WO2013185793A1 - Bewegbares, modulares gehäuse für einen kurz puls-laser mit integriertem verstärker - Google Patents

Bewegbares, modulares gehäuse für einen kurz puls-laser mit integriertem verstärker Download PDF

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Hans Amler
Josef Thumbs
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Photon Energy Gmbh
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    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2316—Cascaded amplifiers

Definitions

  • the invention relates to a short-pulse laser, in particular for generating laser pulses in the ps range for use in industrial and scientific environment.
  • the invention is concerned with the desire for a compact design of the laser while maintaining high efficiency.
  • the currently known short-pulse laser for generating laser pulses in the ps- region with pulse energies of more than 10 ⁇ are completely discrete in so-called free-beam optics constructed to achieve the required in industry and science stability and reliability.
  • all optical components necessary for generating the short laser pulses including a seed laser oscillator, a post-amplifier chain and a pulse picker, are mechanically stably mounted on an optical disk.
  • a water cooling and a costly temperature stabilization are used.
  • a structure in free-beam optics requires a relatively large amount of space. The necessary water cooling and temperature stabilization bring comparatively high operating costs.
  • a construction in fiber technology is problematic because of the occurrence of nonlinear optical effects. Without a stretcher-compressor combination, the desired short pulse durations can not be achieved with sufficient pulse energy.
  • the invention has for its object to provide a short-pulse laser of the type mentioned, which can be built as compact as possible with high beam quality and allows comparatively low operating costs.
  • a short-pulse laser comprising a first optical disk on which a seed laser oscillator, a pulse picker and a fiber coupling optics are mechanically stably mounted relative to one another and a second optical disk separate from the first optical disk, on the one
  • CONFIRMATION COPY Fiber decoupling unit and at least one amplifier stage are mutually mechanically stable mounted.
  • the fiber coupling-in optical system of the first optical disk and the fiber coupling-out unit of the second optical disk are optically interconnected by means of a flexible light-guiding element.
  • the invention dissolves surprisingly from the previous cost-intensive design of the entire short-pulse laser including seed laser, pulse picker and amplifier chain in free-beam optics.
  • a hybrid technology is proposed, wherein the seed laser and the pulse picker discretely constructed in free-jet optics, wherein by means of a light guide is a flexible connection to a power amplifier with at least one amplifier stage is used, and wherein the power amplifier again in discrete Free-jet optics is constructed.
  • the beam path of the indicated short-pulse laser which is split into two flexibly coupled optical disks, makes possible a very compact construction since the beam path is not to be mounted completely on a single contiguous optical disk as hitherto.
  • the two optical disks can be arranged in different planes, without having to pay attention to a complex mechanical coupling of the separated components.
  • the two optical disks can be easily mounted on a housing of the short pulse laser.
  • the seed laser oscillator can be designed as a mode-locked solid-state laser, as a mode-locked fiber laser or as a pulsed laser diode, in particular as a gain-switched laser diode.
  • a separate pulse picker can be omitted if this functionality is provided by the pulsed laser diode as such. If a Pulsed laser diode used as a seed laser oscillator, so this can be involved in free-jet technology or via a fiber coupling in the short-pulse laser.
  • the power amplifier can be run through once or several times. Preferably, several amplifier stages are included, which are passed through successively.
  • the amplifier medium is, for example, a solid-state crystal.
  • a pump laser expediently a diode laser is used. This first pump laser is advantageously arranged separately from the second optical disk, whereby the thermal load at the power amplifier is reduced.
  • a flexible light-conducting element in particular a fiber, is then expediently provided.
  • the light guide element coupling the two optical plates is designed as an active fiber, a second pump laser, in particular a diode laser, being provided for pumping the active fiber.
  • a preamplifier which is also used as a flexible connection, is provided between the seed laser arranged on the first optical plate and the power amplifier or an amplifier stage arranged on the second plate.
  • the optical unit necessary for coupling in the pump light is advantageously coupled to the active fiber.
  • the pumping light is suitably zuganno this unit also via a flexible light guide, in particular a fiber.
  • one or each of the pump lasers are arranged separately from the optical plates, in particular in an electrical supply part, wherein a light-conducting element, in particular a fiber, is provided for coupling the pump light into the amplifier stage and / or into the active fiber.
  • a light-conducting element in particular a fiber
  • the laser assemblies formed by the two optical plates are thermally relieved. This in turn is conducive to air cooling of the laser assemblies.
  • the external arrangement of the pump laser also has maintenance advantages. An exchange of defective pump or diode laser is facilitated. An intervention in the optical design of the short-pulse laser is not required for this purpose.
  • the hybrid structure further makes it possible, in an advantageous embodiment variant, to mount the first optical disk and / or the second optical disk in a housing with a lateral mounting structure in a spatially separated manner from one another.
  • This embodiment is particularly advantageous for air cooling.
  • a blower is provided in an expedient embodiment, which is set up to generate an air flow along the optical disks.
  • heat sources located in the laser such as an amplifier crystal, etc.
  • these can be advantageous heat-conducting mounted on a cooling block, which in turn is cooled via a corresponding heat sink with a stream of air.
  • the first optical disk and / or the second optical disk are hingedly mounted in the housing.
  • a compact and also maintenance-friendly construction is possible, wherein the optical components are "folded in” in the assembled state in the housing, but can be reached for adjustment or maintenance purposes by unfolding the optical disks Articulated mechanism pivotally mounted on the housing, in particular on a bottom plate of the housing of the short-pulse laser.
  • the seed laser oscillator is disposed on one side of the first optical disc and the pulse sputter on the opposite, other side of the first optical disc.
  • the compactness of the short-pulse laser can be further increased.
  • a first amplifier Kerlab arranged on one side of the second optical disk and a second amplifier stage on the opposite, the other side of the second optical disk. This results in a very space-saving construction for the amplifier stage overall.
  • the optical connection of the respective units on the front and back of the optical disk takes place in particular through the plate, for which purpose a correspondingly aligned mirror element is provided for beam deflection.
  • the seed laser oscillator is given, for example, as a mode-locked solid-state laser, with a correspondingly mirrored end mirror being provided for coupling out the laser pulses.
  • a saturable absorber is provided in particular in the laser oscillator.
  • a Nd: YVO crystal is used as the laser-active solid.
  • the saturable absorber is, for example, a suitable semiconductor material such as InGaAs.
  • the seed laser oscillator delivers pulses with a pulse length between 10 ps and 1 ns and with a pulse energy in the sub-nJ range.
  • Single pulses or pulse sequences with a pulse repetition rate between 0 Hz (single pulse) and 10 MHz can be decoupled via the pulse picker.
  • the pulse energy After passing through the fiber amplifier, the pulse energy is about 50 nJ to 500 nJ. After passing through the power amplifier, the pulse energy is about 50 pJ to 1 mJ.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a short-pulse laser in hybrid technology
  • FIG. 2 shows very schematically a hybrid concept for the construction of a short-pulse laser
  • 3 shows a three-dimensional representation of a short-pulse laser in hybrid technology with a partially pivoted subunit
  • FIG. 2 shows very schematically a hybrid concept for the construction of a short-pulse laser
  • 3 shows a three-dimensional representation of a short-pulse laser in hybrid technology with a partially pivoted subunit
  • FIG. 4 shows a three-dimensional representation of the short-pulse laser according to FIG. 3 from a different perspective.
  • FIG. 1 schematically shows the construction of a short-pulse laser 1 in a hybrid technology.
  • the short-pulse laser 1 comprises on a first optical disk 3 in free-beam optics a seed laser oscillator 4 and a pulse picker 5.
  • the pulses coupled out of the seed laser oscillator 4 by means of the pulse picker 5 are fed to a fiber coupling optics 6, which also fixedly the first optical disk 3 is mounted.
  • the short-pulse laser 1 comprises a second optical disk 7 on which an amplifier stage 8 is formed in free-beam optics. These are supplied to amplifying pulses via a fiber coupling-out optical system 9, which is also mounted on the second optical disk 7.
  • the short-pulse laser 1 has a flexible light-conducting element 10, which in the present case is designed as an optical waveguide.
  • the light-guiding element 10 is designed to pre-amplify the continuous pulses as an active fiber 12.
  • the fiber amplifier 13 is realized by means of a pump laser 15 whose pumping light is coupled via a coupling-17 in the active fiber 12.
  • first optical disk 3 and the second optical disk 7 can basically be moved relative to one another without the optical structure as such requiring readjustment.
  • the optical coupling of the two plates 3, 7 is given by the flexible light-guiding element 10.
  • the embodiment shown allows a very flexible design and in particular an extremely compact design.
  • FIG. 2 again very schematically illustrates the basic concept of a short-pulse laser 1 in hybrid technology. While the seed laser oscillator 4, the pulse picker 5 and the amplifier stage 8 are each mounted in free-beam optics on the respective optical plate, the light-guiding element 0 permits an arbitrary arrangement of the optical plates relative to one another. In an advantageous embodiment, an additional Pulspicker 9 may be provided, which can separate 8 amplified pulses after passing through the amplifier stage.
  • FIG. 3 shows in a three-dimensional representation a concrete structure of a short-pulse laser 1 in hybrid technology.
  • the short-pulse laser 1 comprises according to the scheme shown in Figure 1, a first optical disk 3 and a separate, second optical disk 7.
  • frame members 20 and 21 are mounted on the outside of the two optical disks 3, 7 respectively.
  • the sub-units described below are each mounted in free-beam optics.
  • the optical plates 3, 7 are each mounted by means of a pivot bearing 24 and 25 pivotally mounted on a bottom 26 of a housing, not shown.
  • the seed laser oscillator 4 is constructed in free-beam optics.
  • the short pulses generated in the seed laser oscillator 4 are guided through the first optical disk 3 into a pulse picker 5 mounted on the other side of the first optical disk 3.
