DE10328306A1 - Refraction system for compensating for strain double refraction takes into account thermally induced lens action in laser media - Google Patents

Refraction system for compensating for strain double refraction takes into account thermally induced lens action in laser media Download PDF

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Kolja Nicklaus
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Abstract

First (1) and second (2) solid body laser substances (SBLS) are optically pumped, cooled via a jacket surface and operated symmetrically in reference to their polarization-changing properties. A polarization rotator (6) fits between the SBLS along with first (3) and second (4) optical devices for forming a beam by adapting a beam diameter and a divergence angle. An independent claim is also included for a structure for compensating for strain double refraction by taking into account thermally induced lens action in laser media.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kompensation der Spannungsdoppelbrechung unter Berücksichtigung der thermisch induzierten Linsenwirkung in Lasermedien, mit mindestens zwei Festkörper-Lasermedien, die optisch gepumpt sind und über die Mantelfläche gekühlt sind und die symmetrisch in Bezug auf deren polarisationsverändernde Eigenschaften betrieben werden, mit mindestens einem Polarisationsrotator zwischen den beiden Festkörper-Lasermedien und mit mindestens einer optischen Anordnung zwischen den beiden Lasermedien zur Strahlformung unter Anpassung von Strahldurchmesser und Divergenzwinkel, die mindestens zwei Linsen aufweist, wobei in das eine, erste Festkörper-Lasermedium ein Laserstrahl mit einem gegebenen Polarisationszustand eintritt und aufgrund der Spannungsdoppelbrechung im Lasermedium in einen radial und einen azimutal polarisierten Anteil aufgespalten wird und die beiden Anteile einer unterschiedlichen thermischen Linsenwirkung unterliegen und wobei der Polarisationsrotator so bemessen ist, dass er den Polarisationszustand des aus dem ersten Festkörper-Lasermedium austretenden Laserstrahls um 90° dreht.The The invention relates to an arrangement for the compensation of stress birefringence considering the thermally induced lensing effect in laser media, with at least two solid-state laser media, which are optically pumped and over the lateral surface chilled and are symmetrical with respect to their polarization-altering properties operated, with at least one polarization rotator between the two solid-state laser media and at least one optical arrangement between the two Laser media for beam shaping with adjustment of beam diameter and divergence angle comprising at least two lenses, wherein in the one, first solid-state laser medium a laser beam enters with a given state of polarization and due to the stress birefringence in the laser medium in one radially and an azimuthally polarized portion is split and the two parts of a different thermal lensing effect and wherein the polarization rotator is dimensioned such that he the polarization state of the first solid-state laser medium emerging laser beam rotates by 90 °.

Eine solche Anordnung ist aus der DE-A1 44 15 511 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Laseranordnung mit mindestens einem Lasermedium, bei der sowohl die Doppelbrechung als auch die Bifokussierung im Lasermedium, die durch optisches Pumpen entstehen, durch einen Polarisationsdreher in Verbindung mit einem optischen System kompensiert werden. Das optische System, beschrieben durch die optische Matrix,

Figure 00020001
ist so ausgebildet, dass die Matrixelemente die Bedingungen a0 = d0, 2n 2 / 0b0 + s2c0 + 2n0sd0 = 0 und a0d0 – b0c0 = 1 erfüllen, wobei s die geometrische Länge des Lasermediums ist und n0 der Brechungsindex ist.Such an arrangement is known from DE-A1 44 15 511. This document describes a laser arrangement with at least one laser medium, in which both the birefringence and the bifocussing in the laser medium, which result from optical pumping, are compensated by a polarization rotator in conjunction with an optical system. The optical system described by the optical matrix,
Figure 00020001
is designed so that the matrix elements satisfy the conditions a 0 = d 0 , 2n 2 / 0b 0 + s 2 c 0 + 2n 0 sd 0 = 0 and a 0 d 0 - b 0 c 0 = 1, where s is the geometric Length of the laser medium is and n 0 is the refractive index.

Im Fall von zwei Lasermedien werden zwischen diesen ein 90°-Polarisationsdreher und das optische System angeordnet. Weiterhin kann bei einer Anordnung mit zwei Lasermedien das optische System durch eine Linse gebildet werden; es werden Bedingungen für den Abstand der Linse zu Referenzebenen unter Berücksichtigung der Brennweite der Linse angegeben. Mit diesem System werden zwar die Effekte der Doppelbrechung und Bifokussierung beseitigt, allerdings berücksichtigt dieses System nicht den Einfluss der thermisch induzierten Linse der Lasermedien in Bezug auf eine möglichst effiziente Nutzung des Lasermediums bei gleichzeitiger Minimierung der Beugungseffekte und der Belastungen der optischen Schichten.in the Case of two laser media become between these a 90 ° polarization rotator and the optical system is arranged. Furthermore, in an arrangement With two laser media the optical system is formed by a lens become; there will be conditions for the distance of the lens to reference planes under consideration the focal length of the lens specified. With this system, while the Effects of birefringence and bifocussing eliminated, however considered this system does not influence the thermally induced lens the laser media in terms of the most efficient use possible of the laser medium while minimizing the diffraction effects and the stresses of the optical layers.

