WO2019002378A1 - Dynamic seeding of laser amplification systems - Google Patents

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Dominik Bauer
Aleksander BUDNICKI
Rainer Flaig
Florian Jansen
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Trumpf Laser Gmbh
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    • H01S3/1024Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping for pulse generation

Definitions

  • the present invention relates to laser amplifier systems, in particular for generating high power laser pulses. Furthermore, the invention relates to a method for dynamically seeding a laser amplifier system, such as a fiber laser amplifier system.
  • the pulse shape of a nanosecond pulse may change during amplification in a high gain fiber laser amplifier system when the fiber laser amplifier system is operated sufficiently near or above saturation. Pulse shape changes may make it difficult to achieve a pulse shape desired by the user, or in extreme cases may also result in the destruction of optical components such as a fiber due to excessive pulse peak power. It is known that via a compensation in the seed pulse form, a defined pulse shape can be achieved at the output of a laser amplifier system, in particular at high output powers. The compensation in the seed pulse form can be made by controlling a seed laser.
  • the energization of a diode laser acting as a seed laser can be varied.
  • the achievable dynamics when driving a seed diode is limited, for example, by reaching the laser threshold.
  • a maximum amplitude is e.g. is limited by a damage threshold of the semiconductor structure and / or by thermal effects in the semiconductor structure of the underlying laser diode structure.
  • pulse shaping e.g. a pulse pruning, with a control intervention e.g. between two stages of an amplifier chain by means of e.g.
  • AOM acousto-optic modulators
  • EOM electro-optic modulators
  • EOM electro-optic modulators
  • One aspect of this disclosure is based on the object of providing pulse shaping of a seed laser pulse which enables efficient amplification.
  • At least one of these objects is achieved by a laser amplifier system according to claim 1, by a laser amplifier system according to claim 5, by a method for grounding a gain chain according to claim 16 and by a method for selecting a gain chain according to claim 18. Further developments are given in the subclaims.
  • a laser amplifier system comprises a seed laser pulse source unit for providing at least two seed pulse trains for subsequent amplification, seed pulses of the at least two seed pulse sequences have a respective seed pulse duration and a seed amplitude which varies within a range during the respective seed pulse duration and can be adjusted in its course. Furthermore, a laser amplifier system comprises at least one amplifier stage for amplifying the at least two seed pulse trains and for outputting an output pulse train with output pulses having an output pulse duration. The at least two seed pulse trains are coupled into the amplifier stage in such a way that an amplitude characteristic of an output pulse of the output pulse train is based on contributions from at least two seed pulses, which are each assigned to one of the at least two seed pulse sequences.
  • a laser amplifier system comprises a seed laser pulse source unit for providing at least two seed pulse trains for subsequent amplification, seed pulses of the at least two seed pulse trains having a respective seed pulse duration and one within a range during the respective seed pulse duration have varying and adjustable in their course seed amplitude.
  • the laser amplifier system further comprises a gain chain comprising a sequence of at least two gain stages coupled in series, the gain in the gain stages being sequential to form intermediate pulses associated with the gain stages, and the gain chain outputting an output pulse sequence having output pulse duration output pulses an amplitude course of an output pulse of the output pulse train to contributions of at least two seed pulses, each associated with one of the at least two seed pulse sequences, goes back.
  • a method for generating a train of amplified output pulses comprises the steps of providing at least two seed pulse trains for subsequent amplification, wherein seed pulses of the at least two seed pulse trains each have a seed pulse duration and one within one Range varying during the seed pulse duration and in their
  • a method of generating a train of amplified output pulses comprises the steps of providing at least two seed pulse trains for subsequent amplification, seed pulses of the at least two seed pulse trains each having a seed pulse duration and a seed pulse duration, respectively Range during the seed pulse duration having varying and progressively adjustable seed amplitude, and amplifying the seed pulses in sequentially arranged amplifier stages to form intermediate pulses associated with the amplifier stages, such that an output pulse sequence results in output pulses having an output pulse duration, an amplitude characteristic of an output pulse of the output pulse sequence being based on contributions from at least two seed pulses which are each assigned to one of the at least two seed pulse sequences.
  • the seed laser pulse source unit may be configured to provide at least two sub-seed pulse trains to be amplified, the sub-pulses of which have a partial pulse duration.
  • the seed laser pulse source unit comprises e.g. at least one laser pulse source, e.g. an adjustable energizable laser diode. At least one of the partial pulse durations may be shorter than an output pulse duration of the output pulses.
  • one of the at least two partial seed pulse sequences to be amplified can deliver one of the at least two contributions from at least two seed pulses and the at least two contributions can be jointly supplied to one of the amplifier stages for the formation of one of the intermediate pulses.
  • the laser amplifier system and in particular the control of the seed laser pulse source unit, may be configured such that the at least two seed pulses, which contribute to the amplitude characteristic of an output pulse, are temporally spaced, temporally adjoined, or overlapping in time.
  • the laser amplifier system, and in particular the control of the seed laser pulse source unit may be configured such that the at least two seed pulses that contribute to the amplitude response of an output pulse are spaced apart in time, temporally adjoin one another or overlap in time.
  • seed pulses may e.g. with a time offset smaller than the seed pulse duration, spaced apart.
  • the laser amplifier system and in particular the control of the seed laser pulse source unit, can be configured such that at least one seed pulse, which contributes to the amplitude characteristic of an output pulse, is temporally spaced with respect to an intermediate pulse, adjoined in time thereto or in time therewith overlaps.
  • the at least one seed pulse having a time offset smaller than the seed pulse duration (T) is spaced from the intermediate pulse.
  • a temporal segment of the output pulses may be due to at least one seed laser pulse source whose seed pulses have passed through all amplifier stages of the amplification chain.
  • the seed pulses contributing to the amplitude progression of an output pulse of one of the at least two seed pulse sequences may represent part-pulses of a sub-seed pulse sequence to be amplified whose partial pulse duration is shorter than the output pulse duration of the output pulses.
  • the laser amplifier system may include an optical delay unit for generating a laser pulse time offset between pulses that contribute to the amplitude characteristic of an output pulse, in particular seed pulses or subpulses, a split unit for splitting a laser pulse into two or more subpulses, a combiner unit for combining the Partial pulses, such as an X: (100-X) (fiber) combiner, and / or an attenuation unit for reducing the amplitude of laser pulses, partial pulses and / or intermediate pulses.
  • the optical delay unit may, for example, generate a laser pulse time offset between a seed pulse of one of the at least two seed pulse sequences and an intermediate pulse or between seed pulses of different ones of the at least two seed pulse sequences
  • the laser amplifier system may have at least one pulse-shaping device for changing the amplitude of one of the intermediate pulses.
  • the pulse-shaping device can in particular be designed as an amplitude-changing unit arranged between two adjacent amplifier stages, for example as acousto-optical modulator or electro-optical modulator.
  • at least one pulse-shaping device may be provided following the amplification for changing the amplitude of the output pulses of the output pulse train.
  • the seed laser pulse source unit may include at least one laser pulse source in the form of an adjustable energizable laser diode, and optionally, for each of the at least two seed pulse trains, a separate laser pulse source.
  • the laser amplifier system may further comprise a drive unit, which is designed for setting the seed pulse shape, in particular for driving a seed source, a combination unit and / or a pulse-shaping device.
  • the drive unit may be designed to derive the seed pulse profile from a target pulse profile, in particular a target amplitude characteristic of one of the output pulses, and the seed pulse form, in particular the contributions from the at least two seed pulses and / or the circumcision of the amplitude at least one of the associated intermediate pulses to adjust accordingly.
  • the drive unit may be designed to control the intensity of the pulse-shaping device during material processing, in particular during the beam guidance around a curved path, in order to reduce the output pulses.
  • an amplitude characteristic of one of the output pulses may be due to a truncation of the amplitude of at least one seed pulse / intermediate pulse.
  • the amplitude profiles of the seed pulses and optionally the truncation of the amplitude of at least one associated intermediate pulse can be adapted to one another in such a way that a dyad Namely, the gain after the amplification is greater than the dynamic range of a single seed pulse.
  • At least one seed pulse sequence can be coupled into the amplifier stage in such a way and, optionally, at least one seed pulse sequence can be coupled into a subsequent amplifier stage in such a way that an intermediate pulse to be amplified is formed, whose amplitude profile depends on contributions from at least two seed pulses. Pulses, each associated with one of the at least two seed pulse sequences, goes back.
  • the pulsed multi-site interventions proposed herein in a laser amplifier system provide a high dynamic range that can enable achievement of a target pulse shape at the output of the laser amplifier system, particularly at the end of a high gain amplifier chain.
  • the herein disclosed highly dynamic Seeden of (eg fiber) lasers can be in principle at least partially lossless and significantly more efficient and allow an increased dynamic range.
  • a combination of the concepts disclosed herein with known technologies may enable pulse control to an unprecedented extent.
  • a pulse may inter alia include a burst pulse sequence as a "burst pulse.” Accordingly, a pulse below its pulse envelope comprises the burst pulse sequence, Furthermore, a seed pulse sequence generally comprises one or more pulses.
  • 1 is a schematic representation of a laser system with multiple amplifier stages
  • Fig. 2 is a schematic representation of a desired for a high gain
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a pulse shape which can be achieved, for example, with a laser diode and diode current modulation
  • Fig. 4A and Fig. 4B are schematic representations of achievable by means of partial pulse combination
  • Pulse shapes 5 is a schematic representation of a cascaded partial pulse-based seed
  • FIG. 6 and FIG. 7 are schematic representations of the partial pulse combination for seed-pulse
  • FIG. 9 is a schematic representation for achieving the desired target pulse shape by means of amplitude truncation at a plurality of intervention sites in a laser amplifier system and
  • FIG. 10 is a schematic representation to illustrate an amplitude truncation.
  • aspects disclosed herein are based, in part, on the recognition that pulse circumcision at the end of an amplification process may be inefficient because, depending on the pulse shape, a high power component may be lost through pulse shaping. Furthermore, a decoupled high (loss) power is safe, and thus consuming to dissipate. Furthermore, modulation of laser pulses at very high powers can be technically difficult to implement.
  • the aspects disclosed herein are further based, in part, on the recognition that large (exponential) amplification may require controlling the pulse shape (a single pulse or a burst pulse train) in a high dynamic gain process.
  • pulse-forming interventions can be made which adapt the shape of a pulse underlying the amplification to a stepped amplification process.
  • the shaping interventions can be made at at least two different locations within an amplifier chain and / or by means of two or more different approaches.
  • the starting point is in each case a pulse formation of a seed pulse of a seed laser pulse source.
  • This first shaping engagement provides seed pulses in a seed pulse train having a seed pulse duration and a seed amplitude varying within a range during the seed pulse duration and adjustable in course. This can e.g. be done by an adjustable, for example, increasing, energization of a (seed) laser diode.
  • the seed pulse can be designed as a single pulse or as a burst pulse train.
  • a second shaping engagement (generally with other shaping interventions) the limit in the control of the dynamic range of the pulse amplitude of a seed pulse to expand.
  • the formative interventions via analytical models such as the Frantz-Nodvik equation or other numerical approaches simulated and adapted the shaping interventions accordingly.
  • the shaping interventions may be performed by measuring pulse parameters and corresponding iterative enhancements of the interventions.
  • a single output pulse of a laser amplifier system may be due to multiple (directly contiguous and overlapping) sub-pulses (as a single pulse or as a burst pulse train).
  • the partial pulses may also be applied at different locations of the amplifier chain, e.g. between adjacent amplifier stages.
  • an amplitude adjustment can also be made between different amplifier stages. As a result, the total power losses can be minimized or at least reduced.
  • a pulse is preformed by modulating the current of a laser diode.
  • the pulse (as a single pulse or as a burst pulse sequence) can also be shaped by an optical modulator.
  • pulse deformations that occur during the amplification process for example due to the saturation of the gain, are precompensated or corrected in between. Since such interventions occur in a low power range of the amplification process, they are accompanied by lower losses.
  • the above-mentioned analytical models may allow seed pulse shapes, possibly a specially required combination of several partial pulses and / or trimming, with regard to the desired target pulse shape or knowledge of parameter changes made in the laser system to determine and adjust the amplitude.
  • Such control concepts can also be carried out by means of a controlling unit, for example, the involved seed diodes performing control unit during operation of a laser system, in particular in real time or when setting an operating mode.
  • a controlling unit for example, the involved seed diodes performing control unit during operation of a laser system, in particular in real time or when setting an operating mode.
  • Many applications of short-pulse lasers for example in the nano- and picosecond range, can benefit from such control over the pulse shape at the output of a laser system or an amplifier stage.
  • FIG. 1 shows a multi-stage laser amplifier system 1 with a seed laser pulse source unit 3, a gain chain 5 and an (optional) final amplifier stage 7.
  • the various units and their components can be implemented, for example, via fiber couplers / combiners (as an example of a fiber optic unit). specific (pulse) combiner unit 9A), fiber splice portions 9B, transport fiber portions (exemplified between units / components indicated by lines 9C), and / or free jet portions 9D.
  • the gain chain 5 described below is primarily based on fiber laser amplifier stages, laser amplifier stages may generally include, but are not limited to, (rod-type) fiber, rod, slab, and / or disk laser amplifier stages.
  • the seed laser pulse source unit 3 comprises one or more seed lasers 3A, 3B, 3C (seed sources) for providing at least one seed pulse train with seed pulses 3 'for subsequent amplification.
  • seed lasers include DFB, DBR or Fabry-Perot laser diodes, as well as mode-locked ultrashort pulse (UKP) lasers or microchipliers.
  • the seed laser pulse source unit 3 comprises a (diode) driving unit 1 1 for setting the seed pulse shape (s).
  • the drive unit 11 is connected via dotted control connections to, for example, three seed lasers 3A, 3B, 3C.
  • the controller may adjust the modulation of the current (i.e., the energization) of the seed diode (s) to the subsequent gain.
  • the seed power of one or more seed lasers 3A, 3B, 3C can be adjusted with a attenuation unit. An example is one
  • the drive unit 11 may generally adapt parameters of the seed laser pulse source unit 3 (generally, the laser amplifier system 1) to a specific application of the generated laser beam.
  • the reinforcing chain 5 may be e.g. a sequence of fiber amplifier stages 5A, 5B, which are embodied, for example, as cocurrently or countercurrently pumped, core- or shell-pumped fiber amplifiers.
  • a pumping diode 6 is shown in FIG. 1, which is divided in its power and fed to the amplifiers 5A and 5B in a reverse-propagating manner (in opposite directions).
  • the coupled seed pulse 3 ' is sequentially amplified to form intermediate pulses 3 "assigned to the fiber amplifier stages 5A, 5B or preamplified for the final amplifier stage 7
  • an amplifier stage 5C is not designed as a fiber amplifier stage.
  • the amplification chain 5 can furthermore have modulators 13, 15 (eg amplitude modulators such as acousto-optical modulators or electro-optical modulators or spectral shaping units such as spatial light modulators (SLM)) for additional temporal or spectral pulse shaping or power stabilization.
  • modulators 13, 15 eg amplitude modulators such as acousto-optical modulators or electro-optical modulators or spectral shaping units such as spatial light modulators (SLM)
  • SLM spatial light modulators
  • One or more monitoring units 17 also serve to stabilize the power and / or monitor the pulse shape.
  • the modulators 13, 15 and the monitoring units 17 are also controlled by the control unit.
  • tion unit 1 1 driven or give data to this.
  • the seed lasers 3A, 3B, 3C seed power
  • the pump diode 6 pump power
  • the modulators 13, 15 amplitude modulation / spectral shaping
  • Resulting output pulses 5 'of the amplification chain 5 can be used directly, for example for material processing.
  • the resulting output pulses 5 'of the gain chain 5 may be further supplied as seed pulses to the final amplifier stage 7 for generating power amplifier pulses 7.
  • the final amplifier stage 7 is, for example, an amplifier designed as a main amplifier and schematically indicated in FIG. 1, with a disk-shaped laser-active medium.
  • the thus amplified output amplifier pulses 7 'or even the output coil 5' can e.g. in machine tools for laser cutting, laser welding and material processing, such as e.g. for micromaterialbearbeitung, or used for frequency conversion. They can also be used for scientific purposes, such as pumping OPCPA, as well as in spectroscopy.
  • the amplification-related pulse deformations mentioned at the outset can arise in the fibers used in the amplification chain 5 with correspondingly high amplification (and corresponding inversion). Accordingly, during amplification in the (fiber) amplifier stages 5A, 5B, 5C, the original seed pulse shape may change due to saturation effects.
  • the front part of the seed pulse or the first pulses of a burst pulse train can experience a significantly increased gain compared to the rear part, as schematically indicated in FIG. 1 with respect to the seed pulse 3 'and the intermediate pulse 3 " in the exemplary representation of FIG. 1 (as well as in the exemplary representations of FIGS. 5 and 8), the pulse shape is schematically indicated over the propagation direction, in contrast to the time representation in FIGS. 2 to 4B.
  • the drive unit 11 may be designed according to the concepts disclosed herein for setting seed pulse shape (s), in particular for driving a seed source, a combining unit and / or pulse-forming device (15, 60). Furthermore, the drive unit 11 may optionally be designed to derive a seed pulse course from a target pulse course. In particular, a target amplitude characteristic of one of the output pulses can be derived. Accordingly, the drive unit 1 1 can set the seed pulse shape (s), in particular the contributions from the at least two seed pulses and / or the truncation of the amplitude of at least one of the associated intermediate pulses. The derivative may be based, for example, on the already mentioned algorithms and based on measured power values.
  • a drive unit can also be constructed from a plurality of individual drive units.
  • the effect of the amplification process on the pulse shape may be substantially negligible, for example, if the aforementioned saturation is not achieved. This may, for example, be the case in a correspondingly designed disk amplifier (wherein in general a pulse shape change may also occur in a disk amplifier).
  • the target pulse shape is essentially already the output pulse shape of the gain chain 5 and not the pulse shape after the final amplifier stage 7.
  • the pulse shape after the final amplifier stage 7 may be almost identical in shape to the output pulse shape of the gain chain 5, albeit intensity-enhanced , For example, it can only have changes that are negligible for the subsequent station, for example, a material processing device. This is to be taken into account when determining the target pulse shape and the corresponding control of the seed diodes and / or modulator (s) of the drive unit 1 1.
  • a rectangular pulse with pulse durations in the nanosecond or picosecond range may be required as the target pulse shape for a laser processing process.
  • Other examples include a plateau pulse with or without rising and / or falling edge, generally trapezoidal or any pulse shapes. If, for example, a rectangular pulse of about 250 ns pulse duration is to be present at the end of the amplifier chain 5, a seed pulse shape is needed which precompensates the overproportional gain of the front region, for example by an exponential increase in amplitude.
  • an exponential increase of the amplitude A with increasing time t is shown schematically for an "ideal" seed pulse (for example for a rectangular output pulse) with a pulse duration T.
  • the seed laser diode would be, for example, exponentially increasing Power to operate.
  • the laser threshold and maximum amplitude mentioned at the outset limit the dynamic range of a seed laser diode between minimum and maximum current (or between minimum and maximum seed pulse amplitude).
