DE102019205285A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Laserpulsen - Google Patents

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Oliver Rapp
Christian Stolzenburg
Bouzid Montasser
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Trumpf Laser GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Laserpulsen (3a, 3b) durch Verändern der Güte eines Resonators (4), umfassend: Erzeugen der Laserpulse (3a, 3b) durch Ansteuern eines optischen Modulators (10) mit einem Steuersignal (S) zum Umschalten zwischen einem ersten Betriebszustand (B1) des optischen Modulators (10) zum Erzeugen einer ersten Güte des Resonators (4) und einem zweiten Betriebszustand (B2) des optischen Modulators (10) zum Erzeugen einer zweiten Güte des Resonators (4). Zum Erzeugen einer Folge (2) von Laserpulsen (3a, 3b), bei der sich erste Laserpulse (3a) mit zweiten, von den ersten verschiedenen Laserpulsen (3b) abwechseln, wird der optische Modulator (10) zum Erzeugen eines jeweiligen ersten Laserpulses (3a) und eines jeweiligen zweiten Laserpulses (3b) mit dem Steuersignal (S) alternierend jeweils unterschiedlich angesteuert. Die Erfindung betrifft auch eine zugehörige Vorrichtung (1) zum Erzeugen von Laserpulsen (3a, 3b)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Laserpulsen durch Verändern der Güte eines (Laser-)Resonators, umfassend: Erzeugen der Laserpulse durch Ansteuern eines optischen Modulators zum Umschalten zwischen einem ersten Betriebszustand des optischen Modulators zum Erzeugen einer ersten Güte des Resonators und einem zweiten Betriebszustand des optischen Modulators zum Erzeugen einer zweiten, von der ersten verschiedenen Güte des Resonators. Die Erfindung betrifft auch eine zugehörige Vorrichtung zum Erzeugen von Laserpulsen, umfassend: einen Resonator, einen in dem Resonator angeordneten optischen Modulator, sowie eine Steuerungseinrichtung, die zur Erzeugung eines Steuersignals ausgebildet ist, um den optischen Modulator zwischen einem ersten Betriebszustand zum Erzeugen einer ersten Güte des Resonators und einem zweiten Betriebszustand zum Erzeugen einer zweiten, von der ersten verschiedenen Güte des Resonators umzuschalten.
  • Folgen von Laserpulsen mit sehr kurzen Pulsdauern, wie sie z.B. in der Materialbearbeitung verwendet werden, können in einem Laser-Resonator beispielsweise mit Hilfe einer Güteschaltung bzw. Cavity Dumping erzeugt werden. Bei der Pulserzeugung mit Cavity Dumping wird hierbei der Auskoppelgrad bzw. der Verlust des Resonators mittels einer Güteschaltung moduliert, und zwar typischer Weise zwischen einem ersten Betriebszustand, bei dem der Resonator zum Aufbau eines Laserpulses geschlossen bzw. annähernd vollständig geschlossen ist (d.h. typischerweise Auskoppelgrad bzw. Verlust 0%-20%) und einem zweiten Betriebszustand, bei dem der Laserpuls aus dem Resonator ausgekoppelt wird (Auskoppelgrad bzw. Verlust typischerweise 30-100%). Der Verlust des Resonators ist eine dimensionslose Größe, die reziprok proportional zur Güte des Resonators (auch Q-Faktor genannt) ist.
  • Bei der klassischen Güteschaltung ist der Verlust in dem ersten Betriebszustand des optischen Modulators hoch, d.h. ca. 40%-100% und die Güte gering, um eine Verstärkung in dem Lasermedium aufzubauen. In dem zweiten Betriebszustand ist die Güte hoch und der Verlust gering, d.h. typischerweise ca. 0%-60%, um einen Laserpuls aufzubauen und aus dem Laser-Resonator auszukoppeln. Anders als beim Cavity Dumping wird bei der klassischen Güteschaltung der Laserpuls in dem zweiten Betriebszustand daher sowohl aufgebaut als auch ausgekoppelt.
  • Eine solche Modulation des Auskoppelgrads bzw. der Güte des Resonators kann beispielsweise mit einem akusto-optischen Modulator oder einer Verzögerungseinrichtung, z.B. einer Verzögerungsplatte, zum Erzeugen einer festen Phasenverzögerung in Verbindung mit einem optischen Modulator, beispielsweise einem elektro-optischen Modulator, zur Erzeugung einer variablen Phasenverzögerung realisiert werden, die mit einer polarisationsselektiven Auskoppel-Einrichtung beispielsweise in Form eines Polarisators kombiniert wird. Bei der klassischen Güteschaltung kann ggf. auf eine polarisationsselektive Auskoppel-Einrichtung verzichtet werden, d.h. die Auskopplung kann z.B. mittels eines teildurchlässigen (End-)Spiegels erfolgen.
  • Aufgrund der Laserdynamik können Laser-Oszillatoren bzw. Laser-Resonatoren im Pulsbetrieb (z.B. bei einer Güteschaltung bzw. beim Cavity Dumping) Fluktuationen der Pulsenergie und/oder des Modenprofils zeigen. Typischerweise wird das anschwingende Modenprofil, d.h. die (transversalen) Moden, die in einem Multimode-Resonator beim Aufbau eines jeweiligen Laserpulses angeregt werden, nicht vorgegeben bzw. kontrolliert, weshalb das Strahlprofil und die Energie von Laserpuls zu Laserpuls unkontrolliert fluktuieren kann. Durch die unterschiedlichen Pulsaufbauzeiten der Modensätze kommt es neben der Energiefluktuation zusätzlich zu zeitlichen Fluktuationen bzw. zu zeitlichem Jitter.
  • Aus der US 5,365,532 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Stabilisieren der Output-Amplitude von Lasern bei der Pulserzeugung mittels Cavity Dumping beschrieben. Dort wird mittels eines Detektors der Pulsaufbau bzw. die ansteigende Intensität der Laserstrahlung in dem Resonator überwacht und der Auskopplungszeitpunkt des Laserpulses beim Erreichen eines Schwellwerts der Intensität getriggert. Der aufgrund des getriggerten Auskopplungszeitpunkts auftretende zeitliche Jitter kann durch andere Maßnahmen reduziert werden.
  • In der US 4,044,316 wird ein stabilisierter Nd:YAG Laser mit Cavity Dumping beschrieben, bei dem Relaxations-Oszillationen unterdrückt werden. Die Relaxations-Oszillationen treten auf, wenn beim Leistungsaufbau innerhalb des Resonators die Leistung ihren stationären Wert überschreitet, was zu einer Oszillation führt, deren Dämpfungszeit in der Größenordnung von einigen hundert Millisekunden liegt. Um die Dämpfungszeit zu verringern, ist in dem Resonator ein optischer Kristall zur Frequenzverdopplung bzw. zur Erzeugung der zweiten Harmonischen („second harmonic generation“, SHG) angeordnet. Für die Verringerung der Dämpfungszeit ist es ausreichend, wenn der optische Kristall eine Leistung der zweiten Harmonischen erzeugt, die in der Größenordnung von ca. 0,1% der Leistung bei der Grundfrequenz liegt.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, welche eine Reduzierung von zeitlichen Fluktuationen sowie von Energie-Fluktuationen der durch Güteschaltung bzw. Cavity Dumping erzeugten Laserpulse ermöglichen.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem zum Erzeugen einer Folge von Laserpulsen, bei der sich erste Laserpulse mit zweiten, von den ersten verschiedenen Laserpulsen abwechseln, der optische Modulator zum Erzeugen eines jeweiligen ersten Laserpulses und eines jeweiligen zweiten Laserpulses mit dem Steuersignal alternierend jeweils unterschiedlich angesteuert wird.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, an Stelle einer Reduzierung der Fluktuationen der einzelnen Laserpulse den Laser-Resonator durch eine gezielte alternierende Ansteuerung des optischen Modulators in einen starken bistabilen Zustand zu bringen, d.h. der Laser-Resonator oszilliert zwischen zwei Zuständen mit jeweils stabilem Modenprofil bzw. stabiler Pulsenergie. Die weiter oben beschriebenen zeitlichen Fluktuationen treten insbesondere im Bereich von Frequenzen auf, deren Periodendauer der Fluoreszenzlebensdauer des jeweils angeregten Laserniveaus entspricht (bei Yb:YAG typischerweise im Bereich einiger kHz). In anderen Frequenzbereichen, insbesondere bei sehr kleinen Frequenzen von < 100 Hz oder bei sehr großen Frequenzen von > 1 MHz treten in der Regel keine unkontrollierten Fluktuationen durch zwei unterschiedliche anschwingende Modensätze auf, so dass eine gezielte alternierende Ansteuerung des optischen Modulators in diesen Frequenzbereichen in der Regel nicht erforderlich ist. Typische (Puls-)Frequenzen, bei denen ein jeweiliger (erster und zweiter) Laserpuls erzeugt werden, liegen zwischen ca. 200 Hz und ca. 1000 kHz, bevorzugt zwischen ca. 1 kHz und ca. 100 kHz.
  • Die ersten Laserpulse und die zweiten Laserpulse unterscheiden sich typischerweise durch eine unterschiedliche Pulsenergie, insbesondere durch eine unterschiedliche (maximale) Pulsamplitude. Durch die hier beschriebene alternierende Ansteuerung des optischen Modulators kann eine Pulsfolge erzeugt werden, bei welcher die jeweils ersten bzw. jeweils zweiten Laserpulse einen zeitlichen Jitter von weniger als ca. 1 ns aufweisen. Die Folge von Laserpulsen umfasst typischerweise eine Anzahl von z.B. mehr als 1000 Laserpulsen, ggf. mehr als ca. 100000 Laserpulsen, abhängig von der anwendungsspezifischen Betriebsdauer, die z.B. bei der Laserbearbeitung eines Werkstücks bei 10 Sekunden oder mehr liegen kann. Durch den bistabilen Betrieb des Resonators kann auch bei einer hohen mittleren Leistung eingestellt werden, wieviel Energie in den jeweils ersten bzw. zweiten Laserpulsen enthalten ist. Zusätzlich weisen die jeweils ersten bzw. zweiten Laserpulse eine hohe Energiestabilität auf.
  • Es versteht sich, dass die Folge von Laserpulsen zusätzlich dritte, vierte, ... Laserpulse aufweisen kann, die sich mit den ersten, zweiten, ... Laserpulsen abwechseln, wobei die ersten, zweiten, dritten, vierten, ... Laserpulse sich jeweils voneinander unterscheiden. Auch in diesem Fall wird der optische Modulator zur Erzeugung eines jeweiligen ersten, zweiten, dritten, vierten, ... Laserpulses mit dem Steuersignal alternierend jeweils unterschiedlich angesteuert und es erfolgt ein stabiler Laser-Betrieb, bei dem sich die Zustände alle drei, vier, ... Laserpulse wiederholen.
  • Bei einer Variante umfasst das Verfahren: Erzeugen einer Folge von ersten Laserpulsen durch Unterdrücken der zweiten Laserpulse, bevorzugt mittels eines außerhalb des Laser-Resonators angeordneten weiteren optischen Modulators. Die Unterscheidung in erste und zweite Laserpulse ist willkürlich, weshalb die obige Formulierung und die Formulierung „Erzeugen einer Folge von zweiten Laserpulsen durch Unterdrücken der ersten Laserpulse“ äquivalent sind. Typischerweise wird diejenige Gruppe bzw. Folge von (ersten oder zweiten) Laserpulsen unterdrückt, die eine geringere maximale Pulsenergie aufweisen. Durch die Unterdrückung einer Folge bzw. Gruppe von (ersten oder zweiten) Laserpulsen halbiert sich die Frequenz der Folge von nicht unterdrückten (zweiten oder ersten) Laserpulsen. Zum Erzeugen einer solchen Folge von Laserpulsen mit einer gewünschten Ausgangsfrequenz ist es daher erforderlich, dass der optische Modulator mit einem Steuersignal angesteuert wird, dessen Frequenz dem Zweifachen der gewünschten Ausgangsfrequenz entspricht. Die Unterdrückung bzw. Ausblendung der zweiten Laserpulse erfolgt bevorzugt durch einen weiteren (externen) optischen Modulator, kann aber ggf. auch auf andere Weise erfolgen. Es versteht sich, dass die Unterdrückung der zweiten Laserpulse lediglich optional ist, da diese nur erforderlich ist, wenn die unterdrückten Laserpulse, welche in der Regel die niedrigere Energie bzw. Leistung aufweisen, bei der jeweiligen Anwendung störend sind.
  • Bei einer weiteren Variante wird der optische Modulator mit einem Steuersignal mit konstanter Steuerfrequenz angesteuert, wobei während einer Periodendauer des Steuersignals jeweils ein erster Laserpuls und ein zweiter Laserpuls, sowie ggf. ein dritter Laserpuls, ein vierter Laserpuls, ... erzeugt werden. Das Steuersignal weist in der Regel einen Signalverlauf auf, der typischerweise zwischen zwei oder mehr diskreten Signalpegeln umgeschaltet wird, d.h. der Signalverlauf weist typischerweise keinen kontinuierlichen Verlauf auf. Für das Erzeugen von zwei Laserpulsen während der Periodendauer wird zwei Mal zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand hin- und hergeschaltet. Für die alternierende Ansteuerung kann die Zeitdauer, während der das Steuersignal in der Periodendauer auf einem jeweiligen Signalpegel verbleibt, beim Erzeugen des ersten und des zweiten Laserpulses unterschiedlich gewählt werden. Alternativ oder zusätzlich kann bzw. können auch ein jeweiliger Signalpegel für die Erzeugung des ersten Laserpulses und für die Erzeugung des zweiten Laserpulses unterschiedlich gewählt werden, um den optischen Modulator alternierend anzusteuern. Die Steuerfrequenz des optischen Modulators liegt bevorzugt zwischen 200 Hz und 1000 kHz, insbesondere zwischen 1 kHz und 100 kHz. Zur Erzeugung von mehr als zwei Laserpulsen während einer Periodendauer kann auch mehr als zwei Mal zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand umgeschaltet werden. Wie weiter oben beschrieben wurde, können auch in diesem Fall die Signalpegel bzw. die jeweilige Güte der Betriebszustände variieren.
  • Bei einer Weiterbildung werden eine Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten Betriebszustand beim Erzeugen des ersten Laserpulses und eine Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten Betriebszustand beim Erzeugen des zweiten Laserpulses (sowie ggf. eine Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten Betriebszustand beim Erzeugen eines dritten Laserpulses, eines vierten Laserpulses, etc.) unterschiedlich gewählt. Bei dieser Variante wird die Verstärkungszeit, die für das Aufbauen eines jeweiligen ersten bzw. zweiten (ggf. dritten, vierten, ...) Laserpulses in dem Laser-Resonator zur Verfügung steht, unterschiedlich gewählt.
  • Bei dieser Variante kann insbesondere die Gesamt-Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten und zweiten Betriebszustand beim Erzeugen des ersten Laserpulses und beim Erzeugen des zweiten Laserpulses gleich lang gewählt werden, d.h. die Gesamt-Verweildauer entspricht jeweils der Hälfte der Periodendauer des Steuersignals. In diesem Fall führt eine unterschiedliche Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten Betriebszustand bei der Erzeugung des ersten / zweiten Laserpulses zwangsläufig zu einer unterschiedlichen Verweildauer des optischen Modulators in dem zweiten Betriebszustand bei der Erzeugung des ersten / zweiten Laserpulses.
  • Bei einer weiteren Weiterbildung werden eine Gesamt-Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten und zweiten Betriebszustand beim Erzeugen des ersten Laserpulses und eine Gesamt-Verweildauer des optischen Modulators in dem ersten und zweiten Betriebszustand beim Erzeugen des zweiten Laserpulses unterschiedlich gewählt. In diesem Fall wird die Periodendauer alterniert, die für den Pulsaufbau und für das Auskoppeln eines jeweiligen Laserpulses zur Verfügung steht. Auch auf diese Weise kann ein bistabiler Zustand des Laser-Resonators erreicht werden.
  • Bei einer Weiterbildung werden die erste Güte beim Erzeugen des ersten Laserpulses und die erste Güte beim Erzeugen des zweiten Laserpulses unterschiedlich gewählt und/oder es werden die zweite Güte beim Erzeugen des ersten Laserpulses und die zweite Güte beim Erzeugen des zweiten Laserpulses unterschiedlich gewählt. In diesem Fall wird der Verlust des optischen Modulators bzw. die Güte - proportional zum Kehrwert des Verlusts - in dem ersten und/oder zweiten Betriebszustand beim Erzeugen der ersten Laserpulse und beim Erzeugen der zweiten Laserpulse unterschiedlich gewählt. Zu diesem Zweck weist das Steuersignal für die Ansteuerung des optischen Modulators in dem jeweiligen ersten bzw. zweiten Betriebszustand zur Erzeugung der ersten bzw. zweiten Laserpulse zwei unterschiedliche Signalpegel auf. In der Regel wird ein Signalpegel, der für die Erzeugung von (ersten oder zweiten) Laserpulsen mit höherer Pulsenergie verwendet wird, so gewählt, dass der Auskoppelgrad bzw. der Verlust des Laser-Resonators bei 0% liegt, d.h. dass der Laser-Resonator in dem ersten Betriebszustand minimale Verluste aufweist. Der Signalpegel des Steuersignals bei der Erzeugung des Laserpulses mit geringerer Pulsenergie kann abhängig von der Verstärkung im Lasermedium des Resonators festgelegt werden. Beispielsweise sind bei einem Scheibenlaser mit einer geringen Verstärkung Verluste des optischen Modulators von weniger als ca. 5 % ausreichend, um die Pulsenergie beim Cavity Dumping deutlich zu reduzieren, während bei einem Slab-Laser mit einer hohen Verstärkung Verluste von mehr als ca. 50% erforderlich sein können.
  • Bei einer weiteren Variante wird im ersten Betriebszustand eine erste Güte des Resonators zum Aufbauen eines Laserpulses in dem Resonator erzeugt und im zweiten Betriebszustand wird eine zweite, kleinere Güte zum Auskoppeln des Laserpulses aus dem Resonator erzeugt. Bei dieser Variante wird der Resonator mit Cavity Dumping betrieben, d.h. es wird im ersten Betriebszustand eine hohe Güte und somit ein geringer Verlust des Resonators erzeugt, so dass sich ein Laserpuls bzw. Laserleistung aufbauen kann, die in dem zweiten Betriebszustand aus dem Resonator ausgekoppelt wird.
  • Bei einer Weiterbildung wird der optische Modulator beim Erreichen eines vorgegebenen Leistungs-Schwellwerts von in dem Resonator aufgebauter Laserleistung von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet, wobei beim Erzeugen eines ersten Laserpulses ein erster Leistungs-Schwellwert und beim Erzeugen eines zweiten Laserpulses ein zweiter, vom ersten verschiedener Leistungs-Schwellwert gewählt wird. Bei dieser Variante wird das Umschalten von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand durch das Erreichen eines Schwellwerts der Leistung des sich aufbauenden Laserpulses in dem Laser-Resonator getriggert, wie dies beispielsweise in der eingangs zitierten US 5,365,532 beschrieben ist, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Die Leistung des sich in dem Laser-Resonator aufbauenden Laserpulses kann beispielsweise mittels eines Detektors, z.B. mittels einer Fotodiode, gemessen werden. Für die Leistungsmessung (oder äquivalent hierzu für die Messung der Intensität der Laserstrahlung in dem Laser-Resonator) wird typischerweise ein fest vorgegebener, geringer Anteil der Leistung der in dem Laser-Resonator propagierenden Laserstrahlung aus dem Laser-Resonator ausgekoppelt. Für die Auskopplung kann ein ohnehin in dem Resonator vorhandenes optisches Bauelement, beispielsweise ein teiltransmissiver Endspiegel, verwendet werden.
  • Durch eine unterschiedliche Wahl des jeweiligen Leistungs- bzw. Intensitäts-Schwellwerts zum Umschalten vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand kann der Laser-Resonator ebenfalls in einem bistabilen Zustand betrieben werden, denn die Wahl von zwei unterschiedlichen Leistungs-Schwellwerten hat zwei unterschiedliche Verstärkungsdauern beim Aufbau der ersten bzw. der zweiten Laserpulse zur Folge. Auch in diesem Fall kann der optische Modulator mit einem Steuersignal mit konstanter Steuerfrequenz angesteuert werden, d.h. die Periodendauer des Steuersignals ist konstant, nur der jeweilige Umschaltzeitpunkt vom ersten in den zweiten Betriebszustand bei der Erzeugung sowohl des ersten als auch des zweiten Laserpulses ist nicht präzise vorgegeben und kann jeweils geringfügig fluktuieren. Es versteht sich, dass grundsätzlich auch die Möglichkeit besteht, bei der Erzeugung des ersten Laserpulses beim Erreichen des Leistungs-Schwellwerts vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand umzuschalten und bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses den Umschaltzeitpunkt vom ersten in den zweiten Betriebszustand fest vorzugeben, oder umgekehrt. In diesem Fall kann der Intensitäts-Schwellwert so gewählt werden, dass die zugehörige Verweildauer in dem ersten Betriebszustand bei der Erzeugung des ersten Laserpulses von der Verweildauer in dem ersten Betriebszustand bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses abweicht. Auch kann sich die Gesamt-Verweildauer im ersten und zweiten Betriebszustand bei der Erzeugung des ersten Laserpulses, bei dem das Umschalten vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand durch das Erreichen des Intensitäts-Schwellwerts getriggert wird, von der Gesamt-Verweildauer in dem ersten und zweiten Betriebszustand bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses unterscheiden, wenn der Umschaltzeitpunkt vom ersten in den zweiten Betriebszustand bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses fest vorgegeben wird.
  • Bei einer alternativen Variante wird im ersten Betriebszustand zum Aufbauen einer Verstärkung in einem laseraktiven Medium des Resonators eine erste Güte erzeugt und im zweiten Betriebszustand wird zum Abbauen der Verstärkung in dem laseraktiven Medium und zum Auskoppeln eines Laserpulses eine zweite, größere Güte erzeugt. Bei dieser Variante wird in dem Resonator eine klassische Güteschaltung realisiert, bei welcher in dem ersten Betriebszustand in dem laseraktiven Medium eine Verstärkung aufgebaut wird, bis eine maximale Verstärkung in dem laseraktiven Medium erreicht wird. In dem zweiten Betriebszustand wird die Verstärkung abgebaut, indem ein Laserpuls aus dem Resonator ausgekoppelt wird.
  • Bei einer weiteren Variante wird mittels einer Frequenzverdopplungs-Einrichtung in dem Resonator ein Anteil von bei einer Grundfrequenz propagierender Laserleistung in Laserleistung mit der doppelten Grundfrequenz umgewandelt. Bei der Frequenzverdoppelungs-Einrichtung handelt es sich in der Regel um einen optischen, typischerweise doppelbrechenden Kristall, der zur Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG) ausgebildet ist. Bei dem optischen Kristall kann es sich beispielsweise um Lithium-Tri-Borat (LiB3O5), Beta-Barium-Borat (BaB2O4), Barium-Natrium-Niobat (Ba2Na(NbO3)5) oder um einen anderen geeigneten optischen Kristall handeln. Die Erzeugung der zweiten Harmonischen hat sich als vorteilhaft für die Verbesserung der Energiestabilität herausgestellt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher die Steuerungseinrichtung ausgebildet bzw. konfiguriert / programmiert ist, zum Erzeugen einer Folge von Laserpulsen, bei der sich erste Laserpulse mit zweiten, von den ersten verschiedenen Laserpulsen abwechseln, den optischen Modulator zum Erzeugen eines jeweiligen ersten Laserpulses und eines jeweiligen zweiten Laserpulses mittels des Steuersignals alternierend jeweils unterschiedlich anzusteuern. Bei der Steuerungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Steuerungs-Computer oder um eine elektronische SteuerSchaltung (IC, programmable gate array etc.) handeln, welche das gewünschte Steuersignal erzeugt. Das Steuersignal, genauer gesagt dessen Signalverlauf, ist für die Erzeugung der ersten Laserpulse und für die Erzeugung der zweiten Laserpulse unterschiedlich ausgebildet, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben ist. Die Steuerungseinrichtung kann insbesondere ausgebildet sein, ein Steuersignal in Form einer Steuerspannung zu erzeugen, dass an eine Elektrode eines elektro-optischen Modulators, beispielsweise in Form einer Pockels-Zelle, angelegt wird.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich einen außerhalb des Laser-Resonators angeordneten weiteren optischen Modulator zur Unterdrückung der zweiten Laserpulse. Der optische Modulator kann beispielsweise ausgebildet sein, um die zweiten Laserpulse aus dem Strahlengang der ersten Laserpulse abzulenken, wie dies bei einem akusto-optischen Modulator der Fall ist. Es versteht sich, dass zu diesem Zweck auch die ersten Laserpulse bzw. der Strahlengang der ersten Laserpulse von dem optischen Modulator abgelenkt werden kann, während die zweiten Laserpulse diesen ohne Ablenkung durchlaufen. Gegebenenfalls kann die Unterdrückung der zweiten Laserpulse auch durch einen schnell schaltbaren optischen Filter oder mittels eines weiteren elektro-optischen Modulators in Kombination mit einem Polarisator zum Aufteilen der ersten und zweiten Laserpulse auf unterschiedliche Strahlwege erfolgen. Der weitere optische Modulator wird nur benötigt, wenn bei der jeweiligen Anwendung, für welche die Laserpulse benötigt werden, die zweiten Laserpulse stören. Ist dies der Fall, halbiert sich die Frequenz der von der Vorrichtung erzeugten Folge von Laserpulsen. In diesem Fall ist es erforderlich, den optischen Modulator mit einem Steuersignal anzusteuern, dessen Steuerfrequenz beim Zweifachen der gewünschten Frequenz der Folge von Laserpulsen liegt.
  • Bevorzugt ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet bzw. konfiguriert / programmiert, den optischen Modulator mit einem Steuersignal mit konstanter Steuerfrequenz anzusteuern, das zur Erzeugung eines ersten Laserpulses und eines zweiten Laserpulses während einer Periodendauer des Steuersignals dient. Es ist günstig, wenn die Steuerfrequenz des Steuersignals zwischen ca. 1 kHz und ca. 1000 kHz, bevorzugt zwischen ca. 1 kHz und ca. 100 kHz liegt.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, in dem ersten Betriebszustand eine erste Güte des Resonators zum Aufbauen eines Laserpulses in dem Resonator zu erzeugen und in dem zweiten Betriebszustand eine zweite, kleinere Güte zum Auskoppeln des Laserpulses aus dem Resonator zu erzeugen. Wie weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurde, wird der Resonator in diesem Fall mit Cavity Dumping betrieben.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Detektor zum Detektieren einer Leistung des sich in dem Laser-Resonator in dem ersten Betriebszustand des optischen Modulators aufbauenden Laserpulses auf. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann es sich bei dem Detektor beispielsweise um eine Fotodiode oder dergleichen handeln, welche die Leistung von aus dem Laser-Resonator während des ersten Betriebszustands ausgekoppelter Laserstrahlung detektiert. Die gemessene Leistung kann dazu dienen, um den Auskoppelzeitpunkt, d.h. den Zeitpunkt des Umschaltens vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand, geeignet zu wählen (s.u.).
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, den optischen Modulator zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand beim Erreichen eines vorgegebenen Leistungs-Schwellwerts von in dem Laser-Resonator aufgebauter Laserleistung umzuschalten, und die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, zum Erzeugen eines ersten Laserpulses einen ersten Leistungs-Schwellwert und zum Erzeugen eines zweiten Laserpulses einen zweiten, vom ersten verschiedenen Leistungs-Schwellwert vorzugeben. Bei dieser Ausführungsform wird der Wert der momentan in dem Laser-Resonator vorhandenen Leistung, der beispielsweise auf die weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Weise gemessen werden kann, mit einem Leistungs-Schwellwert verglichen, der sich bei der Erzeugung des ersten und des zweiten Laserpulses unterscheidet. Auch auf diese Weise kann ein starker bistabiler Zustand des Laser-Betriebs hergestellt werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, in dem ersten Betriebszustand eine erste Güte zum Aufbauen einer Verstärkung in einem laseraktiven Medium des Resonators zu erzeugen und in dem zweiten Betriebszustand eine zweite, größere Güte zum Abbauen der Verstärkung in dem laseraktiven Medium und zum Auskoppeln eines Laserpulses zu erzeugen. Wie weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurde, wird der Resonator in diesem Fall in einer klassischen Güteschaltung betrieben.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist in dem Resonator eine Frequenzverdopplungs-Einrichtung zur Umwandlung eines Anteils von in dem Resonator mit einer Grundfrequenz propagierender Laserstrahlung in Laserstrahlung bei der doppelten Grundfrequenz angeordnet. Bei der Frequenzverdopplungseinrichtung kann es sich insbesondere um einen nichtlinearen, beispielsweise doppelbrechenden Kristall handeln. Wie bei der Frequenzumwandlung allgemein üblich, ist auch in diesem Fall für die Frequenzumwandlung eine Phasenanpassung erforderlich, die ggf. eine geeignete Temperierung des optischen Kristalls erfordert.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Resonator zusätzlich: ein laseraktives Medium, eine insbesondere polarisationsselektive Auskoppel-Einrichtung, beispielsweise einen Polarisator, zum Auskoppeln der Laserpulse aus dem Resonator, sowie bevorzugt eine Phasen-Verzögerungseinrichtung zum Erzeugen einer festen Phasenverzögerung. Bei dem laseraktiven Medium handelt es sich typischerweise um ein Festkörpermedium, beispielsweise in Form eines Laser-Kristalls, z.B. in Form von Yb:YAG, Nd:YAG, Nd:YVO4, .... Das laseraktive (Festkörper-)Medium kann in Form einer Laserscheibe, eines Laserstabes, eines Laserslabs etc. ausgebildet sein. Für die Anregung des laseraktiven Mediums wird dieses typischerweise mit Hilfe von Pumpstrahlung gepumpt, wozu die Vorrichtung eine Pumplichtquelle, beispielsweise eine Pumplaserquelle, aufweisen kann.
  • Das Cavity Dumping sowie die Güteschaltung kann auch ohne eine Phasen-Verzögerungseinrichtung erfolgen, beispielsweise wenn als optischer Modulator ein akusto-optischer Modulator verwendet wird. Für das Cavity Dumping wird in der Regel aber eine Verzögerungseinrichtung verwendet, die aus einem optischen Modulator und ggf. einer zusätzlichen Verzögerungsplatte besteht. Dabei erzeugt der Modulator eine zeitlich variable Phasenverzögerung, während die Verzögerungsplatte eine fest vorgegebene Phasenverzögerung erzeugt. Bei der Verzögerungsplatte kann es sich beispielsweise um eine A/4-Verzögerungsplatte (bzw. bei Ringlasern um eine A/2-Platte) handeln, aber auch andere Verzögerungen sind zweckmäßig. Die Verzögerungseinrichtung erzeugt in der Regel in dem zweiten Betriebszustand ihre maximale Phasenverzögerung, was dazu führt, dass die Laserstrahlung beim doppelten Durchlauf durch die Verzögerungseinrichtung maximal verzögert wird, so dass ein Laserpuls an der polarisationsselektiven Auskoppel-Einrichtung aus dem Laser-Resonator ausgekoppelt werden kann. Bei einem linearen Resonator mit einer λ/4-Verzögerungsplatte kann die Polarisation der Laserstrahlung beim doppelten Durchlauf durch die Verzögerung um 90° gedreht werden, was der maximalen Auskopplung entspricht. Bei der polarisationsselektiven Auskoppel-Einrichtung kann es sich beispielsweise um einen Dünnschicht-Polarisator handeln, der Laserstrahlung mit einer ersten Polarisationsrichtung transmittiert und Laserstrahlung mit einer zweiten, zur ersten senkrechten Polarisationsrichtung reflektiert. Auch andere Arten von Polarisatoren können als polarisationsselektive Auskoppel-Einrichtung in dem Laser-Resonator verwendet werden, z.B. Polarisatoren aus doppelbrechenden Medien, die einen Strahlversatz der Polarisationskomponenten (s- bzw. p-Polarisation) im doppelbrechenden Medium und damit eine Trennung der Polarisationskomponenten ermöglichen, etc. Die Verzögerungseinrichtung zur Erzeugung der festen Phasenverzögerung verhindert, dass im Fehlerfall, d.h. bei einem Ausfall des optischen Modulators, der Resonator geschlossen ist, so dass der Laserpuls nicht ausgekoppelt werden kann und weiter verstärkt wird, bis er Komponenten im Resonator beschädigt. Die feste Phasen-Verzögerung der Verzögerungseinrichtung ist hierbei so gewählt, dass im Fehlerfall, d.h. beim Ausfall des optischen Schalters, der Laserpuls automatisch ausgekoppelt wird.
  • Ein Resonator mit einer polarisationsselektiven Auskoppel-Einrichtung und ggf. einer Verzögerungseinrichtung mit fester Phasen-Verzögerung kann auch mit einer klassischen Güteschaltung betrieben werden. Die Auskopplung der Laserpulse aus dem Resonator kann in diesem Fall ohne Polarisations-Selektion erfolgen, beispielsweise indem die Laserpulse an einer Auskoppel-Einrichtung in Form eines teildurchlässigen Auskoppel-Spiegels, z.B. eines teildurchlässigen End-Spiegels, aus dem Resonator ausgekoppelt werden. Die Verluste in dem Resonator werden in diesem Fall von dem optischen Modulator und einem polarisationsselektiven Element erzeugt.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Folge von Laserpulsen durch Cavity Dumping oder eine Güteschaltung in einem Laser-Resonator, der einen alternierend angesteuerten optischen Modulator zur Erzeugung einer Folge von alternierenden ersten und zweiten Laserpulsen aufweist,
    • 2 eine Darstellung analog zu 1, bei welcher die Vorrichtung zusätzlich eine Frequenzverdopplungs-Einrichtung in dem Resonator sowie einen externen Modulator zum Unterdrücken der zweiten Laserpulse umfasst,
    • 3a-d vier Darstellungen des zeitlichen Verlaufs eines Steuersignals zur bistabilen Ansteuerung des optischen Modulators beim Cavity Dumping,
    • 4 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs eines Steuersignals zur bistabilen Ansteuerung des optischen Modulators bei einer Güteschaltung, sowie
    • 5 eine Darstellung analog zu 1 mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Folge von Laserpulsen bei einer Güteschaltung des Laser-Resonators.
  • In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
  • 1 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Vorrichtung 1 zum Erzeugen einer Folge 2 von Laserpulsen 3a, 3b, die einen Laser-Resonator 4 aufweist. Der Laser-Resonator 4 umfasst zwei Endspiegel 5a, 5b sowie eine scheibenförmiges laseraktives Medium 6, im vorliegenden Beispiel einen Yb:YAG-Kristall, welcher auf einer Wärmesenke 7 aufgebracht ist. Das laseraktive Medium 6 ist auf seiner der Wärmesenke 7 zugewandten Seite verspiegelt und wird mit der Pumpstrahlung eines (nicht gezeigten) Pumplasers optisch angeregt, wodurch in dem Laser-Resonator 4 Laserstrahlung 8 bei einer Laserwellenlänge λ von 1030 nm erzeugt wird.
  • Der Laser-Resonator 4 weist eine Mehrzahl von Faltungsspiegeln 9a-d auf, um einen Mehrfachdurchgang der Laserstrahlung 8 durch das laseraktive Festkörpermedium 6 zu erzeugen. Die in dem Laser-Resonator 4 bzw. in dem laseraktiven Festkörpermedium 6 erzeugte Laserstrahlung 8 ist linear polarisiert, z.B. s-polarisiert.
  • Der Laser-Resonator 4 umfasst weiterhin einen optischen Modulator 10 in Form eines elektro-optischen Modulators, genauer gesagt einer Pockelszelle, sowie eine Steuerungseinrichtung 11 zur Ansteuerung des elektro-optischen Modulators 10 mit einem Steuersignal S. In dem Laser-Resonator 4 ist auch eine Verzögerungseinrichtung 12 beispielsweise in Form einer λ/4-Verzögerungsplatte zur Erzeugung einer konstanten Phasenverzögerung von λ/4 sowie eine polarisationsselektive Auskoppel-Einrichtung 13 in Form eines Dünnschicht-Polarisators angeordnet, der als teiltransmissiver Spiegel wirkt und an dem die in dem Laser-Resonator 4 erzeugten Laserpulse 3a, 3b ausgekoppelt werden, wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird.
  • Der optische Modulator 10 wird für das cavity dumping grundsätzlich in zwei Betriebszuständen B1, B2 betrieben. Der erste Betriebszustand B1 dient dazu, einen Laserpuls 3a, 3b in dem Resonator 4 aufzubauen, während in dem zweiten Betriebszustand B2 ein jeweiliger Laserpuls 3a, 3b aus dem Resonator 4 ausgekoppelt wird.
  • In dem ersten Betriebszustand B1 kann an dem elektro-optischen Modulator 10 mittels der Steuerungseinrichtung 11 ein Steuersignal S (in Form eines Spannungssignals) angelegt werden, welches eine (positive) Viertelwellen-Spannung erzeugt, d.h. eine Spannung, die eine Phasenverzögerung der Laserstrahlung 8 von + λ/4 bewirkt. Die Verzögerungsplatte 12 erzeugt eine entgegen gerichtete Phasenverzögerung von - λ/4, so dass die Summe der Phasenverzögerungen der Verzögerungsplatte 12 und des elektro-optischen Modulators 10 im ersten Betriebszustand B1 bei Null liegt. Daher wird die in dem Laser-Resonator 4 erzeugte, s-polarisierte Laserstrahlung 8 nicht in ihrem Polarisationszustand verändert, trifft s-polarisiert auf den Dünnschicht-Polarisator 13 und wird an diesem umgelenkt, d.h. die Laserstrahlung 8 wird nicht an dem Dünnschicht-Polarisator 13 ausgekoppelt. Die Festlegung des Vorzeichens der Phasenverzögerung beruht auf einer Konvention, bei der eine positive / negative an dem elektro-optischen Modulator 10 angelegte Spannung eine Phasenverzögerung mit einem positiven / negativen Vorzeichen bewirkt.
  • Im zweiten Betriebszustand B2 wird an dem elektro-optischen Modulator 10 eine Phasenverzögerung von Null erzeugt, d.h. an diesem liegt keine Spannungsdifferenz bzw. eine Steuersignal S mit einer Spannung von 0V an. Der doppelte Durchlauf der Laserstrahlung 8 durch die Verzögerungsplatte 12 führt in diesem Fall zu einer Phasenverzögerung von 2 × (- λ/4) = - λ/2. Diese Phasenverzögerung bewirkt, dass die Polarisationsrichtung (E-Vektor) der linear polarisierten Laserstrahlung 8 um 90° gedreht wird, so dass diese p-polarisiert auf die Auskoppel-Einrichtung in Form des Dünnschicht-Polarisators 13 trifft und an diesem aus dem Laser-Resonator 4 ausgekoppelt wird. Bei geeignet ausgelegtem und angesteuertem elektro-optischem Modulator 10 kann die Verzögerungsplatte 12 auch eine (beliebige) von ± λ/4 abweichende feste Phasenverzögerung aufweisen.
  • Der in 1 dargestellte Laser-Resonator 4 wird in einem bistabilen Zustand betrieben, bei dem eine Folge 2 von alternierenden ersten und zweiten Laserpulsen 3a, 3b erzeugt wird, die sich in mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden. Wie in 1 zu erkennen ist, weisen hierbei die ersten Laserpulse 3a eine größere maximale Pulsleistung bzw. Energie auf als die zweiten Laserpulse 3b. Es versteht sich, dass die ersten Laserpulse 3a alternativ eine geringere Energie bzw. eine geringere maximale Pulsleistung aufweisen können als die zweiten Laserpulse 3b. Zur Erzeugung der alternierenden ersten und zweiten Laserpulse 3a, 3b mit unterschiedlichen Eigenschaften wird der elektro-optische Modulator 10 mit dem Steuersignal S alternierend angesteuert, wobei für die alternierende Ansteuerung des elektro-optischen Modulators 10 mehrere Möglichkeiten bestehen, von denen in 3a-d beispielhaft vier Möglichkeiten beispielhaft dargestellt sind. Es versteht sich, dass zur Erzeugung einer Folge mit dritten, vierten, ... Laserpulsen mit jeweils von den anderen (ersten, zweiten, ...) Laserpulsen unterschiedlichen Eigenschaften der elektro-optische Modulator 10 entsprechend angesteuert werden kann, um einen stabilen Laser-Betrieb in drei, vier, ... Zuständen zu realisieren.
  • Bei allen vier in 3a-d gezeigten Beispielen weist das Steuersignal S eine konstante Steuerfrequenz f auf, die beispielsweise in der Größenordnung von einigen kHz liegen kann, z.B. zwischen 200 Hz und 1000 kHz, bevorzugt zwischen 1 kHz und 100 kHz . Während einer Periodendauer T des Steuersignals S wird der optische Modulator 10 jeweils so angesteuert, dass ein erster Laserpuls 3a und ein zweiter Laserpuls 3b erzeugt wird. Für die Erzeugung eines jeweiligen ersten bzw. zweiten Laserpulses 3a, 3b ist es erforderlich, jeweils einmal zwischen dem ersten Betriebszustand B1 und dem zweiten Betriebszustand B2 hin- und herzuschalten. In 3a-d wird jeweils der Signalpegel des Steuersignals S bzw. die Güte Q, genauer gesagt 1/Q (proportional zum Verlust L), zwischen einem maximalen Verlust L (entsprechend einer minimalen Güte Q), der mit einer Eins bezeichnet ist und einem minimalen Verlust L (entsprechend einer maximalen Güte Q), der mit Null bezeichnet ist, aufgetragen. Bei der minimalen Güte Q (und maximalem Verlust L) erzeugt im gezeigten Beispiel der optische Modulator 10 die weiter oben beschriebene Phasenverzögerung von Null, während bei der maximalen Güte Q (und minimalem Verlust L) der optische Modulator 10 eine Phasenverzögerung von + λ/4 erzeugt (s.o.).
  • Bei dem in 3a gezeigten Beispiel erfolgt die alternierende Ansteuerung mit einem Steuersignal S, bei dem die Zeitdauer für die Erzeugung eines jeweiligen ersten Laserpulses 3a und eines jeweiligen zweiten Laserpulses 3b gleich groß ist und der Hälfte der Periodendauer T / 2 des Steuersignals S entspricht. Bei dem in 3a gezeigten Beispiel unterscheidet sich jedoch die Verweildauer tB1,1 in dem ersten Betriebszustand B1 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a von der Verweildauer tB1,2 in dem ersten Betriebszustand B1 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b: Die Verweildauer tB1,1 in dem ersten Betriebszustand B1 ist bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a größer als die Verweildauer tB1,2 in dem ersten Betriebszustand B1 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b. Auf diese Weise steht ein längerer Zeitraum für die Verstärkung bzw. für den Pulsaufbau eines jeweiligen ersten Laserpulses 3a zur Verfügung, was zu der in 1 gezeigten höheren maximalen Leistung des ersten Laserpulses 3a im Vergleich zum zweiten Laserpuls 3b führt.
  • Bei dem in 3b gezeigten Beispiel wird die alternierende Ansteuerung ebenfalls dadurch realisiert, dass das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand B1, B2 bei der Erzeugung der beiden Laserpulse 3a, 3b zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgt. Bei dem in 3b gezeigten Beispiel ist allerdings die jeweilige Verweildauer tB1,1 bzw. tB1,2 in dem ersten Betriebszustand B1 für den ersten Laserpuls 3a und für den zweiten Laserpuls 3b gleich lang. In 3b unterscheidet sich aber die Gesamt-Verweildauer ttot,1 des optischen Modulators 10 in dem ersten Betriebszustand B1 und in dem zweiten Betriebszustand B2 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a von der Gesamt-Verweildauer ttot,2 des optischen Modulators 10 in dem ersten Betriebszustand B1 und in dem zweiten Betriebszustand B2 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b. Die Summe der beiden Gesamt-Verweildauern ttot,1 bzw. ttot,2 entspricht der konstanten Periodendauer T des Steuersignals S. Aufgrund der größeren Gesamt-Verweildauer ttot,1 des optischen Modulators 10 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a weist dieser eine größere maximale Pulsleistung als der zweite Laserpuls 3b auf. Wesentlich ist hierbei, dass aufgrund der längeren Verweildauer des optischen Modulators 10 in dem zweiten Betriebszustand B2 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a mehr Energie bzw. Verstärkung in das laseraktive Medium 6 eingebracht wird als bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b. Entsprechend kann während der nachfolgenden Verweildauer im ersten Betriebszustand B1 mehr Energie für den ersten Laserpuls als für den zweiten Laserpuls extrahiert werden.
  • Es versteht sich, dass die in 3a und in 3b dargestellten Möglichkeiten der alternierenden Ansteuerung auch kombiniert werden können, d.h. die Verweildauer tB1,1 in dem ersten Betriebszustand B1 und die Gesamt-Verweildauer ttot,1 in dem ersten und zweiten Betriebszustand B1, B2 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a kann sich von der Verweildauer tB1,2 in dem ersten Betriebszustand B1 bzw. von der Gesamt-Verweildauer ttot,2 in dem ersten und in dem zweiten Betriebszustand B1, B2 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b unterscheiden.
  • Bei dem in 3c gezeigten Beispiel erfolgt die unterschiedliche Ansteuerung zur Erzeugung der beiden Laserpulse 3a, 3b nicht durch unterschiedliche Verweildauern in den beiden Betriebszuständen B1, B2, sondern durch eine Güte Q1 des optischen Modulators 10 in dem ersten Betriebszustand B1 beim Erzeugen des ersten Laserpulses 3a, die sich von einer Güte Q1' des optischen Modulators 10 in dem ersten Betriebszustand B1' beim Erzeugen des zweiten Laserpulses 3b unterscheidet. Die jeweilige Güte Q1 , Q1' stellt einen dimensionslosen Wert dar (Q-Faktor) und ist reziprok proportional zum Verlust L1, L1'. Für den ersten Betriebszustand B1 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a gilt wie bei den beiden Beispielen von 3a,b, dass der Verlust L1 des Laser-Resonators 4 praktisch gleich Null und die Güte Q1 maximal ist. Für den ersten Betriebszustand B1', in dem der optische Modulator 10 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b betrieben wird, gilt hingegen: L1' = 0,2, wobei abhängig von der Art des laseraktiven Mediums 6 andere Werte für den Verlust L1' möglich sind, die beispielsweise zwischen 0,01 und 0,5 liegen können. Der optische Modulator 10 wird bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b in dem ersten Betriebszustand B1' mit einem Steuersignal S mit einem Signalpegel angesteuert, der eine von Null verschiedene Phasenverzögerung des optischen Modulators 10 bewirkt. Dies führt dazu, dass die Polarisationsrichtung (E-Vektor) der linear polarisierten Laserstrahlung 8 gedreht wird und einen Anteil aufweist, der während des ersten Betriebszustands B1' aus dem Laser-Resonator 4 ausgekoppelt wird. Auf diese Weise kann der zweite Laserpuls 3b weniger Energie extrahieren und aufbauen, so dass dessen maximale Pulsleistung geringer ist als bei dem ersten Laserpuls 3a.
  • 3d zeigt schließlich eine Möglichkeit zur alternierenden Ansteuerung des optischen Modulators 10, bei dem der optische Modulator 10 von dem ersten Betriebszustand B1 in den zweiten Betriebszustand B2 umgeschaltet wird, sobald die in dem Laser-Resonator 4 aufgebaute Leistung P der Laserstrahlung 8 einen vorgegebenen Leistungs-Schwellwert PS,1, PS,2 überschreitet, der für die Erzeugung der beiden Laserpulse 3a, 3b unterschiedlich groß gewählt wird. Im gezeigten Beispiel wird der erste Leistungs-Schwellwert PS,1 für den ersten Laserpuls 3a größer gewählt als der zweite Leistungs-Schwellwert PS,2 für den zweiten Laserpuls 3b. Entsprechend wird der optische Modulator 10 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a zu einem späteren Zeitpunkt vom ersten Betriebszustand B1 in den zweiten Betriebszustand B2 umgeschaltet, d.h. die Verweildauer tB1,1 in dem ersten Betriebszustand B1 ist bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a größer als die Verweildauer tB1,2 in dem ersten Betriebszustand B1 bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b.
  • Die exakte Verweildauer tB1,1, tB1,2 in dem ersten Betriebszustand B1 wird durch das Erreichen des jeweiligen Leistungs-Schwellwerts PS,1, PS,2 bestimmt, der bei der Erzeugung der Folge 2 von Laserpulsen 3a, 3b bei aufeinander folgenden ersten Laserpulsen 3a bzw. zweiten Laserpulsen 3b jeweils geringfügig fluktuiert. Das Steuersignal S weist dennoch auch in diesem Fall eine konstante Steuerfrequenz f auf, da das Umschalten vom zweiten Betriebszustand B2 in den ersten Betriebszustand B1 jeweils zu fest vorgegebenen Zeitpunkten innerhalb einer jeweiligen Periodendauer T erfolgt. Entsprechend unterscheidet sich das in 3d gezeigte Steuersignal S von dem in 3a gezeigten Steuersignal S lediglich darin, dass der Umschaltzeitpunkt vom ersten Betriebszustand B1 in den zweiten Betriebszustand B2 nicht fest vorgegeben ist, sondern durch das Erreichen des jeweiligen Leistungs-Schwellwerts PS,1, PS,2 getriggert wird.
  • Zur Bestimmung der (momentanen) Leistung P der Laserstrahlung 8 in dem Laser-Resonator 4 in dem ersten Betriebszustand B1 weist die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 einen Detektor 14 auf, der in Form einer Fotodiode ausgebildet ist. Der Detektor 14 ist außerhalb des Laser-Resonators 4 angeordnet. Um einen geringen Anteil der in dem Laser-Resonator 4 propagierenden Laserstrahlung 8 für die Detektion auszukoppeln, ist der zweite Endspiegel 5b des Laser-Resonators 4 teilduchlässig ausgebildet, d.h. dieser weist eine Transmission von ca. 0,01 % oder darunter für die in dem Laser-Resonator 4 propagierende Laserstrahlung 8 auf. Auf den Detektor 14 kann ggf. verzichtet werden, sofern die alternierende Ansteuerung des optischen Modulators 10 auf die in Zusammenhang mit 3a-c beschriebene Weise erfolgt.
  • 2 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung einer Folge 2 von Laserpulsen, die sich von der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass diese einen weiteren optischen Modulator 15 z.B. in Form eines akusto-optischen Modulators aufweist, der außerhalb des Laser-Resonators 4 angeordnet ist. Der weitere optische Modulator 15 dient dazu, aus der Folge 2 von aus dem Laser-Resonator 4 ausgekoppelten ersten und zweiten Laserpulsen 3a, 3b die zweiten Laserpulse 3b auszukoppeln bzw. diese zu unterdrücken. Der akustooptische Modulator 15 lenkt die zweiten Laserpulse 3b zu einem nicht bildlich dargestellten Absorber um. Für die Umlenkung wird von dem akusto-optischen Modulator 15 in einem optischen Kristall mit Hilfe eines Ultraschall-Generators mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz f / 2, die der Hälfte der Steuerfrequenz f des Steuersignals S entspricht, ein Phasenbeugungsgitter erzeugt.
  • Alternativ kann es sich bei dem externen optischen Modulator 15 um einen weiteren elektro-optischen Modulator, z.B. in Form einer Pockels-Zelle, zum Erzeugen einer Phasenverschiebung bzw. Phasenverzögerung handeln. In beiden Fällen kann der externe optische Modulator 15 mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 11 mit der Hälfe der Steuerfrequenz f des Steuersignals f/2 angesteuert werden, um die zweiten Laserpulse 3b aus der Folge 2 von Laserpulsen 3a, 3b zu eliminieren, so dass nur die ersten Laserpulse 3a die Vorrichtung 1 verlassen. Es versteht sich, dass ggf. für den weiteren optischen Modulator 15 eine eigene Steuerungseinrichtung z.B. in Form einer elektronischen Steuerschaltung vorgesehen werden kann. In diesem Fall ist es erforderlich, die Ansteuerung des optischen Modulators 10 und des weiteren optischen Modulators 15 geeignet zu synchronisieren. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein gemeinsamer Frequenzgenerator in der Vorrichtung 1 vorgesehen sein.
  • Die in dem Laser-Resonator 4 erzeugte Laserstrahlung 8 weist eine Grundfrequenz fG auf, die proportional zum Kehrwert der Laser-Wellenlänge λ ist. Für die zusätzliche Unterdrückung von zeitlichem Jitter und insbesondere von Energiefluktuationen bei der Erzeugung der Folge von Laserpulsen 3a, 3b ist in dem Laser-Resonator 4 von 2 eine Frequenzverdopplungs-Einrichtung 16 in Form eines frequenzverdoppelnden Kristalls (SHG-Kristall) angeordnet. In dem SHG-Kristall 16 wird ein geringer Anteil (in der Regel weniger als 10% bzw. weniger als 1 %) der in dem Laser-Resonator 4 erzeugten Laserstrahlung 8 in Laserstrahlung 17 mit der doppelten Grundfrequenz 2 fG konvertiert. Die konvertierte Laserstrahlung 17 wird an einem der Umlenkspiegel 9a, der als wellenlängenselektives optisches Element ausgebildet ist, transmittiert und aus dem Laser-Resonator 4 ausgekoppelt.
  • 4 zeigt den zeitlichen Verlauf des Steuersignals S, wenn der Laser-Resonator 4 nicht wie in 3a-d dargestellt mit Cavity Dumping betrieben wird, sondern mit einer herkömmlichen Güteschaltung. In diesem Fall wird in dem ersten Betriebszustand B1 eine Verstärkung V in dem laseraktiven Medium 6 des Resonators 4 aufgebaut, indem der Resonator 4 mit einem hohen Verlust L1 von nahezu L1 = 1,0 bzw. mit einer Güte Q1 nahe Null betrieben wird. Sobald die Verstärkung V in dem laseraktiven Medium 6 ihren maximalen Wert angenommen hat (zu einem fest vorgegebenen Zeitpunkt), wird der optische Modulator 10 von dem ersten Betriebszustand B1 in den zweiten Betriebszustand B2 umgeschaltet. In dem zweiten Betriebszustand B2 erzeugt der optische Modulator 10 eine (zweite) Güte Q2, die größer ist als die erste Güte Q1 in dem ersten Betriebszustand B1 (der Verlust L2, L2' ist nahe Null), um die Verstärkung V in dem laseraktiven Medium 6 abzubauen und um die Laserpulse 3a, 3b aus dem Laser-Resonator 4 auszukoppeln.
  • Bei dem in 4 gezeigten Beispiel werden die zweite Güte Q2 beim Erzeugen des ersten Laserpulses 3a und die zweite Güte Q2' beim Erzeugen des zweiten Laserpulses 3b in dem zweiten Betriebszustand B2 unterschiedlich gewählt, wobei die zweite Güte Q2 bei der Erzeugung des ersten Laserpulses 3a größer ist als die zweite Güte Q2' bei der Erzeugung des zweiten Laserpulses 3b (und entsprechend ist der Verlust L2 kleiner ist als der Verlust L2'). Entsprechend weist ein jeweiliger erster Laserpuls 3a eine größere Pulsenergie auf ein jeweiliger zweiter Laserpuls 3b. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich zu der Ansteuerung des optischen Modulators 10, wie sie in 4 gezeigt ist, erste und zweite Laserpulse 3a, 3b, die sich in mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden, auch analog zu der weiter oben in Zusammenhang mit 3a,b für das Cavity Dumping beschriebenen Weise erzeugt werden können.
  • 5 ein Beispiel für eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen von Laserpulsen 3a, 3b, bei denen der Laser-Resonator 4 ebenfalls mit einer herkömmlichen Güteschaltung betrieben wird. Die in 5 gezeigte Vorrichtung 1 unterscheidet sich gegenständlich von der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 lediglich dadurch, dass der erste Endspiegel 5a des Resonators 4 als teildurchlässiger Spiegel (z.B. mit einer Transmission von 10 %) ausgebildet ist und als Auskoppel-Einrichtung dient, während der Dünnschicht-Polarisator 13' nicht als Auskoppel-Einrichtung wirkt, d.h. nicht teiltransmissiv ausgebildet ist. Auf die Verzögerungsplatte 12 kann in diesem Fall verzichtet werden. Die Verluste in dem Resonator 4 werden in diesem Fall durch den akusto-optischen Modulator 10 erzeugt. Die Ansteuerung des akusto-optischen Modulators 10 mit dem Steuersignal S kann auch bei der in 5 gezeigten Vorrichtung 1 auf die in 4 beschriebene Weise erfolgen. An Stelle eines akusto-optischen Modulators kann bei der Vorrichtung von 5 auch ein elektro-optischer Modulator verwendet werden.
  • Zusammenfassend kann mit Hilfe der alternierenden Ansteuerung des optischen Modulators 10 der Laser-Resonator 4 in einem robusten bistabilen Zustand betrieben werden. Auf diese Weise kann mittels der Vorrichtung 1 eine Folge 2 von Laserpulsen 3a, 3b erzeugt werden, bei der sowohl ein sehr geringer zeitlicher Jitter als auch eine hohe Energiestabilität der jeweiligen Laserpulse 3a, 3b realisiert werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5365532 [0006, 0020]
    • US 4044316 [0007]

Claims (19)

  1. Verfahren zum Erzeugen von Laserpulsen (3a, 3b) durch Verändern der Güte (G) in einem Resonator (4), umfassend: Erzeugen der Laserpulse (3a, 3b) durch Ansteuern eines optischen Modulators (10) mit einem Steuersignal (S) zum Umschalten zwischen einem ersten Betriebszustand (B1) des optischen Modulators (10) zum Erzeugen einer ersten Güte (G1) in dem Resonator (4) und einem zweiten Betriebszustand (B2) des optischen Modulators (10) zum Erzeugen einer zweiten, von der ersten verschiedenen Güte (G2) in dem Resonator (4), dadurch gekennzeichnet dass zum Erzeugen einer Folge (2) von Laserpulsen (3a, 3b), bei der sich erste Laserpulse (3a) mit zweiten, von den ersten verschiedenen Laserpulsen (3b) abwechseln, der optische Modulator (10) zum Erzeugen eines jeweiligen ersten Laserpulses (3a) und eines jeweiligen zweiten Laserpulses (3b) mit dem Steuersignal (S) alternierend jeweils unterschiedlich angesteuert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend: Erzeugen einer Folge (2) von ersten Laserpulsen (3a) durch Unterdrücken der zweiten Laserpulse (3b), bevorzugt mittels eines außerhalb des Resonators (4) angeordneten weiteren optischen Modulators (15).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der optische Modulator (10) mit einem Steuersignal (S) mit konstanter Steuerfrequenz (f) angesteuert wird, wobei während einer Periodendauer (T) des Steuersignals (S) jeweils ein erster Laserpuls (3a) und ein zweiter Laserpuls (3b) erzeugt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Verweildauer (tB1,1) des optischen Modulators (10) in dem ersten Betriebszustand (B1) beim Erzeugen des ersten Laserpulses (3a) und eine Verweildauer (tB1,2) des optischen Modulators (10) in dem ersten Betriebszustand (B1) beim Erzeugen des zweiten Laserpulses (3b) unterschiedlich gewählt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Gesamt-Verweildauer (ttot,1) des optischen Modulators (10) in dem ersten und zweiten Betriebszustand (B1, B2) beim Erzeugen des ersten Laserpulses (3a) und eine Gesamt-Verweildauer (ttot,2) des optischen Modulators (10) in dem ersten und zweiten Betriebszustand (B1, B2) beim Erzeugen des zweiten Laserpulses (3b) unterschiedlich gewählt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Güte (Q1, Q2) beim Erzeugen des ersten Laserpulses (3a) und die erste Güte (Q1') beim Erzeugen des zweiten Laserpulses (3b) unterschiedlich gewählt werden und/oder bei dem die zweite Güte (Q2) beim Erzeugen des ersten Laserpulses (3b) und die zweite Güte (Q2') beim Erzeugen des zweiten Laserpulses (3b) unterschiedlich gewählt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im ersten Betriebszustand (B1) eine erste Güte (Q1) des Resonators (4) zum Aufbauen eines Laserpulses (3a, 3b) in dem Resonator (4) erzeugt wird und bei dem im zweiten Betriebszustand (B2) eine zweite, kleinere Güte (Q2) zum Auskoppeln des Laserpulses (3a, 3b) aus dem Resonator (4) erzeugt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der optische Modulator (10) beim Erreichen eines vorgegebenen Leistungs-Schwellwerts (PS,1, PS,2) von in dem Resonator (4) aufgebauter Laserleistung (P) von dem ersten Betriebszustand (B1) in den zweiten Betriebszustand (B2) umgeschaltet wird, wobei beim Erzeugen eines ersten Laserpulses (3a) ein erster Intensitäts-Schwellwert (PS,1) und beim Erzeugen eines zweiten Laserpulses (3b) ein zweiter, vom ersten verschiedener Intensitäts-Schwellwert (PS,2) gewählt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem im ersten Betriebszustand (B1) zum Aufbauen einer Verstärkung (V) in einem laseraktiven Medium (6) des Resonators (4) eine erste Güte (Q1) erzeugt wird und bei dem im zweiten Betriebszustand (B2) zum Abbauen der Verstärkung (V) in dem laseraktiven Medium (6) und zum Auskoppeln eines Laserpulses (3a, 3b) eine zweite, größere Güte (Q2) erzeugt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mittels einer Frequenzverdopplungs-Einrichtung (16) ein Anteil von in dem Resonator (4) mit einer Grundfrequenz (fG) propagierender Laserstrahlung (8) in Laserstrahlung (17) mit der doppelten Grundfrequenz (2 fG) umgewandelt wird.
  11. Vorrichtung (1) zum Erzeugen von Laserpulsen (3a, 3b), umfassend: einen Resonator (4), einen in dem Resonator (4) angeordneten optischen Modulator (10), eine Steuerungseinrichtung (11), die zur Erzeugung eines Steuersignals (S) ausgebildet ist, um den optischen Modulator (10) zwischen einem ersten Betriebszustand (B1) zum Erzeugen einer ersten Güte (G1) des Resonators (4) und einem zweiten Betriebszustand (B2) zum Erzeugen einer zweiten, von der ersten verschiedenen Güte (G2) des Resonators (4) umzuschalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (11) ausgebildet ist, zum Erzeugen einer Folge (2) von Laserpulsen (3a, 3b), bei der sich erste Laserpulse (3a) mit zweiten, von den ersten verschiedenen Laserpulsen (3b) abwechseln, den optischen Modulator (10) zum Erzeugen eines jeweiligen ersten Laserpulses (3a) und eines jeweiligen zweiten Laserpulses (3b) mittels des Steuersignals (S) alternierend jeweils unterschiedlich anzusteuern.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11 weiter umfassend: einen außerhalb des Resonators (4) angeordneten weiteren optischen Modulator (15) zur Unterdrückung der zweiten Laserpulse (3b).
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei welcher die Steuerungseinrichtung (11) ausgebildet ist, den optischen Modulator (10) mit einem Steuersignal (S) mit konstanter Steuerfrequenz (f) zur Erzeugung eines ersten Laserpulses (3a) und eines zweiten Laserpulses (3b) während - einer Periodendauer (T) des Steuersignals (S) anzusteuern.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei welcher die Steuerungseinrichtung (11) ausgebildet ist, in dem ersten Betriebszustand (B1) eine erste Güte (Q1) des Resonators (4) zum Aufbauen eines Laserpulses (3a, 3b) in dem Resonator (4) zu erzeugen und in dem zweiten Betriebszustand (B2) eine zweite, kleinere Güte (Q2) zum Auskoppeln des Laserpulses (3a, 3b) aus dem Resonator (4) zu erzeugen.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, weiter umfassend: einen Detektor (14) zum Detektieren von in dem Resonator (4) in dem ersten Betriebszustand (B1) des optischen Modulators (10) aufgebauter Laserleistung (P).
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher die Steuerungseinrichtung (11) ausgebildet ist, den optischen Modulator (4) zwischen dem ersten Betriebszustand (B1) und dem zweiten Betriebszustand (B2) beim Erreichen eines vorgegebenen Leistungs-Schwellwerts (PS,1, PS,2) der in dem Resonator (4) aufgebauten Laserleistung (P) umzuschalten, und wobei die Steuerungseinrichtung (11) ausgebildet ist, zum Erzeugen eines ersten Laserpulses (3a) einen ersten Leistungs-Schwellwert (PS,1) und zum Erzeugen eines zweiten Laserpulses (3b) einen zweiten, vom ersten verschiedenen Leistungs-Schwellwert (PS,2) vorzugeben.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die Steuerungseinrichtung (11) ausgebildet ist, in dem ersten Betriebszustand (B1) eine erste Güte (Q1) zum Aufbauen einer Verstärkung (V) in einem laseraktiven Medium (6) des Resonators (4) zu erzeugen und in dem zweiten Betriebszustand (B2) eine zweite, größere Güte (Q2) zum Abbauen der Verstärkung (V) in dem laseraktiven Medium (6) und zum Auskoppeln eines Laserpulses (3a, 3b) zu erzeugen.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, weiter umfassend: eine in dem Resonator (4) angeordnete Frequenzverdopplungs-Einrichtung (16) zur Umwandlung eines Anteils von in dem Resonator (4) mit einer Grundfrequenz (fG) propagierender Laserstrahlung (8) in Laserstrahlung (17) bei der doppelten Grundfrequenz (2 fG).
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei welchem der Resonator (4) weiter umfasst: ein laseraktives Medium (6), eine insbesondere polarisationsselektive Auskoppel-Einrichtung (13, 5a) zum Auskoppeln der Laserpulse (3a, 3b) aus dem Resonator (4), sowie bevorzugt eine Phasen-Verzögerungseinrichtung (12).
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN219350266U (zh) 2021-10-22 2023-07-14 株式会社Lg新能源 圆筒形电池、包括该圆筒形电池的电池组及汽车

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4044316A (en) * 1976-04-19 1977-08-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Stabilized cavity-dumped nd:yag laser
US5365532A (en) * 1992-10-09 1994-11-15 Hughes Aircraft Company Cavity dump laser amplitude stabilization
DE102011075126A1 (de) * 2011-05-03 2012-11-08 Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg Laser-Resonator mit Cavity Dumping und Verfahren zum Erzeugen von Laserpulsen

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH544426A (de) * 1972-04-28 1973-11-15 Bbc Brown Boveri & Cie Laser-Oszillator mit Auskopplungsmodulator
JPH0774422A (ja) * 1993-09-01 1995-03-17 Miyachi Technos Kk Ｑスイッチ型レーザ装置
DE19634969B4 (de) * 1996-08-29 2004-05-13 Lambda Physik Ag Verfahren zum Einstellen der Impulsenergie eines optisch gepumpten Festkörperlasers und optisch gepumpter Festkörperlaser
US6339604B1 (en) * 1998-06-12 2002-01-15 General Scanning, Inc. Pulse control in laser systems
JP2002208750A (ja) * 2000-11-10 2002-07-26 Keyence Corp レーザー発振器およびそのレーザーパルス制御方法
JP3838064B2 (ja) * 2001-09-28 2006-10-25 松下電器産業株式会社 レーザ制御方法
US6961355B1 (en) * 2003-01-09 2005-11-01 Photonics Industries, Int'l. Variable power pulsed secondary beam laser
US6931035B2 (en) * 2003-04-14 2005-08-16 Coherent, Inc. Q-switching method for pulse train generation
JP4891526B2 (ja) * 2004-01-23 2012-03-07 ミヤチテクノス株式会社 レーザ溶接装置
US7567594B2 (en) * 2005-03-29 2009-07-28 Jds Uniphase Corporation Stabilization of actively Q-switched lasers
EP2056414B1 (de) * 2007-10-30 2015-10-07 Trumpf Laser Marking Systems AG Pulsstabilisierung eines gütegeschalteten Festkörperlasers
DE102008049085A1 (de) * 2008-09-26 2010-04-08 Jenoptik Laser, Optik, Systeme Gmbh Laser und Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung
DE102014004073B4 (de) * 2014-03-20 2016-06-02 Kls Martin Gmbh + Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Laserpulsen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4044316A (en) * 1976-04-19 1977-08-23 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Stabilized cavity-dumped nd:yag laser
US5365532A (en) * 1992-10-09 1994-11-15 Hughes Aircraft Company Cavity dump laser amplitude stabilization
DE102011075126A1 (de) * 2011-05-03 2012-11-08 Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg Laser-Resonator mit Cavity Dumping und Verfahren zum Erzeugen von Laserpulsen

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