DE102015106728A1 - Method and system for generating pulsed laser radiation - Google Patents
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Abstract
Um ein Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge, bei welchem ein Festkörperlaser mit Pumplaserstrahlung einer zweiten Wellenlänge gepumpt wird, so zu verbessern, dass gepulste Laserstrahlung mit hoher Effizienz erzeugbar ist, wird vorgeschlagen, dass der Festkörperlaser mit Pumppulsen der Pumplaserstrahlung gepulst gepumpt wird und dass eine Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation des Festkörperlasers zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pumppulsen so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser durch Selbstorganisation mindestens einen Laserpuls erster Wellenlänge emittiert. Ferner wird ein verbessertes System zur Erzeugung von Laserpulsen vorgeschlagen.In order to improve a method for generating pulsed laser radiation of a first wavelength at which a solid-state laser is pumped with pump laser radiation of a second wavelength, so that pulsed laser radiation can be generated with high efficiency, it is proposed that the solid-state laser is pumped pulsed with pump pulses of the pump laser radiation and a self-organization time t self-organization of the solid-state laser between two successive pump pulses is predetermined such that the solid-state laser emits at least one laser pulse of the first wavelength by self-organization. Furthermore, an improved system for generating laser pulses is proposed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge, bei welchem ein Festkörperlaser mit Pumplaserstrahlung einer zweiten Wellenlänge gepumpt wird.The present invention relates to a method for generating pulsed laser radiation of a first wavelength, in which a solid-state laser is pumped with pump laser radiation of a second wavelength.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge, umfassend einen Pumplaser und einen mit dem Pumplaser gepumpten Festkörperlaser, welcher Pumplaser Pumplaserstrahlung einer zweiten Wellenlänge erzeugt.Furthermore, the present invention relates to a system for generating pulsed laser radiation of a first wavelength, comprising a pump laser and a solid-state laser pumped with the pump laser, which generates pump laser pump laser radiation of a second wavelength.
Die Erzeugung von Laserpulsen hoher Energie gewann in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung in der Industrie, insbesondere bei der Materialbearbeitung. Ferner kommen Pulslaser auch im medizinischen Bereich zur Anwendung, beispielsweise bei der Behandlung von Augenkrankheiten und zur Korrektur von Sehfehlern. Je nach Anwendungsgebiet werden bestimmte Wellenlängen und Pulsbreiten benötigt.The generation of high energy laser pulses has become increasingly important in industry in recent years, particularly in material processing. Furthermore, pulse lasers are also used in the medical field, for example in the treatment of eye diseases and for the correction of visual defects. Depending on the application, certain wavelengths and pulse widths are needed.
Festkörperlaser in Form von Scheibenlasern oder Scheibenlasersystemen sind zur Erzeugung kurzer Laserpulse geeignet. Zur Auskopplung von Pulsen aus dem Resonator des Scheibenlasers werden insbesondere optische Schalter eingesetzt. Allerdings haben diese den Nachteil, dass sie zu einer erheblichen Effizienzreduktion der mittleren Laserausgangsleistung führen, die sich in der Größenordnung von etwa 50 % gegenüber der Dauerstrich- oder cw-Ausgangsleistung bewegt.Solid-state lasers in the form of disk lasers or disk laser systems are suitable for generating short laser pulses. In order to decouple pulses from the resonator of the disc laser, optical switches are used in particular. However, these have the disadvantage that they result in a significant efficiency reduction of the average laser output power, which is on the order of about 50% over the CW output power.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass gepulste Laserstrahlung mit hoher Effizienz erzeugbar ist.It is therefore an object of the present invention to improve a method and a system of the type described above so that pulsed laser radiation can be generated with high efficiency.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Festkörperlaser mit Pumppulsen der Pumplaserstrahlung gepulst gepumpt wird und dass eine Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation des Festkörperlasers zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pumppulsen so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser durch Selbstorganisation mindestens einen Laserpuls erster Wellenlänge emittiert.This object is achieved in a method of the type described above according to the invention that the solid-state laser pumped pump pulses of pump laser radiation is pulsed and that a self-organization t self-assembly of the solid state laser between two successive pump pulses is set so that the solid state laser by self-organization at least one laser pulse first wavelength emitted.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung hat insbesondere den Vorteil, dass auf zusätzliche optische Elemente im Resonator des Festkörperlasers, beispielsweise eines Scheibenlasers, komplett verzichtet werden kann. Dies ist beispielsweise bei einem Ho:YAG-Scheibenlaser günstig, denn dort treten zusätzliche Verluste im Resonator dadurch auf, dass in den Energieübergängen der laseraktiven Ionen Ho3+ sogenannte "Up-Conversion"-Effekte auftreten, die eine Auskopplung des Laserstrahls aus dem Resonator auf etwa 1 % beschränken. Das vorgeschlagene Verfahren zum Erzeugen gepulster Laserstrahlung durch passives Pulsen des Festkörperlasers ermöglicht es insbesondere, auf die zusätzlichen optischen Elemente zur Auskopplung der Laserstrahlung der ersten Wellenlänge aus dem Resonator zu verzichten. Dadurch ist es möglich, bei Festkörperlasern, beispielsweise einem Scheibenlaser in Form eines gepulsten Ho:YAG-Scheibenlasers, nahezu die cw-Ausgangsleistung von 100 % zu erreichen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird die Ausbildung von Laserpulsen durch Selbstorganisation im Festkörperlaser, auch als Selbstoszillation bezeichnet, genutzt. Damit kann eine maximale Lasereffizienz des Systems erreicht werden, denn der Einsatz eines aktiven Schaltelements zur Auskopplung von Laserpulsen wird überflüssig. Die Emission von Pulsen aus dem Festkörperlaser kann durch einen eine entsprechende Transmission aufweisenden Auskoppelspiegel erfolgen. Die Einstellung der Zahl der vom Festkörperlaser emittierten Laserpulse zwischen zwei aufeinander folgenden Pumppulsen kann insbesondere durch die Wahl der Selbstorganisationszeit eingestellt werden. Je länger nach einem Pumppuls gewartet wird, umso mehr durch Selbstorganisation des Festkörperlasers erzeugte Laserpulse können, insbesondere als Teil eines Pulszuges oder einer Pulsfolge, emittiert werden. Allerdings ist zu beachten, dass eine Amplitude und eine Breite der selbstorganisiert erzeugten Laserpulse typischerweise mit jedem weiteren Laserpuls ab- beziehungsweise zunimmt. Insgesamt können so also Pulszüge mit einem oder mehreren Laserpulsen erzeugt werden. Je nachdem, wie viele Laserpulse ein solcher Pulszug beziehungsweise eine solche Pulsfolge umfassen soll, wird dann die Selbstorganisationszeit größer oder kleiner vorgegeben. Insbesondere kann dies durch Wahl einer Pumplaserrepetitionsrate sowie eines geeigneten Tastverhältnisses der gepulsten Pumplaserstrahlung eingestellt werden. The proposed solution according to the invention has the particular advantage that can be completely dispensed with additional optical elements in the resonator of the solid-state laser, such as a disk laser. This is favorable, for example, in the case of a Ho: YAG disk laser, because there occur additional losses in the resonator due to the fact that in the energy transitions of the laser-active ions Ho 3+ so-called "up-conversion" effects occur, which is a decoupling of the laser beam from the resonator to about 1%. The proposed method for generating pulsed laser radiation by passive pulsing of the solid-state laser makes it possible, in particular, to dispense with the additional optical elements for coupling out the laser radiation of the first wavelength from the resonator. This makes it possible for solid-state lasers, for example a disk laser in the form of a pulsed Ho: YAG disk laser, to achieve almost the cw output power of 100%. In the proposed method, the formation of laser pulses by self-organization in solid-state laser, also referred to as self-oscillation used. Thus, a maximum laser efficiency of the system can be achieved, because the use of an active switching element for coupling laser pulses is unnecessary. The emission of pulses from the solid-state laser can be effected by a coupling-out mirror having a corresponding transmission. The setting of the number of laser pulses emitted by the solid-state laser between two successive pump pulses can be adjusted in particular by the choice of the self-organization time. The longer it is waited for after a pump pulse, the more laser pulses generated by self-organization of the solid-state laser can be emitted, in particular as part of a pulse train or a pulse train. However, it should be noted that an amplitude and a width of the self-organized laser pulses typically decreases with each further laser pulse. Overall, so so pulse trains can be generated with one or more laser pulses. Depending on how many laser pulses such a pulse train or such a pulse sequence should include, then the self-organization time is set larger or smaller. In particular, this can be adjusted by selecting a pump laser repetition rate and a suitable pulse duty factor of the pulsed pump laser radiation.
Vorteilhaft ist es, wenn die Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation in einem Bereich von etwa 10 μs bis etwa 500 μs vorgegeben wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn sie in einem Bereich von etwa 10 μs bis etwa 200 μs vorgegeben wird. Je nach Art des Festkörperlasers, also insbesondere unter Berücksichtigung des aktiven Mediums, können sich Selbstorganisationszeiten für die Emission eines oder mehrerer Laserpulse durch den Festkörperlaser deutlich unterscheiden. It is advantageous if the self-organization time t self-organization in a range of about 10 microseconds to about 500 microseconds is specified. In particular, it is advantageous if it is specified in a range from about 10 μs to about 200 μs. Depending on the type of solid-state laser, ie in particular taking into account the active medium, self-organization times for the emission of one or more laser pulses by the solid-state laser can be significantly different.
Vorzugsweise wird eine Anregungsfrequenz des Festkörperlasers in einem Bereich von etwa 1 kHz bis etwa 10 kHz vorgegeben. Mit der Anregungsfrequenz des Festkörperlasers ist im Wesentlichen die Repetitionsrate gemeint, mit welcher der Festkörperlaser gepumpt wird, also die Zahl der Pumplaserpulse pro Zeiteinheit.Preferably, an excitation frequency of the solid-state laser is set in a range of about 1 kHz to about 10 kHz. The excitation frequency of the solid-state laser essentially means the repetition rate with which the Solid-state laser is pumped, ie the number of pump laser pulses per unit time.
Günstigerweise wird eine Anregungspulsdauer tPulsdauer der Pumplaserstrahlung in einem Bereich von etwa 500 μs bis etwa 50 μs vorgegeben. Die Anregungspulsdauer sollte insbesondere so lange sein, dass eine ausreichende Zahl invertierter Zustände im aktiven Medium des Festkörperlasers erzeugt werden kann, um überhaupt die Ausbildung von Laserpulsen durch Selbstorganisation zu erreichen.An excitation pulse duration t pulse duration of the pump laser radiation is favorably specified in a range from approximately 500 μs to approximately 50 μs. In particular, the excitation pulse duration should be so long that a sufficient number of inverted states can be generated in the active medium of the solid-state laser in order to even achieve the formation of laser pulses by self-organization.
Auf besonders einfache Weise lassen sich Laserpulse erzeugen, wenn der Festkörperlaser pulsweitenmoduliert gepumpt wird. Insbesondere kann ein Tastverhältnis in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5 liegen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Tastverhältnis in einem Bereich von etwa 0,15 bis 0,3 liegt. Unter Berücksichtigung der oben definierten Selbstorganisationszeit kann dann das Tastverhältnis definiert werden durch das Verhältnis der Anregungspulsdauer bezogen auf die Summe aus der Anregungspulsdauer und der Selbstorganisationszeit. In a particularly simple way, laser pulses can be generated when the solid-state laser is pumped pulse width modulated. In particular, a duty cycle may range from about 0.1 to about 0.5. It is particularly advantageous if the duty ratio is in a range of about 0.15 to 0.3. Taking into account the self-organization time defined above, the duty cycle can then be defined by the ratio of the excitation pulse duration based on the sum of the excitation pulse duration and the self-organization time.
Um möglichst viel Energie in Form von Laserpulsen dem Festkörperlaser zu entziehen, ist es günstig, wenn die die Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser durch Selbstorganisation mindestens drei Laserpulse erster Wellenlänge emittiert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser durch Selbstorganisation mindestens fünf Laserpulse emittiert. Beispielsweise kann mit einem gepulst gepumpten Ho:YAG-Scheibenlasersystem ein Pulszug mit im Wesentlichen fünf nutzbaren Laserpulsen durch Selbstorganisation erzeugt werden.In order to avoid as much as possible energy in the form of laser pulses to the solid-state laser, it is advantageous if the self-assembly time t self-organization is set so that the solid-state laser emitted by self-assembly at least three laser pulses having the first wavelength. It is particularly advantageous if the self-organization time t self-organization is predetermined such that the solid-state laser emits at least five laser pulses by self-organization. For example, with a pulsed pumped Ho: YAG disk laser system, a pulse train with substantially five usable laser pulses can be self-assembled.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante kann bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der Festkörperlaser mit der Pumplaserstrahlung kontinuierlich gepumpt wird und dass ein Resonator des Festkörperlasers zum Auskoppeln eines Laserpulses der ersten Wellenlänge für eine Öffnungszeit toffen von einem ersten Zustand, in dem er für die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge geschlossen ist, aktiv in einen zweiten Zustand, in dem er für die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge geöffnet ist, überführt wird. Auf diese Weise lassen sich aktiv Laserpulse aus dem Resonator des Festkörperlasers auskoppeln. Zwar hat diese Vorgehensweise den Nachteil, dass zusätzliche Verluste in Kauf genommen werden müssen. Allerdings kann mit dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens der Zeitpunkt der Emission eines Laserpulses und gegebenenfalls auch dessen Intensität und Dauer gezielter vorgegeben werden.According to a further preferred variant, in a method of the type described in the introduction, it can be advantageously provided that the solid-state laser is pumped continuously with the pump laser radiation and that a resonator of the solid-state laser for decoupling a laser pulse of the first wavelength for an opening time t open from a first state, in that it is closed for the laser radiation of the first wavelength, actively transferred to a second state in which it is open for the laser radiation of the first wavelength. In this way, active laser pulses can be decoupled from the resonator of the solid-state laser. Although this approach has the disadvantage that additional losses must be accepted. However, with this variant of the method according to the invention, the time of emission of a laser pulse and optionally also its intensity and duration can be specified in a more targeted manner.
Auf besonders einfache Weise lassen sich Laserpulse aus einem Resonator des Festkörperlasers auskoppeln, wenn zum aktiven Überführen des Resonators vom ersten Zustand in den zweiten Zustand und umgekehrt eine optische Auskoppeleinrichtung verwendet wird. Insbesondere kann eine optische Auskoppeleinrichtung in Form eines akusto-optischen oder elektro-optischen Modulators genutzt werden oder einen solchen umfassen. Dieser wird typischerweise zwischen den Resonator definierenden Spiegeln angeordnet.In a particularly simple way, laser pulses can be decoupled from a resonator of the solid-state laser if an optical decoupling device is used to actively transfer the resonator from the first state to the second state and vice versa. In particular, an optical decoupling device in the form of an acousto-optical or electro-optical modulator can be used or comprise such. This is typically arranged between the resonator defining mirrors.
Vorteilhaft ist es, wenn der Festkörperlaser mit der Pumplaserstrahlung mit der zweiten Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von etwa 1700 nm bis etwa 2100 nm gepumpt wird. Beispielsweise können mit einer Pumplaserstrahlung im angegebenen Wellenlängenbereich Laserpulse mit Wellenlängen erzeugt werden, die im Bereich von etwa 2000 nm liegen. Sie können insbesondere für medizinische Anwendungen und zur Materialbearbeitung vorteilhaft eingesetzt werden.It is advantageous if the solid-state laser is pumped with the pump laser radiation having the second wavelength in a wavelength range of about 1700 nm to about 2100 nm. For example, with a pump laser radiation in the specified wavelength range, laser pulses having wavelengths in the range of about 2000 nm can be generated. They can be advantageously used in particular for medical applications and material processing.
Für medizinische Anwendungen und in der Materialbearbeitung ist es vorteilhaft, wenn die Laserpulse der ersten Wellenlänge mit einer Pulsbreite in einem Bereich von etwa 0,5 μs bis etwa 3 μs erzeugt werden. Insbesondere ist es günstig, wenn sie mit einer Pulsbreite in einem Bereich von etwa 1,5 μs bis etwa 2,5 μs erzeugt werden. Insbesondere lässt sich eine Pulsbreite bei durch Selbstorganisation erzeugten Laserpulsen einstellen durch die Auswahl des laseraktiven Mediums sowie des Lasertyps. Beim Scheibenlaser hängt die Pulsbreite zudem auch von einer Transmission des Auskoppelspiegels ab. For medical applications and in material processing, it is advantageous if the laser pulses of the first wavelength are generated with a pulse width in a range from about 0.5 μs to about 3 μs. In particular, it is advantageous if they are generated with a pulse width in a range from about 1.5 μs to about 2.5 μs. In particular, a pulse width can be adjusted by laser pulses generated by self-organization by selecting the laser-active medium and the laser type. In the case of the disk laser, the pulse width also depends on a transmission of the coupling-out mirror.
Auf besonders einfache und günstige Weise lässt sich der der Festkörperlaser mit einem Faserlaser oder einem modulierbaren Diodenlaser pumpen, insbesondere mit einem Thulium-Faserlaser.In a particularly simple and inexpensive way, the solid-state laser can be pumped with a fiber laser or a modulatable diode laser, in particular with a thulium fiber laser.
Um hinreichend hohe Intensitäten der vom Festkörperlaser erzeugten, gepulsten Laserstrahlung zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn der Festkörperlaser mit einer Pumpleistung in einem Bereich von etwa 10 W bis etwa 50 W gepumpt wird. Über die Höhe der Pumpleistung lässt sich so auch eine Pulsenergie der durch Selbstorganisation erzeugten Laserpulse einstellen.In order to obtain sufficiently high intensities of the pulsed laser radiation generated by the solid-state laser, it is advantageous if the solid-state laser is pumped with a pump power in a range of about 10 W to about 50 W. By way of the magnitude of the pump power, it is thus also possible to set a pulse energy of the laser pulses generated by self-organization.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass gepulste Laserstrahlung mit der ersten Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von etwa 1800 nm bis etwa 2300 nm erzeugt wird. Die Pulslaserstrahlung in diesem Wellenlängenbereich kann insbesondere für medizinische Anwendungen sowie zur Materialbearbeitung, beispielsweise von Kunststoffen, vorteilhaft eingesetzt werden. Insbesondere eignet sich der angegebene Wellenlängenbereich hervorragend für die strukturelle Umwandlung von Nieren- und Harnsteinkristallen in Pulverform durch thermische Auflösung sowie Ausnutzung von Schockwellen.According to a further preferred variant of the method according to the invention, it may be provided that pulsed laser radiation having the first wavelength is generated in a wavelength range from about 1800 nm to about 2300 nm. The pulsed laser radiation in this wavelength range can be advantageously used in particular for medical applications as well as for material processing, for example of plastics. In particular, the specified Wavelength range excellent for the structural conversion of powdered kidney and urinary stone crystals through thermal dissolution and shockwave exploitation.
Günstig ist es, wenn als Festkörperlaser ein Scheibenlaser verwendet wird mit einem Resonator und einem im Resonator angeordneten aktiven Lasermedium. Beispielsweise kann das aktive Lasermedium direkt auf einem reflektierenden optischen Element aufgebracht sein, beispielsweise in Form einer Scheibe auf einem hochreflektierenden Spiegel. Der Resonator kann ferner einen Auskoppelspiegel umfassen, welcher nur einen geringen Transmissionsgrad aufweist, um die Auskopplung von Laserpulsen aus dem Festkörperlaser-Resonator zu ermöglichen.It is advantageous if a disk laser is used as the solid-state laser with a resonator and an active laser medium arranged in the resonator. For example, the active laser medium may be applied directly to a reflective optical element, for example in the form of a disk on a highly reflective mirror. The resonator may further comprise a coupling-out mirror, which has only a low transmittance, in order to enable the coupling out of laser pulses from the solid-state laser resonator.
Vorteilhafter Weise wird als aktives Lasermedium ein Ho-dotiertes Medium verwendet. Insbesondere kann es sich beim aktiven Medium um Ho:YAG handeln. Holmium-Ionen ermöglichen insbesondere die Erzeugung von Laserpulsen mit einer Wellenlänge von etwa 2100 nm. Vorzugsweise werden sie mit einem Thulium-Faserlaser mit einer zweiten Wellenlänge von etwa 1900 nm oder mit einem modulierbaren Diodenlaser gepumpt.Advantageously, a Ho-doped medium is used as the active laser medium. In particular, the active medium may be Ho: YAG. Holmium ions in particular allow the generation of laser pulses having a wavelength of about 2100 nm. Preferably, they are pumped with a thulium fiber laser having a second wavelength of about 1900 nm or with a modulatable diode laser.
Um beim Einsatz eines Scheibenlasers insbesondere gewünschte Pulsbreiten im Bereich von etwa 0,5 μs bis etwa 3 μs zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn das aktive Lasermedium in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser in einem Bereich von etwa 5 mm bis etwa 20 mm verwendet wird. Ferner ist es vorteilhaft, wenn ein aktives Lasermedium mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm verwendet wird. Insbesondere kann über die Dicke des aktiven Lasermediums beim Scheibenlaser eine Breite der durch Selbstorganisation erzeugten Laserpulse in etwa eingestellt werden.In order to obtain particularly desired pulse widths in the range of about 0.5 μs to about 3 μs when using a disk laser, it is advantageous if the active laser medium in the form of a disc having a diameter in a range of about 5 mm to about 20 mm used becomes. Further, it is advantageous to use an active lasing medium having a thickness in a range of about 0.1 mm to about 0.5 mm. In particular, a width of the laser pulses generated by self-organization can be approximately adjusted via the thickness of the active laser medium in the disk laser.
Die eingangs gestellte Aufgabe wir bei einem System der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Pumplaser ein Pulspumplaser ist zum Erzeugen von Pumppulsen der Pumplaserstrahlung mit einem Pumppulsabstand tPumppuls, welcher mindestens einer Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation entspricht, in welcher der Festkörperlaser durch Selbstorganisation mindestens einen Laserpuls erster Wellenlänge emittiert.The object stated in the introduction is achieved in a system of the type described in the introduction in that the pump laser is a pulse pump for generating pump pulses of the pump laser radiation with a pump pulse interval t pump pulse which corresponds to at least one self-organization time t self-organization in which the solid-state laser at least one self-organization Laser pulse of the first wavelength emitted.
Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen System ist es insbesondere möglich, ohne zusätzliches optisches Element Laserpulse aus dem Festkörperlaser auszukoppeln. Auf diese Weise lässt sich eine Effizienz des Festkörperlasers und damit des Systems insgesamt erhöhen. Wie bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren dargelegt, wird bei diesem System die Selbstorganisation von Laserpulsen infolge der Anregung des Festkörperlasers, beispielsweise eines Scheibenlasers, durch Laserpulse genutzt, um einen oder mehrere Laserpulse nach Anregung mit einem Pumppulses zu erzeugen.With the system proposed according to the invention, it is in particular possible to decouple laser pulses from the solid-state laser without additional optical element. In this way, an efficiency of the solid-state laser and thus of the system as a whole can be increased. As already explained above in connection with the method proposed according to the invention, in this system the self-organization of laser pulses due to the excitation of the solid-state laser, for example a disk laser, by laser pulses is used to generate one or more laser pulses after excitation with a pump pulse.
Günstig ist es, wenn der Pumppulsabstand in einem Bereich von etwa 10 μs bis etwa 500 μs liegt. Je nach Art des Festkörperlasers ist es so möglich, einen oder mehrere Laserpulse der ersten Wellenlänge durch Selbstorganisation zu erzeugen infolge eines Anregungspulses.It is favorable if the pump pulse distance is in a range from about 10 μs to about 500 μs. Depending on the type of solid-state laser, it is thus possible to generate one or more laser pulses of the first wavelength by self-organization as a result of an excitation pulse.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Pumplaserrepetitionsrate zum Anregen des Festkörperlasers in einem Bereich von etwa 1 kHz bis etwa 10 kHz liegt. Auf diese Weise lassen sich quas-kontinuierlich Laserpulse erzeugen mit einer Pulswiederholrate, die der Pumplaserrepetitionsrate entspricht, insbesondere wenn ein Laserpuls der ersten Wellenlänge erzeugt wurde infolge eines Anregungspulses.It is advantageous if a pump laser repetition rate for exciting the solid-state laser is in a range from about 1 kHz to about 10 kHz. In this way, quasi-continuous laser pulses can be generated with a pulse repetition rate which corresponds to the pump laser repetition rate, in particular if a laser pulse of the first wavelength was generated as a result of an excitation pulse.
Um Pulse hinreichender Leistung und Dauer erzeugen zu können, ist es vorteilhaft, wenn eine Anregungspulsdauer tPulsdauer der Pumplaserstrahlung in einem Bereich von etwa 500 μs bis etwa 10 μs liegt.In order to be able to generate pulses of sufficient power and duration, it is advantageous if an excitation pulse duration t pulse duration of the pump laser radiation lies in a range from approximately 500 μs to approximately 10 μs.
Günstigerweise ist der Pumplaser ein pulsweitenmodulierter Pumplaser. Vorzugsweise ist der Pumplaser pulsweitenmoduliert mit einem Tastverhältnis in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Tastverhältnis in einem Bereich von etwa 0,15 bis etwa 0,3 liegt.Conveniently, the pump laser is a pulse width modulated pump laser. Preferably, the pump laser is pulse width modulated with a duty cycle in a range of about 0.1 to about 0.5. It is particularly advantageous if the duty cycle is in a range of about 0.15 to about 0.3.
Günstigerweise wird das Tastverhältnis so vorgegeben, dass infolge eines Pumppulses überhaupt ein selbstorganisierter Laserpuls generiert wird oder eine gewünschte Zahl von Laserpulsen. Es wird also mit der Beaufschlagung des laseraktiven Mediums mit einem weiteren Puls mindestens so lange gewartet, bis sich mindestens ein Laserpuls durch Selbstorganisation gebildet hat.Conveniently, the duty cycle is predetermined so that due to a pump pulse even a self-organized laser pulse is generated or a desired number of laser pulses. It is thus with the application of the laser-active medium with a further pulse at least as long waited until at least one laser pulse has formed by self-organization.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Pumppulsabstand tPumppuls mindestens einer Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation entspricht, in welcher der Festkörperlaser durch Selbstorganisation mindestens drei Laserpulse erster Wellenlänge emittiert. Insbesondere ist es günstig, wenn der Pumppulsabstand tPumppuls so gewählt wird, dass mindestens fünf Laserpulse erster Wellenlänge emittiert werden. Wenn nicht nur ein selbstorganisierter Laserpuls emittiert werden kann, erhöht dies eine Ausgangsleistung des Festkörperlasers. So kann insbesondere die Effizienz des Systems erhöht werden durch Nutzung mehrerer oder aller infolge eines Pumppulses selbstorganisiert erzeugter Laserpulse.According to a preferred embodiment of the invention, it may be provided that the pump pulse interval t pump pulse corresponds to at least one self-organization time t self-organization , in which the solid-state laser emits at least three laser pulses of the first wavelength by self-organization. In particular, it is favorable if the pump pulse interval t pump pulse is selected so that at least five laser pulses of the first wavelength are emitted. If not only a self-organized laser pulse can be emitted, this increases an output power of the solid-state laser. Thus, in particular, the efficiency of the system can be increased by using several or all self-organized as a result of a pump pulse laser pulses.
Des Weiteren kann es bei einem System der eingangs beschriebenen Art vorteilhaft sein, wenn der Festkörperlaser einen Resonator umfasst, wenn der Pumplaser in Form eines Dauerstrich- oder cw-Lasers ausgebildet ist, wenn der Resonator in einem ersten Zustand für die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge geschlossen ist und in einem zweiten Zustand für die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge geöffnet ist und wenn das System zum Überführen des Resonators vom ersten in den zweiten Zustand und umgekehrt eine Schalteinrichtung umfasst, mit welcher insbesondere eine Öffnungszeit toffen zum Auskoppeln eines Laserpulses der ersten Wellenlänge einstellbar ist, für welche Öffnungszeit der Resonator den zweiten Zustand einnimmt. Furthermore, it may be advantageous in a system of the type described above, if the solid state laser comprises a resonator when the pump laser is in the form of a continuous wave or cw laser, when the resonator is closed in a first state for the laser radiation of the first wavelength and is open in a second state for the laser radiation of the first wavelength, and if the system for transferring the resonator from the first to the second state and vice versa comprises a switching device with which in particular an opening time t open for coupling out a laser pulse of the first wavelength is adjustable, for which opening time the resonator assumes the second state.
Ein solches System ermöglicht es insbesonder, aktiv Pulse aus dem Resonator des Festkörperlasers auszukoppeln. Damit lässt sich ein Zeitpunkt für die Emission des Laserpulses aus dem System besonders gut vorgeben.In particular, such a system makes it possible to actively decouple pulses from the resonator of the solid-state laser. This makes it particularly easy to set a time for the emission of the laser pulse from the system.
Vorteilhaft ist es, wenn die Schalteinrichtung eine optische Auskoppeleinrichtung umfasst. Vorzugsweise ist die optische Auskoppeleinrichtung in Form eines akusto-optischen oder eines elektro-optischen Modulators ausgebildet oder umfasst einen solchen.It is advantageous if the switching device comprises an optical coupling-out device. Preferably, the optical outcoupling device in the form of an acousto-optical or an electro-optical modulator is formed or includes such.
Günstigerweise weist die Pumplaserstrahlung eine Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von etwa 1700 nm bis etwa 2100 nm auf. Ein Pumplaser, welcher Pumplaserstrahlung im angegebenen Wellenlängenbereich emittiert, ist hervorragend geeignet, um Festkörperlaser zu pumpen, die in einem Wellenlängenbereich von etwa 2000 nm bis etwa 2200 nm Laserpulse emittieren.Conveniently, the pump laser radiation has a wavelength in a wavelength range of about 1700 nm to about 2100 nm. A pump laser, which emits pump laser radiation in the specified wavelength range, is outstandingly suitable for pumping solid-state lasers which emit laser pulses in a wavelength range from about 2000 nm to about 2200 nm.
Vorteilhaft ist es, wenn die vom System emittierten Laserpulse der ersten Wellenlänge eine Pulsbreite in einem Bereich von etwa 0,5 μs bis etwa 3 μs aufweisen. Insbesondere ist es günstig, wenn eine Pulsbreite in einem Bereich von etwa 1,5 μs bis etwa 2,5 μs liegt. Beispielsweise kann die Pulsbreite von dem vom System erzeugten Laserpulsen durch das aktive Medium des Festkörperlasers und/oder durch den Lasertyp vorgegeben werden. So unterschieden sich insbesondere Pulsbreiten von Stablasern und Scheibenlasern. Insbesondere Pulsbreiten im Bereich von etwa 2 μs eignen sich hervorragend für medizinische Anwendungen, beispielsweise zum Einsatz in einem Laser-Lithotripter.It is advantageous if the laser pulses of the first wavelength emitted by the system have a pulse width in a range from about 0.5 μs to about 3 μs. In particular, it is favorable if a pulse width is in a range of about 1.5 μs to about 2.5 μs. For example, the pulse width of the laser pulses generated by the system by the active medium of the solid-state laser and / or by the laser type can be specified. In particular, pulse widths of bar lasers and disk lasers differed. In particular, pulse widths in the range of about 2 μs are outstandingly suitable for medical applications, for example for use in a laser lithotripter.
Auf einfache Weise lässt sich ein Festkörperlaser pumpen, wenn der Pumplaser in Form eines Faserlasers oder eines modulierbaren Diodenlasers ausgebildet ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Faserlaser in Form eines Thulium-Faserlasers ausgebildet ist. Beispielsweise eignet sich ein Thulium-Faserlaser besonders gut, um Holmium als aktives Material zu pumpen.A solid-state laser can be pumped in a simple manner if the pump laser is designed in the form of a fiber laser or a modulatable diode laser. In particular, it is advantageous if the fiber laser is designed in the form of a thulium fiber laser. For example, a thulium fiber laser is particularly well suited for pumping holmium as the active material.
Um die Leistung der Laserpulse der ersten Wellenlänge variieren zu können, ist es günstig, wenn Pumpleistung des Pumplasers in einem Bereich von etwa 10 W bis etwa 500 W liegt.In order to be able to vary the power of the laser pulses of the first wavelength, it is favorable for the pump power of the pump laser to be in a range from approximately 10 W to approximately 500 W.
Vorteilhafterweise liegt die erste Wellenlänge der gepulsten Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa 1800 nm bis etwa 2300 nm. Laserpulse mit einer Wellenlänge im angegebenen Wellenlängenbereich sind besonders für medizinische Anwendungen gut geeignet.Advantageously, the first wavelength of the pulsed laser radiation is in a wavelength range of about 1800 nm to about 2300 nm. Laser pulses having a wavelength in the specified wavelength range are particularly well suited for medical applications.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Festkörperlaser in Form eines Scheibenlasers ausgebildet ist mit einem Resonator und einem im Resonator angeordneten aktiven Lasermedium. Insbesondere kann das aktive Lasermedium auf einem von zwei reflektierenden optischen Elementen angeordnet sein, welche den Resonator definieren. Idealerweise ist ein reflektierendes optisches Instrument, beispielsweise in Form eines Spiegels, für Licht der ersten Wellenlänge undurchlässig und vollständig reflektierend, ein weiterer Spiegel jedoch nur mit annähernd 100% reflektierend. Beispielsweise kann der zweite Spiegel in Form eines Auskoppelspiegels mit einem Transmissionsgrad von weniger als 5%, günstigerweise von weniger als 1% ausgebildet sein.According to a further preferred embodiment of the invention, it can be provided that the solid-state laser is designed in the form of a disk laser with a resonator and an active laser medium arranged in the resonator. In particular, the active laser medium can be arranged on one of two reflective optical elements which define the resonator. Ideally, a reflective optical instrument, for example in the form of a mirror, is opaque and fully reflective for first wavelength light, but another mirror is only approximately 100% reflective. For example, the second mirror may be in the form of a decoupling mirror with a transmittance of less than 5%, favorably less than 1%.
Vorteilhaft ist es, wenn als aktives Lasermedium ein Ho-dotiertes Medium verwendet wird. Insbesondere kann das aktive Lasermedium Ho:YAG sein. Bei einem solchen aktiven Material bilden Ho-Ionen, nämlich Ho3+, das eigentlich aktive Material, das durch Dotierung in einen Yttrium-Aluminium-Granat-Kristall eingebracht ist.It is advantageous if a Ho-doped medium is used as the active laser medium. In particular, the active laser medium can be Ho: YAG. With such an active material, Ho ions, namely Ho 3+ , form the actually active material which has been introduced by doping into an yttrium-aluminum-garnet crystal.
Vorzugsweise ist das aktive Lasermedium in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser in einem Bereich von etwa 5 mm bis etwa 20 mm ausgebildet. Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn eine Dicke des aktiven Lasermediums in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm liegt. Beispielsweise lassen sich beim Scheibenlaser über eine Dicke der Scheibe Parameter der erzeugten Pulse vorgeben.Preferably, the active laser medium is in the form of a disc having a diameter in a range of about 5 mm to about 20 mm. Furthermore, it may be advantageous if a thickness of the active laser medium is in a range of about 0.1 mm to about 0.5 mm. For example, in the case of the disk laser, parameters of the pulses generated can be predetermined over a thickness of the disk.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einem Materialbearbeitungssystem, insbesondere zur Bearbeitung von Kunststoffen, umfassend ein gepulste Laserstrahlung emittierendes System erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das gepulste Laserstrahlung emittierende System in Form eines der oben beschriebenen, vorteilhaften Systeme ausgebildet ist. Mit einem solchen Materialbearbeitungssystem lassen sich beispielsweise Kunststoffe mit den erzeugten Laserpulsen erster Wellenlänge beaufschlagen, um insbesondere eine Oberfläche zu bearbeiten. The object stated at the outset is also achieved in a material processing system, in particular for processing plastics, comprising a pulsed laser radiation emitting system according to the invention that the pulsed laser radiation emitting system is formed in the form of one of the advantageous systems described above. With such a material processing system, for example, plastics can be exposed to the generated laser pulses of the first wavelength in order, in particular, to process a surface.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner gelöst bei einem medizinischen Gerät, insbesondere in Form eines Laser-Lithotripters für die thermische Behandlung von Nieren- und Harnleitersteinen, wenn es eines der oben beschriebenen vorteilhaften Systeme zur Erzeugung von Laserpulsen umfasst. Insbesondere ein System mit einem Ho:YAG-Scheibenlaser ermöglicht es, Pulse mit einer Wellenlänge von etwa 2100 nm und einer Pulsbreite von etwa 2 μs zu erzeugen. Derartige Pulse sind sehr gut geeignet, um Nieren oder Harnsteine unter thermischer Auflösung zu pulverisieren. The object stated in the introduction is also achieved with a medical device, in particular in the form of a laser lithotripter for the thermal treatment of kidney and ureteral stones, if it comprises one of the above-described advantageous systems for generating laser pulses. In particular, a system with a Ho: YAG disk laser makes it possible to generate pulses with a wavelength of about 2100 nm and a pulse width of about 2 μs. Such pulses are very well suited to pulverize kidneys or urinary stones under thermal dissolution.
Ferner wird die Verwendung eines der oben beschriebenen Systeme zur Materialbearbeitung vorgeschlagen, insbesondere zur Kunststoffbearbeitung.Furthermore, the use of one of the above-described systems for material processing is proposed, in particular for plastics processing.
Die vorstehende Beschreibung umfasst somit insbesondere die nachfolgend in Form durchnummerierter Sätze definierten Ausführungsformen von Verfahren und Systemen zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung, Materialbearbeitungssystemen, medizinischen Geräten sowie Verwendungen von Systemen zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung:
- 1. Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung (
44 ;44' ) einer ersten Wellenlänge, bei welchem ein Festkörperlaser (16 ;16' ) mit Pumplaserstrahlung (14 ;14' ) einer zweiten Wellenlänge gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (16' ) mit Pumppulsen (52 ) der Pumplaserstrahlung (14' ) gepulst gepumpt wird und dass eine Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation des Festkörperlasers (16' ) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pumppulsen (52 ) so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser (16' ) durch Selbstorganisation mindestens einen Laserpuls (58a ,58b ,58c ,58d ,58e ) erster Wellenlänge emittiert. - 2.
Vorrichtung nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation in einem Bereich von etwa 5 μs bis etwa 500 μs vorgegeben wird, insbesondere in einem Bereich von etwa 10 μs bis etwa 200 μs. - 3. Verfahren nach
Satz 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anregungsfrequenz des Festkörperlasers (16' ) in einem Bereich von etwa 1 kHz bis etwa 10 kHz vorgegeben wird. - 4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anregungspulsdauer tPulsdauer der Pumplaserstrahlung (
14' ) in einem Bereich von etwa 500 μs bis etwa 50 μs vorgegeben wird. - 5. Verfahren nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (
16' ) pulsweitenmoduliert gepumpt wird, insbesondere mit einem Tastverhältnis in einem 0,1Bereich von etwa 0,5, weiter insbesondere in einembis etwa 0,15Bereich von etwa 0,3.bis etwa - 6. Verfahren nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser (1
6' ) durch Selbstorganisation mindestens drei Laserpulse (58a ,58b ,58c ,58d ,58e ) erster Wellenlänge emittiert, insbesondere fünf Laserpulse (58a ,58b ,58c ,58d ,58e ). - 7. Verfahren nach dem Oberbegriff des Satzes 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (
16 ) mit der Pumplaserstrahlung (14 ) kontinuierlich gepumpt wird und dass ein Resonator (36 ) des Festkörperlasers zum Auskoppeln eines Laserpulses (46 ) der ersten Wellenlänge für eine Öffnungszeit toffen von einem ersten Zustand, in dem er für die Laserstrahlung (44 ) der ersten Wellenlänge geschlossen ist, aktiv in einen zweiten Zustand, in dem er für die Laserstrahlung (44 ) der ersten Wellenlänge geöffnet ist, überführt wird. - 8. Verfahren nach Satz 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum aktiven Überführen des Resonators (
36 ) vom ersten Zustand in den zweiten Zustand und umgekehrt eine optische Auskoppeleinrichtung (70 ) verwendet wird, insbesondere ein akusto-optischer oder ein elektro-optischer Modulator (40 ). - 9. Verfahren nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (
16 ;16' ) mit der Pumplaserstrahlung (14 ;14' ) mit der zweiten Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von etwa 1700 nm bis etwa 2100 nm gepumpt wird. - 10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse (
46 ;58a ,58b ,58c ,58d ,58e ) der ersten Wellenlänge mit einer Pulsbreite in einem 0,5 μs bis etwa 3 μs erzeugt werden, insbesondere in einemBereich von etwa 1,5Bereich von etwa μs bis etwa 2,5 μs. - 11. Verfahren nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (
16 ;16' ) mit einem Faserlaser (72 ;72' ) oder einem modulierbaren Diodenlaser gepumpt wird, insbesondere mit einem Thulium-Faserlaser (74 ;74' ). - 12. Verfahren nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (
16 ;16' ) mit einer Pumpleistung in einem Bereich von etwa 10 W bis etwa 500 W gepumpt wird. - 13. Verfahren nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass gepulste Laserstrahlung (
44 ;44' ) mit der ersten Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von etwa 1800 nm bis etwa 2300 nm erzeugt wird. - 14. Verfahren nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass als Festkörperlaser (
16 ;16' ) ein Scheibenlaser (18 ;18' ) verwendet wird mit einem Resonator (36 ;36' ) und einem im Resonator (36 ;36' ) angeordneten aktiven Lasermedium (28 ;28' ). - 15. Verfahren nach
Satz 14, dadurch gekennzeichnet, dass als aktives Lasermedium (28 ;28' ) ein Ho-dotiertes Medium verwendet wird, insbesondere Ho:YAG. - 16. Verfahren nach
Satz 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Lasermedium (28 ;28' ) in Form einer Scheibe (30 ;30' ) mit einem Durchmesser in einem Bereich von etwa 5 mm bis etwa 20 mm und/oder mit einer Dicke in einem 0,1Bereich von etwa 0,5 mm verwendet wird.mm bis etwa - 17. System (
10 ;10' ) zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung (44 ;44' ) einer ersten Wellenlänge, umfassend einen Pumplaser (12 ;12' ) und einen mit dem Pumplaser (12 ;12' ) gepumpten Festkörperlaser (16 ;16' ), welcher Pumplaser (12 ;12' ) Pumplaserstrahlung (14 ;14' ) einer zweiten Wellenlänge erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (12' ) ein Pulspumplaser (12' ) ist zum Erzeugen von Pumppulsen (52 ) der Pumplaserstrahlung (14 ) mit einem Pumppulsabstand tPumppuls, welcher mindestens einer Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation entspricht, in welcher der Festkörperlaser (14' ) durch Selbstorganisation mindestens einen Laserpuls (58a ,58b ,58c ,58d ,58e ) erster Wellenlänge emittiert. - 18. System nach Satz 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumppulsabstand (
56 ) in einem Bereich von etwa 10 μs bis etwa 500 μs liegt. - 19. System nach Satz 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumplaserrepetitionsrate zum Anregen des Festkörperlasers (
16' ) in einem Bereich von etwa 1 kHz bis etwa 10 kHz liegt. - 20. System nach einem der Sätze 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anregungspulsdauer tPulsdauer der Pumplaserstrahlung (
14' ) in einem Bereich von etwa 500 μs bis etwa 10 μs. - 21. System nach einem der Sätze 17
bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (12' ) ein pulsweitenmodulierter Pumplaser (12' ) ist, insbesondere mit einem Tastverhältnis in einem 0,1Bereich von etwa 0,5, weiter insbesondere in einembis etwa 0,15Bereich von etwa 0,3.bis etwa - 22. System nach einem der Sätze 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumppulsabstand tPumppuls mindestens einer Selbstorganisationszeit tSelbstorganisation entspricht, in welcher der Festkörperlaser (
16' ) durch Selbstorganisation mindestens drei Laserpulse (58a ,58b ,58c ,58d ,58e ) erster Wellenlänge emittiert, insbesondere fünf Laserpulse (58a ,58b ,58c ,58d ,58e ). - 23. System nach dem Oberbegriff des Satzes 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (
16 ) einen Resonator (36 ) umfasst, dass der Pumplaser (12 ) in Form eines Dauerstrich- oder cw-Lasers ausgebildet ist, dass der Resonator (36 ) in einem ersten Zustand für die Laserstrahlung (44 ) der ersten Wellenlänge geschlossen ist und in einem zweiten Zustand für die Laserstrahlung (44 ) der ersten Wellenlänge geöffnet ist und dass das System (10 ) zum Überführen des Resonators (36 ) vom ersten in den zweiten Zustand und umgekehrt eine Schalteinrichtung (38 ) umfasst, mit welcher insbesondere eine Öffnungszeit toffen zum Auskoppeln eines Laserpulses (46 ) der ersten Wellenlänge einstellbar ist, für welche Öffnungszeit der Resonator (36 ) den zweiten Zustand einnimmt. - 24. System nach Satz 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung eine optische Auskoppeleinrichtung (
70 ) umfasst, insbesondere einen akusto-optischen oder einen elektro-optischen Modulator (40 ). - 25. System nach einem der Sätze 17
bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumplaserstrahlung (14 ) eine Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von etwa 1700 nm bis etwa 2100 nm aufweist. - 26. System nach einem der Sätze 17
bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse (46 ;58a ,58b ,58c ,58d ,58e ) der ersten Wellenlänge eine Pulsbreite (50 ;64 ) in einem 0,5 μs bis etwa 3 μs aufweisen, insbesondere in einemBereich von etwa 1,5Bereich von etwa μs bis etwa 2,5 μs. - 27. System nach einem der Sätze 17
bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (12 ;12' ) in Form eines Faserlasers (72 ;72' ) oder eines modulierbaren Diodenlasers ausgebildet ist, insbesondere in Form eines Thulium-Faserlasers (74 ;74' ). - 28. System nach einem der Sätze 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpleistung des Pumplasers (
12 ;12' ) in einem Bereich von etwa 10 W bis etwa 500 W liegt. - 29. System nach einem der Sätze 17
bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wellenlänge der gepulsten Laserstrahlung (44 ;44' ) in einem Wellenlängenbereich von etwa 1800 nm bis etwa 2300 nm liegt. - 30. System nach einem der Sätze 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (
16 ;16' ) in Form eines Scheibenlasers (18 ;18' ) ausgebildet ist mit einem Resonator (36 ;36' ) und einem im Resonator (36 ;36' ) angeordneten aktiven Lasermedium (28 ;28' ). - 31.
System nach Satz 30, dadurch gekennzeichnet, dass als aktives Lasermedium (28 ;28' ) ein Ho-dotiertes Medium verwendet wird, insbesondere Ho:YAG. - 32.
System nach Satz 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Lasermedium (28 ;28' ) in Form einer Scheibe (30 ;30' ) mit einem Durchmesser in einem Bereich von etwa 5 mm bis etwa 20 mm aufweist und/ oder eine Dicke in einem 0,1Bereich von etwa 0,5 mm.mm bis etwa - 33. Materialbearbeitungssystem, insbesondere zur Bearbeitung von Kunststoffen, umfassend ein gepulste Laserstrahlung (
44 ;44' ) emittierendes System (10 ;10' ), dadurch gekennzeichnet, dass das gepulste Laserstrahlung emittierende System (10 ;10' ) in Form eines der Systeme (10 ;10' ) nach einem der Sätze 17bis 32 ausgebildet ist. - 34. Medizinisches Gerät (
66 ), insbesondere in Form eines Laser-Lithotripters (68 ) für die thermische Behandlung von Nieren- und Harnleitersteinen, gekennzeichnet durch ein System (10 ;10' ) nach einem der Sätze 17bis 32. - 35. Verwendung eines Systems (
10 ;10' ) nach einem der Sätze 17bis 32 zur Materialbearbeitung, insbesondere zur Kunststoffbearbeitung.
- 1. A method for generating pulsed laser radiation (
44 ;44 ' ) of a first wavelength at which a solid-state laser (16 ;16 ' ) with pump laser radiation (14 ;14 ' ) is pumped at a second wavelength, characterized in that the solid-state laser (16 ' ) with pump pulses (52 ) of the pump laser radiation (14 ' ) is pumped in a pulsed manner and that a self-organization time t self-organization of the solid-state laser (16 ' ) between two successive pump pulses (52 ) is specified so that the solid-state laser (16 ' ) by self-organization at least one laser pulse (58a .58b .58c .58d .58e ) first wavelength emitted. - 2. Device according to
sentence 1, characterized in that the self-organization time t self-organization in a range of about 5 microseconds to about 500 microseconds is specified, in particular in a range of about 10 microseconds to about 200 microseconds. - 3. Method according to
sentence 1 or 2, characterized in that an excitation frequency of the solid-state laser (16 ' ) is set in a range of about 1 kHz to about 10 kHz. - 4. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that an excitation pulse duration t pulse duration of the pump laser radiation (
14 ' ) is set in a range of about 500 μs to about 50 μs. - 5. Method according to one of the preceding sentences, characterized in that the solid-state laser (
16 ' ) is pulse-width modulated pumped, in particular with a duty cycle in a range of about 0.1 to about 0.5, more particularly in a range of about 0.15 to about 0.3. - 6. The method according to one of the preceding sentences, characterized in that the self-organization time t self-organization is specified so that the solid-state laser (1
6 ' ) by self-organization at least three laser pulses (58a .58b .58c .58d .58e ) first wavelength, in particular five laser pulses (58a .58b .58c .58d .58e ). - 7. Method according to the preamble of
sentence 1, characterized in that the solid-state laser (16 ) with the pump laser radiation (14 ) is continuously pumped and that a resonator (36 ) of the solid-state laser for decoupling a laser pulse (46 ) of the first wavelength for an opening time t open from a first state in which it is used for the laser radiation (44 ) of the first wavelength is active, active in a second state in which it for the laser radiation (44 ) of the first wavelength is opened, is transferred. - 8. Method according to sentence 7, characterized in that for actively transferring the resonator (
36 ) from the first state to the second state and, conversely, an optical output device (70 ), in particular an acousto-optical or an electro-optical modulator (40 ). - 9. Method according to one of the preceding sentences, characterized in that the solid-state laser (
16 ;16 ' ) with the pump laser radiation (14 ;14 ' ) at the second wavelength in a wavelength range of about 1700 nm to about 2100 nm. - 10. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that the laser pulses (
46 ;58a .58b .58c .58d .58e ) of the first wavelength having a pulse width in a range of about 0.5 μs to about 3 μs, in particular in a range of about 1.5 μs to about 2.5 μs. - 11. Method according to one of the preceding sentences, characterized in that the solid-state laser (
16 ;16 ' ) with a fiber laser (72 ;72 ' ) or a modulatable diode laser, in particular with a thulium fiber laser (74 ;74 ' ). - 12. Method according to one of the preceding sentences, characterized in that the solid-state laser (
16 ;16 ' ) is pumped at a pump power in a range of about 10 W to about 500 W. - 13. Method according to one of the preceding sentences, characterized in that pulsed laser radiation (
44 ;44 ' ) at the first wavelength in a wavelength range of about 1800 nm to about 2300 nm. - 14. Method according to one of the preceding sentences, characterized in that as solid state laser (
16 ;16 ' ) a disk laser (18 ;18 ' ) is used with a resonator (36 ;36 ' ) and one in the resonator (36 ;36 ' ) arranged active laser medium (28 ;28 ' ). - 15. Method according to
sentence 14, characterized in that as the active laser medium (28 ;28 ' ) a Ho-doped medium is used, in particular Ho: YAG. - 16. Method according to
14 or 15, characterized in that the active laser medium (sentence 28 ;28 ' ) in the form of a disk (30 ;30 ' ) having a diameter in a range of about 5 mm to about 20 mm and / or having a thickness in a range of about 0.1 mm to about 0.5 mm. - 17. System (
10 ;10 ' ) for generating pulsed laser radiation (44 ;44 ' ) of a first wavelength, comprising a pump laser (12 ;12 ' ) and one with the pump laser (12 ;12 ' ) pumped solid-state lasers (16 ;16 ' ), which pump laser (12 ;12 ' ) Pump laser radiation (14 ;14 ' ) of a second wavelength, characterized in that the pump laser (12 ' ) a pulse pump laser (12 ' ) is for generating pump pulses (52 ) of the pump laser radiation (14 ) with a pump pulse interval t pump pulse , which corresponds to at least one self-organization time t self-organization , in which the solid-state laser (14 ' ) by self-organization at least one laser pulse (58a .58b .58c .58d .58e ) first wavelength emitted. - 18. System according to sentence 17, characterized in that the pump pulse distance (
56 ) is in a range of about 10 μs to about 500 μs. - 19. System according to
sentence 17 or 18, characterized in that a pump laser repetition rate for exciting the solid-state laser (16 ' ) is in a range of about 1 kHz to about 10 kHz. - 20. System according to one of the sentences 17 to 19, characterized in that an excitation pulse duration t pulse duration of the pump laser radiation (
14 ' ) in a range of about 500 μs to about 10 μs. - 21. System according to one of the sentences 17 to 20, characterized in that the pump laser (
12 ' ) a pulse width modulated pump laser (12 ' ), in particular with a duty cycle in a range of about 0.1 to about 0.5, more particularly in a range of about 0.15 to about 0.3. - 22. System according to one of the sentences 17 to 21, characterized in that the pump pulse interval t pump pulse corresponds to at least one self-organization time t self-organization , in which the solid-state laser (
16 ' ) by self-organization at least three laser pulses (58a .58b .58c .58d .58e ) first wavelength, in particular five laser pulses (58a .58b .58c .58d .58e ). - 23. System according to the preamble of the sentence 17, characterized in that the solid-state laser (
16 ) a resonator (36 ), that the pump laser (12 ) is designed in the form of a continuous wave or cw laser, that the resonator (36 ) in a first state for the laser radiation (44 ) of the first wavelength is closed and in a second state for the laser radiation (44 ) of the first wavelength is open and that the system (10 ) for transferring the resonator (36 ) from the first to the second state and vice versa a switching device (38 ) Includes, with which in particular an opening time t open for coupling out a laser pulse (46 ) of the first wavelength is adjustable, for which opening time the resonator (36 ) assumes the second state. - 24. System according to sentence 23, characterized in that the switching device is an optical output device (
70 ), in particular an acousto-optical or an electro-optical modulator (40 ). - 25. System according to one of the sentences 17 to 24, characterized in that the pump laser radiation (
14 ) has a wavelength in a wavelength range of about 1700 nm to about 2100 nm. - 26. System according to one of the sentences 17 to 25, characterized in that the laser pulses (
46 ;58a .58b .58c .58d .58e ) of the first wavelength a pulse width (50 ;64 ) in a range from about 0.5 μs to about 3 μs, in particular in a range from about 1.5 μs to about 2.5 μs. - 27. System according to one of the sentences 17 to 26, characterized in that the pump laser (
12 ;12 ' ) in the form of a fiber laser (72 ;72 ' ) or a modulatable diode laser, in particular in the form of a thulium fiber laser (74 ;74 ' ). - 28. System according to one of the sentences 17 to 27, characterized in that a pumping power of the pump laser (
12 ;12 ' ) is in a range of about 10 W to about 500 W. - 29. System according to one of the sentences 17 to 28, characterized in that the first wavelength of the pulsed laser radiation (
44 ;44 ' ) is in a wavelength range of about 1800 nm to about 2300 nm. - 30. System according to one of the sentences 17 to 29, characterized in that the solid-state laser (
16 ;16 ' ) in the form of a disk laser (18 ;18 ' ) is formed with a resonator (36 ;36 ' ) and one in the resonator (36 ;36 ' ) arranged active laser medium (28 ;28 ' ). - 31. System according to
sentence 30, characterized in that as an active laser medium (28 ;28 ' ) a Ho-doped medium is used, in particular Ho: YAG. - 32. System according to
sentence 30 or 31, characterized in that the active laser medium (28 ;28 ' ) in the form of a disk (30 ;30 ' ) having a diameter in a range of about 5 mm to about 20 mm and / or a thickness in a range of about 0.1 mm to about 0.5 mm. - 33. Material processing system, in particular for processing plastics, comprising a pulsed laser radiation (
44 ;44 ' ) emitting System (10 ;10 ' ), characterized in that the pulsed laser radiation emitting system (10 ;10 ' ) in the form of one of the systems (10 ;10 ' ) is formed according to one of the sentences 17 to 32. - 34. Medical device (
66 ), in particular in the form of a laser lithotripter (68 ) for the thermal treatment of kidney and ureteral stones, characterized by a system (10 ;10 ' ) according to one of the sentences 17 to 32. - 35. Use of a system (
10 ;10 ' ) according to one of the sentences 17 to 32 for material processing, in particular for plastics processing.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the drawings for further explanation. Show it:
In
Der Scheibenlaser
Im Scheibenlasermodul
Der Festkörperlaser
Der Pumplaser
Um einen Laserpuls
In
Bei dem in
Durch den Einsatz der Schalteinrichtung
Um den Wirkungsgrad und die Effizienz des Systems
Der Pumplaser
Das System
Das System
Der in
Aus dem in
Durch die Wahl des aktiven Mediums
In
Überraschend ist jedoch die Effizienz des Systems
Die untere Kurve in
Dagegen übersteigt die Energie des fünf Laserpulse
Die Systeme
Wie in
Wie bereits oben beschrieben, lässt sich die Intensität der Laserpulse
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10; 10'10; 10 '
- System system
- 12; 12'12; 12 '
- Pumplaser pump laser
- 14; 14'14; 14 '
- Pumplaserstrahlung Pump laser radiation
- 16; 16'16; 16 '
- Festkörperlaser Solid-state lasers
- 18; 18'18; 18 '
- Scheibenlaser disk laser
- 20; 20'20; 20 '
- Scheibenlasermodul Disk laser module
- 22; 22'22; 22 '
- Eintrittsöffnung inlet opening
- 24; 24'24; 24 '
- Austrittsöffnung outlet opening
- 26; 26'26; 26 '
- Spiegel mirror
- 28; 28'28; 28 '
- aktives Medium active medium
- 30; 30'30; 30 '
- Scheibe disc
- 32; 32'32; 32 '
- Spiegel mirror
- 34; 34' 34; 34 '
- Spiegelmirror
- 36; 36'36; 36 '
- Resonator resonator
- 3838
- Schalteinrichtung switching device
- 4040
- Modulator modulator
- 4242
- Polarisator polarizer
- 44; 44'44; 44 '
- Strahlung radiation
- 4646
- Laserpuls laser pulse
- 4848
- Steuerflanke control flank
- 5050
- Pulsbreite pulse width
- 5252
- Pumppuls pump pulse
- 5454
- Pulsbreite pulse width
- 5656
- Selbstorganisationszeit Self-organization time
- 58a, 58b, 58c, 58d, 58e58a, 58b, 58c, 58d, 58e
- Laserpuls laser pulse
- 6060
- Pulszug pulse train
- 6262
- Verzögerungszeit Delay Time
- 6464
- Pulsbreite pulse width
- 6666
- medizinisches Gerät medical device
- 6868
- Laser-Lithotripter Laser lithotripter
- 7070
- Auskoppeleinrichtung decoupling
- 72; 72'72; 72 '
- Faserlaser fiber laser
- 74; 74'74; 74 '
- Thulium-Faserlaser Thulium fiber laser
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