  • FIG. 3 a realizable increase in the amplitude A of a seed pulse with time t is shown schematically for a laser diode. It can be seen that the laser threshold of the laser diode can form a plateau P with low amplitude (just above the laser threshold) in the front pulse part. Furthermore, a usable maximum amplitude Amax of the seed pulse is e.g. by a
  • the concepts described herein may allow for a desired target pulse shape for a e.g. subsequent laser processing operation also in such cases, e.g. at high laser powers after the amplification process.
  • the proposed pulse shaping with high dynamics takes place by shaping interventions at at least two different points of an amplification process.
  • shaping the seed pulse - e.g. can be a pulse through modulation of the
  • Diode current to be preformed - at least one further forming intervention is made.
  • the further shaping intervention may further comprise the concept that a seed pulse to be amplified is built up from a plurality of partial pulses.
  • a plurality of partial pulses may be used with different dynamic ranges (reduced, for example, via the attenuation unit 4 in FIG. 1).
  • partial pulses of partial seed pulse sequences can be introduced into the amplification process at different points of the amplifier chain 5.
  • the introduction of the laser pulses of the seed laser 3C take place before the fiber amplifier stage 5B.
  • laser pulses may be applied to a fiber amplifier stage, e.g. after the fiber amplifier stage 5B, are introduced.
  • partial pulse seed sources can each be embodied as a single seed diode (as implemented for simplifying the description in FIGS. 5 to 7) or else go back to a common (seed) seed diode (see FIG. 8).
  • an amplified output pulse is then based on the amplification of at least two seed pulses of different seed pulse sequences.
  • Figures 4A and 4B illustrate the partial pulse approach in the generation of pulse shapes (a single pulse or a pulse envelope of a burst pulse train) with high dynamics.
  • FIG. 4A schematically shows a superimposition of contributions from two partial pulses 21A, 21B (with partial pulse durations TA, TB of, for example, approximately half the pulse duration T), each having an amplitude profile as shown in FIG. 3, the associated amplitude profiles being different Lower limits (plateau amplitudes) and upper limits (maximum amplitudes) have.
  • the partial pulse 21 A in the lower amplitude range essentially forms a time-advanced segment of the seed pulse and the partial pulse in the higher amplitude range essentially forms a temporally subsequent segment of the seed pulse.
  • a first partial pulse seed source controls the amplitude of a first partial pulse / segment and an N-
  • the partial pulse seed source controls the amplitude of an Nth partial pulse / segment, whereby the duration of the N segments, ie the partial pulse duration of the partial pulses, can be (substantially) the same or at least partially different.
  • contributions from subpulse seed sources may overlap in time.
  • a first partial pulse seed source can radiate from beginning to end, and a second partial pulse seed source is switched on from an adjustable point in time.
  • the sub-pulse seed sources are located at different positions of the amplifier chain 5.
  • the sequential amplification itself can be used to increase the dynamics of the pulse amplitudes of the sub-pulse seed sources ,
  • seed diodes as seed lasers and fiber amplifier stages as amplifier stage.
  • other types of seed lasers and amplifier stages such as those already mentioned, may be used depending on the amplifier system.
  • FIG. 5 shows, as a further exemplary embodiment, an amplifier chain 20 repeatedly repeated by the amplification process for a plurality of (eg fiber) amplifier stages.
  • a first seed diode 23A controls the amplitude of the (temporally) first partial pulse of a partial seed pulse sequence 23A '.
  • a seed diode 23B that of the second sub-pulse of a sub-seed pulse train 23B ', ... and a seed diode 23N that of the Nth sub-pulse.
  • a seed laser can also control one or more subsequent partial pulses.
  • first amplifier stage 25A (for example a fiber amplifier stage) in which the first partial pulse of the partial seed pulse train 23A 'is coupled in for amplification.
  • the amplified first partial pulse / intermediate pulse is via a combiner
  • Combining unit 9A (for example in the free-jet or fiber-coupled) is combined with the second (not yet amplified) partial pulse of the partial seed pulse sequence 23B 'so that the resulting pulse is e.g. a longer pulse duration (for example, the sum of the pulse durations of the first and second partial pulses).
  • the subpulses / intermediate pulses can be temporally spaced apart from one another, in particular with a time offset which is smaller than the seed pulse duration, can be combined, join in time with one another or overlap in time (merge into one another).
  • Each subpulse can be assigned a time range (for example, a segment) of the output pulse ultimately leaving the amplifier chain 5 '.
  • the high dynamics of such an assignment goes back to the use of the sequence of amplifier stages 25 A, 25B, ... 25N.
  • the time position of a time range does not have to correspond to the position of the associated seed diode in the sequential structure. Rather, they can differ from each other.
  • a partial pulse for a corresponding time range is introduced into the amplification process. Usually, partial pulses are introduced into the cascade earlier for more intensified time ranges, as partial pulses for less strongly amplified time ranges of the output laser pulse. In Fig.
  • the amplified output pulse generally comprises electromagnetic radiation due to the four seed pulses, thus based on the amplification of four seed pulses of different seed pulse sequences.
  • the high dynamics are generated via a combination unit 9A. If you go for example of two (or more) equally strong seed diodes 33A, 33B (as an example of a
  • one channel of the combining unit 9A may for example transmit 90% of the partial pulse of the seed diode 33A, the other channel of the combining unit 31 transmitting the partial pulse of the seed diode 33B only to 10%.
  • a temporal offset and / or overlap of the partial pulses can be effected by the control of the seed diodes 33A, 33B.
  • a correspondingly resulting combined laser pulse is fed to an amplifier stage 35.
  • more than two seed diodes can be combined with corresponding selectable ratios, offsets and / or overlaps, in particular spaced from each other in time, adjoin one another in terms of time or overlapping in time.
  • at least two of the seed pulses may be spaced apart with a time offset less than the seed pulse duration.
  • a unit 41 is used in the combination of two (or more) partial pulses of two seed lasers 43 A, 43 B.
  • the unit 41 acts, for example, uniformly over the pulse duration on the amplitude profile of one of the partial pulses.
  • an optical arm assigned to the seed laser 43 A has an amplifier or an attenuation unit as a unit 41, so that the partial pulses combined in a combiner unit 9A, for example, cover different, possibly adjustable, amplitude ranges.
  • an increased amplitude dynamics is generated, which can be used in the subsequent amplification in an amplifier stage 45 for precompensation.
  • the timing of the seed lasers 43A, 43B can in turn be performed according to the segment concerned (at a distance, overlapping, merging, etc.).
  • multiple sub-pulses may be generated with only one seed laser.
  • a seed pulse of a seed diode 53 can first be optically split with a splitter 51 in two subpulses propagating along associated optical arms 53A, 53B. Based on thus formed partial seed pulse sequences 53A ', 53B', the desired amplitude dynamics are generated so that an output pulse (its electromagnetic radiation) is due to at least two seed pulses of different (sub) seed pulse sequences.
  • a partial pulse (e.g., as in Fig. 7 with the unit 41) is attenuated or amplified.
  • the other optical arm 53B has a delay, for example over a fiber link 57 (or even a free beam propagation).
  • both partial pulses are again combined according to the affected segments with distance, overlapping, merging into one another, etc. in a combination unit 9A (balanced or weighted) and fed to an amplifier stage 55.
  • one or more pulse-shaping devices can be used for temporal pulse shaping between amplifier stages.
  • FIG. 9 shows an amplifier chain 20 'which has a cascade of amplifier stages 61.
  • the coupled seed pulses of a laser for example a seed laser diode 63, are amplified sequentially in the amplifier stages 61 to form intermediate pulses assigned to the amplifier stages 61.
  • Amplifier chain 20A outputs correspondingly amplified output pulses, each based on a coupled seed pulse amplified and amplitude modulated as discussed below.
  • pulse shaping devices 60 for changing the amplitude of an associated intermediate pulse may be provided.
  • the pulse-shaping device 60 is a unit for changing the amplitude, ie the amplitude curve during the pulse duration of the intermediate pulse.
  • FIG. 10 illustrates the concept of truncating the amplitude of intermediate pulses having an amplitude characteristic 71.
  • an acousto-optic modulator is controlled in such a way that the front side of the intermediate pulse (small t values) experiences losses which decrease with increasing t values.
  • the amplification can be formed in such a way that the amplification takes place, as it were, with an amplitude characteristic which approximates the "ideal" amplitude characteristic 73 (similar to FIG. 2).
  • the intermediate pulses may further be supplemented (as explained above) with further partial pulses before or after the pulse-shaping device 60 in order to achieve the desired dynamic range.
  • amplified output pulses generally their electromagnetic radiation, are each attributed to several coupled seed pulses, and thus each of the output pulses is based on the amplification of several seed pulses.
  • the pulse shaping device 61 may be e.g. used for ASE suppression.
  • pulse deformations may be corrected, for example, due to the saturation of the gain before or between the fiber amplifier stages 61.
  • the structure illustrated therein schematically shows the weighted combining of (sub) pulses of the seed sources 3A, 3B. Furthermore, the structure comprises a coupling in of further partial pulses of the seed source 3C in front of the amplifier stage 5B as well as an example of an amplitude adaptation before the amplifier stages 5B and 5C.
  • a fiber-seed laser may be used whose (possibly stretched) seed pulses are split and given at least one side to a delay unit which delays the split seed pulses.
  • the divided and possibly delayed seed pulses may optionally additionally or alternatively be modulated with a modulator in the respective branch in their energy and subsequently recombined.
  • a modulator for merging may be provided to to cut down the composite pulse.
  • a number of other amplifiers which may be fiber, rod, slab, disc-based, for example, form an amplifier chain. Between these amplifiers a supplementary pulse shaping as shown in the examples of fiber amplifier chains can be made.
  • the seed pulse sequence can have an envelope whose amplitude profile can be adjusted in accordance with the concepts disclosed herein.
  • UKP seed pulses may be closer together than the seed clock dictates. This must be taken into account in the determination of the target pulse shape and the corresponding control of the seed diodes and / or modulator (s) of the drive unit 1 1, for example for a reduction of the repetition rate.
  • the concepts disclosed herein further allow the output pulse (e.g., with powers in the W range) coming from the (e.g., fiber-based) amplifier chain to be used as an input pulse for e.g. Slice laser mass amplifier system with one or more (disk laser) amplifier stages to use.
  • the high power laser beam (e.g., in the kW range) ultimately provided by the laser assembly is then applied to the particular application, for example, a laser processing application.
  • it may be advantageous to modulate the laser beam with high power for example on a workpiece to be machined, quickly in the performance, in particular to interrupt the irradiation.
  • the laser beam generating laser assembly downstream, modulators, etc. can be used.
  • an external modulator may be provided prior to laser processing to adjust the output power to processing histories.
  • the output pulse can be cropped by an external modulator without significantly changing the pulse shape (a single pulse or a pulse envelope in burst pulse sequences). This can be desired, for example, when driving around a bend in material processing, for example, cutting a curve to keep the introduced energy constant, for example.
  • the power of the input pulses may be varied for a main amplifier following a gain chain, eg for the disk multiplex amplifier. That is, for example, the output pulses of the amplifier chain 5 in FIG.
  • the peak pulse power extracted from the amplification chain or the repetition rate are adapted.
  • the procedure using highly dynamic seedling will be explained below as an example for the disk multiplex amplifier as the main amplifier.
  • the procedure can be transferred to a wide variety of main amplifier systems and amplifier chains.
  • other active medium amplifier systems such as a slab or a rod-type fiber can also be used with respect to the concepts disclosed herein.
  • the power extraction from the laser disk of the disk multiplex amplifier also changes. This can result in a change in gain in the main amplifier, a change in the gain from the laser disk, and a change (typically in the millisecond range) in thermal stresses, e.g., after a short time (typically in the range of microseconds). lead the laser disc.
  • the pump power for the disk multiplex amplifier can be changed in a modulation of the supplied pulse power such that the dissipated power and thus the thermal lens, which arises in the laser disk, remains constant to a first approximation.
  • the change in the gain of the disk multiplex amplifier may be compensated via a dynamic change in the input pulse power, or the change may be limited by an effect limiting the maximum gain (e.g., cross-ASE, auxiliary resonator or controlled pump power in the main amplifier).
  • the change in the pump power in the main amplifier can be done either controlled or regulated, for example.
  • a measurement of the disk power or another, the thermal lens descriptive parameter eg disk temperature
  • the beam parameters of the laser beam or of an auxiliary laser beam, which propagates collinearly to the laser beam can be measured and used as a control signal.
  • a suitable model can be used, because, for example, depending on the laser configuration, heat generation can increase or decrease with reduced input pulse power and constant pump power.
  • a disadvantage of the procedure described above is that the laser gain, in particular the laser gain over the pulse duration, can not be kept constant, so that when the input pulse power changes, corresponding pulse peaks can occur.
  • Such pulse Elevations may be suppressed, for example, by suitably adjusting the input pulse energy, and in particular by adjusting the amplitude response of the injected output pulses using the concepts of dynamic seed disclosed herein.
  • An example flow may summarize the following steps:
  • the output power of the laser array is modulated down by the input pulse generation of the disk multipass amplifier, for example, to obtain half the output power.
  • the amplitude characteristic of the output pulses of the amplification chain coupled into the main amplifier can be adapted accordingly.
  • the beam caustics may change due to the modulation, so that the output beam size may also have to be adapted, whereby the changes may be based on different time scales.
  • the amplitude adjustment to the respective target amplitude curve is generally a complex control process, e.g. can be parameterized via a suitable model.

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Abstract

The invention relates to a laser amplification system (1) comprising a seed laser pulse source unit (3) for providing at least two seed pulse sequences for subsequent amplification, wherein seed pulses (3') of the at least two seed pulse sequence have a seed pulse duration (T, TA, TB) and a seed amplitude (A) varying within a range during the seed pulse duration (T, TA, TB) and adjustable in the profile of the seed pulses. The laser amplification system (1) also has an amplifier stage and in particular an amplification chain (5) made of (for example fiber) amplifier stages (5A, 5B, 5C), which output an output pulse sequence (5'). The laser amplification system (1) is formed in such a way that an amplitude profile of an output pulse (5') of the output pulse sequence can be traced back to contributions from at least two seed pulses (3').

Description

DYNAMISCHES SEEDEN VON LASERVERSTÄRKERSYSTEMEN  DYNAMIC SEEDING OF LASER AMPLIFIER SYSTEMS
Die vorliegende Erfindung betrifft Laserverstärkersysteme, insbesondere zur Erzeugung von Hochleistungslaserpulsen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum dynamischen Seeden eines Laser- Verstärkersystems, wie beispielsweise eines Faserlaserverstärkersystems. The present invention relates to laser amplifier systems, in particular for generating high power laser pulses. Furthermore, the invention relates to a method for dynamically seeding a laser amplifier system, such as a fiber laser amplifier system.
Bei der Verstärkung von Pulsen in Laserverstärkersystemen können Leistungen erreicht werden, die aufgrund von Sättigung der Verstärkung zu einer Pulsformveränderung führen können. Beispielsweise kann sich die Pulsform eines Nanosekunden- Pulses während der Verstärkung in einem Faserlaserver- Stärkersystem mit einem hohen Verstärkungsfaktor verändern, wenn das Faserlaserverstärkersystem ausreichend nahe oder oberhalb der Sättigung betrieben wird. Pulsformänderungen können das Erreichen einer durch den Anwender gewünschten Pulsform erschweren oder im Extremfall auch eine Zerstörung optischer Komponenten wie einer Faser durch zu hohe Pulsspitzenleistung nach sich ziehen. Es ist bekannt, dass über eine Kompensation in der Seed-Pulsform eine definierte Pulsform am Ausgang eines Laserverstärkersystems insbesondere bei hohen Ausgangsleistungen zu erreichen ist. Die Kompensation in der Seed-Pulsform kann über die Ansteuerung eines Seed-Lasers vorgenommen werden. Z.B. kann die Bestromung eines als Seed-Laser wirkenden Diodenlasers (hierin auch als Seed- Diode bezeichnet) variiert werden. Die erreichbare Dynamik beim Ansteuern einer Seed-Diode wird nach unten beispielweise durch das Erreichen der Laserschwelle begrenzt. Nach oben wird eine Maximalamplitude z.B. durch eine Zerstörschwelle der Halbleiterstruktur und/oder durch thermische Effekte in der Halbleiterstruktur der zugrunde liegenden Laserdiodenstruktur limitiert. Ferner kann eine Pulsformung, z.B. eine Pulsbeschneidung, mit einem Regeleingriff z.B. zwischen zwei Stufen einer Verstärkerkette mittels z.B. akusto- optischen Modulatoren (AOM, AOD, AOTF,...), elektro-optische Modulatoren (EOM, Pockels-Zellen,...) oder mechanischen Schaltern vorgenommen werden. Die Beschneidung der Pulse findet oftmals spät in einer Verstärkerkette statt, wodurch hohe Leistungsverluste entstehen können. When amplifying pulses in laser amplifier systems, it is possible to achieve outputs which can lead to a pulse shape change due to saturation of the amplification. For example, the pulse shape of a nanosecond pulse may change during amplification in a high gain fiber laser amplifier system when the fiber laser amplifier system is operated sufficiently near or above saturation. Pulse shape changes may make it difficult to achieve a pulse shape desired by the user, or in extreme cases may also result in the destruction of optical components such as a fiber due to excessive pulse peak power. It is known that via a compensation in the seed pulse form, a defined pulse shape can be achieved at the output of a laser amplifier system, in particular at high output powers. The compensation in the seed pulse form can be made by controlling a seed laser. For example, For example, the energization of a diode laser acting as a seed laser (also referred to herein as a seed diode) can be varied. The achievable dynamics when driving a seed diode is limited, for example, by reaching the laser threshold. At the top, a maximum amplitude is e.g. is limited by a damage threshold of the semiconductor structure and / or by thermal effects in the semiconductor structure of the underlying laser diode structure. Furthermore, pulse shaping, e.g. a pulse pruning, with a control intervention e.g. between two stages of an amplifier chain by means of e.g. acousto-optic modulators (AOM, AOD, AOTF, ...), electro-optic modulators (EOM, Pockels cells, ...) or mechanical switches. The trimming of the pulses often takes place late in an amplifier chain, which can result in high power losses.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pulsformung eines Seed- Laserpulses bereitzustellen, die eine effiziente Verstärkung ermöglicht. One aspect of this disclosure is based on the object of providing pulse shaping of a seed laser pulse which enables efficient amplification.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Laserverstärkersystem nach Anspruch 1 , durch ein Laserverstärkersystem nach Anspruch 5, durch ein Verfahren zum Seeden einer Verstärkungskette nach Anspruch 16 und durch ein Verfahren zum Seeden einer Verstärkungskette nach Anspruch 18. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. At least one of these objects is achieved by a laser amplifier system according to claim 1, by a laser amplifier system according to claim 5, by a method for grounding a gain chain according to claim 16 and by a method for selecting a gain chain according to claim 18. Further developments are given in the subclaims.
In einem Aspekt umfasst ein Laserverstärkersystem eine Seed-Laserpulsquelleneinheit zum Bereitstellen von mindestens zwei Seed-Pulsfolgen für eine nachfolgende Verstärkung, wobei Seed-Pulse der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen eine jeweilige Seed-Pulsdauer und eine innerhalb eines Bereichs während der jeweiligen Seed-Pulsdauer variierende und in ihrem Verlauf einstellbare Seed- Amplitude aufweisen. Ferner umfasst ein Laserverstärkersystem mindestens eine Verstärkerstufe zur Verstärkung der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen und zur Ausgabe einer Ausgangspulsfolge mit Ausgangspulsen, die eine Ausgangspulsdauer aufweisen. Die mindestens zwei Seed-Pulsfolgen werden derart in die Verstärkerstufe eingekoppelt, dass ein Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses der Ausgangspulsfolge auf Beiträge von mindestens zwei Seed-Pulsen, die jeweils einer der mindestens zwei Seed- Pulsfolgen zugeordnet sind, zurückgeht. In einem weiteren Aspekt umfasst ein Laserverstärkersystem eine Seed-Laserpulsquelleneinheit zum Bereitstellen von mindestens zwei Seed-Pulsfolgen für eine nachfolgende Verstärkung, wobei Seed- Pulse der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen eine jeweilige Seed-Pulsdauer und eine innerhalb eines Bereichs während der jeweiligen Seed-Pulsdauer variierende und in ihrem Verlauf einstellbare Seed- Amplitude aufweisen. Ferner umfasst das Laserverstärkersystem eine Verstärkungskette, die eine Se- quenz von mindestens zwei optisch in Reihe gekoppelten Verstärkerstufen umfasst, wobei die Verstärkung in den Verstärkerstufen sequentiell unter Ausbildung von den Verstärkerstufen zugeordneten Zwischenpulsen erfolgt und die Verstärkungskette eine Ausgangspulsfolge mit eine Ausgangspulsdauer aufweisenden Ausgangspulsen ausgibt, wobei ein Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses der Ausgangspulsfolge auf Beiträge von mindestens zwei Seed-Pulsen, die jeweils einer der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen zugeordnet sind, zurückgeht. In one aspect, a laser amplifier system comprises a seed laser pulse source unit for providing at least two seed pulse trains for subsequent amplification, seed pulses of the at least two seed pulse sequences have a respective seed pulse duration and a seed amplitude which varies within a range during the respective seed pulse duration and can be adjusted in its course. Furthermore, a laser amplifier system comprises at least one amplifier stage for amplifying the at least two seed pulse trains and for outputting an output pulse train with output pulses having an output pulse duration. The at least two seed pulse trains are coupled into the amplifier stage in such a way that an amplitude characteristic of an output pulse of the output pulse train is based on contributions from at least two seed pulses, which are each assigned to one of the at least two seed pulse sequences. In a further aspect, a laser amplifier system comprises a seed laser pulse source unit for providing at least two seed pulse trains for subsequent amplification, seed pulses of the at least two seed pulse trains having a respective seed pulse duration and one within a range during the respective seed pulse duration have varying and adjustable in their course seed amplitude. The laser amplifier system further comprises a gain chain comprising a sequence of at least two gain stages coupled in series, the gain in the gain stages being sequential to form intermediate pulses associated with the gain stages, and the gain chain outputting an output pulse sequence having output pulse duration output pulses an amplitude course of an output pulse of the output pulse train to contributions of at least two seed pulses, each associated with one of the at least two seed pulse sequences, goes back.
In einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren zum Erzeugen einer Folge von verstärkten Ausgangspulsen die folgenden Schritte auf: Bereitstellen von mindestens zwei Seed-Pulsfolgen für eine nachfolgende Verstärkung, wobei Seed- Pulse der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen jeweils eine Seed- Pulsdauer und eine innerhalb eines Bereichs während der Seed-Pulsdauer variierende und in ihremIn another aspect, a method for generating a train of amplified output pulses comprises the steps of providing at least two seed pulse trains for subsequent amplification, wherein seed pulses of the at least two seed pulse trains each have a seed pulse duration and one within one Range varying during the seed pulse duration and in their
Verlauf einstellbare Seed- Amplitude aufweisen, und Verstärken der Seed-Pulse in einer Verstärkerstufe, so dass sich eine Ausgangspulsfolge mit eine Ausgangspulsdauer aufweisenden Ausgangspulsen ergibt, wobei die mindestens zwei Seed-Pulsfolgen derart in die Verstärkerstufe eingekoppelt werden, dass ein Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses der Ausgangspulsfolge auf Beiträge von mindestens zwei Seed-Pulsen, die jeweils einer der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen zugeordnet sind, zurückgeht. Have adjustable seed amplitude, and amplifying the seed pulses in an amplifier stage, so that there is an output pulse train having an output pulse duration having output pulses, wherein the at least two seed pulse trains are coupled into the amplifier stage such that an amplitude characteristic of an output pulse of the output pulse train to contributions from at least two seed pulses, each associated with one of the at least two seed pulse sequences, goes back.
In einem weiteren Aspekt weist ein Verfahren zum Erzeugen einer Folge von verstärkten Ausgangspulsen die folgenden Schritte auf: Bereitstellen von mindestens zwei Seed-Pulsfolgen für eine nachfolgende Verstärkung, wobei Seed-Pulse der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen jeweils eine Seed- Pulsdauer und eine innerhalb eines Bereichs während der Seed-Pulsdauer variierende und in ihrem Verlauf einstellbare Seed- Amplitude aufweisen, und Verstärken der Seed-Pulse in sequentiell angeordneten Verstärkerstufen unter Ausbildung von den Verstärkerstufen zugeordneten Zwischenpulsen, so dass sich eine Ausgangspulsfolge mit eine Ausgangspulsdauer aufweisenden Ausgangspulsen ergibt, wobei ein Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses der Ausgangspulsfolge auf Beiträge von mindestens zwei Seed-Pulsen, die jeweils einer der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen zugeordnet sind, zurückgeht. In a further aspect, a method of generating a train of amplified output pulses comprises the steps of providing at least two seed pulse trains for subsequent amplification, seed pulses of the at least two seed pulse trains each having a seed pulse duration and a seed pulse duration, respectively Range during the seed pulse duration having varying and progressively adjustable seed amplitude, and amplifying the seed pulses in sequentially arranged amplifier stages to form intermediate pulses associated with the amplifier stages, such that an output pulse sequence results in output pulses having an output pulse duration, an amplitude characteristic of an output pulse of the output pulse sequence being based on contributions from at least two seed pulses which are each assigned to one of the at least two seed pulse sequences.
In einigen Ausführungsformen kann die Seed-Laserpulsquelleneinheit zum Bereitstellen von mindestens zwei zu verstärkenden Teil-Seed-Pulsfolgen ausgebildet sein, deren Teilpulse eine Teilpulsdauer aufweisen. Die Seed-Laserpulsquelleneinheit umfasst z.B. mindestens eine Laserpulsquelle wie z.B. eine einstellbar bestrombare Laserdiode. Mindestens eine der Teilpulsdauern kann kürzer sein als eine Ausgangspulsdauer der Ausgangspulse. Jeweils eine der mindestens zwei zu verstärkenden Teil-Seed- Pulsfolgen kann einen der mindestens zwei Beiträge von mindestens zwei Seed-Pulsen liefern und die mindestens zwei Beiträge können gemeinsam einer der Verstärkerstufen zur Ausbildung eines der Zwischenpulse zugeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Laserverstärkersystem, und insbesondere die Ansteuerung der Seed-Laserpulsquelleneinheit, derart ausgebildet sein, dass die mindestens zwei Seed-Pulse, die zu dem Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses beitragen, zeitlich zueinander beabstandet sind, zeitlich aneinander anschließen oder zeitlich überlappen. In einigen Ausführungsformen kann das Laserverstärkersystem, und insbesondere die Ansteuerung der Seed-Laserpulsquelleneinheit, derart ausgebildet sein, dass die mindestens zwei Seed-Pulse, die zu dem Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses beitragen, zeitlich voneinander beabstandet sind, zeitlich aneinander anschließen oder zeitlich überlappen. So können Seed-Pulse z.B. mit einem Zeitversatz, der kleiner ist als die Seed-Pulsdauer, voneinander beabstandet sein. Ferner kann das Laserver- Stärkersystem, und insbesondere die Ansteuerung der Seed-Laserpulsquelleneinheit, derart ausgebildet sein, dass mindestens ein Seed-Pulse, der zu dem Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses beiträgt, bezüglich eines Zwischenpulses zeitlich beabstandet ist, zeitlich an diesen anschließt oder zeitlich mit diesem überlappt. So kann z.B. der mindestens eine Seed-Pulse mit einem Zeitversatz, der kleiner ist als die Seed-Pulsdauer (T), vom Zwischenpuls beabstandet sein. In some embodiments, the seed laser pulse source unit may be configured to provide at least two sub-seed pulse trains to be amplified, the sub-pulses of which have a partial pulse duration. The seed laser pulse source unit comprises e.g. at least one laser pulse source, e.g. an adjustable energizable laser diode. At least one of the partial pulse durations may be shorter than an output pulse duration of the output pulses. In each case one of the at least two partial seed pulse sequences to be amplified can deliver one of the at least two contributions from at least two seed pulses and the at least two contributions can be jointly supplied to one of the amplifier stages for the formation of one of the intermediate pulses. In some embodiments, the laser amplifier system, and in particular the control of the seed laser pulse source unit, may be configured such that the at least two seed pulses, which contribute to the amplitude characteristic of an output pulse, are temporally spaced, temporally adjoined, or overlapping in time. In some embodiments, the laser amplifier system, and in particular the control of the seed laser pulse source unit, may be configured such that the at least two seed pulses that contribute to the amplitude response of an output pulse are spaced apart in time, temporally adjoin one another or overlap in time. Thus, seed pulses may e.g. with a time offset smaller than the seed pulse duration, spaced apart. Furthermore, the laser amplifier system, and in particular the control of the seed laser pulse source unit, can be configured such that at least one seed pulse, which contributes to the amplitude characteristic of an output pulse, is temporally spaced with respect to an intermediate pulse, adjoined in time thereto or in time therewith overlaps. Thus, e.g. the at least one seed pulse having a time offset smaller than the seed pulse duration (T) is spaced from the intermediate pulse.
Ferner kann ein zeitliches Segment der Ausgangspulse auf mindestens eine Seed-Laserpulsquelle zurückgehen, deren Seed-Pulse alle Verstärkerstufen der Verstärkungskette durchlaufen haben. Alternative oder zusätzlich können die zu dem Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses beitragenden Seed- Pulse einer der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen zu verstärkende Teilpulse einer Teil-Seed-Pulsfolge darstellen, deren Teilpulsdauer kürzer als die Ausgangspulsdauer der Ausgangspulse ist. In einigen Weiterbildungen kann das Laserverstärkersystem eine optische Verzögerungseinheit zum Erzeugen eines Laserpuls-Zeitversatzes zwischen Pulsen, die zu dem Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses beitragen, insbesondere Seed-Pulsen oder Teilpulsen, eine Aufteileinheit zur Aufteilung eines Laserpulses in zwei oder mehr Teilpulse, eine Kombiniereinheit zum Kombinieren der Teilpulse, wie z.B. einem X:(100-X)-(Faser-)Kombinierer, und/oder eine Abschwächeinheit zum Reduzieren der Amplitude von Laserpulsen, Teilpulsen und/oder Zwischenpulsen aufweisen. Die optische Verzögerungseinheit kann z.B. einen Laserpuls-Zeitversatz zwischen einem Seed-Puls einer der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen und einem Zwischenpuls oder zwischen Seed-Pulsen unterschiedlicher der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen erzeugen Furthermore, a temporal segment of the output pulses may be due to at least one seed laser pulse source whose seed pulses have passed through all amplifier stages of the amplification chain. Alternatively or additionally, the seed pulses contributing to the amplitude progression of an output pulse of one of the at least two seed pulse sequences may represent part-pulses of a sub-seed pulse sequence to be amplified whose partial pulse duration is shorter than the output pulse duration of the output pulses. In some embodiments, the laser amplifier system may include an optical delay unit for generating a laser pulse time offset between pulses that contribute to the amplitude characteristic of an output pulse, in particular seed pulses or subpulses, a split unit for splitting a laser pulse into two or more subpulses, a combiner unit for combining the Partial pulses, such as an X: (100-X) (fiber) combiner, and / or an attenuation unit for reducing the amplitude of laser pulses, partial pulses and / or intermediate pulses. The optical delay unit may, for example, generate a laser pulse time offset between a seed pulse of one of the at least two seed pulse sequences and an intermediate pulse or between seed pulses of different ones of the at least two seed pulse sequences
In einigen Weiterbildungen kann das Laserverstärkersystem mindestens eine pulsformende Vorrichtung zur Änderung der Amplitude eines der Zwischenpulse aufweisen. Die pulsformende Vorrichtung kann insbesondere als zwischen zwei benachbarten Verstärkerstufen angeordnete Amplitudenänderungseinheit, beispielsweise als akusto-optischer Modulator oder elektro-optischer Modulator, ausge- bildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine pulsformenden Vorrichtung im Anschluss an die Verstärkung zur Änderung der Amplitude der Ausgangspulse der Ausgangspulsfolge vorgesehen sein. In some developments, the laser amplifier system may have at least one pulse-shaping device for changing the amplitude of one of the intermediate pulses. The pulse-shaping device can in particular be designed as an amplitude-changing unit arranged between two adjacent amplifier stages, for example as acousto-optical modulator or electro-optical modulator. Alternatively or additionally, at least one pulse-shaping device may be provided following the amplification for changing the amplitude of the output pulses of the output pulse train.
In einigen Ausführungsformen kann die Seed-Laserpulsquelleneinheit mindestens eine Laserpulsquelle in Form einer einstellbar bestrombaren Laserdiode, und optional für jede der mindestens zwei Seed- Pulsfolgen eine eigene Laserpulsquelle, aufweisen. In some embodiments, the seed laser pulse source unit may include at least one laser pulse source in the form of an adjustable energizable laser diode, and optionally, for each of the at least two seed pulse trains, a separate laser pulse source.
In einigen Ausführungsformen kann das Laserverstärkersystem ferner eine Ansteuerungseinheit umfassen, die zum Einstellen der Seed-Pulsform, insbesondere zum Ansteuern einer Seed-Quelle, einer Kombiniereinheit und/oder einer pulsformenden Vorrichtung, ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Ansteuerungseinheit dazu ausgebildet sein, den Seed-Pulsverlauf aus einem Zielpulsverlauf, insbesondere einem Ziel-Amplitudenverlauf eines der Ausgangspulse, abzuleiten und die Seed-Pulsform, insbesondere die Beiträge von den mindestens zwei Seed-Pulsen und/oder die Beschneidung der Amplitude mindestens eines der zugehörigen Zwischenpulse, entsprechend einzustellen. Ferner kann die Ansteuerungseinheit dazu ausgebildet sein, die pulsformende Vorrichtung bei der Materialbearbeitung, insbesondere bei der Strahlführung um eine gekrümmte Bahn, zur Reduzierung der Ausgangspulse in der Intensität anzusteuern. In some embodiments, the laser amplifier system may further comprise a drive unit, which is designed for setting the seed pulse shape, in particular for driving a seed source, a combination unit and / or a pulse-shaping device. For example, the drive unit may be designed to derive the seed pulse profile from a target pulse profile, in particular a target amplitude characteristic of one of the output pulses, and the seed pulse form, in particular the contributions from the at least two seed pulses and / or the circumcision of the amplitude at least one of the associated intermediate pulses to adjust accordingly. Furthermore, the drive unit may be designed to control the intensity of the pulse-shaping device during material processing, in particular during the beam guidance around a curved path, in order to reduce the output pulses.
In einigen Ausführungsformen der Verfahren kann ein Amplitudenverlauf eines der Ausgangspulse ferner auf eine Beschneidung der Amplitude mindestens eines Seed-Pulses/Zwischenpulses zurückgehen. Ferner können die Amplitudenverläufe der Seed-Pulse und optional die Beschneidung der Amplitude mindestens eines zugehörigen Zwischenpulses derart aufeinander angepasst werden, dass ein Dy- namikumfang nach der Verstärkung zur Verfügung steht der größer ist als der Dynamikumfang eines einzelnen Seed-Pulses. Further, in some embodiments of the methods, an amplitude characteristic of one of the output pulses may be due to a truncation of the amplitude of at least one seed pulse / intermediate pulse. Furthermore, the amplitude profiles of the seed pulses and optionally the truncation of the amplitude of at least one associated intermediate pulse can be adapted to one another in such a way that a dyad Namely, the gain after the amplification is greater than the dynamic range of a single seed pulse.
In einigen Ausführungsformen der Verfahren kann mindestens eine Seed-Pulsfolge derart in die Verstärkerstufe eingekoppelt werden und optional kann mindestens eine Seed-Pulsfolge derart in eine nachfolgende Verstärkerstufe eingekoppelt werden, dass sich ein zu verstärkender Zwischenpuls ausbildet, dessen Amplitudenverlauf auf Beiträge von mindestens zwei Seed- Pulsen, die jeweils einer der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen zugeordnet sind, zurückgeht. In some embodiments of the method, at least one seed pulse sequence can be coupled into the amplifier stage in such a way and, optionally, at least one seed pulse sequence can be coupled into a subsequent amplifier stage in such a way that an intermediate pulse to be amplified is formed, whose amplitude profile depends on contributions from at least two seed pulses. Pulses, each associated with one of the at least two seed pulse sequences, goes back.
Die hierin vorgeschlagenen pulsformenden Eingriffe an mehreren Stellen in einem Laserverstärkersystem ermöglichen einen hohen Dynamikumfang, der das Erreichen einer Zielpulsform am Ausgang des Laserverstärkersystems, insbesondere am Ende einer Verstärkerkette mit hoher Verstärkung, ermöglichen kann. The pulsed multi-site interventions proposed herein in a laser amplifier system provide a high dynamic range that can enable achievement of a target pulse shape at the output of the laser amplifier system, particularly at the end of a high gain amplifier chain.
Im Gegensatz zu einer rein zeitlichen Pulsformung zwischen zwei Stufen, welches grundsätzlich voraussetzt, dass ein signifikanter Leistungsanteil des Pulses gedämpft wird und somit verloren geht, kann das hierin offenbarte hochdynamische Seeden von (z.B. Faser-) Lasern prinzipiell zumindest teilweise verlustfrei und deutlich effizienter sein sowie einen erhöhten Dynamikumfang ermöglichen. So kann eine Kombination der hierin offenbarten Konzepte mit bekannten Technologien eine Pulskontrolle in bisher nicht erreichtem Umfang ermöglichen. In contrast to a purely temporal pulse shaping between two stages, which basically requires that a significant power component of the pulse is attenuated and thus lost, the herein disclosed highly dynamic Seeden of (eg fiber) lasers can be in principle at least partially lossless and significantly more efficient and allow an increased dynamic range. Thus, a combination of the concepts disclosed herein with known technologies may enable pulse control to an unprecedented extent.
Hierin wird meist beispielhaft von (Laser-) Pulsen gesprochen. Dabei kann ein Puls unter anderem als „Burst-Puls" eine Burstpulsfolge umfassen. Entsprechend umfasst ein Puls unter seiner Pulseinhüllenden die Burstpulsfolge. Ferner umfasst eine Seed-Pulsfolge allgemein einen oder mehrere Pulse. This is usually exemplified by (laser) pulses. In this case, a pulse may inter alia include a burst pulse sequence as a "burst pulse." Accordingly, a pulse below its pulse envelope comprises the burst pulse sequence, Furthermore, a seed pulse sequence generally comprises one or more pulses.
Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen: Herein, concepts are disclosed that allow to at least partially improve aspects of the prior art. In particular, further features and their expediencies emerge from the following description of embodiments with reference to the figures. From the figures show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lasersystems mit mehreren Verstärkerstufen, 1 is a schematic representation of a laser system with multiple amplifier stages,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer für eine hohe Verstärkung gewünschte  Fig. 2 is a schematic representation of a desired for a high gain
Seed-Pulsform mit hoher Amplitudendynamik,  Seed pulse shape with high amplitude dynamics,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer real beispielsweise mit einer Laserdiode und Diodenstrommodulation erreichbaren Pulsform, 3 shows a schematic representation of a pulse shape which can be achieved, for example, with a laser diode and diode current modulation,
Fig. 4A und Fig. 4B schematische Darstellungen von mittels Teilpuls-Kombination erreichbaren Fig. 4A and Fig. 4B are schematic representations of achievable by means of partial pulse combination
Pulsformen, Fig. 5 eine schematische Darstellung eines kaskadierten Teilpuls-basierten Seed-Pulse shapes, 5 is a schematic representation of a cascaded partial pulse-based seed
Konzepts mit mehreren Eingriffsorten in einem Laserverstärkersystem,Multi-interventional design in a laser amplifier system,
Fig. 6 und Fig. 7 schematische Darstellungen zur Teilpuls-Kombination zur Seed-Puls-6 and FIG. 7 are schematic representations of the partial pulse combination for seed-pulse
Erzeugung, Generation,
Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Teilpuls-Erzeugung und Teilpuls-8 is a schematic representation of the partial pulse generation and partial pulse
Kombination basierend auf einer einzigen Laserpulsquelle, Combination based on a single laser pulse source,
Fig. 9 eine schematische Darstellung zur Erreichen der gewünschten Zielpulsform mittels Amplitudenbeschneidung an mehreren Eingriffsorten in einem Laserverstärkersystem und 9 is a schematic representation for achieving the desired target pulse shape by means of amplitude truncation at a plurality of intervention sites in a laser amplifier system and
Fig. 10 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung einer Amplitudenbeschneidung. 10 is a schematic representation to illustrate an amplitude truncation.
Hierin offenbarte Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass eine Pulsbeschneidung am Ende eines Verstärkungsvorgangs ineffizient sein kann, da je nach Pulsform ein hoher Leistungsanteil durch die Pulsformung verloren gehen kann. Ferner ist eine dabei ausgekoppelte hohe (Verlust-) Leistung sicher, und damit aufwendig, abzuführen. Ferner kann eine Modulation von Laserpulsen bei sehr hohen Leistungen technisch nur schwer umzusetzen sein. Aspects disclosed herein are based, in part, on the recognition that pulse circumcision at the end of an amplification process may be inefficient because, depending on the pulse shape, a high power component may be lost through pulse shaping. Furthermore, a decoupled high (loss) power is safe, and thus consuming to dissipate. Furthermore, modulation of laser pulses at very high powers can be technically difficult to implement.
Die hierin offenbarten Aspekte basieren ferner zum Teil auf der Erkenntnis, dass eine große (exponen- tielle) Verstärkung es erforderlich machen kann, die Pulsform (eines Einzelpulses oder einer Burst- Pulsfolge) in einem Verstärkungsvorgang mit einer hohen Dynamik zu kontrollieren. Für eine Pulsformung mit hoher Dynamik können pulsformende Eingriffe vorgenommen werden, die die Form eines der Verstärkung zugrundeliegenden Pulses an einen stufenförmigen Verstärkungsvorgang anpassen. Dabei können die formenden Eingriffe an mindestens zwei verschiedenen Stellen innerhalb einer Verstärkerkette und/oder mittels zwei oder mehr unterschiedlicher Ansätze vorgenommen werden. Ausgangspunkt ist jeweils eine Pulsformung eines Seed-Pulses einer Seed-Laserpulsquelle. Dieser erste formende Eingriff stellt Seed- Pulse in einer Seed-Pulsfolge bereit, die eine Seed-Pulsdauer und eine innerhalb eines Bereichs während der Seed-Pulsdauer variierende und in ihrem Verlauf einstellbare Seed-Amplitude aufweisen. Diese kann z.B. durch eine einstellbare, beispielsweise ansteigende, Bestromung einer (Seed-) Laserdiode erfolgen. Allgemein kann der Seed-Puls als Einzelpuls oder als Burst-Pulsfolge ausgebildet sein. The aspects disclosed herein are further based, in part, on the recognition that large (exponential) amplification may require controlling the pulse shape (a single pulse or a burst pulse train) in a high dynamic gain process. For pulse shaping with high dynamics, pulse-forming interventions can be made which adapt the shape of a pulse underlying the amplification to a stepped amplification process. In this case, the shaping interventions can be made at at least two different locations within an amplifier chain and / or by means of two or more different approaches. The starting point is in each case a pulse formation of a seed pulse of a seed laser pulse source. This first shaping engagement provides seed pulses in a seed pulse train having a seed pulse duration and a seed amplitude varying within a range during the seed pulse duration and adjustable in course. This can e.g. be done by an adjustable, for example, increasing, energization of a (seed) laser diode. In general, the seed pulse can be designed as a single pulse or as a burst pulse train.
Da die Dynamik der Seed-Laserpulsquelle, im obigen Beispiel auf den Bereich, in dem die Since the dynamics of the seed laser pulse source, in the above example, on the area in which the
Bestromung vorgenommen werden kann, aufgrund der bereits angesprochenen Laserschwelle und Maximalamplitude einer Seed-Diode limitiert ist, wird hierin vorgeschlagen, mit einem zweiten formenden Eingriff (allgemein mit weiteren formenden Eingriffen) die Grenze in der Kontrolle des Dy- namikumfangs der Pulsamplitude eines Seed-Pulses zu erweitern. Im jeweiligen Einzelfall können die formenden Eingriffe über analytische Modelle wie die Frantz-Nodvik-Gleichung oder andere numerische Ansätze simuliert und die formenden Eingriffe entsprechend angepasst werden. Zusätzlich oder alternativ können die formenden Eingriffe durch Messen von Pulsparametern und entsprechende iterative Verbesserungen der Eingriffe vorgenommen werden. Current supply is limited, is limited due to the already mentioned laser threshold and maximum amplitude of a seed diode, it is proposed herein, with a second shaping engagement (generally with other shaping interventions) the limit in the control of the dynamic range of the pulse amplitude of a seed pulse to expand. In each case, the formative interventions via analytical models such as the Frantz-Nodvik equation or other numerical approaches simulated and adapted the shaping interventions accordingly. Additionally or alternatively, the shaping interventions may be performed by measuring pulse parameters and corresponding iterative enhancements of the interventions.
In einigen Ausführungsformen kann ein einzelner Ausgangspuls eines Laserverstärkersystems auf mehrere (direkt aneinander anschließende und sich überlappende) Teilpulse (als Einzelpuls oder als Burst- Pulsfolge) zurückgehen. Dabei können zur weiteren Erhöhung der Dynamik die Teilpulse überdies an unterschiedlichen Stellen der Verstärkerkette, z.B. zwischen benachbarten Verstärkerstufen, injiziert werden. Alternativ oder ergänzend kann ferner zwischen verschiedenen Verstärkerstufen eine Amplitudenanpassung vorgenommen werden. Dadurch können die Gesamtleistungsverluste minimiert bzw. zumindest reduziert werden. In some embodiments, a single output pulse of a laser amplifier system may be due to multiple (directly contiguous and overlapping) sub-pulses (as a single pulse or as a burst pulse train). Moreover, in order to further increase the dynamics, the partial pulses may also be applied at different locations of the amplifier chain, e.g. between adjacent amplifier stages. Alternatively or additionally, an amplitude adjustment can also be made between different amplifier stages. As a result, the total power losses can be minimized or at least reduced.
In einigen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen kann z.B. ein Puls durch Modulation des Stroms einer Laserdiode vorgeformt werden. Vor der nachfolgenden Verstärkerstufe und/oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Verstärkerstufen kann der Puls (als Einzelpuls oder als Burst- Pulsfolge) ferner durch einen optischen Modulator geformt werden. Hierdurch werden Pulsdeformationen, die während des Verstärkungsvorgangs beispielsweise aufgrund der Sättigung der Verstärkung entstehen, vorkompensiert oder zwischenkorrigiert. Da derartige Eingriffe in einem niedrigen Leis- tungsbereich des Verstärkungsvorgangs erfolgen, sind sie von geringeren Verlusten begleitet. In some embodiments described below, e.g. a pulse is preformed by modulating the current of a laser diode. Before the subsequent amplifier stage and / or between two successive amplifier stages, the pulse (as a single pulse or as a burst pulse sequence) can also be shaped by an optical modulator. As a result, pulse deformations that occur during the amplification process, for example due to the saturation of the gain, are precompensated or corrected in between. Since such interventions occur in a low power range of the amplification process, they are accompanied by lower losses.
Die oben angesprochenen und z.B. auf der Frantz-Nodvik-Gleichung basierenden analytischen Modelle können es erlauben, mit Blick auf die gewünschte Zielpulsform oder in Kenntnis vorgenommener Parameteränderungen im Lasersystem Seed-Pulsformen, evtl. speziell benötigte Kombination mehrerer Teil-Pulse und/oder das Beschneiden der Amplitude zu bestimmen und einzustellen. Derartige Regelungskonzepte können ferner mittels einer die Ansteuerung von z.B. involvierten Seed-Dioden durchführenden Steuerungseinheit während des Betriebs eines Lasersystems insbesondere in Echtzeit oder bei der Einstellung eines Betriebsmodus vorgenommen werden. Viele Anwendungen von Kurzpulslasern beispielsweise im Nano- und Pikosekundenbereich können von einer derartigen Kontrolle über die Pulsform am Ausgang eines Lasersystems oder einer Verstärkerstufe profitieren. Nachfolgend werden verschiedene Maßnahmen zur Pulsformung beispielhaft im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein mehrstufiges Laserverstärkersystem 1 mit einer Seed-Laserpulsquelleneinheit 3, einer Verstärkungskette 5 und einer (optionalen) Endverstärkerstufe 7. Die verschiedenen Einheiten und deren Komponenten können beispielsweise über Faserkoppler/Combiner (als Beispiel einer Faser- spezifischen (Puls-) Kombiniereinheit 9A), Faserspleißabschnitte 9B, Transportfaserabschnitte (beispielhaft zwischen den Einheiten/Komponenten durch Linien 9C angedeutet) und/oder Freistrahlabschnitte 9D miteinander verbunden sein. Obwohl die nachfolgend beschriebene Verstärkungskette 5 beispielhaft primär auf Faserlaser- Verstärkerstufen basiert, können Laserverstärkerstufen allgemein u.a. (Rod-typ) Faser-, Stab-, Slab- und/oder Scheibenlaserverstärkerstufen umfassen. The above-mentioned analytical models, based for example on the Frantz-Nodvik equation, may allow seed pulse shapes, possibly a specially required combination of several partial pulses and / or trimming, with regard to the desired target pulse shape or knowledge of parameter changes made in the laser system to determine and adjust the amplitude. Such control concepts can also be carried out by means of a controlling unit, for example, the involved seed diodes performing control unit during operation of a laser system, in particular in real time or when setting an operating mode. Many applications of short-pulse lasers, for example in the nano- and picosecond range, can benefit from such control over the pulse shape at the output of a laser system or an amplifier stage. In the following, various measures for pulse shaping will be explained in more detail by way of example in connection with the figures. 1 shows a multi-stage laser amplifier system 1 with a seed laser pulse source unit 3, a gain chain 5 and an (optional) final amplifier stage 7. The various units and their components can be implemented, for example, via fiber couplers / combiners (as an example of a fiber optic unit). specific (pulse) combiner unit 9A), fiber splice portions 9B, transport fiber portions (exemplified between units / components indicated by lines 9C), and / or free jet portions 9D. Although the gain chain 5 described below is primarily based on fiber laser amplifier stages, laser amplifier stages may generally include, but are not limited to, (rod-type) fiber, rod, slab, and / or disk laser amplifier stages.
Die Seed-Laserpulsquelleneinheit 3 umfasst eine oder mehrere Seed-Laser 3A, 3B, 3C (Seed-Quellen) zum Bereitstellen von mindestens einer Seed-Pulsfolge mit Seed-Pulsen 3' für eine nachfolgende Verstärkung. Beispielhaft werden in Fig. 1 drei Seed-Laser gezeigt. Beispiele für Seed-Laser umfassen DFB-, DBR- oder Fabry-Perot-Laserdioden sowie modengekoppelte Ultrakurzpuls (UKP)-Laser oder Microchiplaser. Ferner umfasst die Seed-Laserpulsquelleneinheit 3 eine (Dioden-) Ansteuerungsemheit 1 1 zum Einstellen der Seed-Pulsform(en). Die Ansteuerungseinheit 1 1 ist über punktiert dargestellte Steuerungsverbindungen mit den beispielsweise drei Seed-Lasern 3A, 3B, 3C verbunden. Die Steuerung kann beispielsweise die Modulation des Stroms (d.h. die Bestromung) der Seed-Diode(n) an die nachfolgende Verstärkung anpassen. Ferner kann die Seed-Leistung einer oder mehrerer Seed- Laser 3A, 3B, 3C mit einer Abschwächeinheit eingestellt werden. Beispielhaft ist eine The seed laser pulse source unit 3 comprises one or more seed lasers 3A, 3B, 3C (seed sources) for providing at least one seed pulse train with seed pulses 3 'for subsequent amplification. By way of example, three seed lasers are shown in FIG. Examples of seed lasers include DFB, DBR or Fabry-Perot laser diodes, as well as mode-locked ultrashort pulse (UKP) lasers or microchipliers. Furthermore, the seed laser pulse source unit 3 comprises a (diode) driving unit 1 1 for setting the seed pulse shape (s). The drive unit 11 is connected via dotted control connections to, for example, three seed lasers 3A, 3B, 3C. For example, the controller may adjust the modulation of the current (i.e., the energization) of the seed diode (s) to the subsequent gain. Furthermore, the seed power of one or more seed lasers 3A, 3B, 3C can be adjusted with a attenuation unit. An example is one
Abschwächeinheit 4 im Strahlengang des Seed-Lasers 3B schematisch eingezeichnet und mit der Ansteuerungseinheit 1 1 verbunden. Ferner kann die Ansteuerungseinheit 1 1 allgemein an eine Anpassung von Parametern der Seed-Laserpulsquelleneinheit 3 (allgemein des Laserverstärkersystems 1) auf eine spezifische Anwendung des erzeugten Laserstrahls vornehmen. Abschwächeinheit 4 in the beam path of the seed laser 3B schematically drawn and connected to the drive unit 1 1. Die Abwächeinheit 4 ist mit dem Seed-Laser 3B verbunden. Further, the drive unit 11 may generally adapt parameters of the seed laser pulse source unit 3 (generally, the laser amplifier system 1) to a specific application of the generated laser beam.
Die Verstärkungskette 5 kann z.B. eine Sequenz von Faserverstärkerstufen 5A, 5B umfassen, die beispielsweise als gleichläufig oder gegenläufig gepumpte, kern- oder mantelgepumpte Faserverstärker ausgeführt sind. Beispielhaft ist in Fig. 1 eine Pumpdiode 6 gezeigt, welche in ihrer Leistung aufgeteilt und den Verstärkern 5A und 5B rückwärtspropagierend (gegenläufig) zugeführt wird. Die Ansteuerungseinheit 1 1 dient in diesem Beispiel auch zum Einstellen der Pumpdiode 6. In den Faserverstärkerstufen 5A, 5B wird der eingekoppelte Seed-Puls 3' sequentiell unter Ausbildung von den Faserverstärkerstufen 5A, 5B zugeordneten Zwischenpulsen 3" verstärkt bzw. für die Endverstärkerstufe 7 vorverstärkt. Zur Verdeutlichung, dass auch andere Verstärkersysteme als Verstärkerstufen verwendet wer- den können, ist beispielsweise eine Verstärkerstufe 5C nicht als Faserverstärkerstufe ausgebildet. The reinforcing chain 5 may be e.g. a sequence of fiber amplifier stages 5A, 5B, which are embodied, for example, as cocurrently or countercurrently pumped, core- or shell-pumped fiber amplifiers. By way of example, a pumping diode 6 is shown in FIG. 1, which is divided in its power and fed to the amplifiers 5A and 5B in a reverse-propagating manner (in opposite directions). In the fiber amplifier stages 5A, 5B, the coupled seed pulse 3 'is sequentially amplified to form intermediate pulses 3 "assigned to the fiber amplifier stages 5A, 5B or preamplified for the final amplifier stage 7 To clarify that other amplifier systems can also be used as amplifier stages, an amplifier stage 5C, for example, is not designed as a fiber amplifier stage.
Die Verstärkungskette 5 kann ferner Modulatoren 13, 15 (z.B. Amplitudenmodulatoren wie akusto- optische Modulatoren oder elektro-optische Modulatoren oder spektrale Formungseinheiten wie räumliche Lichtmodulatoren (Spatial Light Modulator, SLM)) zur zusätzlichen zeitlichen oder spektralen Pulsformung oder zur Leistungsstabilisierung aufweisen. Eine oder mehrere Überwachungseinheiten 17 dienen ferner der Stabilisierung der Leistung und/oder der Überwachung der Pulsform. Die Modulatoren 13, 15 und die Überwachungseinheiten 17 werden beispielsweise ebenfalls von der Ansteue- rungseinheit 1 1 angesteuert bzw. geben Daten an diese aus. Durch die Leistungsüberwachung 17 können z.B. die Seed-Laser 3A, 3B, 3C (Seed-Leistung), die Pumpdiode 6 (Pumpleistung) sowie die Modulatoren 13, 15 (Amplitudenmodulation/spektrale Formung) mit dem Ziel der Stabilisierung oder Anpassung von der Ansteuerungseinheit 1 1 angesteuert werden. The amplification chain 5 can furthermore have modulators 13, 15 (eg amplitude modulators such as acousto-optical modulators or electro-optical modulators or spectral shaping units such as spatial light modulators (SLM)) for additional temporal or spectral pulse shaping or power stabilization. One or more monitoring units 17 also serve to stabilize the power and / or monitor the pulse shape. For example, the modulators 13, 15 and the monitoring units 17 are also controlled by the control unit. tion unit 1 1 driven or give data to this. Through the power monitoring 17, for example, the seed lasers 3A, 3B, 3C (seed power), the pump diode 6 (pump power) and the modulators 13, 15 (amplitude modulation / spectral shaping) with the aim of stabilization or adaptation of the drive unit. 1 1 are controlled.
Sich ergebende Ausgangspulse 5' der Verstärkungskette 5 können direkt beispielsweise für eine Materialbearbeitung eingesetzt werden. Alternativ können die sich ergebende Ausgangspulse 5' der Verstärkungskette 5 ferner als Seed-Pulse der Endverstärkerstufe 7 zur Erzeugung von Endverstärkerpulsen 7 zugeführt werden. Die Endverstärkerstufe 7 ist beispielsweise ein als Hauptverstärker ausgeleg- ter und in Fig. 1 schematisch angedeuteter Verstärker mit einem scheibenförmigen laseraktiven Medium. Resulting output pulses 5 'of the amplification chain 5 can be used directly, for example for material processing. Alternatively, the resulting output pulses 5 'of the gain chain 5 may be further supplied as seed pulses to the final amplifier stage 7 for generating power amplifier pulses 7. The final amplifier stage 7 is, for example, an amplifier designed as a main amplifier and schematically indicated in FIG. 1, with a disk-shaped laser-active medium.
Die derart verstärkten Endverstärkerpulse 7' oder aber auch die Ausgangspule 5' können z.B. in Werkzeugmaschinen zum Laserschneiden, Laserschweißen und zur Materialbearbeitung, wie z.B. zur Mik- romaterialbearbeitung, oder zur Frequenzkonversion eingesetzt werden. Sie können ferner auch für wissenschaftliche Zwecke, wie Pumpen von OPCPA, sowie in der Spektroskopie verwendet werden. The thus amplified output amplifier pulses 7 'or even the output coil 5' can e.g. in machine tools for laser cutting, laser welding and material processing, such as e.g. for micromaterialbearbeitung, or used for frequency conversion. They can also be used for scientific purposes, such as pumping OPCPA, as well as in spectroscopy.
Die eingangs angesprochenen verstärkungsbedingten Pulsverformungen können in den in der Verstärkungskette 5 eingesetzten Fasern bei entsprechend hoher Verstärkung (und entsprechender Inversion) entstehen. Entsprechend kann sich die ursprüngliche Seed-Pulsform während der Verstärkung in den (Faser-) Verstärkerstufen 5A, 5B, 5C durch Sättigungseffekte verändern. Beispielsweise kann der vordere Teil des Seed-Pulses oder die ersten Pulse einer Burst-Pulsfolge eine deutlich erhöhte Verstärkung gegenüber dem hinteren Teil erfahren, wie in Fig. 1 bzgl. des Seed-Pulses 3' und des Zwischenpulses 3" schematisch angedeutet. Dabei ist in der beispielhaften Darstellung der Fig. 1 (sowie in den beispielhaften Darstellungen der Figuren 5 und 8) die Pulsform über die Ausbreitungsrichtung schematisch angedeutet, im Unterschied zur zeitlichen Darstellung in den Figuren 2 bis 4B. The amplification-related pulse deformations mentioned at the outset can arise in the fibers used in the amplification chain 5 with correspondingly high amplification (and corresponding inversion). Accordingly, during amplification in the (fiber) amplifier stages 5A, 5B, 5C, the original seed pulse shape may change due to saturation effects. For example, the front part of the seed pulse or the first pulses of a burst pulse train can experience a significantly increased gain compared to the rear part, as schematically indicated in FIG. 1 with respect to the seed pulse 3 'and the intermediate pulse 3 " in the exemplary representation of FIG. 1 (as well as in the exemplary representations of FIGS. 5 and 8), the pulse shape is schematically indicated over the propagation direction, in contrast to the time representation in FIGS. 2 to 4B.
Die Ansteuerungseinheit 1 1 kann gemäß der hierin offenbarten Konzepte zum Einstellen von Seed- Pulsform(en), insbesondere zum Ansteuern einer Seed-Quelle, einer Kombiniereinheit und/oder puls- formende Vorrichtung (15, 60), ausgebildet sein. Ferner kann die Ansteuerungseinheit 1 1 optional dazu ausgebildet sein, einen Seed-Pulsverlauf aus einem Zielpulsverlauf abzuleiten. Insbesondere kann ein Ziel- Amplitudenverlauf eines der Ausgangspulse abgeleitet werden. Entsprechend kann die Ansteuerungseinheit 1 1 die Seed-Pulsform(en), insbesondere die Beiträge von den mindestens zwei Seed- Pulsen und/oder die Beschneidung der Amplitude mindestens eines der zugehörigen Zwischenpulse einstellen. Die Ableitung kann z.B. auf den bereits angesprochenen Algorithmen basieren und gemessenen Leistungswerten basieren. Selbstverständlich kann eine Ansteuerungseinheit auch aus mehreren einzelnen Ansteuerungseinheiten aufgebaut sein. Es wird angemerkt, dass in einigen Verstärkerkonfigurationen die Auswirkung des Verstärkungsvorgangs auf die Pulsform im Wesentlichen vernachlässigbar sein kann, beispielsweise wenn die zuvor angesprochene Sättigung nicht erreicht wird. Dies kann z.B. in einem entsprechend ausgelegten Schei- benverstärker der Fall sein (wobei allgemein auch in einem Scheibenverstärker eine Pulsformänderung eintreten kann). In einem Fall mit vernachlässigbarer Pulsformänderung ist die Zielpulsform im Wesentlichen bereits die Ausgangspulsform der Verstärkungskette 5 und nicht erst die Pulsform nach der Endverstärkerstufe 7. Die Pulsform nach der Endverstärkerstufe 7 kann z.B. in ihrer Form nahezu identisch zur Ausgangspulsform der Verstärkungskette 5 sein, wenn auch intensitätsverstärkt. Bei- spielsweise kann sie nur Änderungen aufweisen, die für die nachfolgende Station z.B. eine Materialbearbeitungsvorrichtung vernachlässigbar sind. Dies ist bei der Festlegung der Zielpulsform und der entsprechenden Ansteuerung der Seed-Dioden und/oder Modulator(en) von der Ansteuerungseinheit 1 1 zu berücksichtigen. Beispielsweise kann ein - wie in Fig. 1 beispielhaft angedeuteter - Rechteckpuls mit Pulsdauern im Nano- oder Pikosekundenbereich als Zielpulsform für einen Laserbearbeitungsprozess benötigt werden. Andere Beispiele umfassen einen Plateau-Puls mit oder ohne ansteigender und/oder abfallender Flanke, allgemein trapezartige oder beliebige Pulsformen. Soll z.B. ein Rechteckpuls von ca. 250 ns Pulsdauer am Ende der Verstärkerkette 5 vorliegen, wird eine Seed-Pulsform benötigt, die die über- proportionale Verstärkung des vorderen Bereichs z.B. durch einen exponentiellen Amplitudenanstieg vorkompensiert. The drive unit 11 may be designed according to the concepts disclosed herein for setting seed pulse shape (s), in particular for driving a seed source, a combining unit and / or pulse-forming device (15, 60). Furthermore, the drive unit 11 may optionally be designed to derive a seed pulse course from a target pulse course. In particular, a target amplitude characteristic of one of the output pulses can be derived. Accordingly, the drive unit 1 1 can set the seed pulse shape (s), in particular the contributions from the at least two seed pulses and / or the truncation of the amplitude of at least one of the associated intermediate pulses. The derivative may be based, for example, on the already mentioned algorithms and based on measured power values. Of course, a drive unit can also be constructed from a plurality of individual drive units. It is noted that in some amplifier configurations, the effect of the amplification process on the pulse shape may be substantially negligible, for example, if the aforementioned saturation is not achieved. This may, for example, be the case in a correspondingly designed disk amplifier (wherein in general a pulse shape change may also occur in a disk amplifier). In a case with negligible pulse shape change, the target pulse shape is essentially already the output pulse shape of the gain chain 5 and not the pulse shape after the final amplifier stage 7. The pulse shape after the final amplifier stage 7 may be almost identical in shape to the output pulse shape of the gain chain 5, albeit intensity-enhanced , For example, it can only have changes that are negligible for the subsequent station, for example, a material processing device. This is to be taken into account when determining the target pulse shape and the corresponding control of the seed diodes and / or modulator (s) of the drive unit 1 1. For example, a rectangular pulse with pulse durations in the nanosecond or picosecond range, as indicated by way of example in FIG. 1, may be required as the target pulse shape for a laser processing process. Other examples include a plateau pulse with or without rising and / or falling edge, generally trapezoidal or any pulse shapes. If, for example, a rectangular pulse of about 250 ns pulse duration is to be present at the end of the amplifier chain 5, a seed pulse shape is needed which precompensates the overproportional gain of the front region, for example by an exponential increase in amplitude.
In Fig. 2 ist ein exponentieller Anstieg der Amplitude A mit zunehmender Zeit t schematisch für einen „idealen" Seed-Puls (z.B. für einen Rechteckausgangspuls) mit einer Pulsdauer T dargestellt. Für einen derartigen Amplitudenanstieg wäre die Seed-Laserdiode mit einem z.B. exponentiell ansteigenden Strom zu betreiben. 2, an exponential increase of the amplitude A with increasing time t is shown schematically for an "ideal" seed pulse (for example for a rectangular output pulse) with a pulse duration T. For such an amplitude increase, the seed laser diode would be, for example, exponentially increasing Power to operate.
Durch die eingangs erwähnte Laserschwelle und Maximalamplitude wird jedoch der Dynamikbereich einer Seed-Laserdiode zwischen minimalem und maximalem Strom (bzw. zwischen minimaler und maximaler Seed-Pulsamplitude) eingeschränkt. However, the laser threshold and maximum amplitude mentioned at the outset limit the dynamic range of a seed laser diode between minimum and maximum current (or between minimum and maximum seed pulse amplitude).
In Fig. 3 ist beispielhaft ein realisierbarer Anstieg der Amplitude A eines Seed-Pulses mit der Zeit t schematisch für eine Laserdiode dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Laserschwelle der Laserdiode ein Plateau P mit niedriger Amplitude (knapp über der Laserschwelle) im vorderen Pulsteil ausbilden kann. Ferner wird eine einsetzbare Maximalamplitude Amax des Seed-Pulses z.B. durch eine In FIG. 3, a realizable increase in the amplitude A of a seed pulse with time t is shown schematically for a laser diode. It can be seen that the laser threshold of the laser diode can form a plateau P with low amplitude (just above the laser threshold) in the front pulse part. Furthermore, a usable maximum amplitude Amax of the seed pulse is e.g. by a
Zerstörschwelle der Halbleiterstruktur und/oder durch thermische Effekte in der Halbleiterstruktur der Laserdiode limitiert. Folglich stößt angesichts des realisierbaren Amplitudenanstiegs die Pulsformung an Grenzen des Dynamikbereichs der möglichen Ansteuerung der Laserdiode. Denn die eingangs angesprochene Modulation der Bestromung von Laserdioden reicht unter Umständen nicht dazu aus, ein Verformen der Seed- Pulse während des Verstärkungsvorgangs im Voraus derart zu kompensieren, dass sich die Zielpulsform nach der Verstärkung einstellt. Dies kann neben dem bereits genannten Fall, dass das Verstärkersystem über eine bzgl. einer Verformung zu hohe Verstärkung verfügt, auch dann eintreten, wenn die Zielpulsform selbst eine hohe (nicht vorkompensierbare) Dynamik aufweisen soll. Auch pulsformende Vorrichtungen wie z.B. ein AOM können in ihrem Dynamikbereich begrenzt sein. Damage threshold of the semiconductor structure and / or limited by thermal effects in the semiconductor structure of the laser diode. Consequently, in view of the realizable increase in amplitude, the pulse shaping encounters limits of the dynamic range of the possible activation of the laser diode. For the aforementioned modulation of the energization of laser diodes may not be sufficient to compensate in advance for a deformation of the seed pulses during the amplification process in such a way that the target pulse shape adjusts itself after the amplification. This can occur in addition to the already mentioned case in which the amplifier system has a gain that is too high in terms of deformation, even if the target pulse form itself should have a high (not precompensatable) dynamic. Pulse-shaping devices such as an AOM may also be limited in their dynamic range.
Die hierin beschriebenen Konzepte können es erlauben, eine gewünschte Zielpulsform für einen z.B. nachfolgenden Laserbearbeitungsvorgang auch in derartigen Fällen, z.B. bei hohen Laserleistungen nach dem Verstärkungsvorgang, zu ermöglichen. Die vorgeschlagene Pulsformung mit hoher Dynamik erfolgt durch formende Eingriffe an mindestens zwei verschiedenen Stellen eines Verstärkungsvor- gangs. Neben einer Formung des Seed-Pulses - z.B. kann ein Puls durch Modulation des The concepts described herein may allow for a desired target pulse shape for a e.g. subsequent laser processing operation also in such cases, e.g. at high laser powers after the amplification process. The proposed pulse shaping with high dynamics takes place by shaping interventions at at least two different points of an amplification process. In addition to shaping the seed pulse - e.g. can be a pulse through modulation of the
Diodenstroms vorgeformt werden - wird mindestens ein weiterer formender Eingriff vorgenommen.  Diode current to be preformed - at least one further forming intervention is made.
Der weitere formende Eingriff kann ferner das Konzept umfassen, dass ein zu verstärkender Seed-Puls aus mehreren Teilpulsen aufgebaut wird. Zum Beispiel können mehrere Teilpulse mit unterschiedli- chen (beispielsweise über die Abschwächeinheit 4 in Fig. 1 reduzierten) Dynamikumfängen eingesetzt werden. Als weiterer formender Eingriff können zusätzlich oder alternativ Teilpulse von Teil-Seed- Pulsfolgen an unterschiedlichen Stellen der Verstärkerkette 5 in den Verstärkungsprozess eingebracht werden. So kann beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, das Einbringen der Laserpulse des Seed- Lasers 3C vor der Faserverstärkerstufe 5B erfolgen. Alternativ oder ergänzend können Laserpulse nach einer Faserverstärkerstufe, z.B. nach der Faserverstärkerstufe 5B, eingebracht werden. The further shaping intervention may further comprise the concept that a seed pulse to be amplified is built up from a plurality of partial pulses. For example, a plurality of partial pulses may be used with different dynamic ranges (reduced, for example, via the attenuation unit 4 in FIG. 1). As a further shaping intervention, in addition or as an alternative, partial pulses of partial seed pulse sequences can be introduced into the amplification process at different points of the amplifier chain 5. For example, as shown in Fig. 1, the introduction of the laser pulses of the seed laser 3C take place before the fiber amplifier stage 5B. Alternatively or additionally, laser pulses may be applied to a fiber amplifier stage, e.g. after the fiber amplifier stage 5B, are introduced.
Eine Grundidee dabei ist, dass eine kaskadierte Anordnung von Teilpuls-Seed-Quellen für zeitlich aufeinander folgende Segmente eines Seed-Pulses zuständig ist, wobei die Pulsdauern der Segmente üblicherweise kürzer ist als die Pulsdauer der Ausgangspulse. Beispielsweise können im obigen Bei- spiel Teilpulse/Zwischenpulse mit Pulsdauern im Bereich von 10% bis 90% von z.B. 250 ns kombiniert werden. Allgemein können auch kürzere oder längere Pulsdauern von z.B. 50 ns oder 10 μ8 aus Teilpulse/Zwischenpulse kombiniert werden. Dabei können Teilpuls-Seed-Quellen jeweils als einzelne Seed-Diode ausgebildet sein (wie nachfolgend zur Vereinfachung der Beschreibung in den Figuren 5 bis 7 umgesetzt) oder auch auf eine gemeinsame (Ursprungs-) Seed-Diode zurückgehen (siehe Fig. 8). Allgemein basiert dann ein verstärkter Ausgangspuls entsprechend auf der Verstärkung von mindestens zwei Seed-Pulsen unterschiedlicher Seed-Pulsfolgen. Die Figuren 4A und 4B verdeutlichen den Teilpuls-Ansatz bei der Erzeugung von Pulsformen (eines Einzelpulses oder einer Pulseinhüllenden einer Burst- Pulsfolge) mit hoher Dynamik. Fig. 4A zeigt schematisch eine Überlagerung von Beiträgen von zwei Teilpulsen 21A, 21B (mit Teilpulsdauern TA, TB von z.B. jeweils ungefähr der halben Pulsdauer T), die jeweils einen wie in Fig. 3 gezeigten Ampli- tudenverlauf aufweisen, wobei die zugehörigen Amplitudenverläufe unterschiedliche Untergrenzen (Plateauamplituden) und Obergrenzen (Maximalamplituden) aufweisen. Der Teilpuls 21 A im niedrigeren Amplitudenbereich bildet im Wesentlichen ein zeitlich vorauslaufendes Segment des Seed-Pulses und der Teilpuls im höheren Amplitudenbereich bildet im Wesentlichen ein zeitlich nachfolgendes Segment des Seed-Pulses. A basic idea here is that a cascaded arrangement of partial pulse seed sources is responsible for temporally successive segments of a seed pulse, the pulse durations of the segments usually being shorter than the pulse duration of the output pulses. For example, in the above example, partial pulses / intermediate pulses with pulse durations in the range of 10% to 90% of, for example, 250 ns can be combined. In general, shorter or longer pulse durations of, for example, 50 ns or 10 μ8 can also be combined from partial pulses / intermediate pulses. In this case, partial pulse seed sources can each be embodied as a single seed diode (as implemented for simplifying the description in FIGS. 5 to 7) or else go back to a common (seed) seed diode (see FIG. 8). In general, an amplified output pulse is then based on the amplification of at least two seed pulses of different seed pulse sequences. Figures 4A and 4B illustrate the partial pulse approach in the generation of pulse shapes (a single pulse or a pulse envelope of a burst pulse train) with high dynamics. FIG. 4A schematically shows a superimposition of contributions from two partial pulses 21A, 21B (with partial pulse durations TA, TB of, for example, approximately half the pulse duration T), each having an amplitude profile as shown in FIG. 3, the associated amplitude profiles being different Lower limits (plateau amplitudes) and upper limits (maximum amplitudes) have. The partial pulse 21 A in the lower amplitude range essentially forms a time-advanced segment of the seed pulse and the partial pulse in the higher amplitude range essentially forms a temporally subsequent segment of the seed pulse.
Kombiniert man immer mehr Teilpulse - z.B. zeigt Fig. 4B eine Kombination von vier Teilpulsen mit Teilpulsdauern Ti - kann man sich dem in Fig. 2 gezeigten„idealen" Amplitudenverlauf annähern. Im gezeigten Beispiel kontrolliert eine erste Teilpuls-Seed-Quelle die Amplitude eines ersten Teilpulses/Segments und eine N-te Teilpuls-Seed-Quelle kontrolliert die Amplitude eines N-ten Teilpul- ses/Segments. Dabei kann die zeitliche Dauer der N Segmente, d.h. der Teilpulsdauer der Teilpulse, (im Wesentlichen) gleich sein oder sie können sich zumindest teilweise unterscheiden. Combine more and more partial pulses - e.g. 4B shows a combination of four partial pulses with partial pulse durations Ti - one can approach the "ideal" amplitude characteristic shown in Fig. 2. In the example shown, a first partial pulse seed source controls the amplitude of a first partial pulse / segment and an N- The partial pulse seed source controls the amplitude of an Nth partial pulse / segment, whereby the duration of the N segments, ie the partial pulse duration of the partial pulses, can be (substantially) the same or at least partially different.
Ferner können sich Beiträgen von Teilpuls-Seed-Quellen zeitlich überlagern. Beispielsweise kann eine erste Teilpuls-Seed-Quelle von Anfang bis Ende strahlen und eine zweite Teilpuls-Seed-Quelle wird ab einem einstellbaren Zeitpunkt zugeschaltet. Furthermore, contributions from subpulse seed sources may overlap in time. For example, a first partial pulse seed source can radiate from beginning to end, and a second partial pulse seed source is switched on from an adjustable point in time.
