EP2409019A1 - Lasersystem und zündeinrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Lasersystem und zündeinrichtung für eine brennkraftmaschine

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Publication number
EP2409019A1
EP2409019A1 EP10705340A EP10705340A EP2409019A1 EP 2409019 A1 EP2409019 A1 EP 2409019A1 EP 10705340 A EP10705340 A EP 10705340A EP 10705340 A EP10705340 A EP 10705340A EP 2409019 A1 EP2409019 A1 EP 2409019A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser device
laser
radiation
generated
laser system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10705340A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Herden
Hans-Jochen Schwarz
Heiko Ridderbusch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2409019A1 publication Critical patent/EP2409019A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/113—Q-switching using intracavity saturable absorbers

Definitions

  • the invention relates to a laser system for an ignition device of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with a first laser device and one of the first laser device downstream and optically connected thereto second laser device, wherein the first
  • Laser device is adapted to generate pumping light for optical pumping of the second laser device.
  • the known laser system 100 has a semiconductor
  • Diode laser formed first laser device 1 10 the pump light 10 generates.
  • the pumping light 10 is transmitted via an optical waveguide device 130 to the second laser device 120, which is usually arranged directly in a laser spark plug 200.
  • the second laser device 120 pumped with the pumping light 10 may in particular be a Q-switched laser device which generates high-energy laser pulses 20 for the laser ignition of an air / fuel mixture.
  • a disadvantage of the conventional laser system 100 ' is that portions 20' of the laser pulses 20 generated by the second laser device 120 can reach the first laser device 110 and damage it.
  • the application of the reflection layers 130b, in particular to the light guide direction 130, requires high production costs for such laser systems 100 '.
  • Reflecting means which are adapted to reflect radiation generated by the second laser device.
  • the inventive assignment of the reflection means to the first, designed as a pump light source, laser device has the advantage that provided between the laser devices and used to realize the optical connection of the two laser devices optical components need not be provided separately with reflection means or layers. This simplifies the production of the laser system according to the invention.
  • the reflection means provided according to the invention on the first laser device in addition to the protection against high-energy laser pulses from the second laser device, also offer better protection against environmental influences.
  • the reflection means have a transmission coefficient for the radiation generated by the second laser device, which is less than or equal to about 50 percent, preferably less than or equal to about 10 percent. Investigations by the Applicant According to this design of the reflection means according to the invention ensures that the first laser device used as a pumping light source sufficiently before the high-energy laser pulses of the second laser device is protected.
  • An improved decoupling of the pump radiation generated by the first laser device is given by the fact that the first laser device in the region which is optically connected to the second laser device has a transmission layer which generates a transmission coefficient for those generated by the first laser device Having radiation greater than or equal to about 85 percent, preferably greater than or equal to about 95 percent.
  • a particularly small-sized arrangement results according to a further advantageous variant of the invention, when the reflection means according to the invention are formed as a reflective coating.
  • the transmission layer and the reflective coating protecting from the high-energy laser pulses are arranged together on a surface of the first laser device.
  • the double coating of the relevant region of the first laser device also results in increased protection of the first laser device from environmental influences.
  • the first laser device as a semiconductor diode laser is advantageously given by the multiple coating increased mechanical protection of the semiconductor diode laser.
  • optical signals are arranged between the first laser device and the second laser device
  • a first advantage of the present invention variant is that the optical components arranged between the laser devices have no reflection means, which are formed from to reflect the radiation generated by the second laser device, thereby simplifying a manufacturing process of the laser system according to the invention.
  • a detector can advantageously be arranged, which is designed to detect the radiation generated by the second laser device. It can thus be advantageously dispensed with the provision of a separate optical fiber device, which is used in the conventional systems to direct parts of the laser radiation generated by the second laser device to a detector. At the same time, however, it is ensured by the reflection means according to the invention that the first laser device is not impaired by the high-energy laser pulses of the second laser device.
