WO2004068651A2 - Laser system - Google Patents

Laser system Download PDF

Info

Publication number
WO2004068651A2
WO2004068651A2 PCT/EP2004/000672 EP2004000672W WO2004068651A2 WO 2004068651 A2 WO2004068651 A2 WO 2004068651A2 EP 2004000672 W EP2004000672 W EP 2004000672W WO 2004068651 A2 WO2004068651 A2 WO 2004068651A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
laser system
resonator
amplifier
pulse
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/000672
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2004068651A3 (en
Inventor
Angelika Beyertt
Adolf Giesen
Detlef Nickel
Original Assignee
Forschungsgesellschaft Für Strahlwerkzeuge-Fgsw -Mbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungsgesellschaft Für Strahlwerkzeuge-Fgsw -Mbh filed Critical Forschungsgesellschaft Für Strahlwerkzeuge-Fgsw -Mbh
Publication of WO2004068651A2 publication Critical patent/WO2004068651A2/en
Publication of WO2004068651A3 publication Critical patent/WO2004068651A3/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2325Multi-pass amplifiers, e.g. regenerative amplifiers
    • H01S3/235Regenerative amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10007Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers
    • H01S3/10023Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating in optical amplifiers by functional association of additional optical elements, e.g. filters, gratings, reflectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/08Generation of pulses with special temporal shape or frequency spectrum
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602Crystal lasers or glass lasers
    • H01S3/0604Crystal lasers or glass lasers in the form of a plate or disc
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08004Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection

Definitions

  • the invention relates to a laser system for generating laser pulses, comprising a seed laser and a regenerative amplifier, in which an amplifier laser pulse generated from a seed laser pulse of the seed laser can be amplified by multiple rotations, the regenerative amplifier having a resonator and an in Controllable coupling element arranged in the resonator and a solid-state disk with laser-active medium arranged in the resonator.
  • the invention is therefore based on the object of improving a laser system of the generic type in such a way that outcoupled laser pulses in the picosecond or sub-picosecond range can be generated as simply as possible.
  • This object is achieved according to the invention in a laser system of the type described in the introduction in that at least one dispersion compensation element with negative dispersion penetrated by the multiple revolving amplifier laser pulse in each revolution is provided in the resonator for generating outcoupled laser pulses in the region of less than five picoseconds, one of which is provided counteracts pulse duration increase by positive dispersion of components of the regenerative amplifier.
  • the at least one dispersion compensation element provided directly in the resonator makes it possible to compensate for the effect of the positive dispersion which increases or lengthens the pulse duration, so that the decoupled laser pulse itself already exists in the picosecond or sub-picosecond range and thus has the desired short pulse duration.
  • the positive dispersion causing a pulse duration increase in the amplifier laser pulse in each revolution can also be compensated for in the revolution itself, so that with each revolution the pulse duration increase occurring during this revolution can also be counteracted by positive dispersion and thus the required negative dispersion of the at least one dispersion compensation element does not have to be so large that it compensates for the sum of the pulse duration increases occurring in all round trips, but only has to be so large that it counteracts the pulse duration increase occurring during each round trip by positive dispersion of the amplifier laser pulse ,
  • the laser system according to the invention operates in the range of less than five picoseconds.
  • the advantages of the system according to the invention become particularly clear when it is intended for generating laser pulses in the sub-picosecond range, since even in the sub-picosecond range, even a small amount of dispersion leads to a time widening of the laser pulses in the resonator in the case of a large number of circulations of a laser pulse to be amplified, which leads them out of the sub-picosecond range.
  • the at least one dispersion compensation element essentially compensates for a positive dispersion of optical resonator components in each revolution of the amplifier laser pulse in the resonator, so that an increase in pulse duration can be substantially avoided with each revolution and thus the increase in the pulse duration of the decoupled Laser pulse is essentially independent of the number of revolutions in the resonator of the regenerative amplifier.
  • the at least one dispersion compensation element essentially compensates for a positive dispersion of the controllable coupling element.
  • the at least one dispersion compensation element is designed as an interferometer.
  • interferometers are preferably Gires Tournois interferometers, which are known from the literature.
  • the pair of prisms is preferably formed from Brewster prisms which have particularly low optical losses.
  • the dispersion compensation elements In order to be able to manufacture and use the dispersion compensation elements as simply as possible, provision is preferably made for the dispersion compensation elements to be arranged in the resonator at a plurality of points in the radiation profile.
  • the tuning can be set, for example, by selecting the number and the corresponding negative dispersion of the dispersion compensation elements, for example instead of conventional reflectors, the reflectors already present in the resonator, for example those without dispersion, possibly using reflectors with a suitable negative dispersion, which in this case are then act as dispersion compensation elements, can be replaced.
  • diameters of the radiation field in the resonator can be realized, which allow the laser system to be essentially free of positive dispersion elements arranged in front of the resonator for increasing the pulse duration, so that the laser amplifier pulses circulating in the resonator also have pulse durations which are in the order of magnitude of the coupled-in seed laser pulse, in particular are essentially identical to it.
  • a polarization-rotating coupling element preferably a Pockels cell, is provided as the controllable coupling element.
  • an optical isolator is preferably provided following the seed laser, in particular between the seed laser and the regenerative amplifier.
  • a mode adaptation unit is arranged between the seed laser and the regenerative amplifier, which allows the mode of the seed laser to be adapted to the mode of the regenerative amplifier, in particular the resonator thereof.
  • a pulse separator is preferably provided between the seed laser and the regenerative amplifier in order to be able to advantageously couple the outcoupled laser pulse and, in particular, to largely avoid a reaction on the seed laser.
  • Such a pulse separator can be arranged particularly favorably between the mode adaptation device and the regenerative amplifier, so that the decoupled laser pulse emerges directly with the mode of the amplifier laser pulse in the resonator and no longer runs over the mode adaptation device and undergoes a change in it.
  • the optical isolator which represents additional protection for the seed laser against any retroactive laser pulses, is preferably also provided between the mode adaptation device and the seed laser.
  • the pulse separator is constructed so that it has a polarizer and an optical rotator.
  • the polarizer is preferably designed as a thin-film polarizer.
  • An advantageous exemplary embodiment provides that the laser system generates outcoupled laser pulses with a repetition rate of several kilohertz.
  • This laser system is particularly advantageous when it generates outcoupled laser pulses with a repetition rate of more than five kilohertz.
  • the laser system according to the invention is particularly suitable for all those applications in which a high number of revolutions in the resonator is required for amplification.
  • the decoupling element can be controlled by a control such that the Amplifier laser pulses are only decoupled from the resonator after at least twenty revolutions, even better only after at least fifty revolutions, and even better only after more than one hundred revolutions.
  • the maximum energy density per amplifier laser pulse is less than one hundred millijoules per square centimeter, even better less than fifty millijoules per square centimeter and even better less than thirty Is millijoules per square centimeter, so that high powers have the consequence that these are to be distributed over a large cross section of an amplifier radiation field.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the laser system according to the invention in plan view and
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of the laser system according to the invention similar to FIG. 1.
  • An embodiment of a laser system according to the invention shown in FIG. 1, comprises a seed laser 10, which is preferably designed as a diode-pumped ytterbium glass laser oscillator or ytterbium tungsten laser oscillator and is passively mode-locked.
  • a seed laser 10 which is preferably designed as a diode-pumped ytterbium glass laser oscillator or ytterbium tungsten laser oscillator and is passively mode-locked.
  • the mode coupling is preferably carried out by a saturable semiconductor absorber mirror.
  • the seed laser 10 operates, for example, with a repetition rate of more than 20 MHz, and generates seed laser pulses 20 limited by the time bandwidth with a pulse duration of approximately 300 femtoseconds.
  • the wavelengths of the seed laser 10 are in the range of, for example, 1000 to 1100 nanometers with pulse energies in the order of 1 nanojoule.
  • an optical isolator designated as a whole by 12
  • Faraday isolator 14 which prevents reflected laser pulses from acting back on the seed laser 10 and disturbing it.
  • a ⁇ / 2 plate 16 is provided for polarization rotation.
  • the seed laser pulse 20 leaving the seed laser 10 is preferably coupled into the optical isolator 12 by deflecting mirrors 22 and 24 and passes through it.
  • a photodiode 26 and a spectrometer 28 are provided for monitoring the function of the seed laser 10, with which a laser pulse 30 coupled out parasitically to the seed laser pulse 20 can be analyzed.
  • the laser system is preferably triggered by means of the photodiode 26.
  • a pulse selector 32 is preferably provided, which in particular includes a Pockels cell 34 comprises a polarizer 36, the Pockels cell being driven accordingly for pulse selection.
  • the seed laser pulse 20 decoupled from the seed laser 10 passes through a mode adaptation unit 40, preferably designed as a telescope with, for example, three telescope mirrors 42, 44, 46, with which an adaptation to a mode described in detail below Resonators 50 takes place.
  • the seed laser pulse 20 Before entering the resonator, the seed laser pulse 20 passes through a pulse separator 52, comprising a thin-film polarizer 54, a Faraday rotator 56 and a ⁇ / 2 plate 58, which serve to separate the seed laser pulse 20 entering the resonator 50 from one Laser pulse 70 decoupled from the resonator 50 later, as described in detail below.
  • a pulse separator 52 comprising a thin-film polarizer 54, a Faraday rotator 56 and a ⁇ / 2 plate 58, which serve to separate the seed laser pulse 20 entering the resonator 50 from one Laser pulse 70 decoupled from the resonator 50 later, as described in detail below.
  • the seed laser pulse 20 is coupled into the resonator 50 via an adjusting unit 66, comprising, for example, two mirrors 62 and 64, with the penetration of a thin-film polarizer 68 belonging to the resonator 50, via which the seed laser pulse is coupled 20 takes place in the resonator 50, the seed laser pulse 20 circulating several times as an amplifier laser pulse 60 in the resonator 50 and being amplified until the amplifier laser pulse 60 is decoupled as a laser pulse 70 from the resonator 50.
  • an adjusting unit 66 comprising, for example, two mirrors 62 and 64, with the penetration of a thin-film polarizer 68 belonging to the resonator 50, via which the seed laser pulse is coupled 20 takes place in the resonator 50, the seed laser pulse 20 circulating several times as an amplifier laser pulse 60 in the resonator 50 and being amplified until the amplifier laser pulse 60 is decoupled as a laser pulse 70 from the resonator 50.
  • the resonator 50 comprises a first end mirror 72, a second end mirror 74 and a laser-active medium 76 in the form of a thin disk, which can be cooled by a cooling device 78, as described, for example, in European Patent 0 632 551, to which reference is hereby made.
  • a Pockels cell 80 is arranged in the resonator 50 between the thin-film polarizer 68 and the first end mirror 72 as a coupling element and can be controlled by a control 82, for example a so-called push / pull circuit, the control 82 generating a trigger signal from one of the end mirrors 74 assigned photodiode 75 and preferably also the photodiode 26.
  • the Pockels cell 80 is further combined with a so-called ⁇ / 4 plate 84.
  • the amplifier laser pulse 60 is reflected at the first end mirror 72, passes through the Pockels cell 80 and the ⁇ / 4 plate 84 again and is thereby, when this amplifier laser pulse 60 is to be amplified in the resonator 50, by the coupling / decoupling element 68 not transmitted again as a decoupled laser pulse 70 in the direction of the pulse separator 52, but reflected to a deflecting mirror 86, reflected by the latter to a deflecting mirror 88 and then penetrating, for example, a ⁇ / 2 plate 90 provided for polarization rotation.
  • the amplifier laser pulse 60 After passing through the ⁇ / 2 plate 90, the amplifier laser pulse 60 strikes the laser-active medium 76, which in turn is provided on the back with a reflector 92, which again amplifies the laser pulse 60 on a deflecting mirror 94 and on a deflecting mirror 96, which in turn deflects onto a deflecting mirror 98, from which the amplifier laser pulse 60 then strikes the second end mirror 74 and is reflected back by the latter.
  • the amplifier laser pulse 60 was amplified twice by the laser-active medium 76 before it reached the second end mirror 74.
  • the Pockels cell 80 is now controlled by the control unit 82 in such a way that the originally coupled seed laser pulse 20 passes through the resonator 50 more than about 100 times, even better more than about 150 times and more, and is thereby amplified.
  • Laser pulse can be a multiple of the pulse duration of the seed laser pulse 20.
  • the pulse duration can be broadened by a factor of 10 or more.
  • dispersion compensation elements penetrated by the rotating amplifier laser pulse 60 are provided directly in the resonator 50, which have a negative dispersion compensating for a positive dispersion of the individual elements of the resonator 50, in particular a dispersion of the Pockels cell 80.
  • Such dispersion compensation elements are, for example, the first end mirror 72, the deflection element 86 and the deflection element 98, which are designed as so-called Gires Tournois interferometer mirrors, which together allow compensation of the positive dispersion generated by the Pockels cell.
  • Gires Tournois interferometer mirrors are for example from the article by F. Gires and P. Tournois, Comt. Rend. Acad. Be. (Paris) 258, 6112 (1964).
  • the corresponding activation of the Pockels cell 80 via the coupling / decoupling element 68 decouples the amplifier laser pulse 60 in the form of the decoupled laser pulse 70, which then passes through the adjusting device 66 and the pulse separator 52 and through the thin-film polarizer 54 thereof is reflected and thus strikes a substrate 110, for example for material processing.
  • the Pockels cell 80 is preferably operated with cycles whose frequency is several kilohertz, preferably between 1 and 10 kHz or even possibly even more in order to obtain a high repetition rate of the outcoupled laser pulse 70.
  • all materials are suitable as laser-active medium for the solid-state disk 76 which, with a maximum thickness of the solid-state disk of 0.5 mm, have a reinforcement of at least 5% per double passage through the reinforcing material, that is to say through the solid-state disk, and the bandwidth of the generation of laser pulses shorter than 10 picoseconds allowed.
  • the laser active medium 76 in the form of a disc less than 0.5 mm thick is preferably Yb-KYW, but there are also similar materials, such as Yb: KGW or Yb: YAG or Yb doped sesquioxides e.g. Lutetium oxide, or semiconductor materials are suitable.
  • the thickness of the disk of the laser-active medium is, for example, approximately in the order of magnitude of less than 300 ⁇ m and in particular is in the order of approximately 100 ⁇ m, and the doping of the laser-active medium is, for example, less than 20%, preferably in the order of approximately 10% ,
  • the energy density per amplifier laser pulse in the regenerative amplifier 100 is advantageously less than 100 millijoules per square centimeter, even better less than 50 millijoules per square centimeter.
  • the resonator 50 preferably operates in TEMoo mode and the mode adaptation device 40 is set such that it converts a radiation field of the seed laser pulse 20 to a radiation field corresponding to the TEMoo mode of the resonator 50.
  • a pair of prisms comprising two prisms 122 and 124, is provided as the dispersion compensation element 120, wherein the pair of prisms 120 is preferably arranged between the deflecting mirror 94 and the end mirror 74.
  • the pair of prisms 120 can be designed in such a way that it itself has such a large negative dispersion that the positive dispersion of the Pockels cell 80 is essentially compensated for every revolution, so that it is not necessary to include the first end mirror 72 and the deflecting element 86 to train as dispersion compensation elements. Rather, they can be designed as conventional optical components.
  • the second exemplary embodiment according to FIG. 2 functions in the same way as the first exemplary embodiment, so that with regard to its function, reference is also made in full to the first exemplary embodiment according to FIG. 1.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

