DE10108436B4 - Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers und Festkörperlasersystem - Google Patents

Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers und Festkörperlasersystem Download PDF

Info

Publication number
DE10108436B4
DE10108436B4 DE2001108436 DE10108436A DE10108436B4 DE 10108436 B4 DE10108436 B4 DE 10108436B4 DE 2001108436 DE2001108436 DE 2001108436 DE 10108436 A DE10108436 A DE 10108436A DE 10108436 B4 DE10108436 B4 DE 10108436B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
solid
state laser
laser
variables
manipulated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE2001108436
Other languages
English (en)
Other versions
DE10108436A1 (de
Inventor
Achim Dr. Kittel
Falk Dipl.-Phys. Lange
Tobias Dipl.-Phys. Letz
Kestutis Prof. Dr. Pyragas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Carl Von Ossietzky Universitaet Oldenburg
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Carl Von Ossietzky Universitaet Oldenburg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV, Carl Von Ossietzky Universitaet Oldenburg filed Critical Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority to DE2001108436 priority Critical patent/DE10108436B4/de
Priority to AU2002246022A priority patent/AU2002246022A1/en
Priority to PCT/DE2002/000659 priority patent/WO2002066379A2/de
Publication of DE10108436A1 publication Critical patent/DE10108436A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10108436B4 publication Critical patent/DE10108436B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/136Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1312Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping

Abstract

Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers mit resonatorinterner Frequenzvervielfachung, bei dem mindestens zwei Komponenten der von dem Festkörperlaser abgegebenen Strahlung gemessen und zum Regeln der Ausgangsleistung des Festkörperlasers auf einen konstanten Wert auf mindestens eine Stellgröße wirken,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Regeln der Ausgangsleistung des Festkörperlasers mindestens eine zweite Stellgröße beeinflußt wird, wobei für jede Stellgröße jeweils ein eigener Vorgabewert festgelegt wird, und
daß die Regelbandbreite beider Stellgrößen vergleichbar mit den charakteristischen Frequenzen der Fluktuation der Intensität des Festkörperlasers ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Festkörperlasersystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
  • Festkörperlaser werden verstärkt in der Technik und Wissenschaft angewendet, wobei insbesondere Laser gefragt sind, die Strahlung im sichtbaren Bereich abgeben. Dies wird insbesondere durch den Einsatz von Lasern erreicht, bei denen die Frequenz der Grundstrahlung durch eine resonatorinterne Frequenzverdoppelung oder Frequenzvervielfachung von diodengepumpten Multimode-Festkörperlasern erhöht wird, wobei die Frequenz der Grundstrahlung im infraroten Bereich liegt. Beispielhaft sei hier der Nd-YAG-Laser erwähnt, der mit Hilfe einer resonatorinternen Frequenzverdoppelung sichtbare grüne Strahlung mit 532 nm Wellenlänge bei einer Grundstrahlung von 1064 nm abgibt. Innerhalb des optischen Resonators wird dazu ein KTP-Kristall eingesetzt. Derartige frequenzverdoppelte oder -vervielfachte Festkörperlaser sind kompakt und haben eine große Effizienz. Ein Problem besteht jedoch nach wie vor darin, daß die Ausgangsleistung deutlich fluktuiert.
  • Eine sehr einfache Lösung des Problems besteht darin, den frequenzvervielfachenden Kristall außerhalb des Resonators zu plazieren. Da die Wandlungseffizienz überlinear von der Lichtintensität abhängt, ist dies aber mit einer beträchtlichen Reduktion der Wandlungseffizienz verbunden und somit mit einer starken Reduktion der Laserausgangsleistung.
  • Vorschläge zur Lösung dieses Problems sind beispielsweise aus US 5,197,073 A , DE 196 46 073 C1 und JP 08008480 A bekannt. Bei den hier beschriebenen Verfahren werden Stellgrößen, wie beispielsweise die Temperatur, verändert, so daß über vergleichsweise langsame Änderungen ein nahezu statischer Zustand erreicht wird, bei dem der Laser vergleichsweise stabil ist. Der Laser befindet sich dabei in einem Arbeitspunkt mit einer geringen Modenzahl.
  • Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus Roy et al., Phys. Rev. Lett. 68 (9), 1992, Seite 1259 ff. bekannt. Diese Arbeit wird auch in der US-Patentschrift 5,442,510 A erwähnt. In der JP 08-008480 A wird eine Laservorrichtung beschrieben, mit der ein besonders stabiler Laserstrahl erzeugt werden soll. Diese Laservorrichtung nutzt eine Pumplaserdiode, mit der der Festkörperlaser mit resonatorinterner Frequenzvervielfachung angeregt wird. Es werden dann zwei Komponenten der von dem Festkörperlaser abgegebenen Strahlung gemessen, wobei das Ergebnis dazu genutzt wird, eine der beiden Richtungen gezielt zu unterdrücken. Dies erfolgt über eine zeitlich vergleichsweise langsame Temperaturregelung. Derartige stabilitätsoptimierte Laservorrichtungen sind in der Regel nicht effizienzoptimiert.
  • Demgegenüber wird in der DE 4205011 A1 ein effizienzoptimierter Laser beschrieben. Bei diesem wird die Pumpleistung konstant gehalten. Derartige Festkörperlaser sind in der Regel nicht stabilitätsoptimiert. Damit vergleichbar ist das in der US 5,249,193 A beschriebene Festkörperlasersystem. Auch dieser Festkörperlaser wird von zwei Laserdioden gepumpt, die durch ein externes Signal gesteuert sind.
  • Aus der Veröffentlichung Kittel, A u. a. „Stabilisierung von miniaturisierten frequenzverdoppelten Nd:YAG-Lasern mit Regelungsverfahren der nichtlinearen Dynamik" in Statusseminar „technische Anwendungen von Erkenntnissen der nichtlinearen Dynamik", Frankfurt, 23. bis 24. Februar 1999, Seiten 7 bis 11 werden allgemein die Möglichkeiten der Stabilisierung von frequenzverdoppelten Festkörperlasern beschrieben. Dabei wird insbesondere ein Lasersystem beschrieben, das zu Lasten der Effizienz besonders stabil ist, wobei eine Beschränkung auf kleine Pumpleistungen und kleine Ausgangsleistungen des Festkörperlasers erfolgt. Es können auch nur bestimmte Modenkonfigurationen des Festkörperlasers stabilisiert werden. in den Veröffentlichungen LETZ, T.; u. a. „Charakterisierung und Stabilisierung chaotischer Fluktuationen in einem resonatorintern frequenzverdoppelten Nd:YAG-Laser", DPG-Frühjahrstagung 1999 (DY 13) und LETZ, T.; u. a.: „Stabilisierung der Ausgangsleistung eines chaotisch fluktuierenden Festkörperlasers", DPG-Frühjahrstagung 2000 (DY 46) werden Lasersysteme beschrieben, bei denen verschiedene Methoden der Rückkopplung auf eine Stellgröße beschrieben werden. Die Rückkopplung kann dabei entweder als proportionale Rückkopplung, als differentielle Rückkopplung oder als Kombination dieser beiden mathematischen Darstellungen gewählt werden. Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren des OPF (Occasional proportional feedback) erfolgt eine Regelung von einer Stellgröße.
  • Mehrgrößenregelungen an sich sind beispielsweise auch dem Buch „Mehrgrößenregelungen" VEB-Verlag Technik Berlin, 1982 bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders zuverlässiges Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers zu schaffen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Festkörperlasersystem zu schaffen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nach dem Grundgedanken der Erfindung werden zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers mit resonatorinterner Frequenzvervielfachung mindestens zwei Komponenten der von dem Festkörperlaser abgegebenen Strahlung gemessen und zum Regeln der Ausgangsleistung des Festkörperlasers auf mindestens zwei Stellgrößen gegeben, so daß durch Eingriff auf verschiedene Stellgrößen mit jeweils eigenen Vorgabewerten das Verhalten der Regelung verbessert wird. Dabei ist die Regelbandbreite beider Stellgrößen vergleichbar mit den charakteristischen Frequenzen der Fluktuation der Intensität des Festkörperlasers, insbesondere ist die Regelbandbreite in der gleichen Größenordnung wie die charakteristischen Frequenzen der Fluktuationen. Die Stellgrößen sind also insbesondere im Mikrosekundenbereich oder sogar im Submikrosekundenbereich regelbar. Dadurch wird eine dynamische Regelung des Festkörperlasers erreicht, die unmittelbar auf die Fluktuation der Intensität des Festkörperlasers reagieren kann. Bevorzugt können auch drei oder mehr Stellgrößen beeinflußt werden, so daß insgesamt eine besonders sichere Stabilisierung der Ausgangsleistung erreicht wird.
  • Eine Stellgröße wird bevorzugt von der Pumpleistung einer Laserdiode, insbesondere von dem durch die Laserdiode fließenden Strom, gebildet. Als zweite Stellgröße wird bevorzugt die Pumpleistung einer zweiten Laserdiode, insbesondere der durch die Laserdiode fließende Strom, verwendet, wobei auch diese Laserdiode als Pumplaserdiode des Festkörperlasers dient. Die Laserdioden sind als Pumplaserdioden Bestandteil des Festkörperlasersystems. Alternativ oder zusätzlich kann als Stellgröße auch die Wandlungseffizienz von infrarot zu grün des frequenzvervielfachenden Kristalls, insbesondere ein an den frequenzvervielfachenden Kristall angelegtes elektrisches Feld dienen. Durch das Anlegen einer Hochspannung an den frequenzvervielfachenden Kristall ändert sich die Stärke der Doppelbrechung dieses Kristalls, und es ergibt sich eine Änderung der Phasenverschiebung. Auch andere Steilgrößen, wie beispielsweise die Temperatur der Pumplaserdioden können verwendet werden. Die Beeinflussung der Temperatur ist hilfreich zur Unterstützung des Verfahrens, jedoch nicht integraler Bestandteil, da auf diese Weise keine dynamische Regelung, sondern nur eine vergleichsweise langsame Änderung des Arbeitspunktes erreicht werden kann.
  • Als Meß- und Regelgröße wird bevorzugt bei der von dem Festkörperlasersystem abgegebenen Strahlung die jeweilige Intensität der unterschiedlichen Polarisationsrichtungen des infraroten Lichtes gemessen. Alternativ oder zusätzlich ist es günstig, die Intensität des abgegebenen Strahls hoher Frequenz, im eingangs genannten Beispiel die Intensität des grünen Lichtes, zu messen. Auch hier sind zusätzliche Meß- und Regelgrößen verwendbar, wie beispielsweise die Temperaturen einzelner Baukomponenten des Festkörperlasersystems.
  • Zwischen den Meß- und Regelgrößen und den Stellgrößen besteht ein funktionaler Zusammenhang. In einfachen Fällen ist dieser linear, so daß die Meß- und Regelgrößen mit Gewichtungsfaktoren gewichtet werden, und die Stellgrößen dann entsprechend geändert werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als Meß- und Regelgrößen die beiden unterschiedlichen Polarisationsrichtungen des infraroten Lichtes gemessen, und jede dieser Meß- und Regelgrößen wird auf jeweils eine von zwei Laserdioden als Stellgröße angewendet. Auch Mischgrößen sind möglich, so daß also jede der Meß- und Regelgrößen auf beide Laserdioden als Stellgrößen angewendet wird. Mathematisch wird dies mit einer 2×2 Matrix ausgedrückt. Die Regelung erfolgt dabei bevorzugt so, daß die Intensitäten der unterschiedlichen Polarisationsrichtungen des infraroten Lichtes ungefähr gleich groß sind oder werden, da bei dieser Konfiguration die Wandlungseffizienz von infrarot zu grün maximal ist.
  • Das erfindungsgemäße Festkörperlasersystem, das insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens dient, zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens zwei Laserdioden vorgesehen sind, die derart ausgerichtet sind, daß die Polarisationsrichtungen der von den Laserdioden ausgesandten Strahlung unterschiedlich sind, daß dem Festkörperlasersystem mindestens eine Regeleinrichtung zum Regeln von mindestens zwei unabhängig voneinander beeinflußbaren Stellgrößen zugeordnet ist und daß die Regelbandbreite beider Stellgrößen vergleichbar mit den charakteristischen Frequenzen der Fluktuation der Intensität des Festkörperlasers ist. Dadurch ist eine besonders gute Beeinflussung des im Multimode arbeitenden Resonators möglich. Auf diese Weise läßt sich das Festkörperlasersystem in seiner Ausgangsleistung besonders gut stabilisieren.
  • Bevorzugt sind die Laserdioden derart ausgerichtet, daß die Polarisationsrichtungen der von den Laserdioden ausgesandten Strahlung orthogonal zueinander sind. Zur Einkopplung der Strahlung der beiden Laserdioden ist bevorzugt ein Strahlteilerelement oder eine polarisationserhaltende y-Faser vorgesehen. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist als weitere Stellgröße eine Einrichtung zur Erzeugung eines regelbaren elektrischen Feldes vorgesehen, die im Bereich des frequenzvervielfachenden Kristalls angeordnet ist, so daß das elektrische Feld im Bereich des frequenzvervielfachenden Kristalls erzeugt wird.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. In der schematischen Darstellung wird ein erfindungsgemäßes Festkörperlasersystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
  • In der 1 ist ein Festkörperlasersystem 1 mit einer ersten Laserdiode 10 und einer zweiten Laserdiode 11 dargestellt, die als Pumplaserdioden des Festkörperlasersystems 1 dienen. Mit Hilfe eines Strahlteilers 12 werden die Strahlungen der beiden Laserdioden 10 und 11 koaxial ausgerichtet und mit Hilfe einer Kollimierlinse 13 und einer Fokussierlinse 14 in einen Nd-YAG-Kristall 15 geleitet. Hinter diesem ist ein KTP-Kristall 16 und ein Auskoppelspiegel 17 angeordnet. Diese Komponenten 10 bis 17 bilden das eigentliche Festkörperlasersystem 1. Die Laserdioden 10 und 11 senden polarisierte Strahlung einer Wellenlänge von beispielsweise von 808 nm aus, die in jedem Fall energetisch über der Grundfrequenz des Nd-YAG-Lasers 15 mit der entsprechenden Wellenlänge von 1064 nm liegt. Die Laserdioden 10 und 11 sind so ausgerichtet, daß ihre Polarisationsrichtungen orthogonal zueinander stehen, und ihre Strahlen werden über den Strahlteiler 12 und die Kollimierlinse 13 und die Fokussierlinse 14 in den Nd-YAG-Kristall 15 fokussiert. Die Laserdioden sind mit einem Peltierelement 21 bzw. einer Heiz- und Kühleinrichtung und einem Temperaturfühler 20 ausgestattet, mit denen die Temperatur gemessen und beeinflußt werden kann. Der Nd-YAG-Kristall 15, der eine zylindrische Form hat und im in der Figur linken Endbereich verspiegelt ist, bildet zusammen mit dem Auskoppelspiegel 17, der konkav ausgebildet ist, den eigentlichen Resonator des Lasersystems. Anstelle des Nd-YAG-Kristalls 15 kann auch ein anderer Kristall, beispielsweise ein Nd-YLF-Kristall verwendet werden. Der Nd-YAG-Kristall 15 weist einen Temperaturfühler 22 auf. Innerhalb des Resonators, also zwischen dem verspiegelten Ende des Nd-YAG-Kristalls 15 und dem Auskoppelspiegel 17 ist der frequenzvervielfachende Kristall, hier ein frequenzverdoppelnder KTP-Kristall 16, angeordnet, der einen Teil der Strahlung des Lasersystems auf die doppelte Frequenz umsetzt. Dies entspricht einer Verkürzung der Wellenlänge um die Hälfte, im vorliegenden Fall also von 1064 nm auf 532 nm. An dem Kristall ist ein Temperaturfühler 23 und eine Einrichtung 24, in der Art eines Kondensators, zum Anlegen eines elektrischen Feldes angeordnet. Hinter dem Auskoppelspiegel 17 sind drei Meßeinrichtungen 25, 26, und 27 angeordnet, wovon die Meßeinrichtung 25 die Intensität des abgegebenen grünen Lichtes, also des Lichtes mit der kurzen Wellenlänge von 532 nm, und die Meßeinrichtungen 26 und 27 jeweils die Intensität des ausgekoppelten infraroten Lichtes in einer der beiden orthogonalen Polarisationsrichtungen misst.
  • Durch die Anordnung des frequenzvervielfachenden Kristalls 16 innerhalb des Resonators läßt sich zwar eine hohe Ausgangsleistung des Festkörperlasersystems für die hochfrequente Strahlung erreichen, jedoch treten starke Fluktuationen in der Ausgangsleistung auf. Diese sind deterministischer Natur und können erfindungsgemäß kompensiert werden. Dazu werden einer Regeleinrichtung 30 verschiedene Regelgrößen zugeführt, die als mi bezeichnet werden können, wobei i = 1 bis n ganze Werte annimmt. Als zusätzliche Meßgrößen mi kommen insbesondere die vom Temperaturfühler 22 gemessene Temperatur des Nd-YAG-Kristalls, die vom Temperaturfühler 23 gemessene Temperatur des KTP-Kristalls, die vom Temperaturfühler 20 gemessene Temperatur der Laserdiode 10 und zudem die von einem weiteren Temperaturfühler gemessene Temperatur der Laserdiode 11 sowie die Intensitäten des Laserlichtes, die von den Meßeinrichtungen 25, 26 und 27 gemessen werden, in Betracht. Auf diese Meßwerte m1 bis mn werden Funktionen Fj(m1, ..., mn) angewendet, wobei j von 1 bis o (o > 1) ganze Werte annehmen kann. Die Funktionen Fj wirken auf pj-Stellgrößen (mathematisch Parameter). Entscheidend ist also, daß die Meßgröße auf mehrere, mindestens zwei Stellgrößen wirkt. Mathematisch ausgedrückt bedeutet dies: pj = Fj(m1, ..., mn). Als Stellgröße kommen insbesondere der durch die Laserdioden 10, 11 fließende Strom oder auch die mit der Heizeinrichtung 21 veränderbare Temperatur der Laserdioden 10, 11 in Betracht. Weiterhin besteht die Möglichkeit, mit Hilfe der Einrichtung 24 das an den KTP-Kristall 16 angelegte elektrische Feld zu beeinflussen, um auf diese Weise dessen doppelbrechende Eigenschaften und damit die Phasenverschiebung beeinflussen zu können.
  • Die Meßwerte werden zunächst als Abweichung zu einem Sollwert bestimmt und daraus eine Änderung der Stellgröße um einen Vorgabewert herum (Δpj = pj – pj,o) bestimmt. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Damit ergibt sich Δmi = mi – mi,o und somit Δpj = Fj(Δm1, ..., Δmo).
  • Es ist hilfreich, die Funktionen Fj(m1, ..., mn) durch eine Polynomapproximation darzustellen. In vielen Fällen kann nach dem linearen Glied abgebrochen werden. Damit läßt sich Fj als zweidimensionale Matrix von Koeffizienten (o × j) auffassen. Die Koeffizienten lassen sich durch unterschiedliche aus der Literatur bekannte Optimierungsalgorithmen bestimmen, bei denen die Fluktuationen der Laserausgangsleistung minimiert werden. Als Optimierungsalgorithmen kommen beispielsweise die Gradientenmethode, simulated Annealing, beispielsweise beschrieben in W.H. Press et al., „Numerical Recipes in C", Cambridge University Press 1992 beschrieben wird. Weiterhin ist eine Optimierung mit Hilfe genetischer Algorithmen oder neuronaler Netze möglich. Der Optimierungsprozeß läßt sich vor dem eigentlichen Einsatz des Lasers oder aber auch dynamisch während des Betriebs des Lasers durchführen. Die Optimierung während des Lasereinsatzes hat den entscheidenden Vorteil, daß auch driftende Systemeigenschaften korrigiert werden können.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers mit resonatorinterner Frequenzvervielfachung, bei dem mindestens zwei Komponenten der von dem Festkörperlaser abgegebenen Strahlung gemessen und zum Regeln der Ausgangsleistung des Festkörperlasers auf einen konstanten Wert auf mindestens eine Stellgröße wirken, dadurch gekennzeichnet, daß zum Regeln der Ausgangsleistung des Festkörperlasers mindestens eine zweite Stellgröße beeinflußt wird, wobei für jede Stellgröße jeweils ein eigener Vorgabewert festgelegt wird, und daß die Regelbandbreite beider Stellgrößen vergleichbar mit den charakteristischen Frequenzen der Fluktuation der Intensität des Festkörperlasers ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder mehr Stellgrößen beeinflußt werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellgröße von der Pumpleistung einer Laserdiode, insbesondere von dem durch die Laserdiode fließenden Strom, gebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stellgröße von der Pumpleistung einer zweiten Laserdiode, insbesondere dem durch die Laserdiode fließendem Strom, gebildet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stellgröße von dem frequenzvervielfachenden Kristall, insbesondere einem an den frequenzvervielfachenden Kristall angelegten elektrischen Feld, gebildet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meß- und Regelgrößen bei der von dem Festkörperlaser abgegebenen Strahlung die Intensitäten der unterschiedlichen Polarisationsrichtungen des infraroten Lichts gemessen werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meß- und Regelgrößen bei der von dem Festkörperlaser abgegebenen Strahlung die Intensität des abgegebenen frequenzvervielfachten Lichts gemessen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Regelgrößen mit einem funktionalen Zusammenhang auf die Stellgrößen einwirken.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meß- und Regelgrößen die unterschiedlichen Polarisationsrichtungen des infraroten Lichts gemessen werden und jede dieser Meß- und Regelgrößen auf die Pumpleistungen von zwei Laserdioden als Stellgrößen wirken.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung so erfolgt, daß die Intensitäten der unterschiedlichen Polarisationsrichtungen des infraroten Lichts ungefähr gleich groß sind.
  11. Festkörperlasersystem mit mindestens einer Laserdiode, einem Resonator und einem resonatorinternen frequenzvervielfachenden Kristall (16) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Laserdioden (10, 11) vorgesehen sind, die derart ausgerichtet sind, daß die Polarisationsrichtungen der von den Laserdioden (10, 11) ausgesandten Strahlung unterschiedlich sind, daß dem Festkörperlasersystem mindestens eine Regeleinrichtung zum Regeln von mindestens zwei unabhängig voneinander beeinflußbaren Stellgrößen zugeordnet ist und dabei die Regelbandbreite beider Stellgrößen vergleichbar mit den charakteristischen Frequenzen der Fluktuation der Intensität des Festkörperlasers ist.
  12. Festkörperlasersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdioden (10, 11) derart ausgerichtet sind, daß die Polarisationsrichtungen orthogonal zueinander sind.
  13. Festkörperlasersystem nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteilerelement (12) zur Einkopplung der Strahlen der beiden Laserdioden (10, 11) in den Resonator vorgesehen ist.
  14. Festkörperlasersystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des frequenzvervielfachenden Kristalls (16) eine Einrichtung (24) zur Erzeugung eines regelbaren elektrischen Feldes vorgesehen ist.
DE2001108436 2001-02-22 2001-02-22 Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers und Festkörperlasersystem Expired - Fee Related DE10108436B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001108436 DE10108436B4 (de) 2001-02-22 2001-02-22 Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers und Festkörperlasersystem
AU2002246022A AU2002246022A1 (en) 2001-02-22 2002-02-22 Method for stabilising the output power of a solid-state laser, and a solid-state laser system
PCT/DE2002/000659 WO2002066379A2 (de) 2001-02-22 2002-02-22 Verfahren zur stabilisierung der ausgangsleistung eines festkörperlasers und festkörperlasersystem

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001108436 DE10108436B4 (de) 2001-02-22 2001-02-22 Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers und Festkörperlasersystem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10108436A1 DE10108436A1 (de) 2002-09-12
DE10108436B4 true DE10108436B4 (de) 2008-08-07

Family

ID=7675049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2001108436 Expired - Fee Related DE10108436B4 (de) 2001-02-22 2001-02-22 Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers und Festkörperlasersystem

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2002246022A1 (de)
DE (1) DE10108436B4 (de)
WO (1) WO2002066379A2 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004028252B4 (de) * 2004-06-11 2007-11-22 Georg-August-Universität Göttingen Schwingungsfähiges System und Verfahren zur Regelung eines schwingungsfähigen Systems

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4205011A1 (de) * 1992-02-19 1993-08-26 Zeiss Carl Fa Frequenzverdoppelter festkoerperlaser
US5249193A (en) * 1991-03-20 1993-09-28 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Solid-state laser system
JPH088480A (ja) * 1994-06-16 1996-01-12 Hitachi Ltd レーザ装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5060233A (en) * 1989-01-13 1991-10-22 International Business Machines Corporation Miniature blue-green laser source using second-harmonic generation
US5175741A (en) * 1989-06-07 1992-12-29 Fuji Photo Film Co., Ltd. Optical wavelength conversion method and laser-diode-pumped solid-state laser
JP3013121B2 (ja) * 1991-05-10 2000-02-28 富士写真フイルム株式会社 光波長変換装置
JP3222288B2 (ja) * 1993-11-05 2001-10-22 富士写真フイルム株式会社 光波長変換装置
JPH1070333A (ja) * 1996-08-27 1998-03-10 Shimadzu Corp 波長変換固体レーザ装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5249193A (en) * 1991-03-20 1993-09-28 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Solid-state laser system
DE4205011A1 (de) * 1992-02-19 1993-08-26 Zeiss Carl Fa Frequenzverdoppelter festkoerperlaser
JPH088480A (ja) * 1994-06-16 1996-01-12 Hitachi Ltd レーザ装置

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kittel, A. u.a.: Stabilisierung von miniaturisie- rten frequenzverdoppelten Nd: YAG-Lasern mit Re- gelungsverfahren der Nichtlinearen Dynamik. In: Statusseminar Technische Anwendungen von Erkennt- nissen der Nichtlinearen Dynamik, Frankfurt, 23.- 24. Februar 1999, S. 7-11
Kittel, A. u.a.: Stabilisierung von miniaturisierten frequenzverdoppelten Nd: YAG-Lasern mit Regelungsverfahren der Nichtlinearen Dynamik. In: Statusseminar Technische Anwendungen von Erkenntnissen der Nichtlinearen Dynamik, Frankfurt, 23.24. Februar 1999, S. 7-11 *
Korn, U., Wilfert, H.-H.: Mehrgrößenregelung, 1. Aufl. Berlin VEB Verlag Technik, 1982, S. 15 *
Letz, T. u.a.: Charakterisierung und Stabilisier- ung chaotischer Fluktuationen in einem resonator- intern frequenzverdoppelten Nd:YAG-Laser. DPG-Frühjahrstagung 1999 (DY 13)
Letz, T. u.a.: Charakterisierung und Stabilisierung chaotischer Fluktuationen in einem resonatorintern frequenzverdoppelten Nd:YAG-Laser. DPG-Frühjahrstagung 1999 (DY 13) *
Letz, T. u.a.: Stabilisierung der Ausgangsleistung eines chaotisch fluktuierenden Festkörperlasers. DPG-Frühjahrstagung 2000 (DY46) *
Roy, R. u.a.: Dynamical Control of a Chaotic La- ser: Experimental Stabilization of a Globally Coupled System. In: Physical Review Letters, Vol. 68, No. 9, 1992, S. 1259-1262
Roy, R. u.a.: Dynamical Control of a Chaotic Laser: Experimental Stabilization of a Globally Coupled System. In: Physical Review Letters, Vol. 68, No. 9, 1992, S. 1259-1262 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE10108436A1 (de) 2002-09-12
AU2002246022A1 (en) 2002-09-04
WO2002066379A2 (de) 2002-08-29
WO2002066379A3 (de) 2003-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69724521T2 (de) Lichtquelle mit variabler Wellenlänge, optisches Kommunikationssystem unter Verwendung desselben, und Verfahren zur Regelung der Wellenlänge desselben
DE69632652T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung eines modengekoppelten Lasers
DE19955599B4 (de) Laser mit Wellenlängenumwandlung und Bearbeitungsvorrichtung mit einem solchen Laser
DE102014017931B3 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen elektromagnetischer Strahlung
DE4401917C2 (de) Vorrichtung zur Erzeugung von Laserpulsen mit Pulslängen im Bereich weniger Mikrosekunden
DE3706635C2 (de)
WO2011101329A2 (de) Laserverstärkungssystem und -verfahren zur erzeugung von abrufbaren laserpulsen
DE102011015817B4 (de) Laservorrichtung zur stabilen Steuerung sehr geringer Laserleistung
WO2014012847A1 (de) Laseroszillator und verfahren zum erzeugen zweier laserstrahlen unterschiedlicher wellenlängen
DE10108436B4 (de) Verfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines Festkörperlasers und Festkörperlasersystem
WO1998013911A1 (de) Frequenzverdoppelter diodengepumpter festkörperlaser
EP1919043A2 (de) Verfahren und Anordnung zur Regelung der Laser-Pulsenergie
WO2004066460A1 (de) Laserresonator und frequenzkonvertierter laser
EP1586143B1 (de) Faser-laser
EP0888654A1 (de) Verfahren zur minderung des amplitudenrauschens von festkörperlasern mit resonatorinterner frequenzverdopplung sowie anordnung zur durchführung des verfahrens
DE112021000319T5 (de) Multiband-Laserpumpen von Quellen mit dotierten Fasern
DE10339210B4 (de) Laserresonator und Frequenzkonvertierter Laser
EP3781986B1 (de) Verfahren sowie vorrichtung zur frequenzkonversion und verstärkung von laserstrahlung mittels nichtlinearer medien in optischen resonatoren
DE2225277A1 (de) Verfahren zur regelung der leistung von laser-riesen-impulsen
DE4323197A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Regelung von diodengepumpten Festkörperlasern
EP0992090A2 (de) Resonatoranordnung für festkörperlaser
DE10243367B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur kohärenten Überlagerung von Laserstrahlen aus verschiedenen Laserquellen
WO1998021790A1 (de) Verfahren zur minderung des amplitudenrauschens von festkörperlasern mit resonatorinterner frequenzverdopplung
DE19653821A1 (de) Optischer Kammgenerator
EP4354217A1 (de) Strahlungsquelle und verfahren zum erzeugen elektromagnetischer strahlung mit einer mehrzahl von frequenzen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee