorbed in the amplifier
- 3030
- LaserverstärkeranordnungLaser amplifier arrangement
- 3131
- Laseroszillator-Verstärker-KonfigurationLaser oscillator-amplifier configuration
- 3232
- Anregungsquelleexcitation source
- 3434
- Pumpquellepump source
- 3636
- Oszillatorkristallcrystal oscillator
- 3838
- Verstärkerkristallcrystal amplifier
- 4040
- KurzpulslaserShort pulse laser
- tt
- Zeitachsetimeline
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102008025823 B4 [0012] DE 102008025823 B4 [0012]
- DE 102008029776 B4 [0012] DE 102008029776 B4 [0012]
- DE 102008025824 B4 [0013] DE 102008025824 B4 [0013]
- DE 102005034728 B4 [0061] DE 102005034728 B4 [0061]
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