DE102018003813A1 - Optical amplifier arrangements - Google Patents
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Abstract
In dieser vorliegenden Erfindung werden optische Verstärkeranordnungen vorgeschlagen, die im wesentlichen aus folgenden Komponenten bestehen:
- einer Strahlquelle (1), die einen Strahl (11) abgibt,
- einer Modenanpassungsoptik für den Strahl (11),
- einem Verstärkungsmedium (8),
- einer optischen Pumpeinheit (6), die einen Pumpstrahl (61) zum Pumpen von dem Verstärkungsmedium (8) bereitstellt
- einem Strahlseparator (7), der den verstärkten Strahl (17) von dem Pumpstrahl (61) trennt und zu einem Ausgangsstrahl (91) auskoppelt, wobei die optische Pumpeinheit (1) ein konisches Verstärkungsvolumen mit einem definierten Fokussierungswinkel Op, in dem Verstärkungsmedium (8) generiert und die Modenanpassungsoptik (2) so ausgelegt and angeordnet wird, dass der zu verstärkende Strahl (11) zu einem Strahl (12) mit einer definierten Öffnungswinkel Θs, transformiert wird, wobei der Öffnungswinkel Θs kleiner oder gleich dem Fokussierungswinkel Op gilt.
In this present invention optical amplifier arrangements are proposed which consist essentially of the following components:
a beam source (1) emitting a beam (11),
a mode matching optics for the beam (11),
a gain medium (8),
- An optical pump unit (6), which provides a pumping beam (61) for pumping of the gain medium (8)
a jet separator (7) which separates the amplified jet (17) from the pumping beam (61) and decouples it to an output beam (91), the optical pumping unit (1) having a conical gain volume with a defined focusing angle Op, in the gain medium ( 8) and the mode matching optics (2) are designed and arranged in such a way that the beam (11) to be amplified is transformed into a beam (12) with a defined aperture angle Θs, the aperture angle Θs being less than or equal to the focusing angle Op.
Description
Die Lasermaterialbearbeitung gewinnt zunehmend Bedeutung als präzises und flexibles Produktionverfahren. Insbesondere aufgrund ihrer hohen Pulsleistung sind Festkörperlaser mittlerweile ein unverzichbares Werkzeug für vielfältige Anwendungen geworden. Optisch endgepumpte Festkörperlaser sind aufgrund ihrer kompakten Bauweise, hohem Wirkungsgrad, hoher Strahlqualität, etc. sehr verbreitet.Laser material processing is becoming increasingly important as a precise and flexible production process. In particular, due to their high pulse power solid state lasers have become an indispensable tool for a variety of applications. Optically end-pumped solid state lasers are very common because of their compact design, high efficiency, high beam quality, etc.
Für die effiziente und hochqualititive Erzeugung von Laserstrahlung ist eine optische Pumpquelle mit hoher Strahlqualität erforderlich. Bei Lasermedien wie Yb-dotierten Kristallen mit einem 3-Niveau-System ist die erforderliche Schwellleistungsdichte besonders hoch. Daraus ergeben sich zwei zu lösende Problemstellungen: zum einen ist die Bereitstellung der Pumpquellen mit erforderlichen Leistungdichte eine große Herausforderung; zum anderen, ist die Leistungdichte so hoch, dass das Krsitall beschädigt werden kann. Dies erschwert die Realisierung eines effizienten Lasers.The efficient and high-quality generation of laser radiation requires an optical pump source with high beam quality. For laser media such as Yb-doped crystals with a 3-level system, the required threshold power density is particularly high. This results in two problems to be solved: on the one hand, the provision of the pump sources with the required power density is a great challenge; On the other hand, the power density is so high that the Krsitall can be damaged. This complicates the realization of an efficient laser.
Bei Erreichung der erforderlichen Leistungsdichte weist das Verstärkungsvolumen nur einen limitierten Querschnitt auf. Dies führt dazu, dass die erreichbare Pulsenergie durch die Schädigungsschwelle der Beschichtung begrenzt wird.Upon achieving the required power density, the gain volume has only a limited cross-section. As a result, the achievable pulse energy is limited by the damage threshold of the coating.
In dieser vorliegenden Patenanmeldung werden optische Verstärkeranordnungen angegeben, mit denen zum einem die Anforderungen an die Strahlqualität der Pumpquelle gemindert und zum anderen die erreichbare Pulsenergie ohne Beschädigung der Lasermedien oder Entstehung von nichtlinearen Effekten gesteigert werden kann.In this patent application, optical amplifier arrangements are specified with which, on the one hand, the requirements for the beam quality of the pump source can be reduced and, on the other hand, the achievable pulse energy can be increased without damaging the laser media or producing nonlinear effects.
In dieser vorliegenden Erfindung werden optische Verstärkeranordnungen vorgeschlagen, die im Wesentlichen aus folgenden Komponenten bestehen:
- - einer Strahlquelle (
1 ), die einen Strahl (11 ) abgibt, - - einer Modenanpassungsoptik für den Strahl (
11 ), - - einem Verstärkungsmedium (
8 ), - - einer optischen Pumpeinheit (
6 ), die einen Pumpstrahl (61 ) zum Pumpen von dem Verstärkungsmedium (8 ) bereitstellt - - einem Strahlseparator (
7 ), der den verstärkten Strahl (17 ) von dem Pumpstrahl (61 ) trennt und zu einem Ausgangsstrahl (91 ) auskoppelt,
- a beam source (
1 ), which has a beam (11 ), - a mode matching optics for the beam (
11 ) - a gain medium (
8th ) - an optical pump unit (
6 ), which has a pumping beam (61 ) for pumping the amplification medium (8th ) - a jet separator (
7 ), which amplifies the beam (17 ) of the pumping beam (61 ) and to an output beam (91 ),
Die Kernidee liegt darin, dass die optische Pumpeinheit (
Eine beispielhafte Ausführung der Modenanpassungsoptik besteht aus einer sphärischen oder zylindrischen positiven Linse (
In der Nähe des mit der positiven Linse erzeugten Fokus kann erhöhte Intensität auftreten. Dies kann zur Beschädigung von optische Komponenten führen. Deswegen ist es vorteilhaft statt einer positiven Linse eine negative Linse zu verwenden.
Die Absorption des Pumpstrahls (
Eine einfache Ausführung zeigt die
Es ist es vorteilhaft, dass die negative Linse so nahe wie möglich an dem Verstärkungsmedium angeordnet wird.It is advantageous that the negative lens is placed as close as possible to the gain medium.
Eine optimale Anpassung zwischen dem Modenvolumen und Vertärkungsvolumen liegt vor, wenn der Pumpstrahl (
In den letzten Jahren wurden nachgewiesen, dass diodenendgepumpten Slaboszillator/verstärker ein vielversprechendes Konzept zur Skalierung von Laserleistung/energie ist. Dabei wird als Verstärkungsmedium (
In der Verstärkeranodnung wird der zu verstärkende Strahl (
Zur Vermeidung von Phasenstörungen wird der Pumpstrahl so geformt und die Modenanpassungsoptik so ausgelegt, dass das von dem zu verstärkenden Strahl (
Da der Strahlquerschnitt des verstärkten Strahls beim Austritt aus dem Verstärkungsmedium deutlich größer als beim Eintritt in das Verstärkungsmedium ist, kann die extrahierbare Intensität ohne Beschädigung deutlich gesteigert werden.Since the beam cross-section of the amplified beam at the exit from the gain medium is significantly larger than when entering the gain medium, the extractable intensity can be significantly increased without damage.
Ein essentieller Vorteil der Verstärkeranordnungen gemäß dieser Erfindung besteht darin, dass die geforderte Strahlqualität der Pumpquelle erheblich reduziert wird, da ein trapezförmiges Verstärkungsvolumen ein optimales Matching zwischen dem Modenvolumen und Verstärkungsvolumen zulässt.An essential advantage of the amplifier arrangements according to this invention is that the required beam quality of the pump source is considerably reduced since a trapezoidal gain volume allows for optimal matching between the mode volume and gain volume.
Eine weitere Vergrößerung des Querschnitts des verstärkten Strahls wird erreicht, indem der Kristall in mehrere Segemente (
Für die Erzeugung eines konischesn Verstärkungsvolumen kann eine Pumpquelle aus einem fasergekoppelten Diodenlasersystem verwendet werden. Zum Pumpen eines quaderförmigen Kristalls ist vorzugweise ein Diodenlaserstack inkl. optisches Stack in einem Zusammenwirken von einer geeigneten Strahlformungsoptik zu benutzen.For the generation of a conical gain volume, a pump source from a fiber-coupled diode laser system can be used. For pumping a cuboid crystal, it is preferable to use a diode laser stack including an optical stack in conjunction with a suitable beam-shaping optical system.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018003813.1A DE102018003813A1 (en) | 2018-05-13 | 2018-05-13 | Optical amplifier arrangements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102018003813.1A DE102018003813A1 (en) | 2018-05-13 | 2018-05-13 | Optical amplifier arrangements |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102018003813A1 true DE102018003813A1 (en) | 2019-11-14 |
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ID=68336598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102018003813.1A Withdrawn DE102018003813A1 (en) | 2018-05-13 | 2018-05-13 | Optical amplifier arrangements |
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DE (1) | DE102018003813A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117096709A (en) * | 2023-10-17 | 2023-11-21 | 北京盛镭科技有限公司 | Ultrashort pulse laser amplifying device and method |
Citations (2)
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US20050036532A1 (en) * | 2003-08-11 | 2005-02-17 | Mcdonagh Louis | High gain tapered laser gain module |
CN101068062A (en) * | 2007-06-15 | 2007-11-07 | 北京理工大学 | End-pumped plates laser technique |
-
2018
- 2018-05-13 DE DE102018003813.1A patent/DE102018003813A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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