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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laser-Resonator zur Erzeugung von Laserpulsen durch Cavity Dumping. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen von Laserpulsen mittels eines solchen Laser-Resonators.
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Für die Materialbearbeitung werden Laserpulse mit kurzen Pulsdauern benötigt. Solche kurzen Laserpulse können in einem Laser-Resonator beispielsweise mit Hilfe von Cavity Dumping erzeugt werden. Bei der Pulserzeugung wird hierbei der Auskoppelgrad A des Resonators mittels einer Güteschaltung moduliert, und zwar typischer Weise zwischen einem ersten Betriebszustand B1 mit 0% Auskoppelgrad A und einem zweiten Betriebszustand B2 mit 100% Auskoppelgrad A, wie dies beispielhaft in 3a dargestellt ist.
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Eine solche Modulation des Auskoppelgrads kann mit einer Verzögerungsplatte und einem elektro-optischen Modulator in Verbindung mit einem Polarisator realisiert werden. Ein solcher elektro-optischer Modulator weist beispielsweise eine Pockelszelle aus einem typischer Weise doppelbrechenden Material auf, an die eine Hochspannung angelegt wird, um eine mit der Amplitude der angelegten Hochspannung zunehmende Phasenverzögerung zu erzeugen. Eine solche Ansteuerung hat zur Folge, dass zur Erzeugung einer großen Phasenverzögerung eine hohe Spannung angelegt werden muss, was den Modulator bzw. die Pockelszelle kompliziert im Aufbau und teuer macht. Des Weiteren wirkt sich die hohe Leistungsaufnahme negativ auf die Lebensdauer der Hochspannungsschalter der Pockelszelle bzw. der dieser zugeordneten Steuereinrichtung (HV-Netzteil) aus. Auch können für unterschiedliche Bearbeitungsstrategien unterschiedlich lange Pulsdauern optimal sein; so sind beispielsweise beim Abtragen von dünnen Schichten wenige 10 ns Pulsdauer, zum Bohren einige 100 ns bis wenige μs vorteilhaft.
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In der
US 7,760,772 B2 ist ein Laser mit Cavity Dumping beschrieben, bei dem als Verzögerungsplatte eine λ/4-Platte in Kombination mit einer Pockelszelle verwendet wird. Liegt an der Pockelszelle keine Spannung an, befindet sich der Resonator in einem Betriebszustand, bei dem der Auskopplungsgrad am Polarisator 100% beträgt. Für das Cavity Dumping wird die Pockelszelle von einer Spannung von 0 V auf eine Viertelwellen-Spannung umgeschaltet, d. h. auf eine Spannung, die eine Phasenverzögerung der Pockelszelle von λ/4 bewirkt. Die gesamte Phasenverzögerung bei einem Umlauf des Laserpulses im Resonator liegt in diesem Betriebszustand bei λ und der Auskoppelgrad des Resonators somit (im Idealfall) bei 0%. Um die Pulsdauer der Laserpulse einzustellen wird in der
US 7,760,772 B2 vorgeschlagen, die Dauer der Schaltflanke beim Umschalten der Pockelszelle zwischen dem Betriebszustand mit der Viertelwellen-Spannung in den Betriebszustand mit kurzgeschlossener Pockelszelle geeignet zu verändern bzw. anzupassen.
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Die
DE 10 2006 041 484 A1 beschreibt einen gütegeschalteten Laser-Resonator, bei dem der Auskoppelgrad und somit die Resonatorgüte durch die Anpassung der Verzögerungsplatte an die Erfordernisse des Resonators angepasst werden soll. Der Auskoppelgrad wird hierbei zwischen 100% (Summe aus der Phasenverzögerung der Pockelszelle und der Verzögerungsplatte) und einem Auskoppelgrad variiert, der allein durch die Phasenverzögerung der Verzögerungsplatte bestimmt wird und im dort beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem eine λ/8-Platte verwendet wird, bei 50% liegt. In der
DE 10 2006 041 484 A1 wird somit zwar ein gütegeschalteter Laser verwendet, aber kein Cavity Dumping im eigentlichen Sinne durchgeführt, bei dem zum Aufbau eines Laserpulses ein Betriebszustand verwendet wird, in dem der Auskoppelgrad sehr gering ist (nahe bei 0%).
