WO2020207676A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von laserpulsen - Google Patents

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laser
resonator
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generating
optical modulator
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Rainer Flaig
Oliver Rapp
Christian Stolzenburg
Bouzid MONTASSER
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Trumpf Laser Gmbh
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    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation

Definitions

  • the present invention relates to a method for generating laser pulses by changing the quality of a (laser) resonator, comprising: generating the laser pulses by driving an optical modulator to switch between a first operating state of the optical modulator for generating a first quality of the resonator and a second Operating state of the optical modulator for generating a second quality of the resonator that differs from the first.
  • the invention also relates to an associated device for generating
  • Laser pulses comprising: a resonator, an optical modulator arranged in the resonator, and a control device which is designed to generate a control signal to switch the optical modulator between a first operating state for generating a first quality factor of the resonator and a second operating state for generating a second to switch from the first different quality of the resonator.
  • Sequences of laser pulses with very short pulse durations, such as those used in material processing, can be used in a laser resonator
  • the degree of decoupling or the loss of the resonator is modulated by means of a Q-switch, typically between a first operating state in which the resonator is closed or almost completely closed to build up a laser pulse (i.e. typically degree of decoupling or . Loss 0% -20%) and a second
  • the loss of the resonator is a dimensionless quantity that is inversely proportional to the quality of the resonator (also known as the Q factor).
  • the loss in the first operating state of the optical modulator is high, i.e. about 40% -100% and the goodness low to one
  • the quality is high and the loss is low, i.e. typically approx. 0% -60% to build up a laser pulse and couple it out of the laser resonator.
  • the laser pulse is therefore both built up and coupled out in the second operating state.
  • Such a modulation of the decoupling degree or the quality of the resonator can for example with an acousto-optical modulator or a
  • Delay device e.g. a retardation plate, for generating a fixed phase delay in connection with an optical modulator, for example an electro-optical modulator, for generating a variable one
  • Phase delay can be realized with a polarization-selective
  • Coupling device is combined, for example, in the form of a polarizer.
  • a polarization-selective decoupling device can be dispensed with, i.e. the decoupling can e.g. by means of a partially transparent (end) mirror.
  • laser oscillators or laser resonators can fluctuate in pulsed operation (eg with Q-switching or with cavity dumping) the pulse energy and / or the mode profile.
  • the starting mode profile ie the (transverse) modes that are excited in a multimode resonator when a respective laser pulse is built up, is not specified or controlled, which is why the beam profile and the energy can fluctuate uncontrollably from laser pulse to laser pulse.
  • US Pat. No. 5,365,532 describes a device and a method for stabilizing the output amplitude of lasers during pulse generation by means of cavity dumping. There, the pulse structure or the increasing intensity of the laser radiation in the resonator is monitored by means of a detector and the
  • the temporal jitter that occurs due to the triggered coupling-out time can be reduced by other measures.
  • US Pat. No. 4,044,316 describes a stabilized Nd: YAG laser with cavity dumping, in which relaxation oscillations are suppressed.
  • Oscillation leads whose damping time is on the order of a few hundred milliseconds.
  • the optical crystal generates a power of the second harmonic which is in the order of magnitude of approximately 0.1% of the power at the fundamental frequency.
  • the invention is based on the object of methods and devices
  • This object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset, in which the optical modulator for generating a respective first laser pulse and a respective second laser pulse is used to generate a sequence of laser pulses in which first laser pulses alternate with second laser pulses that are different from the first Laser pulse alternating with the control signal
  • the laser resonator oscillates between two states, each with a stable mode profile or stable pulse energy.
  • the temporal fluctuations described above occur in particular in the range of frequencies whose period duration corresponds to the fluorescence lifetime of the respectively excited laser level (for Yb: YAG typically in the range of a few kHz).
  • Frequency ranges especially at very low frequencies of ⁇ 100 Hz or at very high frequencies of> 1 MHz, there are generally no uncontrolled fluctuations due to two different oscillating mode sets, so that targeted alternating control of the optical modulator in these
  • Typical (pulse) frequencies at which a respective (first and second) laser pulse are generated are between approx. 200 Hz and approx. 1000 kHz, preferably between approx. 1 kHz and approx. 100 kHz.
  • the first laser pulses and the second laser pulses typically differ by a different pulse energy, in particular by a different (maximum) pulse amplitude.
  • a pulse sequence can be generated in which the respective first and respectively second laser pulses have a time jitter of less than approximately 1 ns.
  • the sequence of laser pulses typically comprises a number of e.g. more than 1000 laser pulses, possibly more than approx. 100000 laser pulses, depending on the application-specific operating time, e.g.
  • Laser processing of a workpiece can be 10 seconds or more.
  • the bistable operation of the resonator makes it possible to set how much energy is contained in the respective first and second laser pulses, even with a high average power.
  • the first and second laser pulses in each case have a high level of energy stability.
  • sequence of laser pulses also includes third, fourth, ...
  • the optical modulator for generating a respective first, second, third, fourth, ... laser pulse is alternately controlled differently with the control signal and a stable laser operation takes place in which the states all three, four, ... repeat laser pulses.
  • the method comprises: generating a sequence of first
  • Laser pulses by suppressing the second laser pulses preferably by means of a further optical modulator arranged outside the laser resonator.
  • the distinction between first and second laser pulses is arbitrary, which is why the above formulation and the formulation “Generating a sequence of second laser pulses by suppressing the first laser pulses” are equivalent.
  • group or sequence of (first or second) laser pulses is suppressed which have a lower maximum pulse energy.
  • the frequency of the sequence of unsuppressed (second or first) laser pulses is halved. To generate such a sequence of laser pulses with a desired output frequency, it is therefore necessary for the optical modulator to be controlled with a control signal whose frequency is twice the desired
  • the second laser pulses are preferably suppressed or masked out by a further (external) optical modulator, but can also be done in a different way, if necessary. It goes without saying that the
  • Suppression of the second laser pulses is only optional, since this is only necessary is when the suppressed laser pulses, which generally have the lower energy or power, are disruptive in the respective application.
  • the optical modulator is controlled with a control signal with a constant control frequency, a first laser pulse and a second laser pulse, and possibly a third laser pulse, a fourth laser pulse, ... being generated during a period of the control signal.
  • the control signal typically has a waveform that is typically switched between two or more discrete signal levels, i. E. the waveform shows
  • the time during which the control signal remains at a respective signal level in the period can be selected differently when generating the first and the second laser pulse.
  • a respective signal level for the generation of the first laser pulse and for the generation of the second laser pulse can be selected differently in order to control the optical modulator alternately.
  • the control frequency of the optical modulator is preferably between 200 Hz and 1000 kHz, in particular between 1 kHz and 100 kHz. To generate more than two laser pulses during a period, it is also possible to switch between the first operating state and the second operating state more than twice. As described above, the
  • the signal level or the respective quality of the operating states vary.
  • Generating the second laser pulse (and possibly a dwell time of the optical modulator in the first operating state when generating a third laser pulse, a fourth laser pulse, etc.) is selected to be different.
  • the amplification time that is available for building up a respective first or second (possibly third, fourth, ...) laser pulse in the laser resonator is selected differently.
  • the total dwell time of the optical modulator in the first and second operating states when generating the first laser pulse and when generating the second laser pulse can be selected to be the same, ie the total dwell time corresponds to half of the time
  • Dwell time of the optical modulator in the first operating state when generating the first / second laser pulse necessarily results in a different dwell time of the optical modulator in the second operating state when generating the first / second laser pulse.
  • the period is alternated, which is available for the pulse build-up and for the decoupling of a respective laser pulse.
  • a bistable state of the laser resonator can also be achieved in this way.
  • the loss of the optical modulator or the quality - proportional to the reciprocal of the loss - is selected differently in the first and / or second operating state when generating the first laser pulses and when generating the second laser pulses.
  • Control signal for controlling the optical modulator in the respective first or second operating state for generating the first or second laser pulses has two different signal levels.
  • a signal level that is used to generate (first or second) laser pulses with higher pulse energy is selected so that the degree of decoupling or the loss of the laser resonator is 0%, ie that the laser resonator is in the first Operating state has minimal losses.
  • the signal level of the control signal when generating the laser pulse with lower pulse energy can be determined depending on the amplification in the laser medium of the resonator. For example, with a disk laser with a low gain, losses of the optical modulator of less than approx. 5% are sufficient to significantly reduce the pulse energy during cavity dumping, while with a slab laser with a high gain, losses of more than approx. 50% may be required.
  • a first quality of the resonator is generated in the first operating state to build up a laser pulse in the resonator, and in the second operating state a second, smaller quality is generated for coupling the laser pulse out of the resonator.
  • the resonator is operated with cavity dumping, i.e. In the first operating state, a high quality and thus a low loss of the resonator is generated, so that a laser pulse or laser power can build up, which is decoupled from the resonator in the second operating state.
  • the optical modulator is when a
  • Laser power switched from the first operating state to the second operating state a first power threshold value being selected when generating a first laser pulse and a second power welding value different from the first being selected when generating a second laser pulse.
  • switching from the first operating state to the second operating state is triggered by reaching a threshold value for the power of the laser pulse that is building up in the laser resonator, as is described, for example, in US Pat. No. 5,365,532 cited at the beginning, which by reference in its entirety is made part of this application.
  • the power of the laser pulse building up in the laser resonator can for example be measured by means of a detector, for example by means of a photodiode.
  • a fixed, predetermined, low proportion of the power of the laser radiation propagating in the laser resonator is typically decoupled from the laser resonator.
  • the decoupling one can anyway in the resonator
  • Existing optical component for example a partially transmissive end mirror, can be used.
  • the laser resonator In the operating state, the laser resonator can also be operated in a bistable state, because the selection of two different power threshold values results in two different amplification times when building up the first and the second laser pulses.
  • the optical modulator can be driven with a control signal having a constant control frequency, i.e. the period duration of the control signal is constant, only the respective switching point in time from the first to the second operating state when generating both the first and the second laser pulse is not precisely specified and can fluctuate slightly. It goes without saying that, in principle, there is also the possibility of generating the first laser pulse when the power threshold value is reached from the first operating state to the second
  • the intensity threshold value can be selected so that the associated dwell time in the first operating state when generating the first laser pulse differs from the dwell time in the first operating state when generating the second laser pulse.
  • the total length of stay in the first and second operating states when generating the first laser pulse, in which switching from the first operating state to the second operating state is triggered by reaching the intensity threshold value, can also differ from the total length of stay in the first and second Different operating state when generating the second laser pulse when the switchover from the first to the second operating state when generating the second
  • a first quality is generated in the first operating state to build up a gain in a laser-active medium of the resonator, and in the second operating state a second, larger quality is generated to reduce the gain in the laser-active medium and to couple a laser pulse Goodness creates.
  • a classic Q-switch is implemented in the resonator, in which in the first operating state in the
  • the gain is reduced by emitting a laser pulse from the
  • Resonator is decoupled.
  • a portion of laser power propagating at a fundamental frequency is converted into laser power with twice the fundamental frequency.
  • Frequency doubling device is usually one
  • optical, typically birefringent crystal which is designed to generate the second harmonic (SHG).
  • the optical crystal can be, for example, lithium tri-borate (LiB 3 0 5 ), beta-barium borate (BaB 2 04), barium sodium niobate (Ba2Na (Nb03) 5 ) or another suitable optical crystal Act crystal.
  • the generation of the second harmonic has proven to be advantageous for improving the energy stability.
  • Another aspect of the invention relates to a device of the type mentioned at the beginning, in which the control device is designed or configured /
  • control device is programmed to generate a sequence of laser pulses, in which the first laser pulses alternate with second laser pulses different from the first, to control the optical modulator to generate a respective first laser pulse and a respective second laser pulse by means of the control signal alternately differently.
  • the control device can be
  • control signal for example a control computer or an electronic control circuit (IC, programmable gate array etc.) which generates the desired control signal.
  • the control signal more precisely its signal profile, is designed differently for the generation of the first laser pulses and for the generation of the second laser pulses, as described above in connection with the
  • control device can in particular
  • the device additionally comprises a further optical modulator arranged outside the laser resonator for suppressing the second laser pulses.
  • the optical modulator can be designed, for example, to deflect the second laser pulses from the beam path of the first laser pulses, as is the case with an acousto-optical modulator. It goes without saying that for this purpose the first laser pulses or the beam path of the first laser pulses can also be deflected by the optical modulator, while the second laser pulses pass through this without deflection. If necessary, the second laser pulses can also be suppressed by means of a rapidly switchable optical filter or by means of a further electro-optical modulator in
  • the further optical modulator is only required if the second laser pulses interfere with the respective application for which the laser pulses are required. If this is the case, the frequency of the sequence of laser pulses generated by the device is halved. In this case it is necessary to control the optical modulator with a control signal, the control frequency of which is twice the desired frequency of the sequence of
  • the control device is preferably designed or configured / programmed to control the optical modulator with a control signal with a constant control frequency that is used to generate a first laser pulse and a second
  • Laser pulse is used during a period of the control signal. It is favorable if the control frequency of the control signal is between approx. 1 kHz and approx. 1000 kHz, preferably between approx. 1 kHz and approx. 100 kHz.
  • control device is designed to generate a first quality of the resonator in the first operating state for building up a laser pulse in the resonator and in the second operating state to produce a second, smaller quality for coupling the laser pulse out of the resonator.
  • the resonator is operated with cavity dumping in this case.
  • the device has a detector for
  • the detector can be, for example, a photodiode or the like, which detects the power of laser radiation coupled out from the laser resonator during the first operating state.
  • the measured power can be used to determine the time of decoupling, i.e. the time of switching from the first operating state to the second operating state should be selected appropriately (see below).
  • control device is designed, the optical modulator between the first operating state and the second
  • the control device is designed to specify a first power threshold value for generating a first laser pulse and a second power threshold value that is different from the first for generating a second laser pulse.
  • the value of the power currently present in the laser resonator which can be measured, for example, in the manner described above in connection with the method, is compared with a power threshold value that is different when the first and second are generated Laser pulse differs. In this way, too, a strong bistable state of laser operation can be established.
  • the control device is designed to generate a first quality for building up a gain in a laser-active medium of the resonator in the first operating state and in the second
  • Frequency doubling device for converting a portion of the Resonator arranged with a fundamental frequency propagating laser radiation in laser radiation at twice the fundamental frequency.
  • Frequency doubling device can in particular be a
  • Frequency conversion requires phase adjustment, which may require suitable temperature control of the optical crystal.
  • the resonator additionally comprises: a
  • Device for example a polarizer, for decoupling the laser pulses from the resonator, and preferably a phase delay device for
  • the laser-active medium is typically a solid-state medium, for example in the form of a laser crystal, for example in the form of Yb: YAG, Nd: YAG, Nd: YV0 4 , ....
  • Solid medium can be designed in the form of a laser disk, a laser rod, a laser lab, etc.
  • the device For the excitation of the laser-active medium, it is typically pumped with the aid of pump radiation, for which purpose the device can have a pump light source, for example a pump laser source.
  • the cavity dumping and the Q-switching can also take place without a phase delay device, for example if an acousto-optical modulator is used as the optical modulator.
  • a delay device is used for cavity dumping, which consists of an optical modulator and possibly an additional delay plate.
  • the modulator generates a time-variable phase delay, while the
  • Delay plate generates a fixed predetermined phase delay.
  • the retardation plate can be, for example, a 1 ⁇ 4 retardation plate (or, in the case of ring lasers, a 1 ⁇ 2 plate), but other delays are also useful.
  • the delay device generally generates its maximum phase delay in the second operating state, which means that the
  • Laser radiation is maximally delayed when it passes through the delay device twice, so that a laser pulse at the polarization-selective
  • Decoupling device can be decoupled from the laser resonator.
  • the polarization of the laser radiation can be rotated by 90 ° when it passes through the retardation twice, which corresponds to the maximum decoupling.
  • the polarization-selective coupling-out device can be, for example, a thin-film polarizer that transmits laser radiation with a first polarization direction and laser radiation with a second direction perpendicular to the first
  • Polarizers made of birefringent media, which enable a beam offset of the polarization components (s or p polarization) in the birefringent medium and thus a separation of the polarization components, etc.
  • the delay device for generating the fixed phase delay prevents that in the event of an error, i.e. in the event of failure of the optical modulator, the resonator is closed so that the laser pulse cannot be decoupled and is further amplified until it damages components in the resonator.
  • the fixed phase delay of the delay device is chosen so that in the event of an error, i.e. if the optical switch fails, the laser pulse is automatically decoupled.
  • a resonator with a polarization-selective coupling-out device and possibly a delay device with a fixed phase delay can also be operated with a classic Q-switch. In this case, the laser pulses can be decoupled from the resonator without polarization selection.
  • the laser pulses being decoupled from the resonator at a decoupling device in the form of a partially transparent output mirror, for example a partially transparent end mirror.
  • the losses in the resonator are generated by the optical modulator and a polarization-selective element.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 2 shows a representation analogous to FIG. 1, in which the device additionally comprises a frequency doubling device in the resonator and an external modulator for suppressing the second laser pulses,
  • FIG. 5 shows an illustration analogous to FIG. 1 with a device for generating a sequence of laser pulses with Q-switching of the laser resonator.
  • the laser resonator 4 comprises two end mirrors 5 a, 5 b and a disk-shaped laser-active medium 6, in the present example a Yb: YAG crystal, which is applied to a heat sink 7.
  • the laser-active medium 6 is mirrored on its side facing the heat sink 7 and becomes one with the pump radiation (not shown) pump laser optically excited, whereby laser radiation 8 is generated in the laser resonator 4 at a laser wavelength l of 1030 nm.
  • the laser resonator 4 has a plurality of folding mirrors 9a-d in order to generate a multiple passage of the laser radiation 8 through the laser-active solid-state medium 6. In the laser resonator 4 or in the laser-active
  • Laser radiation 8 generated by solid-state medium 6 is linearly polarized, e.g. s-polarized.
  • the laser resonator 4 further comprises an optical modulator 10 in the form of an electro-optical modulator, more precisely a Pockels cell, and a control device 11 for controlling the electro-optical modulator 10 with a control signal S.
  • an optical modulator 10 in the form of an electro-optical modulator, more precisely a Pockels cell
  • a control device 11 for controlling the electro-optical modulator 10 with a control signal S.
  • the laser resonator 4 is also a
  • Delay device 12 for example in the form of a 1/4 retardation plate for generating a constant phase delay of 1/4 and a
  • polarization-selective decoupling device 13 in the form of a thin-film
  • Arranged polarizer which acts as a partially transmissive mirror and on which the laser pulses 3a, 3b generated in the laser resonator 4 are coupled out, as will be described in detail below.
  • the optical modulator 10 is basically divided into two for cavity dumping
  • the first operating state B1 is used to build up a laser pulse 3a, 3b in the resonator 4, while in the second
  • a control signal S (in the form of a
  • Phase delay of - l / 4 so that the sum of the phase delays of the retardation plate 12 and the electro-optical modulator 10 in the first
  • Operating state B1 is zero. Therefore, the s-polarized laser radiation 8 generated in the laser resonator 4 is not changed in its polarization state. polarized onto the thin-film polarizer 13 and is deflected there, ie the laser radiation 8 is not coupled out at the thin-film polarizer 13.
  • the determination of the sign of the phase delay is based on a convention in which a positive / negative voltage applied to the electro-optical modulator 10 causes a phase delay with a positive / negative sign.
  • a phase delay of zero is generated at the electro-optical modulator 10, i. there is no voltage difference on this or a control signal S with a voltage of 0V.
  • This phase delay causes the polarization direction (E-vector) of the linearly polarized laser radiation 8 to be rotated by 90 ° so that it strikes the decoupling device in the form of the thin-film polarizer 13 in p-polarized form and from the laser resonator 4 is decoupled.
  • the retardation plate 12 can also be any (any) of ⁇ K! 4 have a different fixed phase delay.
  • the laser resonator 4 shown in FIG. 1 is operated in a bistable state, in which a sequence 2 of alternating first and second laser pulses 3a, 3b is generated which differ from one another in at least one property
  • the first laser pulses 3a have a greater maximum pulse power or energy than the second laser pulses 3b. It goes without saying that the first laser pulses 3a can alternatively have a lower energy or a lower maximum pulse power than the second
  • Laser pulses 3b To generate the alternating first and second laser pulses 3a, 3b with different properties, the electro-optical modulator 10 is controlled alternately with the control signal S, with the alternating
  • the control signal S has a constant control frequency f, which can for example be of the order of a few kHz, e.g. between 200 Hz and 1000 kHz, preferably between 1 kHz and 100 kHz.
  • f constant control frequency
  • the optical modulator 10 is activated in each case in such a way that a first laser pulse 3a and a second laser pulse 3b are generated.
  • a respective first or second laser pulse 3a, 3b it is necessary to switch back and forth between the first operating state B1 and the second operating state B2 once in each case.
  • the signal level of the control signal S or the quality Q more precisely 1 / Q (proportional to the loss L), between a maximum loss L (corresponding to a minimum quality Q), which is denoted by a one and a minimum loss L (corresponding to a maximum quality Q), which is denoted by zero.
  • the optical modulator 10 At the minimum quality Q (and maximum loss L), in the example shown, the optical modulator 10 generates that described above
  • the alternating activation takes place with a control signal S, in which the time duration for the generation of a respective first laser pulse 3a and a respective second laser pulse 3b is the same and corresponds to half the period T / 2 of the control signal S. .
  • the time duration for the generation of a respective first laser pulse 3a and a respective second laser pulse 3b is the same and corresponds to half the period T / 2 of the control signal S.
  • the dwell time t Bi, i in the first operating state B1 when the first laser pulse 3a is generated differs from the dwell time tei, 2 in the first operating state B1 when the second laser pulse 3b is generated: the dwell time tsi , i in the first operating state B1 is greater when the first laser pulse 3a is generated than the dwell time t Bi , 2 in the first operating state B1 when the second laser pulse 3b is generated.
  • the dwell time tsi i in the first operating state B1 is greater when the first laser pulse 3a is generated than the dwell time t Bi , 2 in the first operating state B1 when the second laser pulse 3b is generated.
  • the alternating control is also implemented by switching between the first and the second operating state B1, B2 when the two laser pulses 3a, 3b are generated at different times.
  • the respective dwell time t ß -i , i or tei, 2 in the first operating state B1 for the first laser pulse 3a and for the second laser pulse 3b is the same length.
  • the total dwell time t tot, i of the optical modulator 10 in the first operating state B1 and in the second operating state B2 when generating the first laser pulse 3a differs from the total dwell time t tot, 2 of the optical modulator 10 in the first operating state B1 and in the second operating state B2 when the second laser pulse 3b is generated.
  • the sum of the two total residence times t tot, i and t tot , 2 corresponds to the constant one
  • Period T of the control signal S Due to the greater total dwell time t tot, i of the optical modulator 10 when the first laser pulse 3a is generated, the latter has a greater maximum pulse power than the second laser pulse 3b.
  • Laser pulse 3a can differ from the dwell time tsi , 2 in the first operating state B1 or from the total dwell time t tot , 2 in the first and in the second
  • the different control for generating the two laser pulses 3a, 3b is not done by different dwell times in the two operating states B1, B2, but by a quality Qi of the optical modulator 10 in the first operating state B1 when generating the first
  • Laser pulse 3a which has a quality Qi 'of the optical modulator 10 in the first operating state B1' when generating the second laser pulse 3b
  • the respective quality Qi, Qi ‘represents a dimensionless value (Q factor) and is inversely proportional to the loss L
  • the optical modulator 10 is controlled in the first operating state B1 ‘with a control signal S with a signal level which causes a phase delay of the optical modulator 10 other than zero. This leads to the polarization direction (E-vector) being linearly polarized
  • Laser radiation 8 is rotated and has a portion which is decoupled from the laser resonator 4 during the first operating state B1 ‘.
  • the second laser pulse 3b can extract and build up less energy, so that its maximum pulse power is lower than in the case of the first laser pulse 3a.
  • FIG. 3d shows a possibility for alternating control of the optical modulator 10, in which the optical modulator 10 differs from the first
  • Operating state B1 is switched to the second operating state B2 as soon as the power P of the laser radiation 8 built up in the laser resonator 4 exceeds a predetermined power threshold P s, i , Ps , 2 , which is necessary for the generation of the two laser pulses 3a, 3b different sizes are chosen.
  • the first power threshold value Ps , i for the first laser pulse 3a is selected to be greater than the second power threshold value Ps , 2 for the second laser pulse 3b. Accordingly, the optical modulator 10 in the generation of the first
  • Laser pulse 3a at a later point in time from the first operating state B1 to second operating state B2 is switched, ie the dwell time t Bi, i in the first operating state B1 is greater when generating the first laser pulse 3a than the dwell time t ßi , 2 in the first operating state B1 when generating the second laser pulse 3b.
  • the exact dwell time t ßi, i , t ß -i, 2 in the first operating state B1 is determined by the achievement of the respective power threshold value Ps , i , Ps, 2, which occurs when the sequence 2 of laser pulses 3a, 3b is generated successive first laser pulses 3a and second laser pulses 3b each fluctuates slightly.
  • the control signal S nevertheless has a constant control frequency f in this case as well, since the switchover from the second operating state B2 to the first
  • Operating state B1 takes place at fixed predetermined times within a respective period T.
  • the control signal S shown in FIG. 3d differs from the control signal S shown in FIG. 3a only in that the switching point in time from the first operating state B1 to the second
  • Operating state B2 is not fixed, but is triggered by the achievement of the respective power threshold value Ps , i , Ps, 2.
  • Device 1 has a detector 14 which is designed in the form of a photodiode.
  • the detector 14 is arranged outside the laser resonator 4. To a small proportion of the propagating in the laser resonator 4 laser radiation 8 for the
  • the second end mirror 5b of the laser resonator 4 is partially transparent, i.e. this has a transmission of approximately 0.01% or less for the laser radiation 8 propagating in the laser resonator 4.
  • the detector 14 can be dispensed with if the alternating control of the optical modulator 10 takes place in the manner described in connection with FIGS. 3a-c.
  • FIG. 2 shows a device 1 for generating a sequence 2 of laser pulses which essentially differ from the device 1 shown in FIG. 1
  • the further optical modulator 15 serves to decouple the second laser pulses 3b from the sequence 2 of first and second laser pulses 3a, 3b decoupled from the laser resonator 4 or to suppress them.
  • the acousto-optical modulator 15 deflects the second laser pulses 3b to an absorber (not shown).
  • a phase diffraction grating is generated by the acousto-optical modulator 15 in an optical crystal with the aid of an ultrasonic generator with a predetermined switching frequency f / 2, which corresponds to half the control frequency f of the control signal S.
  • the external optical modulator 15 can be another electro-optical modulator, e.g. act in the form of a Pockels cell to generate a phase shift or phase delay.
  • the external optical modulator 15 can be controlled with the aid of the control device 11 with half the control frequency f of the control signal f / 2 in order to eliminate the second laser pulses 3b from the sequence 2 of laser pulses 3a, 3b, so that only the first Laser pulses 3a leave the device 1.
  • a separate control device e.g. can be provided in the form of an electronic control circuit. In this case it is necessary to suitably synchronize the control of the optical modulator 10 and the further optical modulator 15.
  • a common frequency generator can be provided in the device 1.
  • the laser radiation 8 generated in the laser resonator 4 has a fundamental frequency fc which is proportional to the reciprocal of the laser wavelength l.
  • a frequency doubling device 16 in the form of a is in the laser resonator 4 of FIG.
  • FIG. 4 shows the time course of the control signal S when the laser resonator 4 is not operated with cavity dumping as shown in FIGS. 3a-d, but with a conventional Q-switch. In this case, in the first
  • Gain V in the laser-active medium 6 has assumed its maximum value (at a fixed predetermined point in time), the optical modulator 10 is switched from the first operating state B1 to the second operating state B2.
  • the optical modulator 10 In the second operating state B2, the optical modulator 10 generates a (second) quality Q2 which is greater than the first quality Qi in the first operating state B1 (the loss L 2 , L 2 'is close to zero) in order to increase the gain V in the to reduce laser-active medium 6 and to remove the laser pulses 3a, 3b from the laser resonator 4
  • a respective first laser pulse 3a has a greater pulse energy on a respective second laser pulse 3b.
  • FIG. 5 shows an example of a device 1 for generating laser pulses 3a, 3b, in which the laser resonator 4 is also operated with a conventional Q-switch.
  • the device 1 shown in FIG. 5 differs
  • the device 1 shown in Fig. 1 only in that the first end mirror 5a of the resonator 4 as a partially transparent mirror (for example with a Transmission of 10%) and serves as a coupling-out device, while the thin-film polarizer 13 does not act as a coupling-out device, ie is not designed to be partially transmissive.
  • the delay plate 12 can be dispensed with in this case.
  • the losses in the resonator 4 are generated by the acousto-optical modulator 10 in this case.
  • the control of the acousto-optical modulator 10 with the control signal S can also be carried out in the case of that shown in FIG.
  • Device 1 take place in the manner described in FIG.
  • an electro-optical modulator can also be used in the device of FIG.
  • the laser resonator 4 can be operated in a robust bistable state. In this way, by means of the device 1, a sequence 2 of
  • Laser pulses 3a, 3b are generated, in which both a very low temporal jitter and a high energy stability of the respective laser pulses 3a, 3b can be realized.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Laserpulsen (3a, 3b) durch Verändern der Güte eines Resonators (4), umfassend: Erzeugen der Laserpulse (3a, 3b) durch Ansteuern eines optischen Modulators (10) mit einem Steuersignal (S) zum Umschalten zwischen einem ersten Betriebszustand (B1) des optischen Modulators (10) zum Erzeugen einer ersten Güte des Resonators (4) und einem zweiten Betriebszustand (B2) des optischen Modulators (10) zum Erzeugen einer zweiten Güte des Resonators (4). Zum Erzeugen einer Folge (2) von Laserpulsen (3a, 3b), bei der sich erste Laserpulse (3a) mit zweiten, von den ersten verschiedenen Laserpulsen (3b) abwechseln, wird der optische Modulator (10) zum Erzeugen eines jeweiligen ersten Laserpulses (3a) und eines jeweiligen zweiten Laserpulses (3b) mit dem Steuersignal (S) alternierend jeweils unterschiedlich angesteuert. Die Erfindung betrifft auch eine zugehörige Vorrichtung (1) zum Erzeugen von Laserpulsen (3a, 3b).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Laserpulsen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Laserpulsen durch Verändern der Güte eines (Laser-)Resonators, umfassend: Erzeugen der Laserpulse durch Ansteuern eines optischen Modulators zum Umschalten zwischen einem ersten Betriebszustand des optischen Modulators zum Erzeugen einer ersten Güte des Resonators und einem zweiten Betriebszustand des optischen Modulators zum Erzeugen einer zweiten, von der ersten verschiedenen Güte des Resonators. Die Erfindung betrifft auch eine zugehörige Vorrichtung zum Erzeugen von
Laserpulsen, umfassend: einen Resonator, einen in dem Resonator angeordneten optischen Modulator, sowie eine Steuerungseinrichtung, die zur Erzeugung eines Steuersignals ausgebildet ist, um den optischen Modulator zwischen einem ersten Betriebszustand zum Erzeugen einer ersten Güte des Resonators und einem zweiten Betriebszustand zum Erzeugen einer zweiten, von der ersten verschiedenen Güte des Resonators umzuschalten. Folgen von Laserpulsen mit sehr kurzen Pulsdauern, wie sie z.B. in der Materialbearbeitung verwendet werden, können in einem Laser-Resonator
beispielsweise mit Hilfe einer Güteschaltung bzw. Cavity Dumping erzeugt werden. Bei der Pulserzeugung mit Cavity Dumping wird hierbei der Auskoppelgrad bzw. der Verlust des Resonators mittels einer Güteschaltung moduliert, und zwar typischer Weise zwischen einem ersten Betriebszustand, bei dem der Resonator zum Aufbau eines Laserpulses geschlossen bzw. annähernd vollständig geschlossen ist (d.h. typischerweise Auskoppelgrad bzw. Verlust 0%-20%) und einem zweiten
Betriebszustand, bei dem der Laserpuls aus dem Resonator ausgekoppelt wird (Auskoppelgrad bzw. Verlust typischerweise 30-100%). Der Verlust des Resonators ist eine dimensionslose Größe, die reziprok proportional zur Güte des Resonators (auch Q-Faktor genannt) ist.
Bei der klassischen Güteschaltung ist der Verlust in dem ersten Betriebszustand des optischen Modulators hoch, d.h. ca. 40%-100% und die Güte gering, um eine
Verstärkung in dem Lasermedium aufzubauen. In dem zweiten Betriebszustand ist die Güte hoch und der Verlust gering, d.h. typischerweise ca. 0%-60%, um einen Laserpuls aufzubauen und aus dem Laser-Resonator auszukoppeln. Anders als beim Cavity Dumping wird bei der klassischen Güteschaltung der Laserpuls in dem zweiten Betriebszustand daher sowohl aufgebaut als auch ausgekoppelt.
Eine solche Modulation des Auskoppelgrads bzw. der Güte des Resonators kann beispielsweise mit einem akusto-optischen Modulator oder einer
Verzögerungseinrichtung, z.B. einer Verzögerungsplatte, zum Erzeugen einer festen Phasenverzögerung in Verbindung mit einem optischen Modulator, beispielsweise einem elektro-optischen Modulator, zur Erzeugung einer variablen
Phasenverzögerung realisiert werden, die mit einer polarisationsselektiven
Auskoppel-Einrichtung beispielsweise in Form eines Polarisators kombiniert wird. Bei der klassischen Güteschaltung kann ggf. auf eine polarisationsselektive Auskoppel- Einrichtung verzichtet werden, d.h. die Auskopplung kann z.B. mittels eines teildurchlässigen (End-)Spiegels erfolgen.
Aufgrund der Laserdynamik können Laser-Oszillatoren bzw. Laser-Resonatoren im Pulsbetrieb (z.B. bei einer Güteschaltung bzw. beim Cavity Dumping) Fluktuationen der Pulsenergie und/oder des Modenprofils zeigen. Typischerweise wird das anschwingende Modenprofil, d.h. die (transversalen) Moden, die in einem Multimode- Resonator beim Aufbau eines jeweiligen Laserpulses angeregt werden, nicht vorgegeben bzw. kontrolliert, weshalb das Strahlprofil und die Energie von Laserpuls zu Laserpuls unkontrolliert fluktuieren kann. Durch die unterschiedlichen
Pulsaufbauzeiten der Modensätze kommt es neben der Energiefluktuation zusätzlich zu zeitlichen Fluktuationen bzw. zu zeitlichem Jitter.
Aus der US 5,365,532 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Stabilisieren der Output-Amplitude von Lasern bei der Pulserzeugung mittels Cavity Dumping beschrieben. Dort wird mittels eines Detektors der Pulsaufbau bzw. die ansteigende Intensität der Laserstrahlung in dem Resonator überwacht und der
Auskopplungszeitpunkt des Laserpulses beim Erreichen eines Schwellwerts der Intensität getriggert. Der aufgrund des getriggerten Auskopplungszeitpunkts auftretende zeitliche Jitter kann durch andere Maßnahmen reduziert werden.
In der US 4,044,316 wird ein stabilisierter Nd:YAG Laser mit Cavity Dumping beschrieben, bei dem Relaxations-Oszillationen unterdrückt werden. Die
Relaxations-Oszillationen treten auf, wenn beim Leistungsaufbau innerhalb des Resonators die Leistung ihren stationären Wert überschreitet, was zu einer
Oszillation führt, deren Dämpfungszeit in der Größenordnung von einigen hundert Millisekunden liegt. Um die Dämpfungszeit zu verringern, ist in dem Resonator ein optischer Kristall zur Frequenzverdopplung bzw. zur Erzeugung der zweiten
Harmonischen („second harmonic generation“, SHG) angeordnet. Für die
Verringerung der Dämpfungszeit ist es ausreichend, wenn der optische Kristall eine Leistung der zweiten Harmonischen erzeugt, die in der Größenordnung von ca. 0,1 % der Leistung bei der Grundfrequenz liegt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen
bereitzustellen, welche eine Reduzierung von zeitlichen Fluktuationen sowie von Energie-Fluktuationen der durch Güteschaltung bzw. Cavity Dumping erzeugten Laserpulse ermöglichen. Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem zum Erzeugen einer Folge von Laserpulsen, bei der sich erste Laserpulse mit zweiten, von den ersten verschiedenen Laserpulsen abwechseln, der optische Modulator zum Erzeugen eines jeweiligen ersten Laserpulses und eines jeweiligen zweiten Laserpulses mit dem Steuersignal alternierend jeweils
unterschiedlich angesteuert wird.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, an Stelle einer Reduzierung der Fluktuationen der einzelnen Laserpulse den Laser-Resonator durch eine gezielte alternierende Ansteuerung des optischen Modulators in einen starken bistabilen Zustand zu bringen, d.h. der Laser-Resonator oszilliert zwischen zwei Zuständen mit jeweils stabilem Modenprofil bzw. stabiler Pulsenergie. Die weiter oben beschriebenen zeitlichen Fluktuationen treten insbesondere im Bereich von Frequenzen auf, deren Periodendauer der Fluoreszenzlebensdauer des jeweils angeregten Laserniveaus entspricht (bei Yb:YAG typischerweise im Bereich einiger kHz). In anderen
Frequenzbereichen, insbesondere bei sehr kleinen Frequenzen von < 100 Hz oder bei sehr großen Frequenzen von > 1 MHz treten in der Regel keine unkontrollierten Fluktuationen durch zwei unterschiedliche anschwingende Modensätze auf, so dass eine gezielte alternierende Ansteuerung des optischen Modulators in diesen
Frequenzbereichen in der Regel nicht erforderlich ist. Typische (Puls-)Frequenzen, bei denen ein jeweiliger (erster und zweiter) Laserpuls erzeugt werden, liegen zwischen ca. 200 Hz und ca. 1000 kHz, bevorzugt zwischen ca. 1 kHz und ca. 100 kHz .
Die ersten Laserpulse und die zweiten Laserpulse unterscheiden sich typischerweise durch eine unterschiedliche Pulsenergie, insbesondere durch eine unterschiedliche (maximale) Pulsamplitude. Durch die hier beschriebene alternierende Ansteuerung des optischen Modulators kann eine Pulsfolge erzeugt werden, bei welcher die jeweils ersten bzw. jeweils zweiten Laserpulse einen zeitlichen Jitter von weniger als ca. 1 ns aufweisen. Die Folge von Laserpulsen umfasst typischerweise eine Anzahl von z.B. mehr als 1000 Laserpulsen, ggf. mehr als ca. 100000 Laserpulsen, abhängig von der anwendungsspezifischen Betriebsdauer, die z.B. bei der
Laserbearbeitung eines Werkstücks bei 10 Sekunden oder mehr liegen kann. Durch den bistabilen Betrieb des Resonators kann auch bei einer hohen mittleren Leistung eingestellt werden, wieviel Energie in den jeweils ersten bzw. zweiten Laserpulsen enthalten ist. Zusätzlich weisen die jeweils ersten bzw. zweiten Laserpulse eine hohe Energiestabilität auf.
Es versteht sich, dass die Folge von Laserpulsen zusätzlich dritte, vierte, ...
Laserpulse aufweisen kann, die sich mit den ersten, zweiten, ... Laserpulsen abwechseln, wobei die ersten, zweiten, dritten, vierten, ... Laserpulse sich jeweils voneinander unterscheiden. Auch in diesem Fall wird der optische Modulator zur Erzeugung eines jeweiligen ersten, zweiten, dritten, vierten, ... Laserpulses mit dem Steuersignal alternierend jeweils unterschiedlich angesteuert und es erfolgt ein stabiler Laser-Betrieb, bei dem sich die Zustände alle drei, vier, ... Laserpulse wiederholen.
Bei einer Variante umfasst das Verfahren: Erzeugen einer Folge von ersten
Laserpulsen durch Unterdrücken der zweiten Laserpulse, bevorzugt mittels eines außerhalb des Laser-Resonators angeordneten weiteren optischen Modulators. Die Unterscheidung in erste und zweite Laserpulse ist willkürlich, weshalb die obige Formulierung und die Formulierung„Erzeugen einer Folge von zweiten Laserpulsen durch Unterdrücken der ersten Laserpulse“ äquivalent sind. Typischerweise wird diejenige Gruppe bzw. Folge von (ersten oder zweiten) Laserpulsen unterdrückt, die eine geringere maximale Pulsenergie aufweisen. Durch die Unterdrückung einer Folge bzw. Gruppe von (ersten oder zweiten) Laserpulsen halbiert sich die Frequenz der Folge von nicht unterdrückten (zweiten oder ersten) Laserpulsen. Zum Erzeugen einer solchen Folge von Laserpulsen mit einer gewünschten Ausgangsfrequenz ist es daher erforderlich, dass der optische Modulator mit einem Steuersignal angesteuert wird, dessen Frequenz dem Zweifachen der gewünschten
Ausgangsfrequenz entspricht. Die Unterdrückung bzw. Ausblendung der zweiten Laserpulse erfolgt bevorzugt durch einen weiteren (externen) optischen Modulator, kann aber ggf. auch auf andere Weise erfolgen. Es versteht sich, dass die
Unterdrückung der zweiten Laserpulse lediglich optional ist, da diese nur erforderlich ist, wenn die unterdrückten Laserpulse, welche in der Regel die niedrigere Energie bzw. Leistung aufweisen, bei der jeweiligen Anwendung störend sind.
Bei einer weiteren Variante wird der optische Modulator mit einem Steuersignal mit konstanter Steuerfrequenz angesteuert, wobei während einer Periodendauer des Steuersignals jeweils ein erster Laserpuls und ein zweiter Laserpuls, sowie ggf. ein dritter Laserpuls, ein vierter Laserpuls, ... erzeugt werden. Das Steuersignal weist in der Regel einen Signalverlauf auf, der typischerweise zwischen zwei oder mehr diskreten Signalpegeln umgeschaltet wird, d.h. der Signalverlauf weist
typischerweise keinen kontinuierlichen Verlauf auf. Für das Erzeugen von zwei Laserpulsen während der Periodendauer wird zwei Mal zwischen dem ersten
Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand hin- und hergeschaltet. Für die alternierende Ansteuerung kann die Zeitdauer, während der das Steuersignal in der Periodendauer auf einem jeweiligen Signalpegel verbleibt, beim Erzeugen des ersten und des zweiten Laserpulses unterschiedlich gewählt werden. Alternativ oder zusätzlich kann bzw. können auch ein jeweiliger Signalpegel für die Erzeugung des ersten Laserpulses und für die Erzeugung des zweiten Laserpulses unterschiedlich gewählt werden, um den optischen Modulator alternierend anzusteuern. Die
Steuerfrequenz des optischen Modulators liegt bevorzugt zwischen 200 Hz und 1000 kHz, insbesondere zwischen 1 kHz und 100 kHz. Zur Erzeugung von mehr als zwei Laserpulsen während einer Periodendauer kann auch mehr als zwei Mal zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand umgeschaltet werden. Wie weiter oben beschrieben wurde, können auch in diesem Fall die
Signalpegel bzw. die jeweilige Güte der Betriebszustände variieren.
Bei einer Weiterbildung werden eine Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten Betriebszustand beim Erzeugen des ersten Laserpulses und eine
Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten Betriebszustand beim
Erzeugen des zweiten Laserpulses (sowie ggf. eine Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten Betriebszustand beim Erzeugen eines dritten Laserpulses, eines vierten Laserpulses, etc.) unterschiedlich gewählt. Bei dieser Variante wird die Verstärkungszeit, die für das Aufbauen eines jeweiligen ersten bzw. zweiten (ggf. dritten, vierten, ...) Laserpulses in dem Laser-Resonator zur Verfügung steht, unterschiedlich gewählt. Bei dieser Variante kann insbesondere die Gesamt-Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten und zweiten Betriebszustand beim Erzeugen des ersten Laserpulses und beim Erzeugen des zweiten Laserpulses gleich lang gewählt werden, d.h. die Gesamt-Verweildauer entspricht jeweils der Hälfte der
Periodendauer des Steuersignals. In diesem Fall führt eine unterschiedliche
Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten Betriebszustand bei der Erzeugung des ersten / zweiten Laserpulses zwangsläufig zu einer unterschiedlichen Verweildauer des optischen Modulators in dem zweiten Betriebszustand bei der Erzeugung des ersten / zweiten Laserpulses.
Bei einer weiteren Weiterbildung werden eine Gesamt-Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten und zweiten Betriebszustand beim Erzeugen des ersten Laserpulses und eine Gesamt-Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten und zweiten Betriebszustand beim Erzeugen des zweiten Laserpulses
unterschiedlich gewählt. In diesem Fall wird die Periodendauer alterniert, die für den Pulsaufbau und für das Auskoppeln eines jeweiligen Laserpulses zur Verfügung steht. Auch auf diese Weise kann ein bistabiler Zustand des Laser-Resonators erreicht werden.
Bei einer Weiterbildung werden die erste Güte beim Erzeugen des ersten
Laserpulses und die erste Güte beim Erzeugen des zweiten Laserpulses
unterschiedlich gewählt und/oder es werden die zweite Güte beim Erzeugen des ersten Laserpulses und die zweite Güte beim Erzeugen des zweiten Laserpulses unterschiedlich gewählt. In diesem Fall wird der Verlust des optischen Modulators bzw. die Güte - proportional zum Kehrwert des Verlusts - in dem ersten und/oder zweiten Betriebszustand beim Erzeugen der ersten Laserpulse und beim Erzeugen der zweiten Laserpulse unterschiedlich gewählt. Zu diesem Zweck weist das
Steuersignal für die Ansteuerung des optischen Modulators in dem jeweiligen ersten bzw. zweiten Betriebszustand zur Erzeugung der ersten bzw. zweiten Laserpulse zwei unterschiedliche Signalpegel auf. In der Regel wird ein Signalpegel, der für die Erzeugung von (ersten oder zweiten) Laserpulsen mit höherer Pulsenergie verwendet wird, so gewählt, dass der Auskoppelgrad bzw. der Verlust des Laser- Resonators bei 0% liegt, d.h. dass der Laser-Resonator in dem ersten Betriebszustand minimale Verluste aufweist. Der Signalpegel des Steuersignals bei der Erzeugung des Laserpulses mit geringerer Pulsenergie kann abhängig von der Verstärkung im Lasermedium des Resonators festgelegt werden. Beispielsweise sind bei einem Scheibenlaser mit einer geringen Verstärkung Verluste des optischen Modulators von weniger als ca. 5 % ausreichend, um die Pulsenergie beim Cavity Dumping deutlich zu reduzieren, während bei einem Slab-Laser mit einer hohen Verstärkung Verluste von mehr als ca. 50% erforderlich sein können.
Bei einer weiteren Variante wird im ersten Betriebszustand eine erste Güte des Resonators zum Aufbauen eines Laserpulses in dem Resonator erzeugt und im zweiten Betriebszustand wird eine zweite, kleinere Güte zum Auskoppeln des Laserpulses aus dem Resonator erzeugt. Bei dieser Variante wird der Resonator mit Cavity Dumping betrieben, d.h. es wird im ersten Betriebszustand eine hohe Güte und somit ein geringer Verlust des Resonators erzeugt, so dass sich ein Laserpuls bzw. Laserleistung aufbauen kann, die in dem zweiten Betriebszustand aus dem Resonator ausgekoppelt wird.
Bei einer Weiterbildung wird der optische Modulator beim Erreichen eines
vorgegebenen Leistungs-Schwellwerts von in dem Resonator aufgebauter
Laserleistung von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet, wobei beim Erzeugen eines ersten Laserpulses ein erster Leistungs- Schwellwert und beim Erzeugen eines zweiten Laserpulses ein zweiter, vom ersten verschiedener Leistungs-Schwei Iwert gewählt wird. Bei dieser Variante wird das Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand durch das Erreichen eines Schwellwerts der Leistung des sich aufbauenden Laserpulses in dem Laser-Resonator getriggert, wie dies beispielsweise in der eingangs zitierten US 5,365,532 beschrieben ist, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Die Leistung des sich in dem Laser-Resonator aufbauenden Laserpulses kann beispielsweise mittels eines Detektors, z.B. mittels einer Fotodiode, gemessen werden. Für die Leistungsmessung (oder äquivalent hierzu für die Messung der Intensität der Laserstrahlung in dem Laser-Resonator) wird typischerweise ein fest vorgegebener, geringer Anteil der Leistung der in dem Laser-Resonator propagierenden Laserstrahlung aus dem Laser-Resonator ausgekoppelt. Für die Auskopplung kann ein ohnehin in dem Resonator vorhandenes optisches Bauelement, beispielsweise ein teiltransmissiver Endspiegel, verwendet werden.
Durch eine unterschiedliche Wahl des jeweiligen Leistungs- bzw. Intensitäts- Schwellwerts zum Umschalten vom ersten Betriebszustand in den zweiten
Betriebszustand kann der Laser-Resonator ebenfalls in einem bistabilen Zustand betrieben werden, denn die Wahl von zwei unterschiedlichen Leistungs- Schwellwerten hat zwei unterschiedliche Verstärkungsdauern beim Aufbau der ersten bzw. der zweiten Laserpulse zur Folge. Auch in diesem Fall kann der optische Modulator mit einem Steuersignal mit konstanter Steuerfrequenz angesteuert werden, d.h. die Periodendauer des Steuersignals ist konstant, nur der jeweilige Umschaltzeitpunkt vom ersten in den zweiten Betriebszustand bei der Erzeugung sowohl des ersten als auch des zweiten Laserpulses ist nicht präzise vorgegeben und kann jeweils geringfügig fluktuieren. Es versteht sich, dass grundsätzlich auch die Möglichkeit besteht, bei der Erzeugung des ersten Laserpulses beim Erreichen des Leistungs-Schwellwerts vom ersten Betriebszustand in den zweiten
Betriebszustand umzuschalten und bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses den Umschaltzeitpunkt vom ersten in den zweiten Betriebszustand fest vorzugeben, oder umgekehrt. In diesem Fall kann der Intensitäts-Schwellwert so gewählt werden, dass die zugehörige Verweildauer in dem ersten Betriebszustand bei der Erzeugung des ersten Laserpulses von der Verweildauer in dem ersten Betriebszustand bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses abweicht. Auch kann sich die Gesamt- Verweildauer im ersten und zweiten Betriebszustand bei der Erzeugung des ersten Laserpulses, bei dem das Umschalten vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand durch das Erreichen des Intensitäts-Schwellwerts getriggert wird, von der Gesamt-Verweildauer in dem ersten und zweiten Betriebszustand bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses unterscheiden, wenn der Umschaltzeitpunkt vom ersten in den zweiten Betriebszustand bei der Erzeugung des zweiten
Laserpulses fest vorgegeben wird.
Bei einer alternativen Variante wird im ersten Betriebszustand zum Aufbauen einer Verstärkung in einem laseraktiven Medium des Resonators eine erste Güte erzeugt und im zweiten Betriebszustand wird zum Abbauen der Verstärkung in dem laseraktiven Medium und zum Auskoppeln eines Laserpulses eine zweite, größere Güte erzeugt. Bei dieser Variante wird in dem Resonator eine klassische Güteschaltung realisiert, bei welcher in dem ersten Betriebszustand in dem
laseraktiven Medium eine Verstärkung aufgebaut wird, bis eine maximale
Verstärkung in dem laseraktiven Medium erreicht wird. In dem zweiten
Betriebszustand wird die Verstärkung abgebaut, indem ein Laserpuls aus dem
Resonator ausgekoppelt wird.
Bei einer weiteren Variante wird mittels einer Frequenzverdopplungs-Einrichtung in dem Resonator ein Anteil von bei einer Grundfrequenz propagierender Laserleistung in Laserleistung mit der doppelten Grundfrequenz umgewandelt. Bei der
Frequenzverdoppelungs-Einrichtung handelt es sich in der Regel um einen
optischen, typischerweise doppelbrechenden Kristall, der zur Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) ausgebildet ist. Bei dem optischen Kristall kann es sich beispielsweise um Lithium-Tri-Borat (LiB305), Beta-Barium-Borat (BaB204), Barium- Natrium-Niobat (Ba2Na(Nb03)5) oder um einen anderen geeigneten optischen Kristall handeln. Die Erzeugung der zweiten Harmonischen hat sich als vorteilhaft für die Verbesserung der Energiestabilität herausgestellt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher die Steuerungseinrichtung ausgebildet bzw. konfiguriert /
programmiert ist, zum Erzeugen einer Folge von Laserpulsen, bei der sich erste Laserpulse mit zweiten, von den ersten verschiedenen Laserpulsen abwechseln, den optischen Modulator zum Erzeugen eines jeweiligen ersten Laserpulses und eines jeweiligen zweiten Laserpulses mittels des Steuersignals alternierend jeweils unterschiedlich anzusteuem. Bei der Steuerungseinrichtung kann es sich
beispielsweise um einen Steuerungs-Computer oder um eine elektronische Steuer- Schaltung (IC, programmable gate array etc.) handeln, welche das gewünschte Steuersignal erzeugt. Das Steuersignal, genauer gesagt dessen Signalverlauf, ist für die Erzeugung der ersten Laserpulse und für die Erzeugung der zweiten Laserpulse unterschiedlich ausgebildet, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit dem
Verfahren beschrieben ist. Die Steuerungseinrichtung kann insbesondere
ausgebildet sein, ein Steuersignal in Form einer Steuerspannung zu erzeugen, dass an eine Elektrode eines elektro-optischen Modulators, beispielsweise in Form einer Pockels-Zelle, angelegt wird. Bei einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich einen außerhalb des Laser-Resonators angeordneten weiteren optischen Modulator zur Unterdrückung der zweiten Laserpulse. Der optische Modulator kann beispielsweise ausgebildet sein, um die zweiten Laserpulse aus dem Strahlengang der ersten Laserpulse abzulenken, wie dies bei einem akusto-optischen Modulator der Fall ist. Es versteht sich, dass zu diesem Zweck auch die ersten Laserpulse bzw. der Strahlengang der ersten Laserpulse von dem optischen Modulator abgelenkt werden kann, während die zweiten Laserpulse diesen ohne Ablenkung durchlaufen. Gegebenenfalls kann die Unterdrückung der zweiten Laserpulse auch durch einen schnell schaltbaren optischen Filter oder mittels eines weiteren elektro-optischen Modulators in
Kombination mit einem Polarisator zum Aufteilen der ersten und zweiten Laserpulse auf unterschiedliche Strahlwege erfolgen. Der weitere optische Modulator wird nur benötigt, wenn bei der jeweiligen Anwendung, für welche die Laserpulse benötigt werden, die zweiten Laserpulse stören. Ist dies der Fall, halbiert sich die Frequenz der von der Vorrichtung erzeugten Folge von Laserpulsen. In diesem Fall ist es erforderlich, den optischen Modulator mit einem Steuersignal anzusteuern, dessen Steuerfrequenz beim Zweifachen der gewünschten Frequenz der Folge von
Laserpulsen liegt.
Bevorzugt ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet bzw. konfiguriert / programmiert, den optischen Modulator mit einem Steuersignal mit konstanter Steuerfrequenz anzusteuern, das zur Erzeugung eines ersten Laserpulses und eines zweiten
Laserpulses während einer Periodendauer des Steuersignals dient. Es ist günstig, wenn die Steuerfrequenz des Steuersignals zwischen ca. 1 kHz und ca. 1000 kHz, bevorzugt zwischen ca. 1 kHz und ca. 100 kHz liegt.
Bei einer Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, in dem ersten Betriebszustand eine erste Güte des Resonators zum Aufbauen eines Laserpulses in dem Resonator zu erzeugen und in dem zweiten Betriebszustand eine zweite, kleinere Güte zum Auskoppeln des Laserpulses aus dem Resonator zu erzeugen. Wie weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurde, wird der Resonator in diesem Fall mit Cavity Dumping betrieben. Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Detektor zum
Detektieren einer Leistung des sich in dem Laser-Resonator in dem ersten
Betriebszustand des optischen Modulators aufbauenden Laserpulses auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann es sich bei dem Detektor beispielsweise um eine Fotodiode oder dergleichen handeln, welche die Leistung von aus dem Laser- Resonator während des ersten Betriebszustands ausgekoppelter Laserstrahlung detektiert. Die gemessene Leistung kann dazu dienen, um den Auskoppelzeitpunkt, d.h. den Zeitpunkt des Umschaltens vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand, geeignet zu wählen (s.u.).
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, den optischen Modulator zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten
Betriebszustand beim Erreichen eines vorgegebenen Leistungs-Schwellwerts von in dem Laser-Resonator aufgebauter Laserleistung umzuschalten, und die
Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, zum Erzeugen eines ersten Laserpulses einen ersten Leistungs-Schwellwert und zum Erzeugen eines zweiten Laserpulses einen zweiten, vom ersten verschiedenen Leistungs-Schwellwert vorzugeben. Bei dieser Ausführungsform wird der Wert der momentan in dem Laser-Resonator vorhandenen Leistung, der beispielsweise auf die weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Weise gemessen werden kann, mit einem Leistungs- Schwellwert verglichen, der sich bei der Erzeugung des ersten und des zweiten Laserpulses unterscheidet. Auch auf diese Weise kann ein starker bistabiler Zustand des Laser-Betriebs hergestellt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, in dem ersten Betriebszustand eine erste Güte zum Aufbauen einer Verstärkung in einem laseraktiven Medium des Resonators zu erzeugen und in dem zweiten
Betriebszustand eine zweite, größere Güte zum Abbauen der Verstärkung in dem laseraktiven Medium und zum Auskoppeln eines Laserpulses zu erzeugen. Wie weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurde, wird der Resonator in diesem Fall in einer klassischen Güteschaltung betrieben.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist in dem Resonator eine
Frequenzverdopplungs-Einrichtung zur Umwandlung eines Anteils von in dem Resonator mit einer Grundfrequenz propagierender Laserstrahlung in Laserstrahlung bei der doppelten Grundfrequenz angeordnet. Bei der
Frequenzverdopplungseinrichtung kann es sich insbesondere um einen
nichtlinearen, beispielsweise doppelbrechenden Kristall handeln. Wie bei der
Frequenzumwandlung allgemein üblich, ist auch in diesem Fall für die
Frequenzumwandlung eine Phasenanpassung erforderlich, die ggf. eine geeignete Temperierung des optischen Kristalls erfordert.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Resonator zusätzlich: ein
laseraktives Medium, eine insbesondere polarisationsselektive Auskoppel-
Einrichtung, beispielsweise einen Polarisator, zum Auskoppeln der Laserpulse aus dem Resonator, sowie bevorzugt eine Phasen-Verzögerungseinrichtung zum
Erzeugen einer festen Phasenverzögerung. Bei dem laseraktiven Medium handelt es sich typischerweise um ein Festkörpermedium, beispielsweise in Form eines Laser- Kristalls, z.B. in Form von Yb:YAG, Nd:YAG, Nd:YV04, ... . Das laseraktive
(Festkörper-)Medium kann in Form einer Laserscheibe, eines Laserstabes, eines Laserslabs etc. ausgebildet sein. Für die Anregung des laseraktiven Mediums wird dieses typischerweise mit Hilfe von Pumpstrahlung gepumpt, wozu die Vorrichtung eine Pumplichtquelle, beispielsweise eine Pumplaserquelle, aufweisen kann.
Das Cavity Dumping sowie die Güteschaltung kann auch ohne eine Phasen- Verzögerungseinrichtung erfolgen, beispielsweise wenn als optischer Modulator ein akusto-optischer Modulator verwendet wird. Für das Cavity Dumping wird in der Regel aber eine Verzögerungseinrichtung verwendet, die aus einem optischen Modulator und ggf. einer zusätzlichen Verzögerungsplatte besteht. Dabei erzeugt der Modulator eine zeitlich variable Phasenverzögerung, während die
Verzögerungsplatte eine fest vorgegebene Phasenverzögerung erzeugt. Bei der Verzögerungsplatte kann es sich beispielsweise um eine l/4-Verzögerungsplatte (bzw. bei Ringlasern um eine l/2-Platte) handeln, aber auch andere Verzögerungen sind zweckmäßig. Die Verzögerungseinrichtung erzeugt in der Regel in dem zweiten Betriebszustand ihre maximale Phasenverzögerung, was dazu führt, dass die
Laserstrahiung beim doppelten Durchlauf durch die Verzögerungseinrichtung maximal verzögert wird, so dass ein Laserpuls an der polarisationsselektiven
Auskoppel-Einrichtung aus dem Laser-Resonator ausgekoppelt werden kann. Bei einem linearen Resonator mit einer l/4-Verzögerungsplatte kann die Polarisation der Laserstrahlung beim doppelten Durchlauf durch die Verzögerung um 90° gedreht werden, was der maximalen Auskopplung entspricht. Bei der polarisationsselektiven Auskoppel-Einrichtung kann es sich beispielsweise um einen Dünnschicht- Polarisator handeln, der Laserstrahlung mit einer ersten Polarisationsrichtung transmittiert und Laserstrahlung mit einer zweiten, zur ersten senkrechten
Polarisationsrichtung reflektiert. Auch andere Arten von Polarisatoren können als polarisationsselektive Auskoppel-Einrichtung in dem Laser-Resonator verwendet werden, z.B. Polarisatoren aus doppelbrechenden Medien, die einen Strahlversatz der Polarisationskomponenten (s- bzw. p-Polarisation) im doppelbrechenden Medium und damit eine Trennung der Polarisationskomponenten ermöglichen, etc. Die Verzögerungseinrichtung zur Erzeugung der festen Phasenverzögerung verhindert, dass im Fehlerfall, d.h. bei einem Ausfall des optischen Modulators, der Resonator geschlossen ist, so dass der Laserpuls nicht ausgekoppelt werden kann und weiter verstärkt wird, bis er Komponenten im Resonator beschädigt. Die feste Phasen- Verzögerung der Verzögerungseinrichtung ist hierbei so gewählt, dass im Fehlerfall, d.h. beim Ausfall des optischen Schalters, der Laserpuls automatisch ausgekoppelt wird. Ein Resonator mit einer polarisationsselektiven Auskoppel-Einrichtung und ggf. einer Verzögerungseinrichtung mit fester Phasen-Verzögerung kann auch mit einer klassischen Güteschaltung betrieben werden. Die Auskopplung der Laserpulse aus dem Resonator kann in diesem Fall ohne Polarisations-Selektion erfolgen,
beispielsweise indem die Laserpulse an einer Auskoppel-Einrichtung in Form eines teildurchlässigen Auskoppel-Spiegels, z.B. eines teildurchlässigen End-Spiegels, aus dem Resonator ausgekoppelt werden. Die Verluste in dem Resonator werden in diesem Fall von dem optischen Modulator und einem polarisationsselektiven Element erzeugt. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschlie- ßende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Vorrichtung zur Erzeugung einer Folge von Laserpulsen durch Cavity Dumping oder eine Güteschaltung in einem Laser-Resonator, der einen alternierend angesteuerten optischen Modulator zur Erzeugung einer Folge von alternierenden ersten und zweiten Laserpulsen aufweist,
Fig. 2 eine Darstellung analog zu Fig. 1 , bei welcher die Vorrichtung zusätzlich eine Frequenzverdopplungs-Einrichtung in dem Resonator sowie einen externen Modulator zum Unterdrücken der zweiten Laserpulse umfasst,
Fig. 3a-d vier Darstellungen des zeitlichen Verlaufs eines Steuersignals zur
bistabilen Ansteuerung des optischen Modulators beim Cavity Dumping,
Fig. 4 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines Steuersignals zur bistabilen
Ansteuerung des optischen Modulators bei einer Güteschaltung, sowie
Fig. 5 eine Darstellung analog zu Fig. 1 mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Folge von Laserpulsen bei einer Güteschaltung des Laser- Resonators.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw.
funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Vorrichtung 1 zum Erzeugen einer Folge 2 von Laserpulsen 3a, 3b, die einen Laser-Resonator 4 aufweist. Der Laser- Resonator 4 umfasst zwei Endspiegel 5a, 5b sowie eine scheibenförmiges laseraktives Medium 6, im vorliegenden Beispiel einen Yb:YAG-Krista!i, welcher auf einer Wärmesenke 7 aufgebracht ist. Das laseraktive Medium 6 ist auf seiner der Wärmesenke 7 zugewandten Seite verspiegelt und wird mit der Pumpstrahlung eines (nicht gezeigten) Pumplasers optisch angeregt, wodurch in dem Laser-Resonator 4 Laserstrahlung 8 bei einer Laserwellenlänge l von 1030 nm erzeugt wird.
Der Laser-Resonator 4 weist eine Mehrzahl von Faltungsspiegeln 9a-d auf, um einen Mehrfachdurchgang der Laserstrahlung 8 durch das laseraktive Festkörpermedium 6 zu erzeugen. Die in dem Laser-Resonator 4 bzw. in dem laseraktiven
Festkörpermedium 6 erzeugte Laserstrahlung 8 ist linear polarisiert, z.B. s-polarisiert.
Der Laser-Resonator 4 umfasst weiterhin einen optischen Modulator 10 in Form eines elektro-optischen Modulators, genauer gesagt einer Pockelszelle, sowie eine Steuerungseinrichtung 11 zur Ansteuerung des elektro-optischen Modulators 10 mit einem Steuersignal S. In dem Laser-Resonator 4 ist auch eine
Verzögerungseinrichtung 12 beispielsweise in Form einer l/4-Verzögerungsplatte zur Erzeugung einer konstanten Phasenverzögerung von l/4 sowie eine
polarisationsselektive Auskoppel-Einrichtung 13 in Form eines Dünnschicht-
Polarisators angeordnet, der als teiltransmissiver Spiegel wirkt und an dem die in dem Laser-Resonator 4 erzeugten Laserpulse 3a, 3b ausgekoppelt werden, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird. Der optische Modulator 10 wird für das cavity dumping grundsätzlich in zwei
Betriebszuständen B1 , B2 betrieben. Der erste Betriebszustand B1 dient dazu, einen Laserpuls 3a, 3b in dem Resonator 4 aufzubauen, während in dem zweiten
Betriebszustand B2 ein jeweiliger Laserpuls 3a, 3b aus dem Resonator 4
ausgekoppelt wird.
In dem ersten Betriebszustand B1 kann an dem elektro-optischen Modulator 10 mittels der Steuerungseinrichtung 11 ein Steuersignal S (in Form eines
Spannungssignals) angelegt werden, welches eine (positive) Viertelwellen-Spannung erzeugt, d.h. eine Spannung, die eine Phasenverzögerung der Laserstrahlung 8 von + l/4 bewirkt. Die Verzögerungsplatte 12 erzeugt eine entgegen gerichtete
Phasenverzögerung von - l/4, so dass die Summe der Phasenverzögerungen der Verzögerungsplatte 12 und des elektro-optischen Modulators 10 im ersten
Betriebszustand B1 bei Null liegt. Daher wird die in dem Laser-Resonator 4 erzeugte, s-polarisierte Laserstrahlung 8 nicht in ihrem Polarisationszustand verändert, trifft s- polarisiert auf den Dünnschicht-Polarisator 13 und wird an diesem umgelenkt, d.h. die Laserstrahlung 8 wird nicht an dem Dünnschicht-Polarisator 13 ausgekoppelt. Die Festlegung des Vorzeichens der Phasenverzögerung beruht auf einer Konvention, bei der eine positive / negative an dem elektro-optischen Modulator 10 angelegte Spannung eine Phasenverzögerung mit einem positiven / negativen Vorzeichen bewirkt.
Im zweiten Betriebszustand B2 wird an dem elektro-optischen Modulator 10 eine Phasenverzögerung von Null erzeugt, d.h. an diesem liegt keine Spannungsdifferenz bzw. eine Steuersignal S mit einer Spannung von 0V an. Der doppelte Durchlauf der Laserstrahlung 8 durch die Verzögerungsplatte 12 führt in diesem Fall zu einer Phasenverzögerung von 2 x (- l/4) = - l/2. Diese Phasenverzögerung bewirkt, dass die Polarisationsrichtung (E-Vektor) der linear polarisierten Laserstrahlung 8 um 90° gedreht wird, so dass diese p-polarisiert auf die Auskoppel-Einrichtung in Form des Dünnschicht-Polarisators 13 trifft und an diesem aus dem Laser-Resonator 4 ausgekoppeit wird. Bei geeignet ausgelegtem und angesteuertem elektro-optischem Modulator 10 kann die Verzögerungsplatte 12 auch eine (beliebige) von ± K! 4 abweichende feste Phasenverzögerung aufweisen.
Der in Fig. 1 dargestellte Laser-Resonator 4 wird in einem bistabilen Zustand betrieben, bei dem eine Folge 2 von alternierenden ersten und zweiten Laserpulsen 3a, 3b erzeugt wird, die sich in mindestens einer Eigenschaft voneinander
unterscheiden. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, weisen hierbei die ersten Laserpulse 3a eine größere maximale Pulsleistung bzw. Energie auf als die zweiten Laserpulse 3b. Es versteht sich, dass die ersten Laserpulse 3a alternativ eine geringere Energie bzw. eine geringere maximale Pulsleistung aufweisen können als die zweiten
Laserpulse 3b. Zur Erzeugung der alternierenden ersten und zweiten Laserpulse 3a, 3b mit unterschiedlichen Eigenschaften wird der elektro-optische Modulator 10 mit dem Steuersignal S alternierend angesteuert, wobei für die alternierende
Ansteuerung des elektro-optischen Modulators 10 mehrere Möglichkeiten bestehen, von denen in Fig. 3a-d beispielhaft vier Möglichkeiten beispielhaft dargestellt sind.
Es versteht sich, dass zur Erzeugung einer Folge mit dritten, vierten, ... Laserpulsen mit jeweils von den anderen (ersten, zweiten, ...) Laserpulsen unterschiedlichen Eigenschaften der elektro-optische Modulator 10 entsprechend angesteuert werden kann, um einen stabilen Laser-Betrieb in drei, vier, ... Zuständen zu realisieren.
Bei allen vier in Fig. 3a-d gezeigten Beispielen weist das Steuersignal S eine konstante Steuerfrequenz f auf, die beispielsweise in der Größenordnung von einigen kHz liegen kann, z.B. zwischen 200 Hz und 1000 kHz, bevorzugt zwischen 1 kHz und 100 kHz . Während einer Periodendauer T des Steuersignals S wird der optische Modulator 10 jeweils so angesteuert, dass ein erster Laserpuls 3a und ein zweiter Laserpuls 3b erzeugt wird. Für die Erzeugung eines jeweiligen ersten bzw. zweiten Laserpulses 3a, 3b ist es erforderlich, jeweils einmal zwischen dem ersten Betriebszustand B1 und dem zweiten Betriebszustand B2 hin- und herzuschalten. In Fig. 3a-d wird jeweils der Signalpegel des Steuersignals S bzw. die Güte Q, genauer gesagt 1/Q (proportional zum Verlust L), zwischen einem maximalen Verlust L (entsprechend einer minimalen Güte Q), der mit einer Eins bezeichnet ist und einem minimalen Verlust L (entsprechend einer maximalen Güte Q), der mit Null bezeichnet ist, aufgetragen. Bei der minimalen Güte Q (und maximalem Verlust L) erzeugt im gezeigten Beispiel der optische Modulator 10 die weiter oben beschriebene
Phasenverzögerung von Null, während bei der maximalen Güte Q (und minimalem Verlust L) der optische Modulator 10 eine Phasenverzögerung von + l/4 erzeugt (s.o.).
Bei dem in Fig. 3a gezeigten Beispiel erfolgt die alternierende Ansteuerung mit einem Steuersignal S, bei dem die Zeitdauer für die Erzeugung eines jeweiligen ersten Laserpulses 3a und eines jeweiligen zweiten Laserpulses 3b gleich groß ist und der Hälfte der Periodendauer T / 2 des Steuersignals S entspricht. Bei dem in Fig. 3a gezeigten Beispiel unterscheidet sich jedoch die Verweildauer tBi,i in dem ersten Betriebszustand B1 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a von der Verweildauer tei, 2 in dem ersten Betriebszustand B1 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b: Die Verweildauer tsi,i in dem ersten Betriebszustand B1 ist bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a größer als die Verweildauer tBi,2 in dem ersten Betriebszustand B1 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b. Auf diese Weise steht ein längerer Zeitraum für die Verstärkung bzw. für den Pulsaufbau eines jeweiligen ersten Laserpulses 3a zur Verfügung, was zu der in Fig. 1 gezeigten höheren maximalen Leistung des ersten Laserpulses 3a im Vergleich zum zweiten Laserpuls 3b führt.
Bei dem in Fig. 3b gezeigten Beispiel wird die alternierende Ansteuerung ebenfalls dadurch realisiert, dass das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand B1 , B2 bei der Erzeugung der beiden Laserpulse 3a, 3b zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgt. Bei dem in Fig. 3b gezeigten Beispiel ist allerdings die jeweilige Verweildauer tß-i,i bzw. tei,2 in dem ersten Betriebszustand B1 für den ersten Laserpuls 3a und für den zweiten Laserpuls 3b gleich lang. In Fig. 3b unterscheidet sich aber die Gesamt-Verweildauer ttot,i des optischen Modulators 10 in dem ersten Betriebszustand B1 und in dem zweiten Betriebszustand B2 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a von der Gesamt-Verweildauer ttot,2 des optischen Modulators 10 in dem ersten Betriebszustand B1 und in dem zweiten Betriebszustand B2 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b. Die Summe der beiden Gesamt-Verweildauern ttot,i bzw. ttot,2 entspricht der konstanten
Periodendauer T des Steuersignals S. Aufgrund der größeren Gesamt-Verweildauer ttot,i des optischen Modulators 10 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a weist dieser eine größere maximale Pulsleistung als der zweite Laserpuls 3b auf.
Wesentlich ist hierbei, dass aufgrund der längeren Verweildauer des optischen Modulators 10 in dem zweiten Betriebszustand B2 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a mehr Energie bzw. Verstärkung in das laseraktive Medium 6 eingebracht wird als bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b. Entsprechend kann während der nachfolgenden Verweildauer im ersten Betriebszustand B1 mehr Energie für den ersten Laserpuls als für den zweiten Laserpuls extrahiert werden.
Es versteht sich, dass die in Fig. 3a und in Fig. 3b dargestellten Möglichkeiten der alternierenden Ansteuerung auch kombiniert werden können, d.h. die Verweildauer tßi,i in dem ersten Betriebszustand B1 und die Gesamt-Verweildauer ttot,i in dem ersten und zweiten Betriebszustand B1 , B2 bei der Erzeugung des ersten
Laserpulses 3a kann sich von der Verweildauer tsi ,2 in dem ersten Betriebszustand B1 bzw. von der Gesamt-Verweildauer ttot,2 in dem ersten und in dem zweiten
Betriebszustand B1 , B2 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b
unterscheiden. Bei dem in Fig. 3c gezeigten Beispiel erfolgt die unterschiedliche Ansteuerung zur Erzeugung der beiden Laserpulse 3a, 3b nicht durch unterschiedliche Verweildauern in den beiden Betriebszuständen B1 , B2, sondern durch eine Güte Qi des optischen Modulators 10 in dem ersten Betriebszustand B1 beim Erzeugen des ersten
Laserpulses 3a, die sich von einer Güte Qi‘ des optischen Modulators 10 in dem ersten Betriebszustand B1‘ beim Erzeugen des zweiten Laserpulses 3b
unterscheidet. Die jeweilige Güte Qi, Qi‘ stellt einen dimensionslosen Wert dar (Q- Faktor) und ist reziprok proportional zum Verlust L|, Li‘. Für den ersten
Betriebszustand B1 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a gilt wie bei den beiden Beispielen von Fig. 3a, b, dass der Verlust Li des Laser-Resonators 4 praktisch gleich Null und die Güte Qi maximal ist. Für den ersten Betriebszustand B1‘, in dem der optische Modulator 10 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b betrieben wird, gilt hingegen: Li‘ = 0,2, wobei abhängig von der Art des
laseraktiven Mediums 6 andere Werte für den Verlust L-i‘ möglich sind, die
beispielsweise zwischen 0,01 und 0,5 liegen können. Der optische Modulator 10 wird bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b in dem ersten Betriebszustand B1‘ mit einem Steuersignal S mit einem Signalpegel angesteuert, der eine von Null verschiedene Phasenverzögerung des optischen Modulators 10 bewirkt. Dies führt dazu, dass die Polarisationsrichtung (E-Vektor) der linear polarisierten
Laserstrahlung 8 gedreht wird und einen Anteil aufweist, der während des ersten Betriebszustands B1‘ aus dem Laser-Resonator 4 ausgekoppelt wird. Auf diese Weise kann der zweite Laserpuls 3b weniger Energie extrahieren und aufbauen, so dass dessen maximale Pulsleistung geringer ist als bei dem ersten Laserpuls 3a.
Fig. 3d zeigt schließlich eine Möglichkeit zur alternierenden Ansteuerung des optischen Modulators 10, bei dem der optische Modulator 10 von dem ersten
Betriebszustand B1 in den zweiten Betriebszustand B2 umgeschaltet wird, sobald die in dem Laser-Resonator 4 aufgebaute Leistung P der Laserstrahlung 8 einen vorgegebenen Leistungs-Schwei Iwert Ps,i, Ps,2 überschreitet, der für die Erzeugung der beiden Laserpulse 3a, 3b unterschiedlich groß gewählt wird. Im gezeigten
Beispiel wird der erste Leistungs-Schwellwert Ps,i für den ersten Laserpuls 3a größer gewählt als der zweite Leistungs-Schwellwert Ps,2 für den zweiten Laserpuls 3b. Entsprechend wird der optische Modulator 10 bei der Erzeugung des ersten
Laserpulses 3a zu einem späteren Zeitpunkt vom ersten Betriebszustand B1 in den zweiten Betriebszustand B2 umgeschaltet, d.h. die Verweildauer tBi,i in dem ersten Betriebszustand B1 ist bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a größer als die Verweildauer tßi, 2 in dem ersten Betriebszustand B1 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b.
Die exakte Verweildauer tßi,i, tß-i,2 in dem ersten Betriebszustand B1 wird durch das Erreichen des jeweiligen Leistungs-Schwellwerts Ps,i, Ps,2 bestimmt, der bei der Erzeugung der Folge 2 von Laserpulsen 3a, 3b bei aufeinander folgenden ersten Laserpulsen 3a bzw. zweiten Laserpulsen 3b jeweils geringfügig fluktuiert. Das Steuersignal S weist dennoch auch in diesem Fall eine konstante Steuerfrequenz f auf, da das Umschalten vom zweiten Betriebszustand B2 in den ersten
Betriebszustand B1 jeweils zu fest vorgegebenen Zeitpunkten innerhalb einer jeweiligen Periodendauer T erfolgt. Entsprechend unterscheidet sich das in Fig. 3d gezeigte Steuersignal S von dem in Fig. 3a gezeigten Steuersignal S lediglich darin, dass der Umschaltzeitpunkt vom ersten Betriebszustand B1 in den zweiten
Betriebszustand B2 nicht fest vorgegeben ist, sondern durch das Erreichen des jeweiligen Leistungs-Schwellwerts Ps,i, Ps,2 getriggert wird.
Zur Bestimmung der (momentanen) Leistung P der Laserstrahlung 8 in dem Laser- Resonator 4 in dem ersten Betriebszustand B1 weist die in Fig. 1 gezeigte
Vorrichtung 1 einen Detektor 14 auf, der in Form einer Fotodiode ausgebildet ist. Der Detektor 14 ist außerhalb des Laser-Resonators 4 angeordnet. Um einen geringen Anteil der in dem Laser-Resonator 4 propagierenden Laserstrahlung 8 für die
Detektion auszukoppeln, ist der zweite Endspiegel 5b des Laser-Resonators 4 teilduchlässig ausgebildet, d.h. dieser weist eine Transmission von ca. 0,01 % oder darunter für die in dem Laser-Resonator 4 propagierende Laserstrahlung 8 auf. Auf den Detektor 14 kann ggf. verzichtet werden, sofern die alternierende Ansteuerung des optischen Modulators 10 auf die in Zusammenhang mit Fig. 3a-c beschriebene Weise erfolgt.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer Folge 2 von Laserpulsen, die sich von der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 im Wesentlichen dadurch
unterscheidet, dass diese einen weiteren optischen Modulator 15 z.B. in Form eines akusto-optischen Modulators aufweist, der außerhalb des Laser-Resonators 4 angeordnet ist. Der weitere optische Modulator 15 dient dazu, aus der Folge 2 von aus dem Laser-Resonator 4 ausgekoppelten ersten und zweiten Laserpulsen 3a, 3b die zweiten Laserpulse 3b auszukoppeln bzw. diese zu unterdrücken. Der akusto- optische Modulator 15 lenkt die zweiten Laserpulse 3b zu einem nicht bildlich dargestellten Absorber um. Für die Umlenkung wird von dem akusto-optischen Modulator 15 in einem optischen Kristall mit Hilfe eines Ultraschall-Generators mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz f / 2, die der Hälfte der Steuerfrequenz f des Steuersignals S entspricht, ein Phasenbeugungsgitter erzeugt.
Alternativ kann es sich bei dem externen optischen Modulator 15 um einen weiteren elektro-optischen Modulator, z.B. in Form einer Pockels-Zelle, zum Erzeugen einer Phasenverschiebung bzw. Phasenverzögerung handeln. In beiden Fällen kann der externe optische Modulator 15 mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 11 mit der Hälfe der Steuerfrequenz f des Steuersignals f/2 angesteuert werden, um die zweiten Laserpulse 3b aus der Folge 2 von Laserpulsen 3a, 3b zu eliminieren, so dass nur die ersten Laserpulse 3a die Vorrichtung 1 verlassen. Es versteht sich, dass ggf. für den weiteren optischen Modulator 15 eine eigene Steuerungseinrichtung z.B. in Form einer elektronischen Steuerschaltung vorgesehen werden kann. In diesem Fall ist es erforderlich, die Ansteuerung des optischen Modulators 10 und des weiteren optischen Modulators 15 geeignet zu synchronisieren. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein gemeinsamer Frequenzgenerator in der Vorrichtung 1 vorgesehen sein.
Die in dem Laser-Resonator 4 erzeugte Laserstrahlung 8 weist eine Grundfrequenz fc auf, die proportional zum Kehrwert der Laser-Wellenlänge l ist. Für die zusätzliche Unterdrückung von zeitlichem Jitter und insbesondere von Energiefluktuationen bei der Erzeugung der Folge von Laserpulsen 3a, 3b ist in dem Laser-Resonator 4 von Fig. 2 eine Frequenzverdopplungs-Einrichtung 16 in Form eines
frequenzverdoppelnden Kristalls (SHG-Kristall) angeordnet. In dem SHG-Kristall 16 wird ein geringer Anteil (in der Regel weniger als 10% bzw. weniger als 1%) der in dem Laser-Resonator 4 erzeugten Laserstrahlung 8 in Laserstrahlung 17 mit der doppelten Grundfrequenz 2 fe konvertiert. Die konvertierte Laserstrahlung 17 wird an einem der Umlenkspiegel 9a, der als wellenlängenselektives optisches Element ausgebildet ist, transmittiert und aus dem Laser-Resonator 4 ausgekoppelt. Fig. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf des Steuersignals S, wenn der Laser-Resonator 4 nicht wie in Fig. 3a-d dargestellt mit Cavity Dumping betrieben wird, sondern mit einer herkömmlichen Güteschaltung. In diesem Fall wird in dem ersten
Betriebszustand B1 eine Verstärkung V in dem laseraktiven Medium 6 des
Resonators 4 aufgebaut, indem der Resonator 4 mit einem hohen Verlust L-i von nahezu Li = 1 ,0 bzw. mit einer Güte Qi nahe Null betrieben wird. Sobald die
Verstärkung V in dem laseraktiven Medium 6 ihren maximalen Wert angenommen hat (zu einem fest vorgegebenen Zeitpunkt), wird der optische Modulator 10 von dem ersten Betriebszustand B1 in den zweiten Betriebszustand B2 umgeschaltet. In dem zweiten Betriebszustand B2 erzeugt der optische Modulator 10 eine (zweite) Güte Q2, die größer ist als die erste Güte Qi in dem ersten Betriebszustand B1 (der Verlust L2, L2‘ ist nahe Null), um die Verstärkung V in dem laseraktiven Medium 6 abzubauen und um die Laserpulse 3a, 3b aus dem Laser-Resonator 4
auszukoppeln.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel werden die zweite Güte Q2 beim Erzeugen des ersten Laserpulses 3a und die zweite Güte Q2‘ beim Erzeugen des zweiten
Laserpulses 3b in dem zweiten Betriebszustand B2 unterschiedlich gewählt, wobei die zweite Güte G2 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a größer ist als die zweite Güte Q2‘ bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b (und entsprechend ist der Verlust L2 kleiner ist als der Verlust L2‘). Entsprechend weist ein jeweiliger erster Laserpuls 3a eine größere Pulsenergie auf ein jeweiliger zweiter Laserpuls 3b. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich zu der Ansteuerung des optischen Modulators 10, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, erste und zweite Laserpulse 3a, 3b, die sich in mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden, auch analog zu der weiter oben in Zusammenhang mit Fig. 3a, b für das Cavity Dumping beschriebenen Weise erzeugt werden können.
Fig. 5 ein Beispiel für eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Laserpulsen 3a, 3b, bei denen der Laser-Resonator 4 ebenfalls mit einer herkömmlichen Güteschaltung betrieben wird. Die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung 1 unterscheidet sich
gegenständlich von der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 lediglich dadurch, dass der erste Endspiegel 5a des Resonators 4 als teildurchlässiger Spiegel (z.B. mit einer Transmission von 10 %) ausgebildet ist und als Auskoppel-Einrichtung dient, während der Dünnschicht-Polarisator 13 nicht als Auskoppel-Einrichtung wirkt, d.h. nicht teiltransmissiv ausgebildet ist. Auf die Verzögerungsplatte 12 kann in diesem Fall verzichtet werden. Die Verluste in dem Resonator 4 werden in diesem Fall durch den akusto-optischen Modulator 10 erzeugt. Die Ansteuerung des akusto-optischen Modulators 10 mit dem Steuersignal S kann auch bei der in Fig. 5 gezeigten
Vorrichtung 1 auf die in Fig. 4 beschriebene Weise erfolgen. An Stelle eines akusto- optischen Modulators kann bei der Vorrichtung von Fig. 5 auch ein elektro-optischer Modulator verwendet werden.
Zusammenfassend kann mit Hilfe der alternierenden Ansteuerung des optischen Modulators 10 der Laser-Resonator 4 in einem robusten bistabilen Zustand betrieben werden. Auf diese Weise kann mittels der Vorrichtung 1 eine Folge 2 von
Laserpulsen 3a, 3b erzeugt werden, bei der sowohl ein sehr geringer zeitlicher Jitter als auch eine hohe Energiestabilität der jeweiligen Laserpulse 3a, 3b realisiert werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen von Laserpulsen (3a, 3b) durch Verändern der Güte (G) in einem Resonator (4), umfassend:
Erzeugen der Laserpulse (3a, 3b) durch Ansteuern eines optischen Modulators (10) mit einem Steuersignal (S) zum Umschalten zwischen einem ersten Betriebszustand (B1 ) des optischen Modulators (10) zum Erzeugen einer ersten Güte (Gi) in dem Resonator (4) und einem zweiten Betriebszustand (B2) des optischen Modulators (10) zum Erzeugen einer zweiten, von der ersten verschiedenen Güte (G2) in dem Resonator (4),
dadurch gekennzeichnet
dass zum Erzeugen einer Folge (2) von Laserpulsen (3a, 3b), bei der sich erste Laserpulse (3a) mit zweiten, von den ersten verschiedenen Laserpulsen (3b) abwechseln, der optische Modulator (10) zum Erzeugen eines jeweiligen ersten Laserpulses (3a) und eines jeweiligen zweiten Laserpulses (3b) mit dem
Steuersignal (S) alternierend jeweils unterschiedlich angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , weiter umfassend: Erzeugen einer Folge (2) von ersten Laserpulsen (3a) durch Unterdrücken der zweiten Laserpulse (3b), bevorzugt mittels eines außerhalb des Resonators (4) angeordneten weiteren optischen Modulators (15).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der optische Modulator (10) mit einem Steuersignal (S) mit konstanter Steuerfrequenz (f) angesteuert wird, wobei während einer Periodendauer (T) des Steuersignals (S) jeweils ein erster Laserpuls (3a) und ein zweiter Laserpuls (3b) erzeugt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine
Verweildauer (tßi,i) des optischen Modulators (10) in dem ersten
Betriebszustand (B1 ) beim Erzeugen des ersten Laserpulses (3a) und eine Verweildauer (tsi,2) des optischen Modulators (10) in dem ersten Betriebszustand (B1 ) beim Erzeugen des zweiten Laserpulses (3b)
unterschiedlich gewählt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Gesamt- Verweildauer (ttot.1 ) des optischen Modulators (10) in dem ersten und zweiten Betriebszustand (B1, B2) beim Erzeugen des ersten Laserpulses (3a) und eine Gesamt-Verweildauer (ttot,2) des optischen Modulators (10) in dem ersten und zweiten Betriebszustand (B1 , B2) beim Erzeugen des zweiten Laserpulses (3b) unterschiedlich gewählt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Güte (Oi, Ch) beim Erzeugen des ersten Laserpulses (3a) und die erste Güte (Qi‘) beim Erzeugen des zweiten Laserpulses (3b) unterschiedlich gewählt werden und/oder bei dem die zweite Güte (Q2) beim Erzeugen des ersten Laserpulses (3b) und die zweite Güte ( V) beim Erzeugen des zweiten Laserpulses (3b) unterschiedlich gewählt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im ersten
Betriebszustand (B1) eine erste Güte (Qi) des Resonators (4) zum Aufbauen eines Laserpulses (3a, 3b) in dem Resonator (4) erzeugt wird und bei dem im zweiten Betriebszustand (B2) eine zweite, kleinere Güte (Q2) zum Auskoppeln des Laserpulses (3a, 3b) aus dem Resonator (4) erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der optische Modulator (10) beim
Erreichen eines vorgegebenen Leistungs-Schweilwerts (Ps,i, Ps,2) von in dem Resonator (4) aufgebauter Laserleistung (P) von dem ersten Betriebszustand (B1 ) in den zweiten Betriebszustand (B2) umgeschaltet wird, wobei beim
Erzeugen eines ersten Laserpulses (3a) ein erster Intensitäts-Schwellwert (Ps,i) und beim Erzeugen eines zweiten Laserpulses (3b) ein zweiter, vom ersten verschiedener Intensitäts-Schwellwert (Ps,2) gewählt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem im ersten
Betriebszustand (B1 ) zum Aufbauen einer Verstärkung (V) in einem laseraktiven Medium (6) des Resonators (4) eine erste Güte (Qi) erzeugt wird und bei dem im zweiten Betriebszustand (B2) zum Abbauen der Verstärkung (V) in dem laseraktiven Medium (6) und zum Auskoppeln eines Laserpulses (3a, 3b) eine zweite, größere Güte (Q2) erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mittels einer Frequenzverdopplungs-Einrichtung (16) ein Anteil von in dem Resonator (4) mit einer Grundfrequenz (fc) propagierender Laserstrahlung (8) in
Laserstrahlung (17) mit der doppelten Grundfrequenz (2 fc) umgewandelt wird.
11. Vorrichtung (1 ) zum Erzeugen von Laserpulsen (3a, 3b), umfassend:
einen Resonator (4),
einen in dem Resonator (4) angeordneten optischen Modulator (10),
eine Steuerungseinrichtung (11), die zur Erzeugung eines Steuersignals (S) ausgebildet ist, um den optischen Modulator (10) zwischen einem ersten
Betriebszustand (B1 ) zum Erzeugen einer ersten Güte (G-i) des Resonators (4) und einem zweiten Betriebszustand (B2) zum Erzeugen einer zweiten, von der ersten verschiedenen Güte (G2) des Resonators (4) umzuschalten,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerungseinrichtung (11 ) ausgebildet ist, zum Erzeugen einer Folge (2) von Laserpulsen (3a, 3b), bei der sich erste Laserpulse (3a) mit zweiten, von den ersten verschiedenen Laserpulsen (3b) abwechseln, den optischen
Modulator (10) zum Erzeugen eines jeweiligen ersten Laserpulses (3a) und eines jeweiligen zweiten Laserpulses (3b) mittels des Steuersignals (S) alternierend jeweils unterschiedlich anzusteuern.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 weiter umfassend: einen außerhalb des
Resonators (4) angeordneten weiteren optischen Modulator (15) zur
Unterdrückung der zweiten Laserpulse (3b).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei welcher die Steuerungseinrichtung (11 ) ausgebildet ist, den optischen Modulator (10) mit einem Steuersignal (S) mit konstanter Steuerfrequenz (f) zur Erzeugung eines ersten Laserpulses (3a) und eines zweiten Laserpulses (3b) während einer Periodendauer (T) des Steuersignals (S) anzusteuem.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei welcher die
Steuerungseinrichtung (11 ) ausgebildet ist, in dem ersten Betriebszustand (B1 ) eine erste Güte (Qi) des Resonators (4) zum Aufbauen eines Laserpulses (3a, 3b) in dem Resonator (4) zu erzeugen und in dem zweiten Betriebszustand (B2) eine zweite, kleinere Güte (Q2) zum Auskoppeln des Laserpulses (3a, 3b) aus dem Resonator (4) zu erzeugen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, weiter umfassend: einen
Detektor (14) zum Detektieren von in dem Resonator (4) in dem ersten
Betriebszustand (B1) des optischen Modulators (10) aufgebauter Laserleistung
(P).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Steuerungseinrichtung (11 )
ausgebildet ist, den optischen Modulator (4) zwischen dem ersten
Betriebszustand (B1 ) und dem zweiten Betriebszustand (B2) beim Erreichen eines vorgegebenen Leistungs-Schwellwerts (Ps,i , Ps,2) der in dem Resonator (4) aufgebauten Laserleistung (P) umzuschaiten, und wobei die
Steuerungseinrichtung (11 ) ausgebildet ist, zum Erzeugen eines ersten
Laserpulses (3a) einen ersten Leistungs-Schwellwert (Ps,i) und zum Erzeugen eines zweiten Laserpulses (3b) einen zweiten, vom ersten verschiedenen Leistungs-Schwellwert (Ps,2) vorzugeben.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die
Steuerungseinrichtung (11 ) ausgebildet ist, in dem ersten Betriebszustand (B1 ) eine erste Güte (Qi) zum Aufbauen einer Verstärkung (V) in einem laseraktiven Medium (6) des Resonators (4) zu erzeugen und in dem zweiten
Betriebszustand (B2) eine zweite, größere Güte (Q2) zum Abbauen der
Verstärkung (V) in dem laseraktiven Medium (6) und zum Auskoppeln eines Laserpulses (3a, 3b) zu erzeugen.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, weiter umfassend: eine in dem Resonator (4) angeordnete Frequenzverdopplungs-Einrichtung (16) zur Umwandlung eines Anteils von in dem Resonator (4) mit einer Grundfrequenz (fc) propagierender Laserstrahlung (8) in Laserstrahlung (17) bei der doppelten Grundfrequenz (2 fG).
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei welchem der Resonator (4) weiter umfasst:
ein laseraktives Medium (6),
eine insbesondere polarisationsselektive Auskoppel-Einrichtung (13, 5a) zum Auskoppeln der Laserpulse (3a, 3b) aus dem Resonator (4), sowie
bevorzugt eine Phasen- Verzögerungseinrichtung (12).
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