DE102008000162A1 - Laser device for use in ignition device for internal-combustion engine of motor vehicle, has conversion component converting part of laser radiation of wavelength to radiation of another wavelength, and quality switch attached to device - Google Patents

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Abstract

The device (26) has a laser-active solid body (44) for generation of laser radiation (24) of a wavelength. A wavelength conversion component (47) e.g. non-linear optical medium, converts a part of the laser radiation of the wavelength to radiation of another wavelength. A quality switch (46) i.e. passive quality switch, is attached to the laser device. The wavelength conversion component is arranged outside of a resonator, which is limited by two reflectors (42, 48) and contains the body and the switch. The solid body, the quality switch and the conversion component are monolithically formed. An independent claim is also included for a method for operation of a laser device.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Lasereinrichtung mit einem laseraktiven Festkörper zur Erzeugung von Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge und mit Mitteln zur Wellenlängenkonversion, die zumindest einen Teil der erzeugten Laserstrahlung erster Wellenlänge in Strahlung mindestens einer zweiten Wellenlänge umwandeln.The The invention relates to a laser device with a laser-active Solid for generating laser radiation of a first Wavelength and with means for wavelength conversion, the at least a portion of the generated laser radiation of the first wavelength in radiation of at least one second wavelength.

Die Erfindung betrifft ferner ein Betriebsverfahren für eine derartige Lasereinrichtung.The The invention further relates to an operating method for a such laser device.

Aus der WO 2005/060053 A2 ist eine Lasereinrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Die bekannte Einrichtung weist zwei separate Resonatoranordnungen, mehrere Lasermedien und einen dementsprechend komplexen Aufbau auf, um die Erzeugung von sichtbarem Licht mehrerer Wellenlängen zu ermöglichen.From the WO 2005/060053 A2 a laser device of the type mentioned is known. The known device has two separate resonator arrangements, several laser media and a correspondingly complex structure in order to enable the generation of visible light of several wavelengths.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lasereinrichtung und ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass ein flexiblerer Betrieb zur Erzeugung von Laserstrahlung mehrerer Wellenlängen bei einem gleichzeitig verhältnismäßig einfachen Aufbau möglich ist.Accordingly It is the object of the present invention to provide a laser device and an operating method of the type mentioned above to improve that more flexible operation for generating laser radiation multiple wavelengths at the same time a relatively simple structure is possible.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird bei der Lasereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Lasereinrichtung eine Güteschaltung, insbesondere eine passive Güteschaltung, zugeordnet ist, wodurch vorteilhaft Laserimpulse mit verhältnismäßig hoher Einzelimpulsenergie erzeugt werden können. Die erfindungsgemäße Verwendung einer Güteschaltung ermöglicht vorteilhaft eine effiziente Erzeugung von Laserstrahlung mehrerer Wellenlängen, weil die Mittel zur Wellenlängenkonversion, bei denen es sich üblicherweise um nichtlineare optische Medien handelt, verhältnismäßig hohe Strahlungsdichten erfordern, um die Wellenlängenkonversion durchzuführen. Gleichzeitig kann vorteilhaft auf die Vorsehung mehrerer Resonatoren mit mehreren Lasermedien verzichtet werden.These Task is in the laser device of the type mentioned solved according to the invention that the laser device, a Q-switching, in particular a passive Q-switching, is assigned, which is advantageous Laser pulses with relatively high Single pulse energy can be generated. The inventive Using a Q-switching advantageously allows a efficient generation of laser radiation of several wavelengths, because the means of wavelength conversion in which it are usually non-linear optical media, relatively high radiation densities require to perform the wavelength conversion. At the same time can be advantageous to the provision of several resonators dispensed with several laser media.