  • the pulses decoupled by means of the pulse picker 5 are fed into a flexible light-conducting element 10 via a fiber-coupling optical system 6. coupled.
  • the pulse spreader 5 and the fiber-coupling optics 6 are arranged inside the frame element 27.
  • the light-guiding element 10 is designed to form a fiber amplifier 13 according to FIG. 1 as an active fiber 12.
  • the pumping light for the fiber amplifier is supplied from an external pump laser 15 by means of a fiber to the short-pulse laser 1 and coupled by means of a Einkoppelweiche 17, not shown here in the active fiber 12.
  • the fiber 12 is shown shortened in FIG. To form the fiber amplifier 13, however, the fiber 12 is actually guided in multiple turns within a recess 14 in the bottom 26. There, the Einkoppelweiche 17 is arranged.
  • the coupled out and preamplified in the fiber amplifier 13 pulses enter the fiber coupling-out 9, which is arranged on the inside of the second optical disk 7 within the frame member 28.
  • a first amplifier stage 30 is formed in free-beam optics.
  • a second amplifier stage 31 is formed within the frame member 21.
  • the first and second amplifier stages 30, 31 are optically coupled through the second optical disk 7. After passing through the second amplifier stage 31, the then highly amplified pulses reach the outside via a light exit 33 located on the rear side of the frame element 21.
  • the shown short-pulse laser 1 also has a plurality of supply terminals 35.
  • external pumping light sources which are provided for pumping the amplifier stages 30, 31 and for pumping the active fiber 12, are also coupled via the supply terminals 35.
  • the corresponding pump lasers 15, 39 are designed as diode lasers and are arranged externally within an electrical supply section 37 for the short-pulse laser 1. Via corresponding fibers 41, 42, the pumping light of the pump laser 15, 39 is coupled into the short-pulse laser 1.
  • the external arrangement of the pump laser 15, 39 the thermal load of the short-pulse laser 1 can be lowered. At the same time the maintenance is increased.
  • a flow channel is formed in the intermediate space between the two optical plates 3, 7, a flow channel is formed. By the blower 40, an air flow through this flow channel is generated for cooling the heat sources.
  • FIG. 4 shows the short-pulse laser 1 according to FIG. 3 from a different perspective.
  • the frame member 28 which is mounted on the inside of the second optical disk 7 now has a different perspective.
  • the short-pulse laser 1 is shown in a maintenance state.
  • the second optical plate 7 is pivoted at the bottom 26 to the outside. By opening the covers of the frame members 21, 28 can be easily accessed to the optical structure in the interior.
  • the two optical plates 3, 7 are parallel to each other upright on the ground 26th
  • short-pulse laser 1 in hybrid technology has an extremely compact construction. Water cooling and complex temperature stabilization are not required.
  • the cooling of the short-pulse laser 1 shown in FIGS. 3, 4 is effected exclusively by means of air cooling by means of the blower 40.
  • the pivotal mounting of the optical disks 3, 7 simplifies the maintenance effort compared with conventional short-pulse lasers.
  • the externally arranged pump or diode lasers 15, 40 can be easily replaced as wearing parts, without any intervention in the structure of the short-pulse laser 1 would be required.

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Abstract

Es wird ein Kurzpuls-Laser (1) mit einer ersten optischen Platte (3), auf der ein Seed-Laseroszillator (4), ein Pulspicker (5) und eine Faser-Einkoppeloptik (6) zueinander mechanisch stabil montiert sind, und mit einer von der ersten optischen Platte (3) getrennten zweiten optischen Platte (7), auf der eine Faser-Auskoppeleinheit (9) und wenigstens eine Verstärkerstufe (8, 30, 31) zueinander mechanisch stabil montiert sind, angegeben. Die Faser-Einkoppeloptik (6) der ersten optischen Platte (3) und die Faser-Auskoppeleinheit (9) der zweiten optischen Platte (7) sind mittels eines flexiblen Lichtleitelements (10) optisch miteinander verbunden. Der Kurzpuls-Laser (1) in Hybrid-Technologie ist kompakt aufgebaut und ermöglicht niedrige Betriebskosten.

Description

Beschreibung
BEWEGBARES, MODULARES GEHÄUSE FÜR EINEN KURZ PULS - LASER MIT INTEGRIERTEM VERSTÄRKER
Die Erfindung betrifft einen Kurzpuls-Laser, insbesondere zur Erzeugung von Laserpulsen im ps-Bereich zur Anwendung im industriellen und wissenschaftlichen Umfeld. Die Erfindung beschäftigt sich dabei mit dem Wunsch nach einem möglichst kompakten Aufbau des Lasers bei gleichzeitig hoher Wirtschaftlichkeit.
Die heute bekannten Kurzpuls-Laser zur Erzeugung von Laserpulsen im ps- Bereich mit Pulsenergien von mehr als 10 μϋ sind komplett diskret in sogenannter Freistrahloptik aufgebaut, um die in Industrie und Wissenschaft geforderte Stabilität und Zuverlässigkeit zu erreichen. Dabei sind sämtliche zur Erzeugung der kurzen Laserpulse notwendigen optischen Komponenten einschließlich eines Seed- Laseroszillators, einer Nachverstärkerkette und eines Puls-Pickers zueinander mechanisch stabil auf einer optischen Platte montiert. Um den hierdurch realisierten freien Strahlengang in sich mechanisch stabil zu halten, werden weiter eine Wasserkühlung und eine aufwändige Temperaturstabilisierung eingesetzt. Ein Aufbau in Freistrahloptik erfordert einen relativ großen Bauraum. Die notwendige Wasserkühlung und Temperaturstabilisierung bringen vergleichsweise hohe Betriebskosten mit sich. Ein Aufbau in Fasertechnologie ist wegen des Auftretens nichtlinearer optischer Effekte problematisch. Ohne eine Stretcher-Kompressor- Kombination sind die gewünschten kurzen Pulsdauern mit genügender Pulsenergie nicht zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kurzpuls-Laser der eingangs genannten Art anzugeben, der bei hoher Strahlqualität möglichst kompakt gebaut werden kann und der vergleichsweise niedrige Betriebskosten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kurzpuls-Laser gelöst, der eine erste optische Platte, auf der ein Seed-Laseroszillator, ein Pulspicker und eine Faser-Einkoppeloptik zueinander mechanisch stabil montiert sind, und eine von der ersten optischen Platte getrennte zweite optische Platte umfasst, auf der eine
BESTÄTIGUNGSKOPIE Faser-Auskoppeleinheit und wenigstens eine Verstärkerstufe zueinander mechanisch stabil montiert sind. Dabei sind die Faser-Einkoppeloptik der ersten optischen Platte und die Faser-Auskoppeleinheit der zweiten optischen Platte mittels eines flexiblen Lichtleitelements optisch miteinander verbunden.
Die Erfindung löst sich dabei überraschend von dem bisherigen kostenintensiven Aufbau des gesamten Kurzpuls-Lasers einschließlich Seed-Laser, Puls-Picker und Verstärkerkette in Freistrahloptik. Stattdessen wird eine Hybrid-Technologie vorgeschlagen, wobei der Seed-Laser und der Puls-Picker diskret in Freistrahl-Optik aufgebaut sind, wobei mittels eines Lichtleitelements eine flexible Verbindung zu einem Endverstärker mit wenigstens einer Verstärkerstufe eingesetzt ist, und wobei der Endverstärker erneut in diskreter Freistrahl-Optik aufgebaut ist.
Während bei einem herkömmlichen Aufbau des Kurzpuls-Lasers komplett in Freistrahl-Optik in der Regel eine Wasserkühlung und eine aufwändige Temperaturstabilisierung erforderlich ist, da der vollständige Strahlengang in sich mechanisch stabil sein muss, kann bei dem vorgeschlagenen Hybridaufbau eine Luftkühlung eingesetzt werden. Damit weist der in Hybrid-Technologie aufgebaute Laser niedrigere Betriebskosten auf. Der auf zwei flexibel gekoppelte optische Platten aufgeteilte Strahlengang des angegebenen Kurzpuls-Lasers ermöglicht insgesamt einen sehr kompakten Aufbau, da der Strahlengang nicht wie bisher komplett auf einer einzigen zusammenhängenden optischen Platte zu montieren ist. Insbesondere können die beiden optischen Platten in verschiedenen Ebenen angeordnet sein, ohne dass weiter auf eine aufwändige mechanische Kopplung der getrennten Komponenten geachtet werden muss. Beispielsweise können die beiden optischen Platten in einfacher Weise an einem Gehäuse des Kurzpuls-Lasers montiert sein.
Der Seed-Laseroszillator kann als ein modengekoppelter Festkörperlaser, als ein modengekoppelter Faserlaser oder als eine gepulste Laserdiode, insbesondere als eine sogenannte Gain-Switched-Laserdiode, ausgebildet sein. Im Falle einer gepulsten Laserdiode kann ein separater Pulspicker entfallen, falls diese Funktionalität durch die gepulste Laserdiode als solche bereitgestellt wird. Wird eine ge- pulste Laserdiode als Seed-Laseroszillator eingesetzt, so kann diese in Freistrahltechnologie oder über eine Faserkopplung in den Kurzpuls-Laser eingebunden sein.
Der Endverstärker kann einfach oder mehrfach durchlaufen werden. Bevorzugt sind mehrere Verstärkerstufen umfasst, die nacheinander durchlaufen werden. Das Verstärkermedium ist beispielsweise ein Festkörperkristall. Als Pumplaser wird zweckmäßigerweise ein Diodenlaser eingesetzt. Dieser erste Pumplaser ist vorteilhaft von der zweiten optischen Platte getrennt angeordnet, wodurch die thermische Last am Endverstärker reduziert wird. Zur Einkopplung ist dann zweckmäßigerweise ein flexibles Lichtleitelement, insbesondere eine Faser, vorgesehen.
Vorteilhafterweise ist das die beiden optischen Platten koppelnde Lichtleitelement als eine aktive Faser ausgebildet, wobei zum Pumpen der aktiven Faser ein zweiter Pumplaser, insbesondere ein Diodenlaser, vorgesehen ist. Mit anderen Worten ist zwischen dem auf der ersten optischen Platte angeordneten Seed-Laser und dem Endverstärker bzw. einer auf der zweiten Platte angeordneten Verstärkerstufe ein Vorverstärker vorgesehen, der zugleich als flexible Verbindung eingesetzt ist. Die zur Einkopplung des Pumplichts notwendige optische Einheit ist vorteilhafterweise der aktiven Faser angekoppelt. Das Pumplicht wird zweckmäßigerweise dieser Einheit ebenfalls über ein flexibles Lichtleitelement, insbesondere eine Faser, zugleitet.
Bevorzugt sind ein oder jeder der Pumplaser von den optischen Platten getrennt insbesondere in einem elektrischen Versorgungsteil angeordnet, wobei zur Einkopplung des Pumplichts in die Verstärkerstufe und/oder in die aktive Faser jeweils ein Lichtleitelement, insbesondere eine Faser, vorgesehen ist. Hierdurch werden die durch die beiden optischen Platten gebildeten Laser-Baueinheiten thermisch entlastet. Dies ist wiederum einer Luftkühlung der Laser-Baueinheiten zuträglich. Die externe Anordnung der Pumplaser weist zudem Wartungsvorteile auf. Ein Austausch defekter Pump- bzw. Diodenlaser ist erleichtert. Ein Eingriff in den optischen Aufbau des Kurzpuls-Lasers ist hierzu nicht erforderlich. Der Hybridaufbau ermöglicht es weiter, in einer vorteilhaften Ausführungsvariante die erste optische Platte und/oder die zweite optische Platte stehend mit seitlichem Montageaufbau räumlich getrennt voneinander in einem Gehäuse zu montieren. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für eine Luftkühlung vorteilhaft. Dazu ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung ein Gebläse vorgesehen, dass zur Erzeugung eines Luftstroms entlang der optischen Platten eingerichtet ist. Zur Kühlung von im Laser befindlichen Wärmequellen, wie z.B. ein Verstärkerkristall etc., können diese vorteilhaft wärmeleitend auf einem Kühlblock montiert sein, der wiederum über einen entsprechenden Kühlkörper mit einem Luftstrom gekühlt wird. Wird der Aufbau des Kurzpuls-Lasers derart gewählt, dass sich die beiden optischen Platten im Betriebszustand gegenüberstehen, ergibt sich im Innenraum zwischen den Platten ein Strömungskanal, der zur Luftkühlung ideal ausgenutzt werden kann. Zugleich ist ein derartiger Aufbau äußerst kompakt.
Grundsätzlich ist es jedoch natürlich auch möglich, anstelle der bevorzugten Luftkühlung für den vorliegend beschriebenen Kurzpuls-Laser eine Wasserkühlung vorzusehen.
Bevorzugt ist/sind die erste optische Platte und/oder die zweite optische Platte klappbar in dem Gehäuse montiert. Bei dieser Ausführungsvariante ist ein kompakter und zudem wartungsfreundlicher Aufbau ermöglicht, wobei die optischen Komponenten in montiertem Zustand im Gehäuse„eingeklappt" sind, jedoch für Justage- oder Wartungszwecke durch Aufklappen der optischen Platten erreichbar werden. Dazu ist eine oder jede optische Platte beispielsweise über einen Gelenkmechanismus an dem Gehäuse, insbesondere an einer Bodenplatte des Gehäuses des Kurzpuls-Lasers verschwenkbar befestigt.
Weiter bevorzugt ist der Seed-Laseroszillator auf der einen Seite der ersten optischen Platte und der Pulspicker auf der gegenüberliegenden, anderen Seite der ersten optischen Platte angeordnet. Durch eine doppelseitige Anordnung der optischen Komponenten auf der optischen Platte kann die Kompaktheit des Kurzpuls- Lasers weiter vergrößert werden. Entsprechend vorteilhaft ist eine erste Verstär- kerstufe auf der einen Seite der zweiten optischen Platte und eine zweite Verstärkerstufe auf der gegenüberliegenden, anderen Seite der zweiten optischen Platte angeordnet. Damit ergibt sich für die Verstärkerstufe insgesamt ein sehr raumsparender Aufbau. Die optische Verbindung der jeweiligen Einheiten auf der Vorder- und Rückseite der optischen Platte geschieht insbesondere durch die Platte hindurch, wozu zur Strahlumlenkung ein entsprechend ausgerichtetes Spiegelelement vorgesehen ist.
Der Seed-Laseroszillator ist beispielsweise als modengekoppelter Festkörperlaser gegeben, wobei zur Auskopplung der Laserpulse ein entsprechend verspiegelter Endspiegel vorgesehen ist. Zur Pulserzeugung ist im Laseroszillator insbesondere ein sättigbarer Absorber vorgesehen. Als laseraktiver Festkörper ist beispielsweise ein Nd:YVO -Kristall eingesetzt. Der sättigbare Absorber ist beispielsweise ein geeignetes Halbleitermaterial wie InGaAs.
Als Pulspicker wird bevorzugt ein akustooptischer Modulator (AOM) oder ein elektrooptischer Modulator (EOM) eingesetzt. Der Seed-Laseroszillator liefert beispielsweise bei einer Wellenlänge von 1064 nm Pulse mit einer Pulslänge zwischen 10 ps und 1 ns und mit einer Pulsenergie im sub-nJ-Bereich. Über den Pulspicker können Einzelpulse oder Pulssequenzen mit einer Pulswiederholungsrate zwischen 0 Hz (Einzelpuls) und 10 MHz ausgekoppelt werden. Nach dem Durchlaufen des Faserverstärkers beträgt die Pulsenergie etwa 50 nJ bis 500 nJ. Nach dem Durchlaufen des Endverstärkers beträgt die Pulsenergie etwa 50 pJ bis 1 mJ.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 : in schematischer Darstellung einen Kurzpuls-Laser in Hybrid- Technologie,
Fig. 2: sehr schematisch ein Hybridkonzept zum Aufbau eines Kurzpuls- Lasers, Fig. 3: in einer dreidimensionalen Darstellung einen Kurzpuls-Laser in Hyb- rid-Technologie mit einer teilweise verschwenkten Subeinheit und
Fig. 4: in einer dreidimensionalen Darstellung den Kurzpuls-Laser entsprechend Figur 3 aus einer anderen Perspektive.
In Figur 1 ist schematisch der Aufbau eines Kurzpuls-Lasers 1 in einer Hybrid- Technologie dargestellt. Der Kurzpuls-Laser 1 umfasst auf einer ersten optischen Platte 3 jeweils in Freistrahloptik einen Seed-Laseroszilator 4 sowie einen Pulspicker 5. Die mittels des Pulspickers 5 aus dem Seed-Laseroszilator 4 ausgekoppelten Pulse werden einer Faser-Einkoppeloptik 6 zugeleitet, die ebenfalls fest auf der ersten optischen Platte 3 montiert ist.
Weiter umfasst der Kurzpuls-Laser 1 eine zweite optische Platte 7, auf der in Freistrahloptik eine Verstärkerstufe 8 ausgebildet ist. Dieser werden zu verstärkende Pulse über eine Faser-Auskoppeloptik 9 zugeführt, die ebenfalls auf der zweiten optischen Platte 7 montiert ist.
Zu einer flexiblen optischen Kopplung des Seed-Laseroszilators 4 beziehungsweise der ersten optischen Platte 3 mit der Verstärkerstufe 8 beziehungsweise mit der zweiten optischen Platte 7 weist der Kurzpuls-Laser 1 ein flexibles Lichtleitelement 10 auf, welches vorliegend als ein Lichtwellenleiter ausgebildet ist.
Das Lichtleitelement 10 ist zu einer Vorverstärkung der durchlaufenden Pulse als eine aktive Faser 12 ausgebildet. Der Faserverstärker 13 ist mittels eines Pumplasers 15 realisiert, dessen Pumplicht über eine Einkoppelweiche 17 in die aktive Faser 12 eingekoppelt wird.
Es wird ersichtlich, dass die erste optische Platte 3 und die zweite optische Platte 7 grundsätzlich relativ zueinander bewegt werden können, ohne dass der optische Aufbau als solcher einer Nachjustage bedarf. Die optische Ankopplung beider Platten 3, 7 ist durch das flexible Lichtleitelement 10 gegeben. Im Unterschied zu einem Gesamtaufbau in starrer Freistahloptik auf einer einzigen optischen Platte erlaubt die gezeigte Ausführung eine sehr flexible Bauweise und insbesondere einen äußerst kompakten Aufbau.
In Figur 2 ist sehr schematisch nochmals das grundlegende Konzept eines Kurzpuls-Lasers 1 in Hybrid-Technologie dargestellt. Während der Seed-Laseroszil- lator 4, der Pulspicker 5 und die Verstärkerstufe 8 jeweils in Freistrahloptik auf der jeweiligen optischen Platte montiert sind, erlaubt das Lichtleitelement 0 eine an sich beliebige Anordnung der optischen Platten zueinander. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann ein zusätzlicher Pulspicker 9 vorgesehen sein, der nach Durchlaufen der Verstärkerstufe 8 verstärkte Pulse separieren kann.
In Figur 3 ist in einer dreidimensionalen Darstellung ein konkreter Aufbau eines Kurzpuls-Lasers 1 in Hybrid-Technologie gezeigt. Der Kurzpuls-Laser 1 umfasst entsprechend dem in Figur 1 dargestellten Schema eine erste optische Platte 3 und eine hiervon getrennte, zweite optische Platte 7. Auf der Außenseite der beiden optischen Platten 3, 7 sind jeweils Rahmenelemente 20 bzw. 21 montiert. Im Inneren der Rahmenelemente 20, 21 sind jeweils nachfolgend beschriebene Sub- einheiten in Freistrahloptik montiert. Mittels der Rahmenelemente 20, 21 sind die optischen Platten 3, 7 jeweils mittels eines Schwenklagers 24 bzw. 25 schwenkbar an einem Boden 26 eines nicht näher dargestellten Gehäuses montiert.
Auf der Innenseite der optischen Platten 3, 7 sind jeweils weitere Rahmenelemente 27 bzw. 28 befestigt. Innerhalb dieser Rahmenelemente 27, 28 sind weitere nachfolgend beschriebene Subeinheiten auf den optischen Platten 3, 7 in Freistrahloptik montiert.
Auf der Außenseite der ersten optischen Platte und im Inneren des Rahmenelements 27 ist in Freistrahloptik der Seed-Laseroszillator 4 aufgebaut. Die im Seed- Laseroszillator 4 erzeugten kurzen Pulse werden durch die erste optische Platte 3 hindurch in einen Pulspicker 5 geführt, der auf der anderen Seite der ersten optischen Platte 3 montiert ist. Die mittels des Pulspickers 5 ausgekoppelten Pulse werden über eine Faser-Einkoppeloptik 6 in ein flexibles Lichtleitelement 10 ein- gekoppelt. Der Pulspicker 5 sowie die Faser-Einkoppeloptik 6 sind innerhalb des Rahmenelements 27 angeordnet. Das Lichtleitelement 10 ist zur Ausbildung eines Faserverstärkers 13 entsprechend Fig. 1 als eine aktive Faser 12 ausgebildet. Das Pumplicht für den Faserverstärker wird von einem externen Pumplaser 15 mittels einer Faser dem Kurzpuls-Laser 1 zugeführt und mittels einer hier nicht dargestellten Einkoppelweiche 17 in die aktive Faser 12 eingekoppelt. Die Faser 12 ist in Fig. 3 verkürzt dargestellt. Zur Ausbildung des Faserverstärkers 13 ist die Faser 12 jedoch tatsächlich in vielfachen Windungen innerhalb einer Aussparung 14 im Boden 26 geführt. Dort ist auch die Einkoppelweiche 17 angeordnet.
Über die Faser 12 bzw. über das Lichtleitelement 10 gelangen die ausgekoppelten und im Faserverstärker 13 vorverstärkten Pulse in die Faser-Auskoppeloptik 9, die auf der Innenseite der zweiten optischen Platte 7 innerhalb des Rahmenelements 28 angeordnet ist. Dort ist in Freistrahloptik eine erste Verstärkerstufe 30 ausgebildet. Auf der Außenseite der zweiten optischen Platte 7 ist innerhalb des Rahmenelements 21 eine zweite Verstärkerstufe 31 ausgebildet. Die erste und die zweite Verstärkerstufe 30, 31 sind optisch durch die zweite optische Platte 7 hindurch gekoppelt. Nach Durchlaufen der zweiten Verstärkerstufe 31 gelangen die dann hochverstärkten Pulse über einen auf der Rückseite des Rahmenelements 21 befindlichen Lichtaustritt 33 nach außen.
Der gezeigte Kurzpuls-Laser 1 weist ferner mehrere Versorgungsanschlüsse 35 auf. Über die Versorgungsanschlüsse 35 werden neben den elektrischen Versor- gungs- und Steuerleitungen auch externe Pumplichtquellen eingekoppelt, die zum Pumpen der Verstärkerstufen 30, 31 sowie zum Pumpen der aktiven Faser 12 vorgesehen sind.
Die entsprechenden Pumplaser 15, 39 sind als Diodenlaser ausgeführt und extern innerhalb eines elektrischen Versorgungsteils 37 für den Kurzpuls-Laser 1 angeordnet. Über entsprechende Fasern 41 , 42 wird das Pumplicht der Pumplaser 15, 39 in den Kurzpuls-Laser 1 eingekoppelt. Durch die externe Anordnung der Pumplaser 15, 39 kann die thermische Belastung des Kurzpuls-Lasers 1 gesenkt werden. Zugleich wird die Wartungsfreudigkeit erhöht. Im Zwischenraum zwischen den beiden optischen Platten 3, 7 ist ein Strömungskanal gebildet. Durch das Gebläse 40 wird zur Kühlung der Wärmequellen eine Luftströmung durch diesen Strömungskanal erzeugt.
In Figur 4 ist der Kurzpuls-Laser 1 entsprechend Figur 3 aus einer anderen Perspektive dargestellt. Insbesondere wird nun die schwenkbare Lagerung der beiden optischen Platten 3, 7 mittels der Schwenklager 24, 25 sichtbar. Auch wird nun das Rahmenelement 28, welches auf der Innenseite der zweiten optischen Platte 7 montiert ist, aus einer anderen Perspektive.
In den Figuren 3, 4 ist der Kurzpuls-Laser 1 in einem Wartungszustand dargestellt. Dabei ist die zweite optische Platte 7 am Boden 26 nach außen verschwenkt. Durch Öffnen der Abdeckungen der Rahmenelemente 21 , 28 kann leicht an den optischen Aufbau im Inneren gelangt werden. Im Betriebszustand des Kurzpuls- Lasers 1 stehen die beiden optischen Platten 3, 7 parallel zueinander aufrecht auf dem Boden 26.
Insgesamt wird ersichtlich, dass der vorliegend beschriebene Kurzpuls-Laser 1 in Hybrid-Technologie einen äußerst kompakten Aufbau aufweist. Eine Wasserkühlung sowie eine aufwändige Temperaturstabilisierung sind nicht erforderlich. Die Kühlung des in den Fig. 3,4 dargestellten Kurzpuls-Lasers 1 erfolgt ausschließlich über eine Luftkühlung mittels des Gebläses 40. Durch die schwenkbare Lagerung der optischen Platten 3, 7 ist der Wartungsaufwand gegenüber herkömmlichen Kurzpuls-Lasern vereinfacht. Die extern angeordneten Pump- bzw. Diodenlaser 15, 40 können als Verschleißteile leicht ausgetauscht werden, ohne dass ein Eingriff in den Aufbau des Kurzpuls-Lasers 1 erforderlich wäre. Bezugszeichenliste Kurzpuls-Laser
erste optische Platte
Seed-Laseroszillator
Pulspicker
Faser-Einkoppeloptik
zweite optische Platte
Verstärkerstufe
Faser-Auskoppeloptik
Lichtleitelement
aktive Faser
Faserverstärker
Aussparung
Pumplaser
Einkoppelweiche
Pulspicker, zusätzlich
Rahmenelement
Rahmenelement
Schwenklager
Schwenklager
Boden
Rahmenelement
Rahmenelement
erste Verstärkerstufe
zweite Verstärkerstufe
Lichtaustritt
Versorgungsanschluss
elektrisches Versorgungsteil
Pumplaser
Gebläse
Faser
Faser

Claims

Ansprüche
1. Kurzpuls-Laser (1 ) mit einer ersten optischen Platte (3), auf der ein Seed- Laseroszillator (4), ein Pulspicker (5) und eine Faser-Einkoppeloptik (6) zueinander mechanisch stabil montiert sind, und mit einer von der ersten optischen Platte (3) getrennten zweiten optischen Platte (7), auf der eine Faser- Auskoppeleinheit (9) und wenigstens eine Verstärkerstufe (8, 30, 31 ) zueinander mechanisch stabil montiert sind, wobei die Faser-Einkoppeloptik (6) der ersten optischen Platte (3) und die Faser-Auskoppeleinheit (9) der zweiten optischen Platte (7) mittels eines flexiblen Lichtleitelements (10) optisch verbunden sind.
2. Kurzpuls-Laser (1 ) nach Anspruch 1 ,
wobei zum Pumpen der Verstärkerstufe (8, 30, 3 ) ein erster Pumplaser (39), insbesondere ein Diodenlaser, vorgesehen ist.
3. Kurzpuls-Laser ( ) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Lichtleitelement (10) eine aktive Faser (11 ) ist, und wobei zum Pumpen der aktiven Faser (11 ) ein zweiter Pumplaser (15), insbesondere ein Diodenlaser, vorgesehen ist.
4. Kurzpuls-Laser (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei ein oder jeder Pumplaser (15, 39) von den optischen Platten (3, 7) getrennt insbesondere in einem elektrischen Versorgungsteil (37) angeordnet ist, und wobei zur Einkopplung des Pumplichts in die Verstärkerstufe (8, 30, 31 ) und/oder in die aktive Faser (12) jeweils ein Lichtleitelement (41 , 42), insbesondere eine Faser, vorgesehen ist.
5. Kurzpuls-Laser (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erste optische Platte (3) und/oder die zweite optische Platte (7) stehend mit seitlichem Montageaufbau in einem Gehäuse montiert sind.
6. Kurzpuls-Laser (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erste optische Platte (3) und/oder die zweite optische Platte (7) klappbar in einem Gehäuse montiert ist/sind.
7. Kurzpuls-Laser (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zur Kühlung des Laseraufbaus ein Gebläse (40) vorgesehen ist, welches zur Erzeugung eines Luftstroms entlang der optischen Platten (3, 7) eingerichtet ist.
8. Kurzpuls-Laser (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Seed-Laseroszillator (4) auf der einen Seite der ersten optischen Platte (3) und der Pulspicker (5) auf der gegenüberliegenden, anderen Seite der ersten optischen Platte (3) angeordnet ist.
9. Kurzpuls-Laser (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine erste Verstärkerstufe (30) auf der einen Seite der zweiten optischen Platte (7) und eine zweite Verstärkerstufe (3 ) auf der gegenüberliegenden, anderen Seite der zweiten optischen Platte (7) angeordnet ist.
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