EP4173091A1 - Laservorrichtung und verfahren zum ansteuern einer laservorrichtung - Google Patents

Laservorrichtung und verfahren zum ansteuern einer laservorrichtung

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EP4173091A1
EP4173091A1 EP21737017.0A EP21737017A EP4173091A1 EP 4173091 A1 EP4173091 A1 EP 4173091A1 EP 21737017 A EP21737017 A EP 21737017A EP 4173091 A1 EP4173091 A1 EP 4173091A1
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EP
European Patent Office
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laser
modulator
resonator
output beam
medium
Prior art date
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Pending
Application number
EP21737017.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Eichhorn
Christelle Kieleck
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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    • H01S3/1312—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping

Definitions

  • the present invention relates to a laser device and a method for controlling a laser device according to the independent claims.
  • a time-variable mean power and pulse energy for applications in the field of optronic countermeasures with lasers, laser communication and laser material processing, it is often desirable to emit a time-variable mean power and pulse energy, as desired in accordance with an electronic specification signal, and to split it into, for example, two output beams, such as two channels .
  • a Q-switched laser source could be variably adjustable in its output power and pulse energy from pulse to pulse.
  • a Q-switched laser source often does not have a stable beam position and divergence that does not fluctuate from pulse to pulse, regardless of the selected average output power, repetition rate or pulse energy.
  • the Q-switched laser source is often operated with constant power in continuous, repetitive operation.
  • the laser power and thus the pulse energy is subsequently attenuated in its amplitude by a modulator introduced into the output beam, whereby the desired intensity modulation is impressed on the output beam.
  • the component complementary to this appears in the second beam generated by the modulator, for example a second polarization in an electro-optical modulator or a diffracted portion in an acousto-optical modulator.
  • Such a Q-switched laser source often works at full power, which can result in high energy consumption and the need for a corresponding waste heat management with additional power and space requirements.
  • the modulator in the output beam can cause a change in the beam position depending on the thermal load, in particular with varying modulation formats.
  • the laser pulse duration and peak power also depend significantly on the selected repetition rate, which is why this is often fixed.
  • This object is achieved by a laser device according to claim 1 and a method for controlling a laser device according to claim 20.
  • Advantageous refinements and developments are described in the dependent claims.
  • the present invention is based on the knowledge that the above object can be achieved by arranging two modulators in a laser resonator, and depending on the desired power distribution on the channels, pulse energy and pulse duration, these modulators are specifically controlled.
  • a laser resonator of this type two output beams which can form channels can be generated.
  • a first output beam can be a useful beam to be used for the specific application, for example in the area of optronic countermeasures with lasers, laser communication and laser material processing, which beam has predetermined beam properties.
  • excess laser power can be decoupled from the laser resonator via the second output beam in order to keep the laser resonator in its middle operating point and / or to ensure the specified beam properties of the useful beam.
  • Both output beams can also represent useful beams to be used in the specific application.
  • a laser device comprising a laser resonator.
  • the laser resonator has a laser medium.
  • the laser device comprises a first modulator.
  • the first modulator is arranged in the laser resonator.
  • the first modulator is designed to couple a first output beam from the laser resonator.
  • the laser device comprises a second modulator.
  • the second modulator is arranged in the laser resonator.
  • the second modulator is designed to couple a second output beam from the laser resonator. Since the two output beams can form channels, they can in particular be decoupled from the laser device, for example emerge from a housing of the laser device.
  • the laser resonator can be a linear resonator or a ring resonator. Furthermore, the laser resonator can have at least two mirrors which spatially delimit the laser resonator and have a reflectivity of more than 80%, preferably more than 90%, preferably more than 95%, preferably more than 99%. For example, the mirrors are highly reflective mirrors with a reflectivity of more than 99.9%.
  • the laser medium can be arranged between two mirrors of the laser resonator. Furthermore, the laser medium can be a laser-active medium. In addition, the laser medium can be a solid, for example a doped crystal or a doped glass, a doped light-guiding fiber, a liquid, for example a dye solution, or a gas.
  • the first modulator and the second modulator can each be designed to couple the respective output beams out of the laser resonator by deflecting laser radiation.
  • the first output beam and / or the second output beam can be a laser pulse or a continuous wave laser beam.
  • the first output beam can be a useful beam to be used in the specific application, while excess power is coupled out of the laser resonator via the second output beam.
  • the first modulator and the second modulator can be controllable modulators.
  • the laser device can also include a control device.
  • the control device can be designed to control the first modulator and the second modulator independently of one another.
  • the independent control of the respective modulators has the advantage that the power of the respective output beams can be adjusted individually. This allows the beam properties of the respective output beams to be optimized.
  • the control device can comprise a microcontroller or a processor.
  • the first modulator and / or the second modulator can be an acousto-optical modulator, an electro-optical modulator, a frustrated total reflection switch or a mechanically moved wave plate.
  • control device can be designed to control the first controllable modulator and the second controllable modulator and the pump power of the laser in such a way that, in continuous operation, a beam position or beam divergence of laser radiation from the laser resonator into the first output beam or into the second output beam is constant, or in pulsed operation during the pulse generation of each individual pulse over several pulses a beam position or beam divergence of laser radiation from the laser resonator in the first output beam or in the second output beam is constant.
  • This has the advantage that the beam properties of the respective output beams can be optimized.
  • the total degree of coupling of the respective modulators can be through
  • T oc 1 ⁇ (1 - ⁇ 1 ) 2 * (1 ⁇ ⁇ 2 ) 2 with double passage of the laser radiation through the first modulator and the second modulator per cycle or during one cycle of the resonator, for example in a standing wave resonator, if each Passage on the way there and back leads to a decoupling, or through
  • T oc 1 ⁇ (1 - ⁇ 1 ) * (1 ⁇ ⁇ 2 ) with a single passage of the laser radiation through the first modulator and the second modulator per cycle or during one cycle of the resonator, for example in a ring resonator.
  • ⁇ 1 is the proportion of the power coupled out into the first output beam during a modulator passage.
  • ⁇ 2 is the proportion of the power coupled out into the second output beam during a modulator passage.
  • a suitable choice of ⁇ 1 and ⁇ 2 has the advantage that the laser resonator can be kept in its mean operating point.
  • the first modulator and the second modulator can be acted upon by the laser mode one after the other in the running direction or circumferential direction of a laser mode in the laser resonator without passing through the laser medium and / or when passing through the Laser radiation through the first modulator or the second modulator, the first modulator and the second modulator in the running direction or circumferential direction of a laser mode in the laser resonator are acted upon one after the other with the laser mode traversing the laser medium.
  • the laser resonator can additionally have further decoupling points, for example for measurement and control purposes, or due to unavoidable losses L.
  • the laser device can furthermore have a detection device for detecting an effective inversion of the laser medium.
  • the control device can also be designed to control the first modulator and / or the second modulator and / or the pump power on the basis of the detected effective inversion of the laser medium. This has the advantage that a desired inversion of the laser medium can be set.
  • the detection device can be designed to detect fluorescence of the laser medium and to determine the effective inversion of the laser medium on the basis of the detected fluorescence of the laser medium. This has the advantage that the effective inversion of the laser medium can be determined particularly precisely.
  • the control device can also be designed to control the first modulator and / or the second modulator and / or the pump power on the basis of the detected fluorescence.
  • the detection device can be designed to detect laser radiation from the laser medium and to determine the effective inversion of the laser medium on the basis of the detected laser radiation from the laser medium. This has the advantage that the effective inversion of the laser medium can be determined particularly precisely.
  • the control device can also be designed to control the first modulator and / or the second modulator and / or the pump power on the basis of the detected laser radiation.
  • the detection device can be designed to detect a beam position or beam divergence of the laser radiation of the laser medium and to determine a beam position or beam divergence of the laser radiation of the laser medium on the basis of the detected laser radiation of the laser medium. This has the advantage that the one beam position or beam divergence of the laser radiation of the laser medium can be determined particularly precisely.
  • the laser device can also have a detection device for detecting a laser power.
  • the control device can also be designed to control the first modulator and / or the second modulator and / or the pump power on the basis of the detected laser power.
  • the laser device can have a detection device for detecting a beam position or a beam divergence of the laser radiation.
  • the control device can be designed to control the first modulator and / or the second modulator and / or the pump power on the basis of the detected beam position or beam divergence.
  • the respective modulators can be arranged in the laser resonator in such a way that the respective modulators in the laser resonator are acted upon one after the other by laser radiation circulating in the laser resonator without passing through the laser medium.
  • the laser resonator can have a mirror.
  • the first modulator and the second modulator can be arranged between the laser medium and the mirror.
  • the mirror can spatially delimit the laser resonator.
  • the mirror can have a reflectivity of more than 80%, preferably more than 90%, preferably more than 95%, preferably more than 99%.
  • the mirror can be a highly reflective mirror with a reflectivity of more than 99.9%.
  • Optical elements for example lenses, beam splitters, etalons, filters, polarizers or retardation plates, can be arranged between the mirror and the first or the second modulator or the laser medium.
  • the respective modulators can be arranged on different sides of the laser medium.
  • the laser resonator can have a first mirror and a second mirror.
  • the laser medium can be arranged between the first mirror and the second mirror.
  • the first modulator can be arranged between the laser medium and the first mirror.
  • the second modulator can be arranged between the laser medium and the second mirror.
  • the respective mirrors can spatially delimit the laser resonator.
  • the respective mirrors can have a reflectivity of more than 80%, preferably more than 90%, preferably more than 95%, preferably more than 99%.
  • the respective mirrors can be highly reflective mirrors with a reflectivity of more than 99.9%.
  • the respective mirrors, the laser medium and the respective modulators can lie on a common straight line.
  • the laser device comprises a laser resonator which has a laser medium, a first controllable modulator which is arranged in the laser resonator and which is designed to couple a first output beam from the laser resonator, and a second controllable modulator which is in the laser resonator is arranged, and which is designed to couple a second output beam from the laser resonator.
