DE2506343A1 - Verfahren zum bearbeiten von werkstuecken, zur informationsuebertragung und -verarbeitung mittels laser-strahlung und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zum bearbeiten von werkstuecken, zur informationsuebertragung und -verarbeitung mittels laser-strahlung und anordnung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
PATENTANWALT
H F F P ϊ Λ·! ~ 1?
H F F P ϊ Λ·! ~ 1?
6£7iDSTsiN ^0Q3 2 b 06343
FRIEDENSSTRASSE 29/31 ° U
TELEFON: IDSTEIN 8237
PATENTANMELDUNG DER FIRMA
LASAG SA Schweizerweg 8
3 600 Thun, Schweiz
Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken, zur Informationsübertragung-
und Verarbeitung mittels Laser-Strahlung und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken, zur Informationsübertragung und -verarbeitung
mittels Laser-Strahlen.
Die Bearbeitung von Werkstücken mittels Laser-Strahlen ist seit einigen Jahren bekannt. Insbesondere kennt man spezielle
Laseranordnungen, die gestatten reproduzierbare Bearbeitungsresultate (CH-Patent Nr. 505 677) bei maximalem Wirkungsgrad
und optimaler Bearbeitungsaualitat zu erreichen, wie dies aus den CH-Patenten Nr. 532 992 und 545 544 hervorgeht.
Die Verwendung von modulierten Laserpulsen für die Bearbeitung von thermisch enrofindlichen Werkstoffen, wie spröden,
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magnetischen Materialien, etc. ist aus dem CH-Patent Nr. 532 993 und der CH-Patentanmeldung 10089/73 bekannt. Durch
Einwirkung der Lichtintensität in Form von einzelnen sich regelmässig
folgenden Spikes einer Dauer von ungefähr 1yusec wird erreicht, dass nur dasjenige Material welches verdampft
wird, aufgeheizt wird. Dadurch erreicht man, dass das die Bearbeitungsstelle umgebende Material thermisch unbeeinflusst
bleibt. Durch Anpassung der Spitzenintensität und Dauer der Spikes an das zu bearbeitende Material können sowohl transparente
wie auch reflektierende Stoffe bearbeitet werden.
Bei verschiedenen, vor allem transparenten Werkstoffen ist jedoch auch mit diesem Verfahren eine Bearbeitung nicht, oder
nur mit sehr grosser Energie der einzelnen Spikes möglich. Das Resultat davon ist ein kleiner Wirkungsgrad. Diese Tatsache
beruht darauf, dass die Lichtabsorption, das heisst, die Kopplung zwischen Lichtwelle und Gitterschwingungen für
verschiedene Stoffe, wie z.B. Quarz, Glas, etc. so gering ist, dass entweder nichts passiert oder die Lichtenergie ein zu grosses
Gebiet aufheizt oder beeinflusst. Für die Bearbeitung solcher Stoffe wird Laser-Strahlung benötigt, welche mit einer
Frequenz moduliert ist, die grössenordnungsweise mit einer Eigenfrequenz einer Gitterschwingung dieses Stoffes übereinstimmt.
In anderen Worten bedeutet das, dass man sich die Photon-Phonon Wechselwirkung zunutze machen muss. Die Absorption
der Laser-Strahlung wird durch das elektrische Dipolmoment 1. oder 2. Ordnung oder durch anharmonische Terme in der
potentiellen Energie bewirkt. Absorptionsvorgänge höherer Ordnung können durch simultane Wechselwirkung des Strahlungsfeldes
mit zwei oder mehreren Schwingungszuständen des Gitters verursacht werden.
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Eine Modulation der Laser-Strahlung im gewünschten Frequenzbereich
wird durch das sogenannte Mode-Locking ermöglicht. Abgesehen von Effekten höherer Ordnung ist das Mode-Locking eine
stationäre Schwebung der Eigenschwingungen des Laserlichtes im Resonator, solcher Art, dass das Produkt Pulslänge und
Bandbreite des verstärkenden Mediums ungefähr eins ist. Das Spiking ist eine Schwebung der Intensität des Laserlichtes
mit den angeregten Zuständen des verstärkenden Mediums, so dass der Logarithmus der Lichtintensität zeitlich ungefähr einer
Sinusfunktion entspricht.
