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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Laser zur Erzeugung gepulster
Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge, bei dem die Laserstrahlung durch
Frequenzumwandlung innerhalb des Laserresonators erzeugt wird.
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Es
ist bekannt, die infrarote Strahlung eines Lasers mit Hilfe von
optischen nicht-linearen Kristallen, die vorzugsweise resonatorintern
angeordnet werden, in den sichtbaren Spektralbereich zu konvertieren.
Solche Laser können
die gewünschten
Pulse im gütegeschalteten
Betrieb emittieren.
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Festkörperlaser
mit Güteschaltung
haben jedoch eine obere Grenze der Pulswiederholrate, die u.a. durch
die Fluoreszenz-Lebensdauer des oberen Laserniveaus, den stimulierten
Emissionswirkungsquerschnitt des Laserions, der Resonatorlänge, den Auskoppelgrad
und die Pumpleistungsdichte bestimmt ist. Oberhalb dieser Grenzfrequenz
kommt es zu starken Schwankungen der Pulsenergie zunächst zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Pulsen ("Ping-Pong-Effekt"), wobei jeweils
jeder zweite Puls dieselbe Pulsenergie aufweist, aber abwechselnd
jeweils ein Puls mit höherer
Pulsenergie auf einen Puls mit niedriger Energie folgt. Bei noch
höheren
Pulswiederholraten fällt
jeder zweite Puls aus oder es entstehen sogar mehrere Bifurkationen
bezüglich
der Pulsenergie. Insgesamt ist ein Betrieb oberhalb dieser Grenzfrequenz
technisch also nicht mehr sinnvoll.
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In
der
US 6,654,391 ist
ein Verfahren für
einen gütegeschalteten
Laser mit resonatorinterner Frequenzverdoppelung beschrieben, bei
dem eine Pulsstabilisierung dadurch erreicht wird, daß der Pulsschwanz
der frequenzverdoppelten Laserstrahlung jeweils auf der abfallenden
Flanke abgeschnitten wird. Wesentlich ist dabei, daß ein Teil
der gespeicherten Energie im Laser bleibt, wodurch eine Verbesserung
der Puls-zu-Puls-Stabilität
bei hohen Pulswiederholraten und eine Erhöhung der Frequenzverdoppelung
erreicht wird. Eine wesentliche Pulsverkürzung ist jedoch nicht möglich und
daher ist dieses Verfahren auch nur für Nd:YAG oder Nd:YVO4 oder
vergleichbare Systeme mit kurzer Lebensdauer des oberen Laserniveaus
und großen Verstärkungs-Wirkungsquerschnitten
geeignet, die in einem gütegeschalteten
Laser zu kürzeren
Pulsen führen.
Um hohe Durchschnittsleistungen mit hoher Strahlqualität mit diesem
Verfahren zu erreichen, sind Nd-dotierte Laser ungeeignet, da aufgrund
des hohen Quantendefekts eine starke Aufheizung des Laserkristalls
und damit starke opto-thermische Störungen auftreten, die die Ausgangsleistung
bei hoher Strahlqualität
begrenzen.
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Mit
Yb:YAG-Lasern in der Scheibenlaseranordnung, wie sie beispielsweise
in der
EP 0 632 551 beschrieben
sind, bestehen diese Einschränkungen nicht.
Jedoch ist Yb:YAG durch eine sehr lange Lebensdauer des oberen Laserniveaus
von ca. 1 ms und einem geringen Verstärkungs-Wirkungsquerschnitt gekennzeichnet.
Im Güteschaltungsbetrieb werden
bei Pulsraten von über
25 kHz die Pulse instabil und die Pulslängen können bis zu mehrere μs betragen.
