DE19623843A1 - Aberrationskontrolle für einen Zickzack-Plattenlaser - Google Patents

Aberrationskontrolle für einen Zickzack-Plattenlaser

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DE19623843A1 DE1996123843 DE19623843A DE19623843A1 DE 19623843 A1 DE19623843 A1 DE 19623843A1 DE 1996123843 DE1996123843 DE 1996123843 DE 19623843 A DE19623843 A DE 19623843A DE 19623843 A1 DE19623843 A1 DE 19623843A1
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Richard H Moyer
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Anwendungsbereich der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein einen Zickzack-Plattenlaser und insbesondere einen Zickzack-Plattenlaser, der eine ein­ dimensionale Korrektur zum Korrigieren von Aberrationen in einer Richtung eines von einer Zickzack-Platte des Lasers aus­ gesendeten Lichtstrahls enthält.
2. Stand der Technik
Hochleistungslaser, insbesondere Hochleistungs-Festkörper­ laser, sind wichtige Einrichtungen für zahlreiche militäri­ sche, industrielle und kommerzielle Anwendungen. Zu diesen Anwendungen zählen Schneiden und Bohren verschiedener Mate­ rialien, die Photolithographie, die Weltraumkommunikation und medizinische Anwendungen. Bei den meisten Anwendungen von Hochleistungslasern ist es erforderlich, daß der vom Laser erzeugte Laserstrahl eine hohe Strahlqualität hat, d. h. mini­ male Strahlaberrationen aufweist. Aberrationen der Phase des Laserstrahls vermindern die Gleichförmigkeit der Wellenfronten des Strahls und damit die Fähigkeit des Strahls zu einer engen Bündelung. Mit anderen Worten: um den Strahl genau fokussieren zu können, muß die Strahlwellenfront einheitlich eben sein. Durch eine eingeschränkte Fähigkeit des Strahls zur scharfen Fokussierung werden die Intensität und Genauigkeit des Strahls im Brennpunkt vermindert. Phasenaberrationen, die eine Un­ gleichförmigkeit der Wellenfront verursachen, bewirken bei­ spielsweise eine unscharfe Punktgröße des gebündelten Strahls und ungleichmäßige Bohrungen.
Ein Typ eines Festkörperlasers, der für Hochleistungsanwen­ dungen vielversprechend ist, wird vom Fachmann als Zickzack­ plattenlaser bezeichnet. Die am 9. September 1994 eingereichte europäische Patentanmeldung Az 94114221.8 mit dem Titel FESTKÖRPERLASER HOHER HELLIGKEIT MIT ZICKZACK-VERSTÄRKER, die hiermit einbezogen wird, beschreibt einen Laser dieses Typs. Ein Zickzack-Plattenlaser enthält mindestens eine Zickzack-Platte aus einem laserfähigen Medium, wie z. B. ein Yttrium- Aluminium-Granat-Kristall (YAG), zum Erzeugen und/oder Ver­ stärken des Laserstrahls. Die Zickzack-Platte ist ein Block des laserfähigen Mediums, der zwei relativ eng beieinander­ liegende, parallele Seitenflächen hat. Ein in die Zickzack-Platte geschickter oder in dieser erzeugter Lichtstrahl wird auf dem Weg des Strahls durch die Platte von den parallelen Seitenflächen hin- und herreflektiert. Von der Stirnfläche der Zickzack-Platte wird dann ein intensiver Lichtstrahl ausgesen­ det.
Da die Zickzack-Platte des Zickzack-Lasers einen Lichtstrahl hoher Intensität erzeugt, muß die Platte gekühlt werden. In­ nerhalb der Zickzack-Platte entstehen aufgrund der durch den Lichtstrahl entwickelten Wärme und die Kühlung der Platte Temperaturgradienten, die unterschiedliche Brechungsindizes des laserfähigen Mediums verursachen. Die unterschiedlichen Brechungsindizes innerhalb der Platte bewirken eine unter­ schiedliche Änderung der Phase des Lichtstrahls an verschie­ denen Stellen, so daß die Wellenfront des Strahls nicht gleichförmig ist. Da der Strahl von den parallelen Seiten­ flächen der Platte hin- und herreflektiert wird, durchläuft er einen hohen Prozentsatz des Plattenbereichs mit verschiedenen Brechungsindizes. Dieser Strahlweg bewirkt einen mittelnden Einfluß in Richtung des Zickzack-Strahlengangs mit der Ten­ denz, die Wellenfronten so zu glätten, daß die Phasenaber­ rationen in der betreffenden Richtung beseitigt werden. Des­ halb liegen Phasenaberrationen der Wellenfront im allgemeinen nur in einer Richtung senkrecht zum Zickzack-Strahlengang vor.
Dem Stand der Technik entsprechend sind verschiedene Konzepte zur Korrektur der Ungleichförmigkeit quer zum Zickzack-Strah­ lengang bei einem Zickzack-Plattenlaser vorgeschlagen worden. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden, eine Zickzack-Platte bereitzustellen, bei der der Lichtstrahl von der oberen und unteren Fläche der Platte zusätzlich zu ihren Seitenflä­ chen reflektiert wird. Die obere und die untere Fläche einer Zickzack-Platte liegen jedoch im allgemeinen nicht nahe bei­ einander, so daß nur eine geringe Anzahl von Reflexionen in dieser Richtung auf dem Weg des Strahls durch die Platte er­ folgt. Bei dem Zickzack-Laser der obengenannten U.S.-Anmeldung Az 08/148,758 wird eine Phasenkonjugationstechnik angewendet, um die Ungleichförmigkeit der Wellenfront des Strahls zu be­ seitigen. Diese Technik beinhaltet, einen von einem Zickzack-Plat­ tenverstärker ausgesendeten Lichtstrahl an einen Phasen­ konjugationsspiegel zu senden, damit der Strahl durch den Plattenverstärker in umgekehrter Richtung reflektiert wird, wobei Aberrationen in der dem ursprünglichen Zickzack-Strah­ lengang durch die Platte entgegengesetzten Richtung korrigiert werden. Diese Technik der Korrektur von Ungleichförmigkeiten der Wellenfront ist jedoch kompliziert.
Es wird deshalb ein Mechanismus benötigt, der in Zickzack-Lasern auf einfache Weise zu implementieren ist, und der die Ungleichförmigkeit der Wellenfront in einer Richtung quer zur Zickzack-Richtung des Strahls innerhalb der Platte ausgleicht. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen solchen Mechanismus bereitzustellen.
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung wird ein Zickzack-Laser beschrieben, der die Ungleichförmigkeit der Wellenfront eines von einer Zickzack-Platte des Lasers erzeugten Licht­ strahls in einer Richtung senkrecht zum Zickzack-Strahlengang des Lichtstrahls innerhalb der Platte im wesentlichen besei­ tigt. Der Zickzack-Plattenlaser enthält eine eindimensionale Aberrationskorrektur, die Aberrationen der Phase eines von der Zickzack-Platte ausgesendeten Lichtstrahls in einer Richtung senkrecht zum Zickzack-Strahlengang des Lichtstrahls innerhalb der Platte korrigiert. In einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der eindimensionalen Korrektur um einen räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulator, der eine lineare Anordnung von Flüssigkristallzellen enthält, die selektiv aktiviert werden, um den Brechungsindex der Zellen zu ändern und die Ungleich­ förmigkeit der Wellenfront auszugleichen. Der Zickzack-Laser kann in Zusammenhang mit der eindimensionalen Korrektur zum Korrigieren der Phasenaberrationen des Lichtstrahls verschie­ dene Konfigurationen von Oszillatoren und Verstärkern enthal­ ten.
Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Er­ findung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den anschließenden Ansprüchen in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Zickzack-Plat­ tenlasers mit einer eindimensionalen Aberrationskorrektur entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung;
Fig. 2 ist eine Draufsicht der Zickzack-Platte des Zick­ zack-Plattenlasers von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Lasers mit einer eindimen­ sionalen Aberrationskorrektur entsprechend einem weiteren Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine Draufsicht eines Lasers mit einer eindimen­ sionalen Aberrationskorrektur entsprechend einem weiteren Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 ist eine Draufsicht eines Lasers mit einer eindimen­ sionalen Aberrationskorrektur entsprechend einem weiteren Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Zickzack-Plattenlaser 10 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Zickzack-Plat­ tenlaser 10 enthält einen Zickzack-Plattenverstärker 12, bei dem es sich um einen Block eines geeigneten, optischen, laserfähigen Kristallmaterials handelt, z. B. um einen Yttrium-Aluminium-Granat-(YAG)-Kristall. Selbstverständlich kann jedes dem Fachmann als für Zickzack-Platten geeignet bekannte kri­ stalline Material für die vorliegende Erfindung verwendet wer­ den. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des Plattenverstärkers 12. Der Plattenverstärker 12 enthält eine proximale Stirnfläche 14 und eine distale Stirnfläche 16, die im allgemeinen parallel zueinander sind. Der Plattenverstärker 12 enthält außerdem nahe beieinander gegenüberliegende Seitenflächen 18 und 20, die sich zueinander parallel und relativ zu den Stirnflächen 14 und 16 im Winkel erstrecken. Außerdem enthält der Platten­ verstärker 12 eine obere Fläche 22 und eine untere Fläche 24, die sich zueinander parallel und zu den Seitenflächen 18 und 20 rechtwinklig erstrecken, womit sämtliche Oberflächen des Plattenverstärkers 12 erfaßt sind.
Ein Lichtstrahl 26 von einer geeigneten Lichtquelle, z. B. einem Master-Oszillator (in Fig. 1 nicht dargestellt), wird auf die proximale Stirnfläche 14 des Plattenverstärkers 12 ge­ richtet. Der Lichtstrahl 26 trifft unter einem geeigneten Ein­ fallswinkel auf die Stirnfläche 14 auf, so daß der Lichtstrahl 26 gebrochen oder zu einer der Seitenflächen 18 oder 20, im dargestellten Fall der Seitenfläche 18, gerichtet wird. In diesem Beispiel ist der Einfallswinkel des Strahls 26 im we­ sentlichen senkrecht zur Stirnfläche 14, um Verluste durch Reflexionen an der Stirnfläche 14 zu verringern. Für den Fachmann versteht es sich jedoch, daß auch ein beliebiger anderer Einfallswinkel möglich ist. Bei diesem Ausführungs­ beispiel schließen die Stirnflächen 14 und 16 mit den Seiten­ flächen 18 und 20 einen von 90° verschiedenen Winkel ein, da­ mit der Lichtstrahl 26 zur Seitenfläche 18 gerichtet werden und senkrecht zur Stirnfläche 14 auf die Verstärkerplatte 12 auftreffen kann. Der Brechungsindex der Verstärkerplatte 12 bewirkt, daß der Lichtstrahl 26 in der Verstärkerplatte 12 zwischen den Seitenflächen 18 und 20 hin- und herreflektiert und wie dargestellt als Zickzack-Lichtstrahl 28 im Verstärker 12 verstärkt wird. Der Zickzack-Lichtstrahl 28 wird anschlie­ ßend von der distalen Stirnfläche 16 des Verstärkers 12 als verstärkter Lichtstrahl 30 emittiert.
Die Funktionsweise eines Zickzack-Plattenverstärkers ist dem Fachmann hinreichend bekannt. Der Lichtstrahl 28 wird durch den Laserprozeß innerhalb des Plattenverstärkers 12 verstärkt. Geeignete anregende Lichtquellen (nicht dargestellt), wie Blitzlampen oder Emitterdioden sind in der Nähe einer oder beider Seitenflächen 18 und 20 außerhalb des Plattenverstär­ kers 12 angeordnet. Die Energiequellen bewirken eine Erhöhung des Elektronen-Energieniveaus der Elektronen der Atome des kristallinen Materials des Plattenverstärkers 12 in einen an­ geregten Zustand. Wenn die Elektronen in den Grundzustand zurückfallen, wird von den Atomen Licht ausgesendet, welches zur Erhöhung der Intensität des Strahls 28 beiträgt. Da der Prozeß der atomaren Lichtabsorption und der atomaren Lichtab­ strahlung der Platte 12 zu einer beträchtlichen Wärmefreiset­ zung innerhalb des Plattenverstärkers 12 führt, wird ein Kühl­ system, wie z. B. Wasserkanäle (nicht dargestellt) an den Sei­ tenflächen 18 und 20 bereitgestellt. Die oben genannte US-Patentanmeldung Az 08/148,758 beschreibt einen Zickzack-Ver­ stärker, der eine Diodenanregung und Kühlwasserkanäle enthält.
Die beim Laserprozeß freigesetzte Wärme und die Kühlwirkung durch die Kühleinrichtungen bewirken Temperaturgradienten im gesamten Plattenverstärker 12. Die Temperaturgradienten ver­ ursachen unterschiedliche Brechungsindizes in verschiedenen Bereichen des Plattenverstärkers 12. Die unterschiedlichen Brechungsindizes beeinflussen die Fortpflanzungscharakteristik des Lichtstrahls 28 im Plattenverstärker 12 derart, daß die Wellenfront des Lichtstrahls 28 möglicherweise ungleichförmig wird, d. h. die Wellenfront ist nicht eben. Dies bedeutet, daß verschiedene Bereiche der Wellenfront des Strahls 28 unter­ schiedliche Phasen haben können, die zu Strahlaberrationen führen können. Beim Entwurf von Zickzack-Laserplatten wird daher allgemein versucht, die parallelen Seitenflächen 18 und 20 so eng wie möglich zueinander anzuordnen, um die Tempera­ turgradienten im Plattenverstärker 12 zu verringern. Dieses Entwurfskonzept kann die Temperaturgradienten in begrenztem Rahmen eliminieren. Bei hochenergetischen und hochgenauen Anwendungen können diese Temperaturgradienten jedoch nicht mehr annehmbare Ungleichförmigkeiten der Wellenfront bewirken.
Das Konzept der Zickzack-Verstärker beseitigt Aberrationen der Wellenfronten in einer Richtung durch den zickzack-förmi­ gen Weg des Lichtstrahls 28. Insbesondere bewirkt das Hin- und Herwechseln des Strahls 28 zwischen den Seitenflächen 18 und 20 eine Mittelung, da der Strahl 28 einen größeren Bereich des Plattenverstärkers 12 durchläuft. Diese Mittelungswirkung kor­ rigiert die Aberrationen der Wellenfronten in Richtung des Zickzack-Strahlenganges des Strahls 28. Im Beispiel der Fig. 1 werden die Wellenfronten in der X-Richtung korrigiert. Es ver­ bleibt jedoch weiterhin eine Ungleichförmigkeit in der Rich­ tung senkrecht zum Zickzack-Strahlengang des Strahls 28, d. h. in der Y-Richtung. Die durch den Zickzack-Strahlengang beding­ te Mittelung korrigiert keine Aberrationen in dieser Richtung. Der Strahl 30 enthält daher immer noch Ungleichförmigkeiten in dieser Richtung, die eine für viele Anwendungsfälle nicht ak­ zeptable Beeinträchtigung der Qualität des Strahls verursa­ chen.
Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Zickzack-Plattenverstär­ ker 12 ist ein Plattenverstärker, der den in den Verstärker 12 eintretenden Lichtstrahl 26 verstärkt. Der Plattenverstärker 12 kann auch ein Zickzack-Plattenresonator oder -oszillator sein, der einen Laserstrahl erzeugt. Im Beispiel des Resona­ tors wäre die proximale Endfläche 14 ganz oder teilweise ver­ spiegelt, und die distale Endfläche 16 wäre teilweise verspie­ gelt. Der Lichtstrahl 28 wird zwischen den Endflächen 14 und 16 entlang dem Zickzack-Strahlengang des Strahls 28 vor- und zurückreflektiert, wobei das Licht durch den Laserprozeß ver­ stärkt wird. Alternativ können Spiegel außerhalb des Platten­ verstärkers 12 bei den Endflächen 14 und 16 angeordnet werden, um den Lichtstrahl 28 innerhalb des Verstärkers 12 vor- und zurückzureflektieren. Wenn die Intensität des Strahls einen bestimmten Wert erreicht, tritt der Lichtstrahl 30 durch die teilweise verspiegelte Endfläche 16 aus. Der weiter unten beschriebene Geltungsbereich der Erfindung wird nicht davon berührt, ob der Zickzack-Plattenverstärker 12 als Resonator oder als Verstärker verwendet wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine eindimensionale Aberrationskorrektur 32 bereitge­ stellt, die die Ungleichförmigkeit der Wellenfronten des Strahls 30 in einer Richtung korrigiert, in diesem Beispiel in der Y-Richtung. Der Strahl 30 wird in die Korrektureinrichtung 32 geschickt, und ein sowohl in der X- als auch in der Y-Rich­ tung gleichförmiger Strahl 34 tritt aus der Korrektur 32 aus, der somit keine Phasenaberrationen mehr hat. Da die Korrektur 32 nur die Aberrationen in einer einzigen Richtung korrigieren muß, kann es sich bei der Korrektur 32 um eine viel einfachere Vorrichtung handeln als bei zweidimensionalen adaptiven Opti­ ken, die Aberrationen in zwei orthogonalen Richtungen korri­ gieren.
Im dargestellten Beispiel ist die eindimensionale Korrektur 32 eine Flüssigkristallvorrichtung, die ein lineares Array (Reihung) von Flüssigkristallzellen 36 enthält. Das lineare Array der Zellen 36 ist, wie gezeigt, so angeordnet, daß die Zellen 36 in der Y-Richtung übereinander liegen, und jede Zelle 36 fortlaufend in X-Richtung erstreckt ist. Eine elek­ trische Steuereinrichtung 38 stellt elektrische Steuersignale für die Zellen 36 bereit, um wenn gewünscht auf elektrischem Weg den Brechungsindex der Zellen 36 zu justieren. Durch selektive Änderung des Brechungsindex der verschiedenen Be­ reiche der Korrektur 32 werden verschiedene Anteile des Licht­ strahls 30 unabhängig von anderen Anteilen des Lichtstrahls 30 beeinflußt, um die Wellenfront des Strahls zu glätten. Die Funktion der elektrischen Steuerung des Brechungsindex von verschiedenen Bereichen einer Flüssigkristallanzeige ist dem Fachmann bekannt. Durch optische Beobachtung des Ausgangs­ strahls 34 hinsichtlich der Gleichförmigkeit seiner Wellen­ front durch ein geeignetes optisches Instrument (nicht dar­ gestellt), z. B. mit einem Interferometer, kann der Brechungs­ index der einzelnen Zellen 36 selektiv gesteuert werden, um die Gleichförmigkeit der Wellenfront des Strahls 30 in Y-Richtung zu korrigieren. Wenn der Plattenverstärker 12 als Zickzack-Resonator ausgebildet ist, kann die Korrektur 32 sowohl innerhalb als auch außerhalb des Resonators angeordnet werden.
Die eindimensionale Aberrationskorrektur 30 kann jede Vor­ richtung sein, die geeignet ist, selektiv bestimmte Bereiche der Wellenfront eines Strahls in einer einzigen Richtung zu beeinflussen. Die Korrektur 32 kann z. B. ein selektiv ansteuer­ barer Flüssigkristall-Phasenmodulator sein, wie etwa der räum­ liche Lichtmodulator ShapeShifterTM der Firma Meadowlark Optics in Longmont, Colorado. Dieser räumliche Lichtmodulator ermöglicht die Formung des zeitlichen Profils eines Licht­ strahls durch Änderung der Eigenschaften der gewählten Licht­ wellenlängen und bietet hohe Auflösung sowie ausreichende Ge­ schwindigkeit bei gleichzeitig geringen Kosten. In anderen An­ wendungsfällen können andere eindimensionale Korrektureinrich­ tungen verwendet werden. Zum Beispiel können mechanische ver­ formbare Spiegel unter piezoelektrischer Kontrolle, wie sie dem Fachmann bekannt sind, verwendet werden. Diese Typen ver­ formbarer Spiegel bieten geringe Auflösung bei hoher Geschwin­ digkeit und hohen Kosten. Des weiteren können andere Formen von dem Verwendungszweck entsprechend geschliffenen Korrektur­ platten verwendet werden.
Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der vor­ liegenden Erfindung einschließlich einer Zickzack-Platte in Verbindung mit einer eindimensionalen Korrektur. Fig. 3 ist eine Draufsicht auf einen Laser 40, der einen Oszillator 42 und eine erfindungsgemäße eindimensionale Aberrationskorrektur 44 enthält. Der Oszillator 42 enthält einen Zickzack-Platten­ resonator des Typs des Plattenverstärkers 12 oben, bei dem die Endflächen des Plattenresonators verspiegelt sind, oder er enthält getrennte externe Spiegel zur Erzeugung eines Laser­ strahls 46, der nur Aberrationen der Wellenfront in einer Richtung aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel korrigiert die Korrektur 44 die Aberrationen in der nichtkorrigierten Richtung, um einen korrigierten Laserstrahl 48 zu erzeugen.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lasers 50, der einen Oszillator 52, einen Verstärker 54 und eine erfin­ dungsgemäße eindimensionale Aberrationskorrektur 56 enthält. Der Verstärker 54 kann einen Zickzack-Plattenverstärker vom Typ des Plattenverstärkers 12 enthalten. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel kann der Oszillator 52 vom gleichen Typ sein wie der Oszillator 42, und der Verstärker 54 kann eine zusätzliche Lichtverstärkung für hochenergetische Anwendungen bereitstel­ len. Der Zickzack-Plattenresonator im Oszillator 52 und der Zickzack-Plattenverstärker im Verstärker 54 korrigieren die Aberrationen der Wellenfronten in derselben Richtung. Dem­ zufolge weist ein optischer Laserstrahl 58, der vom Verstärker 54 ausgesendet wird, Aberrationen in einer unkorrigierten Richtung auf. Die eindimensionale Korrektur 56 korrigiert die Aberrationen in dieser Richtung, um einen korrigierten Strahl 60 bereitzustellen.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen Laser 62, der einen Oszillator 64 vom Typ der oben genannten Oszillatoren 42 und 52 sowie einen Verstärker 66 vom Typ des Verstärkers 54 und eine erfindungsgemäße eindimensionale Korrektur 68 enthält. Der Laser 62 enthält eine Umkehroptik 70, die den Weg eines unkorrigierten Strahls 72 umkehrt, der vom Verstärker 66 aus­ geht, so daß der Lichtstrahl den Verstärker 66 in Gegenrich­ tung passiert und dabei eine erneute Verstärkung erfährt. Bei diesem Beispiel durchläuft der Lichtstrahl die Korrektur 68 zweimal, um einen korrigierten Strahl 74 zu erzeugen. In die­ sem Ausführungsbeispiel kann die Korrektur 68 an verschiedenen Stellen angeordnet werden, einschl. wie dargestellt an einer Position 76, und in allen Fällen eine Korrektur des unkorri­ gierten Strahls 72 bewirken.

Claims (18)

1. Laser, der folgendes umfaßt:
eine Lichtverstärkungsvorrichtung (12), wobei diese Lichtverstärkungsvorrichtung einen Lichtstrahl (30) erzeugt, der eine Strahlwellenfront hat, die in einer ersten Richtung (X) im wesentlichen gleichförmig ist; und
eine eindimensionale Korrektureinrichtung (32), die auf den Lichtstrahl von der Verstärkervorrichtung einwirkt, wobei diese eindimensionale Korrektureinrichtung die Gleichförmig­ keit der Wellenfront in einer zweiten Richtung korrigiert, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Richtung verläuft.
2. Laser nach Anspruch 1, bei dem die Lichtverstärkungsvor­ richtung eine Zickzack-Platte umfaßt, die zwei nahe beieinan­ derliegende parallele Seitenflächen (18, 20) hat, und bei dem der Lichtstrahl durch die Zickzack-Platte fortschreitet und während der Verstärkung zwischen den Seitenflächen hin- und herreflektiert wird, bevor er die Platte verläßt.
3. Laser nach Anspruch 1, bei dem die eindimensionale Kor­ rektureinrichtung (32) ein räumlicher Lichtmodulator ist, der ein lineares Array von Zellen enthält, wobei der räumliche Lichtmodulator eine Einrichtung zur selektiven Steuerung des Brechungsindex der Zellen enthält, um die Gleichförmigkeit der Wellenfront in der zweiten Richtung zu korrigieren.
4. Laser nach Anspruch 1, bei dem die eindimensionale Kor­ rektur entweder ein Flüssigkristall-Lichtmodulator, ein ver­ formbarer Spiegel oder eine Korrekturplatte ist.
5. Laser nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Plat­ te einen Teil eines optischen Resonators bildet.
6. Laser nach Anspruch 5, bei dem die eindimensionale Kor­ rektureinrichtung im Resonator angeordnet ist.
7. Laser nach Anspruch 5, bei dem die eindimensionale Kor­ rektureinrichtung außerhalb des Resonators angeordnet ist.
8. Laser nach Anspruch 1, bei dem die Lichtverstärkungs­ einrichtung einen Yttrium-Alumium-Granat-Kristall enthält.
9. Laser nach Anspruch 1, bei dem die Lichtverstärkungs­ einrichtung ein Oszillator ist, wobei der Oszillator eine erste Zickzack-Platte mit zwei parallelen Seitenflächen ent­ hält, und wobei der Lichtstrahl durch die erste Zickzack-Platte hindurchtritt und dabei auf einem Zickzack-Strahlengang zwi­ schen den Seitenflächen hin- und herreflektiert wird, und die erste Richtung der Richtung des Zickzack-Strahlenganges ent­ spricht.
10. Laser nach Anspruch 9, der des weiteren einen Zickzack-Plat­ tenverstärker umfaßt, wobei der Zickzack-Plattenverstärker auf den Lichtstrahl vom Oszillator vor der eindimensionalen Korrektureinrichtung einwirkt, die auf den Lichtstrahl rea­ giert, der Zickzack-Plattenverstärker eine zweite Zickzack-Platte enthält, die zwei parallele Seitenflächen hat, über die der Lichtstrahl durch die zweite Zickzack-Platte fortschreitet und dabei von den Seitenflächen der zweiten Zickzack-Platte in einem Zickzack-Strahlengang reflektiert wird, wobei der Zick­ zack-Strahlengang des Lichtstrahls in der ersten Zickzack-Platte in derselben Richtung verläuft wie der Zickzack-Strah­ lengang des Lichtstrahls in der zweiten Zickzack-Platte.
11. Laser nach Anspruch 10, der des weiteren Umkehroptiken (70) enthält, wobei diese Umkehroptiken die Richtung des Lichtstrahls umkehren, nachdem der Lichtstrahl die eindimen­ sionale Korrektureinrichtung (68) passiert hat, so daß die Umkehroptiken den Strahl zu einem Rücklauf durch die eindimen­ sionale Korrektur und den Zickzack-Verstärker veranlassen.
12. Laser nach Anspruch 9, der des weiteren einen Zickzack-Plat­ tenverstärker umfaßt, wobei der Plattenverstärker auf den Lichtstrahl einwirkt, nachdem der Lichtstrahl die eindimen­ sionale optische Korrektur durchlaufen hat, und wobei der Zickzack-Plattenverstärker eine zweite Zickzack-Platte ent­ hält, die zwei parallele Seitenflächen besitzt, und der Licht­ strahl durch die zweite Zickzack-Platte fortschreitet und von den Seitenflächen der zweiten Zickzack-Platte über einen Zickzack-Strahlengang reflektiert wird, bei dem der Zickzack-Strah­ lengang des Lichtstrahls in der ersten Zickzack-Platte in derselben Richtung verläuft wie der Zickzack-Strahlengang des Lichtstrahls in der zweiten Zickzack-Platte, und wobei der Laser des weiteren Umkehroptiken (70) enthält, die die Rich­ tung des Lichtstrahls umkehren, nachdem der Lichtstrahl den Plattenverstärker passiert hat, und die Umkehroptiken den Lichtstrahl dazu veranlassen, den Verstärker und die eindimen­ sionale Plattenkorrektureinrichtung in Gegenrichtung zu durch­ laufen.
13. Zickzack-Festkörper-Plattenverstärker, der folgendes um­ faßt:
eine Zickzack-Platte (12) aus einem lichtverstärkenden Material, wobei die Platte eine erste und eine zweite End­ fläche (14, 16), eine erste und eine zweite Seitenfläche (18, 20), die im wesentlichen zueinander parallel sind enthält, bei dem die erste Endfläche auf einen Lichtstrahl einwirkt, der in die Platte eintritt, wobei der Lichtstrahl durch die Zickzack-Platte fortschreitet und zwischen der ersten und zweiten Sei­ tenfläche längs eines Zickzack-Strahlengangs hin- und herre­ flektiert wird, bevor er als verstärkter Lichtstrahl (30) durch die zweite Endfläche (16) der Platte austritt, bei dem der verstärkte Lichtstrahl eine im wesentlichen gleichförmige Wellenfront in der Richtung des Zickzack-Strahlenganges auf­ weist; und
eine eindimensionale Korrektureinrichtung (32), die auf den verstärkten Lichtstrahl von der Zickzack-Platte einwirkt, wobei diese eindimensionale Korrektureinrichtung Ungleichför­ migkeiten der Wellenfront des verstärkten Lichtstrahls in einer Richtung senkrecht zu dem Zickzack-Strahlengang korri­ giert, um einen Lichtstrahl mit gleichförmiger Wellenfront zu erzeugen.
14. Verstärker nach Anspruch 13, bei dem die eindimensionale Korrektureinrichtung ein räumlicher Lichtmodulator ist, der ein lineares Array von Zellen umfaßt, wobei der Lichtmodulator eine Einrichtung enthält, um den Brechungsindex der Zellen selektiv zu kontrollieren, um die Ungleichförmigkeit der Wel­ lenfront in der Richtung senkrecht zum Zickzack-Strahlengang zu korrigieren.
15. Verstärker nach Anspruch 13, bei dem die eindimensionale Korrektur entweder ein Flüssigkristall-Lichtmodulator, ein verformbarer Spiegel oder eine Korrekturplatte ist.
16. Verfahren zur Korrektur der Ungleichförmigkeit der Wel­ lenfront eines Lichtstrahls, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Bereitstellen einer Zickzack-Platte (12) mit zwei im Abstand zueinander liegenden parallelen Seitenflächen (18, 20);
Durchlauf eines Lichtstrahls durch die Zickzack-Platte, so daß der Lichtstrahl zwischen den Seitenflächen der Platte hin- und herreflektiert wird;
Emittieren des Lichtstrahls (30) aus der Zickzack-Platte, so daß der Lichtstrahl eine Wellenfront hat, die in einer Richtung des Zickzack-Strahlenganges im wesentlichen gleich­ förmig ist;
Bereitstellen einer eindimensionalen Aberrationskorrek­ tureinrichtung (32); und
Richten des Lichtstrahls von der Zickzack-Platte auf die eindimensionale Korrektureinrichtung, um die Gleichförmigkeit der Wellenfront des Lichtstrahls in einer Richtung zu korri­ gieren, die senkrecht zur Richtung des Zickzack-Strahlenganges verläuft.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt der Bereitstellung einer eindimensionalen Aberrationskorrektur die Bereitstellung eines räumlichen Lichtmodulators umfaßt, der ein lineares Array von Zellen beinhaltet, wobei der Brechungs­ index der einzelnen Zellen getrennt und selektiv gesteuert wird, um die Gleichförmigkeit der Wellenfront in der Richtung senkrecht zur Richtung des Zickzack-Strahlenganges zu korri­ gieren.
18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein optischer Resonator die Zickzack-Platte enthält, der eine Zickzack-Platte enthält, und die eindimensionale Korrektureinrichtung innerhalb des Resonators angeordnet ist.
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JP4102457B2 (ja) * 1997-05-09 2008-06-18 株式会社小松製作所 狭帯域化レーザ装置

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