The invention relates to a laser system for generating laser pulses, comprising a seed laser and a regenerative amplifier, in which an amplifier laser pulse generated from a seed laser pulse of the seed laser can be amplified by multiple revolutions. The regenerative amplifier comprises a resonator, a controllable coupling element, which is placed inside the resonator, and comprises a solid disc, which is also situated inside the resonator and which is provided with a laser-active medium. The aim of the invention is to improve a laser system of the aforementioned type so that extracted laser pulses can be generated as easily as possible in picoseconds or in the span of subpicoseconds. To this end, the invention provides that at least one dispersion compensation element, which is passed through by the multiply revolving amplifier laser pulse during each revolution. In order to generate extracted laser pulses in the span of fewer than five picoseconds in the resonator, at least one dispersion compensation element, which is passed through by the multiply revolving amplifier laser pulse during each revolution, is provided with a negative dispersion which counteracts an increase in the pulse duration by positively dispersing components of the regenerative amplifier.

Description

Lasersystem laser system
Die Erfindung betrifft ein Lasersystem zur Erzeugung von Laserpulsen, umfassend einen Seed-Laser und einen regenerativen Verstärker, in welchem ein aus einem Seed-Laserpuls des Seed-Lasers erzeugter Verstärkerlaserpuis durch mehrfache Umläufe verstärkbar ist, wobei der regenerative Verstärker einen Resonator und ein in im Resonator angeordnetes steuerbares Kopplungselement sowie eine im Resonator angeordnete Festkörperscheibe mit laseraktivem Medium umfaßt.The invention relates to a laser system for generating laser pulses, comprising a seed laser and a regenerative amplifier, in which an amplifier laser pulse generated from a seed laser pulse of the seed laser can be amplified by multiple rotations, the regenerative amplifier having a resonator and an in Controllable coupling element arranged in the resonator and a solid-state disk with laser-active medium arranged in the resonator.
Bei derartigen Lasersystemen besteht das Problem, daß aufgrund von Komponenten mit positiver Dispersion Seed-Laserpulse im Pikosekunden- oder Subpikosekundenbereich nicht zu ausgekoppelten Laserpulsen im Pikosekundenoder Subpikosekundenbereich führen, sondern aufgrund der pulsdauerver- größernden positiven Dispersion der Komponenten die aus dem regenerativen Verstärker ausgekoppelten Laserpulse Pulsdauern im Bereich von Pikosekunden und gegebenenfalls mehr aufweisen, die nur durch ein zusätzliches Element mit starker negativer Dispersion in den Pikosekunden- oder Subpikosekundenbereich zurückgeführt werden können.The problem with such laser systems is that, due to components with positive dispersion, seed laser pulses in the picosecond or sub-picosecond range do not lead to decoupled laser pulses in the picosecond or sub-picosecond range, but rather, due to the positive dispersion of the components increasing the pulse duration, the laser pulses decoupled from the regenerative amplifier Have range of picoseconds and possibly more, which can only be returned to the picosecond or sub-picosecond range by an additional element with a strong negative dispersion.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lasersystem der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß ausgekoppelte Laserpulse im Pikosekunden- oder Subpikosekundenbereich möglichst einfach erzeugbar sind. Diese Aufgabe wird bei einem Lasersystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzeugung von ausgekoppelten Laserpulsen im Bereich von weniger als fünf Pikosekunden in dem Resonator mindestens ein von dem mehrfach umlaufenden Verstärkerlaserpuis bei jedem Umlauf durchsetztes Dispersionskompensationselement mit negativer Dispersion vorgesehen ist, welches einer pulsdauervergrößemden durch positive Dispersion von Komponenten des regenerativen Verstärkers entgegenwirkt.The invention is therefore based on the object of improving a laser system of the generic type in such a way that outcoupled laser pulses in the picosecond or sub-picosecond range can be generated as simply as possible. This object is achieved according to the invention in a laser system of the type described in the introduction in that at least one dispersion compensation element with negative dispersion penetrated by the multiple revolving amplifier laser pulse in each revolution is provided in the resonator for generating outcoupled laser pulses in the region of less than five picoseconds, one of which is provided counteracts pulse duration increase by positive dispersion of components of the regenerative amplifier.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist somit darin zu sehen, daß durch das mindestens eine unmittelbar in dem Resonator vorgesehene Dispersions- kompensationselement bei jedem Umlauf des Verstärkerlaserpulses eine Kompensation der die pulsdauervergrößemden oder -verlängernden Wirkung der positiven Dispersion möglich ist, so daß der ausgekoppelte Laserpuls selbst bereits im Pikosekunden- oder Subpikosekundenbereich vorliegt und somit die gewünschte kurze Pulsdauer hat.The advantage of the solution according to the invention is thus to be seen in the fact that the at least one dispersion compensation element provided directly in the resonator makes it possible to compensate for the effect of the positive dispersion which increases or lengthens the pulse duration, so that the decoupled laser pulse itself already exists in the picosecond or sub-picosecond range and thus has the desired short pulse duration.
Selbst wenn bei den bekannten Lösungen eine nachfolgende Kompensation der Pulsdauervergrößerung des ausgekoppelten Laserpulses möglich ist, so ist diese Pulsdauerkompensation hinsichtlich der erforderlichen optischen Elemente und insbesondere auch der Justierung derselben äußerst aufwendig und empfindlich.Even if a subsequent compensation of the increase in the pulse duration of the outcoupled laser pulse is possible in the known solutions, this pulse duration compensation is extremely complex and sensitive with regard to the required optical elements and in particular also the adjustment thereof.
Im übrigen besteht bei einer Kompensation der gesamten, sich im Zuge der Vielzahl der Umläufe des Verstärkeriaserpulses akkumulierten Pulsdauervergrößerung durch positive Dispersion das Problem, daß diese von ausgekoppeltem Laserpuls zu ausgekoppeltem Laserpuls schwanken kann, insbesondere wenn die Zahl der Umläufe der einzelnen Laserpulse nicht konstant ist. Dagegen besteht bei der erfindungsgemäßen Lösung der Vorteil, daß die bei jedem Umlauf eine Pulsdauervergrößerung des Verstärkerlaserpulses bewirkende positive Dispersion bei dem Umlauf selbst auch kompensiert werden kann, so daß bei jedem Umlauf auch der bei diesem Umlauf eintretenden Pulsdauervergrößerung durch positive Dispersion entgegengewirkt werden kann und somit die erforderliche negative Dispersion des mindestens einen Disper- sionskompensationselements nicht so groß sein muß, daß sie die Summe der bei allen Umläufen aufgetretenen Pulsdauervergrößerungen kompensiert, sondern nur so groß sein muß, daß sie der bei jedem einzelnen Umlauf auftretenden Pulsdauervergrößerung durch positive Dispersion des Verstärkerlaserpulses entgegenwirkt.Moreover, if the total pulse duration increase accumulated in the course of the large number of rounds of the amplifier laser pulse is compensated for by positive dispersion, there is the problem that it can fluctuate from the out-coupled laser pulse to the out-coupled laser pulse, especially if the number of rounds of the individual laser pulses is not constant. In contrast, in the solution according to the invention there is the advantage that the positive dispersion causing a pulse duration increase in the amplifier laser pulse in each revolution can also be compensated for in the revolution itself, so that with each revolution the pulse duration increase occurring during this revolution can also be counteracted by positive dispersion and thus the required negative dispersion of the at least one dispersion compensation element does not have to be so large that it compensates for the sum of the pulse duration increases occurring in all round trips, but only has to be so large that it counteracts the pulse duration increase occurring during each round trip by positive dispersion of the amplifier laser pulse ,
Somit baut sich bei der Vielzahl von Umläufen des Verstärkerlaserpulses in dem regenerativen Verstärker eine gravierende Pulsdauervergrößerung durch positive Dispersion gar nicht auf, die dann - selbst wenn sie kompensierbar ist - auch nicht mit aufwendigen Maßnahmen kompensiert werden muß.Thus, with the large number of revolutions of the amplifier laser pulse in the regenerative amplifier, a serious increase in the pulse duration due to positive dispersion does not build up, which - even if it can be compensated - does not have to be compensated for with complex measures.
Bislang wurde davon ausgegangen, daß das erfindungsgemäße Lasersystem im Bereich von weniger als fünf Pikosekunden arbeitet. Besonders deutlich treten die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems dann zu Tage, wenn dieses zur Erzeugung von Laserpulsen im Subpikosekundenbereich vorgesehen ist, da gerade im Subpikosekundenbereich jede auch geringe Dispersion bei einer Vielzahl von Umläufen eines zu verstärkenden Laserpulses im Resonator zu einer zeitlichen Verbreiterung der Laserpulse führen, die diese aus dem Subpikosekundenbereich herausführt. Besonders günstig ist es bei der erfindungsgemäßen Lösung, wenn das mindestens eine Dispersionskompensationselement bei jedem Umlauf des Verstärkerlaserpulses im Resonator eine positive Dispersion von optischen Resonatorkomponenten im wesentlichen kompensiert, so daß bei jedem einzelnen Umlauf eine Pulsdauervergrößerung im wesentlichen vermieden werden kann und somit die Pulsdauervergrößerung des ausgekoppelten Laserpulses im wesentlichen unabhängig von der Zahl der Umläufe im Resonator des regenerativen Verstärkers ist.It has previously been assumed that the laser system according to the invention operates in the range of less than five picoseconds. The advantages of the system according to the invention become particularly clear when it is intended for generating laser pulses in the sub-picosecond range, since even in the sub-picosecond range, even a small amount of dispersion leads to a time widening of the laser pulses in the resonator in the case of a large number of circulations of a laser pulse to be amplified, which leads them out of the sub-picosecond range. It is particularly favorable in the solution according to the invention if the at least one dispersion compensation element essentially compensates for a positive dispersion of optical resonator components in each revolution of the amplifier laser pulse in the resonator, so that an increase in pulse duration can be substantially avoided with each revolution and thus the increase in the pulse duration of the decoupled Laser pulse is essentially independent of the number of revolutions in the resonator of the regenerative amplifier.
Damit kann selbst bei einer Variation der Energie der ausgekoppelten Laserpulse davon ausgegangen werden, daß diese im wesentlichen dieselbe Pulsdauer aufweisen.Thus, even with a variation in the energy of the outcoupled laser pulses, it can be assumed that they have essentially the same pulse duration.
Besonders vorteilhaft ist es bei der erfindungsgemäßen Lösung, wenn das mindestens eine Dispersionskompensationselement im wesentlichen eine positive Dispersion des steuerbaren Kopplungselements kompensiert.It is particularly advantageous in the solution according to the invention if the at least one dispersion compensation element essentially compensates for a positive dispersion of the controllable coupling element.
Hinsichtlich der Ausbildung des Dispersionskompensationselements selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.With regard to the formation of the dispersion compensation element itself, no further details have so far been given.
So wäre es beispielsweise denkbar, als Dispersionskompensationselemente Gitterpaare zu verwenden.For example, it would be conceivable to use grating pairs as the dispersion compensation elements.
Insbesondere Gitterpaare haben jedoch hohe optische Verluste.However, grid pairs in particular have high optical losses.
Aus diesem Grund ist es besonders vorteilhaft, wenn das mindestens eine Dis- persionskompensationselement als Interferometer ausgebildet ist. Derartige Interferometer sind vorzugsweise Gires Tournois Interferometer, die aus der Literatur bekannt sind.For this reason, it is particularly advantageous if the at least one dispersion compensation element is designed as an interferometer. Such interferometers are preferably Gires Tournois interferometers, which are known from the literature.
Besonders günstig ist es, insbesondere um die notwendige Resonatorlänge mit günstiger kompakter Bauweise des Resonators zu erreichen, wenn das mindestens eine Dispersionskompensationselement in Reflexion arbeitet.It is particularly favorable, in particular in order to achieve the necessary resonator length with an inexpensive compact construction of the resonator, if the at least one dispersion compensation element works in reflection.
Alternativ zum Vorsehen eines Interferometers als Dispersionskompensations- element ist es ebenfalls möglich, ein Prismenpaar als Dispersionskompen- sationselement einzusetzen.As an alternative to providing an interferometer as a dispersion compensation element, it is also possible to use a pair of prisms as a dispersion compensation element.
Vorzugsweise ist dabei das Prismenpaar aus Brewsterprismen gebildet, welche besonders geringe optische Verluste aufweisen.The pair of prisms is preferably formed from Brewster prisms which have particularly low optical losses.
Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere bei mehreren Dispersions- kompensationselementen auch möglich, sowohl Interferometer als auch Prismenpaare als Dispersionskompensationselemente in demselben regenerativen Verstärker einzusetzen.In the context of the invention, it is also possible, in particular in the case of a plurality of dispersion compensation elements, to use both interferometers and prism pairs as dispersion compensation elements in the same regenerative amplifier.
Um die Dispersionskompensationselemente möglichst einfach herstellen und einsetzen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Dispersions- kompensationselemente an mehreren Stellen des Strahlungsverlaufs im Resonator angeordnet sind.In order to be able to manufacture and use the dispersion compensation elements as simply as possible, provision is preferably made for the dispersion compensation elements to be arranged in the resonator at a plurality of points in the radiation profile.
Dies hat den Vorteil, daß bei der Herstellung der Dispersionskompensations- elemente deren negative Dispersion nicht exakt auf die im Resonator auftretende positive Dispersion abgestimmt sein muß, sondern eine Abstimmung durch die Verwendung mehrerer Dispersionskompensationselemente mit entweder identischer oder, auch unterschiedlicher negativer Dispersion in Abstimmung auf die positive Dispersion der übrigen Resonatorkomponenten erreichbar ist.This has the advantage that when the dispersion compensation elements are manufactured, their negative dispersion does not have to be matched exactly to the positive dispersion occurring in the resonator, but rather a coordination can be achieved by using several dispersion compensation elements with either identical or different negative dispersion in coordination with the positive dispersion of the other resonator components.
Somit ist die Abstimmung beispielsweise durch Auswahl der Zahl und der entsprechenden negativen Dispersion der Dispersionskompensationselemente, beispielsweise anstelle üblicher Reflektoren, einstellbar, wobei die ohnehin im Resonator vorhandenen Reflektoren, beispielsweise solche ohne Dispersion, gegebenenfalls durch Reflektoren mit geeigneter negativer Dispersion, die in diesem Fall dann als Dispersionskompensationselemente wirken, ersetzt werden können.Thus, the tuning can be set, for example, by selecting the number and the corresponding negative dispersion of the dispersion compensation elements, for example instead of conventional reflectors, the reflectors already present in the resonator, for example those without dispersion, possibly using reflectors with a suitable negative dispersion, which in this case are then act as dispersion compensation elements, can be replaced.
Üblicherweise ist es bei Lasersystemen zur Erzeugung von Laserpulsen im Pikosekunden- und Subpikosekundenbereich, insbesondere bei der Erzeugung von Laserpulsen mit hoher Energie im Subpikosekundenbereich, erforderlich, bereits vor dem Resonator pulsdauervergrößemde Elemente mit positiver Dispersion vorzusehen, um hohe Intensitätsmaxima zu vermeiden, welche zu Beschädigungen der optischen Komponenten führen könnten.In laser systems for the generation of laser pulses in the picosecond and sub-picosecond range, in particular in the production of laser pulses with high energy in the sub-picosecond range, it is usually necessary to provide pulse duration-increasing elements with positive dispersion in front of the resonator in order to avoid high intensity maxima which damage the could lead optical components.
Aufgrund der Verwendung einer gekühlten Festkörperscheibe lassen sich Durchmesser des Strahlungsfeldes im Resonator realisieren, welche es erlauben, daß das Lasersystem im wesentlichen frei von vor dem Resonator angeordneten zur Pulsdauervergrößerung vorgesehenen Elementen mit positiver Dispersion ist, so daß die in dem Resonator umlaufenden Laserverstärkerpulse ebenfalls Pulsdauern aufweisen, die in der Größenordnung des eingekoppelten Seed-Laserpulses sind, insbesondere im wesentlichen mit diesem identisch sind. Due to the use of a cooled solid-state disk, diameters of the radiation field in the resonator can be realized, which allow the laser system to be essentially free of positive dispersion elements arranged in front of the resonator for increasing the pulse duration, so that the laser amplifier pulses circulating in the resonator also have pulse durations which are in the order of magnitude of the coupled-in seed laser pulse, in particular are essentially identical to it.
Als steuerbares Kopplungselement wird insbesondere ein polarisationsdrehen- des Kopplungselement, vorzugsweise eine Pockelszelle vorgesehen.In particular, a polarization-rotating coupling element, preferably a Pockels cell, is provided as the controllable coupling element.
Um zu verhindern, daß der ausgekoppelte Laserpuls auf den Seed-Laser zurückwirkt, ist vorzugsweise auf den Seed-Laser folgend, insbesondere zwischen dem Seed-Laser und dem regenerativen Verstärker, ein optischer Isolator vorgesehen.In order to prevent the outcoupled laser pulse from acting back on the seed laser, an optical isolator is preferably provided following the seed laser, in particular between the seed laser and the regenerative amplifier.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß zwischen dem Seed-Laser und dem regenerativen Verstärker eine Modenanpassungseinheit angeordnet ist, welche es erlaubt, die Mode des Seed-Lasers an die Mode des regenerativen Verstärkers, insbesondere des Resonators desselben, anzupassen.Furthermore, it is preferably provided that a mode adaptation unit is arranged between the seed laser and the regenerative amplifier, which allows the mode of the seed laser to be adapted to the mode of the regenerative amplifier, in particular the resonator thereof.
Um den ausgekoppelten Laserpuls vorteilhaft auskoppeln zu können und insbesondere eine Rückwirkung auf den Seed-Laser weitgehend vermeiden zu können, ist vorzugsweise zwischen dem Seed-Laser und dem regenerativen Verstärker ein Pulsseparator vorgesehen.A pulse separator is preferably provided between the seed laser and the regenerative amplifier in order to be able to advantageously couple the outcoupled laser pulse and, in particular, to largely avoid a reaction on the seed laser.