Ganz besonders vorteilhaft kann einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung zufolge vorgesehen sein, dass die Mittel zur Wellenlängenkonversion außerhalb eines Resonators angeordnet sind, der durch zwei Spiegel begrenzt wird und den laseraktiven Festkörper und die Güteschaltung enthält. Bei dieser Konfiguration wird der erfindungsgemäß in dem Resonator erzeugte Laserimpuls, der eine hohe Impulsenergie aufweist, den Mitteln zur Wellenlängenkonversion zugeführt, die aufgrund der hohen Impulsenergie eine besonders effiziente Wellenlängenkonversion durchführen können. Gleichzeitig tritt auch ein Anteil der in dem Resonator erzeugten Laserstrahlung unverändert durch die Mittel zur Wellenlängenkonversion hindurch, so dass ausgangsseitig der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung sowohl die erste Wellenlänge des gütegeschaltet erzeugten Laserimpulses als auch die zweite Wellenlänge, die durch die Wellenlängenkonversion erhalten wird, verfügbar ist.All Particularly advantageous may be an embodiment of the invention Laser device according to be provided that the means for wavelength conversion are arranged outside a resonator by two Mirror is limited and the laser-active solid and contains the quality circuit. In this configuration is produced according to the invention in the resonator Laser pulse, which has a high pulse energy, the means for Wavelength conversion supplied due to the high pulse energy a particularly efficient wavelength conversion can perform. At the same time also occurs Proportion of the laser radiation generated in the resonator unchanged the means for wavelength conversion, so that on the output side of the laser device according to the invention both the first wavelength of the Q-switched generated laser pulse as well as the second wavelength, obtained by the wavelength conversion available is.

Die Strahlung beider Wellenlängen weist aufgrund des Impulscharakters eine verhältnismäßig hohe Maximalleistung auf, die besonders gut zur Erzeugung eines Plasmas oder dergleichen geeignet ist. Dementsprechend kann unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung ganz besonders vorteilhaft eine Zündeinrichtung zum Beispiel für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs oder auch für einen Stationärmotor gebildet werden.The Radiation of both wavelengths has due to the pulse character a relatively high maximum power which are particularly good for generating a plasma or the like suitable is. Accordingly, using the invention Laser device very particularly advantageous an ignition device for example, for an internal combustion engine in particular one Motor vehicle or for a stationary engine be formed.

Alternativ zu der resonatorexternen Wellenlängenumsetzung ist es auch möglich, die Mittel zur Wellenlängenkonversion innerhalb des Resonators anzuordnen, wodurch eine besonders klein bauende und kompakte Konfiguration gegeben ist. Es ist ferner denkbar, sowohl innerhalb des Resonators als auch außerhalb des Resonators Mittel zur Wellenlängenkonversion vorzusehen, wodurch sich beispielsweise mehrstufige Wellenlängenumwandlungsprozesse realisieren lassen.alternative it is also to the resonator-external wavelength conversion possible, the means for wavelength conversion to arrange within the resonator, creating a particularly small constructive and compact configuration is given. It is also conceivable both inside the resonator and outside of the Resonators provide means for wavelength conversion, resulting, for example, multi-stage wavelength conversion processes let realize.

Einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform zufolge kann der laseraktive Festkörper vorteilhaft gleichzeitig die Mittel zur Wellenlängenkonversion bilden. Hierbei kommt insbesondere Neodym-dotiertes YAB, Nd:YAl3(BO3)4, zum Einsatz. Diese Ausführungsform bietet ebenfalls den besonderen Vorteil eines einfachen und robusten Aufbaus.According to another very advantageous embodiment, the laser-active solid can advantageously simultaneously form the means for wavelength conversion. Neodymium-doped YAB, Nd: YAl 3 (BO 3 ) 4 , is used in particular. This embodiment also offers the particular advantage of a simple and robust construction.

Generell ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, den laseraktiven Festkörper und/oder die Güteschaltung und/oder die Mittel zur Wellenlängenkonversion monolithisch auszubilden.As a general rule it is advantageously possible according to the invention the laser-active solid and / or the Q-switching and / or the means for wavelength conversion monolithic train.

Obwohl aufgrund der einfacheren Ansteuerung bevorzugt eine passive Güteschaltung zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung vorgesehen ist, kann auch eine aktive Güteschaltung verwendet werden, um die Impulserzeugung bei der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung zu steuern.Even though due to the easier control preferably a passive Q-switching for use with the laser device according to the invention is provided, an active Q-switching can also be used be to the pulse generation in the inventive To control laser device.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung ist eine Pumplichtquelle vorgesehen, die Pumplicht mit im Wesentlichen einer Wellenlänge abgibt.at a further very advantageous embodiment of the invention Laser device, a pump light source is provided, the pump light with essentially emits a wavelength.