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Die
US 4,841,528 beschreibt
eine Laseranordnung, bei der der Laser im Cavity Dumping Betrieb
betrieben wird, wobei die ausgekoppelte Laserstrahlung mittels eines
nicht-linearen Kristalls, der außerhalb des Resonators angeordnet
ist, frequenzverdoppelt wird. Die Anordnung ist so ausgebildet, daß der Teil
der ausgekoppelten Laserstrahlung, der nicht frequenzverdoppelt
wird, wieder in den Resonator eingekoppelt wird. Eine Anordnung,
bei der der frequenzverdoppelte Kristall innerhalb des Resonators
angeordnet ist, wird in dieser Druckschrift als nachteilig beschrieben.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Laser zur Erzeugung
gepulster Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge, insbesondere mit einem
Yb:YAG-Laserresonator, zur Verfügung
zu stellen, bei dem die Pulslänge
der frequenzumgewandelten Laserstrahlung variiert werden kann und der
Laser gleichzeitig bei hohen Pulswiederholraten, insbesondere höher als
bei gütegeschalteten
Lasern, betrieben werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe gelöst durch
einen Laser zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung einer ersten
Wellenlänge,
mit einem Resonator, einem im Resonator angeordneten gepumpten aktiven
Medium, das Primärstrahlung
einer zweiten Wellenlänge,
die verschieden zur ersten Wellenlänge ist, abgibt, einem im Resonator
angeordneten Element, das zur Erzeugung von Laserstrahlung mit der ersten
Wellenlänge
durch Frequenzumwandlung der Primärstrahlung dient, wobei der
Resonator in einen ersten Zustand, in dem er für die Primärstrahlung offen ist, und in
einen zweiten Zustand, in dem er für die Primärstrahlung geschlossen ist,
schaltbar ist und in beiden Zuständen
für Laserstrahlung
der ersten Wellenlänge
offen ist, und wobei der Laser eine Steuereinheit aufweist, die
zur Erzeugung eines Pulses der Laserstrahlung in einem ersten Schritt
den Resonator vom ersten in den zweiten Zustand schaltet, so daß zumindest
eine Resonatormode für
die Primärstrahlung anschwingt
und die Pulserzeugung durch Frequenzumwandlung mittels dem Element
beginnt, und die in einem auf den ersten Schritt folgenden zweiten
Schritt den Resonator vom zweiten in den ersten Zustand schaltet,
wodurch Primärstrahlung aus
dem Resonator ausgekoppelt wird, die Intensität der Primärstrahlung im Resonator sinkt
und somit die Pulserzeugung endet, wobei die Zeitdauer zwischen beiden
Schritten und/oder das Auskoppelverhalten des Resonators zur Verstellung
der Pulsdauer an der Steuereinheit einstellbar ist/sind.
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Mit
diesem Laser wird der Ansatz des Cavity-Dumping-Betriebs dazu genutzt,
die Intensität
der für
die Frequenzumwandlung notwendige Primärstrahlung sehr schnell (quasi
schlagartig) so zu verringern, daß die Frequenzumwandlung zusammenbricht
bzw. die Intensität
der frequenzumgewandelten Laserstrahlung unter einen gewünschten
Mindestwert sinkt, so daß darüber die
Pulsdauer festgelegt wird. Da die Zeitdauer zwischen beiden Schritten und/oder
das Auskoppelverhalten (z.B. Auskoppelgrad im ersten Zustand des
Resonators, Umschaltdauer vom zweiten in den ersten Zustand im zweiten Schritt)
an der Steuereinheit einstellbar ist/sind, kann die Pulsdauer der
Pulse leicht in einem weiten Bereich variiert werden. Bei der Verwendung
eines Yb-dotierten Mediums als aktives Medium sind beispielsweise
Pulslängen
von größer als
100 ns bei Pulswiederholraten von 20 bis 200 kHz möglich.
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Das
Auskoppelverhalten kann über
die Einstellung der Umschaltdauer vom zweiten in den ersten Zustand
(im zweiten Schritt) mittels der Steuereinheit verändert werden.
Da mit steigender Umschaltdauer die Verringerung der Intensität der Primärstrahlung
im Resonator (also die Auskopplung der Primärstrahlung) langsamer erfolgt,
wird die Pulsbreite erhöht.
Die Pulsbreite kann somit auch über die
Umschaltdauer ein- und verstellt werden.
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Insbesondere
kann die Steuereinheit den zweiten Schritt noch während der
ansteigenden Flanke des Pulses durchführen. Es hat sich gezeigt,
daß dadurch
die Einstellbarkeit der Pulsbreite äußerst exakt und mit sehr guter
Wiederholbarkeit möglich
ist.
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Die
Steuereinheit kann den zweiten Schritt erst bei Erreichen eines
vorbestimmten Wertes einer vorbestimmten physikalischen Kenngröße (z. B.
Intensität,
(momentane) Leistung, Energie) der Primärstrahlung oder der Laserstrahlung
durchführen.
Dies führt
zu dem weiteren Vorteil, daß die
Pulsenergie begrenzt ist und dadurch eine Beschädigung von optischen Komponenten
sicher verhindert werden kann. Der Laser weist dazu bevorzugt ein
Meßmodul auf,
das die Kenngröße der Primär- oder
Laserstrahlung direkt oder indirekt mißt und an die Steuereinheit einen
entsprechenden Signalwert übermittelt.
Der Signalwert dient dann zur Bestimmung des vorliegenden Wertes
der Kenngröße.
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Der
vorbestimmte Wert der Kenngröße (z. B. Intensität, Leistung,
Energie) kann an der Steuereinheit eingestellt werden.
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Bei
dem Laser kann die Steuereinheit den ersten und zweiten Schritt
wiederholt durchführen, wobei
die Zeitdauer zwischen einem zweiten Schritt und dem nachfolgenden
ersten Schritt zur Verstellung der Pulswiederholrate an der Steuereinheit
einstellbar ist. Damit ist es möglich,
die Pulswiederholrate und die Pulsbreite unabhängig voneinander einzustellen.
Insbesondere können
auch Einzelpulse erzeugt werden. Mit der Steuerung der Pulsbreite über die
Intensität,
Leistung oder Energie der Primärstrahlung
oder Laserstrahlung können
beispielsweise im Burstmode-Betrieb (Pulszüge) überhöhte Pulsenerigen des ersten
Impulses vermieden werden. Durch die Stabilisierung der Pulsenergie
werden Puls-zu-Puls-Stabilitäten
von kleiner als 5 (Minimalwert zu Maximalwert) erreicht.
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Der
Resonator des Lasers kann ein Auskoppelmodul aufweisen, das im ersten
Zustand mehr Primärstrahlung
aus dem Resonator auskoppelt als im zweiten Zustand. Insbesondere
kann das Auskoppelmodul so ausgebildet sein, daß es im zweiten Zustand keine
Primärstrahlung
auskoppelt.
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Das
Auskoppelmodul kann mindestens einen akusto-optischen oder elektro-optischen
Modulator enthalten.
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Das
Element zur Frequenzumwandlung weist insbesondere ein geeignetes
nicht-lineares optisches Material auf und ist bevorzugt als Element
zur Frequenzvervielfachung ausgebildet. So kann es beispielsweise
eine Frequenzverdopplung bewirken. Dazu kann z.B. ein Lithiumtriborat-Kristall
verwendet werden.
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Es
wird ferner ein Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung
einer ersten Wellenlänge bereitgestellt,
wobei zur Erzeugung eines Pulses der Laserstrahlung in einem ersten
Schritt Primärstrahlung
einer zweiten Wellenlänge,
die verschieden von der ersten Wellenlänge ist, in einem Resonator
so erzeugt wird, daß zumindest
eine Resonatormode anschwingt, und im Resonator durch Frequenzumwandlung
aus der Primärstrahlung
Laserstrahlung mit der ersten Wellenlänge erzeugt und aus dem Resonator
ausgekoppelt wird, und in einem auf den ersten Schritt folgenden
zweiten Schritt Primärstrahlung aus
dem Resonator so ausgekoppelt wird, daß die Intensität der Primärstrahlung
für die
Frequenzvervielfachung sinkt und somit die Pulserzeugung endet, wobei
die Zeitdauer zwischen den beiden Schritten und/oder das Auskoppelverhalten
(z.B. Auskoppelgrad im zweiten Schritt, Umschaltdauer vom ersten zum
zweiten Schritt) zur Verstellung der Pulsdauer einstellbar ist/sind.
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Mit
diesem Verfahren können,
insbesondere wenn beispielsweise ein Yb-dotiertes Lasermedium eingesetzt
wird, die Pulsbreiten über
einen sehr hohen Bereich eingestellt werden. Ferner sind Pulswiederholraten
von größer als
20 kHz möglich,
wobei die Pulsbreite nahezu unabhängig von der Pulswiederholrate
einstellbar ist.
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Der
zweite Schritt kann insbesondere noch während der ansteigenden Flanke
des Pulses durchgeführt
werden. Damit kann die Pulsdauer äußerst exakt und sehr reproduzierbar
eingestellt werden.
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Ferner
kann der zweite Schritt bei Erreichen eines vorbestimmten Wertes
einer vorbestimmten, physikalischen Kenngröße (z. B. Intensität, Leistung, Energie)
der Primärstrahlung
oder der Laserstrahlung durchgeführt
werden. Dieses Vorgehen führt
zu einer sehr exakten Einstellbarkeit der Pulsdauer. Insbesondere
können
zu hohe Pulsenergien vermieden werden, die zu Beschädigungen
von optischen Elementen führen
könnten.
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Beim
Verfahren können
der erste und zweite Schritt wiederholt durchgeführt werden, wobei die Zeitdauer
zwischen einem zweiten Schritt und dem nachfolgenden ersten Schritt
zur Verstellung der Pulswiederholrate einstellbar ist. Damit wird
es möglich,
unabhängig
von der eingestellten Pulsdauer die Pulswiederholrate zu wählen.
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Bei
dem Verfahren kann über
die Umschaltdauer vom ersten zum zweiten Schritt die Pulsbreite ein-
und verstellt werden, da die Umschaltdauer die Auskopplung der Primärstrahlung
beeinflußt.
Mit steigender Umschaltdauer, wird die Auskopplung verlangsamt,
was zu größeren Pulsbreiten
führt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhalber anhand der Figuren noch
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Lasers gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 eine
detaillierte Darstellung des Laserresonators 1 von 1;
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3 die
Pulsform des im Resonator erzeugten infraroten Strahls, des ausgekoppelten
infraroten Strahls sowie des frequenzverdoppelten grünen Strahls;
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4 der
zeitliche Verlauf von drei erzeugten grünen frequenzvervielfachten
Laserpulsen zusammen mit dem Trigger-Signal für die Pockelszelle 14 von 2,
und
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5 der
zeitliche Verlauf von drei erzeugten grünen frequenzvervielfachten
Laserpulsen zusammen mit dem Ein/Aus-Zustand der Pockelszelle 14 von 2.
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Der
erfindungsgemäß Laser
zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge umfaßt bei der
in 1 schematisch dargestellten Ausführungsform
einen Laserresonator 1, der durch zwei Resonatorspiegel 2, 3 gebildet
ist und in dem ein Yb:YAG-Medium 4 als aktives Medium,
ein optisches Auskoppelmodul 5, ein Auskoppelspiegel 6 sowie
ein nicht-lineares optisches Element 7 zur Frequenzvervielfachung
angeordnet sind. Ferner umfaßt der
Laser eine Pumplichtquelle 8, eine Steuereinheit 9 zur
Steuerung des Auskoppelmoduls 5 sowie eine Fotodiode 10.
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Das
aktive Medium 4 wird mit dem Licht der Pumplichtquelle 8 (hier
kontinuierlich) gepumpt (Pfeil P1) und gibt Primärstrahlung einer zweiten Wellenlänge (hier
im Infrarotbereich) ab, die verschieden ist von der ersten Wellenlänge (hier
im sichtbaren grünen
Bereich). Das Auskoppelmodul 5 kann in einen ersten und
zweiten Zustand mittels der Steuereinheit 9 geschaltet
werden, wobei erzeugte Primärstrahlung
im ersten Zustand aus dem Resonator 1 ausgekoppelt wird
(Pfeil P2). In diesem Fall ist der Resonator 1 für die Primärstrahlung
offen. Im zweiten Zustand des Auskoppelmoduls 5 wird keine
Primärstrahlung
aus dem Resonator 1 ausgekoppelt, so daß der Resonator 1 für die Primärstrahlung
geschlossen ist. Der Resonator 1 ist hier als Laserresonator
für die
Primärstrahlung
ausgelegt.
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Der
Auskoppelspiegel 6 koppelt einen geringen Anteil der Primärstrahlung
aus (Pfeil P3) und lenkt diesen auf die Fotodiode 10, mit
der die Intensität
der Primärstrahlung
im Laserresonator 1 gemessen werden kann.
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Das
nicht-lineare optische Element 7 dient hier zur Frequenzverdopplung
der Primärstrahlung, so
daß quadratisch
mit der Intensität
der infraroten Primärstrahlung
die frequenzverdoppelte grüne
Laserstrahlung (Laserstrahlung der ersten Wellenlänge) erzeugt
wird. Der Resonatorspiegel 3 ist als dichroitsche Spiegel
ausgebildet, der die Primärstrahlung
reflektiert und die frequenzverdoppelte grüne Laserstrahlung transmittiert,
wie durch den gestrichelt gezeichneten Pfeil P4 angedeutet ist.
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In 2 ist
eine konkrete Ausführungsform des
Laserresonators 1 dargestellt, wobei der Auskoppelspiegel 6,
die Pumplichtquelle 8, die Steuereinheit 9 sowie
die Fotodiode 10 nicht eingezeichnet sind.
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Der
Laserresonator 1 umfaßt
neben den Resonatorspiegeln 2 und 3 weitere Spiegel 11, 12 und 13 und
das aktive Medium 4 ist in der sogenannten Scheibenlaser-Anordnung
vorgesehen.
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Das
Auskoppelmodul 5 umfaßt
eine BBO-Pockelszelle (BBO = Betabariumborat-Kristall) 14 sowie
ein Dünnfilmpolarisator 15.
Das nicht-lineare Element 7 ist ein LBO-Kristall 16 (LBO
= Lithiumtriborat).
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Der
Betrieb des Lasers von 1 und 2 wird in
Verbindung mit 3 erläutert, in der die zeitliche
Pulsform des resonatorinternen infraroten Strahls (gestrichelte
Kurve K1), des ausgekoppelten infraroten Strahls (gepunktete Kurve
K2) sowie des frequenzverdoppelten grünen Strahls (Kurve K3) jeweils
auf eins normiert dargestellt sind. Ferner ist das Trigger-Signal mit rechteckförmigem Verlauf
(Kurve K4) für
die Pockelszelle 14 eingezeichnet. Wenn das Trigger-Signal
den Wert 1 aufweist, ist die Pockelszelle 14 ausgeschaltet,
so daß keine
erzeugte Primärstrahlung
aus dem Laserresonator 1 ausgekoppelt wird. Wenn das Trigger-Signal den Wert 0
aufweist, ist die Pockelszelle 14 eingeschaltet, so daß Primärstrahlung
ausgekoppelt wird (Pfeil P2 in 1 und 2).
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Wenn
nun zum Zeitpunkt t1 (3) das Trigger-Signal von 0
auf 1 geschaltet wird, wird der Laserresonator von seinem offenen
Zustand (erster Zustand, in dem Primärstrahlung ausgekoppelt wird)
in den zweiten Zustand geschaltet, in dem keine Primärstrahlung
ausgekoppelt wird. Da das aktive Medium 4 dauernd gepumpt
wird, schwingt nach einer gewissen Zeitdauer zumindest eine erste
Resonatormode an, so daß die
Intensität
(Kurve K1) des resonatorinternen infraroten Signals (Primärstrahlung) ansteigt.
Das nicht-lineare optische Element 7 (des LBO-Kristalls 16)
erzeugt aus der Primärstrahlung eine
frequenzverdoppelte grüne
Laserstrahlung (Kurve K3), deren Intensität mit steigender Intensität der resonatorinternen
infraroten Strahlung ebenfalls ansteigt. Diese ansteigende Intensität der frequenzverdoppelten
Laserstrahlung bildet die ansteigende Flanke des gewünschten
grünen
Laserpulses.
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Zu
einem Zeitpunkt t2 schaltet die Steuereinheit 9 die Pockelszelle 14 ein
(das Trigger-Signal (Kurve K4) wird von 1 auf 0 umgeschaltet), so
daß nun
die erzeugte Primärstrahlung
ausgekoppelt wird. Aufgrund von Laufzeiten der elektrischen Signale
reagiert die Pockelszelle 14 in dem hier beschriebenen Beispiel
etwa mit einer Verzögerung
von 50 ns. Diese Verzögerung
ist in der graphischen Darstellung von 3 angedeutet.
Die im Resonator 1 erzeugte Primärstrahlung (Kurve K1) nimmt
ab und als Folge nimmt die mittels dem nichtlinearen Element 7 erzeugte
frequenzverdoppelte Laserstrahlung Kurve K3 auch ab. Die Intensität der grünen Laserstrahlung sinkt
auf Null, so daß die
absteigende Flanke gebildet und somit der Puls beendet ist. Die
ausgekoppelte Infrarotstrahlung (K2) nimmt hingegen zu.
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Die
Pulsdauer des frequenzverdoppelten grünen Pulses (Kurve K3) kann
somit durch die Einschaltdauer der Pockelszelle eingestellt werden.
Die Einschaltdauer entspricht der Zeit Δt1, während der das Trigger-Signal 1 beträgt. Die
Steuereinheit 9 kann die Zeitdauer Δt1 ändern und somit über diese Zeitdauer
die Pulsdauer bzw. Pulsbreite des erzeugten grünen Laserpulses (Kurve K3)
einstellen. Nachdem die Zeitdauer Δt1 hier ca. um den Faktor 10 größer ist
als die Pulsdauer, ist die Zeitdauer in 3 nicht
maßstabsgetreu
eingezeichnet.
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Die
beschriebene Betriebsweise des Lasers ist ähnlich zu der sogenannten Cavity-dumping-Betriebsart. Bei
der Cavity-dumping-Betriebsart wird die Energie im Photonenfeld
im Laserresonator gespeichert und zur Erzeugung eines Pulses wird
mittels eines elektrooptischen oder akustooptischen Auskoppelelements
der gewünschte
Puls entsprechend ausgekoppelt. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform
wird die Auskopplung des Primärstrahles
dazu genutzt, die Erzeugung des frequenzverdoppelten Laserstrahles
zu beenden bzw. die Intensität
des frequenzverdoppelten Laserstrahls unter einen gewünschten
Mindestwert absinken zu lassen, wodurch vorteilhaft die Pulsdauer
des erzeugten frequenzverdoppelten Laserpulses in weiten Bereichen
einstellbar ist.
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Es
hat sich gezeigt, daß die
Pulsbreite von ca. 100 bis 500 ns (bei Einschaltdauer Δt1 der Pockelszelle
von 2,00 bis 3,50 μs)
bei einer Pulswiederholrate von über
20 kHz, insbesondere bei Pulswiederholraten von 50 bis 200 kHz mit
einer Beugungsmaßzahl
M2 von kleiner als 5 (insbesondere von 1) erreicht
wurden. Es konnte bei einer Pulslänge von 300 ns und einer Pulswiederholrate
von 50 und 100 kHz sowie bei einer Pumpleistung von 450 Watt eine mittlere
Leistung des grünen
Laserpulses von ca. 100 Watt erreicht werden. Das entspricht einem
Wirkungsgrad von über
20%. Mit abnehmender Pumpleistung auf bis zu 150 Watt nahm die mittlere
Leistung des grünen
Pulses nahezu linear auf ca. 10 Watt ab. Die Pulsbreite konnte von
weniger als 100 ns sogar bis mehr als 1000 ns betragen.
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Die
Einstellung der Pulsdauer mittels der Steuereinheit 9 wird
in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
durchgeführt,
in dem über
den dichroitischen Auskoppelspiegel 6 und die Fotodiode 10 die
Intensität
der Primärstrahlung
laufend erfaßt wird. Übersteigt
die gemessene Intensität
einen vorbestimmten Schwellwert, wird die Pockelszelle 14 eingeschaltet.
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Es
ist jedoch auch möglich,
den Auskoppelspiegel 6 innerhalb oder außerhalb
des Resonators 1 so anzuordnen, daß die Intensität der erzeugten
grünen
Laserstrahlung gemessen werden kann. In diesem Fall kann die Steuereinheit 9 in
Abhängigkeit
der Intensität
der grünen
Laserstrahlung in gleicher Weise wie bezüglich der Intensität der Primärstrahlung durchgeführt werden.
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Ferner
ist es möglich,
die Zeitdauer Δt1
auf vorbestimmte konstante Werte einzustellen und damit die Pulsdauer
der grünen
Laserstrahlung zu bestimmen.
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Die
Pulswiederholrate kann mittels der Steuereinheit 9 dadurch
eingestellt werden, daß die
Einschaltdauer der Pockelszelle 14 entsprechend gewählt wird.
In 4 und 5 ist jeweils nur die erzeugte
grüne Laserstrahlung
für drei
aufeinanderfolgende Pulse eingezeichnet, wobei in 4 der
Wert des Trigger-Signals und in 5 der Ein-
bzw. Aus-Zustand der Pockelszelle 14 dargestellt sind. Wie 4 und 5 entnommen
werden kann, kann über
die Einschaltdauer Δt2
der Pockelszelle 14 (also die Zeitdauer, in der die Primärstrahlung
ausgekoppelt wird) die Pulswiederholrate festgelegt werden. Wenn
die Einschaltdauer Δt2
erhöht
wird, nimmt die Pulswiederholrate ab. Bei einer Verkürzung der
Einschaltdauer, nimmt die Pulswiederholrate zu. Es ist daher beim
erfindungsgemäßen Laser
nicht nur möglich,
die Pulsdauer über
die Steuereinheit 9 einzustellen, sondern auch die Pulswiederholrate
kann einge- bzw. verstellt werden, wobei die Pulsdauer und die Pulswiederholrate
nahezu unabhängig
voneinander einstellbar sind.
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Die
Pockelszelle 14 und der Polarisator 15 sind hier
so ausgelegt, daß bei
eingeschalteter Pockelszelle 14 der Polarisator 15 eine
Reflektivität
von circa 50% aufweist. Bei ausgeschalteter Pockelszelle weist er
eine Reflektivität
von (nahezu) 100% auf (jeweils bezogen auf die vom Spiegel 2 kommende
und auf den Polarisator 15 fallende infrarote Primärstrahlung). Über die
an der Pockelszelle 14 anzulegende Spannung, um die Pockelszelle 14 einzuschalten, kann
jedoch der Polarisationszustand der Primärstrahlung und somit in Verbindung
mit dem Polarisator der Reflexionsgrad am bzw. die Reflektivität des Polarisators 15 bei
eingeschalteter Pockelszelle 14 variiert werden. Der Reflexionsgrad
bei eingeschalteter Pockelszelle 14 bestimmt, wie schnell
der Resonator 1 entleert wird. Wenn der Reflexionsgrad
bei eingeschalteter Pockelszelle 14 erhöht wird, wird pro Zeiteinheit
weniger Primärstrahlung
ausgekoppelt, so daß die
Pulsbreite des grünen
Pulses bei gleicher Einschaltdauer der Pockelszelle 14 zunimmt.
Wenn die Reflektivität
durch die entsprechend angelegte Spannung bei eingeschalterer Pockelszelle 14 abnimmt,
wird die Pulsdauer geringer.
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So
konnte bei einer Steigerung der an die Pockelszelle 14 angelegten
Spannung von 2,0 kV auf 3,5 kV die Pulsdauer von ca. 400 ns auf
ca. 200 ns verringert werden.
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Der
Einschaltzeitpunkt der Pockelszelle 14 wird bei den beschriebenen
Ausführungsformen stets
so gewählt,
daß er
während
der noch ansteigenden Flanke der frequenzverdoppelten grünen Laserstrahlung
liegt.
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Es
ist auch eine Triggerung der Pockelszelle 14 auf das Fluoreszenzlicht
des aktiven Mediums 4 möglicht,
da dieses mit steigender Inversion zunimmt.