  • the method comprises controlling the first controllable modulator and the second controllable modulator and / or the laser pump power in such a way that, in continuous operation, a total decoupling rate of laser radiation from the laser resonator into the first output beam and into the second output beam is constant, or in the pulsed mode During the pulse generation of each individual pulse over several pulses, a total decoupling rate of laser radiation from the laser resonator into the first output beam and into the second output beam is constant or that a pulse duration of the first output beam or the second output beam is constant.
  • the method can also detect an effective inversion of the laser medium or fluorescence or laser radiation or laser power or a beam position or beam divergence of the laser radiation of the laser medium and control the first controllable modulator and / or the second controllable modulator and / or the pump power of the laser based on the detected effective inversion of the laser medium or the fluorescence or the laser radiation or the laser power or the beam position or the beam divergence of the laser radiation of the laser medium.
  • FIGS. 1a to 1c laser devices according to different exemplary embodiments
  • FIGS. 2a to 2e laser resonators according to further exemplary embodiments
  • FIGS. 4a and 4b laser resonators according to further exemplary embodiments.
  • Figure 5 a functional principle of a frustrated total reflection
  • FIGS. 1a to 1c show laser devices according to different exemplary embodiments.
  • the laser devices each have a laser resonator 1 which is delimited by a mirror 2.
  • Laser resonator 1 is a ring resonator while the laser resonators 1 shown in FIGS. 1b and 1c are linear resonators or standing wave resonators.
  • a laser medium 3, a first modulator 4 and a second modulator 5 are arranged in each of the laser resonators 1.
  • the first modulator 4 is designed to couple a first output beam 6 from the laser resonator 1.
  • the second modulator 5 is designed to couple a second output beam 7 from the laser resonator 1.
  • the respective modulators 4, 5 couple the respective output beams 6, 7 from the laser radiation 8 located in the laser resonator 1.
  • the laser radiation 8 is reflected by the mirrors 2.
  • the mirrors 2 can each have a reflectivity of more than 80%, preferably of more than 90%, preferably of more than 95%, preferably of more than 99%.
  • the mirrors 2 are highly reflective mirrors with a reflectivity of more than 99.9%.
  • the first modulator 4 and the second modulator 5 are each arranged between the laser medium 3 and the mirror 2-1, while the first modulator 4 in the laser resonator 1 shown in FIG is arranged between the mirror 2-2 and the laser medium 3 and the second modulator 5 between the laser medium 3 and the mirror 2-1.
  • the laser medium 3 and the respective modulators 4, 5 are arranged on a common straight line.
  • the laser radiation 8 can form a standing wave between the mirrors 2, while in the laser resonator 1 shown in FIG.
  • the direction of rotation 9 can be determined by further, not shown elements in the laser resonator 1 or by external injection.
  • the respective modulators 4, 5 can be acousto-optical modulators. In this case, for example, forming the diffracted by the acoustic wave in the respective acousto-optical modulator beam to the respective coupled-out output beam 6, 7. The proportion of the coupled power ⁇ 1 for the first output beam 6, as a channel 1, by suitable choice of the acoustic power of the modulator can be set.
  • the respective modulators 4, 5 can be electro-optical modulators (EOM) consisting of an electro-optical cell and at least one polarizing beam splitter.
  • EOM electro-optical modulators
  • the combination of one EOM with the beam splitter each forms an adjustable decoupling ⁇ 1 for the laser radiation 8 passing through this EOM when it hits the respective beam splitter, for example for the first output beam 6.
  • the respective decoupled portion represents one of the two output radiate 6, 7 or output channels.
  • the portion transmitted by the beam splitter or the reflected portion can be the decoupled portion.
  • the first output beam 6 forms a channel 1 and the second output beam 7 forms a channel 2.
  • at least one of the two modulators 4, 5 or both are first activated in such a way that there is sufficient one large overall decoupling occurs, so that the laser resonator 1 does not start to oscillate and during this time inversion is built up in the laser medium 3 by pumping. This can also be achieved by controlling only one of the modulators 4, 5.
  • the effective inversion increases as a function of the residual inversion of the laser medium 3 that may exist before the pumping process of the laser medium 3 due to the pumping process:
  • ⁇ a is the spectroscopic absorption cross-section and ⁇ e is the spectroscopic emission cross-section of the laser transition, R p is the pumping rate, ⁇ f is the fluorescence lifetime and (N) is the mean concentration of the laser-active dopant in the laser medium 3.
  • the effective inversion results mathematically by shifting the population inversion around a value that depends on the spectroscopic cross sections and the mean active concentration:
  • the laser device thus runs in a manner comparable to a normal, Q-switched laser and generates a pulse with the pulse duration
  • ⁇ c is the photon lifetime in the laser resonator
  • ⁇ (r) the extraction efficiency and the ratio of the logarithmic gain when the pulse is triggered for logarithmic amplification of a comparable continuous wave laser at the laser threshold g th (threshold amplification)
  • P 2 ⁇ 2 (1 - ⁇ 1 ) P inc, 1 (t)
  • P inc, 1 (t) is the power that falls over the pulse and varies over time within the laser resonator 1 on the modulator 4 for channel 1. So the circumstances are regardless of the pulse shape P inc, 1 (t).
  • the corresponding ratio ⁇ of the output power and pulse energy between the two output channels or output beams 6, 7 can thus be freely set with a constant total pulse energy and pulse duration from pulse to pulse. If the modulators 4, 5 were controlled and responded quickly, it would even be possible to change the distribution during a pulse. The component that is complementary to the power emitted in channel 1 is then always emitted in the other channel.
  • decoupling points or modulators 4, 5 are on different sides of the laser medium 3, for example, the decoupling point for channel 1 or the first modulator 4, then the laser medium 3 and then the decoupling point for channel 2 or the second, is first in the direction of rotation 9 Applied to modulator 5 or, for example, in the laser resonator 1 shown in FIG. 1c, applies
  • the amplification G (t) which is time-dependent over a pulse, also determines the time profile of the power P 2 emitted in channel 2. In this case it would be
  • the laser resonator 1 shown in FIG. 2d is a unidirectional ring resonator.
  • the direction of rotation 9 in the laser resonator 1 is set here by an optical isolator 15 arranged in the laser resonator 1.
  • the laser resonator 1 shown in FIG. 2e differs from the laser resonator 1 shown in FIG. 2d in that, instead of the optical isolator 15, at least one of the mirrors 16 is arranged on the polarizers 11 to move around the direction of rotation 9 or a unidirectional direction of rotation force.
  • FIGS. 3a to 3f show laser resonators 1 according to further exemplary embodiments.
  • the laser resonators 1 shown in FIGS. 3 a to 3 f can be designed in a manner similar to the laser resonators described in connection with FIGS. 1 a to 1 c.
  • the first modulator 4 is formed by an acousto-optical modulator 17-1 and a further mirror 16-1.
  • the second modulator 5 is formed by an acousto-optical modulator 17-2 and a further mirror 16-2.
  • the respective modulators 4, 5 are arranged on the same side of the laser medium 3, while in the laser resonator 1 shown in FIG Modulators 4, 5 are arranged on different sides of the laser medium 3.
  • a device can be realized in which there are four output channels.
  • the two channels generated by the first modulator are complementary to the two channels generated by the second modulator.
  • the two channels of each modulator have a different output, depending on the degree of decoupling of the respective modulator. Depending on the application, this can be an advantage.
  • the radius of the spherical mirror 18-2 corresponds to the distance between the spherical mirror 18-2 and the acousto-optical modulator 17-2 in such a way that the diffracted beam is reflected back into itself regardless of the diffraction angle.
  • the acousto-optical modulator 17-1 and the spherical mirror 18-1 form the first modulator 4, while the acousto-optical modulator 17-2 and the spherical mirror 18-2 form the second modulator 5.
  • the spherical mirrors 18 can be highly reflective mirrors, for example mirrors with a reflectivity of more than 99%.
  • the laser resonator 1 shown in FIG. 3d differs from the laser resonator 1 shown in FIG. 3b in that the acousto-optical modulator 17-2 is spaced from a common straight line on which the laser medium 3 and the acousto-optical modulator 17-1 are arranged, is arranged.
  • the laser resonator 1 shown in FIG. 3e differs from the laser resonator 1 shown in FIG. 3a in that the laser resonator 1 shown in FIG. 3e is designed as a unidirectional ring resonator with an optical isolator 15.
  • the laser resonator 1 shown in FIG. 3f differs from that in FIG Figure 3d laser resonator 1 shown in that the laser resonator 1 shown in Figure 3f is designed as a unidirectional ring resonator.
  • orders 19 of the diffracted laser beams are shown in FIG. 3f.
  • the laser resonators 1 shown in FIGS. 3d and 3f have the advantage that the 1st order diffracted by the acousto-optical modulator 17-1 is reduced by the acousto-optical modulator 17-2 from the -1. Order is bent again into the 0th order. As a result, the frequency shifts caused by the diffraction carried out in the acousto-optical modulators 17-1, 17-2 can cancel each other out. As a result, the light circulating in the laser resonator 1 does not experience any frequency shift.
  • FIGS. 4a and 4b show laser resonators 1 according to further exemplary embodiments.
  • the laser resonators 1 shown in FIGS. 4a and 4b can be designed similarly to the laser resonators described in connection with FIGS. 1a to 1c.
  • the first modulator 4 is formed by a frustrated total reflection switch 20-1 and a further mirror 16-1.
  • the second modulator 5 is formed by a frustrated total reflection switch 20-2 and a further mirror 16-2.
  • the laser resonator 1 shown in FIG. 4a is designed as a linear resonator
  • the laser resonator 1 shown in FIG. 4b is designed as a unidirectional ring resonator.
  • the direction of rotation 9 results automatically from self-injection by the further mirror 16.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern einer Laservorrichtung. Die Laservorrichtung umfasst einen Laserresonator (1), welcher ein Lasermedium (3) aufweist. Zudem umfasst die Laservorrichtung einen ersten Modulator (4), welcher in dem Laserresonator (1) angeordnet ist, und welcher ausgebildet ist, einen ersten Ausgangsstrahl (6) aus dem Laserresonator (1) auszukoppeln. Des Weiteren umfasst die Laservorrichtung einen zweiten Modulator (5), welcher in dem Laserresonator (1) angeordnet ist, und welcher ausgebildet ist, einen zweiten Ausgangsstrahl (7) aus dem Laserresonator (1) auszukoppeln.

Description

Laservorrichtung und Verfahren zum Ansteuern einer Laservorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern einer Laservorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Für Anwendungen im Bereich optronischer Gegenmaßnahmen mit Lasern, der Laserkommunikation und der Laser-Materialbearbeitung ist es häufig wün- schenswert, eine entsprechend einem elektronischen Vorgabesignal ge- wünschte zeitlich variable mittlere Leistung und Pulsenergie abzustrahlen und auf zum Beispiel zwei Ausgangsstrahlen, wie zwei Kanäle, aufzuteilen. Dazu könnte eine gütegeschaltete Laserquelle in ihrer Ausgangsleistung und Pulse- nergie von Puls zu Puls variabel einstellbar sein. Eine gütegeschaltete Laser- quelle weist jedoch häufig keine gleichzeitig unabhängig von der gewählten mittleren Ausgangsleistung, Repetitionsrate oder Pulsenergie eine stabile Strahllage und Divergenz auf, welche von Puls zu Puls nicht schwankt.
Um die Strahleigenschaften, wie Lage, Divergenz und/oder Strahlqualität, nicht zu verändern wird die gütegeschaltete Laserquelle häufig bei konstanter Leis- tung im repetierenden Dauerbetrieb betrieben. Die Laserleistung und damit Pulsenergie wird im Nachhinein durch einen in den Ausgangsstrahl eingebrach- ten Modulator in ihrer Amplitude abgeschwächt, wodurch die gewünschte In- tensitätsmodulation auf den Ausgangsstrahl aufgeprägt wird. Der dazu komple- mentäre Anteil erscheint dabei im zweiten vom Modulator erzeugten Strahl, beispielsweise eine zweite Polarisation bei einem elektrooptischen Modulator oder ein gebeugter Anteil bei einem akustooptischen Modulator.
Eine derartige gütegeschaltete Laserquelle arbeitet jedoch häufig bei voller Leistung, wodurch ein hoher Energieverbrauch und die Notwendigkeit eines entsprechenden Abwärmemanagements mit zusätzlichem Leistungs- und Platzbedarf entstehen kann. Zudem kann der Modulator im Ausgangsstrahl je nach thermischer Belastung, insbesondere bei sich variierenden Modulations- formaten, eine Strahllageänderung hervorrufen. Laserpulsdauer und Spitzen- leistung hängen im gütegeschalteten Betrieb ferner signifikant von der gewähl- ten Repetitionsrate ab, weshalb diese oft festgelegt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine verbesserte Laservorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Ansteuern einer Laservorrichtung zu schaffen, mit denen eine Reduzierung der beim Erzeugen eines Laserstrahls entstehenden Abwärme und/oder eine Optimierung der Strahleigenschaften des erzeugten Laserstrahls erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Laservorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Ansteuern einer Laservorrichtung gemäß Anspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen An- sprüchen beschrieben. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe dadurch gelöst werden kann, dass in einem Laserresonator zwei Modulatoren anordnet werden, und je nach gewünschter Leistungsverteilung auf die Kanäle, Pulsenergie und Pulsdauer diese Modulatoren spezifisch angesteuert werden. Mit einem derartigen Laserresonator können zwei Ausgangsstrahlen, welche Kanäle bilden können, erzeugt werden. Ein erster Ausgangsstrahl kann ein für die konkrete Anwendung, beispielsweise im Bereich optronischer Gegenmaß- nahmen mit Lasern, der Laserkommunikation und der Laser-Materialbearbei- tung, zu verwendender Nutzstrahl sein, welcher vorgegebene Strahleigenschaf- ten aufweist. Zudem kann über den zweiten Ausgangsstrahl überschüssige La- serleistung aus dem Laserresonator ausgekoppelt werden, um den Laserre- sonator in seinem mittleren Arbeitspunkt zu halten und/oder die vorgegebenen Strahleigenschaften des Nutzstrahls zu gewährleisten. Es können auch beide Ausgangsstrahlen in der konkreten Anwendung zu verwendende Nutzstrahlen darstellen.
Erfindungsgemäß wird eine Laservorrichtung bereitgestellt. Die Laservorrich- tung umfasst einen Laserresonator. Der Laserresonator weist ein Lasermedium auf. Zudem umfasst die Laservorrichtung einen ersten Modulator. Der erste Modulator ist in dem Laserresonator angeordnet. Ferner ist der erste Modula- tor ausgebildet, einen ersten Ausgangsstrahl aus dem Laserresonator auszu- koppeln. Zudem umfasst die Laservorrichtung einen zweiten Modulator. Der zweite Modulator ist in dem Laserresonator angeordnet. Ferner ist der zweite Modulator ausgebildet, einen zweiten Ausgangsstrahl aus dem Laserresonator auszukoppeln. Da die beiden Ausgangsstrahlen Kanäle bilden können, können sie insbesondere aus der Laservorrichtung ausgekoppelt werden, beispiels- weise aus einem Gehäuse der Laservorrichtung austreten.
Der Laserresonator kann ein linearer Resonator oder ein Ringresonator sein. Ferner kann der Laserresonator zumindest zwei Spiegel aufweisen, welche den Laserresonator räumlich begrenzen und eine Reflektivität von mehr als 80%, vorzugsweise von mehr als 90%, vorzugsweise von mehr als 95%, vorzugsweise von mehr als 99% aufweisen. Beispielsweise sind die Spiegel hochreflektie- rende Spiegel mit einer Reflektivität von mehr als 99,9%. Das Lasermedium kann zwischen zwei Spiegeln des Laserresonators angeord- net sein. Ferner kann das Lasermedium ein laseraktives Medium sein. Zudem kann das Lasermedium ein Festkörper, beispielsweise ein dotierter Kristall oder ein dotiertes Glas, eine dotierte lichtführende Faser, eine Flüssigkeit, beispiels- weise eine Farbstofflösung, oder ein Gas sein.
Der erste Modulator und der zweite Modulator können jeweils ausgebildet sein, die jeweiligen Ausgangsstrahlen durch Ablenkung von Laserstrahlung aus dem Laserresonator auszukoppeln. Ferner kann der erste Ausgangsstrahl und/oder der zweite Ausgangsstrahl ein Laserpuls oder ein Dauerstrich-Laser- strahl sein. Beispielsweise kann der erste Ausgangsstrahl ein in der konkreten Anwendung zu verwendender Nutzstrahl sein während über den zweiten Aus- gangsstrahl überschüssige Leistung aus dem Laserresonator ausgekoppelt wird.
Der erste Modulator und der zweite Modulator können steuerbare Modulato- ren sein. Zudem kann die Laservorrichtung ferner eine Steuereinrichtung um- fassen. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, den ersten Modulator und den zweiten Modulator unabhängig voneinander zu steuern. Durch die unab- hängige Steuerung der jeweiligen Modulatoren wird der Vorteil erreicht, dass die Leistung der jeweiligen Ausgangsstrahlen individuell eingestellt werden kann. Hierdurch können die Strahleigenschaften der jeweiligen Ausgangsstrah- len optimiert werden. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung einen Mikrokontroller oder einen Prozessor umfassen.
Der erste Modulator und/oder der zweite Modulator kann ein akustooptischer Modulator, ein elektrooptischer Modulator, ein Frustrierte-Totalreflexion- Schalter oder eine mechanisch bewegte Wellenplatte sein.
Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, den ersten Modulator und den zweiten Modulator derart zu steuern, dass im kontinuierlichen Betrieb ein Ge- samtauskopplungsgrad von Laserstrahlung aus dem Laserresonator in den ers- ten Ausgansstrahl und in den zweiten Ausgangsstrahl konstant ist, oder im ge- pulsten Betrieb während der Pulserzeugung jeden Einzelpulses über mehrere Pulse hinweg ein Gesamtauskopplungsgrad von Laserstrahlung aus dem Laser- resonator in den ersten Ausgansstrahl und in den zweiten Ausgangsstrahl kon- stant ist oder dass eine Pulsdauer des ersten Ausgansstrahls oder des zweiten Ausgangsstrahls konstant ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrich- tung ausgebildet sein, den ersten steuerbaren Modulator und den zweiten steuerbaren Modulator und die Pumpleistung des Lasers derart zu steuern, dass im kontinuierlichen Betrieb eine Strahllage oder Strahldivergenz von La- serstrahlung aus dem Laserresonator in den ersten Ausgansstrahl oder in den zweiten Ausgangsstrahl konstant ist, oder im gepulsten Betrieb während der Pulserzeugung jeden Einzelpulses über mehrere Pulse hinweg eine Strahllage oder Strahldivergenz von Laserstrahlung aus dem Laserresonator in den ersten Ausgansstrahl oder in den zweiten Ausgangsstrahl konstant ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Strahleigenschaften der jeweiligen Ausgangsstrah- len optimiert werden können.