Insbesondere bei solchen Anwendungen der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, bei denen ein Plasma erzeugt werden soll, kann erfindungsgemäß vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Lasereinrichtung so konfiguriert ist, dass die erste Wellenlänge größer ist als die zweite Wellenlänge. Das heißt, der mit Hilfe des laseraktiven Festkörpers und der passiven Güteschaltung erzeugte Laserimpuls weist eine größere Wellenlänge auf als die weitere Laserstrahlung, die im Wege der Frequenz- beziehungsweise Wellenlängenkonversion erhalten wird. Diese Konfiguration hat den besonderen Vorteil, dass die primär nur zur initialen Erzeugung des Plasmas verwendete kleinere zweite Wellenlänge aufgrund der Wellenlängenkonversion und der damit einhergehenden Verluste eine geringere Leistung aufweist als die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge, die aufgrund ihrer Verwendung zur weiteren Energieversorgung des erzeugten Plasmas für den Betrieb der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung insgesamt erforderlich ist. Das heißt, bei der beschriebenen Konfiguration wird vorteilhaft ein verhältnismäßig kleiner Energieanteil in die für eine Plasmaerzeugung erforderliche zweite Wellenlänge überführt, während ein verbleibender größerer Energieanteil in Form der größeren Wellenlänge zur Aufrechterhaltung beziehungsweise Energieversorgung des erzeugten Plasmas dient. Hierbei wird vorteilhaft die Tatsache ausgenutzt, dass die Erzeugung eines Plasmas effizienter mir kurzwelliger Strahlung bewerkstelligt werden kann, weil die entsprechenden Photonen energiereicher sind als bei Strahlung mit größerer Wellenlänge, und daher z. B. im Wege einer Mehrphotonen-Absorption effizient Startelektronen für einen optischen Durchbruch erzeugt werden können. Darüberhinaus ist kurzwelligere Strahlung einfacher zu fokussieren, so dass mit geringem Aufwand sehr große Strahlungsdichten, beispielsweise in einem Zündpunkt im Brennraum einer Brennkraftmaschine, erzielbar sind.Especially in such applications of According to the invention laser device according to the invention, in which a plasma is to be generated, can advantageously be provided that the laser device is configured so that the first wavelength is greater than the second wavelength. That is, the laser pulse generated with the aid of the laser-active solid and the passive Q-switching has a greater wavelength than the other laser radiation, which is obtained by means of the frequency or wavelength conversion. This configuration has the particular advantage that due to the wavelength conversion and the losses associated therewith, the smaller second wavelength used primarily only for the initial generation of the plasma has a lower power than the laser radiation of the first wavelength which due to its use for the further energy supply of the generated plasma the operation of the laser device according to the invention is required in total. That is, in the described configuration, a relatively small proportion of energy is advantageously converted into the second wavelength required for plasma generation, while a remaining larger proportion of energy in the form of the longer wavelength serves to maintain or supply energy to the plasma generated. In this case, the fact is advantageously exploited that the generation of a plasma can be accomplished more efficiently with short-wave radiation, because the corresponding photons are more energetic than with radiation with a longer wavelength, and therefore z. B. by way of multi-photon absorption efficient starting electrons for an optical breakthrough can be generated. In addition, short-wave radiation is easier to focus, so that with little effort very large radiation densities, for example, in an ignition point in the combustion chamber of an internal combustion engine can be achieved.

Demgegenüber wird insbesondere aufgrund des Prozesses der inversen Bremsstrahlung die Deponierung von Energie in dem erzeugten Plasma bei der Verwendung größerer Wellenlängen begünstigt, weil die Wahrscheinlichkeit für eine Wechselwirkung der Stahlung mit dem Plasma proportional zur dritten Potenz der verwendeten Laserwellenlänge ist.In contrast, in particular due to the process of inverse Bremsstrahlung the dumping of energy in the generated plasma in use larger wavelengths favors because the probability of an interaction of the radiation with the plasma proportional to the cube of the laser wavelength used is.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konfiguration ist eine besonders effiziente Erzeugung von Plasma möglich, die insbesondere bei Zündeinrichtungen von Kraftfahrzeugen oder auch Stationärmotoren vorteilhaft einsetzbar ist.by virtue of the configuration according to the invention is a special efficient generation of plasma possible, in particular in ignition devices of motor vehicles or stationary engines can be used advantageously.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Betriebsverfahren gemäß Patentanspruch 9 angegeben.When another solution of the object of the present invention is an operating method according to claim 9 indicated.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.Further Features, applications and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features form for itself or in any combination the subject of the invention, independently from its summary in the claims or their relationship and regardless of theirs Formulation or presentation in the description or in the drawing.

In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:

1 eine Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, 1 an ignition device for an internal combustion engine with a laser device according to the invention,

2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, 2 a first embodiment of the laser device according to the invention,

3a eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, und 3a a second embodiment of the laser device according to the invention, and

3b eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung. 3b A third embodiment of the laser device according to the invention.

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 bezeichnet 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 auch als Rail bezeichneten Kraftstoff-Druckspeicher 20 angeschlossen ist.An internal combustion engine carries in 1 Overall, the reference number 10 , It serves to drive a motor vehicle, not shown. The internal combustion engine 10 includes several cylinders, one of which is in 1 only one with the reference numeral 12 is designated. A combustion chamber 14 of the cylinder 12 is from a piston 16 limited. Fuel enters the combustion chamber 14 directly through an injector 18 , the to a designated as rail fuel pressure accumulator 20 connected.

In den Brennraum 14 eingespritzter Kraftstoff 22 wird mittels eines Laserstrahls 24 entzündet, der vorzugsweise in Form eines Laserimpulses 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 bereitgestellt wird. Die Pumplichtquelle 30 wird von einem Steuergerät 32 gesteuert, das auch den Injektor 18 ansteuert.In the combustion chamber 14 injected fuel 22 is by means of a laser beam 24 ignited, preferably in the form of a laser pulse from a laser device 26 comprehensive ignition device 27 in the combustion chamber 14 is emitted. For this purpose, the laser device 26 via a light guide device 28 powered by a pump light, which is from a pump light source 30 provided. The pump light source 30 is from a control unit 32 controlled, that too the injector 18 controls.

Wie aus 2 ersichtlich ist, weist die Lasereinrichtung 26 neben einem laseraktiven Festkörper 44 erfindungsgemäß auch eine passive Güteschaltung 46 auf, so dass die Komponenten 44, 46 zusammen mit einem Einkoppelspiegel 42 und einem Auskoppelspiegel 48 einen Laser-Oszillator bilden.How out 2 can be seen, the laser device 26 next to a laser-active solid 44 According to the invention, a passive Q-switching 46 on, so the components 44 . 46 together with a coupling mirror 42 and a Auskoppelspiegel 48 form a laser oscillator.

Die grundsätzliche Funktionsweise der Lasereinrichtung 26 ist folgende: Pumplicht 60, das der Lasereinrichtung 26 über die Lichtleitereinrichtung 28 (1) zugeführt wird, tritt durch den für eine Wellenlänge des Pumplichts 60 durchsichtigen Einkoppelspiegel 42 in den laseraktiven Festkörper 44 ein. Dort wird das Pumplicht 60 absorbiert, was zu einer Besetzungsinversion führt. Die hohen Transmissionsverluste der passiven Güteschaltung 46 verhindern zunächst eine Laser-Oszillation in der Lasereinrichtung 26. Mit steigender Pumpdauer steigt jedoch auch die Strahlungsdichte in dem Inneren des durch den laseraktiven Festkörper 44 und die passive Güteschaltung 46 sowie die Spiegel 42, 48 gebildeten Resonators. Ab einer gewissen Strahlungsdichte bleicht die passive Güteschaltung 46 beziehungsweise ein sättigbarer Absorber der passiven Güteschaltung 46 aus, so dass eine Laser-Oszillation in dem Resonator zustande kommt.The basic mode of operation of the laser device 26 is the following: pump light 60 , that of the laser device 26 over the light guide device 28 ( 1 ), passes through the for one wavelength of the pumping light 60 transparent coupling mirror 42 in the laser-active solid 44 one. There is the pump light 60 absorbed, resulting in a population inversion. The high transmission losses of the passive Q-switch 46 initially prevent laser oscillation in the laser device 26 , As the pumping time increases, however, the radiation density in the interior of the laser-active solid increases as well 44 and passive Q-switching 46 as well as the mirrors 42 . 48 formed resonator. From a certain radiation density bleaches the passive Q-switching 46 or a saturable absorber of the passive Q-switching 46 so that laser oscillation occurs in the resonator.

Durch diesen Mechanismus wird ein Laserstrahl 24 in Form eines Riesenimpulses erzeugt, der durch den Auskoppelspiegel 48 hindurchtritt.Through this mechanism becomes a laser beam 24 generated in the form of a giant impulse, by the Auskoppelspiegel 48 passes.

Erfindungsgemäß sind der Lasereinrichtung 26 die ebenfalls in 2 abgebildeten Mittel 47 zur Wellenlängenkonversion zugeordnet, die zumindest einen Teil der erzeugten Laserstrahlung 24, die eine erste Wellenlänge 1 aufweist, in Strahlung mindestens einer zweiten Wellenlänge 2 umwandeln.According to the invention, the laser device 26 which also in 2 pictured means 47 assigned to the wavelength conversion, the at least a portion of the generated laser radiation 24 having a first wavelength 1, convert into radiation of at least one second wavelength 2.

Die Mittel 47 können beispielsweise eine Wellenlängenkonversion im Sinne einer Frequenzverdopplung (SHG: second harmonic generation) durchführen. Hierfür werden zwei Photonen derselben Frequenz benötigt, die unter Wechselwirkung mit den Mitteln 47 ein Photon doppelter Frequenz erzeugen. Vorliegend weist der Laserimpuls 24 beispielsweise eine erste Wellenlänge 1 auf, die von den Mitteln 47 im Rahmen eines SHG-Prozesses umgewandelt wird in die zweite Wellenlänge 2, für die gilt 2 = 1/2. Da ein Teil des Laserimpulses 24 nicht mit den Mitteln 47 wechselwirkt, ist auch die erste Wellenlänge 1 an dem Ausgang der Lasereinrichtung 26 verfügbar.The means 47 For example, they can perform a wavelength conversion in terms of frequency doubling (SHG: second harmonic generation). For this purpose, two photons of the same frequency are required, which interact with the means 47 generate a photon of twice the frequency. In the present case, the laser pulse 24 For example, a first wavelength 1, by the means 47 in the context of a SHG process is converted into the second wavelength 2, for which applies 2 = 1/2. As part of the laser pulse 24 not with the means 47 interacts, is also the first wavelength 1 at the output of the laser device 26 available.

Typischerweise kann für die Frequenzverdopplung ein Nd:YAG-basiertes Material eingesetzt werden, das bei einer Wellenlänge von 1064 nm emittiert, wobei jeweils zwei Photonen der Wellenlänge 1064 nm verwendet werden, um ein Photon der Wellenlänge 532 nm zu erzeugen.typically, For frequency doubling, an Nd: YAG-based material can be used which emits at a wavelength of 1064 nm, in each case two photons of wavelength 1064 nm used to produce a photon of wavelength 532 nm.

Alternativ können die Mittel 47 bei geeigneter Konfiguration auch einen Dreiwellen-Mischprozess realisieren, wobei ausgangsseitig drei unterschiedliche Wellenlängen (nicht gezeigt) erhalten werden, und zwar die Eingangswellenlänge 1 und zwei weitere Wellenlängen, die in den Mitteln 47 durch nichtlineare Effekte aus der Eingangswellenlänge 1 erhalten werden.Alternatively, the funds can 47 in a suitable configuration also realize a three-wave mixing process, wherein the output side, three different wavelengths (not shown) are obtained, namely the input wavelength 1 and two other wavelengths in the means 47 are obtained by non-linear effects from the input wavelength 1.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 26 ist in 3a abgebildet. Bei dieser Anordnung wird eine interne Frequenz- beziehungsweise Wellenlängenkonversion vorgenommen, weil die Mittel 47 zur Wellenlängenkonversion innerhalb des durch die Spiegel 42, 48 begrenzten Resonators angeordnet sind, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau und eine erhöhte Strahldichte in dem Resonator ergibt. Ebenso wie die unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Ausführungsform wird die Lasereinrichtung 26 gemäß 3a eingangsseitig mit Pumplicht 60 beaufschlagt, das beispielsweise von einer als Halbleiterlaserdiode ausgebildeten Pumplichtquelle 30 (1) stammen kann. Der Einkoppelspiegel 42 ist dementsprechend transparent für das Pumplicht 60 und hoch reflektierend für die in dem Resonator erzeugten Laserwellenlängen. Der Auskoppelspiegel 48 muss teilreflektierend ausgebildet sein für die erzeugten Laserwellenlängen 1, 2.A further embodiment of the laser device according to the invention 26 is in 3a displayed. In this arrangement, an internal frequency or wavelength conversion is made because the means 47 for wavelength conversion within the mirror 42 . 48 limited resonator are arranged, resulting in a particularly compact structure and increased beam density in the resonator. Just like the referring to 2 described embodiment, the laser device 26 according to 3a input side with pump light 60 acted, for example, by a designed as a semiconductor laser diode pump light source 30 ( 1 ). The coupling mirror 42 is accordingly transparent to the pump light 60 and highly reflective for the laser wavelengths generated in the resonator. The Auskoppelspiegel 48 must be designed partially reflective for the generated laser wavelengths 1, 2.

3b zeigt eine weitere ganz besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 26, bei der ein laseraktives Material 44' gleichzeitig die Mittel zur Wellenlängenkonversion bildet. Beispielsweise kann Neodym-dotiertes YAB als Material zur Herstellung eines derartigen laseraktiven Festkörpers 44' verwendet werden. 3b shows a further very particularly advantageous embodiment of the laser device according to the invention 26 in which a laser active material 44 ' simultaneously forms the means for wavelength conversion. For example, neodymium-doped YAB can be used as the material for producing such a laser-active solid 44 ' be used.

Generell sind die Komponenten 42, 44, 44', 46, 47, 48 monolithisch integrierbar, um einen kompakten Aufbau der Lasereinrichtung 26 zu erzielen.Generally, the components are 42 . 44 . 44 ' . 46 . 47 . 48 monolithically integrated to a compact structure of the laser device 26 to achieve.

Die Mittel 47 zur Wellenlängenkonversion sind üblicherweise als nichtlineare optische Materialien ausgebildet, es handelt sich hierbei beispielsweise um Kristalle, welche eine Phasenanpassung für an sich bekannte Wellenlängenkonversionsprozesse wie die Mehrwellen-Mischprozesse ermöglichen. Insbesondere können Einkristalle verwendet werden, oder auch periodisch gepolte Kristalle zur Realisierung einer Quasi-Phasenanpassung.The means 47 for wavelength conversion are usually formed as non-linear optical materials, these are, for example, crystals, which allow a phase matching for known wavelength conversion processes such as the multi-wave mixing processes. In particular, single crystals can be used, or even periodically poled crystals to realize a quasi-phase matching.

Neben einer Wellenlängenkonversion zu kürzeren Wellenlängen hin kann auch eine Wellenlängenkonversion zu längeren Wellenlängen hin erfolgen. Bekannte Prozesse sind hierbei die optisch parametrische Oszillation (OPO) oder optisch parametrische Generation (OPG). Hierbei werden beispielsweise im Punkt der Entartung eines OPO/OPG aus einem Photon mit kurzer Wellenlänge zwei gleichartige Photonen längerer Wellenlänge erzeugt. Beispielsweise können aus einem Photon bei 1064 nm zwei Photonen bei 2128 nm erzeugt werden. Außerhalb der Entartung können bei Phasenanpassung aus einem Photon kürzerer Wellenlänge zwei unterschiedliche Photonen längerer Wellenlänge erzeugt werden. Beispielsweise kann aus einem Photon bei 1064 nm ein Photon bei etwa 1650 nm und ein weiteres Photon bei etwa 3000 nm erzeugt werden.Next a wavelength conversion to shorter wavelengths In addition, a wavelength conversion to longer Wavelengths out. Known processes are here the optical parametric oscillation (OPO) or optical parametric Generation (OPG). Here, for example, at the point of degeneration an OPO / OPG from a photon with short wavelength two similar Produces longer wavelength photons. For example can photons at 1064 nm two photons at 2128 nm are generated. Outside the degeneracy can with phase matching from a photon of shorter wavelength two different photons of longer wavelength be generated. For example, from a photon at 1064 nm one photon at about 1650 nm and another photon at about 3000 nm are generated.

