DE10245612A1 - Frequency doubled laser radiation control method, by superimposing oscillating function on control value so that control parameter varies in oscillating manner - Google Patents

Frequency doubled laser radiation control method, by superimposing oscillating function on control value so that control parameter varies in oscillating manner Download PDF

Info

Publication number
DE10245612A1
DE10245612A1 DE10245612A DE10245612A DE10245612A1 DE 10245612 A1 DE10245612 A1 DE 10245612A1 DE 10245612 A DE10245612 A DE 10245612A DE 10245612 A DE10245612 A DE 10245612A DE 10245612 A1 DE10245612 A1 DE 10245612A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
frequency
laser radiation
doubled laser
function
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10245612A
Other languages
German (de)
Inventor
Hartmut Dr. Zimmermann
Klaus Schwenkenbecher
Frank Peuker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CRYSTAL GmbH
Original Assignee
CRYSTAL GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CRYSTAL GmbH filed Critical CRYSTAL GmbH
Priority to DE10245612A priority Critical patent/DE10245612A1/en
Publication of DE10245612A1 publication Critical patent/DE10245612A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0147—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on thermo-optic effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3544—Particular phase matching techniques
    • G02F1/3546—Active phase matching, e.g. by electro- or thermo-optic tuning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/131—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1317—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the temperature

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

The temperature of a frequency doubler (1) is regulated using a control parameter derived from a control value based on the detected parameters of the laser radiation. When determining the control parameter, a predetermined oscillating function is superimposed on the control value so that control parameter varies in an oscillating manner. At least one functional parameter of the oscillating function is determined based on measured parameters of the frequency doubled laser radiation. An Independent claim is included for an apparatus for controlling frequency doubled laser radiation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln einer frequenzverdoppelten Laserstrahlung.The invention relates to a method and a device for regulating frequency-doubled laser radiation.

Laserstrahlung wird heute auf vielen Anwendungsgebieten genutzt, beispielsweise bei der Materialbearbeitung oder medizinischen Behandlungen. Auf den unterschiedlichen Anwendungsgebieten besteht Bedarf für Laserstrahlung in verschiedenen Frequenzbereichen. Eine Möglichkeit, mit Hilfe einer erzeugten Ausgangslaserstrahlung auch Laserstrahlung in einem anderen Frequenzbereich zur Verfügung zu stellen, besteht in der Frequenzvervielfachung, insbesondere der Frequenzverdopplung der Ausgangslaserstrahlung. Zur Frequenzverdopplung wird hierbei eine Frequenzverdoppler-Einrichtung genutzt, die beispielsweise ein Kristallelement mit nichtlinerarem optischen Verhalten umfaßt. Bei der Frequenzverdopplung wird aus einer Ausgangslaserstrahlung mit einer Frequenz ω eine frequenzverdoppelte Laserstrahlung mit einer Frequenz 2ω gebildet. Als Ausgangslaserstrahlung, die in die Frequenzverdoppler-Einrichtung eingekoppelt wird, kann grundsätzlich jede Laserstrahlung mit ausreichender Intensität, beispielsweise eine Diodenlaserstrahlung, genutzt werden, für die geeignete Frequenzverdoppler-Einrichtungen zur Verfügung stehen. Darüber hinaus kann bei diodengepumpten Festkörper- oder Halbleiterlasern die Freqenzverdoppelung intern im Resonator ausführt werden.Laser radiation is used on many today Application areas used, for example in material processing or medical treatments. In the different areas of application there is a need for Laser radiation in different frequency ranges. A possibility, with the help of a generated output laser radiation also laser radiation to make available in another frequency range consists in frequency multiplication, especially frequency doubling the output laser radiation. This doubles the frequency a frequency doubler device used, for example comprises a crystal element with nonlinear optical behavior. at the frequency doubling is derived from an output laser radiation a frequency ω a frequency-doubled laser radiation with a frequency 2ω formed. As Output laser radiation entering the frequency doubler device can be coupled in principle any laser radiation with sufficient intensity, for example a diode laser radiation, be used for the appropriate frequency doubler devices are available. About that In addition, diode-pumped solid-state or semiconductor lasers the frequency doubling is carried out internally in the resonator.

