EP3994772A1 - Monolithischer pulskompressor und zugehöriges justageverfahren - Google Patents

Monolithischer pulskompressor und zugehöriges justageverfahren

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EP3994772A1
EP3994772A1 EP20734688.3A EP20734688A EP3994772A1 EP 3994772 A1 EP3994772 A1 EP 3994772A1 EP 20734688 A EP20734688 A EP 20734688A EP 3994772 A1 EP3994772 A1 EP 3994772A1
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EP
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base plate
intermediate element
optical component
laser
welded
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20734688.3A
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English (en)
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Inventor
Dominik Bauer
Aleksander BUDNICKI
Raphael SCELLE
Michael Scharun
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Trumpf Laser GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the present invention is therefore based on the object of further increasing the optomechanical stability in a Pulskom pressor of the type mentioned above.
  • a first and a second intermediate element 5a, 5b each lie on the base plate 6 with a flat joining surface 7a, which is the lower in FIG.

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Abstract

Bei einem Pulskompressor (1) mit mehreren optischen Komponenten (2-4), von denen mindestens eine ein Beugungsgitter (3) ist, ist erfindungsgemäß mindestens eine der optischen Komponenten (2-4) an der Grundplatte (6) mittels mindestens dreier miteinander laserverschweißter Zwischenelemente (5a-5c) befestigt, wobei ein erstes und ein zweites Zwischenelement (5a, 5b) mit der Grundplatte (6) und ein drittes Zwischenelement (5c) mit der optischen Komponente (2-4) befestigt sind und wobei die am dritten Zwischenelement (5c) anliegenden Fügeflächen (7b) des ersten und des zweiten Zwischenelements (5a, 5b) und die am ersten und zweiten Zwischenelement (5a, 5b) anliegende Fügefläche (8b) des dritten Zwischenelements (5c) gekrümmt sind. Dabei sind zumindest die laserverschweißten Fügeflächen der mindestens einen optischen Komponente (2-4), der Zwischenelemente (5a-5c) und der Grundplatte (6) aus Materialien gebildet, bei denen die Differenz ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 10e-6/K ist.

Description

Monolithischer Pulskompressor und zugehöriges Justageverfahren
Die Erfindung betrifft einen Pulskompressor mit mehreren optischen Komponen ten, von denen mindestens eines ein Beugungsgitter ist, sowie auch ein Verfahren zum Justieren und Befestigen mindestens einer optischen Komponente des Puls kompressors.
Pulskompressoren werden bei der sogenannten Chirped Pulse Amplification (CPA) eingesetzt, um Laserpulse mit maximalen Pulsspitzenleistungen bis zum Petawatt-Bereich zu erzeugen. So hohe Spitzenleistungen können von Laser strahlquellen nicht direkt erzeugt werden, da üblicherweise die Verstärkermedien des Lasers unter anderem durch nichtlineare optische Effekte zerstört würden. Da- her werden Laserpulse vor der Verstärkung in Pulsstreckern zeitlich gestreckt, wo durch sich ihre Pulsspitzenleistung verringert, und durchlaufen dann ein Verstär kermedium. Nach der Verstärkung werden die Laserpulse komprimiert und weisen nun eine entsprechend höhere Leistungsdichte auf.
Aufgrund der auftretenden hohen Intensitäten bestehen Kompressoren typischer weise aus Freistrahlkomponenten. Bei auf Beugungsgittern basierenden Gitter- Kompressoren wird das Laserlicht typischerweise viermal gebeugt. Beispielsweise gibt es Ausführungen mit einem einzigen Gitter, über das das Laserlicht viermal läuft, mit zwei Gittern (z.B. Treacy-Kompressor) und mit vier Gittern.
Die optischen Komponenten des Kompressors werden typischerweise mit mecha nischen Haltern gehaltert und justiert. Zur Erzeugung hoher Pulsenergien sind sehr große Streck- und Kompressionsfaktoren nötig. Dies erfordert von CPA- Technologie basierten Lasern eine sehr hohe optomechanische Stabilität des Pulskompressors, die schwierig mit mechanischen Haltern erreicht werden kann.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Pulskom pressor der eingangs genannten Art die optomechanische Stabilität weiter zu er höhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer ersten Erfindungsvariante dadurch gelöst, dass mindestens eine der optischen Komponenten an der Grundplatte mit tels mindestens zweier miteinander laserverschweißter Zwischenelemente befes tigt ist, wobei das eine, erste Zwischenelement mit der Grundplatte und das ande re, zweite Zwischenelement mit der optischen Komponente befestigt sind, oder umgekehrt, und wobei eine der Fügeflächen der Zwischenelemente als Lageraus sparung und die andere Fügefläche gekrümmt, insbesondere konvex gekrümmt oder kugelsegmentförmig, ausgebildet sind, wobei zumindest die laserver schweißten Fügeflächen der mindestens einen optischen Komponente, der Grund platte und der Zwischenelemente aus Materialien gebildet sind, bei denen die Dif ferenz ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 10e_6/K ist. Unter dem Wärmeausdehnungskoeffizienten wird der thermische Längenausdehnungskoeffi zient oder auch linearer Wärmeausdehnungskoeffizient verstanden. In einer zweiten Erfindungsvariante ist vorgesehen, dass mindestens eine der opti schen Komponenten an der Grundplatte mittels mindestens dreier miteinander la serverschweißter Zwischenelemente befestigt ist, wobei ein erstes und ein zweites Zwischenelement mit der Grundplatte und ein drittes Zwischenelement mit der op tischen Komponente befestigt sind, oder umgekehrt, und wobei die am dritten Zwi schenelement anliegenden Fügeflächen des ersten und des zweiten Zwischenele ments und/oder die am ersten und zweiten Zwischenelement anliegende Fügeflä che des dritten Zwischenelements gekrümmt sind, und dass zumindest die laser verschweißten Fügeflächen der mindestens einen optischen Komponente, der Grundplatte und der Zwischenelementes aus Materialien gebildet sind, bei denen die Differenz ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 10e_6/K ist.
Erfindungsgemäß sind die mindestens eine optische Komponente, die Grundplatte und/oder das mindestens eine Zwischenelement klebstofffrei zu einer monolithi schen optischen Baugruppe befestigt, insbesondere laserverschweißt, z.B. mittels UKP(Ultrakurzpuls)-Schweißens mit Laserpulsen im Bereich von wenigen Pikose- kunden oder niedriger. Bei den Materialien kann es sich beispielsweise um Saphir, BK7 oder Zerodur handeln, die alle einen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als 10e 6/K aufweisen. Die Verwendung von solchen Materialen verhindert das Auftre ten von thermisch induzierten Spannungen innerhalb der Baugruppe und resultiert in hoher thermischer Stabilität der Baugruppe und somit in hoher optomechani- scher Stabilität des Pulskompressors. Dies wiederum ermöglicht höhere Streck faktoren und höhere Pulsenergie-Skalierungen. Vor dem Laserverschweißen sind die optischen Komponenten des Pulskompressors zueinander präzise justiert und in dieser Justierlage dann miteinander laserverschweißt.
Vorzugsweise sind zumindest einige, insbesondere alle optischen Komponenten des Pulskompressors an der Grundplatte jeweils mittels mindestens zweier oder dreier Zwischenelemente befestigt, die mit der optischen Komponente und/oder mit der Grundplatte laserverschweißt sind, wobei zumindest die laserverschweiß ten Fügeflächen der optischen Komponenten, der Grundplatte und der Zwischen elemente aus Materialien gebildet sind, bei denen die Differenz ihrer Wärmeaus dehnungskoeffizienten kleiner als 10e_6/K ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine der optischen Kompo nenten vollständig aus gleichem, nicht absorbierendem Material, insbesondere Quarzglas oder Kristall, gebildet. Alternativ kann aber auch die laserverschweißte Fügefläche mindestens einer der optischen Komponenten an einem Substrat der optischen Komponente gebildet sein, das mit der Grundplatte und/oder mit den Zwischenelementen laserverschweißt ist. Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um ein reflektives Beugungsgitter handeln, dessen Substrat mit ei ner reflektiven Beschichtung versehen ist. Entsprechend können auch die Grund platte und die Zwischenelemente jeweils vollständig aus gleichem Material, insbe sondere aus Quarzglas oder Kristall, gebildet sein.
Besonders bevorzugt sind alle optischen Komponenten an der Grundplatte jeweils mittels der Zwischenelemente befestigt, die wiederum mit der optischen Kompo nente und/oder mit der Grundplatte laserverschweißt sind. Über die Zwischenele mente lassen sich die optischen Komponenten vor dem Befestigen zueinander, z.B. durch Verschieben und/oder durch Verkippen, exakt auf der Grundplatte aus- richten.
Für eine großflächige Anlage der optischen Komponente am Zwischenelement oder des Zwischenelements an der Grundplatte liegt das Zwischenelement vor zugsweise mit einer ebenen Fügefläche an der optischen Komponente oder an der Grundplatte an.
Für eine Kippjustage einer optischen Komponente ist erfindungsgemäß die opti sche Komponente an der Grundplatte mittels mindestens zweier miteinander la serverschweißter Zwischenelemente befestigt. Das eine, erste Zwischenelement ist mit der Grundplatte und das andere, zweite Zwischenelement mit der optischen Komponente laserverschweißt, oder umgekehrt. Die am zweiten Zwischenelement anliegende Fügefläche des ein- oder mehrteilig ausgebildeten, ersten Zwischen elements ist als eine z.B. kreisrunde, konische, V-förmige oder kugelkalottenförmi ge Lageraussparung und die am ersten Zwischenelement anliegende Fügefläche des zweiten Zwischenelements kugelsegmentförmig ausgebildet, um die beiden Zwischenelemente vor dem Laserverschweißen in eine gewünschte Kipplage aus zurichten.
Für eine Höhen- und Kippjustage einer optischen Komponente ist erfindungsge mäß die optische Komponente an der Grundplatte mittels mindestens dreier mit einander befestigter, insbesondere laserverschweißter Zwischenelemente befes tigt sein. Ein erstes und ein zweites Zwischenelement sind mit der Grundplatte und ein drittes Zwischenelement mit der optischen Komponente befestigt, insbesonde re laserverschweißt, oder umgekehrt. Die am dritten Zwischenelement anliegen den Fügeflächen des ersten und des zweiten Zwischenelements und/oder die am ersten und zweiten Zwischenelement anliegende Fügefläche des dritten Zwi schenelements sind gekrümmt. Durch Verändern des Abstands zwischen dem ersten und zweiten Zwischenelement kann die Höhe des dritten Zwischenele ments, und folglich auch der Abstand der optischen Komponente zur Grundplatte, variiert werden. Vorteilhaft sind die am dritten Zwischenelement anliegenden Fü geflächen des ersten und des zweiten Zwischenelements jeweils als Schrägfläche und die am ersten und zweiten Zwischenelement anliegende Fügefläche des drit ten Zwischenelements konvex gekrümmt, insbesondere halbzylinderförmig, aus gebildet.
Für eine stabile Schweißverbindung sind die optischen Komponenten, die Zwi schenelemente und die Grundplatte möglichst auf der gesamten Länge ihrer Fü gelinie miteinander laserverschweißt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren Verfahren zum Justieren und Befestigen mindestens einer optischen Komponente eines Pulskompressors, der mehrere op tische Komponenten aufweist, von denen mindestens eine ein Beugungsgitter ist, auf einer Grundplatte des Pulskompressors mittels zweier Zwischenelemente, wo bei eine der Fügeflächen der Zwischenelemente als Lageraussparung und die an dere Fügefläche gekrümmt, insbesondere konvex gekrümmt oder kugelsegment förmig, ausgebildet sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
- Laserverschweißen des ersten Zwischenelements an der Grundplatte und des zweiten Zwischenelements an der optischen Komponente; - Justieren der optischen Komponente in eine gewünschte Kipplage gegenüber der Grundplatte durch Verdrehen der aneinander anliegenden Fügeflächen; und
- in der gewünschten Kipplage Laserverschweißen der beiden Zwischenelemente miteinander;
oder mit folgenden Verfahrensschritten:
- Laserverschweißen des zweiten Zwischenelements an der optischen Kompo nente;
- Justieren der optischen Komponente in eine gewünschte Kipplage relativ zu dem ersten Zwischenelement durch Verdrehen der aneinander anliegenden Fü geflächen;
- in der gewünschten Kipplage Laserverschweißen der beiden Zwischenelemente miteinander;
- Justieren der optischen Komponente auf der Grundplatte in eine gewünschte Lage gegenüber der Grundplatte; und
- in der gewünschten Lage Laserverschweißen des ersten Zwischenelements an der Grundplatte,
wobei zumindest die laserverschweißten Fügeflächen der mindestens einen opti schen Komponente, der Grundplatte und der Zwischenelemente aus Materialien gebildet sind, bei denen die Differenz ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten klei ner als 10e_6/K ist.
In einer alternativen Verfahrensvariante betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Justieren und Befestigen mindestens einer optischen Komponente eines Pulskom pressors, der mehrere optische Komponenten aufweist, von denen mindestens ei ne ein Beugungsgitter ist, auf einer Grundplatte des Pulskompressors mittels drei er Zwischenelemente, wobei die am dritten Zwischenelement anliegenden Füge flächen des ersten und des zweiten Zwischenelements und/oder die am ersten und zweiten Zwischenelement anliegende Fügefläche des dritten Zwischenele ments gekrümmt sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
- Auflegen eines ersten und eines zweiten Zwischenelements auf die Grundplatte und Laserverschweißen eines dritten Zwischenelements an der optischen Kom ponente, oder umgekehrt;
- Justieren der optischen Komponente in eine gewünschte Kipplage gegenüber der Grundplatte durch Verdrehen des an dem ersten und zweiten Zwischenele- ment anliegenden dritten Zwischenelements und/oder Justieren der optischen Komponente in eine gewünschte Flöhenlage gegenüber der Grundplatte durch Verändern des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenele ment; und
- in der gewünschten Kipp- oder Flöhenlage Laserverschweißen des ersten und des zweiten Zwischenelements an der Grundplatte und an dem dritten Zwi schenelement,
wobei zumindest die laserverschweißten Fügeflächen der mindestens einen opti schen Komponente, der Grundplatte und der Zwischenelemente aus Materialien gebildet sind, bei denen die Differenz ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten klei ner als 10e_6/K ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen.
Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merk male je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung fin den. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschlie ßende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Es zeigen:
Fign. 1 a, 1 b schematisch einen erfindungsgemäßen Pulskompressor in einer
Draufsicht von oben (Fig. 1 a) und in einer perspektivischen Seitenan sicht (Fig. 1 b);
Fig. 2 einen dreiteiligen Unterbau für die optischen Komponenten des in
Fig. 1 b gezeigten Pulskompressors;
Fign. 3a, 3b einen zweiteiligen Unterbau für die in Fig. 1 b gezeigten optischen
Komponenten des Pulskompressors im zusammengebauten Zustand (Fig. 3a) und in einer Einzelteildarstellung (Fig. 3b); und
Fign. 4a, 4b einen nicht erfindungsgemäßen, weiteren Unterbau für die in Fig. 1 b gezeigten optischen Komponenten des Pulskompressors im zusam mengebauten Zustand (Fig. 4a) und in einer Einzelteildarstellung (Fig. 4b). Der in Fig. 1 gezeigte Pulskompressor 1 ist als sogenannter Treacy-Kompressor mit zwei Beugungsgittern 2, 3 und mit einem Prisma 4 ausgeführt. Diese optischen Komponenten 2-4 sind jeweils mittels dreier Zwischenelemente 5a-5c auf einer bevorzugt transparenten Grundplatte 6 befestigt. Die drei optischen Komponenten 2-4, die Zwischenelemente 5a-5c und die Grundplatte 6 können alle aus dem glei chen, nicht absorbierenden Material, insbesondere aus Quarzglas, gebildet sein oder aus unterschiedlichen Materialien, bei denen die Differenz ihrer Wärmeaus dehnungskoeffizienten kleiner als 10e_6/K ist, gebildet sein. Bei den unterschiedli chen Materialien kann es sich beispielsweise um Saphir, BK7 oder Zerodur han deln, die alle einen Ausdehnungskoeffizienten kleiner als 10e_6/K aufweisen. Vor teilhafterweise sind die optischen Komponente 2-4, die Zwischenelemente 5a-5c und die Grundplatte 6 aus Materialien gebildet, die einen Wärmeausdehnungsko effizienten kleiner als 10e_6/K aufweisen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, liegen ein erstes und ein zweites Zwischenelement 5a, 5b jeweils mit einer ebenen, in Fig. 2 unteren Fügefläche 7a auf der Grundplatte 6 und sind im Abstand d nebeneinander mit der Grundplatte 6 laserverschweißt.