  • an immersion medium which may in particular be an immersion fluid such as a so-called index matching oil and / or an immersion gel, for example silicone gel act.
  • the first laser device is preferably provided in a separate module, also referred to as a pump module, while the second laser device can be integrated, for example, directly into a laser spark plug of the internal combustion engine.
  • a separate module also referred to as a pump module
  • the second laser device can be integrated, for example, directly into a laser spark plug of the internal combustion engine.
  • Pump module and the laser spark plug is in a conventional manner by a Fiber optic device produced. Due to the reflection means according to the invention in the region of the first laser device, which is arranged in the pump module, can be advantageously dispensed with a special anti-reflection layer in the region of the light guide device.
  • Figure 1 is a conventional laser system
  • FIG. 2 shows an embodiment of the laser system according to the invention.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the laser system 100 according to the invention for an ignition device of an internal combustion engine.
  • the laser system 100 has a first laser device 110, which in the present case is designed as a semiconductor diode laser, and which is provided to generate pump light 10 for optically pumping a second laser device 120.
  • the pumping light 10 is fed to the second laser device 120 as shown in FIG. 2 via an optical waveguide device 130.
  • the second laser device 120 may be a solid-state laser which has a passive one, also referred to as a Q-switch
  • Quit (not shown), by means of high-energy laser pulses 20 can be generated in a conventional manner. These high-energy laser pulses 20 are used to ignite an ignitable air / fuel mixture located in a combustion chamber of the internal combustion engine. As can be seen in FIG. 2, the solid-state laser 120 is integrated directly into a laser spark plug 200 of the internal combustion engine.
  • the laser system 100 according to the invention corresponds to the conventional system 100 'according to FIG.
  • the following also referred to as a pump laser first
  • Laser device 110 via reflection means 115, which are adapted to radiation generated by the second laser device 120, that is, in the present case, the high-energy laser pulses 20 to reflect. This ensures advantageous that the pump laser 1 10 not by optionally transmitted via the optical fiber device 130 to the pump laser 110 high-energy
  • Parts 20 'of the laser pulses 20 transmitted to the pump laser 110 via the optical waveguide device 130 are preferably reflected or scattered by the reflection means 115 according to the invention so that at least a small portion 20 "of the laser pulses 20
  • Laser pulses 20 passes to an optical detector 150, which is also disposed in the region of the pump laser 110. In this way, the function of the second laser device 120, i. In particular, the generation of the laser pulses 120 are monitored.
  • the optical waveguide device 130 of the laser system 100 according to the invention need not have a coating 130b (FIG. 1) reflecting the high-energy laser pulses 20, since this functionality is realized by the reflection means 15.
  • the optical waveguide device 130 can therefore be manufactured in a particularly simple and cost-effective manner and, as described above, can advantageously be used simultaneously for monitoring purposes, in particular for supplying the detector 150 with radiation 20 ', 20 "of the solid-state laser 120.
  • the antireflection coatings 130a, 130b which are likewise known from the conventional system 100 'according to FIG. 1, and which enable an efficient coupling and decoupling of the pumping light 10 into and out of the optical waveguide device 130, can likewise be dispensed with according to the invention, because in the connecting regions between the first laser device 1 10 and the
  • Optical fiber device 130 or between the optical fiber device 130 and the second laser device 120 advantageously an immersion medium 140 is provided.
  • the immersion medium 140 is preferably a so-called index matching oil or a silicone gel.
  • the provision according to the invention of the reflection means 15 in the form of a reflective coating on an end face of the pump laser 1 serving for coupling out the pump light 10 has the further advantage that, together with the antireflection coating or transmission layer 116 usually also arranged on the end face of the pump laser 110 , which serves for the efficient decoupling of the pump light 10 from the pump laser 1 10, an increased mechanical protection of the pump laser 1 10 results from environmental influences.
  • the immersion medium 140 which is likewise arranged in the end face region of the pump laser 110, optimum protection of the pump laser 110 from environmental influences, such as, for example, dirt particles and the like, thus results.
  • the reflection means 15 in the form of the reflective coating directly on the pump laser 110 enables an optimized production process for the pump laser 110 according to the invention because both the antireflection coating 16 and the reflection layer 15 are applied to the front facet of the pump laser 10 in a single operation can be applied. Moreover, no comparable coating of the end faces of the optical fiber device 130 is required anymore.
  • the inventively enabled optional arrangement of the optical detector 150 in the region of the pump laser 1 10 is particularly advantageous because electrical connections for the detector 150 with the existing electrical connections of the pump laser 1 10 can be combined.
  • a combined antireflection and reflective coating 15, 16 for the end face of the pump laser 110 may consist of a layer structure which alternately comprises layers of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO).
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • TiO titanium oxide
  • the number of layers and the layer thicknesses become known in the art as a function of the wavelengths of the pump light 10 and the high energy laser pulses 20 are selected to obtain the desired transmission coefficients.
  • the transmission layer 1 16 preferably has a transmission coefficient for the pump radiation 10 generated by the first laser device 110, which is greater than or equal to approximately 85 percent, preferably greater than or equal to approximately 95 percent. More preferably, the reflective layer 115 has a transmission coefficient for laser pulses 20 of the solid-state laser 120 that is less than or equal to about 50 percent, preferably less than or equal to about 10 percent.
  • the invention can also be realized in the form of a separate pumping light source (not shown) with the reflective coating 15 and is especially suitable for use in ignition devices of internal combustion engines in the automotive sector and in ignition devices of stationary large gas engines.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lasersystem (100) für eine Zündeinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Lasereinrichtung (110) und einer der ersten Lasereinrichtung (1 10) nachgeordneten und optisch mit dieser verbundenen zweiten Lasereinrichtung (120), wobei die erste Lasereinrichtung (110) dazu ausgebildet ist, Pumplicht (10) zum optischen Pumpen der zweiten Lasereinrichtung (120) zu erzeugen. Erfindungsgemäß weist die erste Lasereinrichtung (110) in einem Bereich (110a), der mit der zweiten Lasereinrichtung (120) optisch verbunden ist, Reflexionsmittel (115) auf, die dazu ausgebildet sind, von der zweiten Lasereinrichtung (120) erzeugte Strahlung (20') zu reflektieren.

Description

Beschreibung
Titel
Lasersystem und Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Lasersystem für eine Zündeinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Lasereinrichtung und einer der ersten Lasereinrichtung nachgeordneten und optisch mit dieser verbundenen zweiten Lasereinrichtung, wobei die erste
Lasereinrichtung dazu ausgebildet ist, Pumplicht zum optischen Pumpen der zweiten Lasereinrichtung zu erzeugen.
Ein bekanntes Lasersystem der vorstehend genannten Art ist schematisch in Figur 1 abgebildet. Das bekannte Lasersystem 100' weist eine als Halbleiter-
Diodenlaser ausgebildete erste Lasereinrichtung 1 10 auf, die Pumplicht 10 erzeugt. Das Pumplicht 10 wird über eine Lichtleitereinrichtung 130 an die zweite Lasereinrichtung 120 übertragen, die üblicherweise direkt in einer Laserzündkerze 200 angeordnet ist.
Bei der mit dem Pumplicht 10 gepumpten, zweiten Lasereinrichtung 120 kann es sich insbesondere um eine gütegeschaltete Lasereinrichtung handeln, die hochenergetische Laserimpulse 20 für die Laserzündung eines Luft- /Kraftstoffgemischs erzeugt.
Ein Nachteil des herkömmlichen Lasersystems 100' besteht darin, dass Anteile 20' der von der zweiten Lasereinrichtung 120 erzeugten Laserimpulse 20 zu der ersten Lasereinrichtung 110 gelangen und diese schädigen können. Um dies zu verhindern, ist es bereits bekannt, Reflexionsschichten 120a, 130b auf der zweiten Lasereinrichtung 120 selbst oder auch auf zwischen der ersten und der zweiten Lasereinrichtung angeordneten optischen Komponenten 130 vorzusehen. Das Aufbringen der Reflexionsschichten 130b insbesondere auf die Lichtleitererinrichtung 130 bedingt hohe Fertigungskosten für derartige Lasersysteme 100'.
Offenbarung der Erfindung
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lasersystem der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine einfachere und kostengünstigere Fertigung möglich ist, während gleichzeitig ein sicherer Schutz der ersten Lasereinrichtung vor von der zweiten Lasereinrichtung erzeugten hochenergetischen Laserimpulsen gegeben ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Lasersystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste Lasereinrichtung in einem Bereich, der mit der zweiten Lasereinrichtung optisch verbunden ist,
Reflexionsmittel aufweist, die dazu ausgebildet sind, von der zweiten Lasereinrichtung erzeugte Strahlung zu reflektieren.
Die erfindungsgemäße Zuordnung der Reflexionsmittel zu der ersten, als Pumplichtquelle ausgebildeten, Lasereinrichtung hat den Vorteil, dass zwischen den Lasereinrichtungen vorgesehene und zur Realisierung der optischen Verbindung der beiden Lasereinrichtungen verwendete optische Komponenten nicht separat mit Reflexionsmitteln bzw. -schichten versehen werden müssen. Dadurch vereinfacht sich die Fertigung des erfindungsgemäßen Lasersystems. Gleichzeitig bieten die erfindungsgemäß auf der ersten Lasereinrichtung vorgesehenen Reflexionsmittel neben dem Schutz vor hochenergetischen Laserimpulsen von der zweiten Lasereinrichtung auch einen besseren Schutz vor Umwelteinflüssen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Lasersystems ist vorgesehen, dass die Reflexionsmittel einen Transmissionskoeffizienten für die von der zweiten Lasereinrichtung erzeugte Strahlung aufweisen, der kleiner oder gleich etwa 50 Prozent ist, vorzugsweise kleiner oder gleich etwa 10 Prozent. Untersuchungen der Anmelderin zufolge ist bei dieser Auslegung der erfindungsgemäßen Reflexionsmittel sichergestellt, dass die als Pumplichtquelle verwendete erste Lasereinrichtung hinreichend vor den hochenergetischen Laserimpulsen der zweiten Lasereinrichtung geschützt ist.
Eine verbesserte Auskopplung der von der ersten Lasereinrichtung erzeugten Pumpstrahlung ist einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge dadurch gegeben, dass die erste Lasereinrichtung in dem Bereich, der mit der zweiten Lasereinrichtung optisch verbunden ist, eine Transmissionsschicht aufweist, die einen Transmissionskoeffizienten für die von der ersten Lasereinrichtung erzeugte Strahlung aufweist, der größer oder gleich etwa 85 Prozent ist, vorzugsweise größer oder gleich etwa 95 Prozent.
Eine besonders kleinbauende Anordnung ergibt sich einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge dann, wenn die erfindungsgemäßen Reflexionsmittel als reflektierende Beschichtung ausgebildet sind.
Es ist erfindungsgemäß ferner vorteilhaft möglich, dass die Transmissionsschicht und die vor den hochenergetischen Laserimpulsen schützende reflektierende Beschichtung zusammen auf einer Oberfläche der ersten Lasereinrichtung angeordnet sind. Neben der effizienten Auskopplung von Pumpstrahlung aus der ersten Lasereinrichtung und dem effizienten Schutz vor Einstrahlung von hochenergetischen Laserimpulsen in die erste Lasereinrichtung ergibt sich durch die doppelte Beschichtung des betreffenden Bereichs der ersten Lasereinrichtung auch ein gesteigerter Schutz der ersten Lasereinrichtung vor Umwelteinflüssen. Insbesondere bei einer Ausbildung der ersten Lasereinrichtung als Halbleiter-Diodenlaser ist durch die Mehrfachbeschichtung vorteilhaft ein gesteigerter mechanischer Schutz des Halbleiter-Diodenlasers gegeben.
Einer weiteren vorteilhaften Erfindungsvariante zufolge sind zwischen der ersten Lasereinrichtung und der zweiten Lasereinrichtung angeordnete optische
Komponenten transmittierend ausgebildet für von der zweiten Lasereinrichtung erzeugte Strahlung, das heißt insbesondere für die hochenergetischen Laserimpulse. Ein erster Vorteil der vorliegenden Erfindungsvariante besteht darin, dass die zwischen den Lasereinrichtungen angeordneten optischen Komponenten keine Reflexionsmittel aufweisen, die dazu ausgebildet sind, von der zweiten Lasereinrichtung erzeugte Strahlung zu reflektieren, wodurch sich ein Fertigungsprozess des erfindungsgemäßen Lasersystems vereinfacht.
Darüberhinaus ist bei einer derartigen Konfiguration vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, dass von der zweiten Lasereinrichtung erzeugte Strahlung, das heißt insbesondere auch Anteile der hochenergetischen Laserimpulse, durch die zwischen den Lasereinrichtungen angeordneten optischen Komponenten hindurchtreten kann, so dass sie bis vor die erfindungsgemäßen Reflexionsmittel im Bereich der ersten Lasereinrichtung gelangt. Dort kann erfindungsgemäß vorteilhaft ein Detektor angeordnet sein, der dazu ausgebildet ist, die von der zweiten Lasereinrichtung erzeugte Strahlung zu erfassen. Es kann somit vorteilhaft auf die Vorsehung einer separaten Lichtleitereinrichtung verzichtet werden, die bei den herkömmlichen Systemen verwendet wird, um Teile der von der zweiten Lasereinrichtung erzeugten Laserstrahlung zu einem Detektor zu leiten. Gleichzeitig ist durch die erfindungsgemäßen Reflexionsmittel jedoch sichergestellt, dass die erste Lasereinrichtung nicht durch die hochenergetischen Laserimpulse der zweiten Lasereinrichtung beeinträchtigt wird.
Eine verbesserte optische Kopplung zwischen den Lasereinrichtungen und gegebenenfalls dazwischen angeordneten optischen Komponenten ist erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Immersionsmediums gewährleistet, wobei es sich insbesondere um ein Immersionsfluid wie beispielsweise ein sog. index matching oil und/oder ein Immersionsgel, beispielsweise Silikongel, handeln kann. Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Immersionsmediums kann vorteilhaft sogar ganz auf das
Aufbringen von Antireflexbeschichtungen im Bereich einer Lichtleitereinrichtung oder weiterer Komponenten verzichtet werden, die die optische Verbindung der ersten Lasereinrichtung mit der zweiten Lasereinrichtung realisieren.
Das erfindungsgemäße Lasersystem kann besonders vorteilhaft in einer
Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Hierbei wird die erste Lasereinrichtung bevorzugt in einem auch als Pumpmodul bezeichneten separaten Modul vorgesehen, während die zweite Lasereinrichtung beispielsweise direkt in eine Laserzündkerze der Brennkraftmaschine integrierbar ist. Die optische Verbindung zwischen dem
Pumpmodul und der Laserzündkerze wird in an sich bekannter Weise durch eine Lichtleitereinrichtung hergestellt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Reflexionsmittel im Bereich der ersten Lasereinrichtung, die in dem Pumpmodul angeordnet ist, kann vorteilhaft auf eine besondere Antireflexschicht im Bereich der Lichtleitereinrichtung verzichtet werden.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Pumplichtquelle nach Patentanspruch 10 angegeben.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 ein herkömmliches Lasersystem, und
Figur 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasersystems.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lasersystems 100 für eine Zündeinrichtung einer Brennkraftmaschine. Das Lasersystem 100 verfügt über eine erste Lasereinrichtung 1 10, die vorliegend als Halbleiter-Diodenlaser ausgebildet ist, und die dazu vorgesehen ist, Pumplicht 10 zum optischen Pumpen einer zweiten Lasereinrichtung 120 zu erzeugen. Das Pumplicht 10 wird der zweiten Lasereinrichtung 120 wie aus Figur 2 ersichtlich über eine Lichtleitereinrichtung 130 zugeleitet.
Bei der zweiten Lasereinrichtung 120 kann es sich beispielsweise um einen Festkörperlaser handeln, der eine auch als Q-switch bezeichnete passive
Güteschaltung (nicht gezeigt) aufweist, mittels der hochenergetische Laserimpulse 20 in an sich bekannter Weise erzeugbar sind. Diese hochenergetischen Laserimpulse 20 werden dazu verwendet, ein in einem Brennraum der Brennkraftmaschine befindliches zündfähiges Luft- /Kraftstoffgemisch zu entzünden. Der Festkörperlaser 120 ist wie aus Figur 2 ersichtlich direkt in eine Laserzündkerze 200 der Brennkraftmaschine integriert. Insoweit entspricht das erfindungsgemäße Lasersystem 100 dem konventionellen System 100' gemäß Figur 1.
Erfindungsgemäß verfügt die nachfolgend auch als Pumplaser bezeichnete erste
Lasereinrichtung 110 über Reflexionsmittel 115, die dazu ausgebildet sind, von der zweiten Lasereinrichtung 120 erzeugte Strahlung, das heißt vorliegend die hochenergetischen Laserimpulse 20, zu reflektieren. Dadurch ist vorteilhaft gewährleistet, dass der Pumplaser 1 10 nicht durch gegebenenfalls über die Lichtleitereinrichtung 130 zu dem Pumplaser 110 übertragene hochenergetische
Laserimpulse beschädigt wird.
Über die Lichtleitereinrichtung 130 zu dem Pumplaser 110 übertragene Teile 20' der Laserimpulse 20 werden durch die erfindungsgemäßen Reflexionsmittel 115 bevorzugt so reflektiert bzw. gestreut, dass zumindest ein geringer Anteil 20" der
Laserimpulse 20 zu einem optischen Detektor 150 gelangt, der ebenfalls in dem Bereich des Pumplasers 110 angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Funktion der zweiten Lasereinrichtung 120, d.h. insbesondere die Erzeugung der Laserimpulse 120, überwacht werden.
Im Gegensatz zu der herkömmlichen Anordnung gemäß Figur 1 muss die Lichtleitereinrichtung 130 des erfindungsgemäßen Lasersystems 100 (Figur 2) keine für die hochenergetischen Laserimpulse 20 reflektierende Beschichtung 130b (Figur 1 ) aufweisen, weil diese Funktionalität durch die Reflexionsmittel 1 15 realisiert ist. Die Lichtleitereinrichtung 130 kann daher besonders einfach und kostengünstig gefertigt werden und kann wie vorstehend bereits beschrieben vorteilhaft gleichzeitig zu Überwachungszwecken, insbesondere zur Versorgung des Detektors 150 mit Strahlung 20', 20" des Festkörperlasers 120, genutzt werden.
Auf die ebenfalls von dem herkömmlichen System 100' gemäß Figur 1 bekannten Antireflexbeschichtungen 130a, 130b, die eine effiziente Einkopplung und Auskopplung des Pumplichts 10 in bzw. aus der Lichtleitereinrichtung 130 ermöglichen, kann erfindungsgemäß ebenfalls verzichtet werden, weil in den Verbindungsbereichen zwischen der ersten Lasereinrichtung 1 10 und der
Lichtleitereinrichtung 130 bzw. zwischen der Lichtleitereinrichtung 130 und der zweiten Lasereinrichtung 120 vorteilhaft ein Immersionsmedium 140 vorgesehen ist. Bei dem Immersionsmedium 140 handelt es sich bevorzugt um ein sogenanntes index matching oil oder auch ein Silikongel.
Die erfindungsgemäße Vorsehung der Reflexionsmittel 1 15 in Form einer reflektierenden Beschichtung auf einer zur Auskopplung des Pumplichts 10 dienenden Stirnfläche des Pumplasers 1 10 weist den weiteren Vorteil auf, dass sich zusammen mit der üblicherweise ebenfalls auf der Stirnfläche des Pumplasers 110 angeordneten Antireflexbeschichtung bzw. Transmissionsschicht 116, die zur effizienten Auskopplung des Pumplichts 10 aus dem Pumplaser 1 10 dient, ein gesteigerter mechanischer Schutz des Pumplasers 1 10 vor Umgebungseinflüssen ergibt. In Verbindung mit dem ebenfalls in dem Stirnflächenbereich des Pumplasers 110 angeordneten Immersionsmedium 140 ergibt sich somit ein optimaler Schutz des Pumplasers 110 vor Umgebungseinflüssen, wie zum Beispiel Schmutzpartikeln und dergleichen.
Die erfindungsgemäße Vorsehung der Reflexionsmittel 1 15 in Form der reflektierenden Beschichtung direkt auf dem Pumplaser 110 ermöglicht einen optimierten Fertigungsprozess für den erfindungsgemäßen Pumplaser 110, weil sowohl die Antireflexbeschichtung 1 16 als auch die Reflexionsschicht 1 15 in einem einzigen Arbeitsgang auf die Frontfacette des Pumplasers 1 10 aufgebracht werden können. Darüberhinaus ist keine vergleichbare Beschichtung der Stirnflächen der Lichtleitereinrichtung 130 mehr erforderlich.
Die erfindungsgemäß ermöglichte optionale Anordnung des optischen Detektors 150 im Bereich des Pumplasers 1 10 ist besonders vorteilhaft, weil elektrische Anschlüsse für den Detektor 150 mit den bereits vorhandenen elektrischen Anschlüssen des Pumplasers 1 10 kombiniert werden können.
Eine kombinierte Antireflex- und Reflexionsbeschichtung 1 15, 1 16 für die Stirnseite des Pumplasers 1 10 kann beispielsweise aus einem Schichtaufbau bestehen, der abwechselnd Schichten aus Aluminiumoxid (AI2O3) und Titanoxid (TiO) umfasst. Die Anzahl der Schichten und die Schichtdicken werden in dem Fachmann bekannter Weise in Abhängigkeit der Wellenlängen des Pumplichts 10 und der hochenergetischen Laserimpulse 20 gewählt, um die gewünschten Transmissionskoeffizienten zu erhalten.
Bevorzugt weist die Transmissionsschicht 1 16 einen Transmissionskoeffizienten für die von der ersten Lasereinrichtung 1 10 erzeugte Pumpstrahlung 10 auf, der größer oder gleich etwa 85 Prozent ist, vorzugsweise größer oder gleich etwa 95 Prozent. Weiter bevorzugt weist die Reflexionsschicht 115 einen Transmissionskoeffizienten für Laserimpulse 20 des Festkörperlasers 120 auf, der kleiner oder gleich etwa 50 Prozent ist, vorzugsweise kleiner oder gleich etwa 10 Prozent.
Die Erfindung kann auch in Form einer separaten Pumplichtquelle (nicht gezeigt) mit der reflektierenden Beschichtung 1 15 realisiert werden und ist speziell für den Einsatz bei Zündeinrichtungen von Brennkraftmaschinen im Kraftfahrzeugbereich sowie bei Zündeinrichtungen von stationären Großgasmotoren geeignet.

Claims

Ansprüche
1. Lasersystem (100) für eine Zündeinrichtung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Lasereinrichtung (1 10) und einer der ersten Lasereinrichtung (110) nachgeordneten und optisch mit dieser verbundenen zweiten Lasereinrichtung (120), wobei die erste
Lasereinrichtung (1 10) dazu ausgebildet ist, Pumplicht (10) zum optischen Pumpen der zweiten Lasereinrichtung (120) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lasereinrichtung (110) in einem Bereich (1 10a), der mit der zweiten Lasereinrichtung (120) optisch verbunden ist, Reflexionsmittel (115) aufweist, die dazu ausgebildet sind, von der zweiten
Lasereinrichtung (120) erzeugte Strahlung (20') zu reflektieren.
2. Lasersystem (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsmittel (115) einen Transmissionskoeffizienten für die von der zweiten Lasereinrichtung (120) erzeugte Strahlung (20') aufweisen, der kleiner oder gleich etwa 50 Prozent ist, vorzugsweise kleiner oder gleich etwa 10 Prozent.
3. Lasersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lasereinrichtung (110) in dem Bereich
(1 10a), der mit der zweiten Lasereinrichtung (120) optisch verbunden ist, eine Transmissionsschicht (116) aufweist, die einen Transmissionskoeffizienten für die von der ersten Lasereinrichtung (1 10) erzeugte Strahlung (10) aufweist, der größer oder gleich etwa 85 Prozent ist, vorzugsweise größer oder gleich etwa 95 Prozent.
4. Lasersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsmittel (1 15) als reflektierende
Beschichtung ausgebildet sind.
5. Lasersystem (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionsschicht (116) und die reflektierende Beschichtung (1 15) zusammen auf einer Oberfläche der ersten Lasereinrichtung (110) angeordnet sind.
6. Lasersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Lasereinrichtung (110) und der zweiten Lasereinrichtung (120) angeordnete optische Komponenten (130) transmittierend ausgebildet sind für von der zweiten Lasereinrichtung (120) erzeugte Strahlung (20'), insbesondere keine Reflexionsmittel aufweisen, die dazu ausgebildet sind, von der zweiten Lasereinrichtung (120) erzeugte Strahlung (20') zu reflektieren.
7. Lasersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere im Bereich von zwischen der ersten Lasereinrichtung (1 10) und der zweiten Lasereinrichtung (120) angeordneten optische Komponenten, ein Immersionsmedium (140) vorgesehen ist, insbesondere ein Immersionsfluid und/oder ein Immersionsgel.
8. Lasersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der ersten Lasereinrichtung (1 10) ein Detektor (150) vorgesehen ist, der vorzugsweise dazu ausgebildet ist, die von der zweiten Lasereinrichtung (120) erzeugte Strahlung (20') zu erfassen.
9. Lasersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtleitereinrichtung (130) zur optischen Verbindung der ersten Lasereinrichtung (1 10) mit der zweiten
Lasereinrichtung (120) vorgesehen ist.
10. Pumplichtquelle für eine Laserzündkerze (200) einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Lasereinrichtung (110), die dazu ausgebildet ist, Pumplicht (10) zum optischen Pumpen einer zweiten, in der Laserzündkerze (200) angeordneten, Lasereinrichtung (120) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumplichtquelle und/oder die erste Lasereinrichtung (110) in einem Bereich (110a), der mit der zweiten Lasereinrichtung (120) optisch verbindbar ist, Reflexionsmittel (1 15) aufweist, die dazu ausgebildet sind, von der zweiten Lasereinrichtung (120) erzeugte Strahlung (20') zu reflektieren.
1. Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines
Kraftfahrzeugs, mit einem Lasersystem (100) und/oder einer Pumplichtquelle nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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