WO2014056989A1 - Optical enhancement resonator - Google Patents

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WO2014056989A1
WO2014056989A1 PCT/EP2013/071068 EP2013071068W WO2014056989A1 WO 2014056989 A1 WO2014056989 A1 WO 2014056989A1 EP 2013071068 W EP2013071068 W EP 2013071068W WO 2014056989 A1 WO2014056989 A1 WO 2014056989A1
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WO
WIPO (PCT)
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optical
resonator
radiation
optical element
prism
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/071068
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ioachim Pupeza
Arno Klenke
Jens Limpert
Sven BREITKOPF
Andreas TÜNNERMANN
Tino Eidam
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V.
Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V., Friedrich-Schiller-Universität Jena, Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V., Gsi Helmholtzzentrum Für Schwerionenforschung Gmbh filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Priority to EP13788902.8A priority Critical patent/EP2907203A1/en
Publication of WO2014056989A1 publication Critical patent/WO2014056989A1/en

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057—Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping

Definitions

  • the invention relates to an optical resonator having at least one optical element which reflects or transmits laser radiation, preferably pulsed laser radiation.
  • the average power and pulse peak power of the laser system for generating ultrashort laser pulses are usually limited by various physical effects or for technical reasons.
  • the high peak intensity due to the short laser pulse duration leads to non-linear effects in the amplifier medium, which deteriorate the pulse quality and thus limit the maximum pulse peak power in the amplifier.
  • Even damage thresholds of the laser material or the maximum thermal load due to absorption can limit the average power or the pulse energy.
  • the laser radiation of a short-pulse oscillator or a high-repetition rate optical amplifier (typically 1 MHz to 10 GHz, equidistant pulse intervals or burst-shaped) is coupled into a resonator and boosted therein.
  • a short-pulse oscillator or a high-repetition rate optical amplifier typically 1 MHz to 10 GHz, equidistant pulse intervals or burst-shaped
  • enormous peak pulse powers using ultrashort laser pulses with a pulse duration of less than 10 ps
  • this performance can only be used intra-cavity.
  • Various non-linear processes, such as optical parametric amplification or the generation of high harmonics have been proposed for decoupling and exploiting the intracavity (excessive) power.
  • Optical resonators can also be used to amplify optical pulses.
  • active resonators so-called regenerative amplifier
  • regenerative amplifier an optically pumped, laser-active material in which the circulating pulses are amplified in several passes.
  • the object of the invention is to provide a practicable, improved possibility of switching pulsed laser radiation out of a superelevation resonator or into it.
  • the invention solves the problem by the fact that the optical element is switchable, wherein in a first switching position, the laser radiation is reflected or transmitted in such a way that it rotates in the resonator, and wherein coupled in a second switching position, the laser radiation from the resonator or the emitted by an external radiation source laser radiation is coupled into the resonator.
  • a particular advantage of the invention over the prior art is that the optical element can be designed mechanically movable by simple means to change from a first position (in the first switching position) to a second position (in the second switching position). In this case, the time between two successive radiation pulses at a location in the resonator can be used to move the optical element from the first position to the second position. As soon as the optical element is in the second position, the subsequently arriving radiation is decoupled from the resonator or the external radiation is coupled into the resonator.
  • the time for switching from the first position to the second position or vice versa can be used and / or the geometric difference between the first position and the second position can be particularly be formed low.
  • the difference between the first and the second position also called adjusting stroke, causes an increased offset of the radiation at the end of the resonator with a particularly long beam path.
  • the optical element is designed as a movably arranged optical mirror, a movably arranged angle-dispersive element, an inducible plasma mirror or an at least partially movable optical prism.
  • a movably arranged optical mirror it is mounted on a piezoelectric element, wherein the piezoelectric element moves or sets the mirror from the first position to the second position. The radiation is reflected at the optical mirror.
  • the piezoelectric actuator allows sufficiently fast adjustment of the optical mirror, which in principle for the positioning time more time than a simple orbital period of the radiation in the resonator is available.
  • the movement can be non-linear, wherein a larger stroke is generated at the end of the switching time.
  • the movably arranged angle-dispersive element can be designed for example as an optical grating, which is moved similar to the optical mirror.
  • an inducible plasma level works as a switchable optical element in the sense of the invention.
  • an additional laser pulse from an external laser provided for this purpose induces a plasma in a gas flowing into the resonator, at which the laser pulse circulating in the resonator is diffracted or reflected out of it .
  • the laser pulse, which triggers the plasma formation is only a few femtoseconds long and therefore has a significantly higher pulse peak power than the (time-stretched) laser pulse in the resonator. This ensures that it is not the laser pulse circulating in the resonator itself that gives rise to the plasma.
  • the above-mentioned at least partially movable optical prism deflects the radiation transmissively.
  • the optical prism is formed in an advantageous embodiment, at least two parts, wherein at least a first part of the optical prism is designed to be movable so that in the first switching position, the first part of the prism is spaced from a second part of the prism and in the second switching position the first part abuts the second part.
  • the shape of the optical prism in the second position changes to inhibit total reflection inside the prism.
  • the optical Prism can be switched very quickly between the two switching positions.
  • the optical prism is formed of quartz glass, yttrium-aluminum garnet (YAG), diamond or a material composed thereof. Since, as already mentioned, the optical prism transmissively deflects the radiation, the prism may absorb power. However, this can be prevented or at least controlled with a suitable choice of the materials used and their geometry.
  • YAG yttrium-aluminum garnet
  • An essential advantage of this embodiment of the optical element is that the stability of the beam path in the normal resonator operation of the first part of the optical prism remains substantially unaffected. Furthermore, the direction of the radiation is also constant during decoupling or coupling, since the radiation impinges equally on the optical prism.
  • a reflective element may be provided, which is arranged in the beam path after the switchable optical element or after the concave mirror for decoupling the circulating radiation or coupling the external radiation.
  • the focus of the beam path is targeted only in one of the two switching positions on the reflective element, so that the deflection angle increased and the radiation can be effectively switched off or coupled.
  • the optical element is movable by means of a piezoelectric or electro-magnetic position indicator.
  • the positioner can, as already described, as a piezoelectric Actuator be formed or as an electro-magnetic element to produce the respective movement of the optical element.
  • the respective position can be set very accurately and sufficiently fast.
  • the positioner has a positioning time of the optical element from the first position to the second position of less than 1 ⁇ , preferably less than 100 ns, particularly preferably less than 1 ns.
  • the short positioning time allows in particular the use of the already mentioned short time window at circulating frequencies of 1 MHz to 1 GHz for switching the optical element.
  • the invention further relates to a device comprising an optical element, at least one position indicator and a holder for use in an optical resonator as described above, wherein the position indicator is arranged on the optical element.
  • the device allows radiation in the resonator to be reflected or transmitted in a first position in such a way that it circulates in the resonator.
  • the device allows a second position of the optical element to be controlled, the radiation circulating in the resonator being reflected or transmitted in such a way that it can be coupled out of the resonator.
  • the first and second position can be controlled in each case particularly quickly and effectively.
  • the device has a second position indicator, wherein the two position encoders are each arranged on the edge side of the optical element and the second positioner is controllable in opposite directions to the first positioner.
  • the two position encoders are each arranged on the edge side of the optical element and the second positioner is controllable in opposite directions to the first positioner.
  • the positioner is designed to be sheared.
  • the positioner shears at one corresponding electrical signal and tilts the optical element to deflect an incident radiation.
  • the positioner and the optical element can be integrally formed, wherein a part of the position indicator is provided for example with a reflective layer.
  • the invention also relates to a laser system for generating laser radiation of high power, comprising a laser oscillator which generates pulsed laser radiation having a pulse duration in the range of picoseconds to femtoseconds, wherein the radiation emitted by the laser oscillator is coupled into an optical resonator according to the invention for the purpose of resonant peaking.
  • the laser oscillator may be e.g. to be a mode-locked laser per se known type.
  • the laser system has a tickwise electronic control circuit which periodically switches the optical element of the resonator between the two switching positions according to the desired repetition rate and power.
  • the laser system may further comprise an optical amplifier which amplifies the laser radiation of the laser oscillator to obtain the desired power in the resonator according to the invention.
  • FIG. 1 shows an optical resonator with a movably arranged optical mirror in a first position.
  • FIG. 2 shows an optical resonator with a movably arranged optical mirror in a second position
  • Fig. 3 shows an optical resonator comprising a concave mirror and a movable arranged optical mirrors in a first position; an optical resonator comprising a concave mirror and a movably arranged optical mirror in a second position; an optical resonator comprising an at least partially movable optical prism in a first position; an optical resonator comprising an at least partially movable optical prism in a second position; a device comprising an optical element, a position indicator and a holder; a device comprising an optical element, two positioners and a holder; a device comprising an optical element and a sheared positioner.
  • FIG. 1 shows a schematic arrangement of an optical resonator 1 comprising an optical element 2, wherein the optical element 2 is formed in this embodiment as a movably arranged optical mirror.
  • the optical element 2 reflects a radiation circulating in the resonator corresponding to a beam path 3 in a first position of the optical element 2.
  • the beam path is further reflected by optical mirrors 4, 5, 6 such that the radiation circulates in the optical resonator.
  • the optical element 2 switchable between a first switching position and a second switching position.
  • the optical resonator 1 can be designed as a passive resonator or as an active resonator, ie with an optically pumped, laser-active medium arranged in the resonator.
  • the cycle time in the resonator is equal to an integer multiple of a pulse spacing of the rotating pulsed laser radiation.
  • the radiation of a short-pulse oscillator (optionally after optical amplification) is coupled into the resonator with a high pulse repetition frequency and resonantly amplified therein, the pulse repetition frequency of the equidistant pulses being between 1 MHz and 1 GHz.
  • the power of the resonator can only be used if the radiation can also be coupled out of the resonator.
  • a suitable switch which for example decouples the circulating radiation or couples in an external radiation, switches between two pulses of the radiation.
  • switching times of 1 ⁇ to less than 1 ns are necessary.
  • the first position of the optical element 2 in the embodiment as a rotatably arranged optical mirror the radiation is increased in accordance with the beam path 3 in the resonator.
  • the radiation can now, as shown in FIG. 2, be coupled out of the resonator in a second position of the optical element, or external radiation can be coupled into the resonator for coherent superposition.
  • the position sensor 7 is controlled such that it sets or moves the optical element 2 in the second position.
  • the circulating radiation is decoupled from the resonator according to the beam path 13 shown in FIG. 2, or the external radiation is correspondingly coupled in.
  • the minimum positioning time can be extended by the geometric arrangement of the optical resonator 1, namely by the fact that the optical resonator 1 is designed to be particularly long and has long beam paths 3, 13.
  • the necessary switching time is increased, that is, the demands on the speed of the adjusting movement of the optical element 2 are reduced.
  • the switching time of the optical resonator 1 can be shortened by reducing the adjusting stroke or travel that the position indicator has to cover.
  • This is possible, for example, in that one or more of the mirrors 4, 5, 6 arranged in the optical resonator 1 are movably arranged.
  • the adjusting stroke which moves the positioner 7 from the first position to the second position or provides, to the optical element 2 and the mirrors 4, 5, 6 are distributed, resulting in a shorter positioning time.
  • the movable arrangement of the mirrors 4, 5, 6 can be used to increase the total deflection of the beam.
  • 3 shows an embodiment of the optical resonator 1 with at least one concave mirror 14.
  • the use of the concave mirror 14 in the optical resonator 1 results, in particular, in the fact that the radiation circulating in the resonator is always focused by the radius of curvature r and the focal length r / 2 of the concave mirror and is defocused corresponding to the optical path 3 in Fig. 3, wherein the beam path shown in Fig. 3 of the first switching position (position) of the optical element 2 corresponds, in which the radiation for circulation in the (only partially shown) optical resonator 1 is reflected , Further mirrors and other components of the resonator 1 are not shown in FIGS. 3 and 4 for the sake of simplicity.
  • FIG. 4 shows the structure of the optical resonator 1 according to FIG. 3, wherein the optical element is moved, moved or set from the first position to the second position, as in FIGS. 1 and 2 via the position indicator 7.
  • the radiation circulating in the optical resonator 1 is deflected by the optical element 2 in the second position such that it is reflected by the concave mirror 14 on the wedge-shaped reflective element 15.
  • the reflective element 15 is located in particular in a focus of the concave mirror 14.
  • a small actuating stroke of the position indicator 7 is sufficient to drive from the first position to the second position in order to achieve the reflection at the reflective element 15.
  • the focusing in this embodiment can take place in only one spatial direction, for example by means of an elliptical focus, for example to keep the resulting in the optical resonator 1 power densities below possible damage thresholds of the components of the optical resonator 1.
  • a plurality of movably arranged optical elements can also be provided in this embodiment, which are in particular very close to the concave mirror in order to effectively use the movement of the optical element.
  • the arrangement shown in FIG. 3 and FIG. 4 can be modified in such a way that the sequence of optical element 2 and concave mirror 14 in the beam path is reversed.
  • the functionality is identical.
  • the optical element 2 is in each case designed as a movably arranged optical mirror or a movably arranged angle-dispersive element (grid).
  • the optical element 2 reflects the radiation in each case, as a result of which coupling out or coupling in of the radiation is possible without appreciable power losses.
  • the optical element 2 may be formed in an alternative embodiment analogous to an acousto-optic modulator.
  • a voltage of certain frequency and amplitude surface waves are generated in the material of the acousto-optic modulator, the radiation in a reflection order (instead - as usual in acousto-optical modulators per se - in a transmission order) distract, under a controllable angle.
  • the low efficiency of acousto-optic modulators of a theoretical maximum of 34% in the first diffraction order is a significant limitation here.
  • the optical element 2 may be formed as an electro-optical reflection grating.
  • the optical element 2 is shown in a further embodiment as an at least partially movable optical prism in a first switching position.
  • the radiation circulating in the resonator 1 follows the beam path 3 in accordance with the reflection of the radiation in the optical element 2.
  • the radiation is conducted by total internal reflection.
  • the (suitably polarized) radiation can impinge on the optical prism at the Brewster angle ⁇ , wherein reflection at the boundary surface of the prism is omitted and the radiation is only transmitted.
  • This is advantageous since, for example, it is possible to dispense with an anti-reflection coating and, nevertheless, reflection losses are minimized.
  • a vertical incidence and an anti-reflection coating may be necessary to avoid angular dispersion.
  • the optical prism is formed in two parts in the illustrated embodiment, wherein a first wedge-shaped part 21 is designed to be movable so that in the first position, the first part 21 of the prism is spaced from a second part 22 of the prism.
  • a distance between the first part 21 and the second part 22 of the optical prism which is equal to a quarter of the wavelength of the circulating radiation, is sufficient.
  • the gap between the first part 21 and the second part 22 can thus be configured very narrow (eg less than 1 ⁇ m), so that only a small movement stroke is required for switching to the switching position shown in FIG. Thus, the switching can be done very quickly.
  • FIG. 6 shows the second switching position of the optical prism according to FIG. 5.
  • the first part 21 lies flat against the second part 22. Due to the wedge-shaped geometry of the first part, the total reflection of the radiation within the optical element 2 is suppressed.
  • the radiation follows the course 13, which can be used to decouple the radiation from the resonator 1 (not otherwise shown in FIGS. 5 and 6) according to the invention.
  • positioners 7, 8 are used in the illustrated embodiment. These move the first part 21 of the optical prism and press it in the switching position shown in Figure 6 to the second part 22nd
  • a particular advantage of the arrangement according to FIGS. 5 and 6 lies