Neben der Abhängigkeit von der Intensitätskonstanz der Ausgangslaserstrahlung hängt die Stabilität der frequenzverdoppelten Laserstrahlung insbesondere von der Güte und der Qualität der Frequenzverdopplung in der Frequenzverdoppler-Einrichtung ab. Die Frequenzverdopplung ist in der Regel temperaturabhängig. Zur Stabilisierung der frequenzverdoppelten Laserstrahlung wird bei bekannten Vorrichtungen deshalb versucht, die für die Frequenzverdopplung genutzten Komponenten gegen äußere Temperatureinflüsse thermisch zu isolieren. Äußere Temperatureinflüsse lassen sich jedoch nur unvollständig unterdrücken; insbesondere für ein stabiles Langzeitverhalten sind die Maßnahmen zur thermischen Isolation nicht ausreichend. Bereits kleine Änderungen der Leistung der Ausgangslaserstrahlung führen in der Frequenzverdoppler-Einrichtung zu Temperaturänderungen, welche mit der Temperaturstabilisierung nicht erfaßt werden können.In addition to the dependence on the constant intensity the output laser radiation depends the stability the frequency-doubled laser radiation in particular on the quality and the quality the frequency doubling in the frequency doubler device. Frequency doubling is usually temperature-dependent. to Stabilization of the frequency-doubled laser radiation is at known devices therefore tried to use those used for frequency doubling Thermal components against external temperature influences isolate. Leave outside temperature influences however, only incomplete suppress; especially for The measures for thermal insulation are stable long-term behavior unsatisfactory. Even small changes in the performance of the Lead output laser radiation in the frequency doubler device for temperature changes, which are not detected with the temperature stabilization can.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Regeln einer frequenzverdoppelten Laserstrahlung anzugeben, bei dem (der) die nachteiligen Wirkungen des Einflusses von Temperaturänderungen minimiert sind.The object of the invention is therefore an improved method and an improved device for To specify rules of a frequency-doubled laser radiation at the adverse effects of the influence of temperature changes are minimized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 8 gelöst.This object is achieved by a Procedure according to the independent Claim 1 and a device according to independent claim 8 solved.

Die Erfindung umfaßt insbesondere den Gedanken, die zum Regeln der Temperatur einer Frequenzverdoppler-Einrichtung genutzte Regelgröße mit einem zeitlichen periodischen Verlauf auszustatten, so daß die zu stabilisierende frequenzverdoppelte Laserstrahlung innerhalb vorgegebener Grenzen eine schwach oszillierende Funktion hinsichtlich der Leistung beschreibt, die beispielsweise zeitlich periodisch sein kann und deren lokale Maxima die (gesuchte) optimale Temperatur für die Frequenzverdoppler-Einrichtung repräsentieren, um die herum die Regelung realisiert wird. Hierbei wird auf der Basis einer erfaßten Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung die frequenzverdoppelte Laserstrahlung selbst in die Regelung derart eingebunden, daß die Regelgröße eine gewünschte schwach oszillierende Funktion beschreibt.The invention particularly includes the thought of regulating the temperature of a frequency doubler device used control variable with a equip periodic periodic course, so that the to stabilizing frequency-doubled laser radiation within specified Limits a weakly oscillating function in terms of performance describes, which can be periodic, for example, and whose local maxima are the (sought) optimal temperature for the frequency doubler device represent, around which the regulation is implemented. Here is on the Basis of a captured Measured variable of the frequency doubled Laser radiation the frequency-doubled laser radiation itself in the control is integrated in such a way that the controlled variable desired weakly oscillating function describes.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß zumindest ein Funktionsparameter der vorgegebenen oszillierenden Funktion in Abhängigkeit von der erfaßten Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung bestimmt wird. Auf diese Weise ist eine optimierte Anpassung der oszillierenden Funktion an verschiedene Anwendungsfälle ermöglicht.An expedient development of the invention stipulates that at least a function parameter of the given oscillating function dependent on from the captured Measured variable of the frequency doubled Laser radiation is determined. This is an optimized one Adaptation of the oscillating function to different applications.

Eine unmittelbare Kopplung an die erfaßte Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Anstieg der vorgegebenen oszillierenden Funktion invertiert wird, wenn die erfaßte Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung einen unteren Grenzwert unterschreitet.A direct link to the Measured variable of the frequency doubled Laser radiation is in a preferred embodiment of the invention achieved in that a Increase in the predetermined oscillating function is inverted, if the captured Measured variable of the frequency doubled Laser radiation falls below a lower limit.

Vorteilhaft kann bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß mit Hilfe einer Steuereinrichtung ein lokales Maximum und/oder ein lokales Minimum der erfaßten Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung bestimmt und zum automatischen Festlegen eines neuen aktuellen oberen bzw. eines neuen aktuellen unteren Grenzwert verwendet werden. Hierdurch werden bei der Überlagerung des Regelwerts zum Ableiten der Regelgröße mit der vorgegebenen oszillierenden Funktion stets aktuelle Veränderungen der Frequenzverdoppler-Einrichtung berücksichtigt.In one embodiment, the Invention can be provided that with With the help of a control device, a local maximum and / or a local one Minimum of the recorded Measured variable of the frequency doubled Laser radiation determined and for automatically setting a new one current upper or a new current lower limit is used become. This will overlay the control value to derive the controlled variable with the given oscillating function always current changes the frequency doubler device is taken into account.

Der Aufwand zum Erzeugen der vorgegebenen oszillierenden Funktion ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dadurch minimiert, daß als vorgegebene oszillierende Funktion eine Funktion mit einem Sägezahn-Verlauf verwendet wird. Eine solche funktionelle Abhängigkeit kann mit Hilfe eines geringen technischen Aufwands, beispielsweise mit Hilfe von Logikbausteinen auf einfache Weise erzeugt werden. Es können jedoch Funktionen mit beliebigem oszillierenden Verhalten verwendet werden.The effort to generate the given oscillating function is in a preferred development minimized the invention in that as a predetermined oscillating Function a function with a sawtooth curve is used. Such a functional dependency can be done with little technical effort, for example can be easily generated with the help of logic modules. It can however functions with any oscillating behavior are used become.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß für die vorgegebene oszillierende Funktion eine Periodendauer im Bereich von Sekunden bis Minuten eingestellt wird, wodurch die gezielte Modulation der Frequenzverdoppler-Einrichtung zu keiner Erhöhung des „periodischen Rauschens" der frequenzverdoppelten Laserstrahlung in den meisten praktischen Anwendungsfällen führt.An expedient embodiment of the invention provides that for the predetermined oscillating function a period in the range of Seconds to minutes is set, whereby the targeted modulation of the frequency doubler device does not lead to an increase in the "periodic noise" of the frequency-doubled laser radiation in most practical applications.

Um Drifterscheinungen der frequenzverdoppelten Laserstrahlung zu vermeiden, die nicht von der Einhaltung einer optimalen Temperatur der Frequenzverdoppler-Einrichtung abhängen, beispielsweise einer Alterung der Strahlungsquelle zum Erzeugen der Ausgangslaserstrahlung oder eine Verschmutzung von genutzten optischen Bauelementen, sieht eine zweckmäßige Fortbildung der Erfindung vor, daß in Abhängigkeit von der erfaßten Meßgröße der fregzenverdoppelten Laserstrahlung eine Ansteuerung einer Laserquelle zum Erzeugen einer Ausgangslaserstrahlung geregelt wird, wobei die Ausgangslaserstrahlung in die Frequenzverdoppler-Einrichtung zum Erzeugen der frequenzverdoppelten Laserstrahlung eingekoppelt wird.To drift the frequency doubled Avoid laser radiation that is not adhering to depend optimal temperature of the frequency doubler device, for example aging of the radiation source to produce the output laser radiation or contamination of used optical components appropriate training the invention that in dependence from the captured Measured variable of the frequency doubled Laser radiation a control of a laser source for generating an output laser radiation is regulated, the output laser radiation in the frequency doubler device coupled to generate the frequency-doubled laser radiation becomes.

Bei der Vorrichtung zum Regeln der frequenzverdoppelten Laserstrahlung kann eine Meßeinrichtung zum Erfassen der Meßgröße vorteilhaft einen Leistungsmesser zum Messen der frequenzverdoppelten Laserstrahlung umfassen. Derartige Meßgeräte stehen in verschiedenen Ausführungsformen für Laserstrahlung mit unterschiedlichen Intensitäten und in verschiedenen Freuquenzbereichen zur Verfügung, so daß eine Anpassung an verschiedenste Anwendungsfälle mit geringem Aufwand möglich ist.In the device for regulating the frequency-doubled laser radiation can be a measuring device for detecting the Measured variable advantageously one Power meter for measuring the frequency-doubled laser radiation include. Such measuring devices are available in different embodiments for laser radiation with different intensities and available in different frequency ranges, so that an adaptation to different use cases is possible with little effort.

Die Funktionalitäten der Steuereinrichtung können bei einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig dadurch zur Verfügung gestellt werden, daß die Steuereinrichtung eine Mikrocontroller-Einrichtung umfaßt.The functionalities of the control device can a further development of the invention expediently provided be that the Control device comprises a microcontroller device.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention is illustrated below of embodiments explained in more detail with reference to a drawing. Here show:

1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Regeln einer frequenzverdoppelten Laserstrahlung; 1 a block diagram for explaining a method and an apparatus for controlling a frequency-doubled laser radiation;

2 eine grafische Darstellung einer Ausgangsleistung einer frequenzverdoppelten Laserstrahlung in Abhängigkeit von der Zeit; und 2 a graphic representation of an output power of a frequency-doubled laser radiation as a function of time; and

3 eine grafische Darstellung einer oszillierenden Ausgangsleistung einer frequenzverdoppelten Laserstrahlung sowie eine oszillierende Funktion in Abhängigkeit von der Zeit. 3 a graphic representation of an oscillating output power of a frequency-doubled laser radiation and an oscillating function as a function of time.

1 zeigt eine grafische Darstellung einer Leistung PSHG (SHG – „Second Harmonic Generation") einer frequenzverdoppelten Laserstrahlung in Abhängigkeit von der Zeit. Aus 1 ergibt sich, daß die Leistung PSHG über die Zeit eine Abwärtsdrift aufweist. 1 shows a graphical representation of a power P SHG (SHG - "Second Harmonic Generation") of frequency-doubled laser radiation as a function of time 1 it follows that the power P SHG has a downward drift over time.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ein Verfahren zum Stabilisieren der Leistung PSHG beschrieben. Die Leistung PSHG einer frequenzverdoppelten Laserstrahlung, die mit Hilfe einer Frequenzverdoppler-Einrichtung 1 erzeugt wird, hängt im A11-gemeinen stark von der Temperatur TSHG der Frequenzverdoppler-Einrichtung 1 ab. TSHG ist hierbei die Temperatur in einem Bereich der Frequenzverdoppler-Einrichtung 1, in den eine Ausgangslaserstrahlung fokusiert wird, deren Frequenz ω verdoppelt werden soll. Die Temperatur TSHG wird von äußeren Einflüssen, wie einer veränderlichen Raumtemperatur RT, aber auch durch die Leistungsdichte der Ausgangslaserstrahlung, die in die Frequenzverdoppler-Einrichtung 1 gekoppelt wird, beeinflußt. Eine Temperaturmessung der Temperatur TSHG wird bei dem in 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Temperatursensoreinrichtung 2 ausgeführt, die beispielsweise einen Thermistor umfaßt. Die Temperatursensoreinrichtung ist aus regelungstechnischen Gründen, nämlich einer Minimierung eines „thermischen Schwingens", meist in unmittelbarer Nähe eines thermoelektrischen Kühlers (bzw. Heizers) 3 angeordnet, mit dem die Temperatur der Frequenzverdoppler-Einrichtung 1 gezielt beeinflußt wird. Zum Einstellen einer vorgegebenen Temperatur können beliebige Heiz- und/oder Kühleinrichtungen genutzt werden, die für den jeweiligen Anwendungsfall nach Art und Bauweise geeignet sind.The following is with reference to the 2 and 3 described a method for stabilizing the power P SHG . The power P SHG of a frequency-doubled laser radiation using a frequency doubler device 1 generated in general depends strongly on the temperature T SHG of the frequency doubler device 1 from. T SHG is the temperature in a region of the frequency doubler device 1 , into which an output laser radiation is focused, whose frequency ω is to be doubled. The temperature T SHG is influenced by external influences, such as a changing room temperature RT, but also by the power density of the output laser radiation that enters the frequency doubler device 1 is influenced. A temperature measurement of the temperature T SHG is carried out in the 2 schematically illustrated embodiment using a temperature sensor device 2 executed, which includes, for example, a thermistor. The temperature sensor device is usually in the immediate vicinity of a thermoelectric cooler (or heater) for control-technical reasons, namely to minimize "thermal oscillation" 3 arranged with which the temperature of the frequency doubler device 1 is deliberately influenced. Any heating and / or cooling devices which are suitable for the respective application in terms of type and construction can be used to set a predetermined temperature.

Mit Hilfe der Temperatursensoreinrichtung 2 wird ein Temperaturistwert TSHG gemessen. Die Temperatur TIST beeinflußt die von der Frequenzverdoppler-Einrichtung 1 abgegebene Leistung PSHG der frequenzverdoppelten Laserstrahlung; diese wird mit Hilfe einer Detektoreinrichtung 4 gemessen. Die gemessene Leistung PSHG wird auf eine Steuereinrichtung 5 gegeben und dient als ein Maß zum Ableiten eines Sollwerts der Temperatur TSOLL mittels der Steuereinrichtung 5. TSOLL wird dann mit einem optimalen Temperaturwert TSET verglichen, der am Anfang einer beginnenden Regelung manuell oder über ein gesondertes Start-Softwareprogramm (Temperatur-Rampe) eingestellt werden kann. Mit Hilfe einer Regeleinrichtung 6, die beispielsweise als ein PID-Regler ausgebildet ist, wird aus der Regelabweichung TIST minus TSOLL ein Strom ITEC durch den thermoelektrischen Kühler (bzw. Heizers) 3 definiert, so daß die Temperatur an der Frequenzverdoppler-Einrichtung 1 geregelt wird.With the help of the temperature sensor device 2 an actual temperature value T SHG is measured. The temperature T IST influences that of the frequency doubler device 1 emitted power P SHG of the frequency-doubled laser radiation; this is done with the help of a detector device 4 measured. The measured power P SHG is applied to a control device 5 given and serves as a measure for deriving a target value of the temperature T DES by means of the control device 5 , T SHOULD is then compared with an optimal temperature value T SET , which can be set manually at the beginning of a beginning control or via a separate start software program (temperature ramp). With the help of a control device 6 , which is designed as a PID controller, for example, the control deviation T ACTUAL minus T SHOULD become a current I TEC through the thermoelectric cooler (or heater) 3 defined so that the temperature at the frequency doubler device 1 is regulated.

In der Steuereinrichtung 5 wird auf Basis der gemessenen Leistung PSHG der Sollwert TSOLL erzeugt, welcher einerseits von der gemessenen Leistung PSHG abhängig ist und andererseits von einer oszillierenden Funktion SK überlagert ist, die beispielsweise einen zeitlich periodischen Verlauf aufweist. Die oszillierende Funktion SK bildet eine Sollwertkorrektur in Form einer periodische Funktion, deren Periodendauer und/oder Amplitude von der gemessenen Leistung PSHG abhängt. Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Funktion SK einen Sägezahn-Verlauf aufweist. Durch die Überlagerung der Funktion SK weist der Sollwert TSOLL einen oszillierenden Verlauf, beispielsweise eine zeitlich periodischen Verlauf auf. Dieses führt dazu, daß mit Hilfe der Regeleinrichtung 6 ein oszillierender Strom ITEC auf den thermoelektrischen Kühler 3 gegeben wird, wodurch die Leistung PSHG der Frequenzverdoppler-Einrichtung 1 ebenfalls oszilliert. Ein solcher Verlauf ist beispielhaft in 3, obere Kurve dargestellt.In the control device 5 On the basis of the measured power P SHG, the target value T SHOULD is generated, which is dependent on the one hand on the measured power P SHG and on the other hand is overlaid by an oscillating function SK which, for example, has a periodic course over time. The oscillating function SK forms a setpoint correction in the form of a periodic function, the period duration and / or amplitude of which depends on the measured power P SHG . An expedient embodiment of the invention provides that the function SK has a saw tooth course. Through the Overlaying the function SK, the setpoint T SOLL has an oscillating course, for example a periodic periodic course. This leads to the fact that with the help of the control device 6 an oscillating current I TEC on the thermoelectric cooler 3 is given, whereby the power P SHG of the frequency doubler device 1 also oscillates. Such a course is exemplified in 3 , upper curve shown.

In der Steuereinrichtung 4, bei der es sich beispielsweise um einen Microcontroller handeln kann, ist ein unterer Grenzwert PSHG-Min für die zulässige Änderung der Leistung PSHG abgelegt, der aus dem lokalen Maximum PSHG-Max nach durchfahren einer halben Periode oder Schwingung der oszillierenden Funktion abgeleitet wird, beispielsweise gemäß dem folgenden Zusammenhang: PSHG-Min (1 – 0,8%) × PSHG-Max. Beim Unterschreiten des unteren Grenzwerts PSHG-Min (vergleiche 3) wird der Anstieg der oszillierenden Funktion SK umgekehrt.In the control device 4 , which can be a microcontroller, for example, a lower limit value P SHG-Min is stored for the permissible change in power P SHG , which is derived from the local maximum P SHG-Max after driving through half a period or oscillation of the oscillating function , for example according to the following relationship: P SHG-Min (1 - 0.8%) × P SHG-Max . If the value falls below the lower limit P SHG-Min (cf. 3 ) the increase in the oscillating function SK is reversed.

Die Regelung der Temperatur für die Frequenzverdoppler-Einrichtung 1 soll im Folgenden für eine beispielhafte Ausgangssituation erläutert werden. Zunächst wird von einem beliebigen Anfangswert für eine optimale Leistung PSHG ausgegangen. Dieser Wert wird am Beginn als aktueller oberer Grenzwert PSHG-Max in der Steuereinrichtung 5 definiert und kann dort abgelegt werden. Die periodische Funktion SK wird zunächst in einer beliebigen Richtung, d.h. ansteigend oder abfallend verändert. Die Änderung kann schrittweise erfolgen. Bei einem Abfall der Funktion SK werden der Sollwert TSOLL und somit der Istwert TIST ebenfalls verringert, so daß entweder ein optimaler Bereich für die Frequenzverdopplung verlassen oder durchfahren wird. Im letzten Fall steigt die Leistung PSHG bis zu einem Maximalwert an, der dann mit Hilfe der Steuereinrichtung 5 als neuer aktueller oberer Grenzwert PSHG-Max ermittelt und abgespeichert wird. Anschließend fällt die Leistung PSHG wieder ab.The regulation of the temperature for the frequency doubler device 1 is to be explained below for an exemplary starting situation. First of all, an arbitrary initial value for optimal performance P SHG is assumed. At the beginning, this value is the current upper limit value P SHG-Max in the control device 5 defined and can be stored there. The periodic function SK is first changed in any direction, ie increasing or decreasing. The change can be made gradually. If the function SK drops, the setpoint T SHOULD and thus the actual value T IST are also reduced, so that either an optimal range for frequency doubling is left or the vehicle is passed through. In the latter case, the power P SHG increases up to a maximum value, which is then with the help of the control device 5 is determined and stored as the new current upper limit value P SHG-Max . The power P SHG then drops again.

Nachdem der optimale Bereich für die Frequenzverdopplung durchfahren wurde, kommt es zu einem Abfall der Leistung PSHG. Wenn der Abfall zu einer Unterschreitung des aktuell in der Steuereinrichtung 5 gespeicherten unteren Grenzwertes PSHG-Min, wird der Anstieg der periodischen Funktion SK mittels der Steuereinrichtung 5 invertiert, und der Istwert TIST nimmt zu, bis das nächste lokale Maximum der Leistung PSHG gefunden wird, aus dem ein neuer aktueller oberer Grenzwert PSHG-Max bestimmt werden kann. Aus dem neuen aktuellen oberen Grenzwert PSHG-Max kann dann ein neuer aktueller unterer Grenzwert PSHG-Min abgeleitet werden. Diese Verfahrensschritte werden fortlaufend wiederholt, so daß die Werte PSHG-Max und PSHG-Min im Verlauf eine Regelungsprozesses mehrfach aktualisiert werden.After passing through the optimal range for frequency doubling, the power P SHG drops . If the drop falls below that currently in the control device 5 stored lower limit value P SHG-Min , the increase in the periodic function SK by means of the control device 5 inverted, and the actual value T IST increases until the next local maximum of the power P SHG is found, from which a new current upper limit value P SHG-Max can be determined. A new current lower limit value P SHG-Min can then be derived from the new current upper limit value P SHG-Max . These process steps are repeated continuously, so that the values P SHG-Max and P SHG-Min are updated several times in the course of a control process.

Der untere Grenzwert PSHG-Min entspricht dem oberen Grenzwert PSHG-Max vermindert um einen vorgegebenen prozentualen Betrag. PSHG-Min wird durch die Vorgaben für die Stabilisierung der frequenzverdoppelten Laserstrahlung definieit und kann in Abhängigkeit von der Empfindlichkeit und der Auflösung der Detektoreinrichtung 4 sowie eines zugehörigen A/D-Wandlers (nicht dargestellt) < 0,1% sein.The lower limit value P SHG-Min corresponds to the upper limit value P SHG-Max reduced by a predetermined percentage. P SHG-Min is defined by the specifications for the stabilization of the frequency-doubled laser radiation and can be dependent on the sensitivity and resolution of the detector device 4 and an associated A / D converter (not shown) <0.1%.

Eine Periodendauer der oszillierenden Funktion SK kann individuell für verschiedene Anwendungsfälle eingestellt werden; sie hängt insbesondere vom unteren Grenzwert PSHG-Min als auch von thermischen Koppelbedingungen zwischen der Frequenzverdoppler-Einrichtung 1 und dem thermoelektrischen Kühler 3 ab. Vorzugsweise liegt die Periodendauer im Bereich von Sekunden bis Minuten, so daß die mit Hilfe der oszillierenden Funktion SK aufgeprägte Modulation der Leistung PSHG der frequenzverdoppelten Laserstrahlung für die meisten praktischen Anwendungsfälle keine Erhöhung des „periodischen Rauschens" zur Folge hat.A period of the oscillating function SK can be set individually for different applications; it depends in particular on the lower limit value P SHG-Min and on thermal coupling conditions between the frequency doubler device 1 and the thermoelectric cooler 3 from. The period duration is preferably in the range from seconds to minutes, so that the modulation of the power P SHG of the frequency-doubled laser radiation impressed with the aid of the oscillating function SK does not result in an increase in the "periodic noise" for most practical applications.

Zur Vermeidung von Drifterscheinungen, die nicht durch die Temperaturabhängigkeit der Frequenzverdopplung mittels der Frequenzverdoppler-Einrichtung 1 beeinflußt werden, beispielsweise eine Alterung einer Laserquelle zum Erzeugen der Ausgangslaserstrahlung für die Frequenzverdopplung, eine Verschmutzung, eine mechanische Drift oder dergleichen, kann ergänzend ein Stromfluß durch die Laserstrahlungsquelle (nicht dargestellt), beispielsweise Halbleiterlaserdiode geregelt werden, vorzugsweise mit Hilfe der Steuereinrichtung 5. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den oberen Grenzwert der Leistung PSHG-Max für einen Soll-Wertvergleich zu nutzen. Es ist zu beachten, daß eine Veränderung des Stromflusses für die Laserstrahlungsquelle auch zu einer Wellenlängen- und/oder Temperaturdrift der Laserstrahlungsquelle führen kann. Bei Kenntnis der quantitativen Auswirkungen der Wellenlängen und/oder Temperaturdrift kann die oszillierende Funktion SK in Abhängigkeit davon ver ändert werden, um eine Kompensation dieser Drifterscheinungen zu ermöglichen. Dieses wird mit Hilfe der Steuereinrichtung 5 ausgeführt.To avoid drift phenomena that are not caused by the temperature dependence of frequency doubling using the frequency doubler device 1 are influenced, for example aging of a laser source for generating the output laser radiation for frequency doubling, contamination, mechanical drift or the like, a current flow through the laser radiation source (not shown), for example semiconductor laser diode, can additionally be regulated, preferably with the aid of the control device 5 , Here it has proven to be advantageous to use the upper limit value of the power P SHG-Max for a target value comparison. It should be noted that a change in the current flow for the laser radiation source can also lead to a wavelength and / or temperature drift of the laser radiation source. With knowledge of the quantitative effects of the wavelengths and / or temperature drift, the oscillating function SK can be changed depending on this in order to enable a compensation of these drift phenomena. This is done with the help of the control device 5 executed.

Die beschriebene Regelung für die frequenzverdoppelte Laserstrahlung kann sowohl in Verbindung mit Frequenzverdoppler-Einrichtungen, die einer Strahlungsquelle für Laserstrahlung nachgeschaltet sind, als für Frequenzverdoppler-Einrichtungen genutzt werden, die in einen Resonator einer Laserstrahlungsquelle integriert sind.The described regulation for the frequency doubled Laser radiation can be used in conjunction with frequency doubler devices, that of a radiation source for Laser radiation are connected downstream than for frequency doubler devices be used in a resonator of a laser radiation source are integrated.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.The in the description above, the claims and the drawing disclosed features of the invention can both individually or in any combination for realizing the invention in their various embodiments of Be meaningful.

Claims (10)

Verfahren zum Regeln einer frequenzverdoppelten Laserstrahlung, wobei zum Beeinflussen von Betriebsparametern beim Erzeugen einer frequenzverdoppelten Laserstrahlung mittels einer Frequenzverdoppler-Einrichtung (1) die Temperatur der Frequenzverdoppler-Einrichtung (1) mit Hilfe einer Regeleinrichtung (6) geregelt und die Regeleinrichtung (6) zum Regeln der Temperatur mit einer Regelgröße beaufschlagt wird, die von einem Regelwert abgeleitet wird, welcher in Abhängigkeit von einer erfaßten Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelwert beim Ableiten der Regelgröße mit einer vorgegebenen oszillierenden Funktion überlagert wird, so daß die Regelgröße oszillierend verändert wird.Method for regulating a frequency-doubled laser radiation, whereby for influencing operating parameters when generating a frequency-doubled laser radiation by means of a frequency doubler device ( 1 ) the temperature of the frequency doubler device ( 1 ) with the help of a control device ( 6 ) regulated and the control device ( 6 ) for controlling the temperature, a control variable is applied which is derived from a control value which is determined as a function of a measured variable of the frequency-doubled laser radiation, characterized in that the control value is superimposed with a predetermined oscillating function when the control variable is derived, so that the controlled variable is changed in an oscillating manner. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Funktionsparameter der vorgegebenen oszillierenden Funktion in Abhängigkeit von der erfaßten Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung bestimmt wird.A method according to claim 1, characterized in that at least a function parameter of the given oscillating function dependent on from the captured Measured variable of the frequency doubled Laser radiation is determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anstieg der vorgegebenen oszillierenden Funktion invertiert wird, wenn die erfaßte Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung einen unteren Grenzwert unterschreitet.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the existence Increase in the predetermined oscillating function is inverted, if the captured Measured variable of the frequency doubled Laser radiation falls below a lower limit. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe einer Steuereinrichtung (5) ein lokales Maximum und/oder ein lokales Minimum der erfaßten Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung bestimmt und zum automatischen Festlegen eines neuen aktuellen oberen bzw. eines neuen aktuellen unteren Grenzwerts verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that with the aid of a control device ( 5 ) a local maximum and / or a local minimum of the measured variable of the frequency-doubled laser radiation is determined and used to automatically determine a new current upper or a new current lower limit value. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als vorgegebene oszillierende Funktion eine Funktion mit einem Sägezahn-Verlauf verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that as predefined oscillating function a function with a sawtooth curve is used. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die vorgegebene oszillierende Funktion eine Periodendauer im Bereich von Sekunden bis Minuten eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that for the given oscillating function a period in the range of seconds until minutes are set. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der erfaßten Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung eine Ansteuerung einer Laserquelle zum Erzeugen einer Ausgangslaserstrahlung geregelt wird, wobei die Ausgangslaserstrahlung in die Frequenzverdoppler-Einrichtung (1) zum Erzeugen der frequenzverdoppelten Laserstrahlung eingekoppelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, depending on the measured variable of the frequency-doubled laser radiation, a control of a laser source for generating an output laser radiation is regulated, the output laser radiation being fed into the frequency doubler device ( 1 ) is coupled in to generate the frequency-doubled laser radiation. Vorrichtung zum Regeln einer frequenzverdoppelten Laserstrahlung, mit: – einer Regeleinrichtung (6) zum Beeinflussen von Betriebsparametern, insbesondere einer Temperatur, beim Erzeugen einer frequenzverdoppelten Laserstrahlung mittels einer Frequenzverdoppler-Einrichtung (1), – einer Meßeinrichtung (4) zum Erfassen einer Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung, und – einer Steuereinrichtung (5) zum Erzeugen einer Regelgröße aus einem Regelwert, welcher in Abhängigkeit von der erfaßten Meßgröße der frequenzverdoppelten Laserstrahlung ermittelt wird, wobei die Steuereinrichtung (5) Mittel zum Bereitstellen einer vorgegebenen oszillierenden Funktion und zum Beaufschlagen des Regelwerts mit der vorgegebenen oszillierenden Funktion beim Erzeugen der Regelgröße umfaßt.Device for controlling a frequency-doubled laser radiation, with: - a control device ( 6 ) for influencing operating parameters, in particular a temperature, when generating frequency-doubled laser radiation by means of a frequency doubler device ( 1 ), - a measuring device ( 4 ) for detecting a measured variable of the frequency-doubled laser radiation, and - a control device ( 5 ) for generating a controlled variable from a controlled value which is determined as a function of the measured variable of the frequency-doubled laser radiation, the control device ( 5 ) Means for providing a predetermined oscillating function and for applying the predetermined value with the predetermined oscillating function when generating the controlled variable. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (4) einen Leistungsmesser zum Messen der frequenzverdoppelten Laserstrahlung umfaßt.Device according to claim 8, characterized in that the measuring device ( 4 ) comprises a power meter for measuring the frequency-doubled laser radiation. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (5) eine Mikrocontroller-Einrichtung umfaßt.Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the control device ( 5 ) comprises a microcontroller device.
DE10245612A 2002-09-30 2002-09-30 Frequency doubled laser radiation control method, by superimposing oscillating function on control value so that control parameter varies in oscillating manner Withdrawn DE10245612A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10245612A DE10245612A1 (en) 2002-09-30 2002-09-30 Frequency doubled laser radiation control method, by superimposing oscillating function on control value so that control parameter varies in oscillating manner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10245612A DE10245612A1 (en) 2002-09-30 2002-09-30 Frequency doubled laser radiation control method, by superimposing oscillating function on control value so that control parameter varies in oscillating manner

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10245612A1 true DE10245612A1 (en) 2004-04-15

Family

ID=32009997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10245612A Withdrawn DE10245612A1 (en) 2002-09-30 2002-09-30 Frequency doubled laser radiation control method, by superimposing oscillating function on control value so that control parameter varies in oscillating manner

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10245612A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1413024B1 (en) Method and device for adjusting a laser
DE102012101144B4 (en) High-performance laser device with exactly correctable laser power
EP3559634B1 (en) Method for correcting the wavelength and the tuning range of a laser spectrometer
EP2537216B1 (en) Laser amplification system and method for generating retrievable laser pulses
DE3202825A1 (en) HEATING DEVICE
DE2446293C2 (en) Device for regulating the rod cross-section during Czochralski drawing
DE3887322T2 (en) METHOD FOR STABILIZING THE LASER WAVELENGTH AND SO STABILIZED LASER ARRANGEMENT.
EP3227751A1 (en) Apparatus and method for generating electromagnetic radiation
DE10141083B4 (en) Method and arrangement for temperature control of a Peltier element
DE602004002026T2 (en) Laser processing device with correction of the laser power output on the basis of a change of the laser component and the temperature influence
WO2002003160A1 (en) Method and device for thermally treating objects
DE10245612A1 (en) Frequency doubled laser radiation control method, by superimposing oscillating function on control value so that control parameter varies in oscillating manner
EP3262727A1 (en) Stabilising optical frequency combs
DE2920009A1 (en) Control circuit for heater in dental spray gun - has temp.-sensitive resistor downstream of heating element
DE102008002459A1 (en) Ultraviolet lamp system and method for controlling the emitted ultraviolet light
DE19618045C2 (en) Process for processing workpieces with laser radiation
DE102004006901A1 (en) proximity switch
EP0924053A2 (en) Electric welding apparatus
DE4323197A1 (en) Regulating operating parameters of diode-pumped solid state laser - raising operating temp. of laser diode in steps with reduction of laser diode current to maintain constant output power
DE102021201493A1 (en) Method and laser system for generating output laser pulses with an optical component with temperature-dependent power efficiency and associated computer program product
DE102013222046A1 (en) Hand-held power tool
EP4354217A1 (en) Radiation source and method for generating electromagnetic radiation having a plurality of frequencies
DE102016208754B4 (en) Method for controlling the emission frequency of a laser
DE19937565B4 (en) Method for regulating the output power of a laser beam and an associated device
DE10108436A1 (en) Method for stabilizing the output power of a solid-state laser and solid-state laser system

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee