DE10304399A1

DE10304399A1 - laser system

Info

Publication number: DE10304399A1
Application number: DE2003104399
Authority: DE
Inventors: Angelika Beyertt; Adolf Giesen; Detlef Nickel
Original assignee: Forschungsgesellschaft fur Strahlwerkzeuge -Fgsw- Mbh; Institut fuer Strahlwerkzeuge Universitaet Stuttgart
Current assignee: Forschungsgesellschaft fur Strahlwerkzeuge -Fgsw- Mbh; Institut fuer Strahlwerkzeuge Universitaet Stuttgart
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19
Also published as: WO2004068651A2; WO2004068651A3

Abstract

Um ein Lasersystem zur Erzeugung von Laserpulsen, umfassend einen Seed-Laser und einen regenerativen Verstärker, in welchem ein aus einem Seed-Laserpuls des Seed-Lasers erzeugter Verstärker-Laserpuls durch mehrfache Umläufe verstärkbar ist, wobei der regenerative Verstärker einen Resonator und ein im Resonator angeordnetes steuerbares Kopplungs-Element sowie eine im Resonator angeordnete Festkörperscheibe mit laseraktivem Medium umfaßt, derart zu verbessern, daß ausgekoppelte Laserpulse im Pikosekunden- oder Subpikosekundenbereich möglichst einfach erzeugbar sind, wird vorgeschlagen, daß zur Erzeugung von ausgekoppelten Laserpulsen im Bereich von weniger als fünf Pikosekunden in dem Resonator mindestens ein von dem mehrfach umlaufenden Verstärker-Laserpuls bei jedem Umlauf durchsetztes Dispersionskompensationselement mit negativer Dispersion vorgesehen ist, welches einer Pulsdauervergrößerung durch positive Dispersion von Komponenten des regenerativen Verstärkers entgegenwirkt.A laser system for generating laser pulses, comprising a seed laser and a regenerative amplifier, in which an amplifier laser pulse generated from a seed laser pulse of the seed laser can be amplified by multiple rotations, the regenerative amplifier having a resonator and a resonator arranged controllable coupling element and a arranged in the resonator solid-state disk with laser-active medium, to improve such that coupled laser pulses in the picosecond or sub-picosecond range can be generated as easily as possible, it is proposed that in order to generate coupled laser pulses in the range of less than five picoseconds in the resonator is provided with at least one dispersion compensation element with negative dispersion which is passed through by the multiple revolving amplifier laser pulse and which counteracts an increase in the pulse duration by positive dispersion of components of the regenerative amplifier nwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lasersystem zur Erzeugung von Laserpulsen, umfassend einen Seed-Laser und einen regenerativen Verstärker, in welchem ein aus einem Seed-Laserpuls des Seed-Lasers erzeugter Verstärkerlaserpuls durch mehrfache Umläufe verstärkbar ist, wobei der regenerative Verstärker einen Resonator und ein in im Resonator angeordnetes steuerbares Kopplungselement sowie eine im Resonator angeordnete Festkörperscheibe mit laseraktivem Medium umfaßt.The invention relates to a laser system for generating laser pulses, comprising a seed laser and a regenerative amplifier, in which a generated from a seed laser pulse of the seed laser Amplifier laser pulse through multiple rounds amplifiable is, the regenerative amplifier a resonator and a in controllable coupling element arranged in the resonator and a solid-state disk arranged in the resonator with laser-active Medium includes.

Bei derartigen Lasersystemen besteht das Problem, daß aufgrund von Komponenten mit positiver Dispersion Seed-Laserpulse im Pikosekunden- oder Subpikosekundenbereich nicht zu ausgekoppelten Laserpulsen im Pikosekunden- oder Subpikosekundenbereich führen, sondern aufgrund der pulsdauervergrößernden positiven Dispersion der Komponenten die aus dem regenerativen Verstärker ausgekoppelten Laserpulse Pulsdauern im Bereich von Pikosekunden und gegebenenfalls mehr aufweisen, die nur durch ein zusätzliches Element mit starker negativer Dispersion in den Pikosekunden- oder Subpikosekundenbereich zurückgeführt werden können.Such laser systems exist the problem that due to of components with positive dispersion seed laser pulses in picosecond or Subpicosecond range not to coupled out laser pulses in the picosecond or subpicosecond range to lead, but because of the positive dispersion that increases the pulse duration of the components the laser pulses extracted from the regenerative amplifier Pulse durations in the range of picoseconds and possibly more that only by an additional Element with strong negative dispersion in picosecond or Subpicosecond range are returned can.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lasersystem der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß ausgekoppelte Laserpulse im Pikosekunden- oder Subpikosekundenbereich möglichst einfach erzeugbar sind.The invention is therefore the object to improve a laser system of the generic type in such a way that decoupled Laser pulses in the picosecond or sub-picosecond range if possible are easy to create.

Diese Aufgabe wird bei einem Lasersystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzeugung von ausgekoppelten Laserpulsen im Bereich von weniger als fünf Pikosekunden in dem Resonator mindestens ein von dem mehrfach umlaufenden Verstärkerlaserpuls bei jedem Umlauf durchsetztes Dispersionskompensationselement mit negativer Dispersion vorgesehen ist, welches einer pulsdauervergrößernden durch positive Dispersion von Komponenten des regenerativen Verstärkers entgegenwirkt.In a laser system, this task is performed Type described above solved according to the invention in that for generation of outcoupled laser pulses in the range of less than five picoseconds in the resonator at least one of the multiple revolving amplifier laser pulse with each circulation penetrated dispersion compensation element negative dispersion is provided, which increases the pulse duration counteracts by positive dispersion of components of the regenerative amplifier.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist somit darin zu sehen, daß durch das mindestens eine unmittelbar in dem Resonator vorgesehene Dispersionskompensationselement bei jedem Umlauf des Verstärkerlaserpulses eine Kompensation der die pulsdauervergrößernden oder -verlängernden Wirkung der positiven Dispersion möglich ist, so daß der ausgekoppelte Laserpuls selbst bereits im Pikosekunden- oder Subpikosekundenbereich vorliegt und somit die gewünschte kurze Pulsdauer hat.The advantage of the solution according to the invention is thus to see in that through the at least one dispersion compensation element provided directly in the resonator with each revolution of the amplifier laser pulse compensation for the effect of increasing or lengthening the pulse duration positive dispersion possible is so that the decoupled laser pulse even in the picosecond or sub-picosecond range is present and thus the desired one has a short pulse duration.

Selbst wenn bei den bekannten Lösungen eine nachfolgende Kompensation der Pulsdauervergrößerung des ausgekoppelten Laserpulses möglich ist, so ist diese Pulsdauerkompensation hinsichtlich der erforderlichen optischen Elemente und insbesondere auch der Justierung derselben äußerst aufwendig und empfindlich.Even if one of the known solutions subsequent compensation of the increase in pulse duration of the coupled laser pulse is possible, so is this pulse duration compensation with regard to the required optical elements and especially the same adjustment extremely expensive and sensitive.

Im übrigen besteht bei einer Kompensation der gesamten, sich im Zuge der Vielzahl der Umläufe des Verstärkerlaserpulses akkumulierten Pulsdauervergrößerung durch positive Dispersion das Problem, daß diese von ausgekoppeltem Laserpuls zu ausgekoppeltem Laserpuls schwanken kann, insbesondere wenn die Zahl der Umläufe der einzelnen Laserpulse nicht konstant ist.Otherwise there is a compensation overall, in the course of the large number of revolutions of the amplifier laser pulse accumulated pulse duration increase through positive dispersion the problem that this is decoupled Laser pulse can fluctuate to decoupled laser pulse, in particular if the number of round trips of the individual laser pulses is not constant.

Dagegen besteht bei der erfindungsgemäßen Lösung der Vorteil, daß die bei jedem Umlauf eine Pulsdauervergrößerung des Verstärkerlaserpulses bewirkende positive Dispersion bei dem Umlauf selbst auch kompensiert werden kann, so daß bei jedem Umlauf auch der bei diesem Umlauf eintretenden Pulsdauervergrößerung durch positive Dispersion entgegengewirkt werden kann und somit die erforderliche negative Dispersion des mindestens einen Dispersionskompensationselements nicht so groß sein muß, daß sie die Summe der bei allen Umläufen aufgetretenen Pulsdauervergrößerungen kompensiert, sondern nur so groß sein muß, daß sie der bei jedem einzelnen Umlauf auftretenden Pulsdauervergrößerung durch positive Dispersion des Verstärkerlaserpulses entgegenwirkt.In contrast, in the solution according to the invention Advantage that the with each revolution a pulse duration increase of the amplifier laser pulse effecting positive dispersion in the circulation itself also compensated can be, so that at every cycle also the pulse duration increase occurring in this cycle by positive dispersion can be counteracted and thus the required negative dispersion of the at least one dispersion compensation element not be that big must be the Sum of the occurrences in all rounds Pulse duration magnifications compensated, but only be so big must be the pulse duration increase occurring with each individual circulation positive dispersion of the amplifier laser pulse counteracts.

Somit baut sich bei der Vielzahl von Umläufen des Verstärkerlaserpulses in dem regenerativen Verstärker eine gravierende Pulsdauervergrößerung durch positive Dispersion gar nicht auf, die dann – selbst wenn sie kompensierbar ist – auch nicht mit aufwendigen Maßnahmen kompensiert werden muß.Thus builds up with the multitude of round trips of the amplifier laser pulse in the regenerative amplifier a serious increase in pulse duration through positive Dispersion not at all, then - even if it can be compensated is - too not with complex measures must be compensated.

Bislang wurde davon ausgegangen, daß das erfindungsgemäße Lasersystem im Bereich von weniger als fünf Pikosekunden arbeitet. Besonders deutlich treten die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems dann zu Tage, wenn dieses zur Erzeugung von Laserpulsen im Subpikosekundenbereich vorgesehen ist, da gerade im Subpikosekundenbereich jede auch geringe Dispersion bei einer Vielzahl von Umläufen eines zu verstärkenden Laserpulses im Resonator zu einer zeitlichen Verbreiterung der Laserpulse führen, die diese aus dem Subpikosekundenbereich herausführt.So far it was assumed that the laser system according to the invention in the range of less than five Picoseconds works. The advantages of the system according to the invention then to surface when this is used to generate laser pulses in the sub-picosecond range is provided, since even in the sub-picosecond range, even small ones Dispersion in a large number of rounds of one to be reinforced Laser pulses in the resonator to broaden the time of the laser pulses to lead, which leads them out of the sub-picosecond range.

Besonders günstig ist es bei der erfindungsgemäßen Lösung, wenn das mindestens eine Dispersionskompensationselement bei jedem Umlauf des Verstärkerlaserpulses im Resonator eine positive Dispersion von optischen Resonatorkomponenten im wesentlichen kompensiert, so daß bei jedem einzelnen Umlauf eine Pulsdauervergrößerung im wesentlichen vermieden werden kann und somit die Pulsdauervergrößerung des ausgekoppelten Laserpulses im wesentlichen unabhängig von der Zahl der Umläufe im Resonator des regenerativen Verstärkers ist.It is particularly favorable in the solution according to the invention if the at least one dispersion compensation element with each revolution of the Amplifier laser pulse a positive dispersion of optical resonator components in the resonator essentially compensated so that with every single circulation a pulse duration increase in can be substantially avoided and thus the increase in pulse duration decoupled laser pulse essentially independent of the number of revolutions in the resonator of the regenerative amplifier is.

Damit kann selbst bei einer Variation der Energie der ausgekoppelten Laserpulse davon ausgegangen werden, daß diese im wesentlichen dieselbe Pulsdauer aufweisen.Thus, even with a variation in the energy of the outcoupled laser pulses, it can be assumed that they are essentially the same Have pulse duration.

Besonders vorteilhaft ist es bei der erfindungsgemäßen Lösung, wenn das mindestens eine Dispersionskompensationselement im wesentlichen eine positive Dispersion des steuerbaren Kopplungselements kompensiert.It is particularly advantageous for the inventive solution if the at least one dispersion compensation element is essentially one compensated positive dispersion of the controllable coupling element.

Hinsichtlich der Ausbildung des Dispersionskompensationselements selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.With regard to the formation of the dispersion compensation element so far, none have been closer Information provided.

So wäre es beispielsweise denkbar, als Dispersionskompensationselemente Gitterpaare zu verwenden.For example, it would be conceivable to use grid pairs as dispersion compensation elements.

Insbesondere Gitterpaare haben jedoch hohe optische Verluste.However, grid pairs in particular have high ones optical losses.

Aus diesem Grund ist es besonders vorteilhaft, wenn das mindestens eine Dispersionskompensationselement als Interferometer ausgebildet ist.That is why it is special advantageous if the at least one dispersion compensation element is designed as an interferometer.

Derartige Interferometer sind vorzugsweise Gires Tournois Interferometer, die aus der Literatur bekannt sind.Such interferometers are preferably gires Tournois interferometers, which are known from the literature.

Besonders günstig ist es, insbesondere um die notwendige Resonatorlänge mit günstiger kompakter Bauweise des Resonators zu erreichen, wenn das mindestens eine Dispersionskompensationselement in Reflexion arbeitet.It is particularly cheap, in particular by the necessary resonator length with cheaper compact design of the resonator to achieve, if that at least a dispersion compensation element works in reflection.

Alternativ zum Vorsehen eines Interferometers als Dispersionskompensationselement ist es ebenfalls möglich, ein Prismenpaar als Dispersionskompensationselement einzusetzen.As an alternative to providing an interferometer as a dispersion compensation element, it is also possible to use a To use a pair of prisms as a dispersion compensation element.

Vorzugsweise ist dabei das Prismenpaar aus Brewsterprismen gebildet, welche besonders geringe optische Verluste aufweisen.Preferably, the pair of prisms formed from Brewster prisms, which are particularly low optical Have losses.

Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere bei mehreren Dispersionskompensationselementen auch möglich, sowohl Interferometer als auch Prismenpaare als Dispersionskompensationselemente in demselben regenerativen Verstärker einzusetzen.It is particularly within the scope of the invention with several dispersion compensation elements also possible, both Interferometers as well as prism pairs as dispersion compensation elements in the same regenerative amplifier use.

Um die Dispersionskompensationselemente möglichst einfach herstellen und einsetzen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Dispersionskompensationselemente an mehreren Stellen des Strahlungsverlaufs im Resonator angeordnet sind.To the dispersion compensation elements as possible easy to manufacture and use is preferably provided that the Dispersion compensation elements at several points in the radiation path are arranged in the resonator.

Dies hat den Vorteil, daß bei der Herstellung der Dispersionskompensationselemente deren negative Dispersion nicht exakt auf die im Resonator auftretende positive Dispersion abgestimmt sein muß, sondern eine Abstimmung durch die Verwendung mehrerer Dispersionskompensationselemente mit entweder identischer oder auch unterschiedlicher negativer Dispersion in Abstimmung auf die positive Dispersion der übrigen Resonatorkomponenten erreichbar ist.This has the advantage that the Production of the dispersion compensation elements their negative Dispersion does not exactly match the positive occurring in the resonator Dispersion must be matched, but coordination through the use of multiple dispersion compensation elements with either identical or different negative dispersion in coordination with the positive dispersion of the other resonator components is achievable.

Somit ist die Abstimmung beispielsweise durch Auswahl der Zahl und der entsprechenden negativen Dispersion der Dispersionskompensationselemente, beispielsweise anstelle üblicher Reflektoren, einstellbar, wobei die ohnehin im Resonator vorhandenen Reflektoren, beispielsweise solche ohne Dispersion, gegebenenfalls durch Reflektoren mit geeigneter negativer Dispersion, die in diesem Fall dann als Dispersionskompensationselemente wirken, ersetzt werden können.So the vote is done, for example Selection of the number and the corresponding negative dispersion of the Dispersion compensation elements, for example instead of conventional ones Reflectors, adjustable, the ones already present in the resonator Reflectors, for example those without dispersion, if appropriate by reflectors with a suitable negative dispersion in this Case then act as dispersion compensation elements to be replaced can.

Üblicherweise ist es bei Lasersystemen zur Erzeugung von Laserpulsen im Pikosekunden- und Subpikosekundenbereich, insbesondere bei der Erzeugung von Laserpulsen mit hoher Energie im Subpikosekundenbereich, erforderlich, bereits vor dem Resonator pulsdauervergrößernde Elemente mit positiver Dispersion vorzusehen, um hohe Intensitätsmaxima zu vermeiden, welche zu Beschädigungen der optischen Komponenten führen könnten.Usually it is with laser systems for generating laser pulses in picoseconds and sub-picosecond range, particularly in the generation of laser pulses with high energy in the sub-picosecond range, required, already elements increasing the pulse duration in front of the resonator to be provided with positive dispersion in order to achieve high intensity maxima to avoid causing damage to the optical components could.

Aufgrund der Verwendung einer gekühlten Festkörperscheibe lassen sich Durchmesser des Strahlungsfeldes im Resonator realisieren, welche es erlauben, daß das Lasersystem im wesentlichen frei von vor dem Resonator angeordneten zur Pulsdauervergrößerung vorgesehenen Elementen mit positiver Dispersion ist, so daß die in dem Resonator umlaufenden Laserverstärkerpulse ebenfalls Pulsdauern aufweisen, die in der Größenordnung des eingekoppelten Seed-Laserpulses sind, insbesondere im wesentlichen mit diesem identisch sind.Due to the use of a cooled solid-state disk the diameter of the radiation field can be realized in the resonator, which allow that Laser system essentially free from arranged in front of the resonator provided for increasing the pulse duration Elements with positive dispersion, so that the rotating in the resonator Laser amplifying pulses likewise have pulse durations which are of the order of magnitude of the injected Seed laser pulses are, in particular, essentially identical to this are.

Als steuerbares Kopplungselement wird insbesondere ein polarisationsdrehendes Kopplungselement, vorzugsweise eine Pockelszelle vorgesehen.As a controllable coupling element In particular, a polarization-rotating coupling element is preferred a Pockels cell is provided.

Um zu verhindern, daß der ausgekoppelte Laserpuls auf den Seed-Laser zurückwirkt, ist vorzugsweise auf den Seed-Laser folgend, insbesondere zwischen dem Seed-Laser und dem regenerativen Verstärker, ein optischer Isolator vorgesehen.To prevent the outcoupled laser pulse has an effect on the seed laser, is preferably following the seed laser, especially between the seed laser and the regenerative amplifier, an optical isolator intended.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß zwischen dem Seed-Laser und dem regenerativen Verstärker eine Modenanpassungseinheit angeordnet ist, welche es erlaubt, die Mode des Seed-Lasers an die Mode des regenerativen Verstärkers, insbesondere des Resonators desselben, anzupassen.Furthermore, it is preferably provided that between a mode matching unit for the seed laser and the regenerative amplifier is arranged, which allows the mode of the seed laser to the Mode of the regenerative amplifier, especially the resonator of the same.

Um den ausgekoppelten Laserpuls vorteilhaft auskoppeln zu können und insbesondere eine Rückwirkung auf den Seed-Laser weitgehend vermeiden zu können, ist vorzugsweise zwischen dem Seed-Laser und dem regenerativen Verstärker ein Pulsseparator vorgesehen.To the coupled out laser pulse advantageous to be able to decouple and especially a retroactive effect To be able to largely avoid the seed laser is preferably between a pulse separator is provided for the seed laser and the regenerative amplifier.

Ein derartiger Pulsseparator läßt sich besonders günstig zwischen der Modenanpassungseinrichtung und dem regenerativen Verstärker anordnen, so daß der ausgekoppelte Laserpuls unmittelbar mit der Mode des Verstärkerlaserpulses im Resonator austritt und nicht mehr über die Modenanpassungseinrichtung läuft und in dieser eine Veränderung erfährt.Such a pulse separator can be very cheap between the mode matching device and the regenerative amplifier, so that the decoupled laser pulse directly with the mode of the amplifier laser pulse exits in the resonator and no longer via the mode matching device runs and in this a change experiences.

Vorzugsweise ist bei dieser Lösung noch zwischen der Modenanpassungseinrichtung und dem Seed-Laser der optische Isolator vorgesehen, der einen zusätzlichen Schutz für den Seed-Laser gegenüber jeglichen rückwirkenden Laserpulsen darstellt.This solution is preferably between the mode matching device and the seed laser the optical isolator provided an additional protection for opposite the seed laser any retroactive Represents laser pulses.

Insbesondere ist der Pulsseparator so aufgebaut, daß er einen Polarisator und einen optischen Rotator aufweist.In particular, the pulse separator is constructed so that it has a polarizer and an optical one Rotator has.

Dabei ist der Polarisator vorzugsweise als Dünnfilmpolarisator ausgebildet.The polarizer is preferred as a thin film polarizer educated.

Hinsichtlich der Repetitionsrate der ausgekoppelten Laserpulse wurden im Zusammenhang mit den bisherigen Ausführungsbeispielen keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß das Lasersystem ausgekoppelte Laserpulse mit einer Repetitionsrate von mehreren Kilohertz erzeugt.Regarding the repetition rate of the outcoupled laser pulses were in connection with the previous ones embodiments no closer Information provided. An advantageous exemplary embodiment provides that the laser system coupled out laser pulses with a repetition rate of several Kilohertz generated.

Besonders vorteilhaft ist dieses Lasersystem dann, wenn es ausgekoppelte Laserpulse mit einer Repetitionsrate von mehr als fünf Kilohertz erzeugt.This is particularly advantageous Laser system when there are outcoupled laser pulses with a repetition rate of more than five Kilohertz generated.

Hinsichtlich der Zahl der Umläufe der Verstärker-Laserpulse in dem Resonator wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.Regarding the number of round trips of the Amplifier laser pulses No further details have so far been given in the resonator.

Das erfindungsgemäße Lasersystem ist insbesondere für all diejenigen Anwendungen geeignet, bei welchen eine hohe Zahl von Umläufen im Resonator zur Verstärkung erforderlich ist.The laser system according to the invention is in particular for all suitable applications in which a high number of rounds in the resonator for amplification is required.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Lasersystem vorgesehen, daß das Auskoppelelement durch eine Ansteuerung derart ansteuerbar ist, daß die Verstärkerlaserpulse erst nach mindestens zwanzig Umläufen, noch besser erst nach mindestens fünfzig Umläufen, und noch besser erst nach mehr als einhundert Umläufen, aus dem Resonator ausgekoppelt werden.Preferably in the laser system according to the invention provided that the Decoupling element can be controlled by a control, that the Amplifier laser pulses only after at least twenty rounds, even better only after at least fifty rounds, and even better only after more than a hundred rounds, are coupled out of the resonator.

Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lasersystems wurde nicht auf die weitere Spezifikation des laseraktiven Mediums eingegangen.In connection with the previous one explanation of the individual embodiments of the laser system according to the invention was not on the further specification of the laser active medium received.

So hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn als laseraktives Medium für die Festkörperscheibe Materialien vorgesehen sind, die bei einer maximalen Dicke der Festkörperscheibe von 0,5 mm eine Verstärkung von mindestens 5% pro zweifachem Durchgang durch die Festkörperscheibe aufweisen und deren optische Bandbreite die Erzeugung von Verstärkerlaserpulsen kürzer als zehn Pikosekunden erlaubt.So it has proven to be particularly beneficial proven if materials are provided as the laser-active medium for the solid-state disk are a with a maximum thickness of the solid disk of 0.5 mm reinforcement of at least 5% per double pass through the solid disk and the optical bandwidth of the generation of amplifier laser pulses shorter allowed as ten picoseconds.

Um keine Zerstörung im laseraktiven Medium zu erreichen, ist vorzugsweise bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, daß im laseraktiven Medium die maximale Energiedichte pro Verstärkerlaserpuls kleiner als einhundert Millijoule pro Quadratzentimeter, noch besser kleiner als fünfzig Millijoule pro Quadratzentimeter und noch besser kleiner als dreißig Millijoule pro Quadratzentimeter ist, so daß hohe Leistungen zur Konsequenz haben, daß diese auf einen großen Querschnitt eines Verstärkerstrahlungsfeldes zu verteilen sind.No destruction in the laser-active medium to achieve, is preferably in a further embodiment provided the solution according to the invention, that in laser-active medium the maximum energy density per amplifier laser pulse less than a hundred millijoules per square centimeter, even better less than fifty Millijoules per square centimeter, and even better less than thirty millijoules per Is square centimeters, so high Services have the consequence that these have a large cross-section an amplifier radiation field are to be distributed.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.Other features and advantages of Invention are the subject of the following description and the graphic representation of an embodiment.

In der Zeichnung zeigenShow in the drawing

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lasersystems in Draufsicht und 1 a schematic representation of a first embodiment of the laser system according to the invention in plan view and

2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lasersystems ähnlich 1. 2 a schematic representation of a second embodiment of the laser system according to the invention similar 1 ,

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lasersystems, dargestellt in 1 umfaßt einen Seed-Laser 10, welcher vorzugsweise als diodengepumpter Ytterbium-Glas-Laseroszillator oder Ytterbium-Wolframat-Laseroszillator ausgebildet und passiv modengekoppelt ist.An embodiment of a laser system according to the invention, shown in 1 includes a seed laser 10 , which is preferably designed as a diode-pumped ytterbium glass laser oscillator or ytterbium tungsten laser oscillator and is passively mode-locked.

Vorzugsweise erfolgt die Modenkopplung durch einen sättigbaren Halbleiterabsorberspiegel.The mode coupling is preferably carried out by a saturable one Semiconductor absorber mirror.

Der Seed-Laser 10 arbeitet beispielsweise mit einer Repetitionsrate von mehr als 20 MHz, und erzeugt durch die zeitliche Bandbreite begrenzte Seed-Laserpulse 20 mit einer Pulsdauer von ungefähr 300 Femtosekunden.The seed laser 10 works with a repetition rate of more than 20 MHz, for example, and generates seed laser pulses limited by the time bandwidth 20 with a pulse duration of approximately 300 femtoseconds.

Die Wellenlängen des Seed-Lasers 10 liegen dabei im Bereich von beispielsweise 1000 bis 1100 Nanometer mit Pulsenergien in der Größenordnung von 1 Nanojoule.The wavelengths of the seed laser 10 are in the range of, for example, 1000 to 1100 nanometers with pulse energies on the order of 1 nanojoule.

Auf den Seed-Laser 10 folgend ist ein als Ganzes mit 12 bezeichneter optischer Isolator vorgesehen, welcher als Faraday Isolator 14 ausgebildet ist, der verhindert, daß reflektierte Laserpulse auf den Seed-Laser 10 zurückwirken und diesen stören.On the seed laser 10 following is one with as a whole 12 designated optical isolator provided, which as Faraday isolator 14 is formed, which prevents reflected laser pulses on the seed laser 10 react and disrupt it.

Zusätzlich ist ein λ/2-Plättchen 16 zur Polarisationsdrehung vorgesehen.In addition, there is a λ / 2 plate 16 provided for polarization rotation.

Vorzugsweise wird der den Seed-Laser 10 verlassende Seed-Laserpuls 20 durch Umlenkspiegel 22 und 24 in den optischen Isolator 12 eingekoppelt und durchsetzt diesen.The seed laser is preferably used 10 leaving seed laser pulse 20 through deflecting mirror 22 and 24 in the optical isolator 12 coupled in and penetrates it.

Zusätzlich sind zur Überwachung der Funktion des Seed-Lasers 10 noch eine Fotodiode 26 und ein Spektrometer 28 vorgesehen, mit welchen ein parasitär zum Seed-Laserpuls 20 ausgekoppelter Laserpuls 30 analysierbar ist.In addition, to monitor the function of the seed laser 10 another photodiode 26 and a spectrometer 28 provided with which a parasitic to the seed laser pulse 20 decoupled laser pulse 30 is analyzable.

Vorzugsweise erfolgt ein Triggern des Lasersystems mittels der Fotodiode 26.The laser system is preferably triggered by means of the photodiode 26 ,

Um aus der Vielzahl von von dem Seed-Laser 10 erzeugten Seed-Laserpulsen 20 die tatsächlich zur Verstärkung verwendeten Seed-Laserpulse 20 zu selektieren und die anderen Seed-Laserpulse 20 zu unterdrücken, ist vorzugsweise ein Pulsselektor 32 vorgesehen, welcher insbesondere eine Pockelszelle 34 mit einem Polarisator 36 umfaßt, wobei die Pockelszelle zur Pulsselektion entsprechend angesteuert wird.To choose from the multitude of from the seed laser 10 generated seed laser pulses 20 the seed laser pulses actually used for amplification 20 to select and the other seed laser pulses 20 a pulse selector is preferably to be suppressed 32 provided, which in particular a Pockels cell 34 with a polarizer 36 comprises, the Pockels cell being controlled accordingly for pulse selection.

Der aus dem Seed-Laser 10 ausgekoppelte Seed-Laserpuls 20 durchsetzt nach Durchlaufen des optischen Isolators 12 eine Modenanpassungseinheit 40, vorzugsweise ausgebildet als Teleskop mit beispielsweise drei Teleskopspiegeln 42, 44, 46, mit welcher eine Anpassung an einen Mode eines nachfolgend noch im einzelnen beschriebenen Resonators 50 erfolgt.The one from the seed laser 10 decoupled seed laser pulse 20 penetrates after passing through the optical isolator 12 a mode matching unit 40 , preferably designed as a telescope with, for example, three telescope mirrors 42 . 44 . 46 , with which an adaptation to a fashion of a Resona described in detail below tors 50 he follows.

Vor Eintritt in den Resonator durchsetzt der Seed-Laserpuls 20 einen Pulsseparator 52, umfassend einen Dünnfilmpolarisator 54, einen Faraday Rotator 56 und ein λ/2-Plättchen 58, welche dazu dienen, den in den Resonator 50 eintretenden Seed-Laser Puls 20 von einem aus dem Resonator 50 ausgekoppelten Laserpuls 70 später zu trennen, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben.The seed laser pulse penetrates before entering the resonator 20 a pulse separator 52 comprising a thin film polarizer 54 , a Faraday rotator 56 and a λ / 2 plate 58 , which serve the in the resonator 50 entering seed laser pulse 20 from one out of the resonator 50 decoupled laser pulse 70 separate later, as detailed below.

Nach Durchlaufen des Pulsseparators 52 wird der Seed-Laserpuls 20 über eine Justiereinheit 66, umfassend beispielsweise zwei Spiegel 62 und 64, in den Resonator 50 eingekoppelt, und zwar unter Durchsetzten eines zum Resonator 50 gehörenden Dünnfilmpolarisators 68, über welchen eine Einkopplung des Seed-Laserpulses 20 in den Resonator 50 erfolgt, wobei der Seed-Laserpuls 20 als Verstärker-Laserpuls 60 in dem Resonator 50 mehrfach umläuft und dabei so lange verstärkt wird, bis eine Auskopplung des Verstärker-Laserpulses 60 als Laserpuls 70 aus dem Resonator 50 erfolgt.After passing through the pulse separator 52 becomes the seed laser pulse 20 via an adjustment unit 66 , comprising, for example, two mirrors 62 and 64 , in the resonator 50 coupled in, and enforcing one to the resonator 50 belonging thin-film polarizer 68 , via which the seed laser pulse is coupled 20 into the resonator 50 takes place, the seed laser pulse 20 as an amplifier laser pulse 60 in the resonator 50 rotates several times and is amplified until the amplifier laser pulse is decoupled 60 as a laser pulse 70 from the resonator 50 he follows.

Der Resonator 50 umfaßt einen ersten Endspiegel 72, einen zweiten Endspiegel 74 und ein laseraktives Medium 76 in Form einer dünnen Scheibe, welche durch eine Kühleinrichtung 78 kühlbar ist, wie beispielsweise im europäischen Patent 0 632 551 beschrieben, auf welches hiermit Bezug genommen wird.The resonator 50 includes a first end mirror 72 , a second end mirror 74 and a laser active medium 76 in the form of a thin disc, which is cooled by a 78 can be cooled, as described, for example, in European Patent 0 632 551, to which reference is hereby made.

Ferner ist in dem Resonator 50 zwischen dem Dünnfilmpolarisator 68 und dem ersten Endspiegel 72 als Kopplungselement eine Pockelszelle 80 angeordnet, die durch eine Ansteuerung 82, beispielsweise eine sogenannte Push/Pull-Schaltung, ansteuerbar ist, wobei die Ansteuerung 82 ein Triggersignal von einer dem Endspiegel 74 zugeordneten Fotodiode 75 und vorzugsweise auch der Fotodiode 26 erhält.Furthermore, is in the resonator 50 between the thin film polarizer 68 and the first end mirror 72 a Pockels cell as a coupling element 80 arranged by a control 82 , for example a so-called push / pull circuit, can be controlled, the control 82 a trigger signal from one of the end mirrors 74 assigned photodiode 75 and preferably also the photodiode 26 receives.

Die Pockelszelle 80 ist ferner noch mit einem sogenannten λ/4-Plättchen 84 kombiniert.The Pockels cell 80 is also with a so-called λ / 4 plate 84 combined.

Ein über das Ein/Auskopplungselement 68 des Resonators 50 eingekoppelter Seed-Laserpuls 20 breitet sich in dem Resonator 50 als Verstärker-Laserpuls 60 aus und durchsetzt zunächst das λ/4-Plättchen 84 und die Pockelszelle 80, bis er auf den ersten Endspiegel 72 trifft, welcher als reflektierender Endspiegel des Resonators 50 ausgebildet ist.One over the coupling / decoupling element 68 of the resonator 50 coupled seed laser pulse 20 spreads in the resonator 50 as an amplifier laser pulse 60 and first penetrates the λ / 4 plate 84 and the Pockels cell 80 until it hits the first end mirror 72 which hits as the reflecting end mirror of the resonator 50 is trained.

Somit wird der Verstärker-Laserpuls 60 am ersten Endspiegel 72 reflektiert, durchsetzt erneut die Pockelszelle 80 und das λ/4-Plättchen 84 und wird dabei, wenn dieser Verstärker-Laserpuls 60 in dem Resonator 50 verstärkt werden soll, von dem Ein/Auskoppelelement 68 nicht erneut als ausgekoppelter Laserpuls 70 in Richtung des Pulsseparators 52 durchgelassen, sondern reflektiert zu einem Umlenkspiegel 86, von diesem reflektiert zu einem Umlenkspiegel 88 und durchsetzt anschließend beispielsweise ein zur Polarisationsdrehung vorgesehenes λ/2-Plättchen 90.Thus the amplifier laser pulse 60 at the first end mirror 72 reflected, passes through the Pockels cell again 80 and the λ / 4 plate 84 and will be there when this amplifier laser pulse 60 in the resonator 50 to be reinforced by the coupling / decoupling element 68 not again as a decoupled laser pulse 70 towards the pulse separator 52 transmitted, but reflected to a deflecting mirror 86 , reflected by this to a deflecting mirror 88 and then penetrates, for example, a λ / 2 plate provided for polarization rotation 90 ,

Nach Durchsetzen des λ/2-Plättchens 90 trifft der Verstärker-Laserpuls 60 auf das laseraktive Medium 76, welches seinerseits rückseitig mit einem Reflektor 92 versehen ist, der den Verstärker-Laserpuls 60 erneut auf einen Umlenkspiegel 94 weiter auf einen Umlenkspiegel 96 und dieser wiederum auf einen Umlenkspiegel 98 umlenkt, von welchem aus dann der Verstärker-Laserpuls 60 auf dem zweiten Endspiegel 74 auftrifft und von diesem wieder zurückreflektiert wird.After passing through the λ / 2 plate 90 hits the amplifier laser pulse 60 on the laser active medium 76 , which in turn has a reflector on the back 92 is provided, the amplifier laser pulse 60 again on a deflecting mirror 94 continue on a deflecting mirror 96 and this in turn on a deflecting mirror 98 deflects from which the amplifier laser pulse then 60 on the second end mirror 74 strikes and is reflected back by it.

Der Verstärker-Laserpuls 60 wurde dabei aufgrund der Wirkung des Reflektors 92 zweimal durch das laseraktive Medium 76 verstärkt, bevor er den zweiten Endspiegel 74 erreicht hat.The amplifier laser pulse 60 was due to the effect of the reflector 92 twice through the laser-active medium 76 amplified before the second end mirror 74 has reached.

Bei einer erneuten Zurückreflexion erfolgt eine erneute Reflexion an den Umlenkspiegeln 98, 96 und 94 bis der Verstärker-Laserpuls 60 erneut das laseraktive Medium 76 zweimal durchsetzt, dann wieder über das polarisationsdrehende Element 90 auf die Umlenkspiegel 88 und 86 trifft und dann auf das Ein/Auskoppelelement 68, welches den nun insgesamt bei den Durchläufen vierfach durch das laseraktive Medium 76 verstärkten Verstärker-Laserpuls 60 zurückreflektiert zu dem λ/4-Plättchen 84 und der Pockelszelle 80, bis dieser Verstärker-Laserpuls 60 auf dem ersten Endspiegel 72 wieder auftrifft.If there is a renewed back reflection, there is a renewed reflection at the deflecting mirrors 98 . 96 and 94 until the amplifier laser pulse 60 again the laser-active medium 76 interspersed twice, then again over the polarization-rotating element 90 on the deflecting mirror 88 and 86 meets and then on the coupling / decoupling element 68 , which is now four times the total number of passes through the laser-active medium 76 amplified amplifier laser pulse 60 reflected back to the λ / 4 plate 84 and the Pockels cell 80 until this amplifier laser pulse 60 on the first end mirror 72 hits again.

Damit wirkt der Resonator 50 zusammen mit dem laseraktiven Medium 76 insgesamt als regenerativer Verstärker 100 zur Verstärkung des eintretenden Seed-Laserpulses 20.So the resonator works 50 together with the laser active medium 76 overall as a regenerative amplifier 100 to amplify the incoming seed laser pulse 20 ,

Die Pockelszelle 80 wird nun durch die Ansteuereinheit 82 derart angesteuert, daß der ursprünglich eingekoppelte Seed-Laserpuls 20 mehr als ungefähr 100 mal, noch besser mehr als ungefähr 150 mal und mehr, den Resonator 50 durchläuft und dabei verstärkt wird.The Pockels cell 80 is now by the control unit 82 controlled in such a way that the originally coupled seed laser pulse 20 more than about 100 times, better still more than about 150 times and more, the resonator 50 passes through and is thereby reinforced.

Da die einzelnen Elemente des Resonators 50, insbesondere die Pockelszelle 80 eine positive Dispersion hinsichtlich der Gruppengeschwindigkeit aufweisen, erfolgt bei jedem Durchlauf des Verstärker-Laserpulses durch den Resonator 50 eine zeitliche Verbreiterung des Verstärker-Laserpulses 60, die insgesamt bis zum endgültigen Auskoppeln des Verstärker-Laserpulses ein Vielfaches der Pulsdauer des Seed-Laserpulses 20 betragen kann. Beispielsweise können insgesamt Verbreiterungen der Pulsdauer um einen Faktor 10 oder mehr erfolgen.Because the individual elements of the resonator 50 , especially the Pockels cell 80 have a positive dispersion with regard to the group speed occurs each time the amplifier laser pulse passes through the resonator 50 a temporal broadening of the amplifier laser pulse 60 , the total up to the final decoupling of the amplifier laser pulse a multiple of the pulse duration of the seed laser pulse 20 can be. For example, the pulse duration can be broadened by a factor of 10 or more.

Aus diesem Grund sind unmittelbar im Resonator 50 von dem umlaufenden Verstärker-Laserpuls 60 durchsetzte Dispersionskompensationselemente vorgesehen, welche eine eine positive Dispersion der einzelnen Elemente des Resonators 50, insbesondere eine Dispersion des Pockelszelle 80, kompensierende negative Dispersion aufweisen. Derartige Dispersionskompensationselemente sind beispielsweise der erste Endspiegel 72, das Umlenkelement 86 und das Umlenkelement 98, welche als sogenannte Gires Tournois-Interferometerspiegel ausgebildet sind, welche zusammen eine Kompensation der von der Pockelszelle erzeugten positiven Dispersion erlauben.For this reason, are immediately in the resonator 50 from the circulating amplifier laser pulse 60 enforced dispersion compensation elements are provided, which a positive dispersion of the individual elements of the resonator 50 , in particular a dispersion of the Pockels cell 80 have compensating negative dispersion. Such dispersion compensation elements are, for example, the first end mirror 72 , the deflecting element 86 and the deflecting element 98 , which are designed as so-called Gires Tournois interferometer mirrors, which together allow compensation of the positive dispersion generated by the Pockels cell.

Derartige Gires Tournois-Interferometerspiegel sind beispielsweise aus dem Artikel von F. Gires und P. Tournois, Comt. Rend. Acad. Sci. (Paris) 258, 6112 (1964) bekannt.Such Gires Tournois interferometer mirrors are for example from the article by F. Gires and P. Tournois, Comt. Rend. Acad. Sci. (Paris) 258, 6112 (1964).

Je nach Dispersion der übrigen Komponenten des Resonators 50 besteht nun die Möglichkeit, Dispersionskompensationselemente in entsprechender Zahl und mit entsprechender Dispersion vorzusehen, die es erlauben, die Dispersion des im Resonator 50 umlaufenden Verstärker-Laserpulses 60 unmittelbar bei jedem Umlauf zu kompensieren, so daß im wesentlichen die Pulsdauer des Seed-Laserpulses 20 aufrecht erhalten werden kann.Depending on the dispersion of the other components of the resonator 50 there is now the possibility of providing dispersion compensation elements in an appropriate number and with an appropriate dispersion, which allow the dispersion of the in the resonator 50 circulating amplifier laser pulse 60 to compensate immediately with each revolution, so that essentially the pulse duration of the seed laser pulse 20 can be maintained.

Nach mehrfachem Durchlauf des Resonators 50 erfolgt über das entsprechende Ansteuern der Pockelszelle 80 über das Ein/Auskoppelelement 68 das Auskoppeln des Verstärker-Laserpulses 60 in Form des ausgekoppelten Laserpulses 70, welcher dann die Justiereinrichtung 66 und den Pulsseparator 52 durchläuft und durch den Dünnschichtpolarisator 54 desselben reflektiert wird und somit auf ein Substrat 110 beispielsweise zur Materialbearbeitung, auftrifft.After multiple passes through the resonator 50 takes place via the corresponding control of the Pockels cell 80 decoupling of the amplifier laser pulse via the coupling / decoupling element 68 60 in the form of the outcoupled laser pulse 70 , which then the adjustment device 66 and the pulse separator 52 passes through and through the thin film polarizer 54 is reflected and thus onto a substrate 110 for example for material processing.

Vorzugsweise erfolgt ein Betrieb der Pockelszelle 80 mit Zyklen deren Frequenz mehrere Kilohertz, vorzugsweise zwischen 1 und 10 kHz oder sogar gegebenenfalls noch mehr beträgt, um eine hohe Repetitionsrate des ausgekoppelten Laserpulses 70 zu erhalten.The Pockels cell is preferably operated 80 with cycles whose frequency is several kilohertz, preferably between 1 and 10 kHz or even possibly even more, around a high repetition rate of the outcoupled laser pulse 70 to obtain.

Als laseraktives Medium für die Festkörperscheibe 76 sind grundsätzlich alle Materialien geeignet, die bei einer maximalen Dicke der Festkörperscheibe von 0,5 mm eine Verstärkung von mindestens 5% pro zweifachem Durchgang durch das Verstärkermaterial, das heißt durch die Festkörperscheibe, aufweisen und deren Bandbreite die Erzeugung von Laserpulsen kürzer als 10 Pikosekunden erlaubt.As a laser-active medium for the solid-state disk 76 In principle, all materials are suitable which, with a maximum thickness of the solid disk of 0.5 mm, have a gain of at least 5% per double passage through the reinforcing material, i.e. through the solid disk, and whose bandwidth allows the generation of laser pulses shorter than 10 picoseconds ,

Das laseraktive Medium 76 in Form einer weniger als 0,5 mm dicken Scheibe ist vorzugsweise Yb:KYW, es sind aber auch ähnliche Materialien, wie beispielsweise Yb:KGW oder Yb:YAG oder Yb dotierte Sesquioxide z.B. Lutetiumoxid, oder auch Halbleitermaterialien geeignet.The laser active medium 76 in the form of a disc less than 0.5 mm thick, Yb: KYW is preferred, but similar materials, such as, for example, Yb: KGW or Yb: YAG or Yb-doped sesquioxides, for example lutetium oxide, or semiconductor materials, are also suitable.

Die Dicke der Scheibe des laseraktiven Mediums liegt dabei beispielsweise ungefähr in der Größenordnung von weniger als 300 μm und liegt insbesondere in der Größenordnung von ungefähr 100 μm und die Dotierung des laseraktiven Mediums beträgt beispielsweise weniger als 20%, vorzugsweise in der Größenordnung von ungefähr 10%.The thickness of the disk of the laser active Medium is, for example, approximately in the order of magnitude of less than 300 μm and is particularly of the order of magnitude of about 100 μm and the doping of the laser-active medium is, for example, less than 20%, preferably of the order of magnitude of about 10%.

Um eine Zerstörung des laseraktiven Mediums zu verhindern, ist vorteilhafterweise die Energiedichte pro Verstärkerlaserpuls im regenerativen Verstärker 100 kleiner als 100 Millijoule pro Quadratzentimeter, noch besser kleiner als 50 Millijoule pro Quadratzentimeter.In order to prevent destruction of the laser-active medium, the energy density per amplifier laser pulse is advantageously in the regenerative amplifier 100 less than 100 millijoules per square centimeter, better still less than 50 millijoules per square centimeter.

Hinsichtlich des Modes, in welchem der Resonator 50 betrieben wird, wurde bislang nichts im Detail ausgeführt. Vorzugsweise arbeitet der Resonator 50 im TEM₀₀-Mode und die Modenanpassungseinrichtung 40 ist so eingestellt, daß sie ein Strahlungsfeld des Seed-Laserpulses 20 auf ein der TEM₀₀-Mode des Resonators 50 entsprechendes Strahlungsfeld umformt.Regarding the mode in which the resonator 50 nothing has been carried out in detail so far. The resonator preferably works 50 in TEM ₀₀ mode and the mode adaptation device 40 is set so that it is a radiation field of the seed laser pulse 20 to one of the TEM ₀₀ modes of the resonator 50 corresponding radiation field formed.

Im Gegensatz zu klassischen Femtosekunden-Lasersystemen umfassend ein vor dem regenerativen Verstärker angeordnetes pulsdauerverbreiterndes Element und ein nach Durchlaufen des regenerativen Verstärkers vorgesehenes pulsdauerkomprimierendes Element, insbesondere ein Gitter, wobei eine Pulsdauervergrößerung und eine nachfolgende Pulsdauerkompression jeweils um einen Faktor von ungefähr 10⁴ erfolgt, liefert das erfindungsgemäße Lasersystem Pikosekundenpulse ohne die Integration pulsdauervergrößernder Elemente. Somit kann auf diese das Strahlungsfeld destabilisierende und das Lasersystem verteuernde Technik verzichtet werden.In contrast to classic femtosecond laser systems comprising a pulse duration widening element arranged in front of the regenerative amplifier and a pulse duration compressing element provided after passing through the regenerative amplifier, in particular a grating, with a pulse duration increase and a subsequent pulse duration compression taking place by a factor of approximately 10 ⁴ , this provides Laser system according to the invention picosecond pulses without the integration of elements that increase the pulse duration. This means that this technology, which destabilizes the radiation field and increases the cost of the laser system, can be dispensed with.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasersystems, dargestellt in 2 sind all diejenigen Elemente, die mit dem ersten Lasersystem identisch sind mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird.In a second exemplary embodiment of a laser system according to the invention, shown in FIG 2 All those elements that are identical to the first laser system are provided with the same reference numerals, so that with regard to the description thereof, reference is made in full to the explanations for the first exemplary embodiment.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist als Dispersionskompensationselement 120 ein Prismenpaar, umfassend zwei Prismen 122 und 124, vorgesehen, wobei das Prismenpaar 120 vorzugsweise zwischen dem Umlenkspiegel 94 und dem Endspiegel 74 angeordnet ist.In the second embodiment is a dispersion compensation element 120 a pair of prisms comprising two prisms 122 and 124 , provided, the pair of prisms 120 preferably between the deflecting mirror 94 and the end mirror 74 is arranged.

Das Prismenpaar 120 kann dabei so konzipiert sein, daß es selbst eine derart große negative Dispersion aufweist, daß die positive Dispersion der Pockelszelle 80 im wesentlichen bei jedem Umlauf kompensiert wird, so daß es nicht notwendig ist, auch den ersten Endspiegel 72 und das Umlenkelement 86 als Dispersionskompensationselemente auszubilden. Vielmehr können diese als übliche optische Komponenten ausgebildet sein.The pair of prisms 120 can be designed so that it itself has such a large negative dispersion that the positive dispersion of the Pockels cell 80 is substantially compensated for with each revolution, so that it is not necessary to include the first end mirror 72 and the deflecting element 86 to train as dispersion compensation elements. Rather, they can be designed as conventional optical components.

Es ist aber auch denkbar, zusätzlich zu dem Prismenpaar 120 noch zusätzliche Dispersionskompensationselemente vorzusehen, sofern die negative Dispersion des Prismenpaars 120 nicht ausreichend ist, um die positive Dispersion des Pockelszelle 80 zu kompensieren. In diesem Fall kann ein weiteres Prismenpaar vorgesehen sein oder es können auch der Endspiegel 72 oder das Umlenkelement 86 als Gires Tournois Interferometerspiegel mit negativer Dispersion eingesetzt werden.But it is also conceivable, in addition to the pair of prisms 120 provide additional dispersion compensation elements, provided the negative dispersion of the pair of prisms 120 is not sufficient to the positive dispersion of the Pockels cell 80 to compensate. In this case, a further pair of prisms can be provided or the end mirror 72 or the deflecting element 86 can be used as Gires Tournois interferometer mirror with negative dispersion.

Im übrigen funktioniert das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 2 in gleicher Weise wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß hinsichtlich dessen Funktion ebenfalls vollinhaltlich auf das erste Ausführungsbeispiel gemäß 1 Bezug genommen wird.Otherwise, the second embodiment works according to 2 in the same way as the first embodiment, so that in terms of its function also fully in accordance with the first embodiment 1 Reference is made.

Claims

Laser system for generating laser pulses ( 70 ) comprising a seed laser ( 10 ) and a regenerative amplifier ( 100 ) in which a seed laser pulse ( 20 ) of the seed laser ( 10 ) generated amplifier laser pulse ( 60 ) can be amplified by multiple rotations, the regenerative amplifier ( 100 ) a resonator ( 50 ) and one in the resonator ( 50 ) arranged controllable coupling element ( 80 ) and one in the resonator ( 50 ) arranged solid-state disk ( 76 ) with laser-active medium, characterized in that for the generation of outcoupled laser pulses ( 70 ) in the range of less than five picoseconds in the resonator ( 50 ) at least one of the multiple revolving amplifier laser pulse ( 60 ) dispersion compensation element interspersed with each revolution ( 72 . 86 . 98 . 120 ) is provided with negative dispersion, which increases the pulse duration by positive dispersion of components ( 80 ) of the regenerative amplifier ( 100 ) counteracts.

Laser system according to Claim 1, characterized in that this outcoupled laser pulse ( 70 ) generated in the sub-picosecond range,

Laser system according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one dispersion compensation element ( 72 . 86 . 98 . 120 ) with each revolution of the amplifier laser pulse ( 60 ) in the resonator ( 50 ) a positive dispersion of optical resonator components ( 80 ) essentially compensated.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one dispersion compensation element ( 72 . 86 . 98 . 120 ) a positive dispersion of the controllable coupling element ( 80 ) essentially compensated.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one dispersion compensation element ( 72 . 86 . 98 ) includes an interferometer.

Laser system according to Claim 4, characterized in that the at least one dispersion compensation element ( 72 . 86 . 98 ) is a Gires Tournois interferometer.

Laser system according to claim 4 or 5, characterized in that the at least one dispersion compensation element ( 72 . 86 . 98 ) works in reflection.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one dispersion compensation element ( 120 ) is a pair of prisms.

Laser system according to claim 8, characterized in that the pair of prisms ( 120 ) is formed from Brewster prisms.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the dispersion compensation elements ( 72 . 86 . 98 . 120 ) are arranged at several points in the beam path in the resonator.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the laser system is essentially free from in front of the resonator ( 50 ) arranged with positive dispersion elements intended for increasing the pulse duration.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the controllable coupling element is a Pockels cell ( 80 ) is.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the seed laser ( 10 ) following an optical isolator ( 12 ) is provided.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that between the seed laser ( 10 ) and the regenerative amplifier ( 100 ) a mode adjustment unit ( 40 ) is arranged.

Laser system according to claim 13, characterized in that the mode adaptation unit ( 40 ) is designed as a telescope.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that between the seed laser ( 10 ) and the regenerative amplifier ( 100 ) a pulse separator ( 52 ) is provided.

Laser system according to claim 16, characterized in that the pulse separator ( 52 ) between the mode matching device ( 40 ) and the regenerative amplifier ( 100 ) is arranged.

Laser system according to claim 16 or 17, characterized in that the pulse separator ( 52 ) a polarizer ( 54 ) and an optical rotator ( 56 ) having.

Laser system according to claim 18, characterized in that the polarizer is a thin-film polarizer ( 54 ) is.

Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that that a coupling / decoupling element ( 68 ) of the resonator ( 50 ) is designed as a thin film polarizer.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that this outcoupled laser pulse ( 70 ) with a repetition rate of several kilohertz.

Laser system according to Claim 21, characterized in that this outcoupled laser pulse ( 70 ) with a repetition rate of more than five kilohertz.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the decoupling element ( 80 ) by a control ( 82 ) can be controlled that the amplifier laser pulses ( 60 ) only after at least twenty revolutions from the resonator ( 50 ) be coupled out.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the laser-active medium for the solid-state disk ( 76 ) Materials are provided that are at a maximum thickness of the solid disk ( 76 ) 0.5 mm reinforcement of at least 5% per double passage through the solid-state disk ( 76 ) and whose optical bandwidth is used to generate amplifier laser pulses ( 60 ) allowed less than ten picoseconds.

Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum energy density per amplifier laser pulse ( 60 ) is less than one hundred millijoules per square centimeter.