WO2002029941A2 - Devices for varying the pulse duration and/or pulse energy in a passively q-switched laser - Google Patents

Devices for varying the pulse duration and/or pulse energy in a passively q-switched laser Download PDF

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    • H01S3/127—Plural Q-switches

Definitions

  • Short laser pulses in the range of 3 - 100 ns can be achieved by Q-switching lasers, especially solid-state lasers. A distinction is made between active and passive Q-switches.
  • While active Q-switches are based on polarization-optical effects, such as the Kerr effect or the Faraday rotation, passively Q-switched lasers use so-called saturable or bleachable absorbers.
  • passive Q-switches is an advantageous method since, apart from electronics for controlling the pump lamp current, no further electrical or electronic elements for pulse control are required. Rather, a saturable absorber is inserted into the laser resonator, ie between the highly reflective rear-view mirror (HR mirror) and the partially reflective decoupling mirror, which delays the start of the laser amplification until the amplification of the laser medium is able to further weaken the circulation amplification of the laser compensate, which is caused by the absorption effect of the passive Q-switch. As soon as the laser threshold is reached and the amplification has started, the amplifying laser radiation begins the color centers of the saturate the passive Q-switch, reducing the absorption effect until all color centers are saturated. The disappearance of the absorption of the Q-switch causes the laser process to accelerate like an avalanche, so that the entire inversion of the laser medium is broken down faster and the energy stored therein is converted into the laser pulse.
  • Solid state quality switches such as Cr 4+ : YAG, are particularly advantageous because they are easy to handle and show little or no signs of aging or wear.
  • the gain of the laser is initially prevented by a polarization rotator in an active Q-switch.
  • the laser amplification is only actively enabled by a polarization-optical switch, e.g. B. a Pockels cell with an upstream Pockels cell driver, which triggers the Q switch pulse.
  • the triggering of the Q switch pulse requires the rapid recharge of the Pockels cell at voltages in the range of several kV. This and the time control for triggering the Pockels cell control makes complex electronics necessary. This has the advantage that the time at which the Q-switch pulse is released can be actively controlled and thus optimally set.
  • the variation in the pulse duration and / or pulse energy of a laser is advantageous for many applications, since the effect on matter can be controlled in a targeted manner. This applies in particular to the use of lasers in medicine.
  • the laser can be optimally adjusted according to the indication and the effect optimized by the parameter adjustment mentioned.
  • EP 0 691 043 describes a passively Q-switched laser system which, as a special feature according to the invention, has an intra-cavity fiber.
  • This optical fiber is integrated in the laser resonator, so that a resonator of great length (10-50m) and a correspondingly long resonator cycle time is created.
  • this structure achieves pulse durations from 200ns to over 1 ⁇ s, which are otherwise not achievable either by passively Q-switched or by free-running lasers.
  • the object of the present invention is to provide a laser, the temporal power output of which is variable.
  • the aim is to retain the advantage of the relative simplicity of a passively Q-switched laser structure and at the same time to offer a possibility of making the switching time and the switching behavior of the Q-switch changeable.
  • This combines the essential advantages of the two types of Q-switching mentioned, namely the
  • the point in time at which the passive Q-switch switches through - for a given type of the passive Q-switch - essentially depends on the small-signal transmission of the Q-switch and the number of color centers in the laser beam.
  • the amount of stored energy can therefore be influenced by varying the small signal transmission.
  • the two sizes mentioned can be adjusted by suitable arrangements and thus influence the laser pulse.
  • the pulse duration and pulse energy can be changed over a wide range by changing the length of the intra-cavity fiber, the data of the Q-switch and the reflectance of the coupling-out mirror. Changing the length of the intra-cavity fiber
  • Optical adjustment units can be used to switch between the fibers of different lengths, so that the round trip time of the resonator and thus the pulse duration is changed.
  • this can be done by means of folding mirrors, displacement units or other opto-mechanical actuators.
  • the decoupling mirror can be replaced by a magazine, which creates the desired adjustment (Fig. 1).
  • the point in time at which the passive Q-switch switches through - for a given type of the passive Q-switch - essentially depends on the small-signal transmission of the Q-switch and the number of color centers in the laser beam.
  • the amount of stored energy can therefore be influenced by varying the small signal transmission.
  • the two sizes mentioned can be adjusted by suitable arrangements and thus influence the laser pulse.
  • the small signal transmission - and thus the switching time of the Q-switch - can be with a solid-state Q-switch, such as. B. a Cr 4 +: YAG or a Li: F 2 , according to the invention by changing the Q-switch in a magazine (see Fig. 1) or by designing the Q-switch in the form of a wedge and lateral displacement (see Fig. 2 to 5) vary.
  • a solid-state Q-switch such as. B. a Cr 4 +: YAG or a Li: F 2
  • Both processes can be carried out by motor without any problems, which makes it possible to influence the laser pulse automatically or via a control panel.
  • the problem with this adjustment is that the different material thickness of the Q-switch in the various setting positions of the magazine may change the laser structure inadmissibly. This can be prevented by using suitable compensation elements.
  • a corresponding compensation disk can thus be added to each passive Q-switch of the magazine in the magazine adjustment in accordance with the invention.
  • z. B the undoped carrier material of the Q-switch.
  • a disk of suitable thickness made of undoped YAG material can be added to the respective quality switch of the magazine.
  • the laser beam is deflected by the prismatic effect of the wedge. According to the invention, this can be prevented by adding a compensation wedge made of undoped support material of the Q-switch (Fig. 3). In addition, the amount of color centers is not constant across the beam cross-section, which can lead to an uneven beam profile of the laser and is therefore undesirable. According to the invention, a wedge-shaped counterpart (compensation wedge) of the same material and the same wedge angle as the quality switch wedge is inserted into the beam path (Fig. 4).
  • This arrangement can be combined according to the invention with the thickness compensation from FIG. 3 for particularly high demands on the beam quality (FIG. 5).
  • the total number of color centers in the beam path is the product of the beam cross-sectional area and the thickness L of the Q-switch multiplied by the volume concentration of the color centers of the Q-switch material.
  • A is the cross-sectional area of the laser beam at the location of the Q-switch and L is the thickness of the Q-switch.
  • the beam diameter effective at the quality switch can be effectively changed by moving the Q-switch along the beam (Fig. 6).
  • a second, third or further Q-switched laser pulses are generated within the same pump lamp pulse.
  • Such a pulse sequence is called a burst.
  • a pulsed lamp is used as the pump energy source.
  • continuously operated pump lamps or one or more diode lasers can be used.
  • the above-mentioned methods of adjusting the Q-switch make it possible to specifically influence the laser energy per individual pulse, the time interval between the individual pulses and the pulse duration of each individual pulse.
  • the time interval between the individual pulses reciprocally gives the pulse repetition frequency of a passively Q-switched laser operated in this way.
  • the product of the laser energy of a pulse and the pulse repetition frequency gives the average power that the laser emits.
  • This adjustment can be done automatically or by setting on the control panel.
  • Automatic control is usually understood to mean that a variable is set or kept at a desired value by means of a control structure. This presupposes a feedback operation in which the actual state is recorded and adapted to the desired state by automatic control.
  • the laser energy of a Q-switched pulse and / or its pulse duration can be measured.
  • automatic control can be established by using one of the above-mentioned adjustment options for the switching time and the switching energy of the passive Q-switch.
  • the burst mode or the continuous laser mode can be switched in a similar manner by measuring the repetition frequency of the burst pulses and adapting them to a target value using the adjustment options mentioned.

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Abstract

The invention relates to a device for controlling the pulse duration and/or the pulse energy of a laser pulse in a passively Q-switched laser, or for controlling the repetition rate of the individual pulses of the laser in continuous mode. Said device is characterised by a control mechanism for the mechanical adjustment of the Q-switch system. The invention also relates to a device for controlling the pulse duration and/or the pulse energy of a laser pulse in a passively Q-switched laser comprising a fibre-optic resonator extension, or for controlling the repetition rate of the individual pulses of the laser in continuous mode. The device is characterised in that the control is achieved by the mechanical adjustment of the resonator array. The invention thus provides lasers, whose temporal power emission is variable.

Description

Vorrichtungen zur Variation von Pulsdauer und/oder Pulsenergie bei einem passiv gütegeschalteten LaserDevices for varying the pulse duration and / or pulse energy in a passively Q-switched laser
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Kurze Laserpulse im Bereich von 3 - 100 ns lassen sich durch Güteschaltung von Lasern, insbesondere Festkörperlasern, realisieren. Dabei unterscheidet man aktive und passive Güteschalter.Short laser pulses in the range of 3 - 100 ns can be achieved by Q-switching lasers, especially solid-state lasers. A distinction is made between active and passive Q-switches.
Während aktive Güteschalter auf polarisationsoptischen Effekten beruhen, wie dem Kerr-Effekt oder der Faraday-Drehung, verwenden passiv gütegeschaltete Laser sogenannte sättigbare oder ausbleichbare (bleachable) Absorber.While active Q-switches are based on polarization-optical effects, such as the Kerr effect or the Faraday rotation, passively Q-switched lasers use so-called saturable or bleachable absorbers.
Die Verwendung von passiven Güteschaltern ist ein vorteilhaftes Verfahren, da man außer einer Elektronik zum Steuern des Pumplampenstroms keine weiteren elektrischen oder elektronischen Elemente zur Pulssteuerung braucht. Vielmehr wird in den Laserresonator, d. h. zwischen hochreflektierendem Rückspiegel (HR-Spiegel) und dem partiell reflektierenden Auskoppelspiegel ein sättigbarer Absorber eingefügt, der den Beginn der Laserverstärkung so lange verzögert, bis die Verstärkung des Lasermediums imstande ist, die zusätzliche Abschwächung der Umlaufverstärkung des Lasers zu kompensieren, die durch die Absorptionswirkung des passiven Güteschalters entsteht. Sobald die Laserschwelle erreicht ist und die Verstärkung angelaufen ist, beginnt die sich verstärkende Laserstrahlung die Farbzentren des passiven Güteschalters abzusättigen, wodurch die Absorptionswirkung sinkt, bis alle Farbzentren abgesättigt sind. Das Verschwinden der Absorption des Güteschalters führt dazu, dass sich der Laserprozess lawinenartig beschleunigt, so dass die gesamte Inversion des Lasermediums beschleunigt abgebaut und die darin gespeicherte Energie in den Laserpuls umgesetzt wird.The use of passive Q-switches is an advantageous method since, apart from electronics for controlling the pump lamp current, no further electrical or electronic elements for pulse control are required. Rather, a saturable absorber is inserted into the laser resonator, ie between the highly reflective rear-view mirror (HR mirror) and the partially reflective decoupling mirror, which delays the start of the laser amplification until the amplification of the laser medium is able to further weaken the circulation amplification of the laser compensate, which is caused by the absorption effect of the passive Q-switch. As soon as the laser threshold is reached and the amplification has started, the amplifying laser radiation begins the color centers of the saturate the passive Q-switch, reducing the absorption effect until all color centers are saturated. The disappearance of the absorption of the Q-switch causes the laser process to accelerate like an avalanche, so that the entire inversion of the laser medium is broken down faster and the energy stored therein is converted into the laser pulse.
Besonders vorteilhaft sind Güteschalter in Festkörperausführung, wie zum Beispiel Cr4+:YAG, da sie sich einfach handhaben lassen und keine oder nur geringe Alterungs- oder Abnutzungserscheinungen zeigen.Solid state quality switches, such as Cr 4+ : YAG, are particularly advantageous because they are easy to handle and show little or no signs of aging or wear.
Demgegenüber wird bei einem aktiven Güteschalter die Verstärkung des Lasers durch einen Polarisationsrotator zunächst verhindert. Erst nach vorgegebner Pumpdauer erfolgt die aktive Freigabe der Laserverstärkung durch einen polarisationsoptischen Schalter, z. B. eine Pockels-Zelle mit vorgeschaltetem Pockels-Zellen-Treiber, die den Güteschalterpuls auslöst. Die Auslösung des Güteschalterpulses bedingt die schnelle Umladung der Pockels-Zelle bei Spannungen im Bereich von mehreren kV. Dies und die Zeitsteuerung für die Auslösung der Pockels-Zellen-Ansteuerung macht eine aufwendige Elektronik notwendig. Dem steht als Vorteil gegenüber, dass sich der Zeitpunkt der Freigabe des Güteschalterpulses aktiv steuern und somit optimal einstellen lässt.In contrast, the gain of the laser is initially prevented by a polarization rotator in an active Q-switch. The laser amplification is only actively enabled by a polarization-optical switch, e.g. B. a Pockels cell with an upstream Pockels cell driver, which triggers the Q switch pulse. The triggering of the Q switch pulse requires the rapid recharge of the Pockels cell at voltages in the range of several kV. This and the time control for triggering the Pockels cell control makes complex electronics necessary. This has the advantage that the time at which the Q-switch pulse is released can be actively controlled and thus optimally set.
Die Variation der Pulsdauer und/oder Pulsenergie eines Lasers ist für viele Anwendungen vorteilhaft, da die Wirkung auf Materie gezielt gesteuert werden kann. Dies gilt insbesondere auch für die Anwendung des Lasers in der Medizin. Hier lässt sich der Laser durch die genannte Parameterverstellung indikationsgerecht optimal einstellen und in der Wirkung optimieren.The variation in the pulse duration and / or pulse energy of a laser is advantageous for many applications, since the effect on matter can be controlled in a targeted manner. This applies in particular to the use of lasers in medicine. Here, the laser can be optimally adjusted according to the indication and the effect optimized by the parameter adjustment mentioned.