Die Resonanzfrequenz von Mode-Locking und Spiking liegen in ganz verschiedenen Frequenzbereichen:
10 MHz - 10 GHz, typischerweise 300 MHz für Mode-Locking und
10 kHz - 10 MHz, typischerweise 300 kHz für Spiking.
Somit lassen sich die beiden Schwebungen unabhängig voneinander anregen, und wegen der kleinen benötigten Moulationstiefe
können beide Schwebungen mit dem gleichen Modulator angeregt werden. Unter Umständen kann dieser Modulator noch als Auskopplungsmodulator
dienen.
Wegen verschiedener Modulationstiefen und gerade günstigen Frequenzgebieten ist es vorteilhaft, die mechanische Grundresonanz
des Modulators der Spikingeigenfrequenz anzupassen.
Gleichzeitiges Q-switching und Mode-Locking mit einem einzelnen
Modulator innerhalb eines Resonators ist aus der US-Patentschrift Nr. 3 763 443 bekannt. Erreicht wird dies durch die
Modulation mit einem FM-Signal, dessen Mittenfrecruenz gegenüber der Mode-Locking-Frequenz verstimmt ist. Dabei muss die
Modulationstiefe nahezu eins sein, was eine praktische Anwendung
allerdings erschwert.
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-A-
Im weiteren ist ein Verfahren zur Amplituden- und Phasenkoppelung von mehreren aequidistanten Laserübergängen in
Molekularlasern,z.B. CC^-Lasern, aus den US-Patentschriften
Nr. 3 550 031 und 3 493 894 bekannt. Dieses Verfahren erzeugt allerdings nur eine regelmässige Folge von einzelnen
Pulsen mit durch das Lasergas gegebenem Pulsabstand.
Es ist bekannt, dass man bei der Informationsübertragung die grösste Bandbreite erreicht, indem man Pulszüge in vielen
Kanälen parallel moduliert und durch das Zeitmultiplexverfahren ineinander schachtelt. Wie aus der CH-Patentschrift
Nr. 541 816 hervorgeht, braucht man dafür einen schmalbandigen Hochfrequenzmodulator und einen breitbandigen Modulator,
wie er in besagter CH-Patentschrift beschrieben ist. In der Datenverarbeitung braucht man schmalbandige und hochfrequentig
modulierten Lichtquellen, wie auch besonders bei der
Holographie, bei optischen Rechenprozessen und Korrelatoren z.B. für ,das Demultiplexing oben erwähnter Informationszüge
(CH-Patentschrift 553 459) .
Zur Erzeugung von Modulation und Mode-Locking und nach Bedarf Steuerung des Pulszuges wird gemäss dem Stand der Technik
normalerweise mehr als ein Modulator benötigt. Dies ist aber sehr nachteilig und unter Umständen auch teuer. Im weiteren
weisen die bekannten konventionellen Modulationssysteme einen schlechten Wirkungsgrad der Treiberwelle auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die zum Bearbeiten
von Werkstücken und zur Informationsübertragung- und Verarbeitung mit Laser-Strahlung geeignet sind und welche mit einem
einzigen Modulator gleichzeitig das Mode-Locking und das Spiking anregen können, und zudem die Steuerung des Pulszuges
ermöglichen. Zudem soll die Energienutzung im Modulator
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verbessert werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe
ist dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Emission des Lasers aus regelmässigen Spikes besteht, welche durch Mode-Locking
wiederum in einzelne Pulse von sehr kurzer Dauer aufgelöst werden, und dass der Pulszug nach Bedarf gesteuert
wird.
Durch dieses Verfahren wird die Uebertragung von Lichtenergie in das zu bearbeitende Material optimal, indem durch das
Mode-Locking die Anregung akustischer Phononen hauptsächlich durch die Elektrostriktion wesentlich intensiver wird. Mit .
diesem Verfahren können auch Werkstoffe bearbeitet werden, welche gegenüber normalerweise verwendeter Laser-Strahlung
extrem beständig sind.
Die Anordnung zur Erfüllung obiger Aufgabe muss zusätzlich die Bedingung erfüllen, eine schmalbandige Modulation zu ermöglichen
.
Die erfindungsgemässe Anordnung zur Durchführung des oben beschriebenen
Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Laserresonator mit einem Modulator versehen ist, welcher sowohl
eine Phasen- wie auch eine Amplitudenmodulation erzeugt und dadurch gleichzeitig ein Spikincr, ein Mode-Locking
und eine Steuerung des Pulszuges erzeugt.
Diese Anordnung gestattet, mit sehr kleiner Treiberspannung (~1V) gleichzeitig das Spiking und das Mode-Locking anzuregen.
Dabei ist die Laserresonanz für das Mode-Locking scharf: Güte £ 103 und für das Spiking flach: Güte ~* 3. Zudem kann bei
Verwendung des Modulators als Auskoppler ein drittes Signal ausserhalb der beiden Resonanzen gleichzeitig noch die Aus-
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kopplung steuern.
Bei dieser zusätzlichen Verwendung muss jedoch aufgepasst werden, dass wegen der grossen benötigten Modulationstiefe für
die Auskopplungssteuerung die Verschiebung des Arbeitspunktes das Mode-Locking und Spiking nicht stört.
In allen Anwendungen, besonders bei grösseren Leistungen, ist es zweckmässig, die nicht verwendete Leistung im Laserresonator
zu speichern. Aus diesem Grund ermöglichen die Auskopplung smodulator en die beste Energienützung.
Bei gegebener Modulatoranordnung ist ausserhalb der Resonanzen die für eine bestimmte Modulationstiefe und Freauenzkomponente
benötigte Treiberleistung proportional zur Modulationsfrequenz. In der Resonanz ist die benötigte Treiberleistung
umgekehrt proportional zur Resonatorgüte. Auch die erreichbare relative Bandbreite ist umgekehrt proportional zur Resonatorgüte.
Die kleinste Treiberleistung pro Bandbreite erreicht man somit durch Anpassung der Resonatorgüte O an die Bandbreite
^f und der Eigenfrequenz fo an die mittlere Trägerfrequenz f.
Mathematisch ausgedrückt heisst dies:
fo = f
Af . Q aa f ο
Af . Q aa f ο
Die maximale erreichbare Resonatorgüte ist durch die Verluste der mechanischen und teilweise elektrischen Wellen im Resonator
begrenzt und kann Werte erreichen, die in der Grössenordnung
von Io6 in Quarz und 10^ in LiNb O3 liegen.
Der Stand der Technik und die Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung im
einzelnen beschrieben.
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Die Zeichnung zeigt in:
Fig· la einen gebräuchlichen einzelnen Spike bei Anregung von Mode-Locking, in
Pig. Ib den bekannten zeitlichen Verlauf der Intensität eines
regelmässigen Spiking-Pulszuge3, in
Fig.. 2 eine gebräuchliche Laser-Anordnung mit Modulator, zur
Erzeugung von Spiking oder Mode-Locking/ in
Fig? 3 eine entsprechende Anordnung zur Erzeugung von Spiking
und Mode-Locking mit zwei Modulatoren, in
Fig· 4 eine gebräuchliche Anordnung zur Steuerung der ausgekoppelten
Emission mit einem externen Modulator, in
Fig* . 5 eine gebräuchliche Anordnung zur gleichzeitigen Ausführung
von Spiking, Mode-Locking und Auskopplungssteuerung, in
Fig» 6 eine Laser-Anordnung gemäss der vorliegenden Erfindung
zur Ausführung von Spiking, Mode-Locking und evtl. Auskopplungssteuerung mit einem Modulator, in
Fig· 7 eine erfindungsgemässe Laser-Anordnung mit Doppelmodulator
für Spiking, Mode-Locking und AuskoOplungssteuerung., in
Fig · 8 die Veränderung der Transmission eines Fabry-Perot-Interferometers
als Funktion des Abstandes der beiden Spiegelflächen * in
Fig . 9 eine Anordnung zum Ersatz des Auskoppelungsspiegels eines Laserresonators mit variabler Transmission , in
Fig . 10 eine Variante der Anordnung gemäss Figur 9, in
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-S-
Fig, 11a eine Anordnung zur Erzeugung einer piezoelektrischen
Strahlablenkung in einem Resonator., in
Fig.· lib ein Detail der Fig· 11 a in grösserem Massstab, in
Fig· 12 eine Elektrodenanordnung für einen longitudinalen Modulator, in
Fig> 13 eine Elektrodenanordnung für einen transversalen Modulator,
in
Fig. 14 eine Variante einer Elektrodenanordnung für einen transversalen Modulator, in
Fig. 15a eine geometrische Gestalt eines Kristalles, die
eine Strahlreflexion am Kristall verhindert f ±n
Fig'. 15b eine Variante einer geometrischen Kristallgestalt
zur Verhinderung der Strahlreflexion am Kristall.
Wie aus der Figurenliste hervorgeht, stellen die Figuren 1 bis 5 bekannte Elemente dar. Es bedeuten in Figur la die
Referenzzeichen I die Intensität und t die Zeit; Ts die Dauer
eines einzelnen Spike, welcher durch Mode-Locking in einzelne Pulse der Dauer Tm mit einem Abstand tm aufgelöst wird.
In Figur 1 b bedeutet I die Intensität eines regelmässigen Spiking-Pulszuges, Ts die Dauer eines Spikes, ts zeitlicher Abstand
zwischen zwei sich folgenden Spikes. In Figur 2 ist eine Anordnung mit einem total reflektierenden Endspiegel 1, einem
teildurchlässigen Auskoppelungsspiegel 2, einem aktiven Medium 3 und einem Modulator 4 dargestellt. Die bekannte Anordnung nach
Figur 3 ist ähnlich aufgebaut, und unterscheidet sich lediglich dadurch von der soeben beschriebenen, dass sie einen zweiten
Modulator 5 aufweist.
FG/ms -9-
509835/0871
..JJ.
Eine gebräuchliche Anordnung zur Steuerung der ausgekoppelten Emission mit einem externen Modulator 6 ist in Fig, 4
gezeigt. Die in Fig. 5 dargestellte gebräuchliche Anordnung gestattet ein gleichzeitiges Ausführen des Spiking, des
Mode-Locking und der Auskoppelungssteuerung, in der die einzelnen Teile den in den Figuren 3 und 4 bezeichneten Elementen
entsprechen.
Diese bekannten Anordnungen sind, wie eingangs erwähnt, nicht befriedigend, da sie entweder nicht alle Anforderungen in Bezug
auf die technischen Möglichkeiten erfüllen, oder dann, wie dies aus Figur 5 deutlich hervorgeht, eine recht grosse Anzahl
einzelner Elemente aufweisen. Dadurch wird aber die Störanfälligkeit der Vorrichtung wesentlich erhöht und der Wirkungsgrad
wird vermindert.
Die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens
zeichnet sich wie erwähnt dadurch aus, dass der Laserresonator mit einem Modulator versehen ist, der gleichzeitig eine
Amplituden- und eine Phasenmodulation erzeugt. Dieser Modulator in Form eines Fabry-Perot Interferometers variabler Länge
erfüllt gleichzeitig alle Anforderungen, da er die Anregung des Mode-Locking zur Erzeugung ultrakurzer Pulse, die Anregung
der Schwebung zur Erzeugung von Spikes und die Steuerung des Pulszuges ermöglicht, und erst noch eine gute Energieübertragung
der Treiberwelle in der Modulation aufweist, und eine Verminderung der Zahl der Diskontinuitätsflächen gegenüber den
klassischen Verfahren gestattet.
Die Resonatorkonfiguration wird dabei für den Einsatz der Anordnung
in der Materialbearbeitung vorzugsweise gemäss der schweizerischen
Patentschrift Nr 545 544 gewählt.
Gemäss der Erfindung können bei kleinen und mittleren Laserlicht-
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leistungen elektro-, akusto- oder magnetooptische Volumen-Modulatoren
durch Verspiegelung der Oberflächen mit dem angepassten Reflexionsvermögen zu einem Auskopplungsmodulator gemacht werden.
Bei grösseren Lichtleistungen beschränkt sich die Auswahl der dafür in Frage kommenden Materialien wegen der Lichtempfindlichkeit
besonders der Oberflächen meistens auf solche Stoffe, bei denen die oben erwähnten elektro-, akusto- oder magnetooptischen
Effekte unwirtschaftlich klein sind. Darum ersetzt man gemäss der
Erfindung einen Spiegel des Laserresonators durch zwei oder mehrere planparallele optische Scheiben.
Zwischen den einzelnen Scheiben und zwischen Halterung und Scheiben werden vibrierende piezoelektrische Scheiben mit einem
konzentrischen Loch in der Dimension des Laserstrahls angeordnet. Je nach dem Frequenzbereich und dem optischen Scheibenmaterial
ist eine Vergrösserung oder Verminderung der Reflexion der Scheiben durch Aufdampfen von Spiegelschichten günstig. Wegen
der optischen Bandbreite und wegen technischen Schwierigkeiten wird die Zahl der Scheiben möglichst klein gewählt, vorzugsweise
zwei. Die Reflexion der unbedampften Flächen der Scheiben genügt z.B. bei Germaniumscheiben für CO2-Laser, oder Diamantscheiben
für sichtbare Laser.
Die beste Ausnutzung der Reflexion an den Oberflächen besteht dann, wenn die optischen Wege zwischen den Oberflächen gleichwertig
sind und interferometrisch maximale Reflexion aufweisen.
Die Transmission T = - eines solchen Fabry-Perot Interferometers ist in Fig. 8 als Funktion des Abstandes der beiden Platten dargestellt.
Parameter ist die Reflexion der Spiegelschichten. Diese Figur zeigt, dass die Transmission mit einer Spiegelreflexion
von 95 % und einer Abstandänderung von 0,1 pm um 97 % variiert werden kann.
Die Halterung der Scheiben muss starr sein, damit keine stören-
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den Schwingungen des Gehäuses entstehen. Der Schwerpunkt der Scheiben darf sich während der Schwingungen nicht bewegen.
Im weiteren soll die Gesamtlänge konstant bleiben. Fig·. 9 zeigt eine longitudinale Anordnung mit zwei Scheiben 2 und 5
und vier piezoelektrischen Lochscheiben 1, 3, 4, 6. Die Resonanzgüte
kann mit Dämpfungselementen Di und D2 angepasst werden.
E^ und E2 sind Elektroden, welche an den Generator
angeschlossen werden. Mit einer Gleichspannung an den Elektroden Ej_ und E2 kann der Arbeitspunkt sehr genau eingestellt
werden. Die Grobeinstellung erfolgt mechanisch. Zur Vergrösserung der optischen Bandbreite kann der Abstand der Spiegelschichten
sehr viel kleiner (z.B. 5 ja) gemacht werden als die Dicke der dazwischen liegenden piezoelektrischen Scheiben
(z.B. 5 mm). In Fig . 10 ist ein zu Fig . 9 entsprechender Modulator mit kleinem Spiegelabstand (z.B.~5 μρ) dargestellt.
Im Falle, dass die Auslenkung nicht genügt, können mehrere piezoelektrische Scheiben verwendet werden.
Eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform des Modulators 8
zur Erzeugung der gewünschten Modulation ist in Fig". Ha dargestellt. Zwei Fakete aus je zwei keilförmigen piezoelektrischen
Elementen K]_, K2 bzw. K3, K4 wird zu einem Quader aufeinandergelegt,
so dass die Polarisationen der beiden Elemente K^, K2
bzw. K3, K4 antiparallel UT) stehen, wie dies aus Fig.. Hb
hervorgeht. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung entsteht eine Keilwirkung, welche durch übereinanderschichten mehrerer
solcher Elemente vergrössert werden kann. Die eine Fläche dieses Quaders wird festgehalten und auf der anderen Fläche wird
ein Spiegel S angebracht wie dies in Fig·.. Ha dargestellt ist. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung kann mit diesem Modulator
eine Ablenkung der Strahlachse erzeugt werden, was in einem Resonator mit einer Blende B bei Anpassung der Frequenz der
elektrischen Spannung zu der gewünschten Modulation führt. Mit einer Gleichspannung an den piezoelektrischen Scheiben kann im
weitern die Stellung oder Justierung des Spiegels sehr genau eingestellt werden.
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Volumenmodulatoren basieren auf der Abhängigkeit der Elektronenpolarisierbarkeit
vom äusseren elektrischen, magnetischen oder mechanischen Feld und von der Deformation. Jedes äussere Feld
verursacht eine Deformation und somit können mit jedem Wechselfeld mechanische Schwingungen angeregt werden. Bei konstanter
Amplitude des äusseren Feldes treten als Funktion der Frequenz Resonanzüberhöhungen dieser Schwingungen auf, die ungefähr von
gleicher Grössenordnung wie die Güte des Resonators sind.
Oberflächenmodulatoren, bei denen die Modulation durch eine
Oberflächenbewegung hervorgerufen wird, v/eisen im Prinzip ein analoges Schwingungsverhalten auf.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch Anordnungen hochfrequenter
Modulatoren, welche eine Anpassung von Q und fo an Af und f
ermöglichen und zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens
dienen.
Der Modulator gemäss der Erfindung ist bezüglich der anregenden
Schwingungen möglichst symmetrisch aufgebaut, damit die Energie der anzuregenden Schwingungen nicht in andere Schwingungsarten
wegfliesst und das Schwingungsverhalten des Gehäuses die Modulation nicht stört.
Die mechanische Kopplung zwischen Gehäuse und Modulator ist der erwünschten Dämpfung angepasst und wird bei reiner Resonanzmodulation
entlang der Knotenflächen der anzuregenden Schwingung und/oder möglichst weich für diese Schwingungen gemacht. Wegen
der optischen Qualität und Homogenität dürfen keine stationären Verformungen auftreten. Da die Kopplung jeder transversalen
Schwingung ein lokales Drehmoment "Kristall-Gehäuse" erzeugt, muss darauf geachtet werden, dass bei direkten Modulatoren keine transversalen
Oberflächen-Schwingungen auftreten, damit die Symmetriebedingung erfüllt ist und die Halterung transversale Verformungen
FG/ms 509835/0871 _13_
möglichst weich aufnimmt, und dass bei Transducern die Symmetriebedingungen
so erfüllt sind, dass entweder die hievor genannte Bedingung erfüllt ist oder dass das Integral der Drehmomente
und Kräfte der transversalen Schwingung über die Kopplungsfläche verschwindet.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung für die Modulation durch Volumeneigenschaften und die Modulation durch
Bewegung des Modulators beschrieben.
Für in Fig . 12 dargestellte longitudinale EO-Modulatoren der
Kristallsymmetrie D2^ (z.B. KDP), D2 (z.B. HIO3) und T3
(z.B. AIP) müssen die Elektroden so dünn wie möglich sein, und AsB. Je nach der erwünschten Dämpfung sind die Seitenflächen
gleichmässig und symmetrisch in eine Masse mit einer Dielektrizitätskonstante ε 2 (*2<
<£ Dielektrizitätskonstante des Kristalls) und mechanischen Eigenschaften von Schaumgummi
bis Hartgummi eingebettet. SA ist die Strahlachse.
Für in Fig· 13 dargestellte transversale EO-Modulatoren der
Kristallsymmetrie D3 (z.B.oc -SiO2) , Dg (z.B. (3-SiO2) und T^
(z.B. AIP) ist ein Drehmoment unvermeidbar, sodass die Kopplung bei Fixierung der a-Flächen am kleinsten ist.
Die in Fig-. 14 dargestellten transversalen EO-Modulatoren der
Symmetrie C, C3V (z.B. Li Nb O3), Cßv (ζ·Β. polarisierte Keramiken)
sind bei verschwindender natürlicher Doppelberechnung analog zu den im Zusammenhang mit Fig . 13 beschriebenen Modulatoren.
Nur sind bei C3V Symmetrie die Flächen a und b vertauscht
und bei Cgy Symmetrie irrelevant. Die Fixierung ist vorteilhafterweise
entlang den Seitenflächen, wie dies im Zusammenhang mit Fig 12 beschrieben ist.
Für interne Modulatoren,.wenn auch sehr geringe Restreflexionen
FG/ms 509835/0871 _14.
der vergüteten Kristallflächen stören oder wenn bei grossen
Leistungen Oberflächenbeschädigungen auftreten, wird erfindungsgemäss
eine Anordnung mit Brewsterwinkel vorgeschlagen. Zur möglichst guten Erhaltung der Symmetrie ist eine Anordnung nach
Fig. 15a oder 15b vorteilhaft.
Für magneto-optische und piezooptische Modulatoren gelten prinzipiell
die gleichen Ueberlegungen, nur dass die Anregung nicht
durch ein elektrisches Feld, sondern durch ein magnetisches oder mechanisches Feld des Transducers erfolgt.
Eei grossen Lichtintensitäten, besonders im Infrarot-Bereich bietet die Modulation durch ein vibrierendes Fabry-Perot-Filter
wesentliche Vorteile. Dieser Filter besteht z.B. aus zwei oder mehreren planparallelen optischen Scheiben. Je nach dem Frequenzbereich
und dem optischen Scheibenmaterial ist eine Vergrösserung oder Verminderung der Reflexion der Scheibenflächen
durch Aufdampfen von Spiegelschichten günstig.
Die beiden erfindungsgemässen Verfahren Fabry-Perot-Filter und
EO-Modulator können durch Verspiegelung der Endflächen der EO-Kristalle
kombiniert werden.
Je nach der gewünschten Dämpfung und Leitfähigkeit des umgebenden
Mediums eignen sich für die Halterung weiche Metalle wie In, das allerdings temperaturbegrenzt ist, Pb, Au, Ag, etc. Polymerisate
und Kittstoffe, wie insbesondere Araldit (eingetragenes Warenzeichen) mit angepasster Aushärtung, und für die Zwischenräume
Gase, optische Immersionsflüssigkeiten für Indexanpassung, oder Quecksilber für die Elektroden.
Für schmalbandige Modulatoren soll erfindungsgemäss die Slektrodenfläche
wegen der Feidhontogenität mindestens so gross sein
wie die Kristallfläche, also gemäss Fig. 12 A>B, für breitban-
FG/xns 503835/0871 _15_
dige Modulatoren soll gemäss der Erfindung wegen der Kopplung mit dem Wellensumpf der Kristall so gross wie möglich sein und
wegen der Kapazitätsanpassung und Laufzeit der Treiberwelle sind unter Umständen kleinere Elektroden günstiger, also gemäss
Figur 12 Α<·Β.
509835/0871
Claims (15)
- -IG-Patentansprüche( 1>V1erfahren zum Bearbeiten von Werkstücken, zur Informationsübertragung- und verarbeitung mit Laser-Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Emission des Lasers aus regelmässigen Spikes besteht, welche durch Mode-Locking wiederum in einzelne Pulse von sehr kurzer Dauer aufgelöst werden.
- 2) Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserresonator mit einem Modulator versehen ist, welcher sowohl eine Phasen- wie auch eine Amplitudenmodulation erzeugt.und dadurch gleichzeitig ein Spiking und ein Mode-Locking erzeugt.
- 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulszug nach Bedarf gesteuert wird.
- 4) Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator zusätzlich eine Steuerung des Pulszuges erzeugt.509835/0871
- 5) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator aus optisch planparallelen Scheiben besteht, welche mit Hilfe planparalleler piezoelektrischer Lochscheiben vibriert werden.
- 6) Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der planparallelen Scheiben wahlweise
mit reflektierenden oder reflexvermindernden Schichten
versehen sind. - 7) Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass
die Eigenfrequenz der vibrierenden Scheiben der Trägerfrequenz angepasst ist. - 8) Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass keine Schwingungen der Fassung des Modulators durch unsymmetrische Schwingungen der Bestandteile des Modulators angeregt werden.
- 9) Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung der mechanischen Schwingungen der Modulationsbandbreite angepasst ist.
- 10) Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vergrösserung der optischen Bandbreite der Abstand
der reflektierenden Schichten kleiner ist als die Dicke der piezoelektrischen Scheiben.509835/0871 - 11) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet/ dass der Modulator aus piezoelektrischen Keilen besteht, welche mit einem Spiegel versehen sind und im Laserresonator eine Strahlablenkung erzeugen.
- 12) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator einen elektro-optischen Kristall enthält, und dass dessen Dimensionen der Treiberfreguenz angepasst sind, und dass die Bandbreite so angepasst ist, dass die Treiberleistung minimal wird, und dass unerwünschte Schwingungen des Modulationskrxstalles durch symmetrische Anordnung verhindert werden.
- 13) Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulationskristall weder statisch durch die Einbettung noch durch unsymmetrische Schwingungskopplung mit der Einbettung verspannt ist.
- 14) Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung der Kristallschwingungen durch die Einbettung der Modulations-Bandbreite angepasst ist.
- 15) Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator einen elektro-optischen Kristall enthält, welcher als Fabry-Perot Interferometer variabler Länge wirkt.509835/0871
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