DE10230522B4 - Bandleiterlaser mit einem instabilen Resonator - Google Patents

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Abstract

Bandleiterlaser mit einem gasförmigen laseraktiven Medium, das sich zwischen zwei plattenförmigen Elektroden befindet, die einen Entladungsraum festlegen, an dessen einander gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils ein Resonatorspiegel (4a, b) angeordnet ist, deren optische Achsen (Ra, Rb) auf einer gemeinsamen Achse liegen, und die einen instabilen Resonator (2) bilden, und mit zumindest einem im Strahlengang des aus dem Resonator (2) austretenden Laserstrahls (LS; LS') angeordneten Lichtempfänger (8a, b) zum Messen einer Abweichung (α) der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls (LS') von einer Sollrichtung (A), sowie mit einer Steuereinrichtung (12) zum Verstellen der Lage des Fokus (Fb) zumindest eines der Resonatorspiegel (4b) entlang der Achse (Rb) in Abhängigkeit des von dem zumindest einen Lichtempfänger (8a, b) empfangenen Messsignals (Sa bzw. Sb).

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Bandleiterlaser mit einem instabilen Resonator.
  • Die Eigenschaften eines aus dem Resonator eines Lasers austretenden Laserstrahls, beispielsweise seine Ausbreitungsrichtung (Strahllage) und seine Strahlform (Intensitätsverteilung in einer Ebene quer zur Ausbreitungsrichtung) werden wesentlich von den Eigenschaften der den Resonator bildenden optischen Komponenten, dazu zählen insbesondere die Resonatorspiegel, und den Eigenschaften des innerhalb des Resonators befindlichen aktiven Mediums beeinflusst. Sind beispielsweise die Resonatorspiegel nicht korrekt auf eine gemeinsame optische Achse ausgerichtet, d. h. gegeneinander verkippt, so hat dies unmittelbaren Einfluss auf die Eigenschaften des austretenden Laserstrahls, der sich dann mit veränderter Strahlform schiefwinklig zur Systemachse ausbreiten kann.
  • Besonders empfindlich gegen eine Verkippung der Resonatorspiegel sind instabile Resonatoren des positiven Zweigs, deren Eigenschaften beispielsweise von W. F. Krupke und W. R. Sooy im Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-5, No. 12, December 1969, S. 575–586, näher erläutert sind. Um bei einem solchen Resonator eine Verschlechterung der Strahleigenschaften durch eine fehlerhafte Ausrichtung der Resonatorspiegel zu verhindern, ist es beispielsweise aus der JP 55-141772 A bekannt, im außerhalb des Resonators befindlichen Strahlengang des Laserstrahls voneinander beabstandet und symmetrisch zur Systemach se zwei Umlenkspiegel anzuordnen, die jeweils einen Randbereich des Laserstrahls zu einem Photodetektor umlenken. Mit Hilfe dieser Photodetektoren wird erfasst, ob die Leistungsverteilung des Laserstrahls symmetrisch zur Systemachse ist. Ein von Null verschiedenes Differenzsignal ist dann ein Indiz für eine Veränderung der Strahllage und dient als Steuersignal für Steuerung der Winkellage der Resonatorspiegel. Diese werden dann solange verkippt, bis das Differenzsignal verschwindet.
  • Aus der JP 2000-208850 A ist es bekannt, ein Steuersignal für die Steuerung der Winkellage eines Resonatorspiegels durch einen im Strahlengang des Laserstrahls angeordneten teildurchlässigen Spiegel zu erzeugen. Dieser koppelt einen Teil des Laserstrahls aus und lenkt ihn auf eine fluoreszierende Platte um. Das dort vom ausgekoppelten Laserstrahl erzeugte Bild wird mit einer CCD-Kamera aufgenommen und zur Steuerung der Winkellage eines der Resonatorspiegel ausgewertet.
  • Alternativ zu einer Beeinflussung resonatorinterner optischer Komponenten wird in der DE 199 42 905 A1 vorgeschlagen, verstellbare resonatorexterne Umlenkspiegel zu verwenden, um mit diesen den Laserstrahl automatisch auf die Systemachse einzustellen. Auch hier wird mit Hilfe einer Detektoreinheit die Raum- und Winkellage des Laserstrahls erfasst und nach entsprechender Auswertung zur Steuerung der Umlenkspiegel verwendet. Mit einer solchen Steuerung kann zwar die Strahllage konstant gehalten werden. Ein mit einer Dejustage des Resonators zwangsläufig einhergehende Änderung der Strahlform kann jedoch nicht kompensiert werden. Darüber hinaus ist die Verwendung zusätzlicher steuerbarer Umlenkspiegel erforderlich, die hochwertige optische Eigenschaften aufweisen müssen, beispielsweise in bestimmten Anwendungsfällen sogenannte zero-phase-shift- Spiegel sein müssen. Dies führt zu einer unerwünschten Kostensteigerung.
  • Eine solche ungewollte Veränderung der optischen Eigenschaften des Resonators tritt nun insbesondere bei Hochleistungslasern auf, bei denen sowohl die optischen Komponenten innerhalb des Resonators als auch das aktive Medium selbst aufgrund der hohen Leistungsdichte thermisch hoch belastet sind.
  • Eine solche durch Dejustagen verursachte Veränderung der Strahleigenschaften ist außerdem insbesondere bei Lasern problematisch, die einen Ausgangsstrahl mit extrem hoher Strahlqualität erzeugen, wie dies bei Bandleiterlasern der Fall ist. Neben einer Dejustage der Winkellage kann es auch zu einer Verformung der Resonatorspiegel selbst kommen, die dabei durch eine ungleichmäßige thermische Belastung und dadurch bewirkte innere mechanische Spannungen verursacht ist. Dies führt zu einer Änderung der optischen Eigenschaften des Resonators, die abhängig von der eingebrachten Anregungsleistung ist. Dies wird bei der in der DE 44 28 194 C2 vorgeschlagenen Kompensation der bei hoher Laserleistung auftretenden Verformung der Resonatorspiegel ausgenutzt. Hierzu wird wenigstens einer der Resonatorspiegel auf seiner Rückseite mit einer steuerbaren Wärmequelle versehen, und der Wärmeeintrag in den Resonatorspiegel in Abhängigkeit von der den Elektroden zugeführten Hochfrequenzleistung gesteuert.
  • Um am Prozessort konstante Strahleigenschaften zu gewährleisten, ist bei dem aus der DE 197 34 641 A1 bekannten CO2-Bandleiterlaser ein resonatorexternes optisches Abbildungssystem mit einem entlang der optischen Achse verschiebbaren optischen Abbildungselement bekannt, mit dem die Strahlabmessungen auf einen Sollwert eingestellt werden können.
  • Insbesondere bei ebenen diffusionsgekühlten Bandleiter-CO2-Lasern (Slablasern), die mit einer getaktet über die großflächigen Elektrodenplatten in das laseraktive Medium eingespeisten Hochfrequenzleistung betrieben werden, hat sich nun gezeigt, dass die aus der DE 197 34 641 A1 bekannte Steuerung der Strahlabmessungen oder die aus der DE 44 28 194 C2 bekannte leistungsabhängige Steuerung des Wärmeeintrags insbesondere im Hochleis tungsbereich nicht mehr ausreichen, um die Eigenschaften des aus dem Resonator austretenden Laserstrahls konstant zu halten. Vielmehr hat sich gezeigt, dass bei großflächigen Entladungsgeometrien, wie sie bei Hochleistungslasern im kW-Bereich erforderlich sind, unabhängig von der in den Resonator zwischen die Elektroden eingekoppelten Hochfrequenzleistung zu Einbrüchen der am Einsatz- oder Prozessort verfügbaren Laserleistung kommt. Diese Leistungseinbrüche hängen von der Schaltfrequenz f der getaktet über die großflächigen Elektrodenplatten in das laseraktive Medium eingespeisten Hochfrequenzleistung ab.
  • Dies ist in der graphischen Darstellung gemäß 6 zu erkennen, in der die am Prozessort verfügbare Ausgangslaserleistung P gegen die Schaltfrequenz f bei durch entsprechende Tastverhältnisse konstant eingestellter mittlerer elektrischer Anregungsleistung aufgetragen ist (Kurve a). Der Figur ist zu entnehmen, dass es bei bestimmten Schaltfrequenzen f, im dargestellten Beispiel bei einem 2,5 kW-Modul mit einer Elektrodenfläche von 1 × 0,2 m2, zu „resonanzähnlichen" Leistungseinbrüchen insbesondere im Bereich zwischen 500 Hz < f < 600 Hz kommt.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Laser mit einem instabilen Resonator anzugeben, dessen am Prozessort verfügbarer Laserstrahl im gesamten Betriebsbereich wenigstens annähernd gleiche Eigenschaften aufweist.
  • Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Bandleiterlaser mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Ein solcher Bandleiterlaser enthält zumindest einen im Strahlengang des aus dem Resonator austretenden Laserstrahls angeordneten Lichtempfänger zum Messen einer Abweichung der Ausbrei tungsrichtung des Laserstrahls von einer Sollrichtung, und eine Steuereinrichtung zum Verstellen der Lage des Fokus zumindest eines der Resonatorspiegel entlang seiner optischen Achse in Abhängigkeit des von dem zumindest einen Lichtempfänger empfangenen Messsignals.
  • Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die eingangs anhand von 6 erläuterten Leistungseinbrüche ihre Ursache im wesentlichen darin finden, dass bedingt durch die Schaltfrequenz f der an den Elektroden getaktet angelegten Hochfrequenzspannung resonanzartige räumliche Entladungsstrukturen auftreten, die zu einer strukturierten und von der Schaltfrequenz f abhängigen Modulation der Dichte des sich im Entladungsraum befindlichen Lasergases führen können. Diese Dichteänderungen bewirken eine Änderung des Brechungsindex des Lasergases, so dass sich die Abbildungseigenschaften innerhalb des Resonators ändern und insbesondere bei einem konfokalen instabilen Resonator die Konfokalitätsbedingung nicht mehr erfüllt ist, obwohl beide Resonatorspiegel noch korrekt auf einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind. Dies hat zur Folge, dass der aus dem Resonator austretende Laserstrahl nicht mehr parallel sondern unter einem Winkel zur von den Resonatorspiegeln gebildeten optischen Achse aus dem Resonator austritt. Der Laserstrahl breitet sich somit nicht mehr in Sollrichtung auf einer Systemachse des dem Resonator optisch nachgeschalteten Strahlführungs- und Strahlformungssystems aus, das unter anderem auch Raumfilter oder Blenden aufweist. Durch die Abweichung von der Sollrichtung wird somit ein Teil des um seine Mittenachse eine symmetrische, annähernd eine gaußförmige Intensitätsverteilung aufweisenden Laserstrahls ausgeblendet bzw. ausgefiltert und steht somit am Prozessort nicht mehr als Nutzleistung zur Verfügung. Mit anderen Worten: Der unmittelbar aus dem Resonator austretende Laserstrahl ist zwar in sei ner Leistung im wesentlichen unverändert, steht aber durch die schiefwinklige Ausbreitung zur System- oder Sollrichtung nicht mehr vollständig zur Verfügung.
  • Da gemäß der Erfindung im Strahlengang des Laserstrahls ein verstellbarer Resonatorspiegel vorgesehen ist, dessen Fokus entlang der Resonatorachse verschoben werden kann um auf diese Weise die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls zu steuern, ist es möglich, den Laserstrahl auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen wenigstens annähernd kollinear zur Systemachse, d. h. zur Sollrichtung auszurichten.
  • Grundsätzlich wäre es auch möglich, resonatorexterne, verstellbare optische Elemente vorzusehen, wie sie beispielsweise in der eingangs zitierten DE 199 42 905 A1 offenbart sind. Diese hat aber den Nachteil, dass zusätzliche resonatorexterne Spiegel erforderlich sind und die Abweichung von der Systemachse und somit der Verstellweg durch die schiefwinklige Ausbreitung umso größer ist, je größer der Abstand zum Austrittsfenster des Resonators ist. Durch die erfindungsgemäße Maßnahmen wird bereits der aus dem Resonator austretende Laserstrahl korrekt auf die Systemachse ausgerichtet werden und zusätzliche externe Komponenten sind nicht erforderlich.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Krümmung des zumindest einen verstellbaren Resonatorspiegels steuerbar, wobei insbesondere zur Steuerung der Krümmung des Resonatorspiegels eine an ihm angeordnete steuerbare Wärmequelle vorgesehen ist. Dadurch kann eine bereits gemäß der eingangs zitierten DE 44 28 194 C2 vorhandene Einrichtung benutzt werden, so dass der zusätzliche fertigungstechnische Aufwand auf die Bereitstellung des Lichtempfängers und der ergänzenden elektronischen Steuerung beschränkt ist.
  • Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, mit Hilfe des zumindest einen verstellbaren Resonatorspiegels den Abstand zwischen den Resonatorspiegeln, insbesondere mit einem piezoelektrischen Aktor, zu steuern.
  • Vorzugsweise sind zum Messen einer Abweichung des Laserstrahls von der Sollrichtung zumindest zwei Lichtempfänger vorgesehen, die symmetrisch zur Systemachse angeordnet sind. Dadurch kann eine Abweichung des Laserstrahls von der Sollrichtung in zwei Richtungen erfasst werden. Außerdem kann eine Abweichung von der Sollrichtung leistungsunabhängig durch einfache Differenzbildung der von den Lichtempfängern abgegebenen Messsignale festgestellt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der oder die Lichtempfänger in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls hinter einem teildurchlässigen Umlenkspiegel angeordnet, wobei insbesondere als Lichtempfänger eine Lateraleffekt-Photodiode vorgesehen ist. Dadurch ist der Aufbau bei hoher Messempfindlichkeit (Ortsauflösung) vereinfacht.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist bzw. sind der oder die Lichtempfänger im Strahlengang eines von einem Raumfilter aus dem Laserstrahl ausgekoppelten Teilstrahls angeordnet.
  • Als instabiler Resonator ist insbesondere ein konfokaler Resonator des positiven oder negativen Zweigs vorgesehen. Dadurch ist eine besonders hohe Strahlqualität gewährleistet.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
  • 1, 2 und 3 jeweils eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bandleiterlasers jeweils in einer schematischen Prinzipdarstellung,
  • 4 eine graphische Darstellung, in der das Intensitätsprofil des Laserstrahls quer zu seiner Ausbreitungsrichtung für zwei unterschiedliche Betriebsbedingungen des Bandleiterlasers schematisch veranschaulicht ist,
  • 5 eine weitere alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lasers,
  • 6 eine graphische Darstellung, in der die am Prozessort verfügbare Ausgangsleistung des Bandleiterlasers gegen die Frequenz für einen erfindungsgemäßen Bandleiterlaser und für einen Laser nach dem Stand der Technik dargestellt ist.
  • Gemäß 1 umfasst ein Bandleiterlaser einen instabilen Resonator 2, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein konfokaler instabiler Resonator des negativen Zweigs, zwischen dessen konkaven Resonatorspiegeln 4a und 4b ein Lasergas LG, im Ausführungsbeispiel ein CO2 oder CO als laseraktives Medium enthaltendes Gasgemisch, befindet. Die Anregung des Lasergases erfolgt durch eine elektrische Hochfrequenzentladung zwischen zwei voneinander nur im Millimeterbereich beabstandeten Elektrodenplatten 6, von denen in der Draufsicht der Figur nur die Flachseite einer Elektrodenplatte 6 zu sehen ist. Diese Elektrodenplatten 6 legen einen flachen quaderförmigen Entladungsraum fest, an dessen Stirnseiten die Resonatorspiegel 4a, b angeordnet sind.
  • Ein solcher Bandleiterlaser ist beispielsweise in der US 4,719,639 A näher erläutert.
  • Aus dem Resonator 2 tritt bei korrekter Justage der Resonatorspiegel 4a, b, d. h. wenn die optischen Achsen Ra, Rb der Resonatorspiegel 4a, b auf der Resonatorachse R liegen (R = Ra = Rb) und ihre Foki Fa, Fb zusammenfallen (Fa = Fb), ein Laserstrahl LS aus, der sich entlang einer optischen Systemachse A ausbreitet, die parallel zur Resonatorachse R ist. Dem Resonator 2 sind noch eine Reihe von optischen Komponenten zur Strahlführung, beispielsweise Umlenkspiegel, und Strahlformung, beispielsweise Raumfilter und Linsen, nachgeordnet, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur nicht dargestellt sind und zur Führung des Laserstrahls LS zum Prozessort dienen.
  • Die Einkopplung der Hochfrequenzspannung HF erfolgt getaktet mit einer Schaltfrequenz f um eine einfache Steuerung der mittleren Ausgangsleistung des Lasers zu ermöglichen. Bedingt durch die großflächige Entladungsgeometrie, die für einen Laser mit einer Leistung von 2,5 kW etwa 1 × 0,2 m2 beträgt, entstehen innerhalb des von den Elektrodenplatten 6 gebildeten Entladungsraumes von den Schaltfrequenz f abhängige Temperatur- und Dichteinhomogenitäten, die die Ausbreitung der sich innerhalb des Entladungsraumes zwischen den Resonatorspiegeln 4a, b fortpflanzenden Laserstrahlen beeinflussen. Die damit einhergehende Modulation des Brechungsindex des Lasergases führt nun dazu, dass die Konfokalität Fa = Fb der beiden Resonatorspiegel 4a, b verloren geht, so dass aus dem Resonator 2 ein dejustierter Laserstrahl LS' austritt, dessen Mittenachse gegenüber der Mittenachse des Laserstrahls LS (= Systemachse A) um einen Winkel α geneigt ist.
  • Symmetrisch um die Mittenachse des Laserstrahls LS, die mit der optischen Systemachse A (Sollrichtung) des Lasers zusammenfällt, sind in einer parallel zu den Flachseiten der Elekt rodenplatten 6 angeordneten Ebene zwei Lichtempfänger 8a, b angeordnet, die die Intensität eines Randbereichs der annähernd eine in der Figur eingezeichnete gaußförmige Intensitätsverteilung aufweisenden Laserstrahlen LS, LS' messen. Die Lichtempfänger 8a, b erzeugen jeweils ein elektrisches Messsignal Sa, Sb, das einem Differenzverstärker 10 zugeführt wird, der die Differenz aus diesen beiden Messsignalen Sa, Sb bildet und diese als Eingangssignal E an eine Steuereinrichtung 12 weiterleitet. Die Steuereinrichtung 12 generiert ein Steuersignal S für ein Stellglied 14, das ein im Strahlengang des Laserstrahls LS, LS' befindliches verstellbares optisches Element, im Beispiel einer der beiden Resonatorspiegel 4a, b, steuert und die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls LS' beeinflusst. Als Stellglied 14 ist im Ausführungsbeispiel ein Piezoaktor verwendet, der solange eine axiale Verschiebung ΔL des Resonatorspiegels 4b entlang seiner optischen Achse Rb bewirkt, bis das Eingangssignal D zu Null wird, so dass sich im Falle einer Abweichung des Laserstrahls LS' von der Sollrichtung (Systemachse) A dieser wieder symmetrisch zu den beiden Lichtempfängern 8a, b ausbreitet. Dabei bewirkt die durch die Messsignale Sa, Sb gesteuerte Verschiebung zumindest eines der Resonatorspiegel 4a, b eine Veränderung ihres Abstandes derart, dass die Konfokalitätsbeziehung Fa = Fb wiederhergestellt wird.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird die Konfokalitätsbedingung Fa = Fb durch eine Änderung der Krümmung zumindest eines der Resonatorspiegel 4a, b wieder hergestellt. Hierzu ist dieser auf seiner Rückseite mit einer Wärmequelle 16 versehen, deren von der Steuereinrichtung 12 gesteuerter einseitiger Wärmeeintrag in den Resonatorspiegel 4b innere Spannungen erzeugt, die eine Veränderung der Krümmung der Reflexionsfläche 40 des Resonatorspiegels 4b bewirkt. Dies ist in der 11 für sphärische Resonatorspiegel vereinfacht anhand von Krümmungsradien r, r' veranschaulicht. Eine solche symmetrisch zur optischen Achse Rb vorgenommene Formänderung bewirkt ein Verschieben des Krümmungsmittelpunktes Mb, Mb' und damit des Fokus Fb, Fb' entlang der durch die Formänderung praktisch unveränderten optischen Achse Rb des Resonatorspiegels 4b.
  • In der Praxis handelt es sich bei den Resonatorspiegeln 4a, b jedoch nicht um sphärische Spiegel sondern um Parabolspiegel, um Abbildungsfehler durch sphärische Aberration zu vermeiden. Die Wärmequelle 16 kann dabei entsprechend den aus der DE 44 28 194 C2 bekannten Ausführungsformen gestaltet werden.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 trifft der aus dem Resonator 2 austretende Laserstrahl LS auf einen Umlenkspiegel 18, der den Laserstrahl LS zu einem halbdurchlässigen Umlenkspiegel 20 umlenkt. Auf der Rückseite des halbdurchlässigen Umlenkspiegels 20 sind die beiden Lichtempfänger 8a, b symmetrisch zueinander und beabstandet vom Sollauftreffpunkt angeordnet. Anstelle räumlich getrennter Lichtempfänger können auch Lichtempfänger verwendet werden, die räumlich zusammenhängen, beispielsweise lineare Photodiodenarrays oder Lateraleffekt-Photodioden, die eine höhere Ortsauflösung ermöglichen. In diesem Ausführungsbeispiel ist als Resonator 2 ein aus einem konkaven und einem konvexen Resonatorspiegel 40a bzw. 40b gebildeter konfokaler instabiler Resonator des negativen Zweigs dargestellt. Auch in dieser Ausführungsform kann durch Verstellen der Krümmung eines der Resonatorspiegel 40a, b oder des Abstand zwischen diesen durch Verschieben eines oder beider Resonatorspiegel, die Konfokalitätsbedingung wiederhergestellt und somit die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls LS auf die Systemachse eingestellt werden.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind die Lichtempfänger 8a, b in einem Raumfilter 22 angeordnet, das eine schlitzförmige Blende 24 zur Strahlbegrenzung sowie einen wassergekühlten Absorber 28 zum Absorbieren des an schrägen Stirnflächen 26 der Blende 24 reflektierten Anteils des Laserstrahls LS, LS' enthält. Die beiden Lichtempfänger 8a, b befinden sich einander diametral gegenüber an der zylindrischen Innenoberfläche des Absorbers 28 und sind im Strahlengang eines an den schrägen Stirnflächen 26 ausgekoppelten (reflektierten) Teilstrahls angeordnet. Der Figur ist nun zu entnehmen, dass ein sich nicht mit seiner Mittenachse auf der mit der Mittenachse des Laserstrahls LS zusammenfallenden optischen Systemachse A ausbreitender Laserstrahls LS' zur Folge hat, dass der an den schrägen Stirnflächen 26 ausgekoppelte (reflektierte) Teilstrahl eine bezüglich der Sollrichtung A unsymmetrische Intensitätsverteilung aufweist, so dass einer der Lichtempfänger – im Beispiel der Lichtempfänger – 8a eine höhere Lichtmenge empfängt als der andere Lichtempfänger 8b.
  • Dies ist in 5 veranschaulicht. In dieser Figur ist die Intensität I des Laserstrahls gegen den Abstand x von der optischen Systemachse x = 0 aufgetragen. Die Lichtempfänger befinden sich im Abstand D symmetrisch von der Systemachse entfernt und empfangen bei sich auf der Systemachse ausbreitenden Laserstrahl, dessen Intensitätsprofil durch Kurve c wiedergegeben ist, dieselbe mittlere Intensität I1 = I2, wobei das von den Lichtempfängern erzeugte Messsignal proportional zu der in der Figur schraffierten Fläche ist. Verschiebt sich nun der Laserstrahl aus der optischen Systemachse x = 0 am Ort der Lichtempfänger um eine Wegstrecke Δ, so empfängt der Lichtempfänger 8a eine deutlich größere mittlere Intensität I1' als der Lichtempfänger 8b, auf den nur noch die mittlere Intensität I2' auftrifft. Die Differenz der diesen mittleren Intensitäten I1', I2' jeweils proportionalen Messsignale der beiden Lichtempfänger 8a, b wird nun als Steuersignal für die mechanische Verstellung des innerhalb oder außerhalb des Resonators 2 im Strahlengang des Laserstrahls LS angeordneten verstellbaren optischen Elements herangezogen, bis beide Lichtempfänger 8a, b dieselbe Lichtmenge empfangen und somit dasselbe Messsignal erzeugen.
  • 6 veranschaulicht nun die Auswirkung der erfindungsgemäßen Maßnahme auf die am Prozessort verfügbare Ausgangsleistung P des Laserstrahls. In dieser Figur ist anhand der Kurve b zu erkennen, dass mit der erfindungsgemäßen Anordnung die Abhängigkeit der Ausgangsleistung P von der Schaltfrequenz f weitgehend eliminiert ist.

Claims (10)

  1. Bandleiterlaser mit einem gasförmigen laseraktiven Medium, das sich zwischen zwei plattenförmigen Elektroden befindet, die einen Entladungsraum festlegen, an dessen einander gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils ein Resonatorspiegel (4a, b) angeordnet ist, deren optische Achsen (Ra, Rb) auf einer gemeinsamen Achse liegen, und die einen instabilen Resonator (2) bilden, und mit zumindest einem im Strahlengang des aus dem Resonator (2) austretenden Laserstrahls (LS; LS') angeordneten Lichtempfänger (8a, b) zum Messen einer Abweichung (α) der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls (LS') von einer Sollrichtung (A), sowie mit einer Steuereinrichtung (12) zum Verstellen der Lage des Fokus (Fb) zumindest eines der Resonatorspiegel (4b) entlang der Achse (Rb) in Abhängigkeit des von dem zumindest einen Lichtempfänger (8a, b) empfangenen Messsignals (Sa bzw. Sb).
  2. Bandleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem die Krümmung (r, r') des zumindest einen Resonatorspiegels (4b) steuerbar ist.
  3. Bandleiterlaser nach Anspruch 2, bei dem zur Steuerung der Krümmung (r, r') des verstellbaren Resonatorspiegels (4b) eine an ihm angeordnete steuerbare Wärmequelle (16) vorgesehen ist.
  4. Bandleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem der zumindest eine Resonatorspiegel (4b) zur Steuerung des Abstandes (L) zwischen den Resonatorspiegeln (4a, b) vorgesehen ist.
  5. Bandleiterlaser nach Anspruch 4, bei dem zum Steuern des Abstandes (L) ein piezoelektrischer Aktor (14) vorgesehen ist.
  6. Bandleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Messen einer Abweichung der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls (LS') von der Sollrichtung (A) zumindest zwei Lichtempfänger (8a, b) vorgesehen sind, die symmetrisch zur Sollrichtung (A) angeordnet sind.
  7. Bandleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der oder die Lichtempfänger (8a, b) in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls (LS, LS') hinter einem teildurchlässigen Umlenkspiegel (20) angeordnet sind.
  8. Bandleiterlaser nach Anspruch 7, bei dem als Lichtempfänger (8a, b) eine Lateraleffekt-Photodiode vorgesehen ist.
  9. Bandleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der oder die Lichtempfänger (8a, b) im Strahlengang eines von einem Raumfilter (22) aus dem Laserstrahl (LS, LS') ausgekoppelten Teilstrahls angeordnet sind.
  10. Bandleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als laseraktives Medium CO2-Gas oder CO-Gas vorgesehen ist.
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