Das dritte Zwischenelement 5c liegt mit einer ebenen, in Fig. 2 oberen Fügefläche 8a an der optischen Komponente 2-4 an und ist mit der optischen Komponente 2- 4 laserverschweißt. Die am dritten Zwischenelement 5c anliegenden Fügeflächen 7b des ersten und des zweiten Zwischenelements 5a, 5b sind als Schrägflächen und die am ersten und zweiten Zwischenelement 5a, 5b anliegende Fügefläche 8b des dritten Zwischenelements 5c halbzylinderförmig ausgebildet. Die aneinander anliegenden Zwischenelemente 5a-5c sind ebenfalls miteinander laserver schweißt.
Vor dem Laserverschweißen sind die optischen Komponenten 2-4 zueinander auf der Grundplatte 6 mittels der Zwischenelemente 5a-5c präzise justiert worden.
Das erste und das zweite Zwischenelement 5a, 5b können mit ihren ebenen Füge flächen 7a auf der Grundplatte 6 beliebig verschoben und beliebig um eine Verti kalachse verdreht werden, um so die optischen Komponenten 2-4 zueinander bzw. zur Grundplatte 6 korrekt auszurichten. Durch Verändern des Abstands d zwischen dem ersten und dem zweiten Zwischenelement 5a, 5b können der Hö henabstand des dritten Zwischenelements 5c und damit auch der Höhenabstand der optischen Komponente 2-4 zur Grundplatte 6 variiert werden. Die beiden Schrägflächen 7b des ersten und des zweiten Zwischenelements 5a, 5b bilden ein Drehlager in Form einer V-förmigen Nut für die halbzylinderförmige Fügefläche 8b des dritten Zwischenelements 5c, wodurch die optische Komponente 2-4 um beide Florizontalachsen justiert werden kann. Durch diese Justagefreiheitsgrade können insbesondere die Beugungsgitter 2, 3 in Richtung der optischen Achse auf eine bestimmte optimale Längenposition justiert werden.
Sobald korrekt justiert, werden die optischen Komponenten 2-4, die Zwischenele mente 5a-5c und die Grundplatte 6 in dieser Justierlage miteinander laserver schweißt und bilden eine monolithische optische Baugruppe. Das gleiche Material bzw. die unterschiedlichen Materialien mit ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizi enten verhindern in den miteinander verschweißten Fügepartnern das Auftreten von thermisch induzierten Spannungen innerhalb der Baugruppe und resultieren in maximaler thermischer und somit optomechanischer Stabilität des Pulskompres sors 1 . Dieser monolithische Pulskompressor 1 ermöglicht wegen seiner minimier ten Dejustage höhere Streckfaktoren und höhere Pulsenergie-Skalierungen.
Das Laserverschweißen zweier Fügepartner erfolgt vorzugsweise mittels Ultra- kurzpuls(UKP)-Schweißens mit Laserpulsen im Bereich von wenigen Pikosekun- den oder niedriger, und idealerweise auf der gesamten Länge ihrer Fügelinie. In Fig. 2 ist die Schweißnaht zwischen dem zweiten und dem dritten Zwischenele ment 5c mit 10 bezeichnet.
Anders als oben beschrieben, können eine oder mehreren optische Komponenten 2-4 auch unmittelbar, also ohne Zwischenelemente, mit der Grundplatte 6 ver schweißt sein. Auch müssen die optischen Komponenten 2-4 nicht vollständig aus dem gleichen Material gebildet sein, sondern es reicht aus, wenn nur das laserver schweißte Substrat der optischen Komponenten 2-4 aus Materialien, bei denen die Differenz ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 10e_6/K, insbeson dere aus dem gleichen Material, gebildet ist. So kann das Beugungsgitter 2, 3 bei spielsweise als reflektives Beugungsgitter mit einem Substrat und einer darauf aufgebrachten, metallenen Beschichtung ausgebildet sein. In einem Oszillator, z.B. in einem modengekoppelten Faserlaser, wird ein Seed- puls erzeugt (ps/fs), der dann z.B. über einen Faserstrecker zeitlich gestreckt wird. Dieser gestreckte Puls wird in einem Verstärker oder einer Verstärkerkette (Stab, Scheibe, Slab oder Faser) verstärkt und anschließend mit Hilfe des Pulskompres sor 1 zeitlich komprimiert. Der in den Pulskompressor 1 einfallende Laserpuls 11 wird an den beiden reflektiven Beugungsgittern 2, 3 gebeugt. Dabei werden ver schiedene Wellenlängen des Laserpulses 1 1 mit unterschiedlichen Winkeln ge beugt, wodurch sich ein unterschiedlicher optischer Weg für die spektralen Kom ponenten des Laserpulses 1 1 ergibt. Der nun zeitlich komprimierte Laserpuls 1 1 verlässt den Pulskompressor 1 mit nun entsprechend höherer Leistungsdichte.
In Fign. 3a, 3b ist ein zweiteiliger Unterbau für die in Fig. 1 b gezeigten optischen Komponenten 2-4 des Pulskompressors gezeigt. Die optische Komponente 2-4 ist an der Grundplatte 6 mittels zweier miteinander laserverschweißter Zwischenele mente 15a, 15b befestigt, wobei das eine, erste Zwischenelement 15a mit der Grundplatte 6 und das andere, zweite Zwischenelement 15b mit der optischen Komponente 2-4 laserverschweißt ist. Die am zweiten Zwischenelement 15b anlie gende Fügefläche 17a des ersten Zwischenelements 15a ist in Richtung auf die Grundplatte 6 konisch und die am ersten Zwischenelement 15a anliegende Füge fläche 17b des zweiten Zwischenelements 15b kugelsegmentförmig ausgebildet. Die aneinander anliegenden Fügeflächen 17a, 17b bilden ein Drehlager, um vor dem Laserverschweißen die beiden Zwischenelemente 15a, 15b gegeneinander - und damit die optische Komponente 2-4 gegenüber der Grundplatte 6 - in eine ge wünschte Kipplage auszurichten (Doppelpfeil 18). Statt konisch kann die Fügeflä che 17a auch V-förmig, kugelkalottenförmig oder auch als kreisrunde Lageröff nung ausgeführt sein.
In Fign. 4a, 4b ist ein weiterer Unterbau für die in Fig. 1 b gezeigten optischen Komponenten 2-4 des Pulskompressors gezeigt. Die optische Komponente 2-4 ist an der Grundplatte 6 mittels eines einzigen Zwischenelements 15 befestigt, das mit der Grundplatte 6 und mit der optischen Komponente 2-4 laserverschweißt ist. Die an der Grundplatte 6 anliegende Fügefläche 17 des Zwischenelements 15 ist kugelsegmentförmig ausgebildet und in einer Lageraussparung 19 der Grundplatte 6 schwenkbar gelagert (Doppelpfeil 18). Die aneinander anliegenden Fügeflächen 6a, 17 der Grundplatte 6 und des Zwischenelements 15 bilden ein Drehlager, um vor dem Laserverschweißen die Grundplatte 6 und das Zwischenelement 15 ge geneinander in eine gewünschte Kipplage auszurichten. Um einen linienförmigen Fügekontakt auszubilden, kann die Lageraussparung 19 konisch, V-förmig oder auch als kreisrunde Lageröffnung ausgeführt sein. Um einen großflächigen Füge kontakt auszubilden, kann die Lageraussparung 19 kugelkalottenförmig ausgebil det sein.

Claims

Patentansprüche
1. Pulskompressor (1 ) mit mehreren optischen Komponenten (2-4), von de nen mindestens eine ein Beugungsgitter (2, 3) ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine der optischen Komponenten (2-4) an der Grundplat te (6) mittels mindestens zweier miteinander laserverschweißter Zwischen elemente (15a, 15b) befestigt ist, wobei das eine, erste Zwischenelement (15a) mit der Grundplatte (6) und das andere, zweite Zwischenelement (15b) mit der optischen Komponente (2-4) befestigt sind, oder umgekehrt, und wobei eine der Fügeflächen (17a, 17b) der Zwischenelemente (15a, 15b) als Lageraussparung und die andere Fügefläche gekrümmt, insbe sondere konvex gekrümmt oder kugelsegmentförmig, ausgebildet sind, oder mindestens eine der optischen Komponenten (2-4) an der Grundplat te (6) mittels mindestens dreier miteinander laserverschweißter Zwischen elemente (5a-5c) befestigt ist, wobei ein erstes und ein zweites Zwischen element (5a, 5b) mit der Grundplatte (6) und ein drittes Zwischenelement (5c) mit der optischen Komponente (2-4) befestigt sind, oder umgekehrt, und wobei die am dritten Zwischenelement (5c) anliegenden Fügeflächen (7b) des ersten und des zweiten Zwischenelements (5a, 5b) und/oder die am ersten und zweiten Zwischenelement (5a, 5b) anliegende Fügefläche (8b) des dritten Zwischenelements (5c) gekrümmt sind, und
dass zumindest die laserverschweißten Fügeflächen der mindestens einen optischen Komponente (2-4), der Grundplatte (6) und der Zwischen elemente (5a-5c; 15a, 15b) aus Materialien gebildet sind, bei denen die Differenz ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 10e_6/K ist.
2. Pulskompressor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumin dest einige, insbesondere alle optischen Komponenten (2-4) des Pulskom pressors (1 ) an der Grundplatte (6) jeweils mittels mindestens zweier oder dreier Zwischenelemente (5a-5c; 15a, 15b) befestigt sind, die mit der opti schen Komponente (2-4) und/oder mit der Grundplatte (6) laserver schweißt sind, wobei zumindest die laserverschweißten Fügeflächen der optischen Komponenten (2-4), der Grundplatte (6) und der Zwischenele mente (5a-5c; 15; 15a, 15b) aus Materialien gebildet sind, bei denen die Differenz ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 10e_6/K ist.
3. Pulskompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die laserverschweißten Fügeflächen der optischen Komponen ten (2-4), der Grundplatte (6) und der Zwischenelemente (5a-5c; 15a, 15b) aus dem gleichen Material, insbesondere aus Quarzglas oder Kristall, ge bildet sind.
4. Pulskompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die mindestens eine optische Komponente (2-4), die Grundplatte (6) und/oder die Zwischenelemente (5a-5c; 15a, 15b) jeweils vollständig aus gleichem Material, insbesondere Quarzglas oder Kristall, gebildet ist.
5. Pulskompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass die laserverschweißte Fügefläche der mindestens einen opti schen Komponente (2-4) an einem Substrat der mindestens einen opti schen Komponente (2-4) gebildet ist, das mit der Grundplatte (6) oder mit den Zwischenelementen (5a-5c; 15a, 15b) laserverschweißt ist.
6. Pulskompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das mindestens eine Zwischenelement (5a-5c; 15a, 15b) mit einer ebenen Fügefläche (7a, 8a) an der optischen Komponente (2-4) und/oder an der Grundplatte (6) anliegt.
7. Pulskompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die am dritten Zwischenelement (5c) anliegenden Fü geflächen (7b) des ersten und des zweiten Zwischenelements (5a, 5b) je weils als Schrägfläche und die am ersten und zweiten Zwischenelement (5c) anliegende Fügefläche (8b) des dritten Zwischenelements (5c) kon vex gekrümmt ausgebildet sind.
8. Pulskompressor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die optischen Komponenten (2-4), die Zwischenele mente (5a-5c, 15a, 15b) und die Grundplatte (6) miteinander laserver schweißt sind.
9. Pulskompressor nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine optische Komponente (2-4), die Zwischenelemente (5a- 5c; 15a, 15b) und die Grundplatte (6) jeweils auf der gesamten Länge ih rer Fügelinie oder -fläche miteinander laserverschweißt sind.
10. Verfahren zum Justieren und Befestigen mindestens einer optischen Kom ponente (2-4) eines Pulskompressors (1 ), der mehrere optische Kompo nenten (2-4) aufweist, von denen mindestens eine ein Beugungsgitter (2,
3) ist, auf einer Grundplatte (6) des Pulskompressors (1 ) mittels zweier Zwischenelemente (15a, 15b), wobei eine der Fügeflächen (17a, 17b) der Zwischenelemente (15a, 15b) als Lageraussparung und die andere Füge fläche gekrümmt, insbesondere konvex gekrümmt oder kugelsegmentför mig, ausgebildet sind,
mit folgenden Verfahrensschritten:
- Laserverschweißen des ersten Zwischenelements (15a) an der Grund platte (6) und des zweiten Zwischenelements (15b) an der optischen Komponente (2-4);
- Justieren der optischen Komponente (2-4) in eine gewünschte Kipplage gegenüber der Grundplatte (6) durch Verdrehen der aneinander anlie genden Fügeflächen (17a, 17b); und
- in der gewünschten Kipplage Laserverschweißen der beiden Zwischen elemente (15a, 15b) miteinander;
oder mit folgenden Verfahrensschritten:
- Laserverschweißen des zweiten Zwischenelements (15b) an der opti schen Komponente (2-4); - Justieren der optischen Komponente (2-4) in eine gewünschte Kipplage relativ zu dem ersten Zwischenelement (15a) durch Verdrehen der an einander anliegenden Fügeflächen (17a, 17b);
- in der gewünschten Kipplage Laserverschweißen der beiden Zwischen elemente (15a, 15b) miteinander;
- Justieren der optischen Komponente (2-4) auf der Grundplatte (6) in ei ne gewünschte Lage gegenüber der Grundplatte (6); und
- in der gewünschten Lage Laserverschweißen des ersten Zwischenele ments (15a) an der Grundplatte (6),
wobei zumindest die laserverschweißten Fügeflächen der mindestens einen optischen Komponente (2-4), der Grundplatte (6) und der Zwischen elemente (15a, 15b) aus Materialien gebildet sind, bei denen die Differenz ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 10e_6/K ist.
11. Verfahren zum Justieren und Befestigen mindestens einer optischen Kom ponente (2-4) eines Pulskompressors (1 ), der mehrere optische Kompo nenten (2-4) aufweist, von denen mindestens eine ein Beugungsgitter (2,
3) ist, auf einer Grundplatte (6) des Pulskompressors (1 ) mittels dreier Zwischenelemente (5a-5c), wobei die am dritten Zwischenelement (5c) anliegenden Fügeflächen (7b) des ersten und des zweiten Zwischenele ments (5a, 5b) und/oder die am ersten und zweiten Zwischenelement (5a, 5b) anliegende Fügefläche (8b) des dritten Zwischenelements (5c) ge krümmt sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
- Auflegen eines ersten und eines zweiten Zwischenelements (5a, 5b) auf die Grundplatte (6) und Laserverschweißen eines dritten Zwischen elements (5c) an der optischen Komponente (2-4), oder umgekehrt;
- Justieren der optischen Komponente (2-4) in eine gewünschte Kipplage gegenüber der Grundplatte (6) durch Verdrehen des an dem ersten und zweiten Zwischenelement (5a, 5b) anliegenden dritten Zwischenele ments (5c) und/oder Justieren der optischen Komponente (2-4) in eine gewünschte Höhenlage gegenüber der Grundplatte (6) durch Verän dern des Abstands (d) zwischen dem ersten und dem zweiten Zwi schenelement (5a, 5b); und - in der gewünschten Kipp- oder Höhenlage Laserverschweißen des ers ten und des zweiten Zwischenelements (5a, 5b) an der Grundplatte (6) und an dem dritten Zwischenelement (5c),
wobei zumindest die laserverschweißten Fügeflächen der mindestens einen optischen Komponente (2-4), der Grundplatte (6) und der Zwischen elemente (5a-5c) aus Materialien gebildet sind, bei denen die Differenz ih rer Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner als 10e_6/K ist.
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