Ein derartiger Pulsseparator läßt sich besonders günstig zwischen der Modenanpassungseinrichtung und dem regenerativen Verstärker anordnen, so daß der ausgekoppelte Laserpuls unmittelbar mit der Mode des Verstärkerlaserpulses im Resonator austritt und nicht mehr über die Modenanpassungseinrichtung läuft und in dieser eine Veränderung erfährt. Vorzugsweise ist bei dieser Lösung noch zwischen der Modenanpassungseinrichtung und dem Seed-Laser der optische Isolator vorgesehen, der einen zusätzlichen Schutz für den Seed-Laser gegenüber jeglichen rückwirkenden Laserpulsen darstellt.Such a pulse separator can be arranged particularly favorably between the mode adaptation device and the regenerative amplifier, so that the decoupled laser pulse emerges directly with the mode of the amplifier laser pulse in the resonator and no longer runs over the mode adaptation device and undergoes a change in it. In this solution, the optical isolator, which represents additional protection for the seed laser against any retroactive laser pulses, is preferably also provided between the mode adaptation device and the seed laser.
Insbesondere ist der Pulsseparator so aufgebaut, daß er einen Polarisator und einen optischen Rotator aufweist.In particular, the pulse separator is constructed so that it has a polarizer and an optical rotator.
Dabei ist der Polarisator vorzugsweise als Dünnfilmpolarisator ausgebildet.The polarizer is preferably designed as a thin-film polarizer.
Hinsichtlich der Repetitionsrate der ausgekoppelten Laserpulse wurden im Zusammenhang mit den bisherigen Ausführungsbeispielen keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß das Lasersystem ausgekoppelte Laserpulse mit einer Repetitionsrate von mehreren Kilohertz erzeugt.With regard to the repetition rate of the outcoupled laser pulses, no further details have been given in connection with the previous exemplary embodiments. An advantageous exemplary embodiment provides that the laser system generates outcoupled laser pulses with a repetition rate of several kilohertz.
Besonders vorteilhaft ist dieses Lasersystem dann, wenn es ausgekoppelte Laserpulse mit einer Repetitionsrate von mehr als fünf Kilohertz erzeugt.This laser system is particularly advantageous when it generates outcoupled laser pulses with a repetition rate of more than five kilohertz.
Hinsichtlich der Zahl der Umläufe der Verstärker-Laserpulse in dem Resonator wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.With regard to the number of revolutions of the amplifier laser pulses in the resonator, no further details have so far been given.
Das erfindungsgemäße Lasersystem ist insbesondere für all diejenigen Anwendungen geeignet, bei welchen eine hohe Zahl von Umläufen im Resonator zur Verstärkung erforderlich ist.The laser system according to the invention is particularly suitable for all those applications in which a high number of revolutions in the resonator is required for amplification.
Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Lasersystem vorgesehen, daß das Auskoppelelement durch eine Ansteuerung derart ansteuerbar ist, daß die Verstärkerlaserpulse erst nach mindestens zwanzig Umläufen, noch besser erst nach mindestens fünfzig Umläufen, und noch besser erst nach mehr als einhundert Umläufen, aus dem Resonator ausgekoppelt werden.It is preferably provided in the laser system according to the invention that the decoupling element can be controlled by a control such that the Amplifier laser pulses are only decoupled from the resonator after at least twenty revolutions, even better only after at least fifty revolutions, and even better only after more than one hundred revolutions.
Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lasersystems wurde nicht auf die weitere Spezifikation des laseraktiven Mediums eingegangen.In connection with the previous explanation of the individual embodiments of the laser system according to the invention, no further specification of the laser-active medium has been discussed.
So hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn als laseraktives Medium für die Festkörperscheibe Materialien vorgesehen sind, die bei einer maximalen Dicke der Festkörperscheibe von 0,5 mm eine Verstärkung von mindestens 5% pro zweifachem Durchgang durch die Festkörperscheibe aufweisen und deren optische Bandbreite die Erzeugung von Verstärkerlaserpulsen kürzer als zehn Pikosekunden erlaubt.It has proven to be particularly advantageous if materials are provided as the laser-active medium for the solid-state disk, which have a reinforcement of at least 5% per double passage through the solid-state disk with a maximum thickness of the solid disk and their optical bandwidth Generation of amplifier laser pulses shorter than ten picoseconds allowed.
Um keine Zerstörung im laseraktiven Medium zu erreichen, ist vorzugsweise bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, daß im laseraktiven Medium die maximale Energiedichte pro Verstärkerlaserpuis kleiner als einhundert Millijoule pro Quadratzentimeter, noch besser kleiner als fünfzig Millijoule pro Quadratzentimeter und noch besser kleiner als dreißig Millijoule pro Quadratzentimeter ist, so daß hohe Leistungen zur Konsequenz haben, daß diese auf einen großen Querschnitt eines Verstärkerstrahlungsfeldes zu verteilen sind.In order not to destroy the laser-active medium, it is preferably provided in a further exemplary embodiment of the solution according to the invention that in the laser-active medium the maximum energy density per amplifier laser pulse is less than one hundred millijoules per square centimeter, even better less than fifty millijoules per square centimeter and even better less than thirty Is millijoules per square centimeter, so that high powers have the consequence that these are to be distributed over a large cross section of an amplifier radiation field.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigenFurther features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawing of an exemplary embodiment. Show in the drawing
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lasersystems in Draufsicht undFig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the laser system according to the invention in plan view and
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lasersystems ähnlich Fig. 1.FIG. 2 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of the laser system according to the invention similar to FIG. 1.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lasersystems, dargestellt in Fig. 1 umfaßt einen Seed-Laser 10, welcher vorzugsweise als diodengepumpter Ytterbium-Glas-Laseroszillator oder Ytterbium-Wolframat-Laseroszillator ausgebildet und passiv modengekoppelt ist.An embodiment of a laser system according to the invention, shown in FIG. 1, comprises a seed laser 10, which is preferably designed as a diode-pumped ytterbium glass laser oscillator or ytterbium tungsten laser oscillator and is passively mode-locked.
Vorzugsweise erfolgt die Modenkopplung durch einen sättigbaren Halbleiterabsorberspiegel.The mode coupling is preferably carried out by a saturable semiconductor absorber mirror.
Der Seed-Laser 10 arbeitet beispielsweise mit einer Repetitionsrate von mehr als 20 MHz, und erzeugt durch die zeitliche Bandbreite begrenzte Seed-Laser- pulse 20 mit einer Pulsdauer von ungefähr 300 Femtosekunden.The seed laser 10 operates, for example, with a repetition rate of more than 20 MHz, and generates seed laser pulses 20 limited by the time bandwidth with a pulse duration of approximately 300 femtoseconds.
Die Wellenlängen des Seed-Lasers 10 liegen dabei im Bereich von beispielsweise 1000 bis 1100 Nanometer mit Pulsenergien in der Größenordnung von 1 Nanojoule. Auf den Seed-Laser 10 folgend ist ein als Ganzes mit 12 bezeichneter optischer Isolator vorgesehen, welcher als Faraday Isolator 14 ausgebildet ist, der verhindert, daß reflektierte Laserpulse auf den Seed-Laser 10 zurückwirken und diesen stören.The wavelengths of the seed laser 10 are in the range of, for example, 1000 to 1100 nanometers with pulse energies in the order of 1 nanojoule. Following the seed laser 10, an optical isolator, designated as a whole by 12, is provided, which is designed as a Faraday isolator 14, which prevents reflected laser pulses from acting back on the seed laser 10 and disturbing it.
Zusätzlich ist ein λ/2-Plättchen 16 zur Polarisationsdrehung vorgesehen.In addition, a λ / 2 plate 16 is provided for polarization rotation.
Vorzugsweise wird der den Seed-Laser 10 verlassende Seed-Laserpuls 20 durch Umlenkspiegel 22 und 24 in den optischen Isolator 12 eingekoppelt und durchsetzt diesen.The seed laser pulse 20 leaving the seed laser 10 is preferably coupled into the optical isolator 12 by deflecting mirrors 22 and 24 and passes through it.
Zusätzlich sind zur Überwachung der Funktion des Seed-Lasers 10 noch eine Fotodiode 26 und ein Spektrometer 28 vorgesehen, mit welchen ein parasitär zum Seed-Laserpuls 20 ausgekoppelter Laserpuls 30 analysierbar ist.In addition, a photodiode 26 and a spectrometer 28 are provided for monitoring the function of the seed laser 10, with which a laser pulse 30 coupled out parasitically to the seed laser pulse 20 can be analyzed.
Vorzugsweise erfolgt ein Triggern des Lasersystems mittels der Fotodiode 26.The laser system is preferably triggered by means of the photodiode 26.
Um aus der Vielzahl von von dem Seed-Laser 10 erzeugten Seed-Laserpulsen 20 die tatsächlich zur Verstärkung verwendeten Seed-Laserpulse 20 zu selektieren und die anderen Seed-Laserpulse 20 zu unterdrücken, ist vorzugsweise ein Pulsselektor 32 vorgesehen, welcher insbesondere eine Pockelszelle 34 mit einem Polarisator 36 umfaßt, wobei die Pockelszelle zur Pulsselektion entsprechend angesteuert wird. Der aus dem Seed-Laser 10 ausgekoppelte Seed-Laserpuls 20 durchsetzt nach Durchlaufen des optischen Isolators 12 eine Modenanpassungseinheit 40, vorzugsweise ausgebildet als Teleskop mit beispielsweise drei Teleskopspiegeln 42, 44, 46, mit welcher eine Anpassung an einen Mode eines nachfolgend noch im einzelnen beschriebenen Resonators 50 erfolgt.In order to select the seed laser pulses 20 actually used for amplification and to suppress the other seed laser pulses 20 from the multiplicity of seed laser pulses 20 generated by the seed laser 10, a pulse selector 32 is preferably provided, which in particular includes a Pockels cell 34 comprises a polarizer 36, the Pockels cell being driven accordingly for pulse selection. After passing through the optical isolator 12, the seed laser pulse 20 decoupled from the seed laser 10 passes through a mode adaptation unit 40, preferably designed as a telescope with, for example, three telescope mirrors 42, 44, 46, with which an adaptation to a mode described in detail below Resonators 50 takes place.
Vor Eintritt in den Resonator durchsetzt der Seed-Laserpuls 20 einen Pulsseparator 52, umfassend einen Dünnfilmpolarisator 54, einen Faraday Rotator 56 und ein λ/2-Plättchen 58, welche dazu dienen, den in den Resonator 50 eintretenden Seed-Laser Puls 20 von einem aus dem Resonator 50 ausgekoppelten Laserpuls 70 später zu trennen, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben.Before entering the resonator, the seed laser pulse 20 passes through a pulse separator 52, comprising a thin-film polarizer 54, a Faraday rotator 56 and a λ / 2 plate 58, which serve to separate the seed laser pulse 20 entering the resonator 50 from one Laser pulse 70 decoupled from the resonator 50 later, as described in detail below.
Nach Durchlaufen des Pulsseparators 52 wird der Seed-Laserpuls 20 über eine Justiereinheit 66, umfassend beispielsweise zwei Spiegel 62 und 64, in den Resonator 50 eingekoppelt, und zwar unter Durchsetzten eines zum Resonator 50 gehörenden Dünnfilmpolarisators 68, über welchen eine Einkopplung des Seed-Laserpulses 20 in den Resonator 50 erfolgt, wobei der Seed-Laserpuls 20 als Verstärker-Laserpuls 60 in dem Resonator 50 mehrfach umläuft und dabei so lange verstärkt wird, bis eine Auskopplung des Verstärker- Laserpulses 60 als Laserpuls 70 aus dem Resonator 50 erfolgt.After passing through the pulse separator 52, the seed laser pulse 20 is coupled into the resonator 50 via an adjusting unit 66, comprising, for example, two mirrors 62 and 64, with the penetration of a thin-film polarizer 68 belonging to the resonator 50, via which the seed laser pulse is coupled 20 takes place in the resonator 50, the seed laser pulse 20 circulating several times as an amplifier laser pulse 60 in the resonator 50 and being amplified until the amplifier laser pulse 60 is decoupled as a laser pulse 70 from the resonator 50.
Der Resonator 50 umfaßt einen ersten Endspiegel 72, einen zweiten Endspiegel 74 und ein laseraktives Medium 76 in Form einer dünnen Scheibe, welche durch eine Kühleinrichtung 78 kühlbar ist, wie beispielsweise im europäischen Patent 0 632 551 beschrieben, auf welches hiermit Bezug genommen wird.The resonator 50 comprises a first end mirror 72, a second end mirror 74 and a laser-active medium 76 in the form of a thin disk, which can be cooled by a cooling device 78, as described, for example, in European Patent 0 632 551, to which reference is hereby made.
Ferner ist in dem Resonator 50 zwischen dem Dünnfilmpolarisator 68 und dem ersten Endspiegel 72 als Kopplungselement eine Pockelszelle 80 angeordnet, die durch eine Ansteuerung 82, beispielsweise eine sogenannte Push/Pull- Schaltung, ansteuerbar ist, wobei die Ansteuerung 82 ein Triggersignal von einer dem Endspiegel 74 zugeordneten Fotodiode 75 und vorzugsweise auch der Fotodiode 26 erhält.Furthermore, a Pockels cell 80 is arranged in the resonator 50 between the thin-film polarizer 68 and the first end mirror 72 as a coupling element and can be controlled by a control 82, for example a so-called push / pull circuit, the control 82 generating a trigger signal from one of the end mirrors 74 assigned photodiode 75 and preferably also the photodiode 26.
Die Pockelszelle 80 ist ferner noch mit einem sogenannten λ/4-PIättchen 84 kombiniert.The Pockels cell 80 is further combined with a so-called λ / 4 plate 84.
Ein über das Ein/Auskopplungselement 68 des Resonators 50 eingekoppelter Seed-Laserpuls 20 breitet sich in dem Resonator 50 als Verstärker-Laserpuls 60 aus und durchsetzt zunächst das λ/4-Plättchen 84 und die Pockelszelle 80, bis er auf den ersten Endspiegel 72 trifft, welcher als reflektierender Endspiegel des Resonators 50 ausgebildet ist.A seed laser pulse 20, which is coupled in via the coupling / decoupling element 68 of the resonator 50, propagates in the resonator 50 as an amplifier laser pulse 60 and first penetrates the λ / 4 plate 84 and the Pockels cell 80 until it hits the first end mirror 72 , which is designed as a reflecting end mirror of the resonator 50.
Somit wird der Verstärker-Laserpuls 60 am ersten Endspiegel 72 reflektiert, durchsetzt erneut die Pockelszelle 80 und das λ/4-Plättchen 84 und wird dabei, wenn dieser Verstärker-Laserpuls 60 in dem Resonator 50 verstärkt werden soll, von dem Ein/Auskoppelelement 68 nicht erneut als ausgekoppelter Laserpuls 70 in Richtung des Pulsseparators 52 durchgelassen, sondern reflektiert zu einem Umlenkspiegel 86, von diesem reflektiert zu einem Umlenkspiegel 88 und durchsetzt anschließend beispielsweise ein zur Polarisationsdrehung vorgesehenes λ/2-Plättchen 90.Thus, the amplifier laser pulse 60 is reflected at the first end mirror 72, passes through the Pockels cell 80 and the λ / 4 plate 84 again and is thereby, when this amplifier laser pulse 60 is to be amplified in the resonator 50, by the coupling / decoupling element 68 not transmitted again as a decoupled laser pulse 70 in the direction of the pulse separator 52, but reflected to a deflecting mirror 86, reflected by the latter to a deflecting mirror 88 and then penetrating, for example, a λ / 2 plate 90 provided for polarization rotation.
Nach Durchsetzen des λ/2-Plättchens 90 trifft der Verstärker-Laserpuls 60 auf das laseraktive Medium 76, welches seinerseits rückseitig mit einem Reflektor 92 versehen ist, der den Verstärker-Laserpuls 60 erneut auf einen Umlenkspiegel 94 weiter auf einen Umlenkspiegel 96 und dieser wiederum auf einen Umlenkspiegel 98 umlenkt, von welchem aus dann der Verstärker-Laserpuls 60 auf dem zweiten Endspiegel 74 auftrifft und von diesem wieder zurückreflektiert wird.After passing through the λ / 2 plate 90, the amplifier laser pulse 60 strikes the laser-active medium 76, which in turn is provided on the back with a reflector 92, which again amplifies the laser pulse 60 on a deflecting mirror 94 and on a deflecting mirror 96, which in turn deflects onto a deflecting mirror 98, from which the amplifier laser pulse 60 then strikes the second end mirror 74 and is reflected back by the latter.
Der Verstärker- Laserpuls 60 wurde dabei aufgrund der Wirkung des Reflektors 92 zweimal durch das laseraktive Medium 76 verstärkt, bevor er den zweiten Endspiegel 74 erreicht hat.Due to the action of the reflector 92, the amplifier laser pulse 60 was amplified twice by the laser-active medium 76 before it reached the second end mirror 74.
Bei einer erneuten Zurückreflexion erfolgt eine erneute Reflexion an den Umlenkspiegeln 98, 96 und 94 bis der Verstärker-Laserpuls 60 erneut das laseraktive Medium 76 zweimal durchsetzt, dann wieder über das polarisations- drehende Element 90 auf die Umlenkspiegel 88 und 86 trifft und dann auf das Ein/Auskoppelelement 68, welches den nun insgesamt bei den Durchläufen vierfach durch das laseraktive Medium 76 verstärkten Verstärker-Laserpuls 60 zurückreflektiert zu dem λ/4-Plättchen 84 und der Pockelszelle 80, bis dieser Verstärker-Laserpuls 60 auf dem ersten Endspiegel 72 wieder auftrifft. Damit wirkt der Resonator 50 zusammen mit dem laseraktiven Medium 76 insgesamt als regenerativer Verstärker 100 zur Verstärkung des eintretenden Seed-Laserpulses 20.In the case of a renewed back reflection, there is a renewed reflection at the deflection mirrors 98, 96 and 94 until the amplifier laser pulse 60 passes through the laser-active medium 76 twice again, then hits the deflection mirrors 88 and 86 again via the polarization-rotating element 90 and then hits the Coupling / decoupling element 68, which reflects the amplifying laser pulse 60, which has now been amplified four times by the laser-active medium 76, back to the λ / 4 plate 84 and the Pockels cell 80 until this amplifying laser pulse 60 hits the first end mirror 72 again , The resonator 50 together with the laser-active medium 76 thus acts as a regenerative amplifier 100 for amplifying the incoming seed laser pulse 20.
Die Pockelszelle 80 wird nun durch die Ansteuereinheit 82 derart angesteuert, daß der ursprünglich eingekoppelte Seed-Laserpuls 20 mehr als ungefähr 100 mal, noch besser mehr als ungefähr 150 mal und mehr, den Resonator 50 durchläuft und dabei verstärkt wird.The Pockels cell 80 is now controlled by the control unit 82 in such a way that the originally coupled seed laser pulse 20 passes through the resonator 50 more than about 100 times, even better more than about 150 times and more, and is thereby amplified.
Da die einzelnen Elemente des Resonators 50, insbesondere die Pockelszelle 80 eine positive Dispersion hinsichtlich der Gruppengeschwindigkeit aufweisen, erfolgt bei jedem Durchlauf des Verstärker-Laserpulses durch den Resonator 50 eine zeitliche Verbreiterung des Verstärker-Laserpulses 60, die insgesamt bis zum endgültigen Auskoppeln des Verstärker-Laserpulses ein Vielfaches der Pulsdauer des Seed-Laserpulses 20 betragen kann. Beispielsweise können insgesamt Verbreiterungen der Pulsdauer um einen Faktor 10 oder mehr erfolgen.Since the individual elements of the resonator 50, in particular the Pockels cell 80, have a positive dispersion with regard to the group speed, each time the amplifier laser pulse passes through the resonator 50, the amplifier laser pulse 60 is widened in time, all of which until the amplifier is finally decoupled. Laser pulse can be a multiple of the pulse duration of the seed laser pulse 20. For example, the pulse duration can be broadened by a factor of 10 or more.
Aus diesem Grund sind unmittelbar im Resonator 50 von dem umlaufenden Verstärker-Laserpuls 60 durchsetzte Dispersionskompensationselemente vorgesehen, welche eine eine positive Dispersion der einzelnen Elemente des Resonators 50, insbesondere eine Dispersion des Pockelszelle 80, kompensierende negative Dispersion aufweisen. Derartige Dispersionskompensations- elemente sind beispielsweise der erste Endspiegel 72, das Umlenkelement 86 und das Umlenkelement 98, welche als sogenannte Gires Tournois-Interfero- meterspiegel ausgebildet sind, welche zusammen eine Kompensation der von der Pockelszelle erzeugten positiven Dispersion erlauben.For this reason, dispersion compensation elements penetrated by the rotating amplifier laser pulse 60 are provided directly in the resonator 50, which have a negative dispersion compensating for a positive dispersion of the individual elements of the resonator 50, in particular a dispersion of the Pockels cell 80. Such dispersion compensation elements are, for example, the first end mirror 72, the deflection element 86 and the deflection element 98, which are designed as so-called Gires Tournois interferometer mirrors, which together allow compensation of the positive dispersion generated by the Pockels cell.
Derartige Gires Tournois-Interferometerspiegel sind beispielsweise aus dem Artikel von F. Gires und P. Tournois, Comt. Rend. Acad. Sei. (Paris) 258, 6112 (1964) bekannt.Such Gires Tournois interferometer mirrors are for example from the article by F. Gires and P. Tournois, Comt. Rend. Acad. Be. (Paris) 258, 6112 (1964).
Je nach Dispersion der übrigen Komponenten des Resonators 50 besteht nun die Möglichkeit, Dispersionskompensationselemente in entsprechender Zahl und mit entsprechender Dispersion vorzusehen, die es erlauben, die Dispersion des im Resonator 50 umlaufenden Verstärker-Laserpulses 60 unmittelbar bei jedem Umlauf zu kompensieren, so daß im wesentlichen die Pulsdauer des Seed-Laserpulses 20 aufrecht erhalten werden kann.Depending on the dispersion of the other components of the resonator 50, there is now the possibility of providing dispersion compensation elements in a corresponding number and with a corresponding dispersion, which allow the dispersion of the amplifier laser pulse 60 circulating in the resonator 50 to be compensated for directly with each revolution, so that essentially the pulse duration of the seed laser pulse 20 can be maintained.
Nach mehrfachem Durchlauf des Resonators 50 erfolgt über das entsprechende Ansteuern der Pockelszelle 80 über das Ein/Auskoppelelement 68 das Auskoppeln des Verstärker-Laserpulses 60 in Form des ausgekoppelten Laserpulses 70, welcher dann die Justiereinrichtung 66 und den Pulsseparator 52 durchläuft und durch den Dünnschichtpolarisator 54 desselben reflektiert wird und somit auf ein Substrat 110 beispielsweise zur Materialbearbeitung, auftrifft.After the resonator 50 has been run through several times, the corresponding activation of the Pockels cell 80 via the coupling / decoupling element 68 decouples the amplifier laser pulse 60 in the form of the decoupled laser pulse 70, which then passes through the adjusting device 66 and the pulse separator 52 and through the thin-film polarizer 54 thereof is reflected and thus strikes a substrate 110, for example for material processing.
Vorzugsweise erfolgt ein Betrieb der Pockelszelle 80 mit Zyklen deren Frequenz mehrere Kilohertz, vorzugsweise zwischen 1 und 10 kHz oder sogar gegebenenfalls noch mehr beträgt, um eine hohe Repetitionsrate des ausgekoppelten Laserpulses 70 zu erhalten.The Pockels cell 80 is preferably operated with cycles whose frequency is several kilohertz, preferably between 1 and 10 kHz or even possibly even more in order to obtain a high repetition rate of the outcoupled laser pulse 70.
Als laseraktives Medium für die Festkörperscheibe 76 sind grundsätzlich alle Materialien geeignet, die bei einer maximalen Dicke der Festkörperscheibe von 0,5 mm eine Verstärkung von mindestens 5% pro zweifachem Durchgang durch das Verstärkermaterial, das heißt durch die Festkörperscheibe, aufweisen und deren Bandbreite die Erzeugung von Laserpulsen kürzer als 10 Pikosekunden erlaubt.In principle, all materials are suitable as laser-active medium for the solid-state disk 76 which, with a maximum thickness of the solid-state disk of 0.5 mm, have a reinforcement of at least 5% per double passage through the reinforcing material, that is to say through the solid-state disk, and the bandwidth of the generation of laser pulses shorter than 10 picoseconds allowed.
Das laseraktive Medium 76 in Form einer weniger als 0,5 mm dicken Scheibe ist vorzugsweise Yb-KYW, es sind aber auch ähnliche Materialien, wie beispielsweise Yb:KGW oder Yb:YAG oder Yb dotierte Sesquioxide z.B. Lutetiumoxid, oder auch Halbleitermaterialien geeignet.The laser active medium 76 in the form of a disc less than 0.5 mm thick is preferably Yb-KYW, but there are also similar materials, such as Yb: KGW or Yb: YAG or Yb doped sesquioxides e.g. Lutetium oxide, or semiconductor materials are suitable.
Die Dicke der Scheibe des laseraktiven Mediums liegt dabei beispielsweise ungefähr in der Größenordnung von weniger als 300 μm und liegt insbesondere in der Größenordnung von ungefähr 100 μm und die Dotierung des laseraktiven Mediums beträgt beispielsweise weniger als 20%, vorzugsweise in der Größenordnung von ungefähr 10%.The thickness of the disk of the laser-active medium is, for example, approximately in the order of magnitude of less than 300 μm and in particular is in the order of approximately 100 μm, and the doping of the laser-active medium is, for example, less than 20%, preferably in the order of approximately 10% ,
Um eine Zerstörung des laseraktiven Mediums zu verhindern, ist vorteilhafterweise die Energiedichte pro Verstärkerlaserpuis im regenerativen Verstärker 100 kleiner als 100 Millijoule pro Quadratzentimeter, noch besser kleiner als 50 Millijoule pro Quadratzentimeter. Hinsichtlich des Modes, in welchem der Resonator 50 betrieben wird, wurde bislang nichts im Detail ausgeführt. Vorzugsweise arbeitet der Resonator 50 im TEMoo-Mode und die Modenanpassungseinrichtung 40 ist so eingestellt, daß sie ein Strahlungsfeld des Seed-Laserpulses 20 auf ein der TEMoo-Mode des Resonators 50 entsprechendes Strahlungsfeld umformt.In order to prevent destruction of the laser-active medium, the energy density per amplifier laser pulse in the regenerative amplifier 100 is advantageously less than 100 millijoules per square centimeter, even better less than 50 millijoules per square centimeter. With regard to the mode in which the resonator 50 is operated, nothing has been explained in detail so far. The resonator 50 preferably operates in TEMoo mode and the mode adaptation device 40 is set such that it converts a radiation field of the seed laser pulse 20 to a radiation field corresponding to the TEMoo mode of the resonator 50.
Im Gegensatz zu klassischen Femtosekunden-Lasersystemen umfassend ein vor dem regenerativen Verstärker angeordnetes pulsdauerverbreitemdes Element und ein nach Durchlaufen des regenerativen Verstärkers vorgesehenes pulsdauerkomprimierendes Element, insbesondere ein Gitter, wobei eine Pulsdauervergrößerung und eine nachfolgende Pulsdauerkompression jeweils um einen Faktor von ungefähr 104 erfolgt, liefert das erfindungsgemäße Lasersystem Pikosekundenpulse ohne die Integration pulsdauervergrößemder Elemente. Somit kann auf diese das Strahlungsfeld destabilisierende und das Lasersystem verteuernde Technik verzichtet werden.In contrast to conventional femtosecond laser systems comprising an element arranged in front of the regenerative amplifier and a pulse duration-compressing element provided after passing through the regenerative amplifier, in particular a grating, with an increase in pulse duration and a subsequent pulse duration compression taking place by a factor of approximately 10 4 , this provides Laser system according to the invention picosecond pulses without the integration of elements that increase the pulse duration. This means that this technology, which destabilizes the radiation field and increases the cost of the laser system, can be dispensed with.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasersystems, dargestellt in Fig. 2 sind all diejenigen Elemente, die mit dem ersten Lasersystem identisch sind mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich der Beschreibung derselben vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird.In a second exemplary embodiment of a laser system according to the invention, shown in FIG. 2, all those elements which are identical to the first laser system are provided with the same reference numerals, so that with regard to the description thereof, reference is made in full to the explanations for the first exemplary embodiment.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist als Dispersionskompensationselement 120 ein Prismenpaar, umfassend zwei Prismen 122 und 124, vorgesehen, wobei das Prismenpaar 120 vorzugsweise zwischen dem Umlenkspiegel 94 und dem Endspiegel 74 angeordnet ist.In the second exemplary embodiment, a pair of prisms, comprising two prisms 122 and 124, is provided as the dispersion compensation element 120, wherein the pair of prisms 120 is preferably arranged between the deflecting mirror 94 and the end mirror 74.
Das Prismenpaar 120 kann dabei so konzipiert sein, daß es selbst eine derart große negative Dispersion aufweist, daß die positive Dispersion der Pockelszelle 80 im wesentlichen bei jedem Umlauf kompensiert wird, so daß es nicht notwendig ist, auch den ersten Endspiegel 72 und das Umlenkelement 86 als Dispersionskompensationselemente auszubilden. Vielmehr können diese als übliche optische Komponenten ausgebildet sein.The pair of prisms 120 can be designed in such a way that it itself has such a large negative dispersion that the positive dispersion of the Pockels cell 80 is essentially compensated for every revolution, so that it is not necessary to include the first end mirror 72 and the deflecting element 86 to train as dispersion compensation elements. Rather, they can be designed as conventional optical components.
Es ist aber auch denkbar, zusätzlich zu dem Prismenpaar 120 noch zusätzliche Dispersionskompensationselemente vorzusehen, sofern die negative Dispersion des Prismenpaars 120 nicht ausreichend ist, um die positive Dispersion des Pockelszelle 80 zu kompensieren. In diesem Fall kann ein weiteres Prismenpaar vorgesehen sein oder es können auch der Endspiegel 72 oder das Umlenkelement 86 als Gires Tournois Interferometerspiegel mit negativer Dispersion eingesetzt werden.However, it is also conceivable to provide additional dispersion compensation elements in addition to the pair of prisms 120, provided that the negative dispersion of the pair of prisms 120 is not sufficient to compensate for the positive dispersion of the Pockels cell 80. In this case, a further pair of prisms can be provided or the end mirror 72 or the deflection element 86 can also be used as a Gires Tournois interferometer mirror with negative dispersion.
Im übrigen funktioniert das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 in gleicher Weise wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß hinsichtlich dessen Funktion ebenfalls vollinhaltlich auf das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 Bezug genommen wird. Otherwise, the second exemplary embodiment according to FIG. 2 functions in the same way as the first exemplary embodiment, so that with regard to its function, reference is also made in full to the first exemplary embodiment according to FIG. 1.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Lasersystem zur Erzeugung von Laserpulsen (70) umfassend einen Seed-Laser (10) und einen regenerativen Verstärker (100), in welchem ein aus einem Seed-Laserpuls (20) des Seed-Lasers (10) erzeugter Verstärker-Laserpuls (60) durch mehrfache Umläufe verstärkbar ist, wobei der regenerative Verstärker (100) einen Resonator (50) und ein im Resonator (50) angeordnetes steuerbares Kopplungs-Element (80) sowie eine im Resonator (50) angeordnete Festkörperscheibe (76) mit laseraktivem Medium umfaßt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erzeugung von ausgekoppelten Laserpulsen (70) im Bereich von weniger als fünf Pikosekunden in dem Resonator (50) mindestens ein von dem mehrfach umlaufenden Verstärker-Laserpuls (60) bei jedem Umlauf durchsetztes Dispersionskompensationselement (72, 86, 98, 120) mit negativer Dispersion vorgesehen ist, welches einer Pulsdauervergrößerung durch positive Dispersion von Komponenten (80) des regenerativen Verstärkers (100) entgegenwirkt.Laser system for generating laser pulses (70) comprising a seed laser (10) and a regenerative amplifier (100), in which an amplifier laser pulse (60) generated from a seed laser pulse (20) of the seed laser (10) multiple revolutions can be amplified, the regenerative amplifier (100) comprising a resonator (50) and a controllable coupling element (80) arranged in the resonator (50) and a solid-state disk (76) with laser-active medium arranged in the resonator (50), characterized in that that in order to generate outcoupled laser pulses (70) in the region of less than five picoseconds in the resonator (50), at least one dispersion compensation element (72, 86, 98, 120) penetrated by the multiply circulating amplifier laser pulse (60) during each revolution Negative dispersion is provided, which counteracts a pulse duration increase by positive dispersion of components (80) of the regenerative amplifier (100).
Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ausgekoppelte Laserpulse (70) im Subpikosekundenbereich erzeugt. Laser system according to Claim 1, characterized in that it generates outcoupled laser pulses (70) in the sub-picosecond range.
3. Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensationselement (72, 86, 98, 120) bei jedem Umlauf des Verstärker-Laserpulses (60) im Resonator (50) eine positive Dispersion von optischen Resonatorkomponenten (80) im wesentlichen kompensiert.3. Laser system according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one dispersion compensation element (72, 86, 98, 120) with each revolution of the amplifier laser pulse (60) in the resonator (50) a positive dispersion of optical resonator components (80) essentially compensated.
4. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensations- element (72, 86, 98, 120) eine positive Dispersion des steuerbaren Kopplungs-Elementes (80) im wesentlichen kompensiert.4. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one dispersion compensation element (72, 86, 98, 120) substantially compensates for a positive dispersion of the controllable coupling element (80).
5. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensations- element (72, 86, 98) ein Interferometer umfasst.5. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one dispersion compensation element (72, 86, 98) comprises an interferometer.
6. Lasersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensationselement (72, 86, 98) ein Gires Tournois-Interferometer ist.6. Laser system according to claim 4, characterized in that the at least one dispersion compensation element (72, 86, 98) is a Gires Tournois interferometer.
7. Lasersystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensationselement (72, 86, 98) in Reflexion arbeitet.7. Laser system according to claim 4 or 5, characterized in that the at least one dispersion compensation element (72, 86, 98) works in reflection.
8. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensations- element (120) ein Prismenpaar ist. 8. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one dispersion compensation element (120) is a pair of prisms.
9. Lasersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismenpaar (120) aus Brewsterprismen gebildet ist.9. Laser system according to claim 8, characterized in that the pair of prisms (120) is formed from Brewster prisms.
10. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionskompensationselemente (72, 86, 98, 120) an mehreren Stellen des Strahlverlaufs im Resonator angeordnet sind.10. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the dispersion compensation elements (72, 86, 98, 120) are arranged at several points in the beam path in the resonator.
11. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasersystem im wesentlichen frei von vor dem Resonator (50) angeordneten zur Pulsdauervergrößerung vorgesehenen Elementen mit positiver Dispersion ist.11. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the laser system is substantially free from elements arranged in front of the resonator (50) for increasing the pulse duration with positive dispersion.
12. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Kopplungs-Element eine Pockelszelle (80) ist.12. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the controllable coupling element is a Pockels cell (80).
13. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Seed-Laser (10) folgend ein optischer Isolator (12) vorgesehen ist.13. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that an optical isolator (12) is provided following the seed laser (10).
14. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Seed-Laser (10) und dem regenerativen Verstärker (100) eine Modenanpassungseinheit (40) angeordnet ist. 14. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that a mode matching unit (40) is arranged between the seed laser (10) and the regenerative amplifier (100).
15. Lasersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Modenanpassungseinheit (40) als Teleskop ausgebildet ist.15. Laser system according to claim 13, characterized in that the mode adaptation unit (40) is designed as a telescope.
16. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Seed-Laser (10) und dem regenerativen Verstärker (100) ein Pulsseparator (52) vorgesehen ist.16. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that a pulse separator (52) is provided between the seed laser (10) and the regenerative amplifier (100).
17. Lasersystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsseparator (52) zwischen, der Modenanpassungseinrichtung (40) und dem regenerativen Verstärker (100) angeordnet ist.17. Laser system according to claim 16, characterized in that the pulse separator (52) between, the mode matching device (40) and the regenerative amplifier (100) is arranged.
18. Lasersystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsseparator (52) ein Polarisator (54) und einen optischen Rotator (56) aufweist.18. Laser system according to claim 16 or 17, characterized in that the pulse separator (52) has a polarizer (54) and an optical rotator (56).
19. Lasersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator ein in Dünnfilmpolarisator (54) ist.19. Laser system according to claim 18, characterized in that the polarizer is a thin film polarizer (54).
20. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ein/Auskoppelelement (68) des Resonators (50) als Dünnfilmpolarisator ausgebildet ist.20. Laser amplifier system according to one of the preceding claims, characterized in that an in / out coupling element (68) of the resonator (50) is designed as a thin film polarizer.
21. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ausgekoppelte Laserpulse (70) mit einer Repetitionsrate von mehreren Kilohertz erzeugt. 21. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that this coupled-out laser pulse (70) generates with a repetition rate of several kilohertz.
22. Lasersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ausgekoppelte Laserpulse (70) mit einer Repetitionsrate von mehr als fünf Kilohertz erzeugt.22. Laser system according to claim 21, characterized in that this coupled-out laser pulse (70) generates with a repetition rate of more than five kilohertz.
23. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auskoppelelement (80) derart durch eine Ansteuerung (82) ansteuerbar ist, daß die Verstärkerlaserpulse (60) erst nach mindestens zwanzig Umläufen aus dem Resonator (50) ausgekoppelt werden.23. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that the decoupling element (80) can be controlled by a control (82) in such a way that the amplifier laser pulses (60) are only coupled out of the resonator (50) after at least twenty revolutions.
24. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als laseraktives Medium für die Festkörperscheibe (76) Materialien vorgesehen sind, die bei einer maximalen Dicke der Festkörperscheibe (76) von 0,5 mm eine Verstärkung von mindestens 5% pro zweifachem Durchgang durch die Festkörperscheibe (76) aufweisen und deren optische Bandbreite die Erzeugung von Verstärkerlaserpulsen (60) kürzer als zehn Pikosekunden erlaubt.24. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that materials are provided as the laser-active medium for the solid-state disk (76), which has a gain of at least 5% per double pass at a maximum thickness of the solid-state disk (76) of 0.5 mm have through the solid-state disk (76) and whose optical bandwidth allows the generation of amplifier laser pulses (60) shorter than ten picoseconds.
25. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im laseraktiven Medium die maximale Energiedichte pro Verstärkerlaserpuis (60) kleiner als einhundert Millijoule pro Quadratzentimeter ist. 25. Laser system according to one of the preceding claims, characterized in that in the laser-active medium the maximum energy density per amplifier laser puis (60) is less than one hundred millijoules per square centimeter.
PCT/EP2004/000672 2003-01-30 2004-01-27 Laser system WO2004068651A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2003104399 DE10304399A1 (en) 2003-01-30 2003-01-30 laser system
DE10304399.3 2003-01-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2004068651A2 true WO2004068651A2 (en) 2004-08-12
WO2004068651A3 WO2004068651A3 (en) 2004-12-29

Family

ID=32730720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/000672 WO2004068651A2 (en) 2003-01-30 2004-01-27 Laser system

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10304399A1 (en)
WO (1) WO2004068651A2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7394591B2 (en) 2000-05-23 2008-07-01 Imra America, Inc. Utilization of Yb: and Nd: mode-locked oscillators in solid-state short pulse laser systems
US7630416B2 (en) * 2005-11-03 2009-12-08 Gwangju Institute Of Science And Technology High-repetition-rate femtosecond regenerative amplification system
US20110206072A1 (en) * 2010-02-24 2011-08-25 Michael Karavitis High Power Femtosecond Laser with Repetition Rate Adjustable According to Scanning Speed
WO2011106498A2 (en) 2010-02-24 2011-09-01 Alcon Lensx, Inc. High power femtosecond laser with adjustable repetition rate
CN103022886A (en) * 2013-01-05 2013-04-03 北京工业大学 All-solid-state picosecond laser amplifier

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3675154A (en) * 1970-10-01 1972-07-04 Bell Telephone Labor Inc Dispersion compensation in lasers
US5553093A (en) * 1994-05-09 1996-09-03 Massachusetts Institute Of Technology Dispersion-compensated laser using prismatic end elements
US6363090B1 (en) * 1998-02-25 2002-03-26 Dentek-Lasersystems Produktions Ges.M.B.H Laser system for producing ultra-short light pulses
DE10063976A1 (en) * 2000-12-21 2002-07-04 Lzh Laserzentrum Hannover Ev Resonator has pulse lengthening arrangement formed by at least one mirror with group speed dispersion selected to give time extension of laser pulses required to reduce peak power

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5912915A (en) * 1997-05-19 1999-06-15 Coherent, Inc. Ultrafast laser with multiply-folded resonant cavity
DE60034589T2 (en) * 1999-12-08 2007-12-27 Time-Bandwidth Products Ag MODENGE-LINKED THIN DISK LASER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3675154A (en) * 1970-10-01 1972-07-04 Bell Telephone Labor Inc Dispersion compensation in lasers
US5553093A (en) * 1994-05-09 1996-09-03 Massachusetts Institute Of Technology Dispersion-compensated laser using prismatic end elements
US6363090B1 (en) * 1998-02-25 2002-03-26 Dentek-Lasersystems Produktions Ges.M.B.H Laser system for producing ultra-short light pulses
DE10063976A1 (en) * 2000-12-21 2002-07-04 Lzh Laserzentrum Hannover Ev Resonator has pulse lengthening arrangement formed by at least one mirror with group speed dispersion selected to give time extension of laser pulses required to reduce peak power

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7394591B2 (en) 2000-05-23 2008-07-01 Imra America, Inc. Utilization of Yb: and Nd: mode-locked oscillators in solid-state short pulse laser systems
US7929203B2 (en) 2000-05-23 2011-04-19 Imra America, Inc. Utilization of Yb: and Nd: mode-locked oscillators in solid-state short pulse laser systems
US8773754B2 (en) 2000-05-23 2014-07-08 Imra America, Inc. Utilization of Yb: and Nd: mode-locked oscillators in solid-state short pulse laser systems
US7630416B2 (en) * 2005-11-03 2009-12-08 Gwangju Institute Of Science And Technology High-repetition-rate femtosecond regenerative amplification system
JP2013520846A (en) * 2010-02-24 2013-06-06 アルコン レンゼックス, インコーポレーテッド High power femtosecond laser with adjustable repetition rate
EP2539976A2 (en) * 2010-02-24 2013-01-02 Alcon LenSx, Inc. High power femtosecond laser with adjustable repetition rate
JP2013520848A (en) * 2010-02-24 2013-06-06 アルコン レンゼックス, インコーポレーテッド High power femtosecond laser with adjustable repetition rate according to scanning speed
WO2011106498A2 (en) 2010-02-24 2011-09-01 Alcon Lensx, Inc. High power femtosecond laser with adjustable repetition rate
EP2539976A4 (en) * 2010-02-24 2013-10-09 Alcon Lensx Inc High power femtosecond laser with adjustable repetition rate
US20110206072A1 (en) * 2010-02-24 2011-08-25 Michael Karavitis High Power Femtosecond Laser with Repetition Rate Adjustable According to Scanning Speed
US8953651B2 (en) * 2010-02-24 2015-02-10 Alcon Lensx, Inc. High power femtosecond laser with repetition rate adjustable according to scanning speed
US20150117480A1 (en) * 2010-02-24 2015-04-30 Alcon Lensx, Inc. High Power Femtosecond Laser With Variable Repetition Rate
US9054479B2 (en) 2010-02-24 2015-06-09 Alcon Lensx, Inc. High power femtosecond laser with adjustable repetition rate
US9325148B2 (en) * 2010-02-24 2016-04-26 Alcon Lensx, Inc. High power femtosecond laser with variable repetition rate
JP2016157984A (en) * 2010-02-24 2016-09-01 アルコン レンゼックス, インコーポレーテッド High power femtosecond laser with adjustable repetition rate
CN103022886A (en) * 2013-01-05 2013-04-03 北京工业大学 All-solid-state picosecond laser amplifier

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004068651A3 (en) 2004-12-29
DE10304399A1 (en) 2004-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1181753B1 (en) Passively mode-coupled femtosecond laser
DE60002165T2 (en) SOLID BODY LASER WITH PASSIVE FASHION COUPLING AND HIGH PULSE REPEAT FREQUENCY
EP2147488B1 (en) Tunable laser
EP1683242B1 (en) Short pulse laser device
EP3694062B1 (en) Passively q-switched solid state laser
DE2020104C3 (en) Amplifier chain stage for laser light pulses
WO2004068651A2 (en) Laser system
EP2559117A2 (en) Laser system with nonlinear compression
WO2011131332A1 (en) Parametric oscillator and method for generating ultra-short pulses
WO2004068657A1 (en) Regenerative amplifier having a resonator-internal dispersion compensation and seed impulse without positive dispersion
DE102006056334B4 (en) Fiber laser assembly with regenerative pulse amplification and method
EP1532717A2 (en) Arrangement and method for generating ultrashort laser pulses
DE102008006661B3 (en) Laser arrangement with phase-conjugate mirror
EP1775806B1 (en) Method for the production of temporal rectangular ultra-short pulses
EP2803121A1 (en) Non-regenerative optical amplifier
EP2583363A1 (en) Laser system having spectral filtration
DE102005059501A1 (en) A multi-pulse light emitting device and method for generating a pulse train of laser light multiple pulses
EP3381244B1 (en) Driver laser arrangement, euv radiation generating device and method for amplifying laser pulses
WO2024056390A1 (en) Short solid-state laser
WO2020118324A1 (en) Q-switched solid-state laser
EP2246944A1 (en) Laser amplifier and method of laser amplification
DE102010037990A1 (en) Laser device for emitting pulsed laser radiation in e.g. UV spectral region in e.g. imaging system, has lasers for emitting laser radiations, where wavelength of radiation of one of lasers is shorter than that of radiation of other laser

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase