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Die
Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der WO 02/081904 ist bereits eine gattungsgemäße Zündeinrichtung bekannt, bei
der an einem Zylinder einer Brennkraftmaschine eine Laser-Zündeinrichtung
angeordnet ist. Die eigentliche Lasereinrichtung ist über eine
durch eine Glasfaser gebildete Lichtleitereinrichtung mit einer
Pumplichtquelle verbunden, welche die Lasereinrichtung optisch pumpt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Technische
Aufgabe
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündeinrichtung der eingangs
genannten Art so weiter zu bilden, dass sie möglichst preiswert in Großserie eingesetzt
werden kann.
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Technische
Lösung
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Die
gestellte Aufgabe wird durch eine Zündeinrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Wichtige erfindungsgemäße Merkmale
finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen,
wobei die Merkmale auch in ganz unterschiedlichen Kombinationen
für die Erfindung
wesentlich sein können,
ohne dass hierauf explizit hingewiesen wird.
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Vorteilhafte
Wirkungen
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Das
erfindungsgemäß vorgesehene
monolithische Teil kann den in einem Kraftfahrzeug bei einer Brennkraftmaschine
auftretenden äußeren Bedingungen,
beispielsweise Beschleunigungen, tiefen und hohen Temperaturen sowie
hohen Temperaturgradienten, besonders gut stand halten, ohne das komplexe
und aufwendige konstruktive Maßnahmen beispielsweise
zur Befestigung des Einkoppelspiegels und des Auskoppelspiegels
erforderlich sind. Bereits hierdurch werden die Herstellkosten erhebliche
gesenkt.
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Darüber hinaus
wird auch die Zuverlässigkeit im
Betrieb einer solchen Zündeinrichtung
erhöht,
da die einzelnen Elemente ihre für
den Betrieb der Zündeinrichtung
wichtige Lage zueinander trotz der äußeren Belastungen nicht verändern können. Außerdem werden
die Montagekosten und -zeiten reduziert, da weniger separate Teile
gehandhabt werden müssen.
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Ferner
kann ein solches monolithisches Teil automatisiert hergestellt werden,
was die Herstellkosten ebenfalls senkt. Dies gilt insbesondere dann, wenn
die verschiedenen Spiegel einfach durch eine entsprechende Beschichtung
einer Endfläche
des laseraktiven Festkörpers
hergestellt werden und wenn das monolithische Teil aus einem Wafer
hergestellt ist.
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Zusätzliche
Kosteneinsparungen können
erzielt werden, wenn der Resonator der Lasereinrichtung nicht nur
durch den laseraktiven Festkörper, sondern
zusätzlich
durch einen Glaskörper
gebildet wird. In diesem Fall kann der relativ teure laseraktive Festkörper deutlich
kleiner sein. Dabei sind unterschiedlichste Anordnungen des Glaskörpers relativ zum
laseraktiven Festkörper
der Lasereinrichtung und relativ zum Q-Switch möglich, abhängig von den individuellen
Einbauerfordernissen. Radial um den laseraktiven Festkörper herum
kann eine Reflektionseinrichtung, beispielsweise in Form eines Glaskörpers, angeordnet
sein, um auf diese Weise von der Lichtleitereinrichtung am Einkoppelspiegel
vorbei gestrahltes Pumplicht transversal in den laseraktiven Festkörper einzukoppeln.
Hierdurch kann eine sehr kurz bauende, ohne besondere Einkoppeloptik
auskommende, und dennoch mit hohem Wirkungsgrad arbeitende Zündeinrichtung
realisiert werden.
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Eine
Steigerung des Wirkungsgrads ist auch durch die Verwendung eines
optischen Verstärkers möglich, der
von einer eigenen Pumplichtquelle oder von der Pumplichtquelle der
Lasereinrichtung gespeist werden kann. Die erste Variante gestattet
die Realisierung höherer
Leistungen, die letztgenannte Variante ist konstruktiv besonders
einfach. Dies gilt insbesondere dann, wenn der optische Verstärker und
die Lasereinrichtung monolithisch sind. Auch hier kann eine monolithische
Einheit aus Lasereinrichtung, Glaskörper, Reflektionseinrichtung
und optischem Verstärker
gebildet werden, wobei die Reflektionseinrichtung mindestens eine
Reflektionsfläche
bereit stellen kann, durch die das Pumplicht nicht nur zum laseraktiven
Körper
der Lasereinrichtung, sondern auch zum Verstärker hin reflektiert wird.
Auf diese Weise sind sehr kompakte, stabile, und in Großserie maschinell
herstellbare Einheiten realisierbar. Möglich ist aber auch, dass das
von einer einzigen Pumplichtquelle bereit gestellte Pumplicht durch eine
bifokale Linse einerseits auf die Lasereinrichtung und andererseits
auf den optischen Verstärker aufgeteilt
wird.
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Eine
Kostenreduzierung kann ferner auch durch die monolithische Ausgestaltung
jener optischen Einrichtung erzielt werden, durch die der Laserstrahl
in den Brennraum eingekoppelt und dort auf eine bestimmte Stelle
fokussiert wird.
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Vorgeschlagen
wird auch, dass bei einer Zündeinrichtung
eine Pumplicht wenigstens im Wesentlichen reflektierende und für Laserlicht
im Wesentlichen transparente Reflektionseinrichtung optisch zwischen
laseraktivem Festkörper
und Verstärker
angeordnet ist, so dass der Verstärker "vorwärts" gepumpt wird. Dies
ermöglicht
die Realisierung eines vergleichsweise guten Wirkungsgrads der Zündeinrichtung.
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Wird
die Reflektionseinrichtung dagegen so angeordnet, dass der Verstärker "rückwärts" gepumpt wird, baut die Zündeinrichtung
vergleichsweise kompakt.
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Ein
einfacherer Aufbau der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung wird ermöglicht,
wenn der laseraktive Festkörper
und der Verstärker
von einer gemeinsamen Pumplichtquelle gepumpt werden. Dagegen wird
wiederum der Wirkungsgrad deutlich verbessert, wenn der laseraktive
Festkörper
und der Verstärker
jeweils über
eine eigene Pumplichtquelle verfügen.
Ist nur eine Pumplichtquelle vorhanden, kann die Aufteilung des
Pumplichts durch eine Reflektionseinrichtung erfolgen, welche einen
Teil des Pumplichts zum Verstärker
oder zum laseraktiven Festkörper
hin reflektiert und den anderen Teil des Pumplichts zu der jeweils
anderen Komponente hin durchlässt.
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Vorteilhaft
ist auch eine Umlenkeinrichtung, die das vom laseraktiven Festkörper erzeugte
Laserlicht zum Verstärker
hin umlenkt. Auf diese Weise kann eine sehr kurze Anordnung geschaffen
werden.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Zündeinrichtung;
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2 eine
schematische Darstellung der Zündeinrichtung
von 1;
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3 eine
vergrößerte Darstellung
eines Bereichs von 2;
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4 bis 21 und 23 bis 25 verschiedene
Ausführungsbeispiele
der Zündeinrichtung
von 2; und
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22 eine
Darstellung von vorne einer Sammellinse des Ausführungsbeispiels von 21.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Eine
Brennkraftmaschine trägt
in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie
dient zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Die
Brennkraftmaschine 10 umfasst mehrere Zylinder, von denen
in 1 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 gezeichnet
ist. Ein Brennraum 14 des Zylinders 12 wird von
einem Kolben 16 begrenzt. Kraftstoff gelangt in den Brennraum 14 direkt
durch einen Injektor 18, der an einen Kraftstoff-Druckspeicher
("rail") 20 angeschlossen
ist.
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In
den Brennraum 14 eingespritzter Kraftstoff 22 wird
mittels eines Laserimpulses 24 entzündet, der von einer eine Lasereinrichtung 26 umfassenden Zündeinrichtung 27 in
den Brennraum 14 abgestrahlt wird. Hierzu wird die Lasereinrichtung 26 über eine Lichtleitereinrichtung 28 mit
einem Pumplicht gespeist, welches von einer Pumplichtquelle 30 bereit gestellt
wird. Die Pumplichtquelle 30 wird von einer Steuer- und
Regeleinrichtung 32 gesteuert, die auch den Injektor 18 ansteuert.
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Wie
aus 2 hervorgeht, speist die Pumplichtquelle 30 mehrere
Lichtleitereinrichtungen 28 für verschiedene Lasereinrichtungen 26.
Hierzu verfügt
sie über
mehrere Einzel-Lichtquellen 34, die mit einer Pulsstromversorgung 36 verbunden
sind.
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Die
Lasereinrichtung 26 umfasst ein Gehäuse 38, in dem, in
Richtung des Pumplichts gesehen, zunächst eine Linse 40,
dann ein Einkoppelspiegel 42, weiter ein laseraktiver Festkörper 44,
ein passiver Q-Switch 46 und ein Auskoppelspiegel 48 angeordnet
sind (vergleiche auch 4 –7). Die
Elemente 42–48 sind
als insgesamt monolithisches Teil 50 ausgebildet. In 2 links
vom Auskoppelspiegel 48 ist eine Fokussierungsoptik 52 vorhanden,
die, wie aus 3 hervorgeht, ein monolithisches
Teil mit einer konkaven Eintrittsfläche 54 zur Strahlaufweitung
(Zerstreuungslinse) sowie einer konvexen Austrittsfläche 56 zur
Fokussierung (Sammellinse) ausgebildet ist. Die Fokussierungsoptik 52 ist
vorzugsweise asphärisch
ausgeführt.
Ferner ist ein Brennraumfenster 58 vorgesehen, welches
jedoch vorteilhafterweise einstückig
mit der Fokussierungsoptik 52 ausgebildet ist.
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Nun
werden anhand der 4–7 verschiedene
grundsätzliche
Ausgestaltungen der Lasereinrichtung 26 erläutert. Aus
Gründen
der Einfachheit wird für
solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen
und Bereichen von vorher beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, die
gleichen Bezugszeichen verwendet. Dabei entspricht das in 4 gezeigte
Ausführungsbeispiel
in etwa der in 2 in verkleinertem Maßstab dargestellten
Anordnung. Die in 5 gezeigte Anordnung ist ganz ähnlich,
allerdings tritt das Pumplicht 60 aus der Lichtleitereinrichtung 28 leicht divergent
aus und trifft so auf den Einkoppelspiegel 42. Bei der
Anordnung gemäß 6 wird
das Pumplicht durch eine Sammellinse 60, bei der Ausführungsform
von 7 durch eine Gradientenindexlinse 40 auf
den Einkoppelspiegel 42 am laseraktiven Festkörper 44 konzentriert.
Hierdurch kann eine optimale Strahldichte des Pumplichts 60 eingestellt
werden, und es geht weniger Pumplicht 60 verloren. Darüber hinaus
können
die optisch kritischen Randbereiche des laseraktiven Festkörpers 44 ausgespart
werden.
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Die
grundsätzliche
Funktionsweise der Lasereinrichtung 26 ist folgende: Pumplicht 60 verlässt die Lichtleitereinrichtung 28 und
dringt durch den Einkoppelspiegel 42, welcher für die Wellenlänge des Pumplichts 60 durchsichtig
ist, in den stabförmigen laseraktiven
Festkörper 44 ein.
Dort wird das Pumplicht 60 absorbiert, was zur Besetzungsinversion
führt.
Durch die hohen Verluste des passiven Q-switch 46 wird
Laseroszillation vermieden. Mit steigender Pumpdauer steigt die
Strahldichte im Inneren des Resonators 62. Ab einer gewissen
Strahldichte bleicht der passive Q-Switch 46 aus, die Verstärkung überschreitet
die Gesamtverluste im Resonator 62, und der Laser beginnt
zu oszillieren.
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Auf
diese Weise entsteht ein "Riesenpuls" 24, also
ein Puls mit sehr hoher Spitzenleistung. Diese beträgt typischerweise
einige Megawatt für
eine Zeitdauer von wenigen Nanosekunden. Voraussetzung hierfür ist, dass
der Einkoppelspiegel 42 für die Wellenlänge des
Laserlichts 24 hoch reflektierend, der Auskoppelspiegel 48 für die Wellenlänge des
Laserlichts 24 jedoch teilweise reflektierend ist, sowie der
passive Q-Switch 46 eine gewisse Anfangstransmission besitzt.
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Die
in den 4–7 gezeigten
Lasereinrichtungen 26 bauen sehr einfach und sind daher
besonders preiswert. Die Verbindung zwischen dem laseraktiven Festkörper 44 und
dem Q-Switch 46 erfolgt
vorzugsweise durch Ansprengen oder thermisches Bonden. Der Einkoppelspiegel 42 und
der Auskoppelspiegel 48 wiederum sind durch eine Beschichtung
der axialen Endflächen
des laseraktiven Festkörpers 44 beziehungsweise
des Q-Switches 46 hergestellt.
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Ein
anderes Grundprinzip ist in den 8 und 9 gezeigt:
Dort wird der Resonator 62 der Lasereinrichtung 26 durch
eine Kombination aus dem laseraktiven Festkörper 44 und einem
Glaskörper 64 gebildet.
Dies gestattet es, die Länge
des laseraktiven Festkörpers 44 vergleichsweise
klein zu halten, was die Herstellkosten reduziert. Ein weiterer wesentlicher
Vorteil besteht darin, dass durch einen längeren Resonator die Strahlqualität der Lasereinrichtung
verbessert werden kann. Außerdem
lässt sich
mit dem Brechungsindex des speziellen Glases und der Länge des
Glaskörpers
die Pulsdauer des Riesenimpulses steuern. Voraussetzung hierfür ist jedoch,
dass das Pumplicht trotz der geringen Länge des laseraktiven Festkörpers 44 in
diesem vollständig
absorbiert wird. Bei der in 8 gezeigten
Lasereinrichtung 26 ist der Q-Switch 46 zwischen
dem laseraktiven Festkörper 44 und
dem Glaskörper 64 angeordnet,
und der Auskoppelspiegel 48 ist auf die freie axiale Endfläche des
Glaskörpers 64 aufgebracht.
Bei der in 9 gezeigten Lasereinrichtung 26 ist
dagegen der Glaskörper 64 zwischen
dem Q-Switch 46 und dem laseraktiven Festkörper 44 angeordnet,
und der Auskoppelspiegel 48 ist, wie bei den Ausführungsbeispielen
der 4–7,
auf die axiale Endfläche
des Q-Switches 46 aufgebracht. Dabei ist zusätzlich zwischen
dem laseraktiven Festkörper 44 und
dem Glaskörper 64 eine
für das Pumplicht 60 hoch
reflektierende, für
das Laserlicht 24 jedoch transparente Schicht 47 vorhanden,
so dass das über
die axiale Länge
des laseraktiven Festkörpers 44 noch
nicht absorbierte Pumplicht 60 in diesen zurückreflektiert
wird.
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Bei
der Ausführung
gemäß 10 wird
auf eine Linse verzichtet. Stattdessen wird das am laseraktiven
Festkörper 44 vorbeigestrahlte
Pumplicht auf Reflektionseinrichtung gestrahlt, die als ein diesen
in der Art einer Hülse
umgebender Glaskörper 69 ausgebildet
ist. An dessen radial außen
liegender Reflexionsfläche 67,
welche gegebenenfalls mit einer Spiegelschicht versehen ist, wird
das Pumplicht 60, wie beispielsweise durch den Strahl 60a dargestellt ist,
durch Reflektion wieder zum laseraktiven Festkörper 44 hin reflektiert
und in diesen transversal eingekoppelt. Die Spiegelschicht kann
vor allem dann entfallen, wenn der Glaskörper 69 nach radial
außen keinen
optischen Kontakt zu einem anderen Medium hat. Andernfalls kann
die Spiegelschicht 67 auch einfach durch eine Klebmaterial
realisiert werden, mit dem der Glaskörper 69 in einen anderen
Körper
eingeklebt wird. Dabei versteht sich, dass der Glaskörper 69 beziehungsweise
die Reflexionsfläche 67 nicht
nur eine zylindrische, sondern auch eine sich konisch verjüngende oder
eine gekrümmte
Außenkontur
aufweisen kann.
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Auch
bei der in 11 gezeigten Ausführungsform
ist radial außerhalb
des laseraktiven Festkörpers 44 eine
Reflektionseinrichtung in Form eines Glaskörpers 69 angeordnet.
Dessen radial innere Begrenzungsfläche liegt jedoch nur in einem
Bereich am Q-Switch 46 an, wohingegen sie im Bereich der radial
außerhalb
des laseraktiven Festkörpers 44 als Reflexionsfläche 67 konisch
ausgebildet und mit einer Spiegelschicht 68 versehen ist.
Auch an dieser wird Pumplicht 60 (beispielsweise Strahlen 60a und 60b),
welches nicht longitudinal in den laseraktiven Festkörper 44 durch
den Einkoppelspiegel 42 eingekoppelt werden kann, reflektiert
und transversal in den laseraktiven Festkörper 44 eingekoppelt.
Die extrahierbare Energie einer solchen Vorrichtung ist besonders
hoch, da ein großes
Volumen des laseraktiven Festkörpers 44 gepumpt
werden kann. Alternativ könnte
anstelle des Glaskörpers 69 auch
ein Metallkörper
verwendet werden, der mit einer spiegelnden, beispielsweise polierten
Reflektionsfläche
versehen ist. Vorstellbar ist auch, den Zwischenraum zwischen Lichtleitereinrichtung 28 und
Lasereinrichtung 26 mit einer transparenten Vergussmasse
zu füllen.
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Bei
den in den 8–11 gezeigten
Vorrichtungen ist der Glaskörper 64 bzw. 69 mit
der Lasereinrichtung 26 fest verbunden und insoweit Bestandteil
des monolithischen Teils 50.
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In
den 12–21 sind
nochmals andere Varianten einer Lasereinrichtung 26 dargestellt:
Bei dieser ist optisch in Serie zu der Lasereinrichtung 28 ein
optischer Verstärker 70 vorhanden.
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In 12 ist
der optische Verstärker 70,
der im Wesentlichen durch einen laseraktiven Festkörper gebildet
wird, koaxial zum laseraktiven Festkörper 44 der Lasereinrichtung 26 angeordnet.
Der optische Verstärker 70 verfügt dabei über eine
eigene Pumplichtquelle (nicht dargestellt), die das Pumplicht 74 über eine
eigene Lichtleitereinrichtung 72 dem optischen Verstärker 70 zuführt. Dabei
wird das Pumplicht 74 longitudinal in den optischen Verstärker 70 eingekoppelt,
indem dieses durch eine Linse 76 und zwei Umlenkspiegel 78a und 78b auf
die dem Q-Switch 46 zugewandte Stirnseite 79 des
optischen Verstärkers 70 gestrahlt
wird. Der zwischen laseraktivem Festkörper 44 der Lasereinrichtung 26 und dem
optischen Verstärker 70 angeordnete
Spiegel 78b ist hoch reflektierend für die Wellenlänge des Pumplichts 74 für den Verstärker 70,
jedoch transparent für
das von der Lasereinrichtung 26 zum Verstärker 70 Bestrahlte
Laserlicht 80.
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Die
in 13 dargestellte Ausführungsform arbeitet ähnlich,
wobei Lasereinrichtung 26 und optischer Verstärker 70 in
diesem Fall monolithisch sind. Um dies zu erreichen, wird das Pumplicht 74 aus
der Lichtleitereinrichtung 72 in den optischen Verstärker 70 von
der "Rückseite
her" eingepumpt,
also auf jener Stirnseite, aus der der verstärkte Laserstrahl 24 austritt.
Dies bedeutet, dass der Spiegel 78b für das Pumplicht 74 hoch
reflektierend, für
den Laserimpuls 24 jedoch transparent ist.
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Eine
nochmals andere Ausführungsform zeigt 14:
Bei dieser wird ein Mehrfachdurchgang des Laserlichts 80 durch
den optischen Verstärker 70 realisiert.
Vorteilhafterweise wird die Dotierung des optischen Verstärkers 70 so
gewählt,
dass die Energie des Pumplichts 74 erst am Ende des optischen Verstärkers 70 vollständig absorbiert
ist. Erreicht wird der Mehrfachdurchgang des Laserlichts 80 im
optischen Verstärker 70 dadurch,
dass der Laserstrahl 80 nicht senkrecht auf die axiale
Endfläche 79 des optischen
Verstärkers 70 auftrifft,
sondern schräg. Hierzu
ist die Längsachse
des optischen Verstärkers 70 gegenüber jener
des laseraktiven Festkörpers 44 verkippt.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass zur Einkopplung
des Pumplichts 74 in den optischen Verstärker 70 nur
ein einziger Umlenkspiegel 78, gegebenenfalls auch überhaupt
kein Umlenkspiegel erforderlich ist.
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In
den 15–21 sind
Ausführungsformen
gezeigt, bei denen ein optischer Verstärker 70 vorhanden
ist, auf eine zusätzlich
Lichtleitereinrichtung jedoch verzichtet werden kann. Die in 15 gezeigte
Anordnung ist ähnlich
zu jener von 10. Allerdings ist in Richtung
der optischen Achse gesehen unmittelbar hinter dem Q-Switch 46 mit
dem Auskoppelspiegel 48 der optische Verstärker 70 angeordnet.
Eine hülsenartige
Reflektionseinrichtung in Form eines Glaskörpers 69 wiederum
erstreckt sich radial außen
vom laseraktiven Festkörper 44,
vom Q-Switch 46 und
auch vom optischen Verstärker 70.
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Der
Durchmesser des hülsenartigen
Glaskörpers 69 ist
so gewählt,
dass Pumplicht 74a, 74b und 74c, welches
aus der Lichtleitereinrichtung 28 austritt und am Einkoppelspiegel 42 des
laseraktiven Festkörpers 44 der
Lasereinrichtung 26 vorbeigestrahlt wird, an der radial äußeren Reflexionsfläche 67 des
hülsenartigen
Glaskörpers 69,
die gegebenenfalls mit einer Spiegelschicht versehen ist, reflektiert
und transversal in den optischen Verstärker 70 eingekoppelt
wird.
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Dabei
können
die Lasereinrichtung 26, der optische Verstärker 70 und
der Glaskörper 69 insgesamt
als monolithisches Teil ausgebildet sein. Die in 16 gezeigte
Vorrichtung ist ähnlich
aufgebaut, baut jedoch insgesamt kürzer, da die radial außen liegende
Umfangsfläche
des Glaskörpers 69 sich,
in Strahlrichtung gesehen, konisch verjüngt.
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Die
in 17 gezeigte Vorrichtung wiederum ist ähnlich zu
jener von 14 aufgebaut. Allerdings ist
die Lasereinrichtung 26 gegenüber der Achse der Lichtleitereinrichtung 28 etwas
versetzt angeordnet. Ferner ist der Spiegel 78 als Sammelspiegel ausgebildet,
welcher die aus der Lichtleitereinrichtung 28 divergent
austretenden Pumplichtstrahlen 74 auf die axiale Eintrittsfläche 79 des
optischen Verstärkers 70 konzentriert.
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Eine äußerst einfache
Anordnung zeigt 18: Bei dieser schließt der optische
Verstärker 70 unmittelbar
an den Q-Switch 46 beziehungsweise den auf diesem vorhandenen
Auskoppelspiegel 48 an, und er wird von Pumplicht (ohne
Bezugszeichen) gespeist, welches von der Lichtleitereinrichtung 28 durch
den laseraktiven Festkörper 44 hindurchtritt, von
diesem also nicht vollständig
absorbiert wird. Dies bedeutet, dass der Q-Switch 46 für die Wellenlänge des
Pumplichts für
den optischen Verstärker 70 durchsichtig
ist, und auch der Auskoppelspiegel 48 muss für die Wellenlänge des
Pumplichts für
den optischen Verstärker 70 transparent
sein. Außerdem sollte
der Pumplichtstrahl für
den optischen Verstärker 70 eine
geringe Divergenz aufweisen. Auch hier ist der Verstärker 70 Teil
des Monolithen 50.
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Bei
der in 19 gezeigten Vorrichtung wiederum
gelangt das Pumplicht 74 für den Verstärker 70 aus der Lichtleitereinrichtung 28 direkt
zum optischen Verstärker 70.
Das Pumplicht 60 für
den laseraktiven Festkörper 44 der
Lasereinrichtung 26 tritt durch den optischen Verstärker 70 hindurch
und gelangt erst dann zum laseraktiven Festkörper 44. Die Spiegel 42' und 48' sind entsprechend
ausgeführt. Die
der Lichtleitereinrichtung 28 zugewandte axiale Endfläche 79 des
optischen Verstärkers 70 ist
schräg ausgeführt und
mit einer für
das Pumplicht 60, 74 transparenten, für die Wellenlänge des
Laserstrahls 24 jedoch reflektierenden Spiegelschicht 84 versehen.
Auf diese Weise wird der vom laseraktiven Festkörper 44 in den optischen
Verstärker 70 eingestrahlte
Laserstrahl 80 schräg
reflektiert und tritt als Laserstrahl 24 schräg aus dem
optischen Verstärker 70 aus.
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Einen
noch höheren
Wirkungsgrad hat die Anordnung gemäß 20. Bei
dieser wird das aus der Lichtleitereinrichtung 28 austretende
Pumplicht 60 von einer bifokalen Fresnellinse 40 gesammelt und
in Form zweier diskreter Strahlen durch eine Spiegelanordnung 84 hindurch
auf den laseraktiven Festkörper 44 und
den räumlich
neben diesem angeordneten optischen Verstärker 70 gestrahlt.
Dabei sind der laseraktive Festkörper 44 der
Lasereinrichtung 26 und der laseraktive Festkörper des
optischen Verstärkers 70 einstückig als
monolithisches Teil 50 ausgebildet. Die Spiegelanordnung 84 umfasst
zwei zueinander in einem rechten Winkel stehende Spiegelflächen 84a und 84b,
die für
das aus der Lichtleitereinrichtung 28 austretende Pumplicht 60 durchlässig, für das aus
dem laseraktiven Festkörper 44 der Lasereinrichtung 26 austretende
Laserlicht 80 jedoch reflektierend sind. Auf diese Weise
wird der rückwärts aus
der Lasereinrichtung 26 austretende Laserstrahl 80 zur
Seite und zurück
zum optischen Verstärker 70 umgelenkt.
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Ähnlich arbeitet
die in 21 dargestellte Anordnung, wobei
hier der laseraktive Festkörper 44 der
Lasereinrichtung 26 und der optische Verstärker 70 als
getrennte Bauteile ausgeführt
sind, und wobei das Pumplicht 60, 74 durch eine
nicht rotationssymmetrische bifokale Sammellinse 40 entsprechend 22 mit
zwei Linsenzentren 40a und 40b erzeugt wird. Die
in 21 dargestellte Vorrichtung hat, ebenso wie jene
der 20, den Vorteil, dass nur eine Lichtleitereinrichtung 28 erforderlich
ist, dass Lasereinrichtung 26 und optischer Verstärker 70 longitudinal
gepumpt werden mit entsprechend hohem Wirkungsgrad, dass der Laserstrahl 24 axial
austritt, und dass die Gesamtabmessungen relativ klein sind.
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Es
versteht sich, dass die in den 12–21 gezeigten
Vorrichtungen, bei denen eine Lasereinrichtung 26 mit einem
optischen Verstärker 70 gekoppelt
ist, mit den in den 8 –11 gezeigten
Ausführungsformen.
bei denen zusätzlich
ein Glaskörper 64 vorhanden
ist, kombiniert werden können.
Ferner kann, auch wenn nicht dargestellt, eine Auskoppelfläche des
optischen Verstärkers 70 (beispielsweise
Fläche 86 in 20)
mit einer Teilverspiegelung versehen werden, wodurch ein "gekoppelter Resonator" entsteht. Auf diese
Weise wird ein teilweiser Mehrfachdurchgang durch den optischen
Verstärker 70 erreicht.
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Weitere
Ausführungsformen
von Zündeinrichtungen 27 sind
in den 23, 24 und 25 dargestellt.
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Die
in 23 gezeigte Ausführungsform ähnelt jener von 13.
Allerdings werden der laseraktive Festkörper 44 und der Verstärker 70 von
einer gemeinsamen Pumplichtquelle (in 23 nicht
dargestellt) mit Pumplicht 60, 74 versorgt. Hierzu
ist der Q-Switch 46 auf der vom Verstärker 70 abgewandten Seite
des laseraktiven Festkörper 44 angeordnet. Das
Pumplicht 60, 74 gelangt über die Reflektionseinrichtung 78a und 78b zunächst in
den Verstärker 70,
wo jedoch nur ein Teil absorbiert wird, der Rest gelangt über den
Einkoppelspiegel 42 in den laseraktiven Festkörper 44.
Mit dem Bezugszeichen 48 ist vorliegend eine Spiegelfläche bezeichnet,
welche Pump- und Laserlicht vollständig reflektiert. Das Laserlicht
gelangt über
den Einkoppelspiegel 42 in den Verstärker 70 zurück, wo es
verstärkt
wird und als Laserlicht 24 aus dem Verstärker 70 austritt.
Damit das Laserlicht 24 nicht zur Pumplichtquelle zurückreflektiert
wird, ist der Spiegel 78b nur für das Pumplicht 60, 74 reflektierend,
für das
Laserlicht 24 dagegen transparent.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 24 ist wieder
für den
laseraktiven Festkörper 44 und
den optischen Verstärker 70 eine
gemeinsame Pumplichtquelle mit einer Lichtleitereinrichtung 28, 72 vorgesehen.
Der laseraktive Festkörper 44 und der
optische Verstärker 70 sind
jedoch parallel zueinander angeordnet, ähnlich wie bei 20.
Das Pumplicht wird durch einen für
das Pumplicht reflektierenden Spiegel 78b in einen Strahl 60 für den laseraktiven
Festkörper 44 und
einen Strahl 74 für
den Verstärker 70 aufgeteilt.
Ein weiterer Spiegel 78a leitet den Strahl 74 longitudinal
in den Verstärker 70 ein. Dieser
ist jedoch nicht genau parallel zum laseraktiven Festkörper 44 angeordnet,
sondern steht zu diesem in einem leichten Winkel. Damit ist die
Einkoppelfläche 79 des
Verstärkers 70 nicht
genau rechtwinklig zum eintretenden Pumplichtstrahl 74,
was dazu führt,
dass das eintretende Pumplicht 74 an der Einkoppelfläche 79 gebrochen
wird. Der vom laseraktiven Festkörper 44 erzeugte
Laserstrahl 80 wird über
eine Umlenkeinrichtung 84 zum Verstärker 70 hin reflektiert.
Der Verstärker 70 wird
also, wie bei der Ausführungsform
von 23, longitudinal und "gegensinnig" zum Einfall des Laserlichts 80 gepumpt. Dies
bedeutet, dass das Pumplicht 74 und das Laserlicht 80 an
unterschiedlichen Enden 79 beziehungsweise 86 in den optischen
Verstärker 70 eingeleitet werden.
Durch den doppelten Durchgang des Laserlichts 80 durch
den Verstärker 70 wird
dessen Wirkungsgrad verbessert.
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Die
in 25 gezeigte Ausführungsform ist ähnlich wie
jene von 24, wobei jedoch der laseraktive
Festkörper 44 und
der optische Verstärker 70 jeweils über eine
eigene Lichtleiteinrichtung 28, 72 mit entsprechender
Pumplichtquelle (nicht dargestellt) gespeist werden. Spiegel zur
Aufteilung des Pumplichts sind also nicht erforderlich. Die Steuerung
der Laserleistung ist hier besonders einfach und präzise möglich.