Das System, wie es vorstehend angegeben ist, d.h. diese Anordnung zur Kompensation der Doppelbrechung, ist bei Oszillatoren und Verstärkern anwendbar, insbesondere bei solchen, die einer geringen, thermischen Belastung und daher schwachen, thermischen Linsen unterliegen. Bei Verstärkeranordnungen mit thermischen Linsenbrennweiten, die in der Größenordnung der Länge des verstärkenden Mediums liegen, ist dieses System nur bedingt einsetzbar.The System as stated above, i. this arrangement for Birefringence compensation, applicable to oscillators and amplifiers, especially those that have a low thermal load and therefore subject to weak, thermal lenses. In amplifier arrangements with thermal lens focal lengths that are of the order of magnitude of the length reinforcing medium lie, this system is only conditionally usable.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Anordnungen zu schaffen, die die vorstehend angegebenen Nachteile beseitigen.outgoing from the above-described prior art is the invention the object of the invention to provide arrangements that the above eliminate specified disadvantages.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erste Anordnung zur Kompensation der Spannungsdoppelbrechung unter Berücksichtigung der thermisch induzierten Linsenwirkung in Lasermedien, mit mindestens zwei Festkörper-Lasermedien, die optisch gepumpt sind und über die Mantelfläche gekühlt sind und die symmetrisch in Bezug auf deren polarisationsverändernde Eigenschaften betrieben werden, mit mindestens einem Polarisationsrotator zwischen den beiden Festkörper-Lasermedien und mit mindestens einer optischen Ein richtung zwischen den beiden Lasermedien zur Strahlformung unter Anpassung von Strahldurchmesser und Divergenzwinkel, die mindestens zwei Linsen aufweist, wobei in das eine, erste Festkörper-Lasermedium ein Laserstrahl mit einem gegebenen Polarisationszustand eintritt und aufgrund der Spannungsdoppelbrechung im Lasermedium in einen radial und einen azimutal polarisierten Anteil aufgespalten wird und die beiden Anteile einer unterschiedlichen thermischen Linsenwirkung unterliegen und wobei der Polarisationsrotator so bemessen ist, dass er den Polarisationszustand des aus dem ersten Festkörper-Lasermedium austretenden Laserstrahls um 90° dreht, mit einer Auslegung der optischen Einrichtung derart, dass der Strahlverlauf in dem zweiten Lasermedium annähernd einen spiegelsymmetrischen Verlauf zu dem ersten Lasermedium aufweist, wobei der Verlauf im zweiten Lasermedium in Bezug auf seine Eintrittsfläche eine Spiegelung des Verlaufs im ersten Lasermedium in Bezug auf dessen Austrittsfläche ist, unter Vertauschung der Strahldurchmesser der beiden Polarisationsanteile, und wobei die Anordnung mit allen Linsen und Lasermedien für beide Polarisationen ein 1 zu 1 Teleskop bildet und die Anordnung so justiert ist, dass sie die Strahltaille des eingangsseitigen Laserstrahls ausgangsseitig in gleicher Entfernung und Größe abbildet, jeweils bezogen auf die Eintrittsfläche des ersten Lasermediums und die Austrittsfläche des zweiten Lasermediums.This object is achieved by a first arrangement for the compensation of stress birefringence taking into account the thermally induced lens effect in laser media, with at least two solid-state laser media which are optically pumped and cooled over the lateral surface and which are operated symmetrically with respect to their polarization-changing properties, with at least one polarization rotator between the two solid-state laser media and at least one optical device A between the two laser media for beam shaping with adjustment of beam diameter and divergence angle having at least two lenses, wherein in the one, first solid-state laser medium, a laser beam with a given Polarization state occurs and is split due to the stress birefringence in the laser medium in a radially and an azimuthally polarized portion and the two parts of a different thermal lensing effect un subject d wherein the polarization rotator is dimensioned such that it rotates the polarization state of the emerging from the first solid-state laser medium laser beam by 90 °, with a design of the optical device such that the beam path in the second laser medium has approximately a mirror-symmetrical course to the first laser medium wherein the profile in the second laser medium with respect to its entrance surface is a reflection of the profile in the first laser medium with respect to its exit surface, by interchanging the beam diameters of the two polarization components, and wherein the arrangement with all lenses and laser media for both polarizations is a 1 to 1 Telescope forms and the arrangement is adjusted so that it reflects the beam waist of the input-side laser beam on the output side in the same distance and size, in each case based on the entrance surface of the first laser medium and the exit surface of the second laser medium.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine zweite Anordnung zur Kompensation der Spannungsdoppelbrechung unter Berücksichtigung der thermisch induzierten Linsenwirkung in Lasermedien, mit mindestens einem Festkörper-Lasermedium, das optisch gepumpt ist und über die Mantelfläche gekühlt ist, mit mindestens einem Polarisationsrotator und mit mindestens einer optischen Einrichtung zur Strahlformung unter Anpassung von Strahldurchmesser und Divergenzwinkel, die mindestens eine Linse aufweist, wobei in das Festkörper-Lasermedium ein Laserstrahl in einem ersten Durchgang mit einem gegebenen Polarisationszustand eintritt und aufgrund der Spannungsdoppelbrechung im Lasermedium in einen radial und einen azimutal polarisierten Anteil aufgespalten wird und die beiden Anteile einer unterschiedlichen thermischen Linsenwirkung unterliegen und ein Planspiegel an einer Position x = –(zΦ(Linse 1) + zr(Linse 1))/2, die Symmetrieebene der Anordnung bildend, positioniert ist, der die Strahlung so in das Lasermedium zurück reflektiert, wobei als Polarisationsrotator ein Faraday-Rotator eingesetzt ist, der die Strahlung im einfachen Durchgang um 45° dreht, so dass nach der Reflexion am Spiegel eine Drehung der Strahlung um 90° vorliegt, derart, dass der Strahlverlauf des zurück reflektierten Laserstrahls in einem zweiten Durchgang durch das Lasermedium annähernd einen spiegelsymmetrischen Verlauf zu dem ersten Durchgang des Laserstrahls durch das Lasermedium aufweist, wobei der Verlauf im zweiten Durchgang in Bezug auf die Eintrittsfläche in das Lasermedium eine Spiegelung des Verlaufs im ersten Durchgang durch das Lasermedium in Bezug auf dessen Austrittsfläche ist, unter Vertauschung der Strahldurchmesser der beiden Polarisationsanteile, und wobei die Anordnung für beide Polarisationen ein 1 zu 1 Teleskop bildet und so justiert ist, dass die Anordnung die Strahltaille des eingangsseitigen Laserstrahls ausgangsseitig in gleicher Entfernung und Größe abbildet, jeweils bezogen auf die Eintrittsfläche in das erste Lasermedium beim ersten Durchgang und die Austrittsfläche aus dem Lasermedium beim zweiten Durchgang durch dieses.The object is also achieved by a second arrangement for the compensation of the stress birefringence taking into account the thermally induced lens effect in laser media, with at least one solid-state laser medium, which is optically pumped and cooled over the lateral surface, with at least one polarization rotator and at least one optical device for beam shaping with adaptation of beam diameter and divergence angle, which has at least one lens, wherein in the solid-state laser medium, a laser beam enters in a first pass with a given polarization state and is split due to the birefringence in the laser medium in a radially and an azimuthally polarized portion and the subject to both portions of a different thermal lensing action and a plane mirror at a position x = - (z Φ (lens 1) + z r (lens 1)) / 2, forming the plane of symmetry of the arrangement, is positioned, the radiation so reflected back into the laser medium, as a polarization rotator, a Faraday rotator is used, which rotates the radiation in a single pass through 45 °, so that after reflection at the mirror is a rotation of the radiation by 90 °, such that the beam path of the reflected back laser beam in a second passage through the laser medium has approximately a mirror-symmetrical course to the first passage of the laser beam through the laser medium, wherein the course in the second passage with respect to the entrance surface into the laser medium, a reflection of the course in the first pass through the laser medium in Reference to the exit surface is, by interchanging the beam diameter of the two polarization components, and wherein the arrangement for both polarizations forms a 1 to 1 telescope and is adjusted so that the arrangement images the beam waist of the input-side laser beam on the output side in the same distance and size, respectively s with respect to the entrance surface into the first laser medium at the first pass and the exit surface from the laser medium at the second pass through it.

Mit der ersten Anordnung wird der linear polarisierte, in das eine Lasermedium einfallende Laserstrahl durch Doppelbrechung in radial und azimutal polarisierte Anteile aufgesplittet und die beiden Anteile erfahren in dem ersten Lasermedium eine unterschiedliche, thermische Linsenwirkung. Der Polarisationsrotator dreht die Strahlungsanteile um 90° und tauscht daher die radialen und azimutalen Anteile aus. In dem zweiten Lasermedium erfahren die Strahlungsanteile eine komplementäre Aufsplittung, so dass sich wieder ein definiert polarisierter Strahl ergibt, der darüber hinaus annähernd die Fokussierbarkeit des Eingangsstrahls in das erste Lasermedium besitzt.With the first arrangement is the linearly polarized, in the one laser medium incident laser beam by birefringence in radial and azimuthal split polarized shares and experience the two shares in the first laser medium, a different, thermal lensing effect. The polarization rotator rotates the radiation components by 90 ° and exchanges Therefore, the radial and azimuthal shares. In the second laser medium the radiation components experience a complementary splitting, so that Again, a defined polarized beam yields, beyond nearly the focusability of the input beam into the first laser medium has.

Es ist ersichtlich, dass in den beiden Lasermedien nahezu identische Verläufe der beiden unterschiedlich polarisierten Laseranteile zu erzielen sind.It It can be seen that in the two laser media almost identical courses to achieve the two differently polarized laser components are.

Mit einer derartigen Anordnung wird darüber hinaus in beiden Lasermedien die gleiche Modenüberlappung erreicht.With such an arrangement will moreover be in both laser media the same mode overlap reached.

Die gleichen Vorteile werden auch mit der zweiten, vorstehend angegebenen Anordnung erreicht, wobei die Ausführungen, die vorstehend im Rahmen der ersten Anordnung in Bezug auf das zweite Lasermedium angegeben sind, dann für die in das Lasermedium zurück reflektierte Strahlung gilt.The same advantages are also with the second, above Arrangement achieved, with the statements that are above in the context of the first arrangement with respect to the second laser medium are, then for the back to the laser medium reflected radiation applies.

Die erste Anordnung, mit dem ersten und dem zweiten Lasermedium, ist dann zu bevorzugen, wenn sehr hohe, mittlere Leistung und sehr hohe Pulsleistung angestrebt wird, da hier die Flächenbelastung auf allen optischen Flächen sehr gering gehalten werden kann.The first arrangement, with the first and the second laser medium is then to be preferred if very high, medium power and very high pulse power is sought, since here the surface load on all optical surfaces can be kept very low.

Dagegen ist die zweite Anordnung, die nur ein Lasermedium verwendet, allerdings dann mit der Reflexion der Strahlung an dem Spiegel, dann einzusetzen, wenn eine, im Vergleich zu der ersten Anordnung, geringere, mittlere Leistung und Pulsleistung angestrebt werden, die sehr kompakt realisiert werden soll.On the other hand is the second arrangement using only one laser medium, however then with the reflection of the radiation at the mirror, then insert if, compared to the first arrangement, lower, middle Performance and pulse power are sought, which realized very compact shall be.

In einer möglichen Ausgestaltung umfaßt die optische Anordnung zwei konvexe Linsen, die jeweils dem einen bzw. dem anderen Lasermedium zugeordnet sind, und deren Abstand zu der jeweiligen Hauptebene des zugeordneten Lasermediums der Brennweite f der Linse entspricht, wobei der Abstand x der beiden Linsen zueinander gegeben ist durch die Formel x = –(zΦ(Linse 1) + zr(Linse 1))mit zΦ (Linse 1) = Abstand der Strahltaille des azimutalen Polarisationsanteils von der Hauptebene der ersten Linse, die dem ersten Lasermedium zugeordnet ist, und
zr (Linse 1) = Abstand der Strahltaille des radialen Polarisationsanteils von der Hauptebene der ersten Linse, die dem ersten Lasermedium zugeordnet ist.In one possible embodiment, the optical arrangement comprises two convex lenses which are respectively assigned to the one or the other laser medium and whose distance from the respective main plane of the associated laser medium corresponds to the focal length f of the lens, the distance x of the two lenses being given to one another is through the formula x = - (z Φ (Lens 1) + z r (Lens 1)) with z Φ (lens 1) = distance of the beam waist of the azimuthal polarization component from the main plane of the first lens associated with the first laser medium, and
z r (lens 1) = distance of the beam waist of the radial polarization component from the main plane of the first lens associated with the first laser medium.

Hier ist zu beachten, dass zΦ und zr aufgrund der üblichen Vorzeichen-Konvention negativ sind.Here it should be noted that z Φ and z r are negative due to the usual sign convention.

Um eine maximale Modenüberlappung im Lasermedium bei minimalen Beugungsverlusten und Flächenbelastungen zu erzielen, wird zumindest eingangsseitig des ersten Lasermediums eine Optik angeordnet, die den Divergenzwinkel der in das erste Lasermedium eintretenden Strahlung festlegt.Around a maximum mode overlap in the laser medium with minimal diffraction losses and surface loads to achieve at least the input side of the first laser medium arranged an optic that the divergence angle of the in the first laser medium determines incoming radiation.

Weiterhin wird bevorzugt mit dieser Optik der Strahlverlauf im Lasermedium in Bezug auf die Mittelebene senkrecht zur optischen Achse symmetriert.Furthermore, it is preferred with this optics of Beam path in the laser medium with respect to the center plane perpendicular to the optical axis symmetrized.

In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Anordnung wird ausgangsseitig des zweiten oder eingangsseitigen ersten Lasermediums ein polarisationsdrehendes Element und ein nachfolgender, die Strahlung in sich selbst zurückreflektierender Spiegel angeordnet. Ein derartiger Aufbau hat den Vorteil, dass im Verstärkerbetrieb eine effiziente Nutzung der in den Lasermedien gespeicherten Energie erreicht wird. Eine solche Anordnung ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn das Eingangssignal in den Verstärker hinein unterhalb der Sättigungsenergieflussdichte/-intensität liegt; bei dieser Anordnung erfolgt die Auskopplung des Ausgangssignals polarisationsabhängig, so dass für einen effizienten Betrieb ein linear polarisiertes Eingangssignal vorliegen muss.In Another preferred embodiment of the arrangement is the output side of the second or input-side first laser medium is a polarization-rotating Element and a subsequent mirror reflecting the radiation back into itself arranged. Such a structure has the advantage that in the amplifier mode Achieved efficient use of stored energy in the laser media becomes. Such an arrangement is particularly preferable when the input signal into the amplifier is below the saturation energy flux density / intensity; In this arrangement, the coupling out of the output signal takes place polarization dependent, so for an efficient operation a linearly polarized input signal must be present.

Vorzugsweise wird als polarisationsdrehendes Element eine λ/4-Platte eingesetzt. Eine solche λ/4-Platte ist als ein bevorzugtes, polarisationsdrehendes Element anzusehen, da es ein einfaches, preisgünstiges, optisches Element mit den benötigten, optischen Eigenschaften ist.Preferably is used as a polarization rotating element λ / 4 plate. Such a λ / 4 plate is to be regarded as a preferred polarization-rotating element, because it's a simple, inexpensive, optical element with the needed, optical properties.

Das polarisationsdrehende Element sollte so ausgelegt sein, dass die Polarisationsrichtung nach einem zweifachen Durchgang durch die Anordnung aus zwei Lasermedien um 90° gedreht ist.The polarization - rotating element should be designed so that the Polarization direction after a double passage through the Arrangement of two laser media is rotated by 90 °.

In Verbindung mit der ersten Anordnung, die vorstehend angegeben ist, kann in einer weiteren Ausgestaltung eingangsseitig des Lasermediums eine Optik angeordnet werden, die den Divergenzwinkel der in das Lasermedium eintretenden Strahlung festlegt.In Connection to the first arrangement indicated above can in a further embodiment on the input side of the laser medium a Optics are arranged, which determine the divergence angle of the laser medium determines incoming radiation.

Weiterhin kann eingangsseitig der Anordnung ein Polarisator angeordnet werden, der die zurück reflektierte Strahlung auskoppelt.Farther can be arranged on the input side of the arrangement, a polarizer, the back decoupled reflected radiation.

Mehrere der vorstehend angegebenen und erläuterten Anordnungen können hintereinander angeordnet werden. Die Anzahl der Anordnungen, die so aneinandergereiht werden, hängt von der Stärke des Eingangssignals und der Sättigungsintensität des Lasermediums sowie von der gewünschten Ausgangsleistung des Verstärkers ab.Several The above-mentioned and explained arrangements can successively to be ordered. The number of arrangements so strung together be, hang from the strength of Input signal and the saturation intensity of the laser medium as well as from the desired Output power of the amplifier from.

Die erfindungsgemäßen Anordnungen werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigtThe inventive arrangements will be described below with reference to exemplary embodiments with reference described on the drawings. In the drawings shows

1 eine Anordnung zur Kompensation der thermisch induzierten Doppelbrechung, bei der die Polarisationen mit einem Quarzrotator vertauscht werden und durch eine optische Anordnung ein auf unendlich justiertes 1 zu 1 Teleskop entsteht, 1 an arrangement for compensating the thermally induced birefringence, in which the polarizations are interchanged with a quartz rotator and an optical arrangement results in an infinitely adjusted 1 to 1 telescope,

2 eine Anordnung, die mit derjenigen der 1 vergleichbar ist, die allerdings zwei zusätzliche konkave Linsen eingangsseitig und ausgangsseitig der Anordnung aufweist, 2 an arrangement similar to that of 1 is comparable, which however has two additional concave lenses on the input side and output side of the arrangement,

3 eine Anordnung, die derjenigen der 2 entspricht, mit einem zusätzlichen Spiegel und einer λ/4-Platte als Verstärker mit Doppeldurchgang, 3 an arrangement similar to that of 2 with an additional mirror and a λ / 4 plate as a double pass amplifier,

4 eine weitere Anordnung, bei der nur ein Lasermedium eingesetzt ist, wobei allerdings die Strahlung an einem Spiegel in dieses Lasermedium zurück reflektiert wird, und 4 Another arrangement in which only one laser medium is used, however, wherein the radiation is reflected at a mirror in this laser medium back, and

5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der exemplarisch berechneten Propagation von zwei Polarisationsanteilen eines kollimierten Laserstrahls durch ein Laser- bzw. Verstärkermodul (Darstellung A), durch zwei Laserstäbe bzw. zwei Verstärkermodule (Darstellung B) und durch vier Laserstäbe (Verstärkermodule) jeweils ohne Maßnahmen zur Kompensation der Doppelbrechung (Darstellung C). 5 a schematic representation for explaining the exemplary calculated propagation of two polarization components of a collimated laser beam through a laser or amplifier module (representation A), by two laser rods or two amplifier modules (representation B) and four laser rods (amplifier modules) in each case without measures for compensation birefringence (illustration C).

Zunächst wird auf die 5 Bezug genommen, um die exemplarisch berechnete Propagation von zwei Polarisationsanteilen eines kollimierten Laserstrahls, in drei verschiedenen Varianten, zu erläutern.First, on the 5 Reference is made to explain the exemplary calculated propagation of two polarization components of a collimated laser beam, in three different variants.

Den exemplarisch errechneten Propagationen, die in 5 dargestellt sind, wurde ein Durchmesser des Lasermediums von 5 mm, eine Pumpleistung von 1500 W pro Verstärkermodul und ein Eingangsstrahlradius von 1,8 mm zugrundegelegt. In der 5 tritt, jeweils von der linken Seite aus, linear polarisierte Laserstrahlung in den Laserstab ein und wird in eine radiale Komponente Er und eine tangentiale Komponente (EΦ) aufgespalten. Dies führt bei einem Laserstab (Darstellung A) oder zwei Laserstäben (Darstellung B) zu einer Verschlechterung der Strahlqualität aufgrund der unterschiedlichen Divergenzwinkel der beiden Anteile. Bei drei oder mehr Verstärkermodulen (siehe Darstellung C mit vier Laserstäben) kommt es zu zusätzlichen Leistungsverlusten, da bei drei oder mehr Verstärkermodulen bzw. Laserstäben der tangentiale Anteil nach der Propagation durch zwei Verstärkermodule einen größeren Strahlradius als der Radius des Laserstabs hat, und somit nicht mehr komplett durch die Anordnung propagieren kann, wie deutlich anhand des Strahlanteils EΦ in 5(C) ersichtlich ist. Folglich ist die in 5 dargestellte Aufspaltung der Laserstrahlung für die dort exemplarisch gezeigte Anordnung und Pumpleistung ohne zusätzliche Komponenten nicht zu verhindern, da die einzelnen Polarisationen eine insgesamt unterschiedliche optische Anordnung mit unterschiedlichen Brennweiten durchlaufen.The exemplarily calculated propagations, which in 5 were illustrated, a diameter of the laser medium of 5 mm, a pump power of 1500 W per amplifier module and an input beam radius of 1.8 mm based. In the 5 occurs, each from the left side, linearly polarized laser radiation into the laser rod and is split into a radial component E r and a tangential component (E Φ ). With a laser rod (illustration A) or two laser rods (illustration B), this leads to a deterioration of the beam quality due to the different divergence angles of the two components. With three or more amplifier modules (see illustration C with four laser bars), additional power losses occur because with three or more amplifier modules or laser bars, the tangential portion after propagation through two amplifier modules has a larger beam radius than the radius of the laser bar, and thus not can propagate more completely through the arrangement, as clearly on the basis of the beam component E Φ in 5 (C) is apparent. Consequently, the in 5 shown splitting of the laser radiation for the arrangement and pump power shown there by way of example without additional components not to prevent, since the individual polarizations through a total of different optical arrangement with different focal lengths.

Durch zusätzliche optische Elemente läßt sich die Aufspaltung der Laserstrahlung in ihre radialen und tangentialen Komponenten verhindern. Besonders kritisch sind hierbei Verstärkeranordnungen mit thermischen Linsenbrennweiten in der Größenordnung der Länge des zu verstärkenden Mediums oder darunter. Bei solchen Anordnungen kommt es zu einem unsymmetrischen Durchgang der Laserstrahlung durch deren zwei oder mehr Verstärkern. Hierbei bedeutet ein unsymmetrischer Durchgang, dass die durch den Laserstrahl durchlaufenen Volumen in den mindestens zwei Verstärkermodulen unterschiedlich sind und der Ausgangsstrahl nach dem Durchgang durch die beiden Module einen anderen Divergenzwinkel aufweist. Dies bedeutet wiederum, dass im Fall eines kollimierten Eingangsstrahls der Ausgangsstrahl nicht mehr kollimiert ist. Daraus ergeben sich dann unterschiedliche, hohe Belastungen der Laserstabendflächen und erhöhte Beugungseffekte aufgrund der stark unterschiedlichen Strahlradien an den Ein- und Austrittsenden der Laserstäbe. Im Extremfall kann es zu Foki innerhalb des verstärkenden Mediums kommen, was insbesondere bei hohen Leistungen im gepulsten Betrieb zur Zerstörung des Laserstabs bzw. Lasermediums führt.By additional optical elements can be the splitting of the laser radiation into its radial and tangential Prevent components. Particularly critical here are amplifier arrangements with thermal lens focal lengths on the order of the length of the to be reinforced Medium or below. In such arrangements, it comes to a unbalanced passage of the laser radiation through the two or more amplifiers. in this connection means an unbalanced passage that through the laser beam traversed volume in the at least two amplifier modules are different and the output beam after passing through the two modules have a different divergence angle. this means again, that in the case of a collimated input beam, the output beam is no longer collimated. This then results in different, high loads on the laser rod end faces and increased diffraction effects due to the very different beam radii at the inputs and Exit ends of the laser rods. In extreme cases, there may be foci within the reinforcing Medium come, which in particular at high powers in the pulsed Operation for destruction of the laser rod or laser medium leads.

Um diesem Phänomen entgegenzutreten, wird eine Anordnung eingesetzt, wie sie in ihrer Grundform in 1 dargestellt ist. Diese schematisch dargestellte Anordnung der 1 umfaßt zwei Laserstäbe 1, 2, zwischen denen zwei Konvexlinsen 3, 4 angeordnet sind. Der Laserstab 1 und die Konvexlinse 3 einerseits und der Laserstab 2 und die Konvexlinse 4 andererseits sind symmetrisch um eine Symmetrieebene, mit dem Bezugszeichen 5 in 1 bezeichnet, angeordnet. Weiterhin ist zwischen dem eingangsseitigen Laserstab 1 und der eingangsseitigen Konvexlinse 3 ein Quarzrotator 6 eingefügt.To counteract this phenomenon, an arrangement is used, as in its basic form in 1 is shown. This schematically illustrated arrangement of 1 includes two laser bars 1 . 2 between which two convex lenses 3 . 4 are arranged. The laser rod 1 and the convex lens 3 on the one hand and the laser rod 2 and the convex lens 4 on the other hand are symmetrical about a plane of symmetry, with the reference numeral 5 in 1 designated arranged. Furthermore, between the input side laser rod 1 and the input side convex lens 3 a quartz rotator 6 inserted.

Diese Anordnung der 1, bestehend aus den zwei Laserstäben 1, 2 (doppelbrechende Medien), dem einen Quarzrotator 6 sowie dem optischen System zwischen den beiden Lasennedien 1, 2, bestehend aus den zwei Konvexlinsen 3, 4, wird so ausgelegt, dass die in den Lasermedien 1, 2 in einen radialen (r) und einen tangentialen (Φ) aufgespaltene Laserstrahlung möglichst kleine Abweichungen zeigt. Ein solches System wird durch die optische Matrix

Figure 00090001
beschrieben. Für den komplexen Strahlparameter-Eingangsstrahl (bezogen auf die Eintrittsfläche des ersten Lasermediums) gilt weiterhin q0 = z + izR This arrangement of 1 consisting of the two laser rods 1 . 2 (birefringent media), the one quartz rotator 6 and the optical system between the two lasers 1 . 2 consisting of the two convex lenses 3 . 4 , is designed to be in the laser media 1 . 2 shows as small as possible deviations in a radial (r) and a tangential (Φ) split laser radiation. Such a system is through the optical matrix
Figure 00090001
described. For the complex beam parameter input beam (with respect to the entrance surface of the first laser medium) is still valid q 0 = z + iz R

Für den komplexen Strahlparameter-Ausgangsstrahl (bezogen auf die Austrittsfläche des zweiten Lasermediums) gilt: qΦ,r = zΦ,r + izR,Φ,r ≈ –z + izR mit

Figure 00090002
For the complex beam parameter output beam (based on the exit area of the second laser medium): q Φ, r = z Φ r + iz R, Φ, r ≈ -z + iz R With
Figure 00090002

Die Optimierung erfolgt hinsichtlich möglichst kleiner Abweichungen zwischen zΦ, zr und –z sowie zR,Φ, zR,r und zR, wobei zR die Rayleigh-Länge des Laserstrahls ist.The optimization is carried out with the smallest possible deviations between z Φ , z r and -z and z R, Φ , z R, r and z R , where z R is the Rayleigh length of the laser beam.

Dabei ist die Gewichtung der Optimierung hinsichtlich z oder zR abhängig von der Anwendung. Die Justage der gesamten Anordnung erfolgt durch Variation der einzelnen Abstände der einzelnen Elemente der optischen Anordnung zwischen den Lasermedien in Abhängigkeit des komplexen Strahlparameters q0 des Eingangsstrahls und der thermischen Linse der Lasermedien.The weighting of the optimization with respect to z or z R depends on the application. The adjustment of the entire arrangement is effected by varying the individual distances of the individual elements of the optical arrangement between the laser media as a function of the complex beam parameter q 0 of the input beam and the thermal lens of the laser media.

Bei einer Anordnung, bestehend aus den zwei Lasermedien 1, 2, den zwei konvexen Linsen 3, 4 und dem Quarzrotator 6, wie sie in 1 dargestellt ist, sind, bei gleichen Brennweiten der Linsen 3, 4, der Abstand f der Linsen zu den Lasermedien gleich und kürzer als die effektive Brennweite des Lasermediums und der Abstand der Linsen zueinander x = –(zΦ(Linse 1) + zr(Linse 1))wobei zΦ,r (Linse 1) der Abstand der Strahltaille hinter der ersten Linse (Linse 3 in 1) von der Hauptebene der Linse ist. (zΦ,r ist gemäß der üblichen Vorzeichen-Konvention hier negativ).In an arrangement consisting of the two laser media 1 . 2 , the two convex lenses 3 . 4 and the quartz rotator 6 as they are in 1 are shown, are at the same focal lengths of the lenses 3 . 4 , the distance f of the lenses to the laser media is equal and shorter than the effective focal length of the laser medium and the distance of the lenses from each other x = - (z Φ (Lens 1) + z r (Lens 1)) where z Φ, r (lens 1) is the distance of the beam waist behind the first lens (lens 3 in 1 ) from the main plane of the lens. (z Φ, r is negative here according to the usual sign convention).

Wie erwähnt ist, wird der Abstand der beiden Linsen 3, 4, die auch als Teleskoplinsen bezeichneten werden können, zueinander so variiert, dass die Strahlpropagation durch die Anordnung „symmetrisch" bezüglich der Symmetrieebene 5 (1) ist; die Bezeichnung „symmetrisch" in diesem Zusammenhang bedeutet, dass bei der Spiegelung an der Ebene die radiale und tangentiale Polarisation gegeneinander zu vertauschen sind. Es ist darauf hinzuweisen, dass durch diese Maßnahmen die radiale und die tangentiale Polarisation zwar nicht mathematisch exakt wieder zur Deckung gebracht werden können. Da die Hauptebenen der Lasermedien für die unterschiedlichen Polarisationsanteile eine leicht voneinander abweichende Position haben, so dass die Position der Linsen 3, 4 im Abstand f nicht für beide Polarisationen gleichzeitig exakt erfüllt werden kann. Jedoch ist die Abweichung sehr gering, die in 1 unterhalb der Darstellungsgenauigkeit liegt. Durch leichte Variation des Abstands der Linsen zu den Hauptebenen 7 der Laserstäbe um die Brennweite f der Linsen läßt sich die Überlagerung der beiden Ausgangsstrahlen auf exakt gleichen Divergenzwinkel oder Strahlradius optimieren, was hinsichtlich bestimmter Anwendungen von Vorteil sein kann.As mentioned, the distance between the two lenses 3 . 4 , which may also be referred to as telescope lenses, to each other so varied that the beam propagation through the array "symmetrical" with respect to the plane of symmetry 5 ( 1 ); The term "symmetrical" in this context means that the radial and tangential polarization are to be interchanged when mirroring at the plane.However, it should be noted that these measures did not bring the radial and the tangential polarization back to coincidence Since the main planes of the laser media have a slightly different position for the different polarization components, so the position of the lenses 3 . 4 at the distance f can not be met exactly for both polarizations simultaneously. However, the deviation is very small in 1 is below the display accuracy. By slightly varying the distance of the lenses to the principal planes 7 the laser rods around the focal Wide f of the lenses, the superposition of the two output beams can be optimized to exactly the same divergence angle or beam radius, which may be advantageous in terms of certain applications.

2 zeigt eine Anordnung, bei der zusätzlich eingangsseitig des ersten Lasermediums 1 und ausgangsseitig des zweiten Lasenrediums 2 jeweils eine Konkavlinse angeordnet ist, die mit dem Bezugszeichen 8 bzw. 9 bezeichnet sind. Soweit die anderen Bauteile betroffen sind, sind in 2 (gleiches gilt auch für die noch nachfolgend beschriebenen 3 und 4) dieselben Bezugszeichen wie in 1 verwendet, so dass die Ausführungen zu der einen Figur auch analog die jeweilige andere Figur übertragen werden kann. 2 shows an arrangement in addition to the input side of the first laser medium 1 and output side of the second Lasenrediums 2 in each case a concave lens is arranged, with the reference numeral 8th respectively. 9 are designated. As far as the other components are concerned, are in 2 (The same applies to the ones described below 3 and 4 ) the same reference numerals as in 1 used, so that the comments on the one figure can be transmitted analogously to the respective other figure.

Mit diesen beiden Konkavlinsen 8, 9 können Beugungseffekte und Oberflächenbelastungen der optischen Elemente bei gleichzeitiger Steigerung der Effizienz verringert werden. Hierbei haben die Konkavlinsen 8, 9 die Aufgabe, die Divergenz der einfallenden Laserstrahlung so zu transformieren, dass die Divergenz der Laserstrahlung hinter dem Verstärkermodul annähernd entgegengesetzt gleich ist, d.h. hierdurch kommt es zur „Symmetrisierung" der Laserstrahlung innerhalb eines Verstärkermoduls.With these two concave lenses 8th . 9 For example, diffraction effects and surface stresses of the optical elements can be reduced while increasing the efficiency. Here are the concave lenses 8th . 9 the task of transforming the divergence of the incident laser radiation so that the divergence of the laser radiation behind the amplifier module is approximately the same, ie, this "symmetrization" of the laser radiation within an amplifier module.

In 3 ist eine Anordnung dargestellt, die in ihrem Grundaufbau derjenigen der 2 entspricht, allerdings mit einer zusätzlichen λ/4-Platte und einem Spiegel ausgangsseitig der Anordnung nach der λ/4-Platte, wobei die λ/4-Platte mit 10 und der Spiegel mit 11 bezeichnet sind. Mit dem Einsatz dieser λ/4-Platte 10 und des Planspiegels 11 läßt sich die Kompensationsanordnung auch im Doppeldurchgang betreiben, das bedeutet, dass die Laserstrahlung zweimal durch die Verstärkeranordnung läuft und auf dem Hin- und Rückweg verstärkt wird, wodurch eine effiziente Nutzung der Verstärkermodule auch mit einem Eingangssignal unterhalb der Sättigungsenergieflussdichte ermöglicht wird. Die Auskopplung erfolgt über einen schräg in den Strahlengang gestellten Polarisator 12, der den Eingangsstrahl durchlässt, allerdings den Ausgangsstrahl auskoppelt.In 3 an arrangement is shown, which in its basic structure of those of 2 corresponds, but with an additional λ / 4 plate and a mirror output side of the arrangement after the λ / 4-plate, wherein the λ / 4 plate with 10 and the mirror with 11 are designated. With the use of this λ / 4 plate 10 and the plane mirror 11 If the compensation arrangement can also be operated in a double pass, this means that the laser radiation passes twice through the amplifier arrangement and is amplified on the outward and return path, thereby enabling an efficient use of the amplifier modules even with an input signal below the saturation energy flux density. The decoupling takes place via an obliquely placed in the beam path polarizer 12 , which lets through the input beam, but decouples the output beam.

In 4 ist eine Anordnung gezeigt, die in ihrem Aufbau im Wesentlichen den linken Seiten der 1, 2 und 3 mit dem jeweiligen Lasermedium 1 entspricht. Allerdings ist bei der Anordnung der 4 an der Stelle der Symmetrieebene 5, wie sie in den 1 bis 3 angegeben ist, die aber auch in 4 zur Verdeutlichung eingezeichnet ist, unmittelbar ein Planspiegel 11 eingesetzt, der die Laserstrahlen unmittelbar zurück in das Lasermedium 1 reflektiert. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist mit derjenigen der 1 bis 3 vergleichbar, die zwei Lasermedien 1, 2 einsetzen. Allerdings bietet die Anordnung der 4 den Vorteil, dass sie einen kompakteren Aufbau besitzt, allerdings ist der Spiegel 11 aufgrund der kleinen Strahlradien einer hohen Leistungsdichte ausgesetzt, was die maximal erreichbare Pulsleistung dieser Anordnung begrenzt.In 4 an arrangement is shown which in its construction essentially the left sides of the 1 . 2 and 3 with the respective laser medium 1 equivalent. However, in the arrangement of 4 at the point of symmetry plane 5 as they are in the 1 to 3 is specified, but also in 4 for clarity, immediately a plane mirror 11 used, the laser beams directly back into the laser medium 1 reflected. The operation of this arrangement is identical to that of 1 to 3 comparable to the two laser media 1 . 2 deploy. However, the arrangement of the 4 the advantage that it has a more compact structure, however, is the mirror 11 due to the small beam radii exposed to a high power density, which limits the maximum achievable pulse power of this arrangement.

Die Anordnung 1 wird bevorzugt eingesetzt, wenn eine kompakte Anordnung mittlerer Leistung benötigt wird. Die Anordnung 2 kann durch den Einsatz der Linsen 8, 9 auf eine minimale Leistungsdichte auf allen optischen Flächen hin optimiert werden. Daher eignet sie – sich insbesondere für Anordnungen hoher Leistung. Sie ermöglicht gleichzeitig die größte Modenüberlappung und damit die höchste Effizienz. Die Anordnung 3 ermöglicht den effizienten Einsatz von Anordnung 1 oder 2 auch bei Eingangssignalen unterhalb der Sättigungsenergieflussdichte der Lasermedien. Die Anordnung 4 ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau, da nur ein Lasermedium eingesetzt wird. Sie ist bei niedrigerer Leistung einzusetzen.The order 1 is preferably used when a compact arrangement of medium power is needed. The order 2 can through the use of the lenses 8th . 9 optimized to a minimum power density on all optical surfaces. Therefore, it is suitable - especially for high power arrangements. At the same time, it allows the largest mode overlap and thus the highest efficiency. The order 3 enables the efficient use of arrangement 1 or 2 also with input signals below the saturation energy flux density of the laser media. The order 4 allows a very compact design, since only one laser medium is used. It has to be used at lower power.

Anhand der vorstehenden Beschreibungen, insbesondere der Ausführungsbeispiele, wie sie in den 1, 2 und 3 gezeigt sind, ist ersichtlich, dass ohne eine Kompensation der thermisch induzierten Doppelbrechung eine Verstärker-Anordnung mit gegebenen Lasermodulen bei angestrebten, hohen Repetitionsraten, Strahlqualitäten und Ausgangsleistungen nicht realisierbar ist.With reference to the above descriptions, in particular the embodiments as shown in the 1 . 2 and 3 4, it can be seen that without compensation of the thermally induced birefringence, an amplifier arrangement with given laser modules can not be achieved at the desired high repetition rates, beam qualities and output powers.

Bisher bekannte Kompensationen der Doppelbrechung mit Quarzrotator und einer Abbildung der Hauptebenen führen bei den starken, thermischen Linsen zu einem unsymmetrischen Strahlendurchgang durch die Anordnung, was vergleichsweise hohe Flächenbelastungen und Beugungsverlusten bei niedriger Effizienz ergibt. Durch die vorstehend beschriebenen Symmetrierungen der Anordnung um eine Ebene mittig zwischen den Verstärkermodulen können die Flächenbelastungen und Beugungsverluste minimiert werden, wobei allerdings nur näherungsweise eine Überlagerung der tangentialen und radialen Polarisationsanteile nach dem Durchgang durch die Anordnung erreicht wird. Weiterhin ist ersichtlich, dass die Anordnung modular um eine gerade Anzahl von weiteren Verstärkermodulen und zugehörigen Kompensationsoptiken, wie sie vorstehend beschrieben sind, erweitert werden kann.So far known compensations of birefringence with quartz rotator and a picture of the main levels lead in the strong, thermal Lenses to an unbalanced beam passage through the assembly, what comparatively high surface loads and diffraction losses at low efficiency. By the above-described symmetries of the arrangement about a plane in the middle between the amplifier modules can the surface loads and diffraction losses are minimized, although only approximately an overlay the tangential and radial polarization components after the passage is achieved by the arrangement. Furthermore, it can be seen that the arrangement modular to an even number of other amplifier modules and associated Compensation optics, as described above, extended can be.

Claims (13)

Anordnung zur Kompensation der Spannungsdoppelbrechung unter Berücksichtigung der thermisch induzierten Linsenwirkung in Lasermedien, mit mindestens zwei Festkörper-Lasermedien (1, 2), die optisch gepumpt sind und über die Mantelfläche gekühlt sind und die symmetrisch in Bezug auf deren polarisationsverändernde Eigenschaften betrieben werden, mit mindestens einem Polarisationsrotator (6) zwischen den beiden Festkörper-Lasermedien (1, 2) und mit mindestens einer optischen Einrichtung (3, 4) zwischen den beiden Lasermedien (1, 2) zur Strahlformung unter Anpassung von Strahldurchmesser und Divergenzwinkel, die mindestens zwei Linsen (3, 4) aufweist, wobei in das eine, erste Festkörper-Lasermedium (3) ein Laserstrahl mit einem gegebenen Polarisationszustand eintritt und aufgrund der Spannungsdoppelbrechung im Lasermedium (3) in einen radial und einen azimutal polarisierten Anteil aufgespalten wird und die beiden Anteile einer unterschiedlichen thermischen Linsenwirkung unterliegen und wobei der Polarisationsrotator (6) so bemessen ist, dass er den Polarisationszustand des aus dem ersten Festkörper-Lasermedium (1) austretenden Laserstrahls um 90° dreht, mit einer Auslegung der optischen Einrichtung (3, 4) derart, dass der Strahlverlauf in dem zweiten Lasermedium (2) annähernd einen spiegelsymmetrischen Verlauf zu dem ersten Lasermedium (1) aufweist, wobei der Verlauf im zweiten Lasermedium (2) in Bezug auf seine Eintrittsfläche eine Spiegelung des Verlaufs im ersten Lasermedium (1) in Bezug auf dessen Austrittsfläche ist, unter Vertauschung der Strahldurchmesser der beiden Polarisationsanteile, und wobei die Anordnung mit allen Linsen und Lasermedien für beide Polarisationen ein 1 zu 1 Teleskop bildet und die Anordnung so justiert ist, dass sie die Strahltaille des eingangsseitigen Laserstrahls ausgangsseitig in gleicher Entfernung und Größe abbildet, jeweils bezogen auf die Eintrittsfläche des ersten Lasermediums (1) und die Austrittsfläche des zweiten Lasermediums (2).Arrangement for compensation of stress birefringence taking into account the thermally induced lens effect in laser media, with at least two solid-state laser media ( 1 . 2 ), which are optically pumped and cooled over the lateral surface and which are operated symmetrically with regard to their polarization-changing properties, with at least one polarization rotator ( 6 ) between the two solid-state laser media ( 1 . 2 ) and at least one optical device ( 3 . 4 ) between the two laser media ( 1 . 2 ) for beam shaping with adjustment of beam diameter and divergence angle, the at least two lenses ( 3 . 4 ), wherein in the one, first solid-state laser medium ( 3 ) a laser beam enters with a given polarization state and due to the birefringence in the laser medium ( 3 ) is split into a radially and an azimuthally polarized portion and the two portions of a different thermal lensing effect and wherein the polarization rotator ( 6 ) is dimensioned such that it determines the polarization state of the first solid-state laser medium ( 1 ) laser beam is rotated by 90 °, with a design of the optical device ( 3 . 4 ) such that the beam path in the second laser medium ( 2 ) approximately a mirror-symmetrical course to the first laser medium ( 1 ), wherein the course in the second laser medium ( 2 ) with respect to its entrance surface, a reflection of the course in the first laser medium ( 1 ) with respect to its exit surface is, by permutation of the beam diameter of the two polarization components, and wherein the arrangement with all lenses and laser media for both polarizations a 1 to 1 telescope and the arrangement is adjusted so that the beam waist of the input side laser beam on the output side in the same distance and size, in each case based on the entrance surface of the first laser medium ( 1 ) and the exit surface of the second laser medium ( 2 ). Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anordnung zwei konvexe Linsen (3, 4) umfaßt, die jeweils dem einen bzw. dem anderen Lasermedium (1, 2) zugeordnet sind und deren Abstand zu der jeweiligen Hauptebene (5) des als dicke Linse approximierten, zugeordneten Lasermediums (1, 2) der Brennweite f der Linse entspricht, wobei der Abstand x der beiden Linsen (3, 4) zueinander gegeben ist durch Formel x = –(zΦ(Linse 1) + zr(Linse 1))mit zΦ (Linse 1) = Abstand der Strahltaille des azimutalen Polarisationsanteils von der Hauptebene (7) der ersten Linse (3), die dem ersten Lasermedium (1) zugeordnet ist, und zr (Linse 1) = Abstand der Strahltaille des radialen Polarisationsanteils von der Hauptebene (7) der ersten Linse (3), die dem ersten Lasermedium (1) zugeordnet ist. (gilt für 1, 2, 3).Arrangement according to claim 1, characterized in that the optical arrangement comprises two convex lenses ( 3 . 4 ), which in each case the one or the other laser medium ( 1 . 2 ) and their distance from the respective main level ( 5 ) of the laser medium approximated as a thick lens ( 1 . 2 ) corresponds to the focal length f of the lens, wherein the distance x of the two lenses ( 3 . 4 ) is given to each other by formula x = - (z Φ (Lens 1) + z r (Lens 1)) with z Φ (lens 1) = distance of the beam waist of the azimuthal polarization component from the main plane ( 7 ) of the first lens ( 3 ), the first laser medium ( 1 ) and z r (lens 1) = distance of the beam waist of the radial polarization component from the main plane (FIG. 7 ) of the first lens ( 3 ), the first laser medium ( 1 ) assigned. (applies to 1 . 2 . 3 ). Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eingangsseitig des ersten Lasermediums (1) eine Optik (8) angeordnet ist, die den Divergenzwinkel der in das erste Lasermedium (1) eintretenden Strahlung festlegt. (2, 3)Arrangement according to claim 1, characterized in that at least on the input side of the first laser medium ( 1 ) an optic ( 8th ) is arranged, the divergence angle of the in the first laser medium ( 1 ) determines incoming radiation. ( 2 . 3 ) Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Optik (8) der Strahlverlauf im ersten Lasermedium (1) bezogen auf die Mittelebene des Lasermediums (1) senkrecht zur optischen Achse symmetrisiert wird.Arrangement according to claim 3, characterized in that through the optics ( 8th ) the beam path in the first laser medium ( 1 ) relative to the median plane of the laser medium ( 1 ) is symmetrized perpendicular to the optical axis. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig des zweiten Lasermediums (2) eine weitere Optik (9) angeordnet ist, die im Abstand der eigenen Brennweite zu der durch die zwei Lasermedien (1, 2) und die zugehörigen Linsen (3, 4) gebildeten, ausgangsseitigen Strahltaille angeordnet ist, und die den ausgangsseitigen Divergenzwinkel als negativen Eingangs-Divergenzwinkel festlegt.Arrangement according to claim 3, characterized in that on the output side of the second laser medium ( 2 ) another look ( 9 ) is arranged at the distance of its own focal length to that by the two laser media ( 1 . 2 ) and the associated lenses ( 3 . 4 ), and determines the output side divergence angle as a negative input divergence angle. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig des zweiten Lasermediums (2) ein polarisationsdrehendes Element (10) und ein nachfolgender, die Strahlung in sich selbst zurückreflektierender Spiegel (11) angeordnet sind.Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the output side of the second laser medium ( 2 ) a polarization-rotating element ( 10 ) and a subsequent mirror reflecting the radiation back into itself ( 11 ) are arranged. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig des ersten Lasermediums (1) ein polarisationsdrehendes Element (10) und ein nachfolgender, die Strahlung in sich selbst zurück reflektierender Spiegel (11) angeordnet sind.Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the input side of the first laser medium ( 1 ) a polarization-rotating element ( 10 ) and a subsequent mirror reflecting the radiation back into itself ( 11 ) are arranged. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsdrehende Element so ausgelegt ist, dass die Polarisationsrichtung nach zweifachem Durchgang um 90° gedreht ist.Arrangement according to claim 6 or 7, characterized that the polarization rotating element is designed so that the Polarization direction is rotated by 90 ° after two passes. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisationsdrehende Element eine λ/4-Platte (10) ist.Arrangement according to one of Claims 6 to 8, characterized in that the polarization-rotating element is a λ / 4 plate ( 10 ). Anordnung zur Kompensation der Spannungsdoppelbrechung unter Berücksichtigung der thermisch induzierten Linsenwirkung in Lasermedien, mit mindestens einem Festkörper-Lasermedium (1'), das optisch gepumpt ist und über die Mantelfläche gekühlt ist, mit mindestens einem Polarisationsrotator (6') und mit mindestens einer optischen Einrichtung (3') zur Strahlformung unter Anpassung von Strahldurchmesser und Divergenzwinkel, die mindestens eine Linse (3') aufweist, wobei in das Festkörper-Lasermedium (1') ein Laserstrahl in einem ersten Durchgang mit einem gegebenen Polarisationszustand eintritt und aufgrund der Spannungsdoppelbrechung im Lasermedium (1') in einen radial und einen azimutal polarisierten Anteil aufgespalten wird und die beiden Anteile einer unterschiedlichen thermischen Linsenwirkung unterliegen und ein Planspiegel (11') an einer Position x = –(zΦ(Linse 1) + zr(Linse 1))/2, die Symmetrieebene (5') der Anordnung bildend, positioniert ist, der die Strahlung so in das Lasermedium (1') zurück reflektiert, wobei als Polarisationsrotator (6') ein Faraday-Rotator eingesetzt ist, der die Strahlung im einfachen Durchgang um 45° dreht, so dass nach der Reflexion am Spiegel (11') eine Drehung der Strahlung um 90° vorliegt, derart, dass der Strahlverlauf des zurück reflektierten Laserstrahls in einem zweiten Durchgang durch das Lasermedium (1') annähernd einen spiegelsymmetrischen Verlauf zu dem ersten Durchgang des Laserstrahls durch das Lasermedium (1) aufweist, wobei der Verlauf im zweiten Durchgang in Bezug auf die Eintrittsfläche in das Lasermedium (1') eine Spiegelung des Verlaufs im ersten Durchgang durch das Lasermedium (1') in Bezug auf dessen Austrittsfläche ist, unter Vertauschung der Strahldurchmesser der beiden Polarisationsanteile, und wobei die Anordnung für beide Polarisationen ein 1 zu 1 Teleskop bildet und so justiert ist, dass die Anordnung die Strahltaille des eingangsseitigen Laserstrahls ausgangsseitig in gleicher Entfernung und Größe abbildet, jeweils bezogen auf die Eintrittsfläche in das erste Lasermedium (1') beim ersten Durchgang und die Austrittsfläche aus dem Lasermedium (1') beim zweiten Durchgang durch dieses.Arrangement for compensation of stress birefringence taking into account the thermally induced lens effect in laser media, with at least one solid-state laser medium ( 1' ), which is optically pumped and cooled over the lateral surface, with at least one polarization rotator ( 6 ' ) and at least one optical device ( 3 ' ) for beam shaping with adjustment of beam diameter and divergence angle, the at least one lens ( 3 ' ), wherein in the solid-state laser medium ( 1' ) a laser beam enters in a first pass with a given state of polarization and due to the birefringence in the laser medium ( 1' ) in a radially and an azimuthally polarized portion split and the two parts of a different thermal lensing effect subject and a plane mirror ( 11 ' ) at a position x = - (z Φ (lens 1) + z r (lens 1)) / 2, the plane of symmetry ( 5 ' ) of the arrangement, which places the radiation in the laser medium ( 1' ) is reflected back, being used as polarization rotator ( 6 ' ) a Faraday rotator is used, which rotates the radiation in a single pass through 45 °, so that after the reflection at the mirror ( 11 ' ) is a rotation of the radiation by 90 °, such that the beam path of the back-reflected laser beam in a second passage through the laser medium ( 1' ) approximately a mirror-symmetrical course to the first passage of the laser beam through the laser medium ( 1 ), wherein the course in the second passage with respect to the entrance surface into the laser medium ( 1' ) a reflection of the course in the first pass through the laser medium ( 1' ) with respect to its exit surface is, by interchanging the beam diameter of the two polarization components, and wherein the arrangement for both polarizations forms a 1 to 1 telescope and is adjusted so that the arrangement images the beam waist of the input-side laser beam on the output side in the same distance and size, each with respect to the entrance surface in the first laser medium ( 1' ) at the first pass and the exit surface from the laser medium ( 1' ) on the second pass through this. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig des Lasermediums (1') eine Optik (8') angeordnet ist, die den Divergenzwinkel der in das Lasermedium (1') eintretenden Strahlung festlegt.Arrangement according to claim 10, characterized in that the input side of the laser medium ( 1' ) an optic ( 8th' ) is arranged, the divergence angle of the in the laser medium ( 1' ) determines incoming radiation. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eingangsseitig der Anordnung ein Polarisator angeordnet ist, der die zurück reflektierte Strahlung auskoppelt.Arrangement according to one of claims 6 to 11, characterized that on the input side of the arrangement a polarizer is arranged, the back decoupled reflected radiation. Aufbau zur Kompensation der Spannungsdoppelbrechung unter Berücksichtigung der thermisch induzierten Linsenwirkung in Lasermedien mit mehreren, hintereinander angeordneten Anordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 12.Design for compensation of stress birefringence considering the thermally induced lensing effect in laser media with several, successively arranged arrangements according to one of claims 1 to 12th
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107851956A (en) * 2015-04-24 2018-03-27 学校法人韩东大学校 Laser amplifier

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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M.Ostermeyer, G.Klemz, A.Heurer, R.menzel: High Brightness Double and Single Rod Nd:YAG Laser Oscillators with up to 180 W and M2<1.2. In: Lasers and Electro-Optics, CLEO '02. Technical Digest. Summaries of Papers Presented at the CLEO 19-24 May 2002, 2002, Vol. 1. S. 176
M.Ostermeyer, G.Klemz, A.Heurer, R.menzel: High Brightness Double and Single Rod Nd:YAG Laser Oscillators with up to 180 W and M2<1.2. In: Lasers and Electro-Optics, CLEO '02. TechnicalDigest. Summaries of Papers Presented at the CLEO 19-24 May 2002, 2002, Vol. 1. S. 176 *

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