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Laser-Resonator mit Cavity Dumping sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Laserpulsen zu verbessern und insbesondere die Lebensdauer eines in dem Laser-Resonator verwendeten Modulators zu erhöhen.
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Gegenstand der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Laser-Resonator zur Erzeugung von Laserpulsen durch Cavity Dumping, umfassend: einen elektro-optischen Modulator zur Erzeugung einer variablen Phasenverzögerung in dem Laser-Resonator, eine Verzögerungseinheit, insbesondere eine Verzögerungsplatte, zur Erzeugung einer festen Phasenverzögerung in dem Laser-Resonator, sowie einen Polarisator zur Auskopplung von Laserpulsen aus dem Laser-Resonator. Bei dem erfindungsgemäßen Laser-Resonator erzeugt der Modulator in einem ersten Betriebszustand zum Aufbau eines Laserpulses eine der festen Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit entgegen gerichtete Phasenverzögerung, um einen Auskoppelgrad am Polarisator gegenüber einem zweiten Betriebszustand zur Auskopplung eines Laserpulses zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in dem ersten Betriebszustand, in dem der Pulsaufbau im Resonator erfolgt, mit dem Modulator eine der festen Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit entgegen gerichtete Phasenverzögerung einzustellen, welche die Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit zumindest teilweise bzw. größtenteils kompensiert. Als Verzögerungseinheit zur Erzeugung einer festen Phasenverzögerung dient typischer Weise eine Verzögerungsplatte. Es ist aber auch möglich, als Verzögerungseinheit einen oder mehrere phasenschiebende Spiegel in dem Laser-Resonator vorzusehen, d. h. einen oder mehrere Spiegel, die mit einer phasenschiebenden Beschichtung versehen sind. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter einer Phasenverzögerung eine vorzeichenbehaftete Phasenverschiebung verstanden, d. h. eine Größe, die durch einen Betrag sowie durch ein Vorzeichen charakterisiert wird.
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Im Gegensatz zum herkömmlichen Cavity Dumping, bei dem (im linearen Resonator) eine Viertelwellen-Spannung an die Pockelszelle angelegt werden muss, um einen Auskoppelgrad nahe 0% zu erhalten, kann beim erfindungsgemäßen Laser-Resonator eine geringere Phasenverschiebung bzw. Phasenverzögerung und damit eine niedrigere Spannung verwendet werden, um das Cavity Dumping durchzuführen.
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Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die feste Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit bei einem Resonator-Umlauf einen Betrag von weniger als λ/2, insbesondere von 1/3 λ oder weniger aufweist. Wird die Verzögerungseinheit (Platte bzw. Spiegel) bei einem linearen Resonator zwei Mal durchlaufen, sollte diese einen Betrag der Phasenverzögerung von weniger als λ/4 (bzw. von λ/6 oder weniger) aufweisen. Bei einem Ring-Resonator, bei dem die Verzögerungseinheit nur ein einziges Mal durchlaufen wird, sollte der Betrag der Phasenverzögerung bei weniger als λ/2 (bzw. 1/3 λ) liegen. Der Betrag der Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit wird im Fall einer Verzögerungsplatte durch die Dicke der Verzögerungsplatte festgelegt, die typischer Weise aus einem doppelbrechenden Material (Kristall) besteht.
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Eine betragsmäßig kleine Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit ist günstig, um die erforderliche Spannung gegenüber dem herkömmlichen Cavity Dumping zu reduzieren, da zum Erreichen eines niedrigen Auskoppelgrades (nahe 0%) die Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit und die Phasenverzögerung des Modulators vom Betrag her im Wesentlichen gleich groß sein sollten. Es versteht sich, dass die Phasenverzögerung der Verzögerungsplatte auch nicht zu klein gewählt werden darf, da ansonsten zur Erzeugung eines ausreichend großen Auskoppelgrades im zweiten Betriebszustand ggf. eine große Phasenverschiebung bzw. eine hohe Spannung erforderlich ist oder keine ausreichende Modulation des Auskoppelgrades erreicht wird, um einen stabilen Pulsbetrieb zu erreichen.
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Typischer Weise sollte die Phasenverschiebung der Verzögerungseinheit einen von der Verstärkung pro Umlauf abhängigen Grenzwert nicht unterschreiten. Beispielsweise sollte bei einem Lasermedium mit 5–10% Verstärkung pro Umlauf die Phasenverschiebung der Verzögerungseinheit bei einem linearen Resonator nicht weniger als λ/24 betragen.
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Eine Phasenverzögerung der Pockelszelle mit einem zur Verzögerungseinheit unterschiedlichen Vorzeichen kann z. B. erreicht werden, indem eine negative Spannung an die Pockelszelle angelegt wird. Alternativ kann im Fall einer Verzögerungseinheit in Form einer Verzögerungsplatte auch die Orientierung bzw. die Ausrichtung der Hauptachse der Verzögerungsplatte zur Polarisationsrichtung des Laserstrahls derart erfolgen, dass die Phasenverzögerung ein im Vergleich zum herkömmlichen Cavity Dumping entgegen gesetztes Vorzeichen aufweist. Bei der Verwendung eines phasenschiebenden Spiegels kann die Phasenverzögerung bzw. das Vorzeichen der Phasenverzögerung durch eine geeignete Wahl der phasenschiebenden Beschichtung festgelegt werden.
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Bei einer Ausführungsform ist in dem zweiten Betriebszustand die Phasenverschiebung des Modulators so gewählt, dass der Auskoppelgrad am Polarisator bei nicht mehr als 80%, bevorzugt bei nicht mehr als 60%, insbesondere bei nicht mehr als 50% liegt. Bei einem Auskoppelgrad von weniger als 100% wird ein Laserpuls nicht während eines einzigen Resonator-Umlaufs ausgekoppelt; es werden vielmehr mehrere Resonator-Umläufe benötigt, so dass die Pulsdauer sich gegenüber dem herkömmlichen Cavity Dumping erhöht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist im ersten Betriebszustand die Phasenverzögerung des Modulators so gewählt, dass der Auskoppelgrad am Polarisator bei weniger als 10%, bevorzugt bei weniger als 5%, insbesondere bei weniger als 1% liegt. Bei einem von 0% verschiedenen Auskoppelgrad im ersten Betriebszustand wird schon während des Pulsaufbaus Leistung aus dem Laser-Resonator ausgekoppelt, was zur Pulsformung ausgenutzt werden kann.
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Bei einer Ausführungsform ist die Phasenverzögerung des Modulators im ersten Betriebszustand so gewählt, dass die Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit gerade kompensiert wird. In diesem Fall liegt im ersten Betriebszustand der Auskoppelgrad des Laser-Resonators (idealerweise) bei 0%.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der elektro-optische Modulator eine Pockelszelle. Die Verwendung einer Pockelszelle ist zur Erzeugung kurzer Pulse vorteilhaft, da die Schaltzeiten bei der Ansteuerung der Pockelszelle äußerst gering sind. Alternativ kann der elektro-optische Modulator ggf. auch mit einer Kerr-Zelle betrieben werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der elektro-optische Modulator eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der Pockelszelle mit zwei unterschiedlichen Spannungswerten auf, um die variable Phasenverschiebung zu erzeugen. Die Steuerungseinrichtung dient zum Umschalten des Modulators zwischen den beiden Betriebszuständen, d. h. jeder der zwei unterschiedlichen Spannungswerte ist einem der Betriebszustände zugeordnet. Bei einer an die gewählte Phasenverzögerung angepassten Verzögerungseinheit ist der Auskoppelgrad bei gleicher Schaltspannung höher als bei der Verwendung einer λ/4-Platte als Verzögerungsplatte (im linearen Resonator). Somit können kürzere Laserpulse erzeugt bzw. die gleiche Pulsdauer kann mit einer geringeren Schaltspannung erreicht werden. Bei Verwendung einer geringeren Schaltspannung ist die Belastung der Hochspannungskomponenten der Pockelszelle bzw. der Steuerungseinrichtung bzw. Steuerschaltung reduziert.
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Die Steuerungseinrichtung kann hierbei eine Spannungsquelle umfassen, welche zwischen den zwei unterschiedlichen Spannungswerten schaltbar ist. Beispielsweise kann es sich beim ersten Spannungswert um eine negative Spannung und beim zweiten Spannungswert um eine positive Spannung handeln, oder umgekehrt. Auch ein Umschalten zwischen einer Spannung von 0 V und einer gegenüber Masse positiven oder negativen Spannung ist möglich. Die Steuerungseinrichtung kann hierbei insbesondere eine oder mehrere Software- oder Hardware-Komponenten umfassen, um die Steuerung der Pockelszelle vorzunehmen. Bei der Verwendung von Software-Komponenten sind diese programmiert, die Betriebszustände der Pockelszelle zwischen den beiden vorgegebenen Spannungen umzuschalten. Bei der Verwendung von Hardware-Komponenten sind diese so ausgebildet bzw. so dimensioniert, dass zwischen den gewünschten Betriebszuständen bzw. Spannungswerten umgeschaltet werden kann. Typischer Weise ist die Steuerungseinrichtung so ausgebildet, dass nur zwischen den für die jeweiligen Betriebszustände fest vorgegebenen Spannungen (und nicht zwischen anderen Spannungen) umgeschaltet werden kann, d. h. die Schaltung bzw. eine Schalteinheit der Steuerungseinrichtung schaltet nur zwischen diesen beiden vorgegebenen Spannungen hin und her.
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Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Laser-Resonator ein insbesondere scheibenförmiges Verstärkermedium. Bei dem Verstärkermedium kann es sich beispielsweise um einen Yb:YAG-Kristall handeln, welcher auf einem Spiegel des Laser-Resonators angebracht ist. Es versteht sich, dass auch andere Formen von Festkörper-Verstärkermedien verwendet werden können, z. B. stabförmige Verstärkermedien. Auch kann ein in dem Laser-Resonator enthaltenes Gas (z. B. CO2) als Verstärkermedium dienen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen von Laserpulsen durch Cavity Dumping mittels eines Laser-Resonators der oben beschriebenen Art, umfassend: Schalten des Modulators von dem ersten Betriebszustand, bei dem die Phasenverzögerung des Modulators so gewählt wird, dass der Auskoppelgrad bei weniger als 10%, bevorzugt bei weniger als 5%, insbesondere bei weniger als 1% liegt, in den zweiten Betriebszustand, bei dem die Phasenverzögerung des Modulators so gewählt wird, dass der Auskoppelgrad größer als im ersten Betriebszustand ist und bei nicht mehr als 80%, bevorzugt bei nicht mehr als 60%, (insbesondere bei nicht mehr als 50% liegt. Durch das Schalten in den zweiten Betriebszustand wird der Laserpuls aus dem Resonator ausgekoppelt. Der Laserpuls kann hierbei nach dem Schaltvorgang in mehreren Resonatorumläufen ausgekoppelt werden, wobei die Dauer des zweiten Betriebszustands in der Regel so gewählt ist, dass vor einem erneuten Umschalten, welches den zweiten Betriebszustand beendet, der Laserpuls typischer Weise vollständig ausgekoppelt ist.
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In einer Variante wird die Phasenverzögerung des Modulators im ersten Betriebszustand so gewählt, dass die Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit gerade kompensiert wird. In diesem Fall liegt (theoretisch) der Auskoppelgrad im ersten Betriebszustand bei 0%. Wie oben dargestellt wurde, kann es aber auch z. B. zur Pulsformung sinnvoll sein, einen von 0% verschiedenen Auskoppelgrad im ersten Betriebszustand erreichen.
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Eine Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Cavity Dumping wird somit nicht nur erreicht, wenn die Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit und des Modulators vom Betrag exakt gleich groß sind. Eine Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit, die zwischen der Phasenverzögerung des Modulators und einer λ/4-Platte (im Doppeldurchgang) liegt, zeigt bereits einen positiven Effekt. Für einige Anwendungen kann auch eine Phasenverzögerung der Verzögerungseinheit, die kleiner ist als die Phasenverzögerung des Modulators von Interesse sein.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Laser-Resonators mit einer λ/8-Verzögerungsplatte,
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2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Laser-Resonators mit einer λ/12-Verzögerungspiatte, sowie
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3a, b Darstellungen des zeitabhängigen Auskoppelgrades beim herkömmlichen Cavity Dumping (3a) sowie beim erfindungsgemäßen Laser-Resonator (3b).
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1 zeigt einen Laser-Resonator 1, welcher zwei hoch reflektierende Endspiegel 2a, 2b sowie zwei Faltungsspiegel 3a, 3b aufweist. Am ersten Faltungsspiegel 3a ist eine scheibenförmiges Verstärkermedium 4, im vorliegenden Beispiel ein Yb:YAG-Kristall, angebracht, welcher im Betrieb des Laser-Resonators 1 durch die Pumpstrahlung eines (nicht gezeigten) Pumplasers optisch angeregt wird und Laserstrahlung 9 bei einer Laserwellenlänge von λ = 1030 nm erzeugt. Die in dem Laser-Resonator 1 erzeugte Laserstrahlung 9 ist linear (s-)polarisiert.
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Der Laser-Resonator 1 umfasst weiterhin einen elektro-optischen Modulator 5, der eine Pockelszelle 6 sowie eine Steuereinrichtung 7 umfasst, sowie eine Verzögerungseinheit in Form einer Verzögerungsplatte 8, deren Dicke so gewählt ist, dass diese eine Verzögerung mit einem Betrag von λ/8 für die in dem Laser-Resonator 1 erzeugte Laserstrahlung 9 bewirkt. In dem Laser-Resonator 1 ist weiterhin ein Dünnschicht-Polarisator 10 zur Auskopplung von Laserpulsen PL angeordnet.
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Der in 1 gezeigte Laser-Resonator 1 wird in zwei Betriebszuständen B1, B2 betrieben, für die der Auskoppelgrad am Polarisator 10 in 3b dargestellt ist. Im ersten Betriebszustand B1 wird an die Pockelszelle 6 mittels der Steuereinrichtung 7 eine (positive) Achtelwellen-Spannung angelegt, d. h. eine Spannung, die eine Phasenverzögerung P1 der Laserstrahlung 9 von +λ/8 bewirkt. Die Verzögerungsplatte 8 erzeugt eine entgegen gerichtete Phasenverzögerung P2 von –λ/8, so dass die Summe der Phasenverzögerungen P1 + P2 der Verzögerungsplatte 8 und der Pockelszelle 6 im ersten Betriebszustand B1 bei Null liegt. Daher wird die in dem Laser-Resonator 1 erzeugte, s-polarisierte Laserstrahlung 9 nicht in ihrem Polarisationszustand verändert und trifft s-polarisiert auf den Polarisator 10. Da der Dünnschicht-Polarisator 10 s-polarisierte Laserstrahlung nahezu vollständig reflektiert, wird die Laserstrahlung 9 nahezu vollständig zum ersten Endspiegel 2a umgelenkt. Die Laserstrahlung 9 verbleibt somit im ersten Betriebszustand B1 im Laser-Resonator 1, so dass der Auskoppelgrad A des Laser-Resonators 1 bei nahezu 0% liegt.
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Die Festlegung des Vorzeichens der Phasenverzögerung P1 beruht auf einer Konvention, bei der eine positive/negative an der Pockelszelle 6 angelegte Spannung eine Phasenverzögerung P1 mit einem positiven/negativen Vorzeichen bewirkt. Das Vorzeichen der Phasenverzögerung P2 der Verzögerungsplatte 8, bei der es sich um einen doppelbrechenden Kristall handelt, wird durch eine Einstellung der Hauptachse des Kristalls bewirkt, die entweder unter –45° oder unter +45° zur Polarisationsrichtung der in dem Laser-Resonator 1 erzeugten Laserstrahlung 9 ausgerichtet ist. Die Ausrichtung der Verzögerungsplatte 8 legt jedoch nur das Vorzeichen der Phasenverzögerung P2 fest, wohingegen der Betrag der maximalen Phasenverzögerung P2 durch die Dicke der Verzögerungsplatte 8 bestimmt wird, welche im vorliegenden Fall so gewählt ist, dass die Phasenverzögerung P2 einen Betrag von λ/8 aufweist.
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Im zweiten Betriebszustand B2 wird an dem Modulator 5 eine Phasenverzögerung P1 von Null erzeugt, d. h. an der Pockelszelle 6 liegt keine Spannungsdifferenz an. Der doppelte Durchlauf der Laserstrahlung 9 durch die Verzögerungsplatte 8 führt in diesem Fall zu einer Phasenverzögerung P2 von 2 × λ/8 = λ/4, d. h. die Polarisationsrichtung (E-Vektor) der linear polarisierten Laserstrahlung 9 weist zwei gleich große Anteile in s-Richtung und in p-Richtung auf. Dies führt dazu, dass an dem Polarisator 10 ein Anteil von 50% der Laserstrahlung 9 ausgekoppelt wird, d. h. der Auskoppelgrad A liegt bei 0,5 (vgl. 3b). Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass kein linearer Zusammenhang zwischen dem Auskoppelgrad A und der Phasenverzögerung P2 besteht, vielmehr ist der Auskoppelgrad A = sin2(180° × P2/λ).
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Der in 2 dargestellte Laser-Resonator 1 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Laser-Resonator 1 lediglich durch die unterschiedliche Anordnung der Pockelszelle 6 und der Verzögerungsplatte 8' im Laser-Resonator 1, die auf das Auskoppeln von Laserpulsen PL keine Auswirkung hat, sowie dadurch, dass die Verzögerungsplatte 8' eine Phasenverzögerung P2 von +λ/12 bewirkt, wobei die Steuereinrichtung 7 ausgelegt bzw. programmiert ist, im ersten Betriebszustand B1 eine Phasenverzögerung P2 von –λ/12 und im zweiten Betriebszustand B2 eine Phasenverzögerung P2 von +λ/12 zu erzeugen. Hierfür wird im ersten Betriebszustand B1 eine negative λ/12-Wellenspannung an die Pockelszelle 6 angelegt, während im zweiten Betriebszustand B2 eine positive λ/12-Wellenspannung an die Pockelszelle 7 angelegt wird. Im ersten Betriebszustand B1 liegt der Auskoppelgrad A wie bei dem in 1 beschriebenen Beispiel bei 0%, da sich die Summe der Phasenverzögerungen P1, P2 des Modulators 5 und der Verzögerungsplatte 8' gerade zu einer Phasenverzögerung von Null kompensieren. Im zweiten Betriebszustand B2 liegt die Summe der Phasenverzögerungen bei λ/6 im Einfachdurchgang, d. h. der Auskoppelgrad A liegt in diesem Fall bei 3/4 bzw. 75%.
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Es versteht sich, dass anders als in 1 und 2 gezeigt die Phasenverzögerungen P1, P2 des Modulators 5 und der Verzögerungsplatte 8, 8' sich nicht zwingend kompensieren, d. h. der Auskoppelgrad A kann im ersten Betriebszustand B1 größer 0% sein und je nach Anwendung z. B. bei weniger als 1%, 5% oder 10% liegen, was sich für bestimmte Anwendungen als günstig erwiesen hat. Ein Auskoppelgrad größer Null im ersten Betriebszustand B1 führt dazu, dass bereits während des Aufbaus des Laserpulses Leistung aus dem Laser-Resonator 1 ausgekoppelt wird, was z. B. zur Pulsformung genutzt werden kann.
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Der in den vorliegenden Beispielen verwendete Auskoppelgrad von 50% bzw. von 75% im zweiten Betriebszustand B2 führt dazu, dass ein einzelner Laserpuls nicht während eines einzigen Resonator-Umlaufs ausgekoppelt wird, sondern dass hierzu mehrere Resonator-Umläufe erforderlich sind, wodurch sich die Pulsdauer erhöht.
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Um die Hochspannung zur Schaltung der Pockelszelle 6 möglichst gering zu halten und damit die Leistungsaufnahme an den Hochspannungsschaltern der Pockelszelle 6 zu reduzieren und deren Lebensdauer zu erhöhen hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Auskoppelgrad A im zweiten Betriebszustand B2 bei nicht mehr als 80% liegt. Soll der Auskoppelgrad A im ersten Betriebszustand B1 in diesem Fall bei 0% liegen, sollte die Verzögerungsplatte (bei einem Einfachdurchgang) einen Betrag der Phasenverzögerung von etwa λ/6 erzeugen. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn Verzögerungsplatten in dem Laser-Resonator 1 verwendet werden, die bei einem Resonator-Umlauf einen Betrag der Phasenverzögerung von 1/3 λ nicht überschreiten.
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Wie in 3b gezeigt ist, kann der Auskoppelgrad A zusätzlich auch durch die Einstellung der Zeitdauer der Schaltflanken beim Übergang zwischen dem ersten und zweiten Betriebszustand B1, B2 angepasst werden, um die Pulsdauer zu beeinflussen. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch beim herkömmlichen Cavity Dumping, bei dem eine λ/4-Verzögerungsplatte (bzw. bei Ringlasern eine λ/2-Platte) verwendet wird, eine Anpassung der Phasenverzögerung erfolgen kann, wenn der Auskoppelgrad reduziert werden soll. Zu diesem Zweck kann die Hauptachse des doppelbrechenden Kristalls der Verzögerungsplatte aus einer Stellung, in welcher diese um +/–45° zur Polarisationsrichtung der in dem Laser-Resonator 1 erzeugten Laserstrahlung 9 (s-polarisiert) gedreht werden. Dies hat aber zur Folge, dass beim Durchlauf durch die Verzögerungsplatte elliptisch polarisierte Laserstrahlung erzeugt wird, da die Hauptachse des Kristalls der Verzögerungsplatte 8, 8' nicht unter +/–45° zur Polarisationsrichtung der Laserstrahlung 9 steht, was zu einer höheren Justageempfindlichkeit des Verzögerungsplatte 8, 8' und der Pockelszelle 6 führt, insbesondere auch im Hinblick auf Temperaturschwankungen im Resonator.
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Bei den obigen Beispielen werden hingegen Verzögerungsplatten 8, 8' verwendet, deren Dicke bei einer Ausrichtung unter +/–45° zur Polarisationsrichtung die angegebene Phasenverzögerung P2 erzeugen, wodurch eine geringe Justageempfindlichkeit der Verzögerungsplatte 8, 8' und der Pockelszelle 6 erreicht wird. Selbst wenn sich bei dem Laser-Resonator 1 die Phasenverzögerungen P1, P2 des Modulators 5 und der Verzögerungsplatte 8, 8' nicht vollständig kompensieren, so dass im ersten Betriebszustand B1 der Auskoppelgrad A größer 0% ist oder die Ausrichtung der Verzögerungsplatte so eingestellt ist, dass ein Auskoppelgrad von 0% entsteht, ist dies günstiger, als wenn versucht wird, durch eine Ausrichtung der Hauptachse einer λ/4-Platte 8, 8', die von einer Ausrichtung von +/–45° zur Polarisationsrichtung abweicht, einen Auskoppelgrad A von 0% einzustellen.
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Es versteht sich, dass an Stelle des Dünnschicht-Polarisators 10 auch andere Arten von Polarisatoren in dem Laser-Resonator 1 verwendet werden können, z. B. Polarisatoren aus doppelbrechenden Medien, die einen Strahlversatz der Polarisationskomponenten (s- bzw. p-Polarisation) im doppelbrechenden Medium und damit eine Trennung der Polarisationskomponenten erzeugen. Auch kann an Stelle einer Pockelszelle 6 ggf. eine Kerr-Zelle in dem elektro-optischen Modulator 5 verwendet werden. An Stelle eines scheibenförmigen Festkörper-Verstärkermediums 4 können selbstverständlich auch andere Geometrien des Verstärkermediums und andere Verstärkungsmedien, z. B. gasförmige Verstärkermedien (z. B. CO2-Gas) verwendet werden.
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Auch kann als Verzögerungseinheit zur Erzeugung einer fasten Phasenverzögerung P2 in dem Laser-Resonator 1 an Stelle einer Verzögerungsplatte 8, 8' z. B. mindestens ein phasenschiebender Spiegel verwendet werden. Zu diesem Zweck können beispielsweise die Faltungsspiegel 3a, 3b mit einer geeigneten phasenschiebenden Beschichtung versehen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7760772 B2 [0004, 0004]
- DE 102006041484 A1 [0005, 0005]
