DE102016107068A1

DE102016107068A1 - Phase synchronized modulatable resonant electro-optic modulator for switching high power laser pulses

Info

Publication number: DE102016107068A1
Application number: DE102016107068.8A
Authority: DE
Inventors: Gregor Hehl; Mikhail Larionov
Original assignee: Dausinger & Giesen GmbH
Current assignee: Dausinger & Giesen GmbH
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2017-10-19

Abstract

Die Erfindungs betrifft einen elektrooptischen Modulator (1) zum Schalten von Laserpulsen (2) einer bestimmten Polarisation und Wiederholfrequenz, umfassend: wenigstens einen doppelbrechenden elektrooptischen Kristall (3), eine zumindest zeitweise am elektrooptischen Kristall (3) anliegende Hochspannung (4) zum Verändern der Polarisation der Laserpulse (2), sowie wenigstens einen Polarisator (5) zum Selektieren von Laserpulsen (2) einer bestimmten Polarisation. Der Modulator (1) zeichnet sich dadurch aus, dass er wenigstens einen anregbaren Hochspannungsschwingkreis (6) zur Erzeugung der Hochspannung (4) als Wechselspannung umfasst, wobei der elektrooptische Kristall (3) in wenigstens einem Schaltzustand des Modulators als eine elektrische Kapazität (7) des Hochspannungsschwingkreises (6) ausgebildet ist und der Modulator (1) zum Verändern seines Schaltzustandes Mittel (8) zur Manipulation der Phase und/oder Amplitude der am elektrooptischen Kristall (3) anliegenden Wechselspannung (4) umfasst.The invention relates to an electrooptical modulator (1) for switching laser pulses (2) of a specific polarization and repetition frequency, comprising: at least one birefringent electrooptical crystal (3), a high voltage (4) applied at least temporarily to the electrooptical crystal (3) for varying the Polarization of the laser pulses (2), and at least one polarizer (5) for selecting laser pulses (2) of a specific polarization. The modulator (1) is characterized in that it comprises at least one excitable high-voltage resonant circuit (6) for generating the high voltage (4) as an alternating voltage, wherein the electro-optical crystal (3) in at least one switching state of the modulator as an electrical capacitance (7). the high-voltage resonant circuit (6) is formed, and the modulator (1) for changing its switching state comprises means (8) for manipulating the phase and / or amplitude of the AC voltage (4) applied to the electro-optical crystal (3).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrooptischen Modulator zum Schalten von Laserpulsen einer bestimmten Polarisation und Wiederholfrequenz, umfassend: wenigstens einen doppelbrechenden elektrooptischen Kristall, eine an dem elektrooptischen Kristall zumindest zeitweise anliegende Hochspannung zum Verändern der Polarisation der Laserpulse, sowie wenigstens einen Polarisator zum Selektieren von Laserpulsen einer bestimmten Polarisation. The invention relates to an electro-optical modulator for switching laser pulses having a specific polarization and repetition frequency, comprising: at least one birefringent electro-optical crystal, a high voltage applied to the electro-optical crystal for changing the polarization of the laser pulses and at least one polarizer for selecting laser pulses of a particular one Polarization.

Ein solcher elektrooptischer Modulator ist so ausgebildet, dass die Laserpulse mit einer bestimmten Polarisation durch den elektrooptischen Kristall transmittiert werden, wobei die Polarisation der Laserpulse bei Anliegen einer Hochspannung am elektrooptischen Kristall so verändert wird, dass sie am darauffolgenden Polarisator je nach Polarisation in eine erste oder eine zweite Richtung geführt werden. Such an electro-optical modulator is designed such that the laser pulses are transmitted with a certain polarization through the electro-optical crystal, wherein the polarization of the laser pulses is changed when a high voltage on the electro-optical crystal so that they are on the following polarizer depending on the polarization in a first or a second direction to be led.

Üblicherweise wird die Polarisation der Laserpulse durch den elektrooptischen Kristall so verändert, dass die Laserpulse in einem ersten Schaltzustand mit einer bestimmten am elektrooptischen Kristall anliegenden Hochspannung vollständig in die erste Richtung (z.B. durch Transmission durch den Polarisator) und in einem zweiten Schaltzustand mit einer anderen am elektrooptischen Kristall anliegenden Spannung vollständig in die zweite Richtung (z.B. durch nahezu vollständige Reflektion am Polarisator) geführt werden. Usually, the polarization of the laser pulses is changed by the electro-optical crystal so that the laser pulses in a first switching state with a particular applied to the electro-optical crystal high voltage completely in the first direction (eg by transmission through the polarizer) and in a second switching state with another at electro-optic crystal voltage applied completely in the second direction (eg by almost complete reflection on the polarizer) are performed.

Solche herkömmlichen elektrooptische Modulatoren haben den Nachteil, dass für das Schalten der Hochspannung, die üblicherweise einige kV beträgt, viel Energie benötigt wird, was sich in den Kosten des Schalters und der mit dem Schalten verbundenen Energiekosten niederschlägt. Such conventional electro-optic modulators have the disadvantage that much energy is required for the switching of the high voltage, which is usually a few kV, which translates into the costs of the switch and the energy costs associated with the switching.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrooptischen Modulator bereitzustellen, bei dem das Schalten der Hochspannung mit geringerem Kostenaufwand ermöglicht wird. The invention has for its object to provide an electro-optical modulator, in which the switching of the high voltage is made possible with lower cost.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen elektrooptischen Modulator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass der Modulator wenigstens einen anregbaren Hochspannungsschwingkreis zur Erzeugung der Hochspannung als Wechselspannung umfasst, wobei der elektrooptische Kristall in wenigstens einem Schaltzustand des Modulators als eine elektrische Kapazität des Hochspannungsschwingkreises ausgebildet ist und der Modulator zum Verändern seines Schaltzustandes Mittel zur Manipulation der Phase und/oder Amplitude der am elektrooptischen Kristall anliegenden Hochspannung umfasst. The object is achieved by an electrooptical modulator according to the preamble of claim 1, which is characterized in that the modulator comprises at least one excitable high voltage resonant circuit for generating the high voltage as AC voltage, wherein the electrooptical crystal in at least one switching state of the modulator as an electrical capacitance of High-voltage resonant circuit is formed and the modulator for changing its switching state comprises means for manipulating the phase and / or amplitude of the voltage applied to the electro-optical crystal high voltage.

Der Hochspannungsschwingkreis kann dabei eine oder mehrere Induktivitäten und/oder eine oder mehrere Kapazitäten umfassen, die ihrerseits in Reihe und/oder parallel zueinander angeordnet sind. Die Resonanzfrequenz des Hochspannungsschwingkreises ergibt sich aus der konkreten Ausbildung der Induktivität und Kapazität. The high-voltage resonant circuit may in this case comprise one or more inductors and / or one or more capacitors, which in turn are arranged in series and / or parallel to one another. The resonant frequency of the high-voltage resonant circuit results from the specific design of the inductance and capacitance.

Vorzugsweise entspricht die Resonanzfrequenz des Hochspannungsschwingkreises einem ganzzahligen Vielfachen oder ganzzahligem Teiler der Wiederholfrequenz der Laserpulse. Preferably, the resonant frequency of the high-voltage resonant circuit corresponds to an integer multiple or integer divisor of the repetition frequency of the laser pulses.

Zweckmäßigerweise ist die am elektrooptischen Kristall anliegende Hochspannung genau so groß, dass die durch den elektrooptischen Kristall hindurchtretenden Laserpulse eine Phasenverzögerung von λ/2, λ/4 oder λ/8 zwischen zwei Polarisationsrichtungen erfahren. Dabei ist λ die Zentralwellenlänge des Laserpulses. Umfasst der elektrooptische Modulator mehrere elektrooptische Kristalle, so ist die Phasenverzögerung zweckmäßigerweise um einen ganzzahligen Teiler kleiner als λ/2. The high voltage applied to the electro-optical crystal is expediently so great that the laser pulses passing through the electro-optical crystal experience a phase delay of λ / 2, λ / 4 or λ / 8 between two polarization directions. Where λ is the central wavelength of the laser pulse. If the electro-optical modulator comprises a plurality of electro-optical crystals, then the phase delay is expediently smaller by an integer divider than λ / 2.

Der Maximalbetrag der an dem elektrooptischen Kristall anliegenden Hochspannung liegt beispielsweise zwischen 1 kV und 20 kV. Aber auch Hochspannungen mit Werten über 20 kV sind denkbar, insbesondere wenn die Größe des elektrooptischen Kristalls im Bereich von einem oder einigen Zentimetern liegt. The maximum amount of high voltage applied to the electro-optical crystal is, for example, between 1 kV and 20 kV. But even high voltages with values above 20 kV are conceivable, especially if the size of the electro-optical crystal is in the range of one or a few centimeters.

Bei hohen Pulsenergien der Laserpulse sind besonders große elektrooptische Kristalle zweckmäßig, um die Pulsenergiedichte unterhalb der Zerstörschwelle des Kristalls und/oder dessen Beschichtung zu belassen. At high pulse energies of the laser pulses particularly large electro-optical crystals are useful to leave the pulse energy density below the damage threshold of the crystal and / or its coating.

Zweckmäßigerweise sind die Mittel zur Manipulation der Phase und/oder Amplitude so ausgebildet, dass die Manipulation der Phase und/oder Amplitude reversibel ist. Günstig ist es, wenn Mittel zur Manipulation der Phase und/oder Amplitude so ausgebildet sind, dass die Manipulation nur innerhalb einer Periode oder Halbperiode der Wiederholfrequenz der Laserpulse erfolgt, und die Phase und/oder Amplitude innerhalb dieses Zeitraums wieder in den ursprünglichen Zustand zurück überführt wird. Advantageously, the means for manipulating the phase and / or amplitude are designed so that the manipulation of the phase and / or amplitude is reversible. It is advantageous if means for manipulating the phase and / or amplitude are designed so that the manipulation takes place only within a period or half-period of the repetition frequency of the laser pulses, and the phase and / or amplitude is converted back to the original state within this period becomes.

So kann gewährleistet werden, dass ein einzelner Laserpuls mit dem elektrooptischen Modulator geschaltet werden kann. This ensures that a single laser pulse can be switched with the electro-optical modulator.

Die Mittel zur Manipulation der Phase und/oder Amplitude können sowohl derart ausgebildet sein, dass sie beim Verändern des Schaltzustandes effektiv eine physikalische Veränderung des Hochspannungsschwingkreises bewirken, aber auch derart, dass der Hochspannungsschwingkreis in den verschiedenen Schaltzuständen an sich unverändert bleibt, stattdessen aber die Amplitude und/oder Phase der anregenden Wechselspannung entsprechend modifiziert wird. The means for manipulating the phase and / or amplitude can both be designed such that they effectively cause a physical change of the high-voltage resonant circuit when the switching state is changed, but also in such a way that the high-voltage resonant circuit remains unchanged in the various switching states remains, but instead the amplitude and / or phase of the exciting alternating voltage is modified accordingly.

Die Mittel zur Manipulation der Phase der am elektrooptischen Kristall anliegenden Wechselspannung können beispielsweise als Phasenschieber ausgebildet sein. The means for manipulating the phase of the alternating voltage applied to the electro-optical crystal can be designed, for example, as a phase shifter.

Ein solcher Phasenschieber kann zum Beispiel halbleiterbasiert als Pin-Diode (Varistor, variabler Widerstand), Varaktoren (= Abstimmdioden, variable Kapazität) realisiert sein. Aber auch die Ausbildung als Hilberttransformator oder Phasenschieberoszillator ist denkbar. Such a phase shifter can be realized, for example, semiconductor-based as a pin diode (varistor, variable resistor), varactors (= tuning diodes, variable capacitance). But also the training as Hilbert transformer or phase shifter oscillator is conceivable.

Andererseits kann ein solcher Phasenschieber über eine Delaykarte, einen Allpass, und/oder eine Verzögerungsleitung zum Schieben der Phase realisiert sein. On the other hand, such a phase shifter can be realized via a delay card, an all-pass, and / or a delay line for shifting the phase.

Beispielsweise kann der Phasenschieber so ausgebildet sein, dass die Phase der Wechselpannung um π/2 oder ein Vielfaches davon verschoben wird. So kann gewährleistet werden, dass ein nach dem Verschieben der Phase durch den elektrooptischen Kristall transmittierter bzw. hindurchtretender Laserpuls eine Phasenverzögerung zwischen seinen beiden Polarisationsrichtungen erfährt, die im Wesentlichen um λ/2, λ/4 oder λ/8, oder bei mehreren elektrooptischen Kristallen entsprechend um einen ganzzahligen Teiler von λ/2, λ/4 oder λ/8, gegenüber der Situation die ohne dem Phasenschieber vorliegt, verschoben ist. Zweckmäßigerweise sind den Hochspannungsschwingkreis physikalisch verändernde Mittel zur Manipulation der Phase und/oder Amplitude als wenigstens eine mit dem Hochspannungsschwingkreis koppelbare Induktivität und/oder Kapazität ausgebildet, wobei die koppelbare Induktivität und/oder Kapazität, im Folgenden Koppelinduktivität und/oder Kopplungskapazität genannt, über einen Kopplungsschalter mit dem Hochspannungsschwingkreis verbunden oder von diesem getrennt werden kann. For example, the phase shifter can be designed such that the phase of the alternating voltage is shifted by π / 2 or a multiple thereof. It can thus be ensured that a laser pulse transmitted or transmitted through the electro-optical crystal after the phase has undergone a phase delay between its two polarization directions, essentially by λ / 2, λ / 4 or λ / 8, or in the case of several electro-optical crystals corresponding to an integer divisor of λ / 2, λ / 4 or λ / 8, relative to the situation that exists without the phase shifter is shifted. Advantageously, the high-voltage resonant circuit physically changing means for manipulating the phase and / or amplitude as at least one coupled to the high-voltage resonant circuit inductance and / or capacitance, wherein the coupling inductance and / or capacitance, hereinafter coupling inductance and / or coupling capacity called via a coupling switch connected to the high-voltage resonant circuit or can be separated from this.

Dies hat den Vorteil, dass z.B. die Resonanzfrequenz des Hochspannungsschwingkreises variiert werden kann und so etwaige Einschwingvorgänge umgangen werden können. Ferner kann durch eine kurzfristige Veränderung der Resonanzfrequenz des Hochspannungsschwingkreises die Phase und/oder Amplitude der in dem Hochspannungsschwingkreis schwingenden Wechselspannung manipuliert werden. This has the advantage that e.g. the resonance frequency of the high voltage resonant circuit can be varied and thus any transient processes can be bypassed. Furthermore, by a short-term change in the resonant frequency of the high-voltage resonant circuit, the phase and / or amplitude of the alternating voltage oscillating in the high-voltage resonant circuit can be manipulated.

In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist der elektrooptische Kristall als Kopplungskapazität ausgebildet. In a particularly advantageous variant of the invention, the electro-optical crystal is designed as a coupling capacity.

Die Ausbildung des elektrooptischen Kristalls als Kopplungskapazität hat den Vorteil, dass die am elektrooptischen Kristall anliegende Wechselspannung durch Abkoppeln vom Hochspannungsschwingkreis im Wesentlichen auf einem konstanten Wert gehalten werden kann. Nach erneutem „Ankoppeln“ des elektrooptischen Kristalls an den Hochspannungsschwingkreis durch Schließen des Kopplungsschalters ist die Phase der Wechselspannung effektiv um ein entsprechendes Zeitintervall verschoben. The design of the electro-optical crystal as a coupling capacitance has the advantage that the alternating voltage applied to the electro-optical crystal can be kept substantially at a constant value by disconnecting from the high-voltage resonant circuit. After again "coupling" of the electro-optical crystal to the high-voltage resonant circuit by closing the coupling switch, the phase of the AC voltage is effectively shifted by a corresponding time interval.

Bei einer Ausbildung des Modulators mit Kopplungskapazität ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Kopplungsschalter als ZeroVoltage Switch („Soft switching“) ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Kopplung quasi verlustfrei erfolgen. In a design of the modulator with coupling capacity, it is particularly advantageous if the coupling switch is designed as ZeroVoltage switch ("soft switching"). In this case, the coupling can be done virtually lossless.

Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Modulation der Phase und/oder Amplitude eine Ansteuerung, die ein Öffnen des Kopplungsschalters zu einem Zeitpunkt, zu dem die an dem elektrooptischen Kristall anliegende Hochspannung den Wert 0 V oder Ihren Maximalwert aufweist, ermöglicht. Preferably, the means for modulating the phase and / or amplitude comprise a drive enabling opening of the coupling switch at a time when the high voltage applied to the electro-optical crystal is 0 V or its maximum value.

Bei einer Ausbildung des Modulators mit Kopplungsinduktivität ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kopplungsinduktivität im Niederspannungsteil des Hochspannungswechselkreises angeordnet ist. In one embodiment of the modulator with coupling inductance, it is particularly advantageous if the coupling inductance is arranged in the low-voltage part of the high-voltage alternating circuit.

Mit dem Niederspannungsteil eines Hochspannungsschwingkreises ist z.B. der Teil im mittleren Bereich einer Spule, die als Induktivität im Schwingkreis wirkt, gemeint. In diesem Bereich sind die Spannungen kleiner als z.B. zwischen der Induktivität und der Kapazität des Hochspannungsschwingkreises. Vorzugsweise liegen die Spannungen im Niederspannungsteil im Bereich von einigen hundert Volt, oder weniger. With the low voltage part of a high voltage resonant circuit is e.g. the part in the central region of a coil, which acts as an inductance in the resonant circuit meant. In this range, the voltages are smaller than e.g. between the inductance and the capacitance of the high voltage resonant circuit. Preferably, the voltages in the low voltage part are in the range of a few hundred volts or less.

So kann zum Beispiel die Resonanzfrequenz des Hochspannungsschwingkreises bei Hinzuschalten dieser Niederspannungskopplungsinduktivität verändert werden, was nach erneutem Trennen der Niederspannungskopplungsinduktivität den Hochspannungsschwingkreis in seinen Ursprungszustand zurückbringt, aber zu einer effektiven Phasenverschiebung der im Hochspannungsschwingkreis schwingenden Wechselspannung führt. Die Anordnung der Koppelinduktivität im Bereich des Niederspannungsteils des Hochspannungswechselkreises hat den Vorteil, dass der Schalter zum Hinzuschalten bzw. Trennen der Kopplungsinduktivität nicht hochspannungsfest sein muss. Thus, for example, the resonant frequency of the high voltage resonant circuit can be changed when this low voltage coupling inductance is added, which, after re-disconnecting the low voltage coupling inductance, returns the high voltage resonant circuit to its original state, but results in an effective phase shift of the AC voltage oscillating in the high voltage resonant circuit. The arrangement of the coupling inductance in the region of the low-voltage part of the high-voltage alternating circuit has the advantage that the switch for connecting or disconnecting the coupling inductance does not have to be high-voltage-resistant.

Solche Schalter können halbleiterbasiert sein, z.B. Pin Dioden (Single Pole Single throw, SPST), Diac, Triac, Thyristor (Silicon controlled rectifier, SCR, hier speziell Thyristor switched capacitor, TSC), SiliziumCarbid (SiC) MOSFETs, Gallium Nitrid MOSFETs, aber auch Röhren, insbesondere Hochspannungszündröhren, Plasmen oder Funkenstrecken sind denkbar. Desweiteren können auch Magnetschalter (sättigbare Spulen) oder Transformatoren mit sättigbarem Kern eingesetzt werden. Such switches may be semiconductor based, eg pin diodes (single pole single throw, SPST), diac, triac, thyristor (silicon controlled rectifier, SCR, here especially thyristor switched capacitor, TSC), silicon carbide (SiC) MOSFETs, gallium nitride MOSFETs, but also tubes, in particular high voltage ignition tubes, plasmas or spark gaps are conceivable. Furthermore, magnetic switches (saturable coils) or transformers with saturable core can be used.

Zur weiteren Kostenreduktion des Modulators könnten aber auch hochspannungsfeste Dioden eingesetzt werden, bei der der Sperrleckstrom durch Bestrahlung mit Licht eingestellt werden kann und demnach der Schaltvorgang durch die Bestrahlung in Gang gesetzt werden kann. For further cost reduction of the modulator but could also high-voltage-resistant diodes can be used, in which the reverse leakage current can be adjusted by irradiation with light and thus the switching process can be set by the irradiation in motion.

Andererseits ist auch ein Quasi-resonantes Schalten (valley switching): Zero voltage switching (ZVS) / zero current switching (ZCS), Burst switching (Ausschneiden einzelner Halbwellen / Ganzwellen) möglich. On the other hand, quasi-resonant switching (valley switching): zero voltage switching (ZVS) / zero current switching (ZCS), burst switching (cutting of individual half-waves / whole-waves) is possible.

Vorzugsweise umfasst der Modulator eine Synchronisierungsschaltung zum Synchronisieren der Wechselspannung im Hochspannungsschwingkreis mit der Wiederholrate der Laserpulse. Preferably, the modulator comprises a synchronization circuit for synchronizing the AC voltage in the high-voltage resonant circuit with the repetition rate of the laser pulses.

So kann gewährleistet werden, dass die am elektrooptischen Kristall anliegende Hochspannung für aufeinanderfolgende Laserpulse gleich ist und nur nach Veränderung der Phase und/oder Amplitude der Wechselspannung im Hochspannungsschwingkreis verändert ist. Thus, it can be ensured that the high voltage applied to the electro-optical crystal is the same for successive laser pulses and is changed only after changing the phase and / or amplitude of the AC voltage in the high-voltage resonant circuit.

Die Synchronisierungsschaltung kann zum Beispiel einen auf einer Nichtlinearität basierenden Frequenzvervielfacher zur Erzeugung einer höheren Harmonischen umfassen, wobei die höhere Harmonische vorzugsweise verstärkt wird und die Synchronisierungsschaltung so ausgebildet sind, dass die verstärkte höhere Harmonische den Hochspannungsschwingkreis speist. The synchronization circuit may comprise, for example, a non-linearity based frequency multiplier for generating a higher harmonic, wherein the higher harmonic is preferably amplified and the synchronizing circuit is arranged so that the amplified higher harmonic feeds the high voltage resonant circuit.

Zweckmäßigerweise umfasst die Synchronisierungsschaltung weitere Mittel zur Rückkopplung der Wechselspannung im Hochspannungsschwingkreis. So kann die Genauigkeit der Synchronisation erhöht werden. The synchronization circuit expediently comprises further means for the feedback of the alternating voltage in the high-voltage resonant circuit. So the accuracy of the synchronization can be increased.

Der elektrooptische Modulator kann ferner wenigstens einen zweiten Hochspannungsschwingkreis umfassen, wobei die Mittel zur Manipulation der Phase und/oder Amplitude wenigstens einen Kopplungsschalter zum Unterbrechen wenigstens eines der Hochspannungsschwingkreise umfassen. The electro-optic modulator may further comprise at least one second high-voltage oscillator, wherein the means for manipulating the phase and / or amplitude comprise at least one coupling switch for interrupting at least one of the high-voltage resonant circuits.

Die beiden Hochspannungsschwingkreise können dabei beispielsweise parallel zueinander angeordnet sein, wobei der Kopplungsschalter in einer der für die Parallelschaltung notwendigen Verbindungen angeordnet ist. The two high-voltage resonant circuits can be arranged, for example, parallel to one another, wherein the coupling switch is arranged in one of the necessary connections for the parallel connection.

Dabei kann der zweite Hochspannungsschwingkreis eine andere Resonanzfrequenz oder Phasenlage als der erste Hochspannungsschwingkreis aufweisen. In this case, the second high-voltage resonant circuit may have a different resonant frequency or phase position than the first high-voltage resonant circuit.

In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn die Mittel zur Manipulation der Phase und/oder Amplitude ausschließlich einen Kopplungsschalter in dem zweiten Hochspannungsschwingkreis umfassen. Dadurch bleibt der erste Hochspannungsschwingkreis stets ununterbrochen. In this case, it is expedient if the means for manipulating the phase and / or amplitude comprise only one coupling switch in the second high-voltage oscillating circuit. As a result, the first high-voltage oscillating circuit always remains uninterrupted.

Dies führt dazu, dass beim Schließen des Kopplungsschalters, derart dass beide Hochspannungsschwingkreise ununterbrochen sind und dabei gleichzeitig parallel zueinander angeordnet sind, eine Schwebung erzeugt wird. Nach Entkoppeln der beiden Hochspannungsschwingkreise bzw. dem Unterbrechen des zweiten Hochspannungsschwingkreises führt dies effektiv zu einer veränderten Phasenlage und/oder Amplitude der Wechselspannung im ersten Hochspannungsschwingkreis. As a result, when the coupling switch is closed in such a way that both high-voltage resonant circuits are uninterrupted and at the same time arranged parallel to one another, a beat is generated. After decoupling the two high-voltage resonant circuits or interrupting the second high-voltage resonant circuit, this effectively leads to a changed phase position and / or amplitude of the AC voltage in the first high-voltage resonant circuit.

Andererseits kann der zweite Hochspannungsschwingkreis aber auch die gleiche Resonanzfrequenz und Phasenlage wie der erste Hochspannungsschwingkreis aufweisen. On the other hand, however, the second high-voltage resonant circuit can also have the same resonant frequency and phase position as the first high-voltage resonant circuit.

Unabhängig davon ob die beiden Hochspannungsschwingkreise die gleiche oder eine andere Resonanzfrequenz aufweisen, kann der Modulator so ausgebildet sein, dass in beiden Hochspannungsschwingkreisen jeweils ein Kopplungsschalter angeordnet ist. So kann wahlweise der eine und/oder der andere Hochspannungsschwingkreis unterbrochen werden. Regardless of whether the two high-voltage resonant circuits have the same or a different resonant frequency, the modulator can be designed so that in each case a coupling switch is arranged in both high-voltage resonant circuits. Thus, either the one and / or the other high-voltage resonant circuit can be interrupted.

Besonders günstig ist es, wenn dann die Kopplungsschalter in beiden Hochspannungsschwingkreisen als gemeinsamer Kopplungsschalter verbunden sind, wobei dieser gemeinsame Kopplungsschalter dann in einer ersten Stellung den ersten Hochspannungsschwingkreis schließt und den zweiten unterbricht und ferner in einer zweiten Stellung den zweiten Hochspannungsschwingkreis schließt und gleichzeitig den ersten unterbricht. It is particularly advantageous if the coupling switches in both high-voltage resonant circuits are then connected as a common coupling switch, this common coupling switch then closing the first high-voltage oscillating circuit in a first position and interrupting the second and furthermore closing the second high-voltage oscillating circuit in a second position and at the same time interrupting the first one ,

Besonders zweckmäßig ist es dann, wenn sich beide Hochspannungsschwingkreise wenigstens ein Element, zum Beispiel eine Induktivität oder eine Kapazität, teilen. It is particularly expedient if both high-voltage resonant circuits share at least one element, for example an inductance or a capacitance.

In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn beide Kopplungskapazitäten gleich sind. Dann haben beide Hochspannungsschwingkreise die gleiche Resonanzfrequenz, so dass die Phasenlage der in den Hochspannungsschwingkreisen osszillierenden Wechselspannung konstant gehalten werden kann. In this case, it is particularly advantageous if both coupling capacities are the same. Then both high-voltage resonant circuits have the same resonant frequency, so that the phase position of the oscillating in the high-voltage resonant circuits alternating voltage can be kept constant.

Auch kann der elektrooptische Modulator mit wenigstens zwei Hochspannungsschwingkreisen so ausgebildet sein, dass der zweite Hochspannungsschwingkreis mit dem ersten Hochspannungsschwingkreis über einen Transformator gekoppelt ist. Also, the electro-optical modulator with at least two high-voltage resonant circuits may be formed so that the second high-voltage resonant circuit is coupled to the first high-voltage resonant circuit via a transformer.

Dies hat den Vorteil, dass dadurch die am elektrooptischen Kristall anliegende Hochspannung entsprechend vergrößert werden kann. This has the advantage that thereby the voltage applied to the electro-optical crystal high voltage can be increased accordingly.

Möglich ist es auch, dass der zweite Hochspannungsschwingkreis wenigstens einen weiteren elektrooptischen Kristall umfasst. It is also possible that the second high-voltage resonant circuit comprises at least one further electro-optical crystal.

Der elektrooptische Modulator kann ferner einen Gleichrichter umfassen, der in Reihe zum elektrooptischen Kristall angeordnet ist. The electro-optic modulator may further comprise a rectifier arranged in series with the electro-optic crystal.

Dadurch kann die über dem elektrooptischen Kristall anliegende Wechselspannung durch den Kopplungsschalter für mindestens eine Halbwelle gleichgerichtet werden. As a result, the alternating voltage applied across the electro-optical crystal can be rectified by the coupling switch for at least one half-wave.

Darüber hinaus kann der elektrooptische Modulator einen optischen Resonator umfassen, wobei die Mittel zur Änderung der Phase und/oder Amplitude des elektrooptischen Modulator zur Erzeugung der Laserpulse mit der Umlauffrequenz der Laserpulse im Resonator synchronisiert sind. In addition, the electro-optical modulator may comprise an optical resonator, wherein the means for changing the phase and / or amplitude of the electro-optical modulator for generating the laser pulses are synchronized with the rotational frequency of the laser pulses in the resonator.

Dies hat den Vorteil, dass der elektrooptische Modulator zur aktiven Modenkopplung eingesetzt werden kann. This has the advantage that the electro-optical modulator can be used for active mode coupling.

Zweckmäßig ist es ferner, wenn der Modulator eine Niederspannungsquelle zur Anregung des Hochspannungsschwingkreises umfasst und wenigstens zwei Modulatoren zusammengeschaltet sind. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Modulatoren über die gleiche Niederspannungsquelle miteinander synchronisiert werden. It is also expedient if the modulator comprises a low-voltage source for exciting the high-voltage resonant circuit and at least two modulators are interconnected. This has the advantage that the two modulators are synchronized with each other via the same low-voltage source.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schalten von Laserpulsen mithilfe des zuvor beschriebenen elektrooptischen Modulators, wobei eine mit den Seedpulsen synchronisierte Wechselspannung in dem Hochspannungsschwingkreis angeregt wird und dabei oder in einem zusätzlichen Schritt diese Wechselspannung an den elektrooptischen Kristall geführt wird, wobei in einem weiteren Schritt, der gegenüber den anderen Schritten zeitlich vor- und/oder nachgelagert sein kann, die Phase der Wechselspannung derart ausgewählt wird, dass die dann am elektrooptischen Kristall anliegende Hochspannung zum Zeitpunkt des den Kristall durchtretenden und zu schaltendenden Laserpulses einen Wert aufweist, der zu einer Polarisationsänderung des Laserpulses gegenüber den übrigen Laserpulsen um +/–λ/8 oder einem Vielfachen oder bei mehreren elektrooptischen Kristallen einem ganzzahligen Teiler davon führt. The invention further relates to a method for switching laser pulses by means of the electro-optical modulator described above, wherein an AC voltage synchronized with the seed pulses is excited in the high-voltage resonant circuit and thereby or in an additional step, this AC voltage is fed to the electro-optical crystal, wherein in a further step , which can be temporally upstream and / or downstream of the other steps, the phase of the AC voltage is selected such that the high voltage then applied to the electro-optical crystal at the time of passing through the crystal and to be switched laser pulse has a value that leads to a polarization change of the laser pulse with respect to the other laser pulses by +/- λ / 8 or a multiple or multiple electro-optical crystals an integer divider leads.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrooptischen Modulators wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. An advantageous embodiment of the electro-optical modulator according to the invention will be explained with reference to the embodiments illustrated in the drawings.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung eines elektrooptischen Modulators gemäß Stand der Technik, 1 a schematic representation of an electro-optical modulator according to the prior art,

2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Modulators, wobei die Modulation der Amplitude der Wechselspannung im Hochspannungsschwingkreis über die Variation der Verstärkung der anregenden Wechselspannung erfolgt, 2 a schematic representation of a first embodiment of an electro-optical modulator according to the invention, wherein the modulation of the amplitude of the AC voltage in the high-voltage resonant circuit via the variation of the gain of the exciting AC voltage,

3 die Signalverläufe des Hochspannungsschwingkreises bei diesem ersten Ausführungsbeispiel, 3 the waveforms of the high voltage resonant circuit in this first embodiment,

4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels, wobei die Mittel zur Modulation der Amplitude der Wechselspannung im Hochspannungsschwingkreis eine koppelbare Kapazität umfassen, 4 2 is a schematic representation of a second exemplary embodiment, wherein the means for modulating the amplitude of the alternating voltage in the high-voltage resonant circuit comprise a couplable capacitance,

5 die Signalverläufe passend zu dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, 5 the waveforms match the in 4 illustrated embodiment,

6 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels, ähnlich zum ersten in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels, allerdings mit Mitteln zur Manipulation der Phase anstatt wie im ersten Ausführungsbeispiels mit Mitteln zur Manipulation der Amplitude, 6 a schematic representation of a third embodiment, similar to the first in 2 illustrated embodiment, however, with means for manipulating the phase instead of as in the first embodiment with means for manipulating the amplitude,

7 die zum dritten Ausführungsbeispiel passenden Signalverläufe, 7 the signal patterns matching the third exemplary embodiment,

8 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels ähnlich zu dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel, allerdings mit Kopplungsinduktivitäten zur Veränderung der Resonanzfrequenz des Hochspannungsschwingkreises und damit einer Verschiebung der Phase der im Hochspannungsschwingkreis schwingenden Hochspannung, 8th a schematic representation of a fourth embodiment similar to that in 6 illustrated embodiment, but with coupling inductances for changing the resonant frequency of the high-voltage resonant circuit and thus a shift in the phase of the high voltage oscillating in the high-voltage resonant circuit,

9 die zum vierten Ausführungsbeispiel passenden Signalverläufe, 9 the signal patterns suitable for the fourth exemplary embodiment,

10 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels mit einem zweiten Hochspannungsschwingkreis, wobei entweder der erste oder der zweite Hochspannungsschwingkreis über einen Kopplungsschalter unterbrochen werden kann, 10 a schematic representation of a fifth embodiment with a second high-voltage resonant circuit, wherein either the first or the second high-voltage resonant circuit can be interrupted via a coupling switch,

11 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels, ähnlich zum fünften Ausführungsbeispiel, nur dass sich hier der erste und der zweite Hochspannungsschwingkreis die Induktivität teilen, 11 a schematic representation of a sixth embodiment, similar to the fifth embodiment, except that here share the first and the second high-voltage circuit inductance,

12 die zum fünften und sechsten Ausführungsbeispiel passenden Signalverläufe, 12 the signal curves suitable for the fifth and sixth embodiments,

13 eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels mit elektrooptischem Kristall als Kopplungskapazität, die zum Schalten zeitweise an den Hochspannungsschwingkreis gekoppelt werden kann, 13 1 is a schematic representation of a seventh embodiment with electro-optical crystal as coupling capacitance, which can be temporarily coupled to the high-voltage resonant circuit for switching,

14 die zum siebten Ausführungsbeispiel passenden Signalverläufe, 14 the signal patterns matching the seventh exemplary embodiment,

15 eine schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels mit elektrooptischem Kristall als Kopplungskapazität und einem Gleichrichter zum Gleichrichten einer Halbwelle, 15 a schematic representation of an eighth embodiment with electro-optical crystal as a coupling capacitance and a rectifier for rectifying a half-wave,

16 die zum achten Ausführungsbeispiel passenden Signalverläufe, 16 the signal patterns matching the eighth exemplary embodiment,

17 eine schematische Darstellung eines neunten Ausführungsbeispiels. 17 a schematic representation of a ninth embodiment.

1 zeigt einen elektrooptischen Modulator (1) gemäß Stand der Technik. 1 shows an electro-optical modulator ( 1 ) according to the prior art.

2 zeigt ein erfindungsgemäß erstes Ausführungsbeispiel eines elektrooptischen Modulators (1) zum Schalten von einzelnen Laserpulsen (2). Die Laserpulse werden von einem Seedlaser erzeugt und durch einen elektrooptischen Kristall (3) und Polarisator (5) geführt. Je nach Polarisation der Laserpulse (2) werden die Laserpulse an dem Polarisator (5) reflektiert oder durch diesen transmittiert. In der Darstellung sind nur die transmittierten Laserpulse (2, F) dargestellt. 2 shows a first embodiment of an electro-optical modulator according to the invention ( 1 ) for switching individual laser pulses ( 2 ). The laser pulses are generated by a seed laser and transmitted through an electro-optical crystal ( 3 ) and polarizer ( 5 ) guided. Depending on the polarization of the laser pulses ( 2 ), the laser pulses on the polarizer ( 5 ) or transmitted through it. In the illustration, only the transmitted laser pulses ( 2 , F).

Wird eine Hochspannung (4, E) an den elektrooptischen Kristall (3) angelegt, so verändert sich die Polarisation der durch den elektrooptischen Kristall (3) transmittierten Laserpulse (2). Die Polarisation der Laserpulse (2) wird so durch den elektrooptischen Kristall (3) je nachdem ob eine Hochspannung (4, E) am Kristall (3) anliegt, oder nicht, entsprechend zur einfallenden Polarisation verändert, oder eben nicht. Is a high voltage ( 4 , E) to the electro-optical crystal ( 3 ), the polarization of the light passing through the electro-optical crystal ( 3 ) transmitted laser pulses ( 2 ). The polarization of the laser pulses ( 2 ) is so through the electro-optical crystal ( 3 ) depending on whether a high voltage ( 4 , E) on the crystal ( 3 ), or not, is changed according to the incident polarization, or not.

Der elektrooptische Modulator (1) umfasst einen Hochspannungsschwingkreis (6), bestehend aus einer Induktivität (I) und einer Kapazität (7). Der elektrooptische Kristall (3) bildet hierbei die Kapazität (7) des Hochspannungsschwingkreises (6). The electro-optical modulator ( 1 ) comprises a high-voltage resonant circuit ( 6 ), consisting of an inductance (I) and a capacitance ( 7 ). The electro-optical crystal ( 3 ) forms the capacity ( 7 ) of the high-voltage oscillating circuit ( 6 ).

Der Hochspannungsschwingkreis (6) wird durch einen Verstärker (8) angetrieben, wobei die Amplitude der in dem Hochspannungsschwingkreis (6) angeregten Wechselspannung (E) über Einstellen der Verstärkung des Verstärkers (8) moduliert wird. Die Verstärkung des Verstärkers (8) wird dabei über ein Triggersignal (D) variiert. Als Eingangssignal des Verstärkers (8) dient zum Anregen des Hochspannungsschwingkreises (6) eine Wechselspannung (C), die mit den vom Seed-Laser erzeugten Laserpulsen (2) synchronisiert ist. Dazu wird das Signal einer Photodiode (A) über einen Tiefpass geleitet (B) und mithilfe einer Frequenzvervielfachung (hier n = 4) in die entsprechende Wechselspannung (C) umgewandelt. The high-voltage oscillating circuit ( 6 ) is controlled by an amplifier ( 8th ), wherein the amplitude of the in the high-voltage resonant circuit ( 6 ) excited AC voltage (E) by adjusting the gain of the amplifier ( 8th ) is modulated. The gain of the amplifier ( 8th ) is varied via a trigger signal (D). As the input signal of the amplifier ( 8th ) serves to excite the high-voltage resonant circuit ( 6 ) an alternating voltage (C), which with the laser pulses generated by the seed laser ( 2 ) is synchronized. For this purpose, the signal of a photodiode (A) is passed through a low-pass filter (B) and converted by means of a frequency multiplication (here n = 4) into the corresponding alternating voltage (C).

Passend zu diesem Ausführungsbeispiel sind in 3 die Signalverläufe an den verschiedenen Positionen (A)–(F) des Modulators (1) dargestellt. Suitable for this embodiment are in 3 the signal curves at the different positions (A) - (F) of the modulator ( 1 ).

4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Modulators (1). Der Modulator (1) umfasst Mittel zur Modulation der Amplitude (8) in Form einer mit dem Hochspannungsschwingkreis (6) koppelbaren Kapazität (10). Diese koppelbare Kapazität (10) kann mit einem Kopplungsschalter (11) mit dem Hochspannungsschwingkreis (6) verbunden werden. Dabei handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel bei der koppelbaren Kapazität (10) um den elektrooptische Kristall (3). 4 shows another embodiment of an electro-optical modulator according to the invention ( 1 ). The modulator ( 1 ) comprises means for modulating the amplitude ( 8th ) in the form of a high-voltage circuit ( 6 ) dockable capacity ( 10 ). This dockable capacity ( 10 ) can be connected to a coupling switch ( 11 ) with the high-voltage resonant circuit ( 6 ) get connected. This is in this embodiment, the coupling capacity ( 10 ) around the electro-optical crystal ( 3 ).

Der Kopplungsschalter (11) ist in diesem Fall beim Öffnen als sogenannter „Zero Current Switch (ZCS)“ ausgebildet und wird über das invertierte Triggersignal (D) angesteuert. The coupling switch ( 11 ) is designed in this case when opening as a so-called "Zero Current Switch (ZCS)" and is controlled by the inverted trigger signal (D).

Die zu diesem Ausführungsbeispiel passenden Signalverläufe sind in 5 dargestellt. The matching to this embodiment waveforms are in 5 shown.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Modulators (1), ähnlich zum ersten in 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Allerdings anstatt – wie im ersten Ausführungsbeispiel – die Amplitude der in dem Hochspannungsschwingkreis (6) schwingenden Wechselspannung und damit die am elektrooptischen Kristall (3) anliegende Hochspannung über die Verstärkung (8) des anregenden Signals (D) zu modulieren, sind die Mittel (8) zur Manipulation der Phase und/oder Amplitude hier als Phasenschieber ausgebildet. Die Verstärkung selbst bleibt konstant. 6 shows a further embodiment of an electro-optical modulator according to the invention ( 1 ), similar to the first in 2 described embodiment. However, instead of - as in the first embodiment - the amplitude of the in the high-voltage circuit ( 6 ) oscillating AC voltage and thus the electro-optical crystal ( 3 ) applied high voltage via the gain ( 8th ) of the stimulating signal (D), the means ( 8th ) designed for manipulating the phase and / or amplitude here as a phase shifter. The gain itself remains constant.

Der Phasenschieber (8) schiebt dabei je nach Ansteuerung die Phase des den Hochspannungsschwingkreis (6) anregenden Signals. Die Ansteuerung des Phasenschiebers (8) erfolgt über ein mit den vom Seed-Laser erzeugten Laserpulsen synchrones Triggersignal. The phase shifter ( 8th ) pushes depending on the control of the phase of the high-voltage circuit ( 6 ) stimulating signal. The activation of the phase shifter ( 8th ) via a with the laser pulses generated by the seed laser synchronous trigger signal.

7 zeigt die entsprechenden Signalverläufe bei einer solchen Phasenmodulation. Dabei gibt die Kurve A den Signalverlauf der Seedpulse, B den Signalverlauf der Seedpulse mit Phasensprung von π/2, C den Signalverlauf nach Tiefpassfilterung (gestrichelt: Verlauf ohne Phasensprung), D nach Frequenzvervielfachung, (hier n = 6, gestrichelt: Verlauf ohne Phasensprung), E die Spannung im Resonator und über dem Kristall mit einbrechender Amplitude bei den Frequenzänderungen, sowie F den Signalverlauf für den geschalteten Puls hinter dem Polarisator wieder. 7 shows the corresponding waveforms in such a phase modulation. The curve A gives the signal curve of the seed pulses, B the signal curve of the seed pulses with phase jump of π / 2, C the signal curve after low pass filtering (dashed: curve without phase jump), D after frequency multiplication, (here n = 6, dashed: curve without phase jump ), E the voltage in the resonator and above the crystal with the amplitude falling in at the frequency changes, and F the signal curve for the switched pulse behind the polarizer again.

8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines elektrooptischen Modulators (1), wobei der Modulator (1) ebenso wie im dritten Ausführungsbeispiel Mittel zur Manipulation der Phase der am elektrooptischen Kristall (3) anliegenden Hochspannung umfasst. 8th shows a fourth embodiment of an electro-optical modulator ( 1 ), wherein the modulator ( 1 ) as well as in the third embodiment means for manipulating the phase of the electro-optical crystal ( 3 ) attached high voltage includes.

In diesem Fall umfassen die Mittel zur Manipulation der Phase (8) zwei mit dem Hochspannungsschwingkreis (6) koppelbare Induktivitäten (9), wobei diese Kopplungsinduktivitäten (9) über jeweils einen Kopplungsschalter (11) mit dem Hochspannungsschwingkreis (6) verbunden oder von diesem getrennt werden können. Dabei sind die Kopplungsinduktivitäten (9, L1, L3) erheblich kleiner als die Hauptinduktivität (L2) des Hochspannungsschwingkreises (6). Umgesetzt ist dies im konkreten hier beschriebenen Fall dadurch, dass die zwei Induktivitäten bei Schließen des Kopplungsschalters (11) kurzgeschlossen werden. Die hier zu schaltenden Spannungen sind deutlich geringer als die am elektrooptischen Kristall (3) anliegende Hochspannung. In this case, the means for manipulating the phase ( 8th ) two with the high voltage resonant circuit ( 6 ) coupled inductors ( 9 ), these coupling inductances ( 9 ) via a respective coupling switch ( 11 ) with the high-voltage resonant circuit ( 6 ) or separated from it. The coupling inductances ( 9 , L1, L3) is considerably smaller than the main inductance (L2) of the high-voltage resonant circuit ( 6 ). This is implemented in the concrete case described here in that the two inductances when closing the coupling switch ( 11 ) are short-circuited. The voltages to be switched here are significantly lower than those at the electro-optical crystal ( 3 ) applied high voltage.

Werden die zwei Induktivitäten (9) einzeln oder gemeinsam zum Hochspannungsschwingkreis (6) hinzugeschaltet, so verändert sich die Resonanzfrequenz des Hochspannungsschwingkreises (6). Werden andererseits die beiden Induktivitäten (9) oder eine einzelne Induktivität (9) kurzgeschlossen, so resultiert dies im Vergleich zur Situation vor Öffnen und Schließen des Kopplungsschalters (11, 8) zu einer effektiven Phasenverschiebung der im Hochspannungsschwingkreis (6) schwingenden Wechselspannung. Are the two inductors ( 9 ) individually or together to the high-voltage resonant circuit ( 6 ), the resonance frequency of the high-voltage oscillator circuit ( 6 ). On the other hand, if the two inductances ( 9 ) or a single inductance ( 9 ), this results in comparison to the situation before opening and closing the coupling switch ( 11 . 8th ) to an effective phase shift in the high-voltage resonant circuit ( 6 ) oscillating AC voltage.

9 zeigt dazu passend die Signalverläufe bei Phasenmodulation des Hochspannungsschwingkreises (6). (A: Seedpulse, B: Seedpulse mit Phasensprung von π/2, C: nach Tiefpassfilterung (gestrichelt: Verlauf ohne Phasensprung), D: nach Frequenzvervielfachung, (hier n = 6, gestrichelt: Verlauf ohne Phasensprung), E: Spannung im Resonator und über dem Kristall mit reduziertem Einbrechen der Amplitude bei den Frequenzänderungen (gestrichelt: Verlauf ohne Resonanzfrequenznachführung), F: Geschalteter Puls hinter dem Polarisator. (Anmerkung: Fernab des zu schaltenden Pulses kann der Resonator selbstverständlich entsprechend des AM Prinzips ausgeschaltet werden)). 9 shows suitably the signal curves in phase modulation of the high-voltage resonant circuit ( 6 ). (A: seed pulses, B: seed pulses with phase jump of π / 2, C: after low pass filtering (dashed: curve without phase jump), D: after frequency multiplication, (here n = 6, dashed: curve without phase jump), E: voltage in the resonator and above the crystal with reduced amplitude collapse at frequency changes (dashed: curve without resonant frequency tracking), F: switched pulse behind polarizer (Note: far from the pulse to be switched, the resonator can of course be turned off according to the AM principle)).

10 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Modulators (1). Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Modulatoren (1) umfasst dieser Modulator (1) einen zweiten Hochspannungsschwingkreis (13), sowie einen Kopplungsschalter (11) mithilfe dessen entweder der erste (6) oder der zweite Hochspannungsschwingkreis (13) unterbrochen werden kann. Beide Hochspannungsschwingkreise (6, 13) sind parallel zueinander angeordnet, wobei diese Verbindung über den Kopplungsschalter (11) unterbrochen ist. 10 shows a fifth embodiment of an electro-optical modulator according to the invention ( 1 ). Unlike the previously described modulators ( 1 ) this modulator comprises ( 1 ) a second high-voltage resonant circuit ( 13 ), as well as a coupling switch ( 11 ) using either the first ( 6 ) or the second high-voltage oscillating circuit ( 13 ) can be interrupted. Both high-voltage oscillating circuits ( 6 . 13 ) are arranged parallel to each other, this connection via the coupling switch ( 11 ) is interrupted.

Beim Verändern des Schalterzustandes des Kopplungsschalters (11) wird zwischen den zwei Hochspannungsschwingkreisen (6, 13) hin und her geschaltet. Da der elektrooptische Kristall (3) als Kapazität im ersten Hochspannungsschwingkreis (6) ausgebildet ist, kann die an dem Kristall (3) anliegende Hochspannung zeitlich durch eine zur Phase der in beiden Hochspannungsschwingkreisen (6, 13) oszillierenden Wechselspannung passende Veränderung des Kopplungsschalterzustandes (11) manipuliert werden. When changing the switch state of the coupling switch ( 11 ) is between the two high-voltage oscillating circuits ( 6 . 13 ) switched back and forth. Since the electro-optical crystal ( 3 ) as capacitance in the first high-voltage resonant circuit ( 6 ) is formed on the crystal ( 3 ) applied high voltage in time by a to the phase of both high-voltage resonant circuits ( 6 . 13 ) oscillating AC voltage matching change of the coupling switch state ( 11 ) are manipulated.

Je nach Schaltzeitpunkt sind somit unterschiedliche Betriebszustände des elektrooptischen Modulators (1) möglich. Depending on the switching time, different operating states of the electro-optical modulator ( 1 ) possible.

11 zeigt ein sechstes, zum fünften Ausführungsbeispiel ähnliches Ausführungsbeispiel. Hierbei teilen sich die beiden Hochspannungsschwingkreise die Induktivität (L). Der Kopplungsschalter (11) ist hier zwischen Kapazität und Induktivität angeordnet. Je nach Schalterzustand besteht der Hochspannungsschwingkreis (6) entweder aus der Induktivität L und der Kapazität CK des ersten Hochspannungsschwingkreises oder aus der Induktivität L und der Kapazität des zweiten Hochspannungsschwingkreises. 11 shows a sixth, similar to the fifth embodiment embodiment. Here, the two high-voltage resonant circuits share the inductance (L). The coupling switch ( 11 ) is arranged here between capacitance and inductance. Depending on the switch state, the high-voltage resonant circuit ( 6 ) either from the inductance L and the capacitance CK of the first high-voltage resonant circuit or from the inductance L and the capacitance of the second high-voltage resonant circuit.

12 zeigt die zum in 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispielen passenden Signalverläufe beim Burstbetrieb durch Umschalten zwischen den zwei seedsynchronisierten Hochspannungsschwingkreisen (6, 13), hier gezeigt für die Viertelfrequenz des Seedlasers. A: Seedpulse, B: nach Tiefpassfilterung, C: Subharmonische mit ¼f0, D: Triggersignal, E: Spannung im Hochspannungsschwingkreis, F: Spannung über dem Kristall, F: geschalteter Puls hinter dem Polarisator. 12 shows the to in 10 and 11 illustrated embodiments matching signal waveforms in burst mode by switching between the two seedsynchronisierten high-voltage resonant circuits ( 6 . 13 ), shown here for the quarter frequency of the Seedlasers. A: seed pulses, B: after low-pass filtering, C: subharmonic with ¼f0, D: trigger signal, E: voltage in the high-voltage resonant circuit, F: voltage across the crystal, F: switched pulse behind the polarizer.

13 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Modulators (1). In diesem Beispiel ist der elektrooptische Kristall (3) als Kopplungskapazität (10) ausgebildet. Dabei sind die an dem elektrooptischen Kristall anliegenden Kontakte über zwei miteinander gekoppelte Kopplungsschalter (11) mit dem Hochspannungsschwingkreis (6) derart verbunden, dass der elektrooptische Kristall (3) bei geschossenem Kopplungsschalter (11) parallel mit der Kapazität des Hochspannungsschwingkreises (6) verbunden ist. In diesem Schalterzustand wirkt dann der elektrooptische Kristall als Kapazität innerhalb des Hochspannungsschwingkreises (6). Damit wirkt der Kopplungsschalter (11) als Mittel (8) zur Manipulation der Phase und/oder Amplitude der am elektrooptischen Kristall (3) anliegenden Wechselspannung. 13 shows a seventh embodiment of an electro-optical modulator according to the invention ( 1 ). In this example, the electro-optic crystal ( 3 ) as coupling capacity ( 10 ) educated. In this case, the voltage applied to the electro-optical crystal contacts via two coupled coupling switches ( 11 ) with the high-voltage resonant circuit ( 6 ) such that the electro-optical crystal ( 3 ) with the coupling switch ( 11 ) in parallel with the capacitance of the high-voltage oscillating circuit ( 6 ) connected is. In this switch state then the electro-optical crystal acts as a capacitance within the high-voltage oscillating circuit ( 6 ). Thus the coupling switch ( 11 ) as a means ( 8th ) for manipulating the phase and / or amplitude of the electro-optical crystal ( 3 ) applied AC voltage.

In 14 sind die Signalverläufe für dieses Ausführungsbeispiel dargestellt. A: Seedpulse, B: nach Tiefpassfilterung, C: Triggersignal, D: Spannung im Hochspannungsschwingkreis, E: Spannung über dem Kristall (–λ/4 oder +λ/4), F: geschalteter Puls hinter dem Polarisator. In 14 the waveforms for this embodiment are shown. A: seed pulses, B: after low-pass filtering, C: trigger signal, D: voltage in the high-voltage resonant circuit, E: voltage across the crystal (-λ / 4 or + λ / 4), F: switched pulse behind the polarizer.

15 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Modulators (1) ähnlich zum siebten Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zum siebten Ausführungsbeispiel ist in diesem Beispiel zusätzlich als Gleichrichter (14) ein HV-fester MOSFET verbaut, derart, dass im „Zero Voltage Switching (ZVS)“ eine Gleichrichtung einer Halbwelle erfolgt. Diese Gleichrichtung ist über den Kopplungsschalter (11) zuschaltbar. Der Kopplungschalter (11) kann vorzugsweise als Serienschaltung von schnellen und HV-festen Bauteilen ausgeführt werden. 15 shows an eighth embodiment of an electro-optical modulator according to the invention ( 1 ) similar to the seventh embodiment. In contrast to the seventh embodiment is in this example in addition as a rectifier ( 14 ) An HV solid MOSFET installed, such that in the "Zero Voltage Switching (ZVS)" is a rectification of a half-wave. This rectification is via the coupling switch ( 11 ) switchable. The coupling switch ( 11 ) can be preferably carried out as a series connection of fast and HV-solid components.

In 16 sind die Signalverläufe für dieses Ausführungsbeispiel dargestellt. A: Seedpulse, B: nach Tiefpassfilterung, C: Triggersignal, D: Spannung im Hochspannungsschwingkreis, E: Spannung über dem Kristall (–λ/4 oder +λ/4), F: geschalteter Puls hinter dem Polarisator. In 16 the waveforms for this embodiment are shown. A: seed pulses, B: after low-pass filtering, C: trigger signal, D: voltage in the high-voltage resonant circuit, E: voltage across the crystal (-λ / 4 or + λ / 4), F: switched pulse behind the polarizer.

In 17 ist ein neuntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrooptischen Modulators (1) dargestellt. In diesem Beispiel ist der elektrooptische Modulator wiederum als Kopplungskapazität (10) umgesetzt. Anstatt einer wie in vorherigen Beispielen direkten parallelen Anordnung dieser Kopplungskapazität (10) zur Kapazität des Hochspannungsschwingkreises (6) ist in diesem Beispiel ein Transformator zwischengeschaltet. Mithilfe dieses Transformators wird die am elektrooptischen Kristall (3) anliegende Hochspannung gegenüber der im Hochspannungsschwingkreis (6) vorliegenden Spannung weiter erhöht. In 17 is a ninth embodiment of an electro-optical modulator according to the invention ( 1 ). In this example, the electro-optic modulator is in turn used as a coupling capacity ( 10 ) implemented. Instead of a direct parallel arrangement of this coupling capacity (as in previous examples) ( 10 ) to the capacitance of the high voltage oscillating circuit ( 6 ), a transformer is interposed in this example. With the help of this transformer, the on the electro-optical crystal ( 3 ) applied high voltage compared to the high-voltage resonant circuit ( 6 ) voltage further increased.

Claims

Electro-optical modulator ( 1 ) for switching laser pulses ( 2 ) of a given polarization and repetition rate, comprising: at least one birefringent electro-optic crystal ( 3 ), at least at times on the electro-optical crystal ( 3 ) high voltage ( 4 ) for changing the polarization of the laser pulses ( 2 ), and at least one polarizer ( 5 ) for selecting laser pulses ( 2 ) of a certain polarization, characterized in that the modulator ( 1 ) at least one excitable high-voltage resonant circuit ( 6 ) for generating the high voltage ( 4 ) as alternating voltage, wherein the electro-optical crystal ( 3 ) in at least one switching state of the modulator as an electrical capacitance ( 7 ) of the high-voltage oscillating circuit ( 6 ) and the modulator ( 1 ) for changing its switching state means ( 8th ) for manipulating the phase and / or amplitude of the electro-optical crystal ( 3 ) applied AC voltage ( 4 ).

Electro-optical modulator ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the resonant frequency of the high-voltage resonant circuit ( 6 ) in at least one switching state of the modulator ( 1 ) an integer multiple or integer divisor of the repetition frequency of the laser pulses ( 2 ) corresponds.

Electro-optical modulator ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the means ( 8th ) for manipulating the phase and / or amplitude as at least one with the high-voltage resonant circuit ( 6 ) Coupling inductance ( 9 ) and / or capacity ( 10 ), this coupling inductance ( 9 ) and / or coupling capacity ( 10 ), via a coupling switch ( 11 ) with the high-voltage resonant circuit ( 6 ) or can be separated from it.

Electro-optical modulator ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the electro-optical crystal ( 3 ) as coupling capacity ( 10 ) is trained.

Electro-optical modulator ( 1 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the coupling inductance ( 9 ) in the low voltage part ( 12 ) of the high-voltage oscillating circuit ( 6 ) is arranged.

Electro-optical modulator ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electro-optical modulator ( 1 ) a second high-voltage resonant circuit ( 13 ) and the means for manipulating the phase and / or amplitude at least one coupling switch ( 11 ) for interrupting at least one of the high-voltage oscillating circuits ( 6 . 13 ).

Electro-optical modulator ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the second high-voltage resonant circuit ( 13 ) with the first High voltage oscillating circuit ( 6 ) via a transformer ( 15 ) is coupled.

Electro-optical modulator ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electro-optical modulator ( 1 ) further comprises a rectifier ( 14 ) leading to the electro-optical crystal ( 3 ) is arranged in series.

Electro-optical modulator ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electro-optical modulator ( 1 ) an optical resonator ( 14 ), wherein the electro-optical modulator ( 1 ) for generating the laser pulses ( 2 ) with the rotational frequency of the laser pulses ( 2 ) in the resonator ( 14 ) is synchronized.

Method for switching laser pulses ( 2 ) using an electro-optical modulator ( 1 ) according to the preceding claims, wherein for switching the modulator synchronized with the seed pulses AC voltage in the high-voltage resonant circuit ( 6 ) and thereby or in an additional step, this AC voltage to the electro-optical crystal ( 3 ), wherein in a further step, which may be temporally upstream and / or downstream compared to the other steps, the phase of the alternating voltage is selected such that it is then applied to the electro-optical crystal ( 3 ) applied high voltage at the time of the crystal ( 3 ) passing through and to be switched laser pulse ( 2 ) has a value which results in a phase delay between the two polarization directions of the laser pulse ( 2 ) leads to the other laser pulses by +/- λ / 2, λ / 4, or λ / 8 or a multiple thereof.