Der Gesamtauskopplungsgrad der jeweiligen Modulatoren kann durch
Toc = 1 ̶ (1 - ρ1)2 * (1 ̶ ρ2)2 bei Doppel-Durchgang der Laserstrahlung durch den ersten Modulator und den zweiten Modulator pro Umlauf oder während eines Resonatorumlaufs, bei- spielsweise in einem Stehwellenresonator, sofern jeder Durchgang auf Hin- und Rückweg zu einer Auskopplung führt, oder durch
Toc = 1 ̶ (1 - ρ1) * (1 ̶ ρ2) bei Einfach-Durchgang der Laserstrahlung durch den ersten Modulator und den zweiten Modulator pro Umlauf oder während eines Resonatorumlaufs, bei- spielsweise in einem Ringresonator, gegeben sein. Hierbei ist ρ1 der Anteil der bei einem Modulatordurchgang in den ersten Ausgangsstrahl ausgekoppelten Leistung. Ferner ist ρ2 der Anteil der bei einem Modulatordurchgang in den zweiten Ausgangsstrahl ausgekoppelten Leistung. Durch geeignete Wahl von ρ1 und ρ2 wird der Vorteil erreicht, dass der Laserresonator in seinem mittleren Arbeitspunkt gehalten werden kann. Beispielsweise können bei Durchgang der Laserstrahlung durch den ersten Modulator und den zweiten Modulator der erste Modulator und der zweite Modulator in Laufrichtung oder Umlaufrich- tung einer Lasermode in dem Laserresonator nacheinander ohne Durchque- rung des Lasermediums durch die Lasermode beaufschlagt werden und/oder bei Durchgang der Laserstrahlung durch den ersten Modulator oder den zwei- ten Modulator der erste Modulator und der zweite Modulator in Laufrichtung oder Umlaufrichtung einer Lasermode in dem Laserresonator nacheinander mit Durchquerung des Lasermediums durch die Lasermode beaufschlagt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Laserresonator zusätzlich noch wei- tere Auskoppelstellen aufweisen, beispielsweise zu Mess- und Regelzwecken, oder durch unvermeidbare Verluste L.
Die Laservorrichtung kann ferner eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen ei- ner effektiven Inversion des Lasermediums aufweisen. Zudem kann die Steuer- einrichtung ferner ausgebildet sein, den ersten Modulator und/oder den zwei- ten Modulator und/oder die Pumpleistung auf Basis der erfassten effektiven Inversion des Lasermediums zu steuern. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass eine gewünschte Inversion des Lasermediums eingestellt werden kann.
Die Erfassungseinrichtung kann ausgebildet sein, eine Fluoreszenz des Laser- mediums zu erfassen und die effektive Inversion des Lasermediums auf Basis der erfassten Fluoreszenz des Lasermediums zu bestimmen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die effektive Inversion des Lasermediums besonders ge- nau bestimmt werden kann. Zudem kann die Steuereinrichtung ferner ausge- bildet sein, den ersten Modulator und/oder den zweiten Modulator und/oder die Pumpleistung auf Basis der erfassten Fluoreszenz zu steuern.
Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassungseinrichtung ausgebildet sein, eine Laserstrahlung des Lasermediums zu erfassen und die effektive Inversion des Lasermediums auf Basis der erfassten Laserstrahlung des Lasermediums zu be- stimmen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die effektive Inversion des La- sermediums besonders genau bestimmt werden kann. Zudem kann die Steuer- einrichtung ferner ausgebildet sein, den ersten Modulator und/oder den zwei- ten Modulator und/oder die Pumpleistung auf Basis der erfassten Laserstrah- lung zu steuern.
Alternativ oder zusätzlich kann die Erfassungseinrichtung ausgebildet sein, eine Strahllage oder Strahldivergenz der Laserstrahlung des Lasermediums zu erfas- sen und eine Strahllage oder Strahldivergenz der Laserstrahlung des Laserme- diums auf Basis der erfassten Laserstrahlung des Lasermediums zu bestimmen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die eine Strahllage oder Strahldivergenz der Laserstrahlung des Lasermediums besonders genau bestimmt werden kann. Die Laservorrichtung kann ferner eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen ei- ner Laserleistung aufweisen. Zudem kann die Steuereinrichtung ferner ausge- bildet sein, den ersten Modulator und/oder den zweiten Modulator und/oder die Pumpleistung auf Basis der erfassten Laserleistung zu steuern. Beispiels- weise kann die erfasste Laserleistung eine Leistung des ersten Ausgangsstrahls, eine Leistung des zweiten Ausgangsstrahls oder eine Leistung eines an einer weiteren Auskopplungsstelle, wie einem Auskoppelspiegel, des Laserresona- tors ausgekoppelten Laserstrahls sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Laservorrichtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Strahllage oder einer Strahldivergenz der Laserstrahlung aufweisen. Ferner kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, den ersten Mo- dulator und/oder den zweiten Modulator und/oder die Pumpleistung auf Basis der erfassten Strahllage oder Strahldivergenz zu steuern.
Der Laserresonator kann einen Auskoppelspiegel aufweisen, der eine Reflekti- vität von mehr als 80%, vorzugsweise von mehr als 90%, vorzugsweise von mehr als 95%, vorzugsweise von mehr als 99% aufweist. Zudem kann die Erfas- sungseinrichtung ausgebildet sein, die durch den Auskoppelspiegel ausgekop- pelte Leistung zu erfassen und somit die Laserleistung oder eine Strahllage oder eine Strahldivergenz der Laserstrahlung auf Basis der erfassten ausgekoppelten Leistung zu bestimmen. Der Auskoppelspiegel kann ein den Laserresonator be- grenzender Spiegel oder ein in dem Laserresonator angeordneter Umlenkspie- gel oder ein in dem Laserresonator angeordneter Strahlteiler oder in dem La- serresonator angeordneter Polarisator sein.
Die jeweiligen Modulatoren können derart in dem Laserresonator angeordnet sein, dass die jeweiligen Modulatoren in dem Laserresonator durch in dem La- serresonator umlaufende Laserstrahlung nacheinander ohne Durchquerung des Lasermediums beaufschlagt werden.
Der Laserresonator kann einen Spiegel aufweisen. Zudem können der erste Mo- dulator und der zweite Modulator zwischen dem Lasermedium und dem Spie- gel angeordnet sein. Der Spiegel kann den Laserresonator räumlich begrenzen. Der Spiegel kann eine Reflektivität von mehr als 80%, vorzugsweise von mehr als 90%, vorzugsweise von mehr als 95%, vorzugsweise von mehr als 99% auf- weisen. Beispielsweise kann der Spiegel ein hochreflektierender Spiegel mit ei- ner Reflektivität von mehr als 99,9% sein. Zwischen dem Spiegel und dem ers- ten oder dem zweiten Modulator oder dem Lasermedium können optische Ele- mente, beispielsweise Linsen, Strahlteiler, Etalons, Filter, Polarisatoren oder Verzögerungsplatten, angeordnet sein.
Der zweite Modulator kann beabstandet von einer gemeinsamen Geraden, auf welcher der erste Modulator und das Lasermedium liegen, angeordnet sein. Zudem kann der erste Modulator ferner ausgebildet sein, einen in Richtung des zweiten Modulators gerichteten Laserstrahl zu erzeugen. Des Weiteren kann der zweite Modulator ferner ausgebildet sein, den zweiten Ausgangsstrahl aus dem von dem ersten Modulator erzeugten Laserstrahl zu erzeugen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass durch die Auskopplung der jeweiligen Ausgangs- strahlen erzeugte Frequenzverschiebungen reduziert werden können.
Die jeweiligen Modulatoren können auf unterschiedlichen Seiten des Laserme- diums angeordnet sein.
Der Laserresonator kann einen ersten Spiegel und einen zweiten Spiegel auf- weisen. Zudem kann das Lasermedium zwischen dem ersten Spiegel und dem zweiten Spiegel angeordnet sein. Ferner kann der erste Modulator zwischen dem Lasermedium und dem ersten Spiegel angeordnet sein. Des Weiteren kann der zweite Modulator zwischen dem Lasermedium und dem zweiten Spiegel angeordnet sein. Die jeweiligen Spiegel können den Laserresonator räumlich begrenzen. Ferner können die jeweiligen Spiegel eine Reflektivität von mehr als 80%, vorzugsweise von mehr als 90%, vorzugsweise von mehr als 95%, vorzugs- weise von mehr als 99% aufweisen. Beispielsweise können die jeweiligen Spie- gel hochreflektierende Spiegel mit einer Reflektivität von mehr als 99,9% sein.
Die jeweiligen Spiegel, das Lasermedium und die jeweiligen Modulatoren kön- nen auf einer gemeinsamen Geraden liegen.
Mindestens einer der jeweiligen Modulatoren kann derart ausgebildet sein, dass die bei umgekehrtem Umlaufsinn in die dem als Auskoppelkanal definier- ten Ausgansstrahl entgegengesetzte Richtung ausgekoppelte Strahlung in sich zurückreflektiert wird. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Umlaufrich- tung der Lasermode in dem Laserresonator durch die jeweiligen Modulatoren festgelegt werden kann.
Der Laserresonator kann derart ausgebildet sein, dass in einem Resonatorum- lauf das Lasermedium viermal durchlaufen wird. Dadurch kann eine Verstär- kung der Strahlung in dem Laserresonator pro Resonatorumlauf erhöht wer- den. Hierdurch können zudem kürzere Laserpulse ermöglicht werden.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Ansteuern einer Laservorrich- tung bereitgestellt. Die Laservorrichtung umfasst einen Laserresonator, wel- cher ein Lasermedium aufweist, einen ersten steuerbaren Modulator, welcher in dem Laserresonator angeordnet ist, und welcher ausgebildet ist, einen ers- ten Ausgangsstrahl aus dem Laserresonator auszukoppeln, und einen zweiten steuerbaren Modulator, welcher in dem Laserresonator angeordnet ist, und welcher ausgebildet ist, einen zweiten Ausgangsstrahl aus dem Laserresonator auszukoppeln. Das Verfahren umfasst Steuern des ersten steuerbaren Modula- tors und des zweiten steuerbaren Modulators und/oder der Laserpumpleistung derart, dass im kontinuierlichen Betrieb eine Gesamtauskopplungsgrad von La- serstrahlung aus dem Laserresonator in den ersten Ausgansstrahl und in den zweiten Ausgangsstrahl konstant ist, oder im gepulsten Betrieb während der Pulserzeugung jeden Einzelpulses über mehrere Pulse hinweg ein Gesamtaus- kopplungsgrad von Laserstrahlung aus dem Laserresonator in den ersten Aus- gansstrahl und in den zweiten Ausgangsstrahl konstant ist oder dass eine Puls- dauer des ersten Ausgansstrahls oder des zweiten Ausgangsstrahls konstant ist. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Verfahren Steuern des ersten steuerba- ren Modulators und des zweiten steuerbaren Modulators und der Pumpleis- tung des Lasers derart, dass im kontinuierlichen Betrieb eine Strahllage oder Strahldivergenz von Laserstrahlung aus dem Laserresonator in den ersten Aus- gansstrahl oder in den zweiten Ausgangsstrahl konstant ist, oder im gepulsten Betrieb während der Pulserzeugung jeden Einzelpulses über mehrere Pulse hin- weg eine Strahllage oder Strahldivergenz von Laserstrahlung aus dem Laserre- sonator in den ersten Ausgansstrahl oder in den zweiten Ausgangsstrahl kon- stant ist. Durch die vorgenannte Steuerung der jeweiligen Modulatoren oder der Pumpleistung des Lasers können die Strahleigenschaften der jeweiligen Ausgangsstrahlen optimiert werden. Ferner kann das Verfahren ein computer- implementiertes Ansteuerverfahren sein, das beispielsweise auf direkten Be- rechnungen oder der Nutzung einer Hash-Tabelle oder der Verwendung künst- licher Intelligenz beruht.
Das Verfahren kann ferner Erfassen einer effektiven Inversion des Lasermedi- ums oder einer Fluoreszenz oder einer Laserstrahlung oder einer Laserleistung oder einer Strahllage oder Strahldivergenz der Laserstrahlung des Lasermedi- ums und Steuern des ersten steuerbaren Modulators und/oder des zweiten steuerbaren Modulators und/oder der Pumpleistung des Lasers auf Basis der erfassten effektiven Inversion des Lasermediums oder der Fluoreszenz oder der Laserstrahlung oder der Laserleistung oder der Strahllage oder der Strahldiver- genz der Laserstrahlung des Lasermediums umfassen.
Das Verfahren kann mit der erfindungsgemäßen Laservorrichtung ausgeführt werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbei- spiele beschrieben. Dazu zeigen:
Figuren 1a bis 1c: Laservorrichtungen gemäß unterschiedlichen Ausfüh- rungsbeispielen;
Figuren 2a bis 2e: Laserresonatoren gemäß weiteren Ausführungsbeispielen;
Figuren 3a bis 3f: Laserresonatoren gemäß weiteren Ausführungsbeispielen;
Figuren 4a und 4b: Laserresonatoren gemäß weiteren Ausführungsbeispielen; und
Figur 5: ein Funktionsprinzip eines Frustrierte-Totalreflexion-
Schalters.
Figuren 1a bis 1c zeigen Laservorrichtungen gemäß unterschiedlichen Ausfüh- rungsbeispielen. Die Laservorrichtungen weisen jeweils einen Laserresonator 1 auf, welcher durch Spiegel 2 begrenzt ist. Hierbei ist der in Figur 1a gezeigte Laserresonator 1 ein Ringresonator während die in den Figuren 1b und 1c ge- zeigten Laserresonatoren 1 lineare Resonatoren oder Stehwellenresonatoren sind. In den Laserresonatoren 1 ist jeweils ein Lasermedium 3, ein erster Mo- dulator 4 und ein zweiter Modulator 5 angeordnet. Der erste Modulator 4 ist ausgebildet, einen ersten Ausgangsstrahl 6 aus dem Laserresonator 1 auszu- koppeln. Ferner ist der zweite Modulator 5 ausgebildet, einen zweiten Aus- gangsstrahl 7 aus dem Laserresonator 1 auszukoppeln. Die jeweiligen Modula- toren 4, 5 koppeln die jeweiligen Ausgangsstrahlen 6, 7 aus in dem Laserresona- tor 1 befindlicher Laserstrahlung 8 aus. Die Laserstrahlung 8 wird von den Spie- geln 2 reflektiert. Die Spiegel 2 können jeweils eine Reflektivität von mehr als 80%, vorzugsweise von mehr als 90%, vorzugsweise von mehr als 95%, vorzugs- weise von mehr als 99% aufweisen. Beispielsweise sind die Spiegel 2 hochre- flektierende Spiegel mit einer Reflektivität von mehr als 99,9%.
In den in den Figuren la und lb abgebildeten Laserresonatoren 1 sind der erste Modulator 4 und der zweite Modulator 5 jeweils zwischen dem Lasermedium 3 und dem Spiegel 2-1 angeordnet, während in dem in der Figur 1c abgebilde- ten Laserresonator 1 der erste Modulator 4 zwischen dem Spiegel 2-2 und dem Lasermedium 3 und der zweite Modulator 5 zwischen dem Lasermedium 3 und dem Spiegel 2-1 angeordnet ist. Zudem sind in den in den Figuren 1a bis 1c abgebildeten Laserresonatoren 1 das Lasermedium 3 und die jeweiligen Modu- latoren 4, 5 auf einer gemeinsamen Geraden angeordnet. Ferner kann in den in den Figuren 1b und 1c abgebildeten Laserresonatoren 1 die Laserstrahlung 8 eine stehende Welle zwischen den Spiegeln 2 bilden während in dem in der Figur 1a abgebildeten Laserresonator 1 die Laserstrahlung 8 in einer Umlauf- richtung 9 oder einem Umlaufsinn umlaufen kann. Die Umlaufrichtung 9 kann durch weitere, nicht abgebildete Elemente in dem Laserresonator 1 oder durch externe Injektion festgelegt werden.
Gemäß einer Ausführungsform können die jeweiligen Modulatoren 4, 5 akus- tooptische Modulatoren sein. Dabei bildet z.B. der durch die akustische Welle in dem jeweiligen akustooptischen Modulator gebeugte Strahl den jeweiligen ausgekoppelten Ausgangsstrahl 6, 7. Der Anteil der ausgekoppelten Leistung ρ1 für den ersten Ausgangsstrahl 6, wie einen Kanal 1, kann durch geeignete Wahl der akustischen Leistung des Modulators eingestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die jeweiligen Modulatoren 4, 5 elektrooptische Modulatoren (EOM) bestehend aus einer elektrooptischen Zelle und mindestens einem polarisierenden Strahlteiler sein. Dabei bildet die Kombination aus je einem EOM mit dem Strahlteiler jeweils eine einstellbare Auskopplung ρ1 für die diesen EOM durchschreitende Laserstrahlung 8 beim Auftreffen auf den jeweiligen Strahlteiler, beispielsweise für den ersten Aus- gangsstrahl 6. Der jeweils ausgekoppelte Anteil stellt einen der zwei Ausgangs- strahlen 6, 7 oder Ausgangskanäle dar. Dabei kann natürlich je nach Aufbau der vom Strahlteiler transmittierte oder der reflektierte Anteil der ausgekoppelte Anteil sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die jeweiligen Modulatoren 4, 5 die Abstandsänderung zweier optischer Medien benutzen, um durch frustrierte Totalreflektion (Englisch: „frustrated total internal reflection, FTIR") eine Auskopplung zu erzielen.
Nachfolgend wird beispielhaft ein Betrieb der Laservorrichtung und des Laser- resonators 1 beschrieben. Hierbei bildet der erste Ausgangsstrahl 6 einen Kanal 1 und bildet der zweite Ausgangsstrahl 7 einen Kanal 2. Zur Erzeugung von La- serpulsen durch Güteschaltung wird mindestens einer der beiden Modulatoren 4, 5 oder beide gemeinsam erst dergestalt angesteuert, dass es zu einer ausrei- chend großen Gesamtauskopplung kommt, so dass der Laserresonator 1 nicht anschwingt und während dieser Zeit durch Pumpen Inversion in dem Laserme- dium 3 aufgebaut wird. Dies kann auch durch Ansteuerung nur eines der Mo- dulatoren 4, 5 erreicht werden.
Abhängig von der vor dem Pumpvorgang möglicherweise vorhandenen Restin- version des Lasermediums 3 steigt die effektive Inversion des Lasermediums 3 durch den Pumpvorgang zeitlich an:
Dabei sind σa der spektroskopische Absorptionsquerschnitt und σe der spektro- skopische Emissionsquerschnitt des Laserübergangs, Rp die Pumprate, τf die Fluoreszenzlebensdauer und (N) die mittlere Konzentration des laseraktiven Dotierstoffs in dem Lasermedium 3. Die effektive Inversion ergibt sich mathematisch durch Verschiebung der Besetzungsinversion um einen von den spektroskopischen Wirkungsquerschnitten und von der mitt- leren aktiven Konzentration abhängigen Wert:
Dann wird die Ansteuerung so verändert, dass ein gewünschtes Maß an Ge- samtauskopplungsgrad Toc=1-Roc erzielt wird. Somit läuft die Laservorrichtung vergleichbar zu einem normalen, gütegeschalteten Laser und erzeugt einen Puls mit der Pulsdauer
Dabei ist τc die Photonenlebensdauer im Laserresonator, η(r) die Extraktionsef- fizienz und das Verhältnis der logarithmischen Verstärkung bei Auslösen des Pulses zur logarithmischen Verstärkung eines vergleichbaren Dauerstrichlasers an der Laserschwelle gth (Schwellverstärkung)
Soll an Kanal 1, beispielsweise durch den ersten Ausgangsstrahl 6, nun eine be- stimmter Anteil γ1 der gesamten Pulsenergie emittiert werden, kann durch ge- eignete Wahl der ausgekoppelten Anteile ρ1 und ρ2 das Verhältnis der Auskopp- lung in Kanal 1 und Kanal 2, beispielsweise in den ersten Ausgangsstrahl 6 und in den zweiten Ausgangsstrahl 7, festgelegt werden und gleichzeitig sicherge- stellt werden, dass der Laser bei gleicher Gesamtauskopplung Toc=1-Roc, d.h. mit beispielsweise gleichem
Roc = (1 - ρ1)(1 - ρ2 ) = konst. für einen Ringresonator, beziehungsweise
Roc = (1 - ρ1)2(1 - ρ2 )2 = konst. für einen Stehwellenresonator, für diesen Puls betrieben wird. Dadurch wird der Laserresonator 1 in seinem mittleren Arbeitspunkt nicht gestört.
Werden die Auskoppelstellen für beide Kanäle oder Ausgangsstrahlen 6, 7, wie in der Figur la abgebildet, in Umlaufrichtung 9 der Lasermode nacheinander ohne weitere Durchquerung des Lasermediums 3 durch die umlaufende Laser- strahlung 8 beaufschlagt, beginnend mit Kanal 1 oder dem ersten Ausgangs- strahl 6, gilt für die je Kanal ausgekoppelten Leistungen
P1 = ρ1Pinc,1(t)
P2 = ρ2 (1 - ρ1)Pinc,1(t) wobei Pinc,1(t) die innerhalb des Laserresonators 1 auf den Modulator 4 für Kanal 1 fallende über den Puls zeitlich variierende Leistung ist. Somit sind die Verhältnisse unabhängig von der Pulsform Pinc,1(t) .
Durch Lösen der entsprechenden Gleichungen erhält man die nötigen auszu- koppelnden Anteile je Kanal:
Somit ist das entsprechende Verhältnis γ der Ausgangsleistung und Pulsenergie zwischen beiden Ausgangskanälen oder Ausgangsstrahlen 6, 7 bei konstanter Gesamt-Pulsenergie und Pulsdauervon Puls zu Puls frei einstellbar. Bei entspre- chend schneller Ansteuerung und Reaktion der Modulatoren 4, 5 wäre sogar eine Änderung der Verteilung während eines Pulses möglich. Im anderen Kanal wird dann immer der zur in Kanal 1 emittierten Leistung komplementäre Anteil emittiert.
Liegen die Auskoppelstellen oder Modulatoren 4, 5 auf unterschiedlichen Sei- ten des Lasermediums 3, z.B. wird zuerst in Umlaufrichtung 9 die Auskoppel- stelle für Kanal 1 oder der erste Modulator 4, dann das Lasermedium 3 und dann die Auskoppelstelle für Kanal 2 oder der zweite Modulator 5 beaufschlagt oder wie zum Beispiel in dem in der Figur lc abgebildeten Laserresonator 1, gilt
P1 = ρ1Pinc,1(t)
P2 = (1 - ρ1)G(t) ρ2Pinc,1(t)
Dabei ist zu beachten, dass nun die über einen Puls zeitabhängige Verstärkung G(t) zusätzlich den zeitlichen Verlauf der in Kanal 2 emittierten Leistung P2 mit- bestimmt. In diesem Fall wäre
Damit dieses Verhältnis von der Pulsform unabhängig einstellbar ist und wei- terhin
Roc = (1 - ρ1 ) ( 1 - ρ2 ) = konst. gilt müssen beide Auskoppelgrade nun zeitabhängig sein. Dies wäre technisch aufwändiger, kann aber prinzipiell ebenfalls im Sinne der vorliegenden Erfin- dung eingesetzt werden.
Soll die Laservorrichtung bei veränderter Pumpleistung und/oder variabler Re- petitionsrate, jedoch möglichst vergleichbarer Pulsenergie oder Pulsdauer, be- trieben werden, wählt man den Gesamtauskoppelgrad Toc=1-Roc und/oder die Pumpleistung dergestalt, dass durch die sich damit verändernde Laserschwelle mit der Sättigungsintensität auf dem Pumpübergang , der Pumplicht-Ab- sorptionseffizienz ηabs, der Länge des Lasermediums L und der Schwell verstär- kung des Dauerstichlasers für den Stehwellenresonator, bzw. für den Ringresonator, wobei L für die resonatorinternen Verluste steht, in Kombination mit der sich je nach zeitlicher Pumpleistung seit dem letzten Puls ergebender Inversion sich die gewünschte Gesamt-Ausgangspulsenergie Eout durch Erzeugung einer spezifischen Inversion vor Pulsauslösung ergibt:
Darin ist hv die Photonenenergie eines Laserphotons (h: Planck' sches Wir- kungsquantum, v: Frequenz des Photons) und V das aktive Volumen des Laser- mediums. Bei r=konst. lässt sich die Ausgangs-Pulsenergie somit durch Verän- derung von Roc über die effektive Inversion des Lasermediums 3 vor dem Puls einstellen, während wegen r=konst. auch die Extraktionseffizienz konstant und somit die Pulsdauer konstant ist. Dazu ist für den Stehwellenresonator, bzw. für den Ringresonator, η st der Stokes-Wirkungsgrad und Pout die mittlere Ge- samt-Ausgangsleistung des Lasers.
Durch z.B. Messen der Fluoreszenz des Lasermediums 3 lässt sich die aktuelle effektive Inversion des Lasermediums 3 bestimmen und bei gegebener Pump- rate der Inversionsverlauf vor dem nächsten Puls bzw. bei gegebener Zeit bis zum nächsten Puls die nötige Pumprate, d.h. die zu applizierende Pumpleis- tung, bestimmen, um die gewünschte Inversion bei Auslösen des nächsten Pul- ses zu erreichen. In Kombination mit der geeigneten Wahl der Gesamtauskopp- lung oder Roc wird dann r und somit die Pulsdauer eingestellt.
Gemäß einer Ausführungsform kann mit der Laservorrichtung eine beliebig wählbare komplementäre Aufteilung der Laseremission in zwei Kanäle bei einer minimalen Anzahl an zusätzlich nötigen Komponenten bewirkt werden. Die Vorteile bestehen darin, dass die Laservorrichtung bei konstantem Arbeits- punkt betrieben werden kann und somit die Strahllage und Strahlqualität auf- grund konstanter thermischer Effekte unabhängig von der Modulation unver- ändert bleiben, und dass die Anordnung es zusätzlich erlaubt, die Laservorrich- tung ohne Einschränkung dieser Flexibilität bei unterschiedlichen Pumpleistun- gen oder Repetitionsraten zu betreiben und durch Wahl der Gesamtauskopp- lung soweit physikalisch möglich die ursprüngliche Pulsdauer bzw. Pulsenergie konstant zu halten.
Gemäß einer Ausführungsform der Laservorrichtung kann beispielsweise auch durch Bestimmen einer Strahllage oder einer Strahldivergenz des Lasers er- reicht werden, indem durch z.B. computerimplementierte Berechnungen oder über eine Hash-Tabelle oder durch Verwendung künstlicher Intelligenz die Pumpleistung oder die Auskopplung des ersten Modulators oder die Auskopp- lung des zweiten Modulators dergestalt bestimmt und gesteuert werden, dass sich die gewünschte Leistungs- oder Energieverteilung und / oder Pulsdauer in die beiden Kanäle ergibt und dabei eine vorgegebene Strahllage und/oder Strahldivergenz oder eine Toleranz einer Abweichung von einer gewünschten Strahllage und/oder Strahldivergenz möglichst erreicht wird.
Figuren 2a bis 2e zeigen Laserresonatoren 1 gemäß weiteren Ausführungsbei- spielen. Die in den Figuren 2a bis 2e gezeigten Laserresonatoren 1 können ähn- lich wie die im Zusammenhang mit den Figuren 1a bis 1c beschriebenen Laser- resonatoren ausgebildet sein. In dem in der Figur 2a gezeigten Laserresonator 1 sind zwei Pockelszellen 10 und ein Polarisator 11 angeordnet. Hierbei bilden die Pockelszelle 10-1 und der Polarisator 11 den ersten Modulator 4, welcher den ersten Ausgangsstrahl 6 auskoppelt. Ferner bilden die Pockelszelle 10-2 und der Polarisator 11 den zweiten Modulator 5, welcher den zweiten Aus- gangsstrahl 7 auskoppelt. Durch das Verwenden eines einzigen Polarisators 11 für beide Modulatoren 4, 5 kann die Anzahl der zum Herstellen des Laserre- sonators 1 benötigten Bauteile reduziert werden. Da die Pockelszellen 10 auf derselben Seite des Lasermediums 3 angeordnet sind, kann zudem der Vorteil erreicht werden, dass eine feste Beziehung der Auskopplungsgrade bewirkt werden kann.
Der in Figur 2b gezeigte Laserresonator 1 weist zwei Pockelszellen 10 und zwei Polarisatoren 11 auf. Hierbei bilden die Pockelszelle 10-1 und der Polarisator 11-1 den ersten Modulator 4 währen die Pockelszelle 10-2 und der Polarisator 11-2 den zweiten Modulator 5 bilden. Die Modulatoren 4, 5 sind auf unter- schiedlichen Seiten des Lasermediums 3 angeordnet. Dabei kann zudem der Vorteil erreicht werden, dass ein fester Polarisationszustand im Lasermedium bewirkt werden kann. Der in der Figur 2c gezeigte Laserresonator 1 weist zwei Pockelszellen 10, zwei Polarisatoren 11 und eine Viertelwellen-Verzögerungsplatte 12 auf. Hierbei bil- den die Pockelszelle 10-1 und der Polarisator 11-1 den ersten Modulator 4 wäh- ren die Pockelszelle 10-2 und der Polarisator 11-2 den zweiten Modulator 5 bil- den. Zudem sind in der Figur 2c die Laufrichtungen 13 der Laserstrahlung mit unterschiedlichen Polarisationen dargestellt. Ferner ist der zweite Modulator 5 beabstandet von einer gemeinsamen Geraden, auf welcher der erste Modula- tor 4 und das Lasermedium 3 angeordnet sind, angeordnet. Des Weiteren er- zeugt der erste Modulator 4 bzw. der Polarisator 11-1 einen weiteren Laser- strahl 14, aus welchem der zweite Modulator 5 den zweiten Ausgangsstrahl 7 erzeugt. Durch diese Anordnung wird der Vorteil erreicht, dass das Laserme- dium 3 bei jedem Umlauf im Laserresonator 1 viermal durchlaufen wird. Hier- durch kann eine Verstärkung doppelt so hoch wie bei dem in der Fig. 2b gezeig- ten Laserresonator 1 sein. Dadurch können zudem kürzere Laserpulse erzeugt werden.
Der in der Figur 2d gezeigte Laserresonator 1 ist ein unidirektionaler Ringre- sonator. Die Umlaufrichtung 9 in dem Laserresonator 1 wird hierbei durch ei- nen in dem Laserresonator 1 angeordneten optischen Isolator 15 eingestellt.
Der in der Figur 2e gezeigte Laserresonator 1 unterscheidet sich von dem in der Figur 2d gezeigten Laserresonator 1 dadurch, dass anstelle des optischen Isola- tors 15 mindestens einer der Spiegel 16 an den Polarisatoren 11 angeordnet sind, um die Umlaufrichtung 9 oder einen unidirektionalen Umlaufsinn zu er- zwingen.
Figuren 3a bis 3f zeigen Laserresonatoren 1 gemäß weiteren Ausführungsbei- spielen. Die in den Figuren 3a bis 3f gezeigten Laserresonatoren 1 können ähn- lich wie die im Zusammenhang mit den Figuren la bis lc beschriebenen Laser- resonatoren ausgebildet sein. In den in den Figuren 3a und 3b gezeigten Laser- resonatoren 1 ist der erste Modulator 4 durch einen akustooptischen Modula- tor 17-1 und einen weiteren Spiegel 16-1 gebildet. Zudem ist der zweite Modu- lator 5 durch einen akustooptischen Modulator 17-2 und einen weiteren Spie- gel 16-2 gebildet. In dem in der Figur 3a gezeigten Laserresonator 1 sind die jeweiligen Modulatoren 4, 5 auf derselben Seite des Lasermediums 3 angeord- net während in dem in der Figur 3b gezeigten Laserresonator 1 die jeweiligen Modulatoren 4, 5 auf unterschiedlichen Seiten des Lasermediums 3 angeordnet sind. Durch weglassen der Spiegel 16-1 oder 16-2 kann eine Vorrichtung reali- siert werden, in der vier Ausgangskanäle vorliegen. Dabei sind die beiden durch den ersten Modulator erzeugten zwei Kanäle komplementär zu den durch den zweiten Modulator erzeugten zwei Kanäle. Die beiden Kanäle eines jeden Mo- dulators besitzen dabei jedoch eine unterschiedliche Leistung, je nach Auskop- pelgrad des jeweiligen Modulators. Dies kann je nach Anwendung von Vorteil sein.
Der in der Figur 3c gezeigte Laserresonator 1 weist zwei sphärische Spiegel 18 auf, welche den Laserresonator 1 räumlich begrenzen. Zudem sind in dem La- serresonator 1 zwei akustooptische Modulatoren 17 angeordnet. Der Radius des sphärischen Spiegels 18-1 entspricht dem Abstand des sphärischen Spiegels 18-1 zu dem akustooptischen Modulator 17-1 dergestalt, dass der gebeugte Strahl unabhängig vom Beugungswinkel in sich selbst zurück reflektiert wird. Ferner entspricht der Radius des sphärischen Spiegels 18-2 dem Abstand des sphärischen Spiegels 18-2 zu dem akustooptischen Modulator 17-2 dergestalt, dass der gebeugte Strahl unabhängig vom Beugungswinkel in sich selbst zurück reflektiert wird. Des Weiteren bilden der akustooptische Modulator 17-1 und der sphärische Spiegel 18-1 den ersten Modulator 4 während der akustoopti- sche Modulator 17-2 und der sphärische Spiegel 18-2 den zweiten Modulator 5 bilden. Ferner können die sphärischen Spiegel 18 hochreflektierende Spiegel, beispielsweise Spiegel mit einer Reflektivität von mehr als 99%, sein.
Der in der Figur 3d gezeigte Laserresonator 1 unterscheidet sich von dem in der Figur 3b gezeigten Laserresonator 1 dadurch, dass der akustooptische Modula- tor 17-2 beabstandet von einer gemeinsamen Geraden, auf welcher das Laser- medium 3 und der akustooptische Modulator 17-1 angeordnet sind, angeord- net ist.
Der in der Figur 3e gezeigte Laserresonator 1 unterscheidet sich von dem in der Figur 3a gezeigten Laserresonator 1 dadurch, dass der in der Figur 3e gezeigte Laserresonator 1 als ein unidirektionaler Ringresonator mit einem optischen Isolator 15 ausgebildet ist.
Der in der Figur 3f gezeigte Laserresonator 1 unterscheidet sich von dem in der Figur 3d gezeigten Laserresonator 1 dadurch, dass der in der Figur 3f gezeigte Laserresonator 1 als ein unidirektionaler Ringresonator ausgebildet ist. Zudem sind in der Figur 3f Ordnungen 19 der gebeugten Laserstrahlen angezeigt.
Die in den Figuren 3d und 3f gezeigten Laserresonatoren 1 weisen den Vorteil auf, dass die von dem akustooptischen Modulator 17-1 gebeugte 1. Ordnung durch den akustooptischen Modulator 17-2 von der -1. Ordnung in die 0. Ord- nung erneut gebeugt wird. Dadurch können sich die durch die in den akustoop- tischen Modulatoren 17-1, 17-2 durchgeführte Beugung verursachten Fre- quenzverschiebungen gegenseitig aufheben. Dadurch erfährt das in dem Laser- resonator 1 umlaufende Licht keine Frequenzverschiebung.
Figuren 4a und 4b zeigen Laserresonatoren 1 gemäß weiteren Ausführungsbei- spielen. Die in den Figuren 4a und 4b gezeigten Laserresonatoren 1 können ähnlich wie die im Zusammenhang mit den Figuren 1a bis 1c beschriebenen La- serresonatoren ausgebildet sein. In den in den Figuren 4a und 4b gezeigten La- serresonatoren 1 ist der erste Modulator 4 durch einen Frustrierte-Totalrefle- xion-Schalter 20-1 und einen weiteren Spiegel 16-1 gebildet. Zudem ist der zweite Modulator 5 durch einen Frustrierte-Totalreflexion-Schalter 20-2 und ei- nen weiteren Spiegel 16-2 gebildet. Des Weiteren ist der in der Figur 4a ge- zeigte Laserresonator 1 als ein linearer Resonator ausgebildet während der in der Figur 4b gezeigte Laserresonator 1 als ein unidirektionaler Ringresonator ausgebildet ist. Ferner ergibt sich bei dem in der Figur 4b gezeigten Laserre- sonator 1 die Umlaufrichtung 9 automatisch durch Selbstinjektion durch die weiteren Spiegel 16.
Figur 5 zeigt ein Funktionsprinzip eines Frustrierte-Totalreflexion-Schalters 20. Der Frustrierte-Totalreflexion-Schalter 20 umfasst zwei Körper 21 aus einem optisch dichten Material, die in einem Abstand d voneinander angeordnet sind. Zwischen den Körpern 21 ist ein optisch dünnes Material 22 angeordnet. Ein in den Körper 21-1 einfallender Strahl 23 wird an einer Grenzfläche 24 zwischen dem Körper 21-1 und dem optisch dünnem Material 22 reflektiert. Dabei wird ein reflektierte Strahl 25 gebildet. Ist der Abstand d zwischen den Körpern 21 klein genug, beispielsweise weniger als das Doppelte der Wellenlänge des ein- fallenden Strahls 23, kann ein Anteil des einfallenden Strahls 23 in den Körper 21-2 transmittieren. Eine derartige Transmission wird auch als optischer Tun- neleffekt bezeichnet. Der in den Körper 21-2 transmittierte Anteil des einfallen- den Strahls 23 bildet einen optisch getunnelten Stahl 26. Durch Veränderung des Abstands d zwischen den Körpern 21 kann die Leistung des optisch getun- nelten Strahls 26 moduliert werden. Wie durch die gestrichelten Pfeile in der Figur 5 angedeutet, kann der optische Tunneleffekt auch in der umgekehrten Richtung erfolgen.
Bezugszeichenliste 1: Laserresonator
2: Spiegel
3: Lasermedium
4: erster Modulator
5: zweiter Modulator
6: erster Ausgangsstrahl
7: zweiter Ausgangsstrahl
8: Laserstrahlung
9: Umlaufrichtung
10: Pockelszelle
11: Polarisator
12: Viertelwellen-Verzögerungsplatte
13: Laufrichtungen
14: weiterer Laserstrahl
15: optischer Isolator
16: weitere Spiegel
17: akustooptischer Modulator
18: sphärischer Spiegel
19: Ordnung
20: Frustrierte-Totalreflexion-Schalter
21: Körper
22: optisch dünnes Material
23: einfallender Strahl
24: Grenzfläche
25: reflektierter Strahl
26: optisch getunnelter Strahl d: Abstand

Claims

Patentansprüche
1. Laservorrichtung, mit: einem Laserresonator (1), welcher ein Lasermedium (3) aufweist; einem ersten Modulator (4), welcher in dem Laserresonator (1) angeordnet ist, und welcher ausgebildet ist, einen ersten Ausgangsstrahl (6) aus dem Laserresonator (1) auszukoppeln; und einem zweiten Modulator (5), welcher in dem Laserresonator (1) angeordnet ist, und welcher ausgebildet ist, einen zweiten Ausgangsstrahl (7) aus dem Laserresonator (1) auszukoppeln.
2. Laservorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Modulator (4) und der zweite Modulator (5) steuerbare Modulatoren sind, und wobei die Laservorrichtung ferner eine Steuereinrichtung umfasst, welche ausgebildet ist, den ersten Modulator (4) und den zweiten Modulator (5) unabhängig voneinander zu steuern.
3. Laservorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Modulator (1) und/oder der zweite Modulator (2) ein akustooptischer Modulator (17), ein elektrooptischer Modulator (10, 11), ein Frustrierte- Totalreflexion-Schalter (20) oder eine mechanisch bewegte Wellenplatte ist.
4. Laservorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, den ersten Modulator (4) und den zweiten Modulator (5) derart zu steuern, dass im kontinuierlichen Betrieb ein Gesamtauskopplungsgrad von Laserstrahlung aus dem Laserresonator (1) in den ersten Ausgansstrahl (6) und in den zweiten Ausgangsstrahl (7) konstant ist, oder im gepulsten Betrieb während der Pulserzeugung jeden Einzelpulses über mehrere Pulse hinweg ein Gesamtauskopplungsgrad von Laserstrahlung aus dem Laserresonator (1) in den ersten Ausgansstrahl (6) und in den zweiten Ausgangsstrahl (7) konstant ist oder dass eine Pulsdauer des ersten Ausgansstrahls (6) oder des zweiten Ausgangsstrahls (7) konstant ist, oder im kontinuierlichen Betrieb eine Strahllage oder Strahldivergenz von Laserstrahlung aus dem Laserresonator (1) in den ersten Ausgansstrahl (6) oder in den zweiten Ausgangsstrahl (7) konstant ist, oder im gepulsten Betrieb während der Pulserzeugung jeden Einzelpulses über mehrere Pulse hinweg eine Strahllage oder Strahldivergenz von Laserstrahlung aus dem Laserresonator (1) in den ersten Ausgansstrahl (6) oder in den zweiten Ausgangsstrahl (7) konstant ist.
5. Laservorrichtung nach Anspruch 4, wobei der
Gesamtauskopplungsgrad der jeweiligen Modulatoren (4, 5) durch
Toc = (1 — (1 — ρ1)2 * (1 — ρ2 )2) bei Doppel-Durchgang der
Laserstrahlung durch den ersten Modulator (4) und den zweiten Modulator (5) pro Umlauf, oder
Toc = (1 — (1 — ρ1) * (1 — ρ2 )) bei Einfach-Durchgang der
Laserstrahlung durch den ersten Modulator (1) und den zweiten Modulator (5) pro Umlauf gegeben ist, wobei ρ1 der Anteil der bei einem Modulatordurchgang in den ersten Ausgangsstrahl (6) ausgekoppelten Leistung ist, und wobei ρ2 der Anteil der bei einem Modulatordurchgang in den zweiten Ausgangsstrahl (7) ausgekoppelten Leistung ist.
6. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die
Laservorrichtung ferner eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer effektiven Inversion des Lasermediums (3) aufweist, und wobei die Steuereinrichtung ferner ausgebildet ist, den ersten Modulator (4) oder den zweiten Modulator (5) auf Basis der erfassten effektiven Inversion des Lasermediums (3) zu steuern.
7. Laservorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Erfassungseinrichtung ausgebildet ist, eine Fluoreszenz des Lasermediums (3) zu erfassen und die effektive Inversion des Lasermediums (3) auf Basis der erfassten Fluoreszenz des Lasermediums (3) zu bestimmen.
8. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Laservorrichtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Laserleistung aufweist, und wobei die Steuereinrichtung ferner ausgebildet ist, den ersten Modulator (4) oder den zweiten Modulator (5) auf Basis der erfassten Laserleistung zu steuern.
9. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Laservorrichtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Strahllage oder einer Strahldivergenz der Laserstrahlung aufweist, und wobei die Steuereinrichtung ferner ausgebildet ist, den ersten Modulator (4) oder den zweiten Modulator (5) auf Basis der erfassten Laserleistung zu steuern.
10. Laservorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Laserresonator (3) einen Auskoppelspiegel aufweist, der eine Reflektivität von mehr als 80%, vorzugsweise von mehr als 90%, vorzugsweise von mehr als 95%, vorzugsweise von mehr als 99% aufweist, und wobei die Erfassungseinrichtung ausgebildet ist, die durch den Auskoppelspiegel ausgekoppelte Leistung zu erfassen und somit die Laserleistung oder eine Strahllage oder eine Strahldivergenz der Laserstrahlung auf Basis der erfassten ausgekoppelten Leistung zu bestimmen.
11. Laservorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die jeweiligen Modulatoren (4, 5) derart in dem Laserresonator (3) angeordnet sind, dass die jeweiligen Modulatoren (4, 5) in dem Laserresonator (1) durch in dem Laserresonator (1) umlaufende Laserstrahlung (8) nacheinander ohne Durchquerung des Lasermediums (3) beaufschlagt werden.
12. Laservorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Laserresonator (1) einen Spiegel (2-1) aufweist, und wobei der erste Modulator (4) und der zweite Modulator (5) zwischen dem Lasermedium (3) und dem Spiegel (2-1) angeordnet sind.
13. Laservorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Spiegel (2-1) eine Reflektivität von mehr als 80%, vorzugsweise von mehr als 90%, vorzugsweise von mehr als 95%, vorzugsweise von mehr als 99% aufweist.
14. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der zweite Modulator (5) beabstandet von einer gemeinsamen Geraden, auf welcher der erste Modulator (4) und das Lasermedium (3) liegen, angeordnet ist, wobei der erste Modulator (4) ferner ausgebildet ist, einen in Richtung des zweiten Modulators (5) gerichteten Laserstrahl (14) zu erzeugen, und wobei der zweite Modulator (5) ferner ausgebildet ist, den zweiten Ausgangsstrahl (7) aus dem von dem ersten Modulator (4) erzeugten Laserstrahl (14) zu erzeugen.
15. Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die jeweiligen Modulatoren (4, 5) auf unterschiedlichen Seiten des Lasermediums (3) angeordnet sind.
16. Laservorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Laserresonator (1) einen ersten Spiegel (2-2) und einen zweiten Spiegel (2-1) aufweist, wobei das Lasermedium (3) zwischen dem ersten Spiegel (2-2) und dem zweiten Spiegel (2-1) angeordnet ist, wobei der erste Modulator (4) zwischen dem Lasermedium (3) und dem ersten Spiegel (2-2) angeordnet ist, und wobei der zweite Modulator (5) zwischen dem Lasermedium (3) und dem zweiten Spiegel (2-1) angeordnet ist.
17. Laservorrichtung nach Anspruch 16, wobei die jeweiligen Spiegel (2), das Lasermedium (3) und die jeweiligen Modulatoren (4, 5) auf einer gemeinsamen Geraden liegen.
18. Laservorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Laserresonator (1) ein linearer Resonator oder ein Ringresonator ist.
19. Laservorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der jeweiligen Modulatoren (4, 5) derart ausgebildet ist, dass die bei umgekehrtem Umlaufsinn in die dem als Auskoppelkanal definierten Ausgansstrahl entgegengesetzte Richtung ausgekoppelte Strahlung in sich zurückreflektiert wird.
20. Laservorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Laserresonator (1) derart ausgebildet ist, dass in einem Resonatorumlauf das Lasermedium (3) viermal durchlaufen wird.
21. Verfahren zum Ansteuern einer Laservorrichtung, wobei die
Laservorrichtung einen Laserresonator (1), welcher ein Lasermedium (3) aufweist, einen ersten steuerbaren Modulator (4), welcher in dem Laserresonator (1) angeordnet ist, und welcher ausgebildet ist, einen ersten Ausgangsstrahl (6) aus dem Laserresonator (1) auszukoppeln, und einen zweiten steuerbaren Modulator (5), welcher in dem Laserresonator (1) angeordnet ist, und welcher ausgebildet ist, einen zweiten Ausgangsstrahl (7) aus dem Laserresonator (1) auszukoppeln, umfasst, wobei das Verfahren umfasst:
Steuern des ersten steuerbaren Modulators (4) und des zweiten steuerbaren Modulators (5) derart,
• dass im kontinuierlichen Betrieb ein Gesamtauskopplungsgrad von Laserstrahlung aus dem Laserresonator (1) in den ersten Ausgansstrahl (6) und in den zweiten Ausgangsstrahl (7) konstant ist, oder im gepulsten Betrieb während der Pulserzeugung jeden Einzelpulses über mehrere Pulse hinweg ein Gesamtauskopplungsgrad von Laserstrahlung aus dem Laserresonator (1) in den ersten Ausgansstrahl (6) und in den zweiten Ausgangsstrahl (7) konstant ist oder dass eine Pulsdauer des ersten Ausgansstrahls (6) oder des zweiten Ausgangsstrahls (7) konstant ist, oder
• dass im kontinuierlichen Betrieb eine Strahllage oder Strahldivergenz von Laserstrahlung aus dem Laserresonator (1) in den ersten Ausgansstrahl (6) oder in den zweiten Ausgangsstrahl (7) konstant ist, oder im gepulsten Betrieb während der Pulserzeugung jeden Einzelpulses über mehrere Pulse hinweg eine Strahllage oder Strahldivergenz von Laserstrahlung aus dem Laserresonator (1) in den ersten Ausgansstrahl (6) oder in den zweiten Ausgangsstrahl (7) konstant ist.
22. Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend:
Erfassen einer effektiven Inversion des Lasermediums (3) oder einer Fluoreszenz oder einer Laserstrahlung oder einer Laserleistung oder einer Strahllage oder Strahldivergenz; und
Steuern des ersten steuerbaren Modulators (4) oder des zweiten steuerbaren Modulators (5) auf Basis der erfassten effektiven Inversion des Lasermediums (3) oder der Fluoreszenz oder der Laserstrahlung oder der Laserleistung oder der Strahllage oder der Strahldivergenz.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei das Verfahren mit einer Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 ausgeführt wird.
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