In einigen Ausführungsformen befinden sich, wie schon in Verbindung mit Fig. 1 gezeigt, die Teilpuls-Seed-Quellen an unterschiedlichen Positionen der Verstärkerkette 5. Dadurch kann die sequentiell erfolgende Verstärkung selbst zur Erhöhung der Dynamik der Pulsamplituden der Teilpuls- Seed-Quellen genutzt werden. In some embodiments, as already shown in connection with FIG. 1, the sub-pulse seed sources are located at different positions of the amplifier chain 5. Thus, the sequential amplification itself can be used to increase the dynamics of the pulse amplitudes of the sub-pulse seed sources ,
Die nachfolgenden Ausführungsformen sind beispielhaft für Seed-Dioden als Seed-Laser und Faserverstärkerstufen als Verstärkerstufe erläutert. Jedoch können auch andere, beispielsweise die bereits genannten, Arten von Seed-Lasern und Verstärkerstufen je nach Verstärkersystem eingesetzt werden. The following embodiments are explained by way of example for seed diodes as seed lasers and fiber amplifier stages as amplifier stage. However, other types of seed lasers and amplifier stages, such as those already mentioned, may be used depending on the amplifier system.
Fig. 5 zeigt als weitere beispielhafte Ausführungsform eine über den Verstärkungsvorgang wiederholt nach mehreren (z.B. Faser-) Verstärkerstufen geseedete Verstärkerkette 20. Beispielhaft kontrolliert eine erste Seed-Diode 23A die Amplitude des (zeitlich) ersten Teilpulses einer Teil-Seed-Pulsfolge 23A', eine Seed-Diode 23B die des zweiten Teilpulses einer Teil-Seed-Pulsfolge 23B', ... und eine Seed-Diode 23N die des N-ten Teilpulses. Allgemein kann ein Seed-Laser einen oder mehrere nachfolgende Teilpulse mitkontrollieren. Nach der ersten Seed-Diode 23A befindet sich eine erste Verstärkerstufe 25A (beispielsweise eine Faserverstärkerstufe), in der der erste Teilpuls der Teil-Seed-Pulsfolge 23A' zur Verstärkung eingekoppelt wird. Der verstärkte erste Teilpuls/Zwischenpuls wird über einen Combiner FIG. 5 shows, as a further exemplary embodiment, an amplifier chain 20 repeatedly repeated by the amplification process for a plurality of (eg fiber) amplifier stages. By way of example, a first seed diode 23A controls the amplitude of the (temporally) first partial pulse of a partial seed pulse sequence 23A '. a seed diode 23B that of the second sub-pulse of a sub-seed pulse train 23B ', ... and a seed diode 23N that of the Nth sub-pulse. In general, a seed laser can also control one or more subsequent partial pulses. After the first seed diode 23A is a first amplifier stage 25A (for example a fiber amplifier stage) in which the first partial pulse of the partial seed pulse train 23A 'is coupled in for amplification. The amplified first partial pulse / intermediate pulse is via a combiner
(Kombiniereinheit 9A) (z.B. im Freistrahl oder fasergekoppelt) mit dem zweiten (noch nicht verstärk- ten) Teilpuls der Teil-Seed-Pulsfolge 23B' zusammengeführt, so dass der resultierende Puls z.B. eine längere Pulsdauer (zum Beispiel die Summe der Pulsdauern des ersten und des zweiten Teilpulses) aufweist. Allgemein können die Teilpulse/Zwischenpulse zeitlich zueinander beabstandet, insbesondere mit einem Zeitversatz, der kleiner ist als die Seed-Pulsdauer, kombiniert werden, sich zeitlich aneinander anschließen oder sich zeitlich überlappen (ineinander übergehen). (Combining unit 9A) (for example in the free-jet or fiber-coupled) is combined with the second (not yet amplified) partial pulse of the partial seed pulse sequence 23B 'so that the resulting pulse is e.g. a longer pulse duration (for example, the sum of the pulse durations of the first and second partial pulses). In general, the subpulses / intermediate pulses can be temporally spaced apart from one another, in particular with a time offset which is smaller than the seed pulse duration, can be combined, join in time with one another or overlap in time (merge into one another).
Jedem Teilpuls kann ein Zeitbereich (beispielsweise ein Segment) des letztendlich die Verstärkerkette 5' verlassenden Ausgangspulses zugeordnet werden. Die hohe Dynamik einer solchen Zuordnung geht dabei auf die Nutzung der Sequenz von Verstärkerstufen 25 A, 25B,... 25N zurück. Hier sei angemerkt, dass die zeitliche Position eines Zeitbereichs (Segments) nicht der Position der zugehörigen Seed-Diode im sequentiellen Aufbau entsprechen muss. Vielmehr können diese voneinander abweichen. Je nach Zielpulsform wird ein Teilpuls für einen entsprechenden Zeitbereich in den Verstärkungsvorgang eingebracht. Üblicherweise werden Teilpulse für stärker verstärkte Zeitbereiche früher in die Kaskade eingebracht, als Teilpulse für weniger stark verstärkte Zeitbereiche des Ausgangslaserpulses. In Fig. 4B sind beispielsweise vier Teilpulse gezeigt, die entsprechend zu vier Segmenten des erzeugten Ausgangspulses verstärkt werden. D.h., der verstärkte Ausgangspuls umfasst allgemein elektromagnetische Strahlung, die auf die vier Seed-Pulse zurückgeht und somit auf der Verstärkung von vier Seed-Pulsen aus unterschiedlichen Seed-Puls-Folgen basiert. Each subpulse can be assigned a time range (for example, a segment) of the output pulse ultimately leaving the amplifier chain 5 '. The high dynamics of such an assignment goes back to the use of the sequence of amplifier stages 25 A, 25B, ... 25N. It should be noted here that the time position of a time range (segment) does not have to correspond to the position of the associated seed diode in the sequential structure. Rather, they can differ from each other. Depending on the target pulse shape, a partial pulse for a corresponding time range is introduced into the amplification process. Usually, partial pulses are introduced into the cascade earlier for more intensified time ranges, as partial pulses for less strongly amplified time ranges of the output laser pulse. In Fig. 4B, for example, four partial pulses are shown, which are amplified corresponding to four segments of the generated output pulse. That is, the amplified output pulse generally comprises electromagnetic radiation due to the four seed pulses, thus based on the amplification of four seed pulses of different seed pulse sequences.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 6 wird die hohe Dynamik über eine Kombiniereinheit 9A erzeugt. Geht man z.B. von zwei (oder mehr) gleichstarken Seed-Dioden 33A, 33B (als Beispiel für einenIn the embodiment according to FIG. 6, the high dynamics are generated via a combination unit 9A. If you go for example of two (or more) equally strong seed diodes 33A, 33B (as an example of a
Seed-Laser) aus, kann ein Kanal der Kombiniereinheit 9A zum Beispiel den Teilpuls der Seed-Diode 33A zu 90% transmittieren, wobei der andere Kanal der Kombiniereinheit 31 den Teilpuls der Seed- Diode 33B nur zu 10% transmittiert. Ein zeitlicher Versatz und/oder Überlapp der Teilpulse kann durch die Ansteuerung der Seed-Dioden 33A, 33B erfolgen. Ein sich entsprechend ergebender kombi- nierte Laserpuls wird einer Verstärkerstufe 35 zugeführt. Analog können mehr als zwei Seed-Dioden mit entsprechenden auswählbaren Verhältnissen, Versätzen und/oder Überlappungen kombiniert werden, insbesondere zueinander zeitlich zueinander beabstandet sein, zeitlich aneinander anschließen oder zeitlich überlappen. Beispielsweise können mindestens zwei der Seed-Pulse mit einem Zeitversatz, der kleiner ist als die Seed-Pulsdauer, voneinander beabstandet sein. Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 (wie auch die Ausführungsformen der nachfolgenden Figuren) kann z.B. in die Kaskade der Fig. 5 bei einer oder bei mehreren der Seed-Dioden 23A,... integriert werden. In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 wird eine Einheit 41 bei der Kombination von zwei (oder mehr) Teilpulsen zweier Seed-Laser 43 A, 43B verwendet. Die Einheit 41 wirkt z.B. einheitlich über die Pulsdauer auf den Amplitudenverlauf eines der Teilpulse. Beispielsweise weist ein dem Seed-Laser 43 A zugeordneter optischer Arm einen Verstärker oder eine Abschwächeinheit als Einheit 41 auf, so dass die z.B. in einer Kombiniereinheit 9A gleichberechtigt kombinierte Teilpulse unterschiedliche, evtl. einstellbare, Amplitudenbereiche abdecken. Somit wird eine erhöhte Amplitudendynamik erzeugt, die bei der nachfolgenden Verstärkung in einer Verstärkerstufe 45 zur Vorkompensierung genutzt werden kann. Die zeitliche Ansteuerung der Seed-Laser 43A, 43B kann wiederum entsprechend des betroffenen Segments (mit Abstand, überlappend, ineinander übergehend etc.) erfolgen. In weiteren Ausführungsformen können mehrere Teilpulse mit nur einem Seed-Laser erzeugt werden. Wie beispielhaft in Fig. 8 gezeigt wird, kann zunächst mit einem Splitter 51 ein Seed-Puls einer Seed- Diode 53 in zwei sich entlang zugehöriger optischer Arme 53A, 53B ausbreitende Teilpulse optisch aufgeteilt werden. Basierend auf derart gebildeten Teil-Seed-Pulsfolgen 53A', 53B' wird dann die gewünschte Amplitudendynamik erzeugt, so dass ein Ausgangspuls (seine elektromagnetische Strahlung) auf mindestens zwei Seed-Pulse von unterschiedlichen (Teil-)Seed-Pulsfolgen zurückgeht. Seed laser), one channel of the combining unit 9A may for example transmit 90% of the partial pulse of the seed diode 33A, the other channel of the combining unit 31 transmitting the partial pulse of the seed diode 33B only to 10%. A temporal offset and / or overlap of the partial pulses can be effected by the control of the seed diodes 33A, 33B. A correspondingly resulting combined laser pulse is fed to an amplifier stage 35. Analogously, more than two seed diodes can be combined with corresponding selectable ratios, offsets and / or overlaps, in particular spaced from each other in time, adjoin one another in terms of time or overlapping in time. For example, at least two of the seed pulses may be spaced apart with a time offset less than the seed pulse duration. The embodiment according to FIG. 6 (as well as the embodiments of the following figures) can for example be integrated into the cascade of FIG. 5 in one or more of the seed diodes 23A,... In the embodiment according to FIG. 7, a unit 41 is used in the combination of two (or more) partial pulses of two seed lasers 43 A, 43 B. The unit 41 acts, for example, uniformly over the pulse duration on the amplitude profile of one of the partial pulses. For example, an optical arm assigned to the seed laser 43 A has an amplifier or an attenuation unit as a unit 41, so that the partial pulses combined in a combiner unit 9A, for example, cover different, possibly adjustable, amplitude ranges. Thus, an increased amplitude dynamics is generated, which can be used in the subsequent amplification in an amplifier stage 45 for precompensation. The timing of the seed lasers 43A, 43B can in turn be performed according to the segment concerned (at a distance, overlapping, merging, etc.). In further embodiments, multiple sub-pulses may be generated with only one seed laser. As shown by way of example in FIG. 8, a seed pulse of a seed diode 53 can first be optically split with a splitter 51 in two subpulses propagating along associated optical arms 53A, 53B. Based on thus formed partial seed pulse sequences 53A ', 53B', the desired amplitude dynamics are generated so that an output pulse (its electromagnetic radiation) is due to at least two seed pulses of different (sub) seed pulse sequences.
Beispielsweise wird in Fig. 8 im optischen Arm 53A ein Teilpuls (z.B. wie in Fig. 7 mit der Einheit 41) abgeschwächt oder verstärkt. Der andere optische Arm 53B weist eine Verzögerung beispielsweise über eine Faserstrecke 57 (oder auch eine Freistrahlausbreitung) auf. Anschließend werden beide Teil- pulse wieder entsprechend der betroffenen Segmente mit Abstand, überlappend, ineinander übergehend etc. in einer Kombiniereinheit 9A (gleichgewichtet oder gewichtet) kombiniert und einer Verstärkerstufe 55 zugeführt. For example, in Fig. 8, in the optical arm 53A, a partial pulse (e.g., as in Fig. 7 with the unit 41) is attenuated or amplified. The other optical arm 53B has a delay, for example over a fiber link 57 (or even a free beam propagation). Subsequently, both partial pulses are again combined according to the affected segments with distance, overlapping, merging into one another, etc. in a combination unit 9A (balanced or weighted) and fed to an amplifier stage 55.
Zusätzlich kann eine oder mehrere pulsformende Vorrichtungen (Modulatoren) zur zeitlichen Pulsfor- mung zwischen Verstärkerstufen eingesetzt werden. In addition, one or more pulse-shaping devices (modulators) can be used for temporal pulse shaping between amplifier stages.
Fig. 9 zeigt ähnlich Fig. 5 eine Verstärkerkette 20', die eine Kaskade von Verstärkerstufen 61 aufweist. Eingekoppelte Seed-Pulse eines Lasers, beispielsweise einer Seed-Laserdiode 63, werden in den Verstärkerstufen 61 sequentiell unter Ausbildung von den Verstärkerstufen 61 zugeordneten Zwischenpul- sen verstärkt. Die Verstärkerkette 20A gibt entsprechend verstärkte Ausgangspulse ab, die jeweils auf einem eingekoppelten Seed-Puls basieren, der - wie nachfolgend erläutert - verstärkt und in der Amplitude moduliert wurde. Zwischen aufeinanderfolgenden Verstärkerstufen 61 können pulsformende Vorrichtungen 60 zur Änderung der Amplitude eines zugehörigen Zwischenpulses vorgesehen werden. Beispielsweise ist die pulsformende Vorrichtung 60 eine Einheit zur Änderung der Amplitude, d.h. des Amplitudenverlaufs während der Pulsdauer des Zwischenpulses. Sie ist z.B. als optischen Modulator, beispielsweise als akusto-optischer Modulator oder elektro-optischer Modulator, ausgebildet, der dazu ausgebildet ist, während der Pulsdauer des Zwischenpulses Energie auszukoppeln, so dass sich die Pulsform verändert, insbesondere die Amplitude im entsprechend zugehörigen zeitlichen Bereich/Segment reduziert. In Fig. 10 wird das Konzept des Beschneidens der Amplitude von Zwischenpulsen mit einem Amplitudenverlauf 71 verdeutlicht. Beispielsweise wird ein akusto-optischer Modulator derart angesteuert, dass die Vorderseite des Zwischenpulses (kleine t- Werte) Verluste erfährt, die mit zunehmenden t- Werten abnehmen. Auf diese Weise kann die Verstärkung derart ausgebildet werden, dass die Verstärkung quasi mit einem Amplitudenverlauf erfolgt, der dem„idealen" Amplitudenverlauf 73 (ähnlich Fig. 2) angenähert ist. Similar to FIG. 5, FIG. 9 shows an amplifier chain 20 'which has a cascade of amplifier stages 61. The coupled seed pulses of a laser, for example a seed laser diode 63, are amplified sequentially in the amplifier stages 61 to form intermediate pulses assigned to the amplifier stages 61. Amplifier chain 20A outputs correspondingly amplified output pulses, each based on a coupled seed pulse amplified and amplitude modulated as discussed below. Between successive amplifier stages 61, pulse shaping devices 60 for changing the amplitude of an associated intermediate pulse may be provided. For example, the pulse-shaping device 60 is a unit for changing the amplitude, ie the amplitude curve during the pulse duration of the intermediate pulse. It is designed, for example, as an optical modulator, for example as an acousto-optical modulator or electro-optical modulator, which is designed to decouple energy during the pulse duration of the intermediate pulse, so that the pulse shape changes, in particular the amplitude in the corresponding temporal range / Segment reduced. FIG. 10 illustrates the concept of truncating the amplitude of intermediate pulses having an amplitude characteristic 71. For example, an acousto-optic modulator is controlled in such a way that the front side of the intermediate pulse (small t values) experiences losses which decrease with increasing t values. In this way, the amplification can be formed in such a way that the amplification takes place, as it were, with an amplitude characteristic which approximates the "ideal" amplitude characteristic 73 (similar to FIG. 2).
Die Zwischenpulse können ferner (wie vorausgehend erläutert) vor oder nach der pulsformenden Vorrichtung 60 mit weiteren Teilpulsen ergänzt werden, um den gewünschten Dynamikumfang zu erreichen. Entsprechend gehen dann verstärkte Ausgangspulse, allgemein deren elektromagnetische Strah- lung jeweils auf mehrere eingekoppelte Seed- Pulse zurück und somit basiert jeder der Ausgangspulse auf der Verstärkung mehrerer Seed-Pulse. Überdies kann die pulsformende Vorrichtung 61 z.B. zur ASE-Unterdrückung eingesetzt werden. The intermediate pulses may further be supplemented (as explained above) with further partial pulses before or after the pulse-shaping device 60 in order to achieve the desired dynamic range. Correspondingly, amplified output pulses, generally their electromagnetic radiation, are each attributed to several coupled seed pulses, and thus each of the output pulses is based on the amplification of several seed pulses. Moreover, the pulse shaping device 61 may be e.g. used for ASE suppression.
Auf diese Weise können Pulsdeformationen beispielsweise aufgrund der Sättigung der Verstärkung vor oder zwischen den Faserverstärkerstufen 61 korrigiert werden. In this way, pulse deformations may be corrected, for example, due to the saturation of the gain before or between the fiber amplifier stages 61.
Zurückblickend auf Fig. 1 ist erkennbar, dass der darin dargestellte Aufbau schematisch das gewichtete Kombinieren von (Teil)-Pulsen der Seed-Quellen 3A, 3B zeigt. Ferner umfasst der Aufbau ein Einkoppem weiterer Teilpulse der Seed-Quelle 3C vor der Verstärkerstufe 5B sowie eine beispielswei- se Amplitudenanpassung vor den Verstärkerstufen 5B und 5C. Looking back to FIG. 1, it can be seen that the structure illustrated therein schematically shows the weighted combining of (sub) pulses of the seed sources 3A, 3B. Furthermore, the structure comprises a coupling in of further partial pulses of the seed source 3C in front of the amplifier stage 5B as well as an example of an amplitude adaptation before the amplifier stages 5B and 5C.
Mit Blick auf die vielfältigen, hierin offenbarten Konzepte kann z.B. ein Faser-Seed-Laser eingesetzt werden, dessen (evtl. gestreckten) Seed-Pulse aufgeteilt und zumindest einseitig auf eine Verzögerungseinheit gegeben werden, die die aufgeteilten Seed-Pulse zueinander verzögert. Die aufgeteilten und eventuell verzögerten Seed-Pulse können gegebenenfalls zusätzlich oder alternativ mit einem Modulator im jeweiligen Zweig in ihrer Energie moduliert und nachfolgend wieder zusammen geführt werden. Zusätzlich kann ein Modulator für das Zusammenführen vorgesehen werden, um den entspre- chend zusammengesetzten Puls zu beschneiden. Danach kann eine Reihe von weiteren Verstärkern, die z.B. Faser-, Stab-, Slab-, Scheiben-basiert sein können, eine Verstärkerkette ausbilden. Zwischen diesen Verstärkern kann eine ergänzende Pulsformung wie in den Beispielen der Faserverstärkerketten gezeigt wurde, vorgenommen werden. In view of the many concepts disclosed herein, for example, a fiber-seed laser may be used whose (possibly stretched) seed pulses are split and given at least one side to a delay unit which delays the split seed pulses. The divided and possibly delayed seed pulses may optionally additionally or alternatively be modulated with a modulator in the respective branch in their energy and subsequently recombined. In addition, a modulator for merging may be provided to to cut down the composite pulse. Thereafter, a number of other amplifiers, which may be fiber, rod, slab, disc-based, for example, form an amplifier chain. Between these amplifiers a supplementary pulse shaping as shown in the examples of fiber amplifier chains can be made.
Hinsichtlich des eingangs angesprochenen Seed-Quelle eines UKP-Lasers kann die Seed-Pulsfolge eine Einhüllende aufweisen, deren Amplitudenverlauf entsprechend mit den hierin offenbarten Konzepten eingestellt werden kann. Ferner können UKP-Seed-Pulse näher zusammenliegen als der Seed- Takt es vorgibt. Dies ist bei der Festlegung der Zielpulsform und der entsprechenden Ansteuerung der Seed-Dioden und/oder Modulator(en) von der Ansteuerungseinheit 1 1 beispielsweise für eine Reduzierung der Repetitionsrate zu berücksichtigen. With regard to the initially mentioned seed source of a UKP laser, the seed pulse sequence can have an envelope whose amplitude profile can be adjusted in accordance with the concepts disclosed herein. Further, UKP seed pulses may be closer together than the seed clock dictates. This must be taken into account in the determination of the target pulse shape and the corresponding control of the seed diodes and / or modulator (s) of the drive unit 1 1, for example for a reduction of the repetition rate.
Die hierin offenbarten Konzepte erlauben es ferner, den aus der (z.B. Faser-basierten) Verstärkerkette kommende Ausgangspuls (z.B. mit Leistungen im W-Bereich) als Eingangspuls für einen z.B. Schei- benlasermultipassverstärkersystem mit einer oder mehreren (Scheibenlaser-) Verstärkerstufen einzusetzen. Der letztendlich von der Laseranordnung zur Verfügung gestellte Laserstrahl hoher Leistung (z.B. im kW-Bereich) wird dann der jeweiligen Anwendung, beispielsweise einer Laserbearbeitungsanwendung, zugeführt. Bei manchen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, den Laserstrahl mit hoher Leistung, beispielsweise an einem zu bearbeitenden Werkstück, schnell in der Leistung zu modulieren, insbesondere auch die Bestrahlung zu unterbrechen. Hierzu können externe, der den Laserstrahl erzeugende Laseranordnung nachgeordnete, Modulatoren etc. eingesetzt werden. Diese erlauben es, die Laseranordnung in einem festgelegten (dem„optimalen") Arbeitspunkt und damit bei konstanten und bekannten Strahlparame- tern zu betreiben. Jedoch sind derartige Modulatoren kostenintensiv und z.T. komplex in der Umsetzung, da sie und evtl. nachfolgende Aufbauten die z.T. sehr hohe ausgekoppelte Leistung handhaben (abführen) können müssen. The concepts disclosed herein further allow the output pulse (e.g., with powers in the W range) coming from the (e.g., fiber-based) amplifier chain to be used as an input pulse for e.g. Slice laser mass amplifier system with one or more (disk laser) amplifier stages to use. The high power laser beam (e.g., in the kW range) ultimately provided by the laser assembly is then applied to the particular application, for example, a laser processing application. In some applications, it may be advantageous to modulate the laser beam with high power, for example on a workpiece to be machined, quickly in the performance, in particular to interrupt the irradiation. For this purpose, external, the laser beam generating laser assembly downstream, modulators, etc. can be used. These allow the laser arrangement to be operated at a fixed (the "optimal") operating point and thus at constant and known beam parameters, however, such modulators are cost-intensive and in some cases complex to implement, since they and possibly subsequent structures are sometimes very handle (dissipate) high decoupled power.
In einigen Ausführungsformen kann ein externer Modulator vor der Laserbearbeitung vorgesehen wer- den, um die Ausgangsleistung an Bearbeitungsverläufe anzupassen. So kann beispielsweise nach einem (z.B. kristallbasierten) Endverstärker der Ausgangspuls durch einen externen Modulator in seiner Intensität beschnitten werden, ohne dass dabei nennenswert eine Änderung der Pulsform (eines Ein- zelpulses oder einer Pulseinhüllenden bei Burst-Pulsfolgen) vorgenommen wird. Dies kann z.B. gewünscht werden, wenn man bei der Materialbearbeitung um eine Kurve fährt, z.B. eine Kurve schnei- det, um z.B. die eingebrachte Energie konstant zu lassen. Unter Verwendung der hierin offenbarten Konzepte kann alternativ oder ergänzend zu einem externen Modulator die Leistung der Eingangspulse für einen einer Verstärkungskette nachfolgenden Hauptverstärker, z.B. für den Scheibenmultipassverstärker, variiert werden. D.h., es werden z.B. die Ausgangspulse der Verstärkerkette 5 in Fig. 1, beispielsweise die aus der Verstärkungskette extrahierte Spitzen- pulsleistung oder die Repetitionsrate, angepasst. Nachfolgend wird das Vorgehen unter Nutzung hochdynamischen Seedens beispielhaft für den Scheibenmultipassverstärker als Hauptverstärker erläutert. Das Vorgehen lässt sich aber auf unterschiedlichste Hauptverstärker- Systeme und Verstärkerketten übertragen. Wie erwähnt, können auch andere Verstärkersysteme mit einem aktiven Medium wie einem Slab oder einer Rod-typ Faser hinsichtlich der hierin offenbarten Konzepte verwendet werden. In some embodiments, an external modulator may be provided prior to laser processing to adjust the output power to processing histories. Thus, for example, according to a (eg crystal-based) power amplifier, the output pulse can be cropped by an external modulator without significantly changing the pulse shape (a single pulse or a pulse envelope in burst pulse sequences). This can be desired, for example, when driving around a bend in material processing, for example, cutting a curve to keep the introduced energy constant, for example. Using the concepts disclosed herein, alternatively or in addition to an external modulator, the power of the input pulses may be varied for a main amplifier following a gain chain, eg for the disk multiplex amplifier. That is, for example, the output pulses of the amplifier chain 5 in FIG. 1, for example the peak pulse power extracted from the amplification chain or the repetition rate, are adapted. The procedure using highly dynamic seedling will be explained below as an example for the disk multiplex amplifier as the main amplifier. However, the procedure can be transferred to a wide variety of main amplifier systems and amplifier chains. As noted, other active medium amplifier systems such as a slab or a rod-type fiber can also be used with respect to the concepts disclosed herein.
Nach einer Änderung der eingekoppelten Ausgangspulse der Verstärkerkette 5 ändert sich auch die Leistungsextraktion aus der Laserscheibe des Scheibenmultipassverstärkers. Dies kann schon nach kurzer Zeit (typischerweise im Bereich von Mikrosekunden) zu einer Änderung der Verstärkung im Hauptverstärker, zu einer Änderung des Gewinns aus der Laserscheibe sowie zu einer Änderung (typi- scherweise im Bereich von Millisekunden) von thermischen Belastungen z.B. der Laserscheibe führen. After a change in the coupled-in output pulses of the amplifier chain 5, the power extraction from the laser disk of the disk multiplex amplifier also changes. This can result in a change in gain in the main amplifier, a change in the gain from the laser disk, and a change (typically in the millisecond range) in thermal stresses, e.g., after a short time (typically in the range of microseconds). lead the laser disc.
Um diese beiden Aspekte auszugleichen, kann bei einer Modulation der zugeführten Pulsleistung die Pumpleistung für den Scheibenmultipassverstärker derart geändert werden, dass die dissipierte Leistung und damit die thermische Linse, welche in der Laserscheibe entsteht, in erster Näherung konstant bleibt. To compensate for these two aspects, the pump power for the disk multiplex amplifier can be changed in a modulation of the supplied pulse power such that the dissipated power and thus the thermal lens, which arises in the laser disk, remains constant to a first approximation.
Ferner kann die Änderung im Gewinn des Scheibenmultipassverstärkers über eine dynamische Änderung der Eingangspulsleistung kompensiert werden oder die Änderung kann über einen Effekt, der die maximale Verstärkung limitiert (z.B. quer-ASE, Hilfsresonator oder gesteuerte Pumpleistung im Hauptverstärker), begrenzt werden. Further, the change in the gain of the disk multiplex amplifier may be compensated via a dynamic change in the input pulse power, or the change may be limited by an effect limiting the maximum gain (e.g., cross-ASE, auxiliary resonator or controlled pump power in the main amplifier).
Die Änderung der Pumpleistung im Hauptverstärker kann z.B. entweder gesteuert oder geregelt erfolgen. Für letzteren Fall kann eine Messung der Scheibenbrechkraft oder eines anderen, die thermische Linse beschreibenden Parameters (z.B. Scheibentemperatur) erfolgen. Z.B. können die Strahlparameter des Laserstrahls oder eines Hilfslaserstrahls, der kollinear zum Laserstrahl propagiert, vermessen und als Regelsignal dienen. Eine geeignete Modellbildung kann dabei eingesetzt werden, denn z.B. kann je nach Laserkonfiguration die Wärmeerzeugung bei reduzierter Eingangspulsleistung und konstanter Pumpleistung steigen oder fallen. Ein Nachteil bei der zuvor beschriebenen Vorgehensweise ist, dass die Laserverstärkung, insbesondere der Lasergewinn über die Pulsdauer, nicht konstant gehalten werden kann, so dass es bei einer Änderung der Eingangspulsleistung zu entsprechenden Pulsüberhöhungen kommen kann. Derartige Puls- Überhöhungen können beispielsweise über eine geeignete Anpassung der Eingangspulsenergie, und insbesondere über eine Anpassung des Amplitudenverlaufs der eingekoppelten Ausgangspulse mithilfe der hierin offenbarten Konzepte des dynamischen Seedens, unterdrückt werden. The change in the pump power in the main amplifier can be done either controlled or regulated, for example. For the latter case, a measurement of the disk power or another, the thermal lens descriptive parameter (eg disk temperature) can be done. For example, the beam parameters of the laser beam or of an auxiliary laser beam, which propagates collinearly to the laser beam, can be measured and used as a control signal. A suitable model can be used, because, for example, depending on the laser configuration, heat generation can increase or decrease with reduced input pulse power and constant pump power. A disadvantage of the procedure described above is that the laser gain, in particular the laser gain over the pulse duration, can not be kept constant, so that when the input pulse power changes, corresponding pulse peaks can occur. Such pulse Elevations may be suppressed, for example, by suitably adjusting the input pulse energy, and in particular by adjusting the amplitude response of the injected output pulses using the concepts of dynamic seed disclosed herein.
Ein beispielhafter Ablauf kann zusammenfassend die folgenden Schritte aufweisen: An example flow may summarize the following steps:
(1) Die Ausgangsleistung der Laseranordnung wird über die Eingangspulserzeugung des Scheiben- multipassverstärkers nach unten moduliert, beispielsweise um die halbe Ausgangsleistung zu erhalten. (1) The output power of the laser array is modulated down by the input pulse generation of the disk multipass amplifier, for example, to obtain half the output power.
(2) Die Sättigung des Scheibenmultipassverstärkers ändert sich und die Scheibe wird z.B. wärmer, da das Inversionsniveau steigt. Gleichzeit steigt die Verstärkung des Scheibenmultipassverstärkers. (2) The saturation of the disk multiplex amplifier changes and the disk is e.g. warmer as the inversion level increases. At the same time, the gain of the disk multiplex amplifier increases.
(3) Die Pumpleistung wird reduziert, so dass die Verstärkung zurückgeht. (3) The pump power is reduced so that the gain decreases.
(4) Die Eingangspulsenergie muss wieder etwas angehoben werden, um eine konstante Ausgangsenergie nach dem Scheibenmultipassverstärker beizubehalten. (4) The input pulse power must be raised again slightly to maintain a constant output power after the disc multiplex amplifier.
(5) Es ergibt sich eine bessere Sättigung und die Laserscheibe wird kälter. Entsprechend wird die Pumpleistung für den Scheibenmultipassverstärker erhöht, die Eingangspulsenergie ist wieder zu reduzieren und so fort. (5) There is better saturation and the laser disc gets colder. Accordingly, the pump power for the disk multiplex amplifier is increased, the input power is to be reduced again and so forth.
Immer wenn im Rahmen eines vorgenommenen Schrittes Pulsüberhöhungen zu erwarten sind, kann der Amplitudenverlauf der in den Hauptverstärker eingekoppelten Ausgangspulse der Verstärkungskette entsprechend angepasst werden. Zusätzlich kann sich auch die Strahlkaustik durch die Modulation ändern, so dass auch die Ausgangsstrahlgröße eventuell anzupassen ist, wobei den Veränderungen unterschiedliche Zeitskalen zugrunde liegen können. Es ist dabei zu erkennen, dass die Amplitudenanpassung an den jeweiligen Zielamplitudenverlauf im Allgemeinen ein komplexer regelungstechnischer Vorgang ist, der z.B. über ein geeignetes Modell parametrisiert werden kann. Whenever pulse peaks are to be expected within the scope of a step taken, the amplitude characteristic of the output pulses of the amplification chain coupled into the main amplifier can be adapted accordingly. In addition, the beam caustics may change due to the modulation, so that the output beam size may also have to be adapted, whereby the changes may be based on different time scales. It will be appreciated that the amplitude adjustment to the respective target amplitude curve is generally a complex control process, e.g. can be parameterized via a suitable model.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe. It is explicitly pointed out that all features disclosed in the description and / or the claims are considered separate and independent of each other for the purpose of original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention independently of the feature combinations in the embodiments and / or the claims should. It is explicitly stated that all range indications or indications of groups of units of every possible intermediate value or subgroup of units for the purpose of the original disclosure as well for the purpose of limiting the claimed invention, in particular also as a limit of a range indication.

Claims

Patentansprüche claims
1. Laserverstärkersystem ( 1 ) mit 1. laser amplifier system (1) with
einer Seed-Laserpulsquelleneinheit (3) zum Bereitstellen von mindestens zwei Seed- Pulsfolgen für eine nachfolgende Verstärkung, wobei Seed-Pulse (3') der mindestens zwei Seed- Pulsfolgen eine jeweilige Seed-Pulsdauer (T, TA, TB) und eine innerhalb eines Bereichs während der jeweiligen Seed-Pulsdauer (T, TA, TB) variierende und in ihrem Verlauf einstellbare Seed-Amplitude (A) aufweisen, und  a seed laser pulse source unit (3) for providing at least two seed pulse sequences for subsequent amplification, wherein seed pulses (3 ') of the at least two seed pulse trains have a respective seed pulse duration (T, TA, TB) and one within one Range during the respective seed pulse duration (T, TA, TB) varying and adjustable in their seed amplitude (A), and
mindestens einer Verstärkerstufe (5A, 5B, 5C) zur Verstärkung der mindestens zwei Seed- Pulsfolgen und zur Ausgabe einer Ausgangspulsfolge mit Ausgangspulsen (5'), die eine Ausgangspulsdauer aufweisen,  at least one amplifier stage (5A, 5B, 5C) for amplifying the at least two seed pulse sequences and for outputting an output pulse train with output pulses (5 ') having an output pulse duration,
wobei die mindestens zwei Seed-Pulsfolgen derart in die Verstärkerstufe (5A, 5B, 5C) eingekoppelt werden, dass ein Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses (5') der Ausgangspulsfolge auf Beiträge von mindestens zwei Seed-Pulsen (3'), die jeweils einer der mindestens zwei Seed- Pulsfolgen zugeordnet sind, zurückgeht.  wherein the at least two seed pulse trains are coupled into the amplifier stage (5A, 5B, 5C) such that an amplitude characteristic of an output pulse (5 ') of the output pulse train is based on contributions from at least two seed pulses (3'), each one of the at least two seed pulse sequences are assigned, goes back.
2. Laserverstärkersystem (1) nach Anspruch 1, wobei 2. laser amplifier system (1) according to claim 1, wherein
das Laserverstärkersystem (1), und insbesondere die Ansteuerung der Seed- Laserpulsquelleneinheit (3), derart ausgebildet ist, dass die mindestens zwei Seed-Pulse (3'), die zu dem Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses (5') beitragen, zeitlich zueinander beabstandet sind, zeitlich aneinander anschließen oder zeitlich überlappen, und  the laser amplifier system (1), and in particular the control of the seed laser pulse source unit (3), is designed such that the at least two seed pulses (3 '), which contribute to the amplitude characteristic of an output pulse (5'), are temporally spaced from each other , temporally adjoin or temporally overlap, and
wobei optional die mindestens zwei Seed-Pulse (3') mit einem Zeitversatz, der kleiner ist als die Seed-Pulsdauer (T), voneinander beabstandet sind.  Optionally, the at least two seed pulses (3 ') are spaced apart with a time offset less than the seed pulse duration (T).
3. Laserverstärkersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit 3. laser amplifier system (1) according to claim 1 or 2, further comprising
einer optischen Verzögerungseinheit (57) zum Erzeugen eines Laserpuls-Zeitversatzes zwischen den mindestens zwei Seed-Pulsen (3'), die zu dem Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses (5') beitragen.  an optical delay unit (57) for generating a laser pulse time offset between the at least two seed pulses (3 ') which contribute to the amplitude characteristic of an output pulse (5').
4. Laserverstärkersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 4. laser amplifier system (1) according to one of the preceding claims, wherein
die Verstärkerstufe (5A, 5B, 5C) eine Faser-, Stab-, Slab-, und/oder Scheibenlaserverstärker- stufe ist.  the amplifier stage (5A, 5B, 5C) is a fiber, rod, slab, and / or disk laser amplifier stage.
5. Laserverstärkersystem (1) mit 5. laser amplifier system (1) with
einer Seed-Laserpulsquelleneinheit (3) zum Bereitstellen von mindestens zwei Seed- Pulsfolgen für eine nachfolgende Verstärkung, wobei Seed-Pulse (3') der mindestens zwei Seed- Pulsfolgen eine jeweilige Seed-Pulsdauer (T, TA, TB) und eine innerhalb eines Bereichs während der jeweiligen Seed-Pulsdauer (T, TA, TB) variierende und in ihrem Verlauf einstellbare Seed-Amplitude (A) aufweisen, und a seed laser pulse source unit (3) for providing at least two seed pulse sequences for subsequent amplification, wherein seed pulses (3 ') of the at least two seed pulse trains have a respective seed pulse duration (T, TA, TB) and one within one Area during the have respective seed pulse duration (T, TA, TB) varying and adjustable in their course seed amplitude (A), and
einer Verstärkungskette (5), die eine Sequenz von mindestens zwei optisch in Reihe gekoppelten Verstärkerstufen (5A, 5B, 5C) umfasst, wobei die Verstärkung in den Verstärkerstufen (5A, 5B, 5C) sequentiell unter Ausbildung von den Verstärkerstufen (5A, 5B, 5C) zugeordneten Zwischenpulsen (3") erfolgt und die Verstärkungskette (5) eine Ausgangspulsfolge mit eine Ausgangspulsdauer aufweisenden Ausgangspulsen (5') ausgibt,  a gain chain (5) comprising a sequence of at least two gain stages (5A, 5B, 5C) coupled in series, the gain in the gain stages (5A, 5B, 5C) being sequentially formed by the gain stages (5A, 5B, 5C) and the amplification chain (5) outputs an output pulse train with output pulses (5 ') having an output pulse duration,
wobei ein Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses (5') der Ausgangspulsfolge auf Beiträge von mindestens zwei Seed-Pulsen (3'), die jeweils einer der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen zuge- ordnet sind, zurückgeht.  wherein an amplitude curve of an output pulse (5 ') of the output pulse train is based on contributions from at least two seed pulses (3'), which are each assigned to one of the at least two seed pulse sequences.
6. Laserverstärkersystem (1) nach Anspruch 5, ferner mit 6. laser amplifier system (1) according to claim 5, further comprising
einer optischen Verzögerungseinheit zum Erzeugen eines Laserpuls-Zeitversatzes zwischen einem Seed-Puls einer der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen und einem Zwischenpuls (3") und/oder einer optischen Verzögerungseinheit (57) zum Erzeugen eines Laserpuls-Zeitversatzes zwischen Seed-Pulsen unterschiedlicher der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen.  an optical delay unit for generating a laser pulse time offset between a seed pulse of one of the at least two seed pulse sequences and an intermediate pulse (3 ") and / or an optical delay unit (57) for generating a laser pulse time offset between seed pulses of different ones of the at least two seed pulse sequences.
7. Laserverstärkersystem (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei 7. laser amplifier system (1) according to claim 5 or 6, wherein
das Laserverstärkersystem (1), und insbesondere die Ansteuerung der Seed- Laserpulsquelleneinheit (3), derart ausgebildet ist, dass die mindestens zwei Seed-Pulse (3'), die zu dem Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses (5') beitragen, zeitlich voneinander beabstandet sind, zeitlich aneinander anschließen oder zeitlich überlappen, und wobei optional Seed-Pulse mit einem Zeitversatz, der kleiner ist als die Seed-Pulsdauer (T), voneinander beabstandet sind, und/oder  the laser amplifier system (1), and in particular the control of the seed laser pulse source unit (3), is designed such that the at least two seed pulses (3 '), which contribute to the amplitude characteristic of an output pulse (5'), are temporally spaced from each other , temporally adjoin or temporally overlapping, and wherein optional seed pulses having a time offset smaller than the seed pulse duration (T) are spaced apart, and / or
wobei das Laserverstärkersystem (1), und insbesondere die Ansteuerung der Seed- Laserpulsquelleneinheit (3), derart ausgebildet ist, dass mindestens ein Seed-Pulse (3'), der zu dem Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses (5') beiträgt, bezüglich eines Zwischenpulses zeitlich beabstandet ist, zeitlich an diesen anschließt oder zeitlich mit diesem überlappt, und wobei optional der mindestens eine Seed-Pulse mit einem Zeitversatz, der kleiner ist als die Seed-Pulsdauer (T), vom Zwischenpuls beabstandet ist.  wherein the laser amplifier system (1), and in particular the control of the seed laser pulse source unit (3), is designed such that at least one seed pulse (3 '), which contributes to the amplitude characteristic of an output pulse (5'), with respect to an intermediate pulse in time is spaced, temporally adjacent thereto, or temporally overlapping therewith, and optionally wherein the at least one seed pulse having a time offset smaller than the seed pulse duration (T) is spaced from the intermediate pulse.
8. Laserverstärkersystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei 8. laser amplifier system (1) according to one of claims 5 to 7, wherein
ein zeitliches Segment der Ausgangspulse (5') auf mindestens eine Seed-Laserpulsquelle zurückgeht, deren Seed-Pulse alle Verstärkerstufen (5A, 5B, 5C) der Verstärkungskette (5) durchlaufen, und/oder  a temporal segment of the output pulses (5 ') originates from at least one seed laser pulse source whose seed pulses pass through all amplifier stages (5A, 5B, 5C) of the amplification chain (5), and / or
wobei die Verstärkungskette (5) eine Faser-, Stab-, Slab-, und/oder Scheibenlaserverstärkerstu- fe umfasst. wherein the amplification chain (5) comprises a fiber, rod, slab, and / or disk laser amplifier stage.
9. Laserverstärkersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zu dem Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses (5') beitragenden Seed-Pulse einer der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen zu verstärkende Teilpulse einer Teil-Seed-Pulsfolge (23Α', 23B'; 53A', 53B') darstellen, deren Teilpulsdauer (TA, TB) kürzer als die Ausgangspulsdauer der Ausgangspulse (5') ist. 9. laser amplifier system (1) according to any one of the preceding claims, wherein the to the amplitude characteristic of an output pulse (5 ') contributing seed pulses one of the at least two seed pulse sequences to be amplified sub-pulses of a sub-seed pulse train (23Α', 23B '; 53A ', 53B') whose partial pulse duration (TA, TB) is shorter than the output pulse duration of the output pulses (5 ').
10. Laserverstärkersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit 10. laser amplifier system (1) according to any one of the preceding claims, further comprising
mindestens einer Aufteileinheit (51) zur Aufteilung eines Seed-Laserpulses eine Laserpulsquelle in zwei oder mehr Pulse und/oder  at least one distribution unit (51) for dividing a seed laser pulse, a laser pulse source in two or more pulses and / or
mindestens einer Abschwächeinheit (4) zum Reduzieren der Amplitude von Laserpulsen, Teilpulsen und/oder Zwischenpulsen und/oder  at least one attenuation unit (4) for reducing the amplitude of laser pulses, partial pulses and / or intermediate pulses and / or
mindestens einer pulsformenden Vorrichtung (15, 60) zur Änderung der Amplitude (A) eines der Seed-Pulse, wobei die pulsformende Vorrichtung (15, 60) als akusto-optischer Modulator oder elektro-optischer Modulator für eine Beschneidung der Amplitude (A) mindestens eines der Seed- Pulse in mindestens einem zeitlichen Teilbereich ausgebildet ist, und/oder  at least one pulse-shaping device (15, 60) for changing the amplitude (A) of one of the seed pulses, wherein the pulse-shaping device (15, 60) as acousto-optical modulator or electro-optical modulator for a truncation of the amplitude (A) at least one of the seed pulses is formed in at least one temporal subarea, and / or
mindestens einer Kombiniereinheit (9A), wie einem X:(100-X)-Faserkombinierer, zum Kombinieren  at least one combiner unit (9A), such as an X: (100-X) fiber combiner, for combining
von Seed-Pulsen mindestens zweier Laserpulsquellen miteinander oder  seed pulses of at least two laser pulse sources with each other or
von Seed-Pulsen mindestens einer Laserpulsquelle mit Zwischenpulsen (5') oder  of seed pulses of at least one laser pulse source with intermediate pulses (5 ') or
von Zwischenpulsen (5') mit Zwischenpulsen (5').  of intermediate pulses (5 ') with intermediate pulses (5').
1 1. Laserverstärkersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 1 1. Laser amplifier system (1) according to one of the preceding claims, wherein
die Seed-Laserpulsquelleneinheit (3) mindestens eine Laserpulsquelle in Form einer einstellbar bestrombaren Laserdiode (23A), und optional für jede der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen eine eigene Laserpulsquelle, aufweist.  the seed laser pulse source unit (3) has at least one laser pulse source in the form of an adjustable energizable laser diode (23A), and optionally for each of the at least two seed pulse sequences its own laser pulse source.
12. Laserverstärkersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 12. laser amplifier system (1) according to one of the preceding claims, wherein
die Seed-Laserpulsquelleneinheit (3) zwei Laserpulsquellen umfasst, wobei die Pulse der ersten Laserpulsquelle, insbesondere über eine Abschwächeinheit oder einen Verstärker, mit den Pulsen der zweiten Laserpulsquelle in einer Kombiniereinheit (9A) eine Zwischenpulsfolge erzeugen.  the seed laser pulse source unit (3) comprises two laser pulse sources, wherein the pulses of the first laser pulse source, in particular via an attenuation unit or an amplifier, generate an intermediate pulse train with the pulses of the second laser pulse source in a combination unit (9A).
13. Laserverstärkersystem (1) nach Anspruch 12, ferner mit 13. laser amplifier system (1) according to claim 12, further comprising
mindestens einer pulsformenden Vorrichtung (15, 60) zur Änderung der Amplitude (A) eines der Zwischenpulse (3"), wobei  at least one pulse-shaping device (15, 60) for changing the amplitude (A) of one of the intermediate pulses (3 "), wherein
die pulsformende Vorrichtung (15, 60) als akusto-optischer Modulator oder elektro-optischer Modulator für eine Beschneidung der Amplitude (A) mindestens eines der zugehörigen Zwischenpulse (3") in mindestens einem zeitlichen Teilbereich ausgebildet ist und optional zwischen zwei benachbarten Verstärkerstufen (5A, 5B, 5C) angeordnet ist. the pulse-shaping device (15, 60) as an acousto-optical modulator or electro-optical modulator for a truncation of the amplitude (A) of at least one of the associated intermediate pulses (3 ") is formed in at least a temporal portion and optionally between two adjacent amplifier stages (5A, 5B, 5C) is arranged.
14. Laserverstärkersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit 14. Laser amplifier system (1) according to one of the preceding claims, further with
einer Ansteuerungseinheit (1 1), die zum Einstellen der Seed-Pulsform, insbesondere zum An- steuern einer Seed-Quelle, einer Kombiniereinheit (9A) und/oder einer pulsformenden Vorrichtung (15, 60), ausgebildet ist, wobei  a control unit (1 1), which is designed for setting the seed pulse shape, in particular for driving a seed source, a combination unit (9A) and / or a pulse-shaping device (15, 60), wherein
die Ansteuerungseinheit (1 1) optional dazu ausgebildet ist, den Seed-Pulsverlauf aus einem Zielpulsverlauf, insbesondere einem Ziel- Amplitudenverlauf eines der Ausgangspulse (5'), abzuleiten und die Seed-Pulsform, insbesondere die Beiträge von den mindestens zwei Seed-Pulsen (3') und/oder die Beschneidung der Amplitude (A) mindestens eines der zugehörigen Zwischenpulse (3"), entsprechend einzustellen.  the control unit (1 1) is optionally designed to derive the seed pulse profile from a target pulse profile, in particular a target amplitude characteristic of one of the output pulses (5 '), and the seed pulse form, in particular the contributions from the at least two seed pulses ( 3 ') and / or the circumcision of the amplitude (A) of at least one of the associated intermediate pulses (3 "), adjust accordingly.
15. Laserverstärkersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit 15. Laser amplifier system (1) according to one of the preceding claims, further with
mindestens einer pulsformenden Vorrichtung im Anschluss an die Verstärkung zur Änderung der Amplitude der Ausgangspulse (5') der Ausgangspulsfolge, wobei  at least one pulse-shaping device following the amplification for changing the amplitude of the output pulses (5 ') of the output pulse train, wherein
die pulsformende Vorrichtung als akusto-optischer Modulator oder elektro-optischer Modulator für eine Beschneidung der Amplitude der Ausgangspulse (5') der Ausgangspulsfolge ausgebildet ist und insbesondere nach einem kristallbasierten Endverstärker zur Intensitätsreduzierung der Puls ohne nennenswerte Änderung der Pulsform ausgebildet ist, wobei  the pulse-shaping device is designed as an acousto-optical modulator or electro-optical modulator for a truncation of the amplitude of the output pulses (5 ') of the output pulse train and in particular after a crystal-based power amplifier to reduce the intensity of the pulse is formed without significant change in the pulse shape, said
die Ansteuerungseinheit (1 1) optional dazu ausgebildet ist, die pulsformende Vorrichtung bei der Materialbearbeitung, insbesondere bei der Strahlführung um eine gekrümmte Bahn, zur Reduzierung der Ausgangspulse in der Intensität anzusteuern.  the control unit (1 1) is optionally designed to control the intensity of the pulse-shaping device during material processing, in particular in the case of beam guidance around a curved path, in order to reduce the output pulses.
16. Verfahren zum Erzeugen einer Folge von verstärkten Ausgangspulsen (5') mit 16. A method for generating a sequence of amplified output pulses (5 ') with
Bereitstellen von mindestens zwei Seed-Pulsfolgen (23Α', 23Β'; 53A', 53B') für eine nachfolgende Verstärkung, wobei Seed-Pulse (3') der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen (23Α', 23B'; 53A', 53B') jeweils eine Seed-Pulsdauer (T, TA, TB) und eine innerhalb eines Bereichs während der Seed- Pulsdauer (T, TA, TB) variierende und in ihrem Verlauf einstellbare Seed-Amplitude (A) aufweisen, und  Providing at least two seed pulse sequences (23Α ', 23Β', 53A ', 53B') for a subsequent amplification, wherein seed pulses (3 ') of the at least two seed pulse trains (23Α', 23B ', 53A', 53B ') each have a seed pulse duration (T, TA, TB) and within a range during the seed pulse duration (T, TA, TB) varying and adjustable in their course seed amplitude (A), and
Verstärken der Seed-Pulse (3') in einer Verstärkerstufe (5A, 5B, 5C), so dass sich eine Ausgangspulsfolge mit eine Ausgangspulsdauer aufweisenden Ausgangspulsen (5') ergibt,  Amplifying the seed pulses (3 ') in an amplifier stage (5A, 5B, 5C) such that an output pulse train results with output pulses (5') having an output pulse duration,
wobei die mindestens zwei Seed-Pulsfolgen derart in die Verstärkerstufe (5A, 5B, 5C) eingekoppelt werden, dass ein Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses (5') der Ausgangspulsfolge auf Beiträge von mindestens zwei Seed-Pulsen (3'), die jeweils einer der mindestens zwei Seed- Pulsfolgen zugeordnet sind, zurückgeht.  wherein the at least two seed pulse trains are coupled into the amplifier stage (5A, 5B, 5C) such that an amplitude characteristic of an output pulse (5 ') of the output pulse train is based on contributions from at least two seed pulses (3'), each one of the at least two seed pulse sequences are assigned, goes back.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Amplitudenverlauf eines der Ausgangspulse (5') ferner auf eine Beschneidung der Amplitude (A) mindestens eines Seed-Pulses (3') zurückgeht und/oder 17. The method of claim 16, wherein an amplitude characteristic of one of the output pulses (5 ') also goes back to a truncation of the amplitude (A) of at least one seed pulse (3') and / or
wobei die Amplitudenverläufe der Seed-Pulse (3') derart aufeinander angepasst werden, dass ein Dynamikumfang nach der Verstärkung zur Verfügung steht der größer ist als der Dynamikumfang eines einzelnen Seed-Pulses (3').  wherein the amplitude curves of the seed pulses (3 ') are adapted to each other such that a dynamic range after amplification is available which is greater than the dynamic range of a single seed pulse (3').
18. Verfahren zum Erzeugen einer Folge von verstärkten Ausgangspulsen (5') mit 18. A method for generating a sequence of amplified output pulses (5 ') with
Bereitstellen von mindestens zwei Seed-Pulsfolgen (23Α', 23Β'; 53A', 53B') für eine nachfolgende Verstärkung, wobei Seed-Pulse (3') der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen (23Α', 23B'; 53A', 53B') jeweils eine Seed-Pulsdauer (T, TA, TB) und eine innerhalb eines Bereichs während der Seed- Pulsdauer (T, TA, TB) variierende und in ihrem Verlauf einstellbare Seed-Amplitude (A) aufweisen, und  Providing at least two seed pulse sequences (23Α ', 23Β', 53A ', 53B') for a subsequent amplification, wherein seed pulses (3 ') of the at least two seed pulse trains (23Α', 23B ', 53A', 53B ') each have a seed pulse duration (T, TA, TB) and within a range during the seed pulse duration (T, TA, TB) varying and adjustable in their course seed amplitude (A), and
Verstärken der Seed-Pulse (3') in sequentiell angeordneten Verstärkerstufen (5A, 5B, 5C) unter Ausbildung von den Verstärkerstufen (5A, 5B, 5C) zugeordneten Zwischenpulsen (3"), so dass sich eine Ausgangspulsfolge mit eine Ausgangspulsdauer aufweisenden Ausgangspulsen (5') ergibt,  Amplifying the seed pulses (3 ') in sequentially arranged amplifier stages (5A, 5B, 5C) to form intermediate pulses (3 ") associated with the amplifier stages (5A, 5B, 5C), such that an output pulse train having output pulses ( 5 '),
wobei ein Amplitudenverlauf eines Ausgangspulses (5') der Ausgangspulsfolge auf Beiträge von mindestens zwei Seed-Pulsen (3'), die jeweils einer der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen zugeordnet sind, zurückgeht.  wherein an amplitude characteristic of an output pulse (5 ') of the output pulse train is based on contributions from at least two seed pulses (3'), which are each assigned to one of the at least two seed pulse sequences.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei 19. The method according to any one of claims 16 to 18, wherein
mindestens eine Seed-Pulsfolge derart in die Verstärkerstufe (5A, 5B, 5C) eingekoppelt wird und wobei optional mindestens eine Seed-Pulsfolge derart in eine nachfolgende Verstärkerstufe (5A, 5B, 5C) eingekoppelt wird,  at least one seed pulse sequence is coupled into the amplifier stage (5A, 5B, 5C) in such a way and optionally wherein at least one seed pulse sequence is coupled into a subsequent amplifier stage (5A, 5B, 5C) in such a way,
dass sich ein zu verstärkender Zwischenpuls ausbildet, dessen Amplitudenverlauf auf Beiträge von mindestens zwei Seed-Pulsen (3'), die jeweils einer der mindestens zwei Seed-Pulsfolgen zugeordnet sind, zurückgeht.  in that an intermediate pulse to be amplified is formed whose amplitude profile goes back to contributions from at least two seed pulses (3 '), which are each assigned to one of the at least two seed pulse sequences.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei 20. The method of claim 18 or 19, wherein
ein Amplitudenverlauf eines der Ausgangspulse (5') ferner auf eine Beschneidung der Ampli- tude (A) mindestens eines Zwischenpulses zurückgeht und/oder  an amplitude characteristic of one of the output pulses (5 ') also goes back to a truncation of the amplitude (A) of at least one intermediate pulse and / or
wobei die Amplitudenverläufe der Seed-Pulse (3') und optional die Beschneidung der Amplitude (A) mindestens eines zugehörigen Zwischenpulses (3") derart aufeinander angepasst werden, dass ein Dynamikumfang nach der Verstärkung zur Verfügung steht der größer ist als der Dynamikumfang eines einzelnen Seed-Pulses (3').  wherein the amplitude curves of the seed pulses (3 ') and optionally the truncation of the amplitude (A) of at least one associated intermediate pulse (3 ") are adapted to one another such that a dynamic range after amplification is available which is greater than the dynamic range of an individual Seed pulse (3 ').
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