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HINTERGRUND
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lasersystem zur Abgabe von Laserlicht mit den Merkmalen von Anspruch 1.
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Lasersysteme dieser Art nutzen innerhalb des Resonators ein optisch anregbares Kristallmaterial, also einen Festkörper, der durch Einstrahlen von Lichtenergie angeregt werden kann. Solche Anordnungen werden üblicherweise als Festkörperlaser bezeichnet, wenn der Kristall aus einem durch Pumplicht zur Erzeugung von Laserlicht anregbaren kristallinen Verstärkermaterial besteht. Besteht der Kristall aus einem nicht linearen optischen Frequenzkonversionsmaterial, kann das Lasersystem als Festkörper-Frequenzverdoppler dienen.
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Eine wesentliche Komponente solcher Lasersysteme ist der sogenannte optische Resonator, bei dem der erste und der zweite Resonatorspiegel so angeordnet sind, dass Licht in dem zwischen den Resonatorspiegeln gebildeten Resonatorraum im Resonatorstrahlengang eine Resonanzüberhöhung erfährt. Das Licht bzw. ein großer Anteil des Lichts kann beispielsweise vielfach zwischen den Resonatorspiegeln hin- und herreflektiert werden. Es ist auch möglich, dass Licht den Resonatorstrahlengang mehrfach in der gleichen Richtung durchläuft. Der im Resonatorstrahlengang angeordnete Kristall wird dadurch vielfach durch das im Resonatorstrahlengang verlaufende Licht durchstrahlt, wodurch ein starker Aktivierungseffekt des Kristallmaterials erzeugbar ist. Der optische Abstand zwischen den beiden den Resonatorraum begrenzenden Resonatorspiegeln (erster und zweiter Resonatorspiegel) bestimmt dabei die Frequenz bzw. das Frequenzspektrum des von dem Lasersystem abgegebenen Laserlichts.
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In der Regel sind die empfindlichen optischen Komponenten des Lasersystems im Innenraum eines Gehäuses untergebracht, das die optischen Komponenten des optischen Resonators und eventuell weitere im Lichtweg vorgeschaltete und/oder nachgeschaltete optische Komponenten umschließt und gegen Beschädigung und Verunreinigung schützt. Sofern es die Dimensionen und der Aufbau des Lasersystems zulassen, kann das Gehäuse zu Wartungszwecken hin und wieder geöffnet werden, um die optischen Flächen von Spiegeln, Linsen und anderen optischen Komponenten zu putzen, damit die volle Leistungsfähigkeit des Lasersystems möglichst ohne Beeinträchtigung durch Verschmutzung erhalten bleibt. Solche Wartungsarbeiten sind zeitaufwändig und es muss darauf geachtet werden, den empfindlichen optischen Aufbau durch den Eingriff nicht so zu verändern, dass eine neue Justage notwendig wird.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lasersystem der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, das sich durch eine über lange Zeiten stabile optische Funktion und durch Wartungsfreundlichkeit auszeichnet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Lasersystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit.
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Das Lasersystem ist gekennzeichnet durch eine Ionisierungseinrichtung, die (mindestens) eine in dem Innenraum angeordnete Elektrodenanordnung hat, welche an eine elektrische Hochspannungsquelle angeschlossen oder anschließbar ist. Eine Elektrode oder eine Gruppe von Elektroden der Elektrodenanordnung kann so gestaltet sein, dass durch Koronarentladung und Feldemmission in der unmittelbaren Umgebung Ionen erzeugt werden können. Dazu kann eine Elektrodenanordnung beispielsweise mindestens eine elektrisch leitfähige Spitze, einen dünnen Draht oder ein anderes elektrisch leitfähiges Element mit spitzen oder scharfkantigen Bereichen haben, vor denen sich hohe lokale elektrische Feldstärken aufbauen können. Mit Hilfe der erzeugten Ionen können im Innenraum des Gehäuses vagabundierende Partikel, wie z.B. Staub oder andere Verunreinigungen, elektrostatisch aufgeladen werden. In diesem elektrisch nicht mehr neutralen Zustand können sie durch eine gegenpolig geladene Gegenelektrode der Elektrodenanordnung angezogen und dadurch an der Gegenelektrode gebunden werden. Staub und andere schwebfähige Verunreinigungspartikel können somit mit Hilfe der Elektrodenanordnung „eingefangen“ werden, so dass sie sich nicht mehr auf den für die optische Funktion wichtigen Festkörper-Gas-Grenzflächen niederschlagen können.
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In manchen optischen Systemen sind geringe Mengen von Staub für die Funktion relativ unkritisch. Gegebenenfalls kann Staub von Spiegeln oder Linsenoberflächen abgewischt werden. Im Bereich eines optischen Resonators mit einem eingebauten Kristall aus optisch anregbarem Kristallmaterial können Verunreinigungspartikel jedoch die Funktion aus mehreren Gründen erheblich beeinträchtigen. Einerseits kann aufgrund der Reflexionen im Resonatorstrahlengang ein einziges Partikel vielfach vom Strahlbündel des Resonatorstrahlengangs getroffen werden und die Strahlausbreitung mehrfach stören. Andererseits sind bei gattungsgemäßen Lasersystemen im Resonatorstrahlengang mindestens vier ggf. kritische Festkörper-Gas-Grenzflächen vorhanden, nämlich die Spiegelflächen des ersten und des zweiten Resonatorspiegels sowie die beiden Lichtdurchtrittsflächen des Kristalls. Das Verunreinigungsproblem wird dadurch vervielfacht.
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Bei manchen Ausführungsformen sind im Resonatorstrahlengang mehr als vier Festkörper-Gas-Grenzflächen vorhanden, insbesondere fünf oder sechs Festkörper-Gas-Grenzflächen. Beispielsweise können im Resonatorstrahlengang ein Faltspiegel oder mehrere Faltspiegel vorgesehen sein. Hier ergeben sich durch die Reinhaltung mittels der Ionisierungseinrichtung erhebliche Vorteile.
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Bei manchen Ausführungsformen liegen die Lichtdurchtrittsflächen des Kristalls in einem Fokusbereich des Resonatorstrahlengangs. Die Erfinder haben festgestellt, dass gerade bei dieser optisch vorteilhaften Konstellation die optischen Grenzflächen am Kristall sehr anfällig für Verschmutzung durch Staub und andere Partikel sind.
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Eine mögliche Erklärung für dieses Phänomen wird darin gesehen, dass ein Fokusbereich für Staub und andere Partikel anziehend wirken kann. Man geht davon aus, dass die stark räumlich konzentrierte Laserstrahlung im Resonatorstrahlengang die Ladungsverteilung an/oder in den Partikeln ändert, so dass die Partikel in den Fokusbereich des Strahlengangs hineingezogen werden. Da besonders im Bereich des Kristalls, und gegebenenfalls auch im Bereich eines oder mehrerer Resonatorspiegel, Fokusbereiche des Resonatorstrahlenganges liegen können, kann sich eine räumliche Konzentration von funktionsbeeinträchtigten Verunreingungspartikeln gerade in der Nähe der Festkörper-Gas-Grenzflächen einstellen, die vom Licht des Resonatorstrahlengangs vielfach benutzt werden. Als weitere Gefahr kommt hinzu, dass gegebenenfalls aufgrund starker Konzentration der Bestrahlungsintensität Partikel auch auf den betroffenen Grenzflächen, insbesondere auf einer Lichtdurchtrittsfläche des Kristalls, „festbrennen“ können, so dass es zu einer dauerhaften Funktionsbeeinträchtigung kommen kann.
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Versuche haben gezeigt, dass bei Verwendung einer geeigneten elektrostatischen Ionisierungseinrichtung zum Binden von Verunreinigungspartikeln im Innenraum des Gehäuses des Lasersystems die geschilderten Probleme nicht oder nur noch in einem derart geringen Ausmaß auftreten, dass das Lasersystem über große Zeiträume mit praktisch unveränderter Güte Laserlicht mit den gewünschten Eigenschaften abstrahlen kann.
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In der Regel sind die Lasersysteme so aufgebaut, dass das Gehäuse eine Gehäuseöffnung hat, durch die hindurch der erzeugte Laserstrahl aus dem Gehäuse ausgekoppelt wird. Um zu verhindern, dass Staub und andere Verunreinigungen durch diese Gehäuseöffnung in das Gehäuse eindringen, kann die Gehäuseöffnung mit einem für das Laserlicht transparenten Fenster versehen werden. Hierdurch können sich jedoch Lichtverluste und andere nachteilige Effekte ergeben. Auf ein Fenster kann jedoch in der Regel wegen der Ionisierungseinrichtung verzichtet werden, da evtl. eintretende Partikel wirksam gebunden werden können, bevor sie sich auf einer optisch genutzten Grenzfläche niederschlagen können. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die zum Auskoppeln vorgesehene Gehäuseöffnung fensterlos, so dass der Laserstrahl ohne Behinderung und ohne Durchtritt durch eine optische Grenzfläche vom Innenraum des Gehäuses nach außen gelangen kann. Dadurch kann die Strahlqualität insbesondere hinsichtlich Intensität verbessert werden.
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Bei manchen Anordnungen ist es auch so, dass alternativ oder zusätzlich eine Gehäuseöffnung zum Einkoppeln von Licht in das Gehäuse vorgesehen ist. Beispielsweise kann bei einem Festkörper-Laser Pumplicht durch diese Gehäuseöffnung in den Innenraum des Gehäuses geführt werden. Auch hier ist es dank der Erfindung möglich, dass diese Gehäuseöffnung fensterlos ist, so dass das einzukoppelnde Licht ohne Reflexionsverlust, Streuverluste und Verluste aufgrund anderer Ursachen in den Resonator und zum Kristall geführt werden kann.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Gehäuse demnach als zur Umgebung offenes Gehäuse ausgebildet.
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Aufgrund der Reinigungswirkung der Ionisierungseinrichtung kann auch darauf verzichtet werden, das Gehäuse an eine Blow-Box oder einen anderen Überdruckerzeuger anzuschließen, der im Innenraum einen gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Überdruck einzustellen, wie es gelegentlich im Stand der Technik vorgesehen ist, um Verunreinigungen aus den Innenraum fernzuhalten. Dadurch ist ein konstruktiv einfacher und kostengünstiger Aufbau möglich. Im Innenraum des offenen Gehäuses herrscht somit bei bevorzugten Ausführungsformen der Umgebungsdruck.
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Die Erfindung ist sowohl bei Festkörperlasern als auch bei Festkörper-Frequenzvervielfachern (Frequenzverdopplern, Frequenzverdreifachern etc) nutzbar. Bei Festkörperlasern kann der Verstärkerkristall z.B. im Wesentlichen aus einem kristallinen Verstärkermaterial aus der Gruppe Nd:YAG (Yttrium-Aluminium-Granat), Ti:Sa (Titan-Saphir) und Nd:YVO4 (Neodym-Ytrium-Vanadat) bestehen. Bei Frequenzvervielfachern kann der Frequenzkonversionskristall z.B. im Wesentlichen aus LBO (Lithiumtriborat), BBO (Beta-Bariumborat), KDP (Kaliumdihydrogenphosphat) oder LiNbO3 (Lithiumniobat) bestehen.
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Die Erfindung kann bei unterschiedlichen Resonatoranordnungen, insbesondere bei Stehwellenresonatoren und bei Ringresonatoren genutzt werden.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung einer Ionisierungseinrichtung mit einer an eine elektrische Hochspannungsquelle anschließbaren Elektrodenanordnung zum Binden von Verunreinigungspartikeln im Innenraum eines Gehäuses eines Lasersystems der dargestellten Art, wobei die Elektrodenanordnung für die Nutzung in dem Innenraum angeordnet und an die Hochspannungsquelle angeschlossen wird.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform eines Titan:Saphir-Lasers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt eine schematische Detailansicht der Elektrodenanordnung einer Ionisierungseinrichtung bei der Ausführungsform von 1, und
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Festkörper-Frequenzverdoppler gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist schematisch eine Draufsicht auf ein Lasersystem 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Bei dem Lasersystem handelt es sich um einen Titan:Saphir-Laser, also um einen Festkörperlaser mit einem Titan:Saphir-Kristall als laseraktives Verstärkermaterial. Die wesentlichen optischen Komponenten der Anordnung sind in einem quaderförmigen Gehäuse 110 untergebracht, das einen ebenen Gehäuseboden 112, vier senkrecht dazu stehende seitliche Gehäusewände 113, 114, 115, 116 und einen in der Darstellung nicht gezeigten ebenen Gehäusedeckel hat. Die weitgehend spaltfrei aneinander gefügten Gehäuseelemente aus einem Metallblech, beispielsweise Aluminium, umschließen den Innenraum 120 des Gehäuses, der die darin untergebrachten optischen Komponenten einschließt und schützt. In der Vorderwand 115 des Gehäuses sind zwei fensterlose Gehäuseöffnungen vorgesehen, nämlich eine erste Gehäuseöffnung 122 und eine zweite Gehäuseöffnung 124, durch die der Innenraum des Gehäuses mit der Umgebung verbunden ist. Das Gehäuse ist also ein zur Umgebung offenes Gehäuse, dessen Innenraum unter Umgebungsdruck steht.
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Ein wesentliches Element des Lasersystems ist ein mit Titan dotierter Saphir-Kristall 130, der im Folgenden auch kurz mit Ti:Sa-Kristall bezeichnet wird. Aufgrund der Verwendung dieses optisch anregbaren kristallinen Verstärkermaterials zählt das Lasersystem zu den Festkörperlasern.
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Das kristalline Verstärkermaterial besitzt ein sehr breites Emissionsspektrum von ca. 670 nm bis 1100 nm mit einem Maximum bei ca. 800 nm, wodurch ein Lasersystem mit einem Ti:Sa-Kristall in einem sehr großen Wellenlängenbereich durchstimmbar ist.
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Das Absorptionsspektrum des Ti:Sa-Kristalls erstreckt sich von ca. 370 nm bis ca. 670 nm. Zum optischen Pumpen wird im Beispielsfall ein frequenzverdoppelter Nd:YVO4-Laser verwendet. Der Neodym-Yttrium-Vanadat-Kristall dieses Festkörperlasers wird von Laserdioden gepumpt und emittiert bei 1064 nm. Das emittierte Licht wird danach frequenzverdoppelt, wodurch man Laserlicht bei 532 nm erhält. Dieses Pumplicht wird als Pumpstrahl 140 durch die erste Gehäuseöffnung 122 hindurch in den Innenraum 120 eingestrahlt. Gekühlt wird der Ti:Sa-Kristall unterstützt mit handelsüblicher Wärmeleitpaste durch thermischen Kontakt mit einer am Gehäuseboden befestigten Kristallhalterung.
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Der Ti:Sa-Kristall 130 ist im Resonatorstrahlengang eines optischen Resonators 150 angeordnet, welcher als Stehwellenresonator konfiguriert ist. Der Resonator 150 hat einen ersten Resonatorspiegel 152 und einen zweiten Resonatorspiegel 154, der in Bezug auf den ersten Resonatorspiegel so angeordnet ist, dass Laserlicht in einem zwischen den Resonatorspiegeln gebildeten Resonatorraum in einen Resonatorstrahlengang 155 vielfach hin- und herreflektiert werden kann. Ein dritter Spiegel 156 (Faltspiegel 156) dient zur Faltung des Resonatorstrahlengangs und unterteilt den Resonatorstrahlengang 156 in einen zwischen dem ersten Resonatorspiegel 152 und dem Faltspiegel 156 liegenden ersten Arm und einen zwischen dem Faltspiegel 156 und dem zweiten Resonatorspiegel 154 liegenden zweiten Arm.
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Die Spiegelflächen des als Einkoppelspiegel dienenden ersten Resonatorspiegels 152 und des Faltspiegels 156 sind jeweils konkav geformt, während die Spiegelfläche des als Auskoppelspiegels dienenden zweiten Resonatorspiegels 154 eben ist.
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Der Einkoppelspiegel (erster Resonatorspiegel 152) und der Faltspiegel 156 besitzen jeweils eine dielektrische, hoch reflektive Schicht und reflektieren im Bereich zwischen 750 nm und 850 nm mit einem Reflexionsgrad von über 99%. Die der ersten Gehäuseöffnung 122 zugewandte Rückseite des Einkoppelspiegels 152 ist mit einer Antireflexschicht für das Pumplicht 140 versehen, um dieses möglichst verlustarm in den Resonatorraum hineinzulassen. Die Reflexionsfläche des Auskoppelspiegels 154 ist leicht keilförmig gestaltet, um ungewollte Interferenzphänomene zu vermeiden und trägt ebenfalls eine für 800 nm Strahlung hoch reflektierende dielektrische Schicht, die jedoch je nach gewünschter Auskopplung einen geringeren Reflexionskoeffizienten hat als die Reflexionsschicht des Einkoppelspiegels.
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Das vom Laser abgegebene Laserlicht ist linear polarisiert, und zwar mit einer Polarisationsvorzugsrichtung parallel zum Gehäuseboden. Das wird dadurch erreicht, dass auch das Licht des Pumpstrahls 140 durch geeignete Einrichtungen in der durch den Resonatorstrahlengang aufgespannten Ebene polarisiert ist. Der Verstärkerkristall 130 hat eine dem ersten Resonatorspiegel 152 optisch zugewandte erste Lichtdurchtrittsfläche 132 und eine dem zweiten Resonatorspiegel 154 optisch zugewandte zweite Lichtdurchtrittsfläche 134. Die mit optischer Qualität plan bearbeiteten Lichtdurchtrittsflächen sind gegenüber der Strahlrichtung des Laserstrahls im Brewsterwinkel von 60.53° schräg gestellt, wobei sich der Brewserwinkel im Wesentlichen über den Brechnungsindex np = 1.77 des doppelbrechenden Kristallmaterials für p-polarisiertes Licht bei 800 nm berechnet. Der Verstärkerkristall wirkt durch die gewählte Platzierung im Resonator wie ein Brewsterfenster und lässt dadurch die parallel zum Gehäuseboden verlaufende (waagerechte) Polarisation fast verlustfrei passieren, während die dazu senkrechte Polarisationsrichtung stark gedämpft wird.
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Der Abstand der longitudinalen Moden des Laserlichts im Resonatorstrahlengang ist gegeben durch δvFSR = c/2L, wobei c die Lichtgeschwindigkeit und L die Länge des Resonators darstellen. Unter Berücksichtigung der optischen Dichte des Verstärkerkristalls 130 beträgt die optische Weglänge im Resonator etwa 88 mm, wodurch sich ein freier Spektralbereich (Frequenzabstand zwischen benachbarten Moden) von ca. 1.7 GHz ergibt.
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Der optische Resonator besitzt zwei Strahltaillen bzw. Fokusbereiche. Ein Fokusbereich befindet sich im Bereich des Auskoppelspiegels 154 und einer in der Mitte des Verstärkerkristalls 130, so dass auch die erste und die zweite Lichtdurchtrittsfläche 132, 134 im Bereich fokussierter Laserstrahlung liegen.
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Die Ausgangsleistung des Lasersystems ist abhängig von der Pumpleistung und beträgt bei 2 W Pumpleistung ca. 0,2 W und bei 3 W Pumpleistung ca. 0,4 W. Die Wellenlänge des „freilaufenden“ Ti:Sa-Lasers (ohne frequenzselektive Elemente) ergibt sich aus dem Produkt der Spiegelreflexionskoeffizienten und dem Fluoreszenzspektrum, wobei beide Kurven ihr Maximum bei etwa 800 nm haben. Da dieses Maximum sehr flach ist, schwingen viele Moden gleichzeitig an. Die Moden liegen im Bereich von 785 nm bis 800 nm mit einem Maximum bei 790 nm. Das Strahlprofil des Ausgangsstrahls ist gaussförmig. Durch den Einsatz von nicht näher dargestellten frequenzselektiven Elementen ist eine Modenauswahl möglich.
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Im optischen Aufbau dieses Festkörperlasers gibt es (mindestens) fünf Festkörper-Gas-Grenzflächen, die vom Laserlicht im Resonatorstrahlengang aufgrund der Resonanzüberhöhung vielfach genutzt werden. Hierzu gehören vor allem die reflektierenden Flächen der drei Spiegel sowie die beiden Lichtdurchtrittsflächen 132, 134 des Verstärkerkristalls. Jedes auf einer Grenzfläche im Resonatorstrahlengang niedergeschlagene Staubkorn oder dergleichen stört dementsprechend die optische Funktion des Lasersystems vielfach. Nach Beobachtungen der Erfinder sind hier besonders kritisch diejenigen Grenzflächen, die im Bereich fokussierter Laserstrahlung liegen, also beispielsweise die beiden Lichtdurchtrittsflächen 132, 134 des Verstärkerkristalls sowie der Auskoppelspiegel. Aufgrund der hohen Leistungsdichte im Resonatorstrahlengang in diesen Bereichen scheint es zu einem bevorzugten Niederschlag von Verunreinigungspartikeln in diesen Bereichen zu kommen, wodurch zusätzlich noch die Gefahr besteht, dass an den Grenzflächen anhaftend Verunreinigungspartikeln dort „anbacken“ bzw. „festbrennen“, so dass sie nur noch schwer zu beseitigen sind.
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Derartige Probleme können erheblich reduziert werden, wenn es gelingt, die optischen Komponenten im Bereich des Resonators gegen den „Niederschlag“ von unvermeidlichen Verunreinigungen, wie beispielsweise Staubpartikeln, zu schützen. Hierzu ist bei der Ausführungsform eine Ionisierungseinrichtung 180 mit einer im Innenraum des Gehäuses angeordneten Elektrodenanordnung 185 vorgesehen, die an eine elektrische Hochspannungsquelle 190 elektrisch angeschlossen ist. 2 zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 185.
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Eine beispielsweise als Anode geschaltete erste Elektrode 186 hat eine oder mehrere elektrisch leitfähige Spitzen, in deren Bereich es bei Anlegen einer hohen Spannung zu einer starken Feldüberhöhung des elektrischen Feldes kommt, wodurch im umgebenden Gas Ionen erzeugt werden, die sich im Innenraum des Gehäuses ausbreiten. Trifft ein solches elektrisch geladenes Ion auf ein im Innenraum schwebendes Staubpartikel, so haftet es daran an und verleiht dem Partikel damit eine elektrische Ladung. Durch elektrostatische Anziehung wird das aufgeladene Partikel von der gegensinnig gepolten zweiten Elektrode (Kathode, Gegenelektrode) 187 angezogen. Die Elektrodenanordnung wirkt somit wie ein (elektrostatisch wirkender) Staubsauger und befreit den Gehäuseinnenraum 120 von schwebenden Verunreinigungspartikeln, die sich ansonsten mit gewisser Wahrscheinlichkeit auf einer der optischen Grenzflächen niederschlagen und dort Störungen des Strahlengangs verursachen würden.
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Bei einer Ausführungsform wird die als Anode geschaltete erste Elektrode 186 durch eine einzelne Spitze gebildet. Die Gegenelektrode ist im Wesentlichen als flacher Ring ausgebildet und umschließt diese Spitze mit einem radialen Abstand im Bereich von einigen Millimetern, z.B. 2–3 mm. Dadurch ergibt sich eine „Einfangfläche“ in der Größenordnung von 50 mm2 bis 200mm2. Dies hat sich z.B. für Innenräume mit typischen Volumina zwischen 500 cm2 und 2000 cm2 als völlig ausreichend erwiesen. Die Hochspannung kann z.B. zwischen 100V und 200V liegen, so dass die Bereitstellung mit relativ einfachen elektronischen Mitteln möglich ist.
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Durch Verwendung der Ionisierungseinrichtung mit einer an eine elektrische Hochspannungsquelle angeschlossenen Elektrodenanordnung zum Binden von Verunreinigungspartikeln im Innenraum des Gehäuses ist es somit möglicht, den Staub der Umgebung davon abzuhalten, sich auf optischen Komponenten der Resonatoranordnung niederzuschlagen. Hierdurch kann sich besonders bei Hochfinesse-Resonatoren eine erhebliche Verbesserung der Dauerleistung und der Qualität des abgebenden Laserlichts ergeben.
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In vielen Fällen reicht eine einzige Ionisierungseinrichtung aus. Es ist jedoch auch möglich, zwei oder mehr Ionisierungseinrichtungen bzw. zwei oder mehr an unterschiedlichen Orten im Innenraum angebrachte Elektrodenanordnungen vorzusehen, um die Effizienz der Reinhaltung zu erhöhen.
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Die Hochspannungsquelle kann sich, wie im Beispielsfall, außerhalb des Gehäuseinnenraums befinden. Es ist auch möglich, die Hochspannungsquelle gemeinsam mit der Elektrodenanordnung im Innenraum anzubringen und nur einen elektrischen Versorgungsanschluss nach außen zu führen.
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Eine Ionisierungseinrichtung zum Binden oder Abfangen von Staub oder anderen Verunreinigungspartikeln kann auch bei anderen Lasersystemen zur Abgabe von Laserlicht mit Vorteil genutzt werden. 3 zeigt beispielhaft den optischen Aufbau eines Festkörper-Frequenzverdopplers 300 mit einem optischen Resonator 350, der als Ringresonator aufgebaut ist. Auch hier ist der optische Aufbau im Innenraum 320 eines Gehäuses 310 angebracht, von dem nur zwei Gehäuseöffnungen 322, 324 von innen nach außen führen.
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Kernstück des Frequenzverdopplers ist ein Frequenzverdopplungskristall 330, der aus einem nicht linearen optischen Frequenzkonversionsmaterial besteht, das in der Lage ist, bei Bestrahlung mit hoch intensivem Licht einer bestimmten Frequenz Strahlung mit der doppelten Frequenz abzustrahlen. Durch diese Frequenzverdopplung ergibt sich eine Halbierung der Wellenlänge. Im Beispielsfall wird Anregungslicht mit ca. 800 nm Wellenlänge und einer Frequenz ω durch die erste Gehäuseöffnung 322 eingestrahlt und Laserlicht mit doppelter Frequenz 2ω und halber Wellenlänge von 400 nm wird durch die zweite Gehäuseöffnung 324 abgestrahlt.
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Der optische Resonator hat vier Spiegel. Ein erster Resonatorspiegel 352 dient als Einkoppelspiegel, durch den hindurch das Anregungslicht in den Resonatorstrahlengang eingekoppelt wird. In Verlängerung dazu ist ein als Planspiegel ausgelegter dritter Resonatorspiegel 353 vorgesehen, der das Licht durch den Frequenzverdopplerkristall 330 hindurch in Richtung eines zweiten Resonatorspiegels 354 reflektiert, welcher als Auskoppelspiegel dient. Das nicht ausgekoppelte Licht wird von diesem Spiegel zu einem als Planspiegel ausgelegten vierten Resonatorspiegel 355 reflektiert, welcher den Lichtstrahl wiederum in Richtung des ersten Resonatorspiegels (Einkoppelspiegel) umlenkt.
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In dieser Resonatoranordnung verläuft ein Großteil der Strahlung vielfach um und durchtritt dabei den Frequenzverdopplungskristall 330 vielfach in der gleichen Durchstrahlungsrichtung. Der erste, dritte und vierte Resonatorspiegel haben eine für 800 nm hoch reflektierende Spiegelbeschichtung, wobei die Eintrittsfläche des Einkoppelspiegels 352 mit einer für 800 nm reflexmindernden Beschichtung belegt ist. Die konkave Spiegelfläche des Auskoppelspiels 354 ist mit einer dichroitischen Beschichtung belegt, die für Strahlung mit 800 nm Wellenlänge hoch reflektierend wirkt und für die höherfrequente Strahlung mit halber Wellenlänge (400 nm) einen hohen Transmissionsgrad besitzt, so dass dieser Strahlungsanteil jeweils weitgehend ausgekoppelt wird.
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Diese Anordnung hat somit innerhalb des optischen Resonators vier Spiegelflächen, die im Betrieb von der im Resonatorstrahlengang umlaufenden Strahlung immer wieder genutzt werden. Die Resonanzüberhöhung führt zu einer hohen Empfindlichkeit gegenüber Staub und anderen Partikeln.
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Um zu verhindern, dass sich derartige Partikel auf den Spiegeln sowie auf der als Lichteintrittsfläche dienenden ersten Lichtdurchtrittsfläche 332 und der als Lichtaustrittsfläche dienenden zweiten Lichtdurchtrittsfläche 334 niederschlagen können, ist eine Ionisierungseinrichtung 380 vorgesehen, deren Elektrodenanordnung 385 im Innenraum des Gehäuses 310 angeordnet und an eine Hochspannungsquelle 390 angeschlossen ist. Ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel in 1 werden im Bereich der Spitzenelektrode Ionen erzeugt, die sich im Gehäuseinnenraum verteilen und bei Kontakt mit umhervagabundierenden Staubpartikeln und anderen Verunreinigungen an diesen anhaften und sie dadurch elektrostatisch aufladen. Die dadurch aufgeladenen Partikel werden durch elektrostatische Kräfte zur Gegenelektrode angezogen und aus dem Resonatorstrahlengang entfernt.
