WO2004068657A1 - Regenerativer verstärker mit resonatorinterner dispersionskompensation ind seed-impuls ohne positiver dispersion - Google Patents

Regenerativer verstärker mit resonatorinterner dispersionskompensation ind seed-impuls ohne positiver dispersion Download PDF

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WO2004068657A1
WO2004068657A1 PCT/EP2004/000673 EP2004000673W WO2004068657A1 WO 2004068657 A1 WO2004068657 A1 WO 2004068657A1 EP 2004000673 W EP2004000673 W EP 2004000673W WO 2004068657 A1 WO2004068657 A1 WO 2004068657A1
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pulse
dispersion
laser system
amplifier
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PCT/EP2004/000673
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Angelika Beyertt
Adolf Giesen
Detlef Nickel
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Forschungsgesellschaft Für Strahlwerkzeuge-Fgsw -Mbh
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Definitions

  • the invention relates to a laser system for generating output laser pulses, comprising a seed laser for generating a seed laser pulse, from which a coupling laser pulse can be generated, which into a resonator and a controllable coupling element arranged therein and a solid-state disk with a laser-active medium having regenerative amplifiers can be coupled in via a coupling element and can be amplified in the regenerative amplifier as an amplifier laser pulse by means of multiple cycles until the amplifier laser pulse can be coupled out of the regenerative amplifier as a decoupling laser pulse.
  • the coupling laser pulse is increased in terms of pulse duration by elements with positive dispersion compared to the seed laser pulse, in order to reduce the power density per amplifier laser pulse in the regenerative amplifier, so that no damage to the individual components of the regenerative amplifier occurs when the amplifier laser pulse is amplified.
  • the invention is therefore based on the object of improving a laser system of the generic type in such a way that output laser pulses with short pulse durations can be achieved with as little effort as possible.
  • the coupling laser pulse relative to the seed laser pulse is essentially free of a pulse duration increase caused by positive dispersion and in that in the laser-active medium the maximum energy density per amplifier laser pulse is less than one joule per square centimeter.
  • the pulse duration of the seed laser pulse after passing through components that are usually used and are not specifically designed for pulse duration enlargement are taken as a basis.
  • the advantage of the solution according to the invention can be seen in the fact that by avoiding a pulse duration increase caused by positive dispersion before coupling the coupling laser pulse into the regenerative amplifier and by reducing the energy density in the regenerative amplifier it is possible to obtain coupling laser pulses whose pulse duration increase is far less than that according to the prior art, so that even when such a coupling laser pulse is compressed, the expenditure on equipment and the energy losses are lower than in the known solutions.
  • An even more advantageous embodiment in which damage to optical elements in the regenerative amplifier can be avoided provides that the maximum energy density per amplifier laser pulse is less than one hundred millijoules.
  • such low maximum energy densities can be achieved with a pulse duration of the coupling laser pulse of less than one hundred picoseconds, so that an optically disadvantageous broadening of the pulse duration to larger values is not necessary.
  • the pulse duration of the coupling laser pulse is less than fifty picoseconds.
  • a particularly favorable solution provides that at least one dispersion element with negative dispersion is provided to form the coupling laser pulse, which widens the coupling laser pulse compared to the seed laser pulse due to its negative dispersion with regard to its pulse duration.
  • the at least one dispersion element has such a large negative dispersion that the outcoupling laser pulse is increased by a maximum of a factor of five as compared to the seed laser pulse, that is to say that all the effects of positive dispersion are regenerative Due to the preceding negative dispersion, amplifiers only have the effect of increasing the pulse duration by a factor of five, which in some embodiments as such can be tolerated without additional measures and in other embodiments in which such a pulse duration increase cannot be tolerated, measures for further compensation which are not very expensive require this increase in pulse duration.
  • a particularly advantageous solution provides that the at least one dispersion element for forming the coupling laser pulse has such a large negative Dispersion has that during the number of revolutions of the amplifier laser pulse in the regenerative amplifier essentially compensates for pulse duration increases caused by the positive dispersion of the coupling element, so that the effects of a component of the regenerative amplifier leading to pulse duration increases in the output laser pulse can be largely compensated.
  • the at least one dispersion element for forming the coupling laser pulse has such a large negative dispersion that it essentially compensates for pulse duration increases caused by positive dispersion during the number of revolutions of the amplifier laser pulse in the regenerative amplifier.
  • An advantageous solution provides that the at least one dispersion element is arranged between an optical isolator and the regenerative amplifier.
  • the at least one dispersion element is arranged between the regenerative amplifier and a mode adaptation unit.
  • a further advantageous solution provides that the at least one dispersion element is arranged following a pulse selector, so that the dispersion element is only penetrated by the laser pulses selected by the pulse selector.
  • the at least one dispersion element with negative dispersion for shaping the coupling laser pulse so that this is also passed through by the coupling laser pulse and thus twice, namely once by shaping the coupling laser pulse from the seed laser pulse and another time by shaping the output laser pulse from the Coupling laser pulse takes effect.
  • a particularly favorable solution provides that the dispersion element is arranged in front of a pulse separator which separates the coupling laser pulse from the coupling laser pulse, so that the coupling laser pulse no longer penetrates the dispersion element to form the coupling laser pulse.
  • the outcoupling laser pulse has a pulse duration increase of a maximum of one hundred compared to the seed laser pulse, so that the measures required for compressing the outcoupling laser pulse are far easier to implement than in the prior art, in which pulse duration enlargements are usually used by a factor of a thousand compared to the seed laser pulse. For this reason it is provided in this solution, for example, that the outcoupling laser pulse is shortened by at least one dispersion element with negative dispersion arranged downstream of the regenerative amplifier.
  • the pulse duration is shortened by a maximum of one hundred.
  • the at least one dispersion element used to form the coupling laser pulse and / or to form the output laser pulse, no further details have so far been given.
  • An advantageous solution provides that the at least one dispersion element comprises at least one pair of gratings.
  • the at least one dispersion element comprises a pair of prisms.
  • the pair of prisms preferably comprises Brewster prisms. Particularly favorable optical and amplification ratios can be achieved in the solution according to the invention if the coupling laser pulse and / or the coupling laser pulse do not have excessively long pulse durations.
  • the coupling laser pulse has a pulse duration of less than twenty picoseconds.
  • the pulse duration of the coupling laser pulse is less than ten picoseconds.
  • the outcoupling laser pulse has a pulse duration of less than twenty picoseconds.
  • the outcoupling laser pulse has a pulse duration of less than ten picoseconds.
  • At least one of the multiple revolving laser pulses in the resonator with each circulation penetrated dispersion compensation element is provided with negative dispersion, which counteracts a pulse-width-widening positive dispersion of components of the regenerative amplifier.
  • this dispersion compensation element at least partially compensates for a positive dispersion of optical resonator components with each revolution of the amplifier laser pulse in the resonator.
  • the at least one dispersion compensation element at least partially compensates for a positive dispersion of the controllable coupling element.
  • 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.
  • the pair of prisms is preferably formed from Brewster prisms which have particularly low optical losses.
  • the dispersion compensation elements are arranged at several points in the radiation course in the resonator. This has the advantage that in the production of the dispersion compensation elements, their negative dispersion does not have to be exactly matched to the positive dispersion occurring in the resonator, but rather a coordination by using several dispersion compensation elements with either identical or different negative dispersion in coordination with the positive one Dispersion of the other resonator components is achievable.
  • 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 can be realized in the resonator, which allow the laser system to be essentially free of positive elements arranged in front of the resonator for the purpose of increasing the pulse duration Dispersion is 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 advantageously 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 matching device and experiences a change in it.
  • the optical isolator is preferably provided between the mode matching device and the seed laser, which provides additional protection for the seed laser against any retroactive laser pulses.
  • 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, better still after at least fifty revolutions, and even better after more than one hundred revolutions ,
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of the laser system according to the invention in plan view.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of the laser system according to the invention similar to Fig. 1 and
  • Fig. 3 is a schematic representation of a third embodiment of a laser system according to the invention.
  • 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
  • a 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 embodied as a telescope with, for example, telescope mirrors 42a, 42b, with which an adaptation to a mode of a resonator 50 described in detail below takes place ,
  • the seed laser pulse 20 passes through a first dispersion element 44, which is designed as a pair of gratings with two gratings 46a, b which have a negative dispersion, twice by back reflection on a reflector 47.
  • the dispersion element 44 Due to the negative dispersion from the seed laser pulse 20 by increasing the pulse duration, which can be a multiple of the pulse duration of the seed laser pulse 20, the dispersion element 44 forms a coupling laser pulse 48, which enters the pulse separator 52 after the dispersion element 44.
  • the coupling laser pulse 48 generated by the dispersion element 44 preferably has a pulse duration of less than twenty picoseconds, more preferably less than ten picoseconds.
  • the pulse separator 52 comprises a thin-film polarizer 54, a Faraday rotator 56, which serve to later separate the coupling-in laser pulse 48 in the coupling-in laser pulse 48 from a coupling-out laser pulse 70 that is coupled out of the resonator 50, as described in detail below.
  • a ⁇ / 2 plate 58 is provided for polarization rotation.
  • the coupling laser pulse 48 is coupled into the resonator 50 via an adjusting unit 66, comprising, for example, two mirrors 62 and 64, namely through the passage of a thin-film polarizer 68 belonging to the resonator 50, via which the coupling laser pulse 48 is coupled into the resonator 50 takes place, the coupling laser pulse 48 as an amplifier laser pulse 60 revolves several times in the resonator 50 and is thereby amplified until the amplifier laser pulse 60 is coupled out as a coupling 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 receives.
  • the Pockels cell 80 is further combined with a so-called ⁇ / 4 plate 84.
  • a coupling laser pulse 48 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 ⁇ / 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.
  • 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 does not pass again as a decoupled laser pulse 70 in the direction of the pulse separator 52, but reflects to a deflecting mirror 86, reflects from this to a deflecting mirror 88 and then passes through, 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 hits the laser-active medium 76, which. is in turn provided on the back with a reflector 92, which redirects the amplifier laser pulse 60 again to a deflection mirror 94 to a deflection mirror 96 and this in turn to a deflection mirror 98, from which the amplifier laser pulse 60 then strikes the second end mirror 74 and is reflected back by it.
  • the amplifier laser pulse 60 was amplified twice by the laser-active medium 76 due to the action of the reflector 92 before it reached the second end mirror 74. 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 ⁇ / 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, acts overall as a regenerative amplifier 100 for amplifying the incoming coupling laser pulse 48.
  • the Pockels cell 80 is now controlled by the control unit 82 such that the coupling laser pulse 48 originally coupled in as the amplifier laser pulse 60 passes through the resonator 50 more than approximately 100 times, even better more than approximately 150 times and more, and is thereby amplified.
  • the negative dispersion of the dispersion element 44 is partially compensated for and thus also partially compressed with the Pulse duration increase of the dispersion element 44 afflicted amplifier laser pulse 60, which lasts as a whole until the amplifier laser pulse 60 is finally decoupled as decoupling laser pulse 70. It is thus possible to choose the negative dispersion of the dispersion element 44 so large that the increase in the pulse duration caused by this cancels out exactly with the increase in the pulse duration caused by the positive dispersion of the elements of the resonator 50.
  • the negative dispersion of the dispersion element 44 is less than the positive dispersion acting on the amplifier laser pulse 60 in the total number of revolutions in the resonator 50, there is the possibility of additionally providing dispersion compensation elements which are penetrated by the rotating amplifier laser pulse 60 directly in the resonator 50 have a positive dispersion of the individual elements of the resonator 50, in particular a dispersion of the Pockels cell 80, compensating negative dispersion.
  • 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 with the dispersion element 44 allow compensation of the positive dispersion essentially produced by the Pockels cell 80.
  • 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 Pockels cell 80 is actuated accordingly via the coupling-in / coupling-out element 68, and the amplifier laser pulse 60 is coupled out in the form of the coupling-out laser pulse 70, which then passes through the adjusting device 66 and the pulse separator 52 and is reflected by the thin-film polarizer 54 thereof and then strikes a substrate 110 as an output laser pulse 108, 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 coupled-out 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 similar materials, such as, for example, Yb.KGW or Yb.YAG or Yb-doped sesquioxide, for example lutetium oxide, or else semiconductor materials, can also be used.
  • 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 60 in the regenerative amplifier 100 is advantageously less than one hundred millijoules per square centimeter, more preferably less than fifty millijoules per square centimeter.
  • the resonator 50 preferably operates in TEMoo mode and the mode adaptation device 40 is set in such a way that it converts a radiation field of the seed laser pulse 20 to a radiation field corresponding to the TEM 00 mode of the resonator 50.
  • 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.
  • the coupling laser pulse 48 has essentially the same pulse duration as the seed laser pulse 20 after the pulse selector 32.
  • the positive dispersion of the individual elements of the resonator 50 is either not compensated or only partially compensated for by the additional dispersion compensation elements 72, 86 and 98, so that the output laser pulse 70 has a pulse duration increase caused by the positive dispersion, which however does not exceed a factor of 100 of the pulse duration of the Seed laser pulse 20 corresponds.
  • the pulse duration of the coupling laser pulse 70 which is increased by the elements of the resonator is less than twenty picoseconds, it is even better if the pulse duration is less than ten picoseconds.
  • a dispersion element 120 following the pulse separator 75 which is designed, for example, as a pair of gratings and has two gratings 122a, 122b, which the outcoupling laser pulse 70 guided to a reflector 124 passes through twice before it is applied to the substrate 110 Output laser pulse 108 hits for material processing.
  • the increase in the pulse duration of the output laser pulse 70 can be compensated for to such an extent that the desired short pulse duration, preferably one pulse duration of less than five picoseconds, better still has a pulse duration in the sub-picosecond range, which in the optimal case is in the order of magnitude of the pulse duration of the seed laser pulse 20.
  • the pulse duration shortening caused by the dispersion element 120 is at most a factor of one hundred, preferably less, more preferably less than a factor of fifty.
  • the second exemplary embodiment of the laser system according to the invention operates in the same way as the first exemplary embodiment, so that the description of the contents of the first exemplary embodiment can be referred to in full in terms of its description.
  • both the dispersion element 44 and the dispersion element 120 are present, both of which, because of their negative dispersion, help to compensate for the positive dispersion, with the dispersion compensation elements 72 also possibly being present in the resonator 50 , 86 and 98 can be effective.
  • the dispersion element 120 is designed as a pair of gratings, but the dispersion element 44 'is in the form of a pair of prisms, in particular a pair of Brewster prisms 46'a, 46'b, which do not have a very large negative dispersion, the negative dispersion of the interacting dispersion elements 44 'and 120 may not be sufficient.
  • a pair of prisms 130 comprising two prisms 132 and 134 is therefore provided as the dispersion compensation element in the regenerative amplifier 100, the pair of prisms 130 preferably being arranged between the deflecting mirror 94 and the end mirror 74.
  • the pair of prisms 130 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 at least partially compensated for every revolution, so that it is not necessary to include the first end mirror 72 and the deflection element 86 to train as dispersion compensation elements. Rather, they can be designed as conventional optical components.
  • the pair of prisms 130 to cause the negative dispersion acting on the amplifier laser pulse 60. Adjust the variation of the optical path length by the pair of prisms 130 and thus also set the pulse duration of the coupling-out laser pulse 70 within limits.
  • the third embodiment is designed in the same way as the first and the second embodiment, so that with respect to the Identical reference numerals provided full reference to the description of the first and second embodiments.

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Abstract

Um ein Lasersystem (100) zur Erzeugung von Ausgangslaserpulsen (70), umfassend einen Seed-Laser (10) zur Erzeugung eines Seed-­Laserpulses (20), aus welchem ein Einkoppellaserpuls (48) erzeugbar ist, der in einen einen Resonator (50) und ein in diesem angeordnetes steuerbares Kopplungselement (80) sowie eine Festkörperscheibe (76) als laseraktives Medium aufweisenden regenerativen Verstärker über ein Einkoppelelement (68) einkoppelbar ist und in dem regenerativen Verstärker als Verstärkerlaserpuls durch mehrfache Umläufe so lange verstärkbar ist, bis der Verstärkerlaserpuls als Auskoppellaserpuls (70) aus dem regenerativen Verstärker auskoppelbar ist, derart zu verbessern, dass Ausgangslaserpulse mit kurzen Pulsdauern mit möglichst wenig Aufwand erreichbar sind, wird vorgeschlagen, dass zur Erzeugung von Ausgangslaserpulsen im Bereich von weniger als fünf Pikosekunden der Einkoppellaserpuls (48) relativ zum Seed-Laserpuls (20) im wesentlichen frei von einer durch positive Dispersion bewirkten Pulsdauervergrösserung ist und dass in dem laseraktiven Medium (76) die maximale Energiedichte pro Verstärkerlaserpuls kleiner als ein Joule pro Quadratzentimeter ist.

Description

REGENERATIVER VERSTÄRKER MIT RESONATORINTERNER DISPERSIONSKOMPENSATION UND SEED- MPULS OHNE POSITIVER DISPERSION
Die Erfindung betrifft ein Lasersystem zur Erzeugung von Ausgangslaserpulsen, umfassend einen Seed-Laser zur Erzeugung eines Seed-Laserpulses, aus welchem ein Einkoppellaserpuls erzeugbar ist, der in einen einen Resonator und ein in diesem angeordnetes steuerbares Kopplungselement sowie eine Festkörperscheibe mit laseraktivem Medium aufweisenden regenerativen Verstärker über ein Einkoppelelement einkoppelbar ist und in dem regenerativen Verstärker als Verstarkerlaserpuls durch mehrfache Umläufe so lange verstärkbar ist, bis der Verstarkerlaserpuls als Auskoppellaserpuls aus dem regenerativen Verstärker auskoppelbar ist.
Bei derartigen bekannten Lasersystemen wird der Einkoppellaserpuls bereits durch Elemente mit positiver Dispersion gegenüber dem Seed-Laserpuls puls- dauervergrößert, um in dem regenerativen Verstärker die Leistungsdichte pro Verstarkerlaserpuls zu reduzieren, so daß keine Beschädigung der einzelnen Komponenten des regenerativen Verstärkers beim Verstärken des Verstärkerlaserpulses auftritt.
Zu dieser Pulsdauervergrößerung addieren sich weitere Pulsdauervergrößerungen aufgrund von Elementen positiver Dispersion im regenerativen Verstärker, so daß insgesamt der Auskoppellaserpuls noch eine größere Pulsdauervergrößerung als der Einkoppellaserpuls aufweist, die schließlich zur Bildung eines Auskoppellaserpulses "mit der gewünschten Pulsdauer durch Komprimieren mittels Elementen mit großer negativer Dispersion reduziert werden muß. Eine derartige Vorgehensweise ist nicht nur von der Art der eingesetzten Komponenten aufwendig, sondern hat auch den Nachteil, daß bei der sehr starken Komprimierung des Auskoppellaserpulses zur Formung des Ausgangslaserpulses hohe Energieverluste auftreten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lasersystem der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß Ausgangslaserpulse mit kurzen Pulsdauern mit möglichst wenig Aufwand erreichbar sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Lasersystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzeugung von Ausgangslaserpulsen im Bereich von weniger als fünf Pikosekunden der Einkoppellaserpuls relativ zum Seed-Laserpuls im wesentlichen frei von einer durch positive Dispersion bewirkten Pulsdauervergrößerung ist und daß in dem laseraktiven Medium die maximale Energiedichte pro Verstarkerlaserpuls kleiner als ein Joule pro Quadratzentimeter ist.
Insbesondere wird bei dem Betrachten der Pulsdauervergrößerung die Pulsdauer des Seed-Laserpulses nach Durchlaufen von üblicherweise verwendeten, nicht speziell auf Pulsdauervergrößerung ausgelegten Komponenten zugrunde gelegt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß durch das Vermeiden einer durch positive Dispersion bewirkten Pulsdauervergrößerung vor dem Einkoppeln des Einkoppellaserpulses in den regenerativen Verstärker und durch das Reduzieren der Energiedichte in dem regenerativen Verstärker die Möglichkeit besteht, Auskoppellaserpulse zu erhalten, deren Pulsdauervergrößerung weitaus geringer ist als die gemäß dem Stand der Technik, so daß selbst bei Kompression eines derartigen Auskoppellaserpulses der apparative Aufwand und die Energieverluste geringer sind als bei den bekannten Lösungen.
Eine noch vorteilhaftere Ausführungsform, bei der eine Beschädigung optischer Elemente im regenerativen Verstärker vermieden werden kann, sieht vor, daß die maximale Energiedichte pro Verstarkerlaserpuls kleiner als einhundert Millijoule ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung lassen sich derart geringe maximale Energiedichten bei einer Pulsdauer des Einkoppellaserpulses von weniger als einhundert Pikosekunden erreichen, so daß eine optisch nachteilige Pulsdauerverbreiterung auf größere Werte nicht notwendig ist.
Noch günstiger ist es für die optischen Randbedingungen, wenn die Pulsdauer des Einkoppellaserpulses weniger als fünfzig Pikosekunden beträgt.
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß zur Bildung des Einkoppellaserpulses mindestens ein Dispersionselement mit negativer Dispersion vorgesehen ist, welches den Einkoppellaserpuls gegenüber dem Seed-Laserpuls durch seine negative Dispersion hinsichtlich seiner Pulsdauer verbreitert.
Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, daß die durch das Dispersionselement mit negativer Dispersion bewirkte Pulsdauervergrößerung wieder in dem regenerativen Verstärker dadurch kompensiert wird, daß der Verstarkerlaserpuls ständig Elemente des regenerativen Verstärkers mit positiver Dispersion durchläuft, so daß sich dann insgesamt im Auskoppellaserpuls eine Pulsdauervergrößerung aufgrund positiver Dispersion ergibt, die um die Auswirkungen des vor dem regenerativen Verstärker angeordneten Dispersionselements mit negativer Dispersion geringer ist.
Ferner ist der Vorteil dieser Lösung darin zu sehen, daß sämtliche Energieverluste, die durch das Dispersionselement mit negativer Dispersion zur Bildung des Einkoppellaserpulses entstehen, unproblematisch sind, da diese Leistungsverluste vor der Verstärkung in dem regenerativen Verstärker auftreten und somit problemlos durch eine Vergrößerung der Verstärkung kompensiert werden können.
Besonders günstig ist es bei dieser Lösung, wenn das mindestens eine Dispersionselement eine derart große negative Dispersion aufweist, daß der Aus- koppellaserpuls gegenüber dem Seed-Laserpuls maximal um einen Faktor fünf pulsdauervergrößert ist, das heißt, daß sich sämtliche Effekte von positiver Dispersion im regenerativen Verstärker aufgrund der vorausgehenden negativen Dispersion nur im Sinne einer Pulsdauervergrößerung um einen Faktor fünf auswirken, die bei einigen Ausführungsformen als solche ohne zusätzliche Maßnahmen tolerierbar ist und bei anderen Ausführungsformen, bei denen eine derartige Pulsdauervergrößerung nicht toleriert werden kann, nur wenig aufwendige Maßnahmen zur weiteren Kompensation dieser Pulsdauervergrößerung erfordern.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, daß das mindestens eine Dispersionselement zur Bildung des Einkoppellaserpulses eine derart große negative Dispersion aufweist, daß dieses während der Anzahl der Umläufe des Verstärkerlaserpulses im regenerativen Verstärker durch die positive Dispersion des Kopplungselements bedingte Pulsdauervergrößerungen im wesentlichen kompensiert, so daß die Auswirkungen einer wesentlich zu Pulsdauervergrößerungen im Auskoppellaserpuls führenden Komponente des regenerativen Verstärkers weitgehend kompensiert werden können.
Noch vorteilhafter ist es, wenn das mindestens eine Dispersionselement zur Bildung des Einkoppellaserpulses eine derart große negative Dispersion aufweist, daß dieses während der Anzahl der Umläufe des Verstärkerlaserpulses in dem regenerativen Verstärker auftretende, durch positive Dispersion bedingte Pulsdauervergrößerungen im wesentlichen kompensiert.
Hinsichtlich der Anordnung des zur Bildung des Einkoppellaserpulses beitragenden und eine negative Dispersion aufweisenden Dispersionselements wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß das mindestens eine Dispersionselement zwischen einem optischen Isolator und dem regenerativen Verstärker angeordnet ist.
Noch vorteilhafter ist es, wenn das mindestens eine Dispersionselement zwischen dem regenerativen Verstärker und einer Modenanpassungseinheit angeordnet ist. Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, daß das mindestens eine Dispersionselement auf einen Pulsselektor folgend angeordnet ist, so daß das Dispersionselement nur von den vom Pulsselektor selektierten Laserpulsen durchsetzt wird.
Prinzipiell wäre es denkbar, das mindestens eine Dispersionselement mit negativer Dispersion zur Formung des Einkoppellaserpulses so anzuordnen, daß dieses auch vom Auskoppellaserpuls durchlaufen wird und somit zweifach, nämlich einmal durch Formung des Einkoppellaserpulses aus dem Seed-Laserpuls und ein andermal durch Formung des Ausgangslaserpulses aus dem Auskoppellaserpuls wirksam wird.
Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß das Dispersionselement für die Leistungen des Auskoppellaserpulses ausgelegt sein muß.
Aus diesem Grund sieht eine besonders günstige Lösung vor, daß das Dispersionselement vor einem Pulsseparator angeordnet ist, welcher den Auskoppellaserpuls von dem Einkoppellaserpuls trennt, so daß der Auskoppellaserpuls das Dispersionselement zur Bildung des Einkoppellaserpulses nicht mehr durchsetzt.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, daß der Auskoppellaserpuls gegenüber dem Seed-Laserpuls eine Pulsdauervergrößerung von maximal einem Faktor einhundert aufweist, so daß die zur Kompression des Auskoppellaserpulses erforderlichen Maßnahmen weit einfacher realisierbar sind als beim Stand der Technik, bei welchem üblicherweise Pulsdauervergrößerungen von einem Faktor tausend gegenüber dem Seed-Laserpuls vorliegen. Aus diesem Grund ist bei dieser Lösung beispielsweise vorgesehen, daß der Auskoppellaserpuls durch mindestens ein auf den regenerativen Verstärker nachfolgend angeordnetes Dispersionselement mit negativer Dispersion eine Pulsdauerverkürzung erfährt.
Eine derartige geringe Pulsdauerverkürzung ist einfach und mit geringem Aufwand realisierbar.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Pulsdauerverkürzung um maximal einen Faktor einhundert erfolgt.
Noch vorteilhafter ist diese Lösung, wenn bei dieser eine Pulsdauerverkürzung maximal um einen Faktor fünfzig, noch vorteilhafter von maximal um einen Faktor zwanzig, erfolgt.
Hinsichtlich der Ausbildung des zur Bildung des Einkoppellaserpulses und/oder zur Bildung des Ausgangslaserpulses eingesetzten mindestens einen Dispersionselements wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, daß das mindestens eine Dispersionselement mindestens ein Gitterpaar umfaßt.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, daß das mindestens eine Dispersionselement ein Prismenpaar umfaßt.
Vorzugsweise umfaßt das Prismenpaar Brewsterprismen. Besonders günstige optische und Verstärkungsverhältnisse lassen sich bei der erfindungsgemäßen Lösung dann erreichen, wenn der Einkoppellaserpuls und/oder der Auskoppellaserpuls keine all zu großen Pulsdauern aufweisen.
So ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Einkoppellaserpuls eine Pulsdauer von weniger als zwanzig Pikosekunden aufweist.
Noch besser ist es, wenn die Pulsdauer des Einkoppellaserpulses weniger als zehn Pikosekunden beträgt.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Auskoppellaserpuls eine Pulsdauer von weniger als zwanzig Pikosekunden aufweist.
Noch günstiger ist es, wenn der Auskoppellaserpuls eine Pulsdauer von weniger als zehn Pikosekunden aufweist.
Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele wurde nur darauf eingegangen, wie die Auswirkungen der positiven Dispersion von Komponenten des regenerativen Verstärkers durch Dispersionselemente vor oder nach dem regenerativen Verstärker kompensiert werden können.
Ergänzend oder alternativ zu den vorstehend beschriebenen Möglichkeiten ist bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß in dem Resonator mindestens ein von dem mehrfach umlaufenden Verstarkerlaserpuls bei jedem Umlauf durchsetztes Dispersionskompensationselement mit negativer Dispersion vorgesehen ist, welches einer pulsdauerverbreiternden positiven Dispersion von Komponenten des regenerativen Verstärkers entgegenwirkt. Mit dieser Lösung besteht die Möglichkeit, zusätzlich den Auswirkungen der positiven Dispersion auf die Verstärkerlaserpulse noch entgegenzuwirken, wobei diese Lösung den Vorteil hat, daß das mindestens eine Dispersions- kompensationselement im regenerativen Verstärker bei jedem Umlauf des Verstärkerlaserpulses durchsetzt wird und somit bei jedem Umlauf zur Kompensation der positiven Dispersion der Komponenten des regenerativen Verstärkers, die ebenfalls bei jedem Umlauf durchsetzt werden, entgegenwirkt.
Vorteilhafterweise ist dabei, wenn dieses Dispersionskompensationselement bei jedem Umlauf des Verstärkerlaserpulses im Resonator eine positive Dispersion von optischen Resonatorkomponenten zumindest teilweise kompensiert.
Besonders günstig ist es, wenn das mindestens eine Dispersionskompen- sationselement eine positive Dispersion des steuerbaren Kopplungselements zumindest teilweise kompensiert.
Hinsichtlich der Ausbildung des Dispersionskompensationselements selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So wäre es beispielsweise denkbar, als Dispersionskompensationselemente Gitterpaare zu verwenden.
Insbesondere Gitterpaare haben jedoch hohe optische Verluste. 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.
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.
Alternativ zum Vorsehen eines Interferometers als Dispersionskompensations- element ist es ebenfalls möglich, ein Prismenpaar als Dispersionskompen- sationselement einzusetzen.
Vorzugsweise ist dabei das Prismenpaar aus Brewsterprismen gebildet, welche besonders geringe optische Verluste aufweisen.
Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere bei mehreren Dispersionskom- pensationselementen auch möglich, sowohl Interferometer als auch Prismenpaare als Dispersionskompensationselemente in demselben regenerativen Verstärker einzusetzen.
Um die Dispersionskompensationselemente möglichst einfach herstellen und einsetzen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Dispersionskom- pensationselemente an mehreren Stellen des Strahlungsverlaufs im Resonator angeordnet sind. 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.
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.
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 pulsdauervergrößernde Elemente mit positiver Dispersion vorzusehen, um hohe Intensitätsmaxima zu vermeiden, welche zu Beschädigungen der optischen Komponenten führen könnten.
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.
Als steuerbares Kopplungselement wird insbesondere ein polarisationsdrehen- des Kopplungselement, vorzugsweise eine Pockelszelle vorgesehen.
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.
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.
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.
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.
Insbesondere ist der Pulsseparator so aufgebaut, daß er einen Polarisator und einen optischen Rotator aufweist.
Dabei ist der Polarisator vorzugsweise als Dünnfilmpolarisator ausgebildet.
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 Kiloherz erzeugt.
Besonders vorteilhaft ist dieses Lasersystem dann, wenn es ausgekoppelte Laserpulse mit einer Repetitionsrate von mehr als fünf Kiloherz erzeugt.
Hinsichtlich der Zahl der Umläufe der Verstärker-Laserpulse in dem Resonator wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. Das erfindungsgemäße Lasersystem ist insbesondere für all diejenigen Anwendungen geeignet, bei welchen eine hohe Zahl von Umläufen im Resonator zur Verstärkung erforderlich ist.
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.
Im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lasersystems wurde nicht auf die weitere Spezifikation des laseraktiven Mediums eingegangen.
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.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lasersystems in Draufsicht;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lasersystems ähnlich Fig. 1 und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasersystems.
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.
Vorzugsweise erfolgt die Modenkopplung durch einen sättigbaren Halbleiterabsorberspiegel.
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. 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.
Zusätzlich ist ein λ/2-Plättchen 16 zur Polarisationsdrehung vorgesehen.
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.
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.
Vorzugsweise erfolgt ein Triggern des Lasersystems mittels der Fotodiode 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 Teleskopspiegeln 42a, 42b, mit welchen eine Anpassung an einen Mode eines nachfolgend noch im einzelnen beschriebenen Resonators 50 erfolgt.
Im Anschluß an die Modenanpassungseinheit 40 durchsetzt der Seed-Laserpuls 20 ein erstes Dispersionselement 44, welches als Gitterpaar mit zwei Gittern 46a, b ausgebildet ist, die eine negative Dispersion aufweisen, zweifach durch Rückreflexion an einem Reflektor 47.
Das Dispersionselement 44 formt aufgrund der negativen Dispersion aus dem Seed-Laserpuls 20 durch Pulsdauervergrößerung, welche ein Vielfaches der Pulsdauer des Seed-Laserpulses 20 betragen kann, einen Einkoppellaserpuls 48, der nach dem Dispersionselement 44 in einen Pulsseparator 52 eintritt.
Der durch das Dispersionselement 44 erzeugte Einkoppellaserpuls 48 hat vorzugsweise eine Pulsdauer von weniger als zwanzig Pikosekunden, noch besser weniger als zehn Pikosekunden.
Der Pulsseparator 52, umfasst einen Dünnfilmpolarisator 54, einen Faraday Rotator 56, welche dazu dienen, den in den Einkoppellaserpuls 48 von einem aus dem Resonator 50 ausgekoppelten Auskoppellaserpuls 70 später zu trennen, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben.
Zusätzlich ist ein λ/2-Plättchen 58 zur Polarisationsdrehung vorgesehen. Nach Durchlaufen des Pulsseparators 52 wird der Einkoppellaserpuls 48 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 Einkoppellaserpulses 48 in den Resonator 50 erfolgt, wobei der Einkoppellaserpuls 48 als Verstärker-Laserpuls 60 in dem Resonator 50 mehrfach umläuft und dabei so lange verstärkt wird, bis eine Auskopplung des Verstärker- Laserpulses 60 als Auskoppellaserpuls 70 aus dem Resonator 50 erfolgt.
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.
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 erhält.
Die Pockelszelle 80 ist ferner noch mit einem sogenannten λ/4-Plättchen 84 kombiniert. Ein über das Ein/Auskopplungselement 68 des Resonators 50 eingekoppelter Einkoppellaserpuls 48 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.
Somit wird der Verstärker-Laserpuls 60 am ersten Endspiegel 72 reflektiert, durchsetzt erneut die Pockelszelle 80 und das λ/4-PIättchen 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.
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.
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. 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 Einkoppellaserpulses 48.
Die Pockelszelle 80 wird nun durch die Ansteuereinheit 82 derart angesteuert, daß der ursprünglich eingekoppelte Einkoppellaserpuls 48 als Verstarkerlaserpuls 60 mehr als ungefähr 100 mal, noch besser mehr als ungefähr 150 mal und mehr, den Resonator 50 durchläuft und dabei verstärkt wird.
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 teilweise Kompensation der negativen Dispersion des Dispersionselements 44 und somit auch eine teilweise Kompression des mit der Pulsdauervergrößerung des Dispersionselements 44 behafteten Verstärker-Laserpulses 60, die insgesamt bis zum endgültigen Auskoppeln des Verstärker- Laserpulses 60 als Auskoppellaserpuls 70 andauert. Somit besteht die Möglichkeit, die negative Dispersion des Dispersionselements 44 so groß zu wählen, daß die durch diese bedingte Pulsdauervergrößerung sich genau mit der durch die positive Dispersion der Elemente des Resonators 50 bedingten Pulsdauervergrößerung aufhebt.
Ist die negative Dispersion des Dispersionselements 44 geringer als die insgesamt bei der Gesamtzahl der Umläufe im Resonator 50 auf den Verstarkerlaserpuls 60 einwirkende positive Dispersion, so besteht die Möglichkeit, zusätzlich unmittelbar im Resonator 50 von dem umlaufenden Verstärker-Laserpuls 60 durchsetzte Dispersionskompensationselemente vorzusehen, welche eine eine positive Dispersion der einzelnen Elemente des Resonators 50, insbesondere eine Dispersion des Pockelszelle 80, kompensierende negative Dispersion aufweisen. Derartige Dispersionskompensationselemente sind beispielsweise der erste Endspiegel 72, das Umlenkelement 86 und das Umlenkelement 98, welche als sogenannte Gires Tournois-Interferometerspiegel ausgebildet sind, welche zusammen mit dem Dispersionselement 44 eine Kompensation der von der Pockelszelle 80 im wesentlichen erzeugten positiven Dispersion erlauben.
Derartige Gires Tournois-Interferometerspiegel sind beispielsweise aus dem Artikel von F. Gires und P. Tournois, Comt. Rend. Acad. Sei. (Paris) 258, 6112 (1964) bekannt.
Je nach Dispersion der übrigen Komponenten des Resonators 50 besteht nun die Möglichkeit, Dispersionskompensationselemente in entsprechender Zahl und mit entsprechender negativer Dispersion vorzusehen, die es erlauben, die Dispersion des im Resonator 50 umlaufenden Verstärker-Laserpulses 60 zusätzlich bei jedem Umlauf zu kompensieren, so daß im Auskoppellaserpuls im wesentlichen die Pulsdauer des Seed-Laserpulses 20 wieder erreicht werden kann.
Nach mehrfachem Durchlauf des Resonators 50 erfolgt durch entsprechendes Ansteuern der Pockelszelle 80 über das Ein/Auskoppelelement 68 das Auskoppeln des Verstärker-Laserpulses 60 in Form des Auskoppellaserpulses 70, welcher dann die Justiereinrichtung 66 und den Pulsseparator 52 durchläuft und durch den Dünnschichtpolarisator 54 desselben reflektiert wird und dann als Ausgangslaserpuls 108 auf ein Substrat 110 beispielsweise zur Materialbearbeitung, auftrifft.
Vorzugsweise erfolgt ein Betrieb der Pockelszelle 80 mit Zyklen deren Frequenz mehrere Kiloherz, vorzugsweise zwischen 1 und 10 kHz oder sogar gegebenenfalls noch mehr beträgt, um eine hohe Repetitionsrate des ausgekoppelten Laserpulses 70 zu erhalten.
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. 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 Halbleitermaterialen einsetzbar.
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%.
Um eine Zerstörung des laseraktiven Mediums zu verhindern, ist vorteilhafterweise die Energiedichte pro Verstarkerlaserpuls 60 im regenerativen Verstärker 100 kleiner als einhundert Millijoule pro Quadratzentimeter, noch besser kleiner als fünfzig 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 TEM00-Mode des Resonators 50 entsprechendes Strahlungsfeid umformt.
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. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist kein Dispersionselement 44 vorgesehen, sondern der Einkoppellaserpuls 48 weist im wesentlichen dieselbe Pulsdauer wie der Seed-Laserpuls 20 nach dem Pulsselektor 32 auf.
Die positive Dispersion der einzelnen Elemente des Resonators 50 wird entweder nicht oder durch die zusätzlichen Dispersionskompensationselemente 72, 86 und 98 nur zum Teil kompensiert, so daß der Auskoppellaserpuls 70 eine durch die positive Dispersion bedingte Pulsdauervergrößerung aufweist, welche allerdings maximal einen Faktor 100 der Pulsdauer des Seed-Laserpulses 20 entspricht.
Bei einer bevorzugten Lösung beträgt die Pulsdauer des durch die Elemente des Resonators pulsdauervergrößerten Auskoppellaserpulses 70 weniger als zwanzig Pikosekunden, noch besser ist es, wenn die Pulsdauer weniger als zehn Pikosekunden beträgt.
Diese Pulsdauervergrößerung des Auskoppellaserpulses 70 wird durch ein auf dem Pulsseparator 75 folgendes Dispersionselement 120 kompensiert, welches beispielsweise als Gitterpaar ausgebildet ist und zwei Gitter 122a, 122b aufweist, welches der zu einem Reflektor 124 geführte Auskoppellaserpuls 70 zweimal durchsetzt, bevor er auf das Substrat 110 als Ausgangslaserpuls 108 zur Materialbearbeitung auftrifft.
Mit dem Dispersionselement 120 läßt sich aufgrund der negativen Dispersion die Pulsdauervergrößerung des Auskoppellaserpulses 70 so weit kompensieren, daß dieser die gewünschte kurze Pulsdauer, vorzugsweise eine Pulsdauer von weniger als fünf Pikosekunden, noch besser eine Pulsdauer im Sub-Piko- sekundenbereich aufweist, welche im optimalen Fall in der Größenordnung der Pulsdauer des Seed-Laserpulses 20 liegt.
Die durch das Dispersionselement 120 bedingte Pulsdauerverkürzung beträgt jedoch maximal einen Faktor einhundert, vorzugsweise weniger, noch besser weniger als einen Faktor fünfzig.
Im übrigen arbeitet das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lasersystem in gleicher Weise wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß hinsichtlich dessen Beschreibung vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 3, ist sowohl das Dispersionselement 44 vorhanden, als auch das Dispersionselement 120, die beide aufgrund ihrer negativen Dispersion dazu beitragen, die positive Dispersion zu kompensieren, wobei gegebenenfalls auch noch in dem Resonator 50 die Dispersionskompensationselemente 72, 86 und 98 wirksam sein können.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist das Dispersioriselement 120 als Gitterpaar ausgebildet, das Dispersionselement 44' jedoch als Prismenpaar, insbesondere einem Paar aus Brewsterprismen 46'a, 46'b, die zwar keine sehr große negative Dispersion aufweisen, wobei die negative Dispersion der zusammenwirkenden Dispersionselemente 44' und 120 nicht ausreichend sein kann. Im Gegensatz zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist daher beim dritten Ausführungsbeispiel als Dispersionskompensationselement im regenerativen Verstärker 100 ein Prismenpaar 130, umfassend zwei Prismen 132 und 134 vorgesehen, wobei das Prismenpaar 130 vorzugsweise zwischen dem Umlenkspiegel 94 und dem Endspiegel 74 angeordnet ist.
Das Prismenpaar 130 kann dabei so konzipiert sein, daß es selbst eine derart große negative Dispersion aufweist, daß die positive Dispersion der Pockelszelle 80 zumindest teilweise 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.
Es ist aber auch denkbar, zusätzlich zu dem Prismenpaar 120 noch zusätzliche Dispersionskompensationselemente vorzusehen, sofern die negative Dispersion des Prismenpaars 130 nicht ausreichend ist, um die positive Dispersion der 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.
Außerdem ist es bei dem Prismenpaar 130 möglich, die auf den Verstarkerlaserpuls 60 einwirkende negative Dispersion durch. Variation der optischen Weglänge durch das Prismenpaar 130 einzustellen und somit auch die Pulsdauer des Auskoppellaserpulses 70 in Grenzen einzustellen.
Im übrigen ist das dritte Ausführungsbeispiel in gleicher Weise ausgebildet wie das erste und das zweite Ausführungsbeispiel, so daß hinsichtlich der mit den identischen Bezugszeichen versehenen Elemente vollinhaltlich auf die Beschreibung zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird.
Darüber hinaus wird auch hinsichtlich der Arbeitsweise des dritten Ausführungsbeispiels vollinhaltlich auf die jeweiligen Ausführungen zu dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel Bezug genommen.

Claims

PATE NTANSPRÜCHE
1. Lasersystem zur Erzeugung von Ausgangslaserpulsen (108), umfassend einen Seed-Laser (10) zur Erzeugung eines Seed-Laserpulses (20), aus welchem ein Einkoppellaserpuls (48) erzeugbar ist, der in einen einen Resonator (50) und ein in diesem angeordnetes steuerbares Kopplungselement (80) sowie eine Festkörperscheibe (76) als laseraktives Medium aufweisenden regenerativen Verstärker (100) über ein Einkoppelelement (68) einkoppelbar ist und in dem regenerativen Verstärker (100) als Verstarkerlaserpuls (60) durch mehrfache Umläufe so lange verstärkbar ist, bis der Verstarkerlaserpuls (60) als Auskoppellaserpuls (70) aus dem regenerativen Verstärker (50) auskoppelbar ist, 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 Ausgangslaserpulsen (108) im Bereich von weniger als fünf Pikosekunden der Einkoppellaserpuls (48) relativ zum Seed-Laserpuls (20) im wesentlichen frei von einer durch positive Dispersion bewirkten Pulsdauervergrößerung ist und daß in dem laseraktiven Medium (76) die maximale Energiedichte pro Verstarkerlaserpuls (60) kleiner als ein Joule pro Quadratzentimeter ist.
2. Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Energiedichte pro Verstarkerlaserpuls kleiner als einhundert Millijoule ist.
3. Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkoppellaserpuls eine Pulsdauer von weniger als einhundert Pikosekunden aufweist.
4. Lasersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkoppellaserpuls eine Pulsdauer von weniger als fünfzig Pikosekunden aufweist.
5. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Einkoppellaserpulses (48) mindestens ein Dispersionselement (44) mit negativer Dispersion vorgesehen ist, welches den Einkoppellaserpuls (48) gegenüber dem Seed-Laserpuls (20) durch seine negative Dispersion hinsichtlich seiner Pulsdauer verbreitert.
6. Lasersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionselement (44) eine derart große negative Dispersion aufweist, daß der Auskoppellaserpuls (70) gegenüber dem Seed- Laserpuls (20) maximal um einen Faktor fünf pulsdauervergrößert ist.
7. Lasersystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionselement (44) zur Bildung des Einkoppellaserpulses (48) eine derart große negative Dispersion aufweist, daß dieses während der Anzahl der Umläufe des Verstärkerlaserpulses (60) im regenerativen Verstärker (100) durch die positive Dispersion des Kopplungselements (80) bedingte Pulsdauervergrößerungen im wesentlichen kompensiert.
8. Lasersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionselement (44) zur Bildung des Einkoppellaserpulses (48) eine derart große negative Dispersion aufweist, daß dieses während der Anzahl der Umläufe des Verstärkerlaserpulses (60) in dem regenerativen Verstärker (100) auftretende durch positive Dispersion bedingte Pulsdauervergrößerungen im wesentlichen kompensiert.
9. Lasersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionselement (44) zwischen einem optischen Isolator (12) und dem regenerativen Verstärker (100) angeordnet ist.
10. Lasersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionselement zwischen dem regenerativen Verstärker (100) und einer Modenanpassungseinheit (40) angeordnet ist.
11. Lasersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionselement (44) auf einen Pulsselektor (32) folgend angeordnet ist.
12. Lasersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionselement (44) vor einem Pulsseparator (52) angeordnet ist.
13. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auskoppellaserpuls (70) gegenüber dem Seed- Laserpuls (20) eine Pulsdauervergrößerung von maximal einem Faktor einhundert aufweist.
14. Lasersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Auskoppellaserpuls (70) durch mindestens ein auf den regenerativen Verstärker (100) folgend angeordnetes Dispersionselement (120) mit negativer Dispersion eine Pulsdauerverkürzung erfährt.
15. Lasersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsdauerverkürzung maximal um einen Faktor einhundert erfolgt.
16. Lasersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsdauerverkürzung maximal um einen Faktor fünfzig erfolgt.
17. Lasersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionselement (44, 120) mindestens ein Gitterpaar (46a, b, 122a, b) umfaßt.
18. Lasersystem nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionselement (44')ein Prismenpaar (46'a, 46'b) umfaßt.
19. Lasersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismenpaar (46'a, 46'b) Brewsterprismen umfaßt.
20. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkoppellaserpuls (48) eine Pulsdauer von maximal zwanzig Pikosekunden aufweist.
21. Lasersystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkoppellaserpuls (48) eine Pulsdauer von maximal zehn Pikosekunden aufweist.
22. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auskoppellaserpuls (70) eine Pulsdauer von weniger als zwanzig Pikosekunden aufweist.
23. Lasersystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Auskoppellaserpuls (70) eine Pulsdauer von weniger als zehn Pikosekunden aufweist.
24. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß in dem Resonator (50) mindestens ein von dem mehrfach umlaufenden Verstärker-Laserpuls (60) bei jedem Umlauf durchsetztes Dispersionskompensationselement (72, 86, 98, 130) mit negativer Dispersion vorgesehen ist, welches einer pulsdauervergrößern- den positiven Dispersion von Komponenten (80) des regenerativen Verstärkers (100) entgegenwirkt.
25. Lasersystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensationselement (72, 86, 98, 130) bei jedem Umlauf des Verstärker-Laserpulses (60) im Resonator (50) eine positive Dispersion von optischen Resonatorkomponenten (80) zumindest teilweise kompensiert.
26. Lasersystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensationselement (72, 86, 98, 130) eine positive Dispersion des steuerbaren Kopplungs-Elementes (80) zumindest teilweise kompensiert.
27. Lasersystem nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensationselement (72, 86, 98) ein Interferometer umfaßt.
28. Lasersystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensationselement (72, 86, 98) ein Gires Tournois-Interferometer ist.
29. Lasersystem nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensationselement (72, 86, 98) in Reflexion arbeitet.
30. Lasersystem nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Dispersionskompensationselement (130) ein Prismenpaar umfaßt.
31. Lasersystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismenpaar (130) aus Brewsterprismen (132, 134) gebildet ist.
32. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionskompensationselemente (72, 86, 98, 130) an mehreren Stellen des Strahlverlaufs im Resonator angeordnet sind.
33. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ausgekoppelte Laserpulse (70) im Subpikosekundenbereich erzeugt.
34. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Kopplungs-Element eine Pockelszelle (80) ist.
35. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Seed-Laser (10) folgend ein optischer Isolator (12) vorgesehen ist.
36. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Seed-Laser (10) und dem regenerativen Verstärker (100) eine Modenanpassungseinheit (40) angeordnet ist.
37. Lasersystem nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Modenanpassungseinheit (40) als Teleskop ausgebildet ist.
38. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Seed-Laser (10) und dem regenerativen Verstärker (100) ein Pulsseparator (52) vorgesehen ist.
39. Lasersystem nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsseparator (52) zwischen der Modenanpassungseinrichtung (40) und dem regenerativen Verstärker (100) angeordnet ist.
40. Lasersystem nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulsseparator (52) ein Polarisator (54) und einen optischen Rotator (56) aufweist.
41. Lasersystem nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator ein Dünnfilmpolarisator (54) ist.
42. Laserverstärkersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ein/Auskoppelelement (68) des Resonators (50) als Dünnfilmpolarisator ausgebildet ist.
43. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ausgekoppelte Laserpulse (70) mit einer Repetitionsrate von mehreren Kiloherz erzeugt.
44. Lasersystem nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ausgekoppelte Laserpulse (70) mit einer Repetitionsrate von mehr als fünf Kiloherz erzeugt.
45. Lasersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auskoppelelement (80) derart durch eine Ansteuerung (82) ansteuerbar ist, daß die Verstärkeriaserpulse (60) erst nach mindestens zwanzig Umläufen aus dem Resonator (50) ausgekoppelt werden.
46. 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.
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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