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Zur Erzeugung von Laserstrahlung mit definierten Parametern, z. B. einer bestimmten spektralen Bandbreite, Leistung bzw. Energie oder einem bestimmten Strahlprofil, wird oftmals die Gesamtverstärkung des Laserstrahles in verschiedene Verstärkerstufen unterteilt. Ein durch einen Oszillator generierter zeitlich definierter Laserstrahl (oder auch Laserpuls) wird hier durch mehrere Verstärker bis zu einer bestimmten Energie bzw. Leistung verstärkt. Bei Lasersystemen hoher Energien bzw. Durchschnittsleistungen ist dieses Prinzip unvermeidbar. Die daraus resultierenden individuellen Verstärkerstufen bestehen aus zumindest einem aktiven Medium, beispielsweise Festkörper (dotierte Gläser bzw. Kristalle), Farbstoffe oder Gase, in denen die für die Verstärkung notwendige Besetzungsinversion im aktiven Medium durch das Zuführen von Energie bspw. in Form von optischer Pumpstrahlung realisiert wird.
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Die Erfindung betrifft hierbei optisch longitudinal gepumpte, ungesättigte individuelle Laserverstärker. Die für die Besetzungsinversion im aktiven Medium und somit für die Verstärkung notwendige Pumpstrahlung wird hier entlang der optischen Achse in das aktive Medium des Laserverstärkers eingebracht. Aufgrund der Anordnung der optischen Komponenten besitzen diese Verstärker keine stabilen Resonatoren und haben demzufolge keine Modenabhängigkeit und kein bevorzugtes Strahlquerschnittprofil. Diese Art von Verstärkern wird insbesondere bei Hoch-Leistungs- bzw. Hoch-Energie-Lasern eingesetzt, bei denen eine effiziente Verstärkung und eine homogen Energiedichteverteilung essentiell sind, um Beschädigungen oder sogar die Zerstörung der optischen Komponenten zu vermeiden.
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Die Laserverstärker können jedoch ebenfalls zur Verstärkung und Erzeugung von Laserstrahlung jeglicher Energie, Wellenlänge, Bandbreite und Strahlprofile verwendet werden.
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Ein Hauptaugenmerk bei der Konstruktion dieser Verstärker liegt auf der Energieflächendichte. Das Strahlprofil muss derart gewählt werden, dass die Energieflächendichte so gering wie möglich ist, um einen hohen Betrag an Energie bzw. Leistung im Strahl zu deponieren, ohne die Laser-induzierte Zerstörschwelle der optischen Komponenten zu überschreiten. Ebenfalls ist das Verhältnis von aufgebrachter Pumpenergie zu extrahierter Energie des verstärkten Laserstrahles von erheblicher Bedeutung. Hierfür ist eine optimale Anpassung des Querschnittprofils der in das Lasermedium eingebrachten Pumpstrahlung an das Strahlquerschnittprofils der zu verstärkenden Laserstrahlung notwendig.
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Diesen Anforderungen wirken Verstärkungseffekte wie z. B. das „spatial gain narrowing” entgegen. Bei der ungesättigten Verstärkung ist das Strahlquerschnittprofil der Laserausgangsstrahlung sehr stark von der Form und der Homogenität des Querschnittprofils der Pumpstrahlung abhängig, weshalb hierfür häufig eine rechteckige Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt der Pumpstrahlung verwendet wird. Aufgrund der Propagationseigenschaften, die diese jedoch durch das aktive Medium aufweist, sowie aufgrund von Emission und Reabsorption von spontaner Laserstrahlung (Fluoreszenz) innerhalb des aktiven Mediums wird dieses rechteckige Querschnittprofil an den Rändern ausgewaschen, was zu einem Super-Gauß-förmigen Querschnittprofil der Pumpstrahlung innerhalb des aktiven Mediums führt. Die verringerte Flankensteilheit führt zu einer inhomogenen Verstärkung der Randbereiche und letztendlich zu einem Einschnüren des effektiven Verstärkungsprofils, welches zusätzlich durch die Anzahl an Transmissionspassagen durch das aktive Medium bestimmt wird. Somit ist die spezielle Anpassung der Lasereingangsstrahlung auf die Pumpstrahlung für das Strahlprofil der verstärkten Laserstrahlung von wesentlicher Bedeutung.
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Bisherige Bemühungen zielten ausschließlich auf die Homogenisierung der Pumpstrahlung. Hierbei wird als Ziel eine rechteckige Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt der Pumpstrahlung angegeben, welches keine hochfrequenten Störungen mehr besitzt (beispielsweise
DE 10 2006 039 074 B4 ). Hochfrequent-nicht-homogene Querschnittprofile der Pumpstrahlung erzeugen deutliche Überhöhungen der Energieflächendichte der Laserausgangsstrahlung, was letztendlich zur Zerstörung der optischen Komponenten des Laserverstärkers führen kann.
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Zur Vermeidung besagter Zerstörungsgefahr wurde zum einen die Homogenisierung mittels eines Mikrolinsenarrays entwickelt. Diese Technik auf der Basis einer optischen Beleuchtungsanordnung (z. B.
US 4,619,508 A ) wird in vielen Laserverstärkern mit inkohärenten Pumplichtquellen bzw. Pumplichtquellen mit sehr kurzer zeitlicher Kohärenz erfolgreich eingesetzt. Zum anderen sind auch für Pumplichtquellen mit sehr hoher zeitlicher und räumlicher Kohärenz Techniken auf dieser Basis entwickelt worden, die den hier dominierenden Talbot-Effekt mit Hilfe von Verzögerungen der einzelnen Strahlen, definiert durch die Subaperturen des Mikrolinsenarrays, verhindern (beispielsweise
US 2011/0038037 A1 ).
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Eine weitere Methode zur Homogenisierung der Intensitätsverteilung der Pumpstrahlung stellt ein diffraktives optisches Element dar. Hier wird auf Basis von Beugung ein Gitter in der Art hergestellt, dass die an diesem Element gebeugte Pumpstrahlung in einer Ebene ein nahezu homogenes rechteckförmiges Querschnittprofil ergibt (
H. Kiriyama et al.: „High temporal and spatial quality petawatt-class Ti:sapphire chirped-pulse amplification laser system", Optics Letters 35, 2010, 1497–1499; Internetpräsenz von Silios Technologies, www.silios.com). Ebenfalls ist es möglich, die Homogenisierung mit Hilfe einer stabförmigen Optik, wahlweise bestehend aus Quarzglas, Glas oder transparentem Kunststoff zu realisieren (
DE 10 2006 039 074 B4 ).
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Bei all diesen entwickelten Techniken ist die spezielle Anpassung der Lasereingangsstrahlung auf die Pumpstrahlung jedoch nicht möglich. Der oben beschriebene Effekt des „spatial gain narrowing” sowie das Strahlquerschnittprofil der Lasereingangsstrahlung des Laserverstärkers bestimmen hier die Eigenschaften des Strahlquerschnittprofils der Laserausgangsstrahlung. Für die Minimierung der Energieflächendichte der Laserausgangsstrahlung müssen hier zusätzliche Techniken zur direkten Formung der Lasereingangsstrahlung verwendet werden. Beispielsweise kann durch die Installation eines Teleskops aus zwei speziell gefertigten Asphären ein Energieflächendichteminimiertes Strahlquerschnittprofil erzeugt werden (
US 3,476,463 A ).
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Ebenfalls ist dies mit speziell gefertigten Spiegeln möglich. Diese Techniken zur direkten Beeinflussung der Laserstrahlung haben jedoch erhebliche Nachteile. Durch den entweder transmissiven oder auch reflektiven Aufbau der Komponenten zur Beeinflussung des Strahlquerschnittprofils der Laserstrahlung kann es zu Störungen und Aberrationen der räumlichen, zeitlichen und spektralen Parameter der Laserausgangsstrahlung kommen. Dies können beispielsweise Wellenfront- und Strahlprofildeformationen, eine Verschlechterung des zeitlichen Intensitätskontrastes von gepulsten Lasersystemen oder auch eine Verschmälerung oder auch Modulation der spektralen Bandbreite sein. Ebenfalls kann es zur teilweise deutlichen Erhöhung der akkumulierten nichtlinearen Phase kommen, welche durch nicht-lineare Effekte die Qualität eines zeitlich begrenzten Laserpulses erheblich verschlechtern kann. Ebenfalls unterliegen Optiken zur Formung des Strahlquerschnittprofils sehr hohen Anforderungen bezüglich der spektralen Reflektivität bzw. Transmission, der Zerstörschwelle und der Oberflächenqualität, was den Einsatz dieser Techniken, ebenfalls aufgrund der Sonderanfertigung der Asphären bzw. Spiegel, sehr teuer und zudem sehr justageaufwändig macht. Minimale Abweichungen der Linsen von der idealen Position führen, aufgrund von Wellenfrontaberrationen, zu einer mangelhaften Fokussierbarkeit des Laserausgangsstrahls. Aus diesen Gründen ist der Einsatz von Techniken zur Strahlformung in Hoch-Energie bzw. Hoch-Leistungs-Lasersystemen unbedingt zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst geringem Aufwand und ohne erforderliche Strahlformung der Lasereingangsstrahlung eine fixe durch einen Laser generierte Energie/Leistung sowie ggf. mit einer durch die Laser-induzierte Zerstörschwelle der optischen Systemkomponenten bestimmte Energieflächendichte zu erzeugen und dabei die Energie/Leistung der verwendeten Laser-Pumpstrahlung so gering wie möglich zu halten.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung einer Laserstrahlung mit definierten Strahleigenschaften, bei dem eine Pumpstrahlung zur Anregung der Besetzungsinversion des aktiven Mediums eines Laserverstärkers zur Verstärkung einer Lasereingangsstrahlung über ein optisches System in das aktive Medium des Laserverstärkers eingekoppelt wird, wobei die Pumpstrahlung ggf. hinsichtlich einer homogenen und/oder vorzugsweise rechteckigen Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt fixbeeinflusst wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Pumpstrahlung zusätzlich zu einer eventuellen Fixbeeinflussung in Abhängigkeit sowohl der Energieflächendichte der Laserausgangsstrahlung des Laserverstärkers als auch in Abhängigkeit der Strahleigenschaften, insbesondere Strahlquerschnittprofil und/oder Strahlgeometrie und/oder Strahlgröße, der zu verstärkenden Lasereingangsstrahlung flächenmoduliert wird.
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Diese Flächenmodulation der Pumpstrahlung wird entweder dynamisch in Abhängigkeit der aktuell detektierten Strahleigenschaften der Laserein- und -ausgangsstrahlung geregelt oder statisch anhand von vordetektierten oder vorgegebenen Strahleigenschaften der Laserein- und -ausgangsstrahlung realisiert.
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In einer entsprechenden Vorrichtung, bei der die Strahlung einer Pumplichtquelle zur Anregung der Besetzungsinversion des aktiven Mediums eines Laserverstärkers über ein optisches System in das aktive Medium des Laserverstärkers eingekoppelt wird, wobei sich im Strahlengang der Pumpstrahlung eine Strahlbeeinflussungsstufe zur Fixeinstellung einer homogenen und/oder vorzugsweise rechteckigen Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt befinden kann, steht ein von den Strahleigenschaften der Laserein- und -ausgangsstrahlung des Laserverstärkers abhängiges strahlflächenmodulierendes optisches Element innerhalb des optischen Systems zur Einkopplung der Pumpstrahlung in das aktive Medium mit dieser zum Zweck deren Strahlflächenmodulierung in Verbindung.
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Ein solches strahlflächenmodulierendes Element kann beispielsweise ein aktiv geregelter optischer Modulator sein, dessen Eingänge jeweils mit zumindest einem Detektor zur Erfassung der aktuellen Strahleigenschaften der Laserein- und -ausgangsstrahlung des Laserverstärkers gekoppelt sind.
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Es ist auch möglich, als ein die Pumpstrahlung strahlflächenmodulierendes Element einen transmissiven und/oder reflektiven Filter vorzusehen, dessen Filtereigenschaften auf vordetektierte Strahleigenschaften der besagten Laserein- und -ausgangsstrahlung des Laserverstärkers angepasst sind.
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Weitere zweckmäßige Realisierungsmöglichkeiten zur vorgeschlagenen Flächenmodulation der Pumpstrahlung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der zu verwendende räumlich flächenmodulierende statische bzw. dynamische Modulator wird erfindungsgemäß innerhalb der Pumpstrahlung positioniert. Hier sind die Anforderungen für die optischen Elemente bzgl. der Bandbreite, Zerstörfestigkeit, Transmission bzw. Reflektivität und auch der Oberflächenqualität aufgrund der Eigenschaften der Pumpstrahlung vergleichsweise gering. Damit wird die vorgeschlagene spezielle Flächenmodulation der Pumpstrahlung zu einer vorteilhaft aufwandgeringen, kostengünstigen und verfahrenstechnisch gut umsetzbaren Methode, die auch ohne Änderung bestehender Strahlarchitekturen mit geringem Justageaufwand in bestehende Systeme implementiert werden kann. Die geringeren Anforderungen sind ebenfalls bezüglich der Lebensdauer von Vorteil. Der verwendete Flächenmodulator beeinflusst die zu verstärkende Lasereingangsstrahlung in keiner Weise, da diese zu keinem Zeitpunkt den räumlich flächenmodulierenden Modulator transmittiert oder an ihm reflektiert wird. Daraus folgt, dass aufgrund des Modulators eventuell zu erwartende Störungen und Aberrationen der räumlichen, zeitlichen und spektralen Parameter der Laserausgangsstrahlung, wie beispielsweise Wellenfront- und Strahlprofildeformationen, eine Verschlechterung des zeitlichen Intensitätskontrastes von gepulsten Lasersystemen oder auch eine Verschmälerung oder auch Modulation der spektralen Bandbreite, sowie der Einfluss der akkumulierten nichtlinearen Phase komplett vermieden werden. Durch die oftmals sehr geringen Modulationstiefen der erfindungsgemäß benötigten Flächenmodulation im Prozentbereich ist zudem der Verlust der Verstärkung, und somit der Ausgangsenergie bzw. -leistung des Laserausgangsstrahles, auf ein Minimum begrenzt. Des Weiteren ist die Herstellung zumindest der transmissiven bzw. reflektiven Filter in hohen Stückzahlen sehr reproduzierbar und in fast beliebigen Größen möglich. Dies macht diese Methode kostengünstig, sehr zuverlässig und fast beliebig skalierbar.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1: Blockschaltbild zur Laserverstärkung mit erfindungsgemäßer Strahlflächenmodulation unter Verwendung eines aktiv geregelten Flächenmodulators innerhalb des optischen Systems zur Einkopplung der Pumpstrahlung in das aktive Medium
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2: Blockschaltbild gemäß 1 mit zusätzlicher und an sich bekannter Fixbeeinflussung der Pumpstrahlung
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3: Darstellung von Strahleigenschaften/Querschnittprofile der Laser- und Pumpstrahlung
- a) Darstellung der Querschnittprofile der Pumpstrahlung innerhalb des aktiven Mediums
1.1) bzw. 1.2) Querschnittprofil ohne Modulation
2.1) bzw. 2.2) Querschnittprofil mit Modulation
- b) Darstellung der Querschnittprofile der Laserein- und ausgangsstrahlung
1.) Querschnittprofil der Lasereingangsstrahlung
2.1) bzw. 2.2) Querschnittprofil der Laserausgangsstrahlung ohne Modulation
3.1) bzw. 3.2) Querschnittprofil der Laserausgangsstrahlung mit Modulation
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4: Blockschaltbild zur Laserverstärkung mit erfindungsgemäßer Strahlflächenmodulation unter Verwendung eines transmissiven und/oder reflektiven Filters innerhalb des optischen Systems zur Einkopplung der Pumpstrahlung in das aktive Medium.
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In 1 erzeugt eine Pumplichtquelle 1 eine für die Besetzungsinversion innerhalb des aktiven Mediums 2 eines Laserverstärkers 3 zur Verstärkung einer Lasereingangsstrahlung 4 notwendige Pumpstrahlung 5. Die Pumplichtquelle 1 besitzt zusätzlich eine integrierte und in dieser Abbildung nicht explizit dargestellte Homogenisierungseinheit, welche die Pumpstrahlung 5 hin zu einem Super-Gauß-förmigen Querschnittprofil hoher Ordnung in einer Strahlebene homogenisiert.
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Mittels eines optischen Systems 6 wird die in einer Ebene homogenisierte Pumpstrahlung 5 in das aktive Medium 2 des Laserverstärkers 3 eingekoppelt. Das optische System 6 enthält ein nicht explizit dargestelltes Teleskop, welches die Pumpstrahlung 5 der Pumplichtquelle 1 von der Ebene, in welcher die Pumpstrahlung 5 homogenisiert ist, in das aktive Medium 2 abbildet. Das resultierende Querschnittprofil der Pumpstrahlung 5 innerhalb des aktiven Mediums 2 entspricht einem Super-Gauß-förmigen Profil niedriger Ordnung (vgl. 3a – 1.1 bzw. 3a – 1.2). Die Größe des Super-Gauß-förmigen Querschnittprofils der Pumpstrahlung 5 im aktiven Medium 2 als auch die Größe der Gauß-förmigen Lasereingangsstrahlung 4 (vgl. 3b – 1) wird hierbei so gewählt, dass unter Annahme eines gleichgroßen Super-Gauß-förmigen Strahlquerschnittprofils einer Laserausgangsstrahlung 7 die maximale Energieflächendichte, bestimmt durch die Laser-induzierte Zerstörschwelle der optischen Komponenten des Laserverstärkers 3, aufgrund der fixen zu erreichenden Laserausgangsenergie nicht überschritten wird. Die Größe des Querschnittprofils der Pumpstrahlung 5 im aktiven Medium 2 wird durch die Vergrößerung des das abbildende Teleskop enthaltenden optischen Systems 6 eingestellt. Anschließend wird die Lasereingangsstrahlung 4 durch den Laserverstärker 3 und der durch die Pumpstrahlung 5 erzeugten Besetzungsinversion im aktiven Medium 2 zur Laserausgangsstrahlung 7 verstärkt.
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Folgend werden sowohl die in den Laserverstärker 3 eingekoppelte Lasereingangsstrahlung 4 als auch dessen Laserausgangsstrahlung 7 mittels Detektoren (8, 9), beispielsweise CCD-Kameras, räumlich vermessen. Das Strahlquerschnittprofil der verstärkten Laserausgangsstrahlung 7 entspricht im Zentrum dem der Gauß-förmigen Lasereingangsstrahlung 4, am Rand jedoch dem der Super-Gauß-förmigen Pumpstrahlung 5 (vgl. 3b – 2.1 bzw. 3b – 2.2). Dieses resultierende Strahlquerschnittprofil der Laserausgangsstrahlung 7 besitzt nicht die geringstmögliche Energieflächendichte, was die zu erreichende Ausgangsenergie limitiert. Die Energieflächendichte wird aus der fixen zu erreichenden Laserausgangsenergie und dem gemessenen Strahlquerschnittprofil der Laserausgangsstrahlung 7 errechnet sowie im Folgenden minimiert.
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Sowohl die durch den Detektor 8 vermessenen Strahleigenschaften der Lasereingangsstrahlung 4, welche in diesem Beispiel als Gauß-förmig angenommen wird (vgl. 3b – 1), als auch die durch die Vermessung der Strahleigenschaften der Laserausgangsstrahlung 7 mittels Detektor 9 bestimmte Energieflächendichte werden an eine Modulationsberechnungsstufe 10 gesendet, welche mittels geeigneter Algorithmen eine einzustellende Flächenmodulation für die Pumpstrahlung 5 bestimmt. Die Modulationsberechnungsstufe 10 steht ausgangsseitig mit einem Lichtmodulator 11 in Verbindung, welcher sich innerhalb des optischen Systems 6 zur Einkopplung der Pumpstrahlung 5 in das aktive Medium 2 befindet und die berechnete und einzustellende Flächenmodulation in der Ebene der homogenisierten Pumpstrahlung 5 aufprägt.
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Bei einem Gauß-förmigen Eingangsstrahlprofil und einem Super-Gauß-förmigen Zielausgangsstrahlprofil entspricht die einzustellende Flächenmodulation einer parabelförmigen Abschwächung der Pumpstrahlung 5 im Zentrum des Querschnittprofils (vgl. 3a – 2.1 bzw. 3a – 2.2).
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Anschließend wird die Lasereingangsstrahlung 4 erneut mit dem Laserverstärker 3 und der durch die Pumpstrahlung 5 erzeugten Besetzungsinversion im aktiven Medium 2 entsprechend dem modulierten Querschnittprofil der Pumpstrahlung 5 zur Laserausgangsstrahlung 7 verstärkt. Wiederum wird in der Modulationsberechnungsstufe 10 die Energieflächendichte aus dem durch den Detektor 9 vermessenen Strahlprofil der Laserausgangsstrahlung 7, aus dem (bereits bekannten) durch den Detektor 8 vermessenen Strahlprofil der Lasereingangsstrahlung 4 und der fixen zu erreichenden Laserenergie bestimmt sowie als Regelgröße an den Lichtmodulator 11 gesendet. Liegt eine Änderung der Strahlparameter der Lasereingangsstrahlung 4 vor, so muss auch diese erneut mittels Detektor 8 vermessen werden.
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Der Lichtmodulator 11 moduliert erneut das Querschnittprofil der Pumpstrahlung 5 aufgrund der aktuell ausgegebenen Daten der Modulationsberechnungsstufe 10. Diese Schritte werden wiederholt, bis der Wert der Energieflächendichte der Laserausgangsstrahlung 7 einen minimalen Wert erreicht und sich nicht mehr ändert.
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Ist der minimale Wert der Energieflächendichte erreicht, so ist das Strahlquerschnittprofil der Lasereingangsstrahlung 4 auf das der Pumpstrahlung 5 optimal angepasst. Der resultierende Strahlquerschnitt der Laserausgangsstrahlung 7 entspricht in diesem Fall dem geforderten Super-Gauß-förmigen Strahlprofil (vgl. 3b – 3.1 bzw. 3b – 3.2), welches eine optimale Energieflächendichte bei einer fixen Energie entspricht.
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Im Anschluss an diese Flächenmodulation der Pumpstrahlung 5 wird die Vergrößerung des aus dem abbildenden Teleskop bestehenden optischen Systems 6 so gewählt, dass die Energieflächendichte der Laseraungangsstrahlung 7 nahe an, jedoch nicht über der Zerstörschwelle der optischen Komponenten des Laserverstärkers 3 liegt. Diese Anpassung der Vergrößerung erfolgt über die Auswahl der Brennweite der zweiten Linse des abbildenden Teleskops vom optischen System 6 und beeinflusst die Anpassung der Lasereingangsstrahlung 4 an die Pumpstrahlung 5 bei kleinen Änderungen nicht.
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Bei größeren Änderungen der Brennweite der besagten zweiten Teleskoplinse, beispielsweise aufgrund einer fehlerhaften initialen Abschätzung der Größe des Querschnittprofils der Pumpstrahlung 5 bzw. der Lasereingangsstrahlung 4, muss die Bestimmung der Flächenmodulation hingegen erneut erfolgen. Durch die Minimierung der Fläche der Pumpstrahlung 5 im aktiven Medium 2 wird bei gleichbleibender Energiedichte somit die Energie der Pumpstrahlung 5 erfindungsgemäß minimiert.
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2 zeigt ein Blockschaltbild zur Laserverstärkung gemäß 1 mit dem Unterschied, dass die an sich bekannten Mittel zur Fixbeeinflussung der Pumpstrahlung 5, beispielsweise zur Erzeugung eines homogenen rechteckförmigen Querschnittprofils der Pumpstrahlung 5, nicht unmittelbar in die Pumplichtquelle 1 integriert, sondern außerhalb von dieser als optisches Element 12 im Strahlengang der Pumpstrahlung 5 angeordnet sind. Die Mittel und Verfahrensweise zur erfindungsgemäßen Flächenmodulation der Pumpstrahlung 5 sind wie im Ausführungsbeispiel nach 1 beschrieben.
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Es ist ebenfalls möglich, die beschriebene Vorgehensweise zur Flächenmoduation der Pumpstrahlung 5 nicht mit einem aktiv geregelten optischen Lichtmodulator 11 durchzuführen, sondern die Strahleigenschaften der Lasereingangsstrahlung 4 sowie der Laserausgangsstrahlung 7 in beschriebener Art der vorgenannten Ausführungsbeispiele zu ermitteln und im Strahlengang der Pumpstrahlung 5 als erfindungsgemäß flächenmodulierendes Element einen transmissiven und/oder reflektiven Filter 13 im optischen System 6 (siehe 4) vorzusehen.
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Die Filtereingenschaften dieses transmissiven und/oder reflektiven Filters 13 zur Flächenmodulation der Pumpstrahlung 5 sind auf die besagten vordetektierten Strahleigenschaften der Laserein- und -ausgangsstrahlungen 4, 7 des Laserverstärkers 3 angepasst, welche vorher durch die Modulationsberechnungsstufe 10 ermittelt wurden (durch gestrichelte Pfeildarstellung 14 symbolisiert).
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Als flächenmodulierendes Element (transmissiver und/oder reflektiver Filter 13) empfiehlt sich während des iterativen Algorithmus zur Minimierung der Energieflächendichte der Laserausgangsstrahlung 7 insbesondere eine schnell herzustellende Filtervariante, wie beispielsweise eine bedruckbare optische Folie. Mit der durch die schnell herzustellende bedruckte optische Folie erzeugten Flächenmodulation der Pumpstrahlung 5 wird erneut die Energieflächendichte der Laserausgangsstrahlung 7 nach dem im Ausführungsbeispiel zu 1 beschriebenen iterativen Prozess minimiert. Hierfür ist ein mehrmaliges Herstellen des flächenmodulierenden Elements (Filter 13) notwendig, was die Vorteile der schnell bedruckbaren Folie begründet. Wurde, wie oben beschrieben, ein Minimum erreicht, so kann als endgültig eingesetztes flächenmodulierendes Element z. B. ein Transmissionsfilter mittels eines auf ein Substrat aufgebrachten Schichtsystems (nicht explizit in der Zeichnung dargestellt) entsprechend der in der Modulationsberechnungsstufe 10 ermittelten Modulation hergestellt und als Filter 13 in die Ebene der homogenisierten Pumpstrahlung 5 eingefügt werden.
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Wiederum kann durch die Anpassung der Vergrößerung des das abbildende Teleskop beinhaltenden optischen Systems 6 die Größe des Querschnittprofils der Pumpstrahlung 5 im aktiven Medium 2 und somit, bei gleichbleibender Energiedichte, die Energie der Pumpstrahlung 5 minimiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumplichtquelle
- 2
- aktives Medium des Laserverstärkers 3
- 3
- Laserverstärker
- 4
- Lasereingangsstrahlung
- 5
- Pumpstrahlung
- 6
- optisches System
- 7
- Laserausgangsstrahlung
- 8, 9
- Detektor
- 10
- Modulationsberechnungsstufe
- 11
- Lichtmodulator
- 12
- optisches Element
- 13
- Filter
- 14
- Pfeildarstellung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006039074 B4 [0006, 0008]
- US 4619508 A [0007]
- US 2011/0038037 A1 [0007]
- US 3476463 A [0009]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- H. Kiriyama et al.: „High temporal and spatial quality petawatt-class Ti:sapphire chirped-pulse amplification laser system”, Optics Letters 35, 2010, 1497–1499; Internetpräsenz von Silios Technologies, www.silios.com [0008]