Weitere bekannte Prozesse zur Wellenlängenkonversion sind die Summen- und Differenzfrequenzerzeugung, bei denen Lichtwellen mit den entsprechenden Summenfrequenzen und/oder Differenzfrequenzen beziehungsweise -wellenlängen gebildet werden. Diese Prozesse können bei der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 26 zum Beispiel durch die Emission des laseraktiven Festkörpers 44 auf zwei unterschiedlichen Laserwellenlängen verwendet werden. Beispielsweise emittiert ein Nd:YAG-Laser auf etwa 1064 nm und 1340 nm. Bei einer Summenfrequenzerzeugung können dann Lichtwellen mit einer Wellenlänge von 593 nm erzeugt werden.Other known processes for wavelength conversion are the sum and difference frequency generation, in which light waves with the corresponding sum frequencies and / or difference frequencies or wavelengths are formed. These processes can in the laser device according to the invention 26 for example, by the emission of the laser-active solid 44 be used on two different laser wavelengths. For example, an Nd: YAG laser emits at about 1064 nm and 1340 nm. For sum frequency generation, light waves with a wavelength of 593 nm can then be generated.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konfiguration der Lasereinrichtung 26 ist eine besonders effiziente Erzeugung von Plasma möglich, die insbesondere bei Zündeinrichtungen 27 von Kraftfahrzeugen oder auch Stationärmotoren vorteilhaft einsetzbar ist. Bevorzugt wird eine verhältnismäßig große erste Wellenlänge 1, die von der Lasereinrichtung 26 erzeugt wird, zur Aufrechterhaltung bzw. weiteren Energieversorgung eines Plasmas verwendet, das zuvor effizient unter Verwendung einer verhältnismäßig kleinen zweiten Wellenlänge 2 erzeugt worden ist. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von kurzwelliger Strahlung, die besser fokussierbar ist, kann das Plasma sicher und effizient erzeugt werden, während ein nachfolgender Energieeintrag in das Plasma ebenfalls effizient unter Verwendung von Strahlung mit größerer Wellenlänge erfolgt.Due to the configuration of the laser device according to the invention 26 a particularly efficient generation of plasma is possible, in particular with ignition devices 27 Of motor vehicles or stationary engines is advantageously used. Preferred is a relatively large first wavelength 1, that of the laser device 26 is used to maintain a further supply of power to a plasma which has previously been efficiently generated using a relatively small second wavelength 2. By the use according to the invention of short-wave radiation, which can be focused better, the plasma can be generated safely and efficiently, while a subsequent energy input into the plasma also takes place efficiently using radiation with a longer wavelength.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - WO 2005/060053 A2 [0003] WO 2005/060053 A2 [0003]

Claims (12)

Lasereinrichtung (26) mit einem laseraktiven Festkörper (44) zur Erzeugung von Laserstrahlung (24) einer ersten Wellenlänge (1) und mit Mitteln (47) zur Wellenlängenkonversion, die zumindest einen Teil der erzeugten Laserstrahlung (24) erster Wellenlänge (1) in Strahlung mindestens einer zweiten Wellenlänge (2) umwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass der Lasereinrichtung (26) eine Güteschaltung (46), insbesondere eine passive Güteschaltung, zugeordnet ist.Laser device ( 26 ) with a laser-active solid ( 44 ) for generating laser radiation ( 24 ) of a first wavelength (1) and with means ( 47 ) for wavelength conversion, the at least a portion of the generated laser radiation ( 24 ) first radiation (1) into radiation of at least one second wavelength (2), characterized in that the laser device ( 26 ) a Q-switching ( 46 ), in particular a passive Q-switching, is assigned. Lasereinrichtung (26) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (47) zur Wellenlängenkonversion außerhalb eines Resonators (42, 44, 46, 48) angeordnet sind, der durch zwei Spiegel (42, 48) begrenzt wird und den laseraktiven Festkörper (44) und die Güteschaltung (46) enthält.Laser device ( 26 ) according to claim 1, characterized in that the means ( 47 ) for wavelength conversion outside a resonator ( 42 . 44 . 46 . 48 ) arranged through two mirrors ( 42 . 48 ) and the laser-active solid ( 44 ) and the quality circuit ( 46 ) contains. Lasereinrichtung (26) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (47) zur Wellenlängenkonversion innerhalb eines Resonators (42, 44, 46, 48) angeordnet sind, der durch zwei Spiegel (42, 48) begrenzt wird und den laseraktiven Festkörper (44) und die Güteschaltung (46) enthält.Laser device ( 26 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the means ( 47 ) for wavelength conversion within a resonator ( 42 . 44 . 46 . 48 ) arranged through two mirrors ( 42 . 48 ) and the laser-active solid ( 44 ) and the quality circuit ( 46 ) contains. Lasereinrichtung (26) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der laseraktive Festkörper (44') gleichzeitig die Mittel (47) zur Wellenlängenkonversion bildet.Laser device ( 26 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the laser-active solid ( 44 ' ) the funds ( 47 ) to wavelength conversion. Lasereinrichtung (26) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der laseraktive Festkörper (44, 44') und/oder die Güteschaltung (46) und/oder die Mittel (47) zur Wellenlängenkonversion monolithisch ausgebildet sind.Laser device ( 26 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the laser-active solid ( 44 . 44 ' ) and / or the Q-switching ( 46 ) and / or the funds ( 47 ) are formed monolithically for wavelength conversion. Lasereinrichtung (26) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lasereinrichtung (26) eine Pumplichtquelle (30) zugeordnet ist, die Pumplicht (60) mit im wesentlichen einer Wellenlänge abgibt.Laser device ( 26 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the laser device ( 26 ) a pump light source ( 30 ), the pump light ( 60 ) emits at substantially one wavelength. Lasereinrichtung (26) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (26) so konfiguriert ist, dass die erste Wellenlänge (1) größer ist als die zweite Wellenlänge (2).Laser device ( 26 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the laser device ( 26 ) is configured such that the first wavelength (1) is greater than the second wavelength (2). Zündeinrichtung (27) für eine Brennkraftmaschine (10), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Lasereinrichtung (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Ignition device ( 27 ) for an internal combustion engine ( 10 ), in particular of a motor vehicle, with a laser device ( 26 ) according to one of claims 1 to 7. Verfahren zum Betreiben einer Lasereinrichtung (26) mit einem laseraktiven Festkörper (44) zur Erzeugung von Laserstrahlung (24) einer ersten Wellenlänge (1) und mit Mitteln (47) zur Wellenlängenkonversion, die zumindest einen Teil der erzeugten Laserstrahlung (24) erster Wellenlänge (1) in Strahlung mindestens einer zweiten Wellenlänge (2) umwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (26) mit Pumplicht (60) beaufschlagt wird, um mittels einer in der Lasereinrichtung (26) enthaltenen, insbesondere passiven, Güteschaltung (46) einen Laserimpuls (24) zu erzeugen.Method for operating a laser device ( 26 ) with a laser-active solid ( 44 ) for generating laser radiation ( 24 ) of a first wavelength (1) and with means ( 47 ) for wavelength conversion, the at least a portion of the generated laser radiation ( 24 ) first radiation (1) into radiation of at least one second wavelength (2), characterized in that the laser device ( 26 ) with pump light ( 60 ) is applied to by means of a in the laser device ( 26 ), in particular passive, Q-switching ( 46 ) a laser pulse ( 24 ) to create. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lasereinrichtung (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendet wird.Method according to claim 9, characterized in that a laser device ( 26 ) according to one of claims 1 to 7 is used. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Strahlung beider Wellenlängen (1, 2) dazu verwendet wird, ein Plasma zu erzeugen und/oder aufrechtzuerhalten, insbesondere in einem Brennraum (14) einer Brennkraftmaschine (10).A method according to claim 9 or 10, characterized in that the generated radiation of both wavelengths (1, 2) is used to generate and / or maintain a plasma, in particular in a combustion chamber ( 14 ) an internal combustion engine ( 10 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung mit der kleineren Wellenlänge überwiegend dazu verwendet wird, ein Plasma zu erzeugen, und dass die Strahlung mit der größeren Wellenlänge überwiegend dazu verwendet wird, das erzeugte Plasma aufrechtzuhalten bzw. mit Energie zu versorgen.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the radiation having the smaller wavelength predominantly is used to generate a plasma, and that the radiation with the larger wavelength predominantly is used to maintain the generated plasma or with Provide energy.
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WO2005060053A2 (en) 2003-12-19 2005-06-30 Cobolt Ab Multiple wavelength laser arrangement

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