In EP 0 691 043 ist ein passiv gütegeschaltetes Lasersystem beschrieben, das als erfindungsgemäße Besonderheit eine Intra-Cavity-Fiber aufweist. Diese optische Fiber ist in den Laserresonator integriert, so dass ein Resonator großer Länge (10- 50m) und entsprechend großer Resonatorumlaufzeit entsteht. Durch diesen Aufbau werden je nach Auslegung Pulsdauern von 200ns bis über 1 μs erzielt, die sonst weder von passiv gütegeschalteten, noch von freilaufenden Lasern erzielbar sind.EP 0 691 043 describes a passively Q-switched laser system which, as a special feature according to the invention, has an intra-cavity fiber. This optical fiber is integrated in the laser resonator, so that a resonator of great length (10-50m) and a correspondingly long resonator cycle time is created. Depending on the design, this structure achieves pulse durations from 200ns to over 1 μs, which are otherwise not achievable either by passively Q-switched or by free-running lasers.
Bei Experimenten zum Einsatz eines solchen Lasers in der Medizin, insbesondere in der Dermatologie, hat sich nun überraschend gezeigt, dass je nach Indikation deutlich unterschiedliche Pulsdauern und Pulsenergien sinnvoll und optimal wirksam sind.Experiments on the use of such a laser in medicine, in particular in dermatology, have now surprisingly shown that, depending on the indication, significantly different pulse durations and pulse energies are useful and optimally effective.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Laser zur Verfügung zu stellen, dessen zeitliche Leistungsabgabe variabel ist.The object of the present invention is to provide a laser, the temporal power output of which is variable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, Lösungen dafür anzugeben, den Vorteil der besonderen Pulsdauern mit einer Verstellbarkeit der Pulsdauern über einen großen Parameterbereich zu ermöglichen.The object of the present invention is also to provide solutions for enabling the advantage of the special pulse durations with an adjustability of the pulse durations over a large parameter range.
Damit soll ein breit einsetzbarer Laser, insbesondere zur medizinischen Anwendung geschaffen werden. Auch für technischen und wissenschaftlichen Einsatz ergeben sich vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten.This is intended to create a laser with a wide range of uses, in particular for medical use. There are also advantageous applications for technical and scientific use.
Dabei soll der Vorteil der relativen Einfachheit eines passiv gütegeschalteten Laseraufbaus bewahrt werden und gleichzeitig eine Möglichkeit geboten werden, den Schaltzeitpunkt und das Schaltverhalten des Güteschalters veränderbar zu gestalten. Damit können die wesentlichen Vorteile der beiden genannten Arten der Güteschaltung vereinigt werden, nämlich dieThe aim is to retain the advantage of the relative simplicity of a passively Q-switched laser structure and at the same time to offer a possibility of making the switching time and the switching behavior of the Q-switch changeable. This combines the essential advantages of the two types of Q-switching mentioned, namely the
• Einfachheit des passiven Güteschalters mit der• Simplicity of the passive Q-switch with the
• Einstellbarkeit des aktiven Güteschalters. Lösungsprinzip• Adjustment of the active Q-switch. solution principle
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by an object with the features of claim 1.
Der Zeitpunkt, zu dem der passive Güteschalter durchschaltet hängt - bei vorgegebener Art des passiven Güteschalters - wesentlich davon ab, welche Kleinsignaltransmission der Güteschalter aufweist und welche Anzahl an Farbzentren im Laserstrahl liegen.The point in time at which the passive Q-switch switches through - for a given type of the passive Q-switch - essentially depends on the small-signal transmission of the Q-switch and the number of color centers in the laser beam.
Je geringer die Kleinsignaltransmission des Güteschalters ist, desto später schaltet der Güteschalter durch, d. h. desto geringer ist die Energie im Laserresonator. Durch eine Variation der Kleinsignaltransmission lässt sich demnach die Höhe der gespeicherten Energie beeinflussen.The lower the small signal transmission of the Q-switch, the later the Q-switch turns on, i. H. the lower the energy in the laser resonator. The amount of stored energy can therefore be influenced by varying the small signal transmission.
Je höher die Gesamtzahl der im Strahlengang befindlichen Farbzentren ist, desto langsamer schaltet der Güteschalter durch, d. h. desto länger wird der gütegeschaltete Laserpuls.The higher the total number of color centers in the beam path, the slower the Q-switch switches through, i. H. the longer the Q-switched laser pulse.
Durch geeignete Anordnungen lassen sich die beiden genannten Größen verstellen und damit der Laserpuls beeinflussen.The two sizes mentioned can be adjusted by suitable arrangements and thus influence the laser pulse.
(In den folgenden Textteilen ist nicht ausdrücklich erwähnt, dass alle optischen Grenzflächen optische Qualität aufweisen und zur Vermeidung unerwünschter Reflexionen mit geeigneten Anti-Reflex-Schichten versehen sein müssen. Dies wird vielmehr als techniküblich vorausgesetzt.)(The following parts of the text do not explicitly mention that all optical interfaces have optical quality and must be provided with suitable anti-reflective layers to avoid unwanted reflections. This is rather assumed to be customary in technology.)
Die Aufgabe wird auch durch einen Gegenstand mit den Mermalen des Anspruchs 35 gelöst.The object is also achieved by an object having the features of claim 35.
Die Pulsdauer und Pulsenergie lässt sich durch Verändern der Länge der Intra- Cavity-Fiber, der Daten des Güteschalters und des Reflexionsgrades des Auskoppelspiegels in weiten Bereichen verändern. Veränderung der Länge der Intra-Cavity-FiberThe pulse duration and pulse energy can be changed over a wide range by changing the length of the intra-cavity fiber, the data of the Q-switch and the reflectance of the coupling-out mirror. Changing the length of the intra-cavity fiber
Hier werden in den Resonator erfindungsgemäß mehrere (mindestens zwei) verschieden lange Intra-Cavity-Fibern eingebaut. Durch optische Verstelleinheiten lässt sich zwischen den Fibern verschiedener Länge umschalten, so dass die Umlaufzeit des Resonators und damit die Pulsdauer geändert wird.Here, according to the invention, several (at least two) intra-cavity fibers of different lengths are installed in the resonator. Optical adjustment units can be used to switch between the fibers of different lengths, so that the round trip time of the resonator and thus the pulse duration is changed.
Dies kann erfindungsgemäß durch Klappspiegel, Verschiebeeinheiten oder sonstige opto-mechanische Aktuatoren geschehen.According to the invention, this can be done by means of folding mirrors, displacement units or other opto-mechanical actuators.
Änderung des Reflexionsgrades des AuskoppelspiegelsChange in the reflectance of the output mirror
Überraschenderweise führt ein Wechsel des Reflexionsgrades bei sonst gleichen Daten des Resonators ebenfalls zu deutlichen Veränderungen von Pulsdauer und Pulsenergie.Surprisingly, a change in the degree of reflection with otherwise the same data of the resonator also leads to significant changes in pulse duration and pulse energy.
Erfindungsgemäß kann der Auskoppelspiegel durch ein Magazin gewechselt werden, wodurch die gewünschte Verstellung entsteht (Abb. 1).According to the invention, the decoupling mirror can be replaced by a magazine, which creates the desired adjustment (Fig. 1).
Änderung des Schaltpunktes des GüteschaltersChange the switching point of the Q-switch
Der Zeitpunkt, zu dem der passive Güteschalter durchschaltet hängt - bei vorgegebener Art des passiven Güteschalters - wesentlich davon ab, welche Kleinsignaltransmission der Güteschalter aufweist und welche Anzahl an Farbzentren im Laserstrahl liegen.The point in time at which the passive Q-switch switches through - for a given type of the passive Q-switch - essentially depends on the small-signal transmission of the Q-switch and the number of color centers in the laser beam.
Je geringer die Kleinsignaltransmission des Güteschalters ist, desto später schaltet der Güteschalter durch, d. h. desto geringer ist die Energie im Laserresonator. Durch eine Variation der Kleinsignaltransmission lässt sich demnach die Höhe der gespeicherten Energie beeinflussen.The lower the small signal transmission of the Q-switch, the later the Q-switch turns on, i. H. the lower the energy in the laser resonator. The amount of stored energy can therefore be influenced by varying the small signal transmission.
Je höher die Gesamtzahl der im Strahlengang befindlichen Farbzentren ist, desto langsamer schaltet der Güteschalter durch, d. h. desto länger wird der gütegeschaltete Laserpuls. Durch geeignete Anordnungen lassen sich die beiden genannten Größen verstellen und damit der Laserpuls beeinflussen.The higher the total number of color centers in the beam path, the slower the Q-switch switches through, ie the longer the Q-switched laser pulse. The two sizes mentioned can be adjusted by suitable arrangements and thus influence the laser pulse.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous configurations of the device according to the invention are described in the subclaims.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 5.
Verstellung der KleinsignaltransmissionSmall signal transmission adjustment
Die Kleinsignaltransmission - und damit der Schaltzeitpunkt des Güteschalters - lässt sich bei einem Festkörpergüteschalter, wie z. B. einem Cr4+:YAG oder einem Li:F2, in erfindungsgemäßer Weise durch Wechsel des Güteschalters in einem Magazin (siehe Abb. 1) oder durch Gestaltung des Güteschalters in Form eines Keiles und laterale Verschiebung (siehe Abb 2 bis 5) variieren.The small signal transmission - and thus the switching time of the Q-switch - can be with a solid-state Q-switch, such as. B. a Cr 4 +: YAG or a Li: F 2 , according to the invention by changing the Q-switch in a magazine (see Fig. 1) or by designing the Q-switch in the form of a wedge and lateral displacement (see Fig. 2 to 5) vary.
Beide Vorgänge lassen sich ohne Probleme motorisch ausführen, wodurch eine automatische oder über ein Bedienfeld steuerbare Beeinflussung des Laserpulses möglich ist.Both processes can be carried out by motor without any problems, which makes it possible to influence the laser pulse automatically or via a control panel.
Bei dieser Verstellung ergibt sich als Problem, dass die unterschiedliche Materialstärke des Güteschalters in den verschiedenen Einstellpositionen des Magazins den Laseraufbau möglicherweise unzulässig verändert. Dies kann durch geeignete Kompensationsglieder verhindert werden.The problem with this adjustment is that the different material thickness of the Q-switch in the various setting positions of the magazine may change the laser structure inadmissibly. This can be prevented by using suitable compensation elements.
So kann bei der Magazinverstellung in erfindungsgemäßer Weise zu jedem passiven Güteschalter des Magazins eine entsprechende Kompensationsscheibe hinzugefügt werden. Hierfür eignet sich z. B. das undotierte Trägermaterial des Güteschalters. Beim Cr4+:YAG kann beispielsweise eine Scheibe passender Dicke aus undotierten YAG-Material zu dem jeweiligen Güteschalter des Magazins hinzugefügt werden.A corresponding compensation disk can thus be added to each passive Q-switch of the magazine in the magazine adjustment in accordance with the invention. For this, z. B. the undoped carrier material of the Q-switch. With the Cr 4 +: YAG, for example, a disk of suitable thickness made of undoped YAG material can be added to the respective quality switch of the magazine.
Bei der Lösung mit einem keilförmigen Güteschalter (Bild 2) wird der Laserstrahl durch die Prismenwirkung des Keils abgelenkt. Dies lässt sich erfindungsgemäß durch Hinzufügen eines Kompensationskeiles aus undotiertem Trägermaterial des Güteschalters verhindern (Abb. 3). Außerdem ist die Menge von Farbzentren über den Strahlquerschnitt nicht konstant, was zu ungleichmäßigem Strahlprofil des Lasers führen kann und somit unerwünscht ist. Erfindungsgemäß wird ein keilförmiges Gegenstück (Kompensationskeil) gleichen Materials und gleichen Keilwinkels wie der Güteschalter-Keil in den Strahlengang eingefügt (Abb. 4).When using a wedge-shaped Q-switch (Figure 2), the laser beam is deflected by the prismatic effect of the wedge. According to the invention, this can be prevented by adding a compensation wedge made of undoped support material of the Q-switch (Fig. 3). In addition, the amount of color centers is not constant across the beam cross-section, which can lead to an uneven beam profile of the laser and is therefore undesirable. According to the invention, a wedge-shaped counterpart (compensation wedge) of the same material and the same wedge angle as the quality switch wedge is inserted into the beam path (Fig. 4).
Diese Anordnung kann bei besonders hohen Anforderungen an die Strahlqualität erfindungsgemäß mit der Dickenkompensation aus Abbildung 3 kombiniert werden (Abb. 5).This arrangement can be combined according to the invention with the thickness compensation from FIG. 3 for particularly high demands on the beam quality (FIG. 5).
Verstellung der SchaltenergieSwitching energy adjustment
Die Gesamtzahl der Farbzentren im Strahlengang ergibt sich als Produkt aus der Strahlquerschnittsfläche und der Dicke L des Güteschalters multipliziert mit der Volumenkonzentration der Farbzentren des Güteschaltermaterials.The total number of color centers in the beam path is the product of the beam cross-sectional area and the thickness L of the Q-switch multiplied by the volume concentration of the color centers of the Q-switch material.
Dagegen ergibt sich die Gesamtzahl der wirksamen Farbzentren (NFZ) im Laserstrahl aus folgender Gleichung:In contrast, the total number of effective color centers (NFZ) in the laser beam results from the following equation:
NFZ = A X L x ΠFZNFZ = A X L x ΠFZ
Darin ist A die Querschnittsfläche des Laserstrahls am Ort des Güteschalters und L die Dicke des Güteschalters.A is the cross-sectional area of the laser beam at the location of the Q-switch and L is the thickness of the Q-switch.
Verwendet man im Strahlengang eine Aufweitung oder Einschnürung, so lässt sich durch Verschieben des Güteschalters längst des Strahls der am Güteschalter wirksame Strahldurchmesser wirksam verändern (Abb. 6).If a widening or constriction is used in the beam path, the beam diameter effective at the quality switch can be effectively changed by moving the Q-switch along the beam (Fig. 6).
Damit kann sowohl der Schaltzeitpunkt des Güteschalters (und damit die Pulsenergie) als auch die Schaltgeschwindigkeit des Güteschalters (und damit die Pulsdauer) verändern. Führt man die genannte axial Bewegung motorisch aus, so lassen sich wiederum die Pulsdaten automatisch oder von einem Bedienfeld aus verstellen. Burst- odeThis can change both the switching time of the Q-switch (and thus the pulse energy) and the switching speed of the Q-switch (and thus the pulse duration). If the axial movement mentioned is carried out by motor, the pulse data can in turn be adjusted automatically or from a control panel. Burst ode
Betreibt man den Laseraufbau mit passivem Güteschalter so, dass die Pulsdauer der Pumplampe länger eingestellt wird, als bis zum Zeitpunkt des ersten Durchschalten des Güteschalters so entsteht ein zweiter, dritter oder weitere gütegeschaltete Laserpulse innerhalb des selben Pumplampenpulses. Eine solche Pulsfolge nennt man einen Burst.If you operate the laser assembly with a passive Q-switch in such a way that the pulse duration of the pump lamp is set longer than before the Q-switch was first switched on, a second, third or further Q-switched laser pulses are generated within the same pump lamp pulse. Such a pulse sequence is called a burst.
Die oben erläuterten Möglichkeiten, den Zeitpunkt des Durchschaltens des Güteschalters zu verstellen, ergeben die Möglichkeit, im Burst-Betrieb die Zahl der Burst-Pulse innerhalb des Pumplampenpulses zu beeinflussen.The possibilities explained above for adjusting the time at which the Q-switch is switched on result in the possibility of influencing the number of burst pulses within the pump lamp pulse in burst mode.
Für verschiedene Anwendungen vor allem medizinischer Art ergibt sich dadurch die Möglichkeit, unterschiedliche Wirkmechanismen in Gang zu setzen. Zwischen den verschiedenen Pulscharakteristiken kann durch die entsprechende automatische oder über Bedienfeld einstellbare Verstellung der Burst-Folge umgeschaltet werden.For various applications, especially of a medical nature, this results in the possibility of initiating different mechanisms of action. It is possible to switch between the different pulse characteristics by adjusting the burst sequence automatically or by adjusting the control panel.
Andere PumplichtquellenOther pump light sources
In der bisherigen Argumentation ist jeweils angenommen, dass als Pumpenergiequelle eine pulsartige betriebene Lampe verwendet wird. Alternativ können kontinuierlich betriebene Pumplampen oder ein oder mehrere Diodenlaser eingesetzt werden.In the previous argument it is assumed that a pulsed lamp is used as the pump energy source. Alternatively, continuously operated pump lamps or one or more diode lasers can be used.
In diesem Fall entsteht beim Vorschalten eines passiven Güteschalters in den Laserresonator eine kontinuierliche Folge von gütegeschalteten Laserpulsen, sozusagen ein kontinuierlicher fortgesetzter Burst.In this case, when a passive Q-switch is connected upstream of the laser resonator, there is a continuous sequence of Q-switched laser pulses, a continuous burst, so to speak.
Die genannten Methoden der Verstellung des Güteschalters ermöglichen es, die Laserenergie pro Einzelpuls, den zeitlichen Abstand der einzelnen Pulse sowie die Pulsdauer jedes einzelnen Pulses gezielt zu beeinflussen.The above-mentioned methods of adjusting the Q-switch make it possible to specifically influence the laser energy per individual pulse, the time interval between the individual pulses and the pulse duration of each individual pulse.
Der zeitliche Abstand der Einzelpulse ergibt reziprok die Puls-Repetitionsfrequenz eines solcherart betriebenen passiv gütegeschalteten Lasers. Das Produkt aus Laserenergie eines Pulses und der Puls-Repetitionsfrequenz ergibt die mittlere Leistung, die der Laser abstrahlt.The time interval between the individual pulses reciprocally gives the pulse repetition frequency of a passively Q-switched laser operated in this way. The product of the laser energy of a pulse and the pulse repetition frequency gives the average power that the laser emits.
Diese beiden Größen lassen sich demnach mit den beschriebenen Methoden ebenfalls verstellen.These two quantities can therefore also be adjusted using the methods described.
Diese Verstellung kann wiederum automatisch oder durch Einstellung am Bedienfeld geschehen.This adjustment can be done automatically or by setting on the control panel.
Automatische SteuerungAutomatic control
Unter automatischer Steuerung versteht man gewöhnlich, dass durch einen regelungstechnischen Aufbau eine Größe auf einen gewünschten Wert eingestellt oder auf einem solchen gehalten wird. Dies setzt einen rückgekoppelten Betrieb voraus, bei dem der Ist-Zustand erfasst und durch eine automatische Steuerung dem gewünschten Soll-Zustand angepasst wird.Automatic control is usually understood to mean that a variable is set or kept at a desired value by means of a control structure. This presupposes a feedback operation in which the actual state is recorded and adapted to the desired state by automatic control.
Für den vorliegenden Bedienkomplex kann dies auf verschiedene Weise realisiert werden:This can be implemented in various ways for the present operating complex:
Zum einen kann die Laserenergie eines gütegeschalteten Pulses und/oder seine Pulsdauer gemessen werden. Durch Vergleich der vorliegenden Soll-Werten, lässt sich eine automatische Regelung herstellen, indem eine der oben genannten Verstellmöglichkeiten für den Durchschaltzeitpunkt und die Schaltenergie des passiven Güteschalters verwendet wird.On the one hand, the laser energy of a Q-switched pulse and / or its pulse duration can be measured. By comparing the existing target values, automatic control can be established by using one of the above-mentioned adjustment options for the switching time and the switching energy of the passive Q-switch.
Alternativ lässt sich in ähnlicher Weise eine Güteschaltung des Burst-Mode oder des kontinuierlichen Laser-Mode erzielen, indem die Folgefrequenz der Burst-Pulse gemessen und mit den genannten Verstellmöglichkeiten einem Soll-Wert angepasst wird.Alternatively, the burst mode or the continuous laser mode can be switched in a similar manner by measuring the repetition frequency of the burst pulses and adapting them to a target value using the adjustment options mentioned.
Zuvor wurden erfindungsgemäße Vorrichtungen beschrieben. Der Fachmann erkennt aber, dass analog auch erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar sind. Devices according to the invention have previously been described. However, the person skilled in the art recognizes that methods according to the invention can also be used analogously.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Vorrichtung zur Steuerung der Pulsdauer und/oder der Pulsenergie eines Laserpulses bei einem passiv gütegeschalteten Laser bzw. im kontinuierlichen Betrieb der Repetitionsrate der Einzelpulse des Lasers, gekennzeichnet durch eine Steuerung zur mechanischen Verstellung der Güteschalteranordnung.1. Device for controlling the pulse duration and / or the pulse energy of a laser pulse in a passively Q-switched laser or in the continuous operation of the repetition rate of the individual pulses of the laser, characterized by a controller for mechanical adjustment of the Q-switch arrangement.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Verstellung der Kleinsignaltransmission des Güteschalters erzielt wird.2. Device according to claim 1, characterized in that the control is achieved by adjusting the small signal transmission of the Q-switch.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Verstellung der im Laserstrahl befindlichen effektiven Menge an Farbzentren des im Laserstrahlengang befindlichen Güteschalters erzielt wird.3. Device according to claim 1, characterized in that the control is achieved by adjusting the effective amount of color centers in the laser beam of the Q-switch located in the laser beam path.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Verstellung sowohl der im Strahl befindlichen effektiven Menge an Farbzentren als auch der Kleinsignaltransmission des im Laserstrahlengang befindlichen Güteschalters erzielt wird.4. Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the control is achieved by adjusting both the effective amount of color centers located in the beam and the small signal transmission of the Q-switch located in the laser beam path.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Verstellung der Position des Güteschalters im Laserresonator erzielt wird.5. The device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the control is achieved by adjusting the position of the Q-switch in the laser resonator.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke (Dicke) des im Strahlengang befindlichen Teils des Güteschalters verstellt wird.6. The device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the thickness (thickness) of the part of the Q-switch located in the beam path is adjusted.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Farbzentren des im Strahlengang befindlichen Teils des Güteschalters verstellt wird.7. The device according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the concentration of the color centers of the part of the Q-switch located in the beam path is adjusted.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Wechsel des im Strahlengang befindlichen Güteschalters bewirkt wird.8. The device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the control is effected by changing the Q-switch located in the beam path.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Wechsel des Güteschalters mittels eines Magazins bewirkt wird.9. The device according to claim 8, characterized in that the control is effected by changing the Q-switch by means of a magazine.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin als Revolvermagazin (rotierendes Magazin) ausgeführt ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the magazine is designed as a revolver magazine (rotating magazine).
11.Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin als linear verschiebbares Magazin ausgeführt ist.11.The device according to claim 9, characterized in that the magazine is designed as a linearly displaceable magazine.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine eventuelle unterschiedliche Dicke L der zu wechselnden Güteschalter durch Hinzufügen von Kompensationsscheiben aus undotiertem Trägermaterial der Güteschalter auf gleiche Dicke ausgeglichen wird.12. The device according to one or more of claims 8 to 11, characterized in that a possible different thickness L of the changing Q-switch by adding compensation disks made of undoped support material the Q-switch is equalized to the same thickness.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Güteschalter keilförmig ausgeformt ist.13. The device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the Q-switch is wedge-shaped.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch lineare Bewegung ein unterschiedlich starker Teil des Keils in den Strahlengang gebracht wird.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that a part of the wedge of different strength is brought into the beam path by linear movement.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein feststehender zweiter Keil gleichen Materials und Keilwinkels, jedoch in umgekehrter Position in der Nähe des ersten Keils so in den Strahlengang eingebracht wird, dass die über die beiden Keile summierte Flächendichte an Farbzentren über den gesamten Strahlquerschnitt überall gleich ist.15. The apparatus according to claim 13 or 14, characterized in that a fixed second wedge of the same material and wedge angle, but in the reverse position near the first wedge is introduced into the beam path so that the areal density summed over the two wedges at color centers the entire beam cross-section is the same everywhere.
16. Vorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich unterschiedliche Dicke der keilförmigen Güteschalter durch Hinzufügen von Kompensationskeilen aus undotiertem Trägermaterial der Güteschalter auf gleiche Dicke ausgeglichen wird.16. The apparatus according to claim 12, 13 or 14, characterized in that the locally different thickness of the wedge-shaped Q-switch is compensated for by adding compensation wedges made of undoped carrier material of the Q-switch to the same thickness.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahldurchmesser durch Einfügen von Optiken, insbesondere eines Teleskops, längs der Strahlachse variiert, dass also ein Bereich mit divergentem oder konvergentem Strahlverlauf innerhalb des Laserresonators entsteht.17. The device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the beam diameter varies along the beam axis by inserting optics, in particular a telescope, so that an area with a divergent or convergent beam path is created within the laser resonator.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Güteschalter in dem divergenten oder konvergenten Teil des Laserresonators Strahlenganges axial verschoben wird, so dass die Menge an Farbzentren im Strahlengang verstellt wird.18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the Q-switch is axially shifted in the divergent or convergent part of the laser resonator beam path, so that the amount of color centers in the beam path is adjusted.
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verstellmöglichkeiten (a) nach einem der Ansprüche 8 bis 16 und (b) nach den Ansprüchen 17 und/oder 18 kombiniert werden, so dass gleichzeitig die Kleinsignaltransmission des Güteschalters als auch Menge an Farbzentren im Strahlengang verstellt werden kann.19. The device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the two adjustment options (a) according to one of claims 8 to 16 and (b) according to claims 17 and / or 18 are combined, so that at the same time the small signal transmission the Q-switch and the amount of color centers in the beam path can be adjusted.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die dort angegebene Verstellung der Positionen motorisch, bevorzugt elektromotorisch, bewirkt wird.20. The device according to one or more of claims 1 to 19, characterized in that the adjustment of the positions specified there is effected by a motor, preferably by an electric motor.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die dort angegebene Verstellung der Positionen mechanisch durch Handbetätigung, bevorzugt durch gerastete oder kontinuierliche Stelltriebe über Betätigungsknöpfe von außerhalb des Lasergehäuses, bewirkt wird. 21. The device according to one or more of claims 1 to 19, characterized in that the adjustment of the positions indicated there is effected mechanically by manual actuation, preferably by latched or continuous actuators via actuating buttons from outside the laser housing.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsdauer und/oder Pulsenergie durch geeignete Meßmethoden gemessen sowie über einen Regler automatisch an vorgegebene Sollwerten angeglichen oder diesen nachgeführt werden (automatische Regelung).22. The device according to one or more of claims 1 to 20, characterized in that the pulse duration and / or pulse energy is measured by suitable measuring methods and is automatically adjusted to a predetermined setpoint or adjusted by a controller (automatic control).
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Laserpulsdaten durch eine Fotodiode geschieht.23. The device according to claim 22, characterized in that the measurement of the laser pulse data is done by a photodiode.
24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchel bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass außer dem verstellbaren Güteschalter ein zur Frequenzvielfachung der Grundwellenlänge des Lasers geeigneter Kristall (Harmonie Generation) in den Laserresonator eingebracht wird (Intra-Cavity Harmonie Generation).24. The device according to one or more of claims to 23, characterized in that in addition to the adjustable Q-switch, a crystal (harmony generation) suitable for frequency multiplication of the fundamental wavelength of the laser is introduced into the laser resonator (intra-cavity harmony generation).
25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchel bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass außer dem verstellbaren Güteschalter ein zur Frequenzvielfachung der Grundwellenlänge des Lasers geeigneter Kristall (Harmonie Generation) in den Laserstrahlengang hinter dem Auskoppelspiegel eingebracht wird (Extra-Cavity Harmonie Generation).25. The device according to one or more of claims to 23, characterized in that, in addition to the adjustable Q-switch, a crystal (harmony generation) suitable for frequency multiplication of the fundamental wavelength of the laser is introduced into the laser beam path behind the coupling-out mirror (extra-cavity harmony generation).
26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verstellung der Pulsenergie und/oder -dauer die Konversionseffizienz der Frequenzvielfachung der Grundwellenlänge des Lasers zielgerecht gesteuert werden kann.26. The device according to one or more of claims 24 to 25, characterized in that the conversion efficiency of the frequency multiplication of the fundamental wavelength of the laser can be controlled in a targeted manner by adjusting the pulse energy and / or duration.
27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchel bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Laser um einen Festkörperlaser handelt.27. The device according to one or more of claims to 26, characterized in that the laser is a solid-state laser.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermedium als aktive Ionen Ionen der Elemente Neodym, Holmium, Thulium, Erbium, Chrom oder Kombinationen davon verwendet.28. The device according to claim 27, characterized in that the laser medium uses as active ions ions of the elements neodymium, holmium, thulium, erbium, chromium or combinations thereof.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermedium als Trägermaterial YAG, YAP, YLF oder verwendet.29. The device according to claim 27, characterized in that the laser medium is used as carrier material YAG, YAP, or YLF.
30. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermedium Alexandrit ist.30. The device according to claim 27, characterized in that the laser medium is alexandrite.
31. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass als Medium zur Erzeugung der Harmonischen der Lasergrundwellenlänge KTP, KDP, DKDP, ADP, BBO oder KTA eingesetzt wird.31. The device according to one or more of claims 24 to 26, characterized in that KTP, KDP, DKDP, ADP, BBO or KTA is used as the medium for generating the harmonics of the laser fundamental wavelength.
32. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchel bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass als Güteschalter Cr4+:YAG oder LiF2 eingesetzt wird. 32. Device according to one or more of claims to 26, characterized in that Cr 4+ : YAG or LiF 2 is used as a Q switch.
33. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchel bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass als bei einem Laserbetrieb im Burstmode die Zahl der Einzel-Laserpulse in einem Pumppuls verstellt wird.33. Device according to one or more of the claims to 32, characterized in that the number of individual laser pulses in a pump pulse is adjusted as in a laser mode in burst mode.
34. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchel bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Laserbetrieb mit kontinuierlichem Pump- Betrieb die mittlere Leistung, die Pulsdauer eines Einzelpulses und/oder die Repetitionsfrequenz der Einzelpulse verstellt wird.34. Device according to one or more of claims to 32, characterized in that the mean power, the pulse duration of an individual pulse and / or the repetition frequency of the individual pulses is adjusted in a laser operation with continuous pump operation.
35. Vorrichtung zur Steuerung der Pulsdauer und/oder der Pulsenergie eines Laserpulses bei einem passiv gütegeschalteten Laser mit fiberoptischer Resonatorverlängerung bzw. im kontinuierlichen Betrieb der Repetitionsrate der Einzelpulse des Lasers, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch mechanische Verstellung der Resonatoranordnung erzielt wird.35. Device for controlling the pulse duration and / or the pulse energy of a laser pulse in a passively Q-switched laser with fiber-optic resonator extension or in the continuous operation of the repetition rate of the individual pulses of the laser, characterized in that the control is achieved by mechanical adjustment of the resonator arrangement.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch mechanische Umschaltung zwischen mindestens zwei verschieden langen IC-Fibern erzielt wird.36. Device according to claim 35, characterized in that the control is achieved by mechanical switching between at least two differently long IC fibers.
37. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Umschalten zwischen Auskoppelspiegeln verschiedenen Reflexionsgrades erzielt wird.37. Apparatus according to claim 35, characterized in that the control is achieved by switching between decoupling mirrors of different degrees of reflection.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Wechsel des Auskoppelspiegels mittels eines Magazins bewirkt wird.38. Device according to claim 37, characterized in that the control is effected by changing the outcoupling mirror by means of a magazine.
39. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch mechanische Verstellung der Güteschalteranordnung erzielt wird.39. Device according to claim 35, characterized in that the control is achieved by mechanical adjustment of the Q-switch arrangement.
40. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Verstellung der Kleinsignaltransmission des Güteschalters erzielt wird.40. Apparatus according to claim 35, characterized in that the control is achieved by adjusting the small signal transmission of the Q-switch.
41. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Verstellung der im Laserstrahl befindlichen effektiven Menge an Farbzentren des im Laserstrahlengang befindlichen Güteschalters erzielt wird.41. Device according to claim 35, characterized in that the control is achieved by adjusting the effective amount of color centers in the laser beam of the Q-switch located in the laser beam path.
42. Vorrichtung einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Verstellung der Position des Güteschalters im Laserresonator erzielt wird.42. Device one or more of claims 35 to 41, characterized in that the control is achieved by adjusting the position of the Q-switch in the laser resonator.
43. Vorrichtung einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke (Dicke) des im Strahlengang befindlichen Teils des Güteschalters verstellt wird. 43. Device according to one or more of claims 35 to 42, characterized in that the thickness (thickness) of the part of the Q-switch located in the beam path is adjusted.
44. Vorrichtung einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Farbzentren des im Strahlengang befindlichen Teils des Güteschalters verstellt wird.44. Device one or more of claims 35 to 43, characterized in that the concentration of the color centers of the part of the Q-switch located in the beam path is adjusted.
45. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Wechsel des im Strahlengang befindlichen Güteschalters bewirkt wird.45. Device according to one or more of claims 35 to 44, characterized in that the control is effected by changing the Q-switch located in the beam path.
46. Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung durch Wechsel des Güteschalters mittels eines Magazins bewirkt wird.46. Device according to claim 45, characterized in that the control is effected by changing the Q-switch by means of a magazine.
47. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Güteschalter keilförmig ausgeformt ist.47. Device according to one or more of claims 35 to 44, characterized in that the Q-switch is wedge-shaped.
48. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass durch lineare Bewegung ein unterschiedlich starker Teil des Keils in den Strahlengang gebracht wird.48. Device according to claim 47, characterized in that a part of the wedge of different strength is brought into the beam path by linear movement.
49. Vorrichtung nach Anspruch 47 oder 48, dadurch gekennzeichnet, dass ein feststehender zweiter Keil gleichen Materials und Keilwinkels, jedoch in umgekehrter Position in der Nähe des ersten Keils so in den Strahlengang eingebracht wird, dass die über die beiden Keile summierte Flächendichte an Farbzentren über den gesamten Strahlquerschnitt überall gleich ist.49. Apparatus according to claim 47 or 48, characterized in that a fixed second wedge of the same material and wedge angle, but in the reverse position near the first wedge is introduced into the beam path in such a way that the areal density summed over the two wedges passes through color centers the entire beam cross-section is the same everywhere.
50. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahldurchmesser durch Einfügen von Optiken, insbesondere eines Teleskops, längs der Strahlachse variiert, dass also ein Bereich mit divergentem oder konvergentem Strahlverlauf innerhalb des Laserresonators entsteht.50. Device according to one or more of claims 35 to 44, characterized in that the beam diameter varies along the beam axis by inserting optics, in particular a telescope, so that an area with a divergent or convergent beam path is created within the laser resonator.
5 I.Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass der Güteschalter in dem divergenten oder konvergenten Teil des Laserresonators Strahlenganges axial verschoben wird, so dass die Menge an Farbzentren im Strahlengang verstellt wird.5 I.Vvorrichtung according to claim 50, characterized in that the Q-switch in the divergent or convergent part of the laser resonator beam path is axially displaced so that the amount of color centers in the beam path is adjusted.
52. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verstellmöglichkeiten kombiniert angewendet werden.52. Device according to one or more of claims 35 to 51, characterized in that several adjustment options are used in combination.
53. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass die dort angegebene Verstellung der Positionen motorisch, bevorzugt elektromotorisch, bewirkt wird.53. Device according to one or more of claims 35 to 51, characterized in that the adjustment of the positions indicated there is effected by a motor, preferably by an electric motor.
54. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass die dort angegebene Verstellung der Positionen mechanisch durch Handbetätigung, bevorzugt durch gerastete oder kontinuierliche Stelltriebe über Betätigungsknöpfe von außerhalb des Lasergehäuses, bewirkt wird. 54. Device according to one or more of claims 35 to 51, characterized in that the adjustment of the positions indicated there is effected mechanically by manual actuation, preferably by latched or continuous actuators via actuating buttons from outside the laser housing.
55. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsdauer und/oder Pulsenergie durch geeignete Meßmethoden gemessen sowie über einen Regler automatisch an vorgegebene Sollwerten angeglichen oder diesen nachgeführt werden (automatische Regelung).55. Device according to one or more of claims 35 to 52, characterized in that the pulse duration and / or pulse energy is measured by suitable measuring methods and is automatically adjusted to a predetermined setpoint or adjusted by a controller (automatic control).
56. Vorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Laserpulsdaten durch eine Fotodiode geschieht.56. Apparatus according to claim 55, characterized in that the measurement of the laser pulse data is done by a photodiode.
57. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass außer dem verstellbaren Güteschalter ein zur Frequenzvielfachung der Grundwellenlänge des Lasers geeigneter Kristall (Harmonie Generation) in den Laserresonator eingebracht wird (Intra-Cavity Harmonie Generation).57. Device according to one or more of claims 35 to 56, characterized in that in addition to the adjustable Q-switch, a crystal (harmony generation) suitable for frequency multiplication of the fundamental wavelength of the laser is introduced into the laser resonator (intra-cavity harmony generation).
58. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass außer dem verstellbaren Güteschalter ein zur Frequenzvielfachung der Grundwellenlänge des Lasers geeigneter Kristall (Harmonie Generation) in den Laserstrahlengang hinter dem Auskoppelspiegel eingebracht wird (Extra-Cavity Harmonie Generation).58. Device according to one or more of claims 35 to 56, characterized in that in addition to the adjustable Q-switch, a crystal (harmony generation) suitable for frequency multiplication of the fundamental wavelength of the laser is introduced into the laser beam path behind the coupling-out mirror (extra-cavity harmony generation).
59. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 57 bis 58, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verstellung der Pulsenergie und/oder -dauer die Konversionseffizienz der Frequenzvielfachung der Grundwellenlänge des Lasers zielgerecht gesteuert werden kann.59. Device according to one or more of claims 57 to 58, characterized in that the conversion efficiency of the frequency multiplication of the fundamental wavelength of the laser can be controlled in a targeted manner by adjusting the pulse energy and / or duration.
60. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass als bei einem Laserbetrieb im Burstmode die Zahl der Einzel-Laserpulse in einem Pumppuls verstellt wird.60. Device according to one or more of claims 35 to 59, characterized in that the number of individual laser pulses in a pump pulse is adjusted as in a laser operation in burst mode.
6 I.Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 35 bis 59, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Laserbetrieb mit kontinuierlichem Pump- Betrieb die mittlere Leistung, die Pulsdauer eines Einzelpulses und/oder die Repetitionsfrequenz der Einzelpulse verstellt wird. 6 I.Device according to one or more of claims 35 to 59, characterized in that the mean power, the pulse duration of an individual pulse and / or the repetition frequency of the individual pulses is adjusted in a laser operation with continuous pump operation.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 - Güteschaltaufnahme1 - Quality switch recording
2 - Laserstrahl2 - laser beam
3 - Q-Switch3 - Q switch
4 - Verstellung4 - adjustment
5 - Kompensationsteil5 - compensation part
6 - dotiert6 - endowed
7 - undotiert7 - undoped
8 - Dicke8 - thickness
9 - Strahldurchmesser9 - beam diameter
10 - axiale Verschiebung des Güteschalters10 - axial shift of the Q-switch
11 - Deff11 - Def
12 - Deff 12 - D eff
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100395925C (en) * 2006-04-07 2008-06-18 清华大学 Method and apparatus for full optical fiber Q-switched laser
US9696995B2 (en) 2009-12-30 2017-07-04 International Business Machines Corporation Parallel execution unit that extracts data parallelism at runtime

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD90401A (en) *
US3513410A (en) * 1967-10-10 1970-05-19 Union Carbide Corp Laser beam power density control for q-switching
US3560077A (en) * 1968-02-19 1971-02-02 Hughes Aircraft Co Variable transmission passive q-switch
US4852115A (en) * 1986-12-05 1989-07-25 Esa Viherkoski Laser head
DE4310023A1 (en) * 1993-03-27 1994-09-29 Laser Medizin Zentrum Ggmbh Be Q-switched long-pulse solid-state laser having fibre-optic resonator extension
FR2713836A1 (en) * 1993-07-28 1995-06-16 Atys Sarl Pulsed laser appts. with two operating modes
US5963575A (en) * 1993-03-27 1999-10-05 Clyxon Laser Fur Mediziner GmbH Q-switched laser system, in particular for laser lithotripsy
WO2000055947A1 (en) * 1999-03-16 2000-09-21 Raytheon Company Dual cavity laser resonator

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD90401A (en) *
US3513410A (en) * 1967-10-10 1970-05-19 Union Carbide Corp Laser beam power density control for q-switching
US3560077A (en) * 1968-02-19 1971-02-02 Hughes Aircraft Co Variable transmission passive q-switch
US4852115A (en) * 1986-12-05 1989-07-25 Esa Viherkoski Laser head
DE4310023A1 (en) * 1993-03-27 1994-09-29 Laser Medizin Zentrum Ggmbh Be Q-switched long-pulse solid-state laser having fibre-optic resonator extension
US5963575A (en) * 1993-03-27 1999-10-05 Clyxon Laser Fur Mediziner GmbH Q-switched laser system, in particular for laser lithotripsy
FR2713836A1 (en) * 1993-07-28 1995-06-16 Atys Sarl Pulsed laser appts. with two operating modes
WO2000055947A1 (en) * 1999-03-16 2000-09-21 Raytheon Company Dual cavity laser resonator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100395925C (en) * 2006-04-07 2008-06-18 清华大学 Method and apparatus for full optical fiber Q-switched laser
US9696995B2 (en) 2009-12-30 2017-07-04 International Business Machines Corporation Parallel execution unit that extracts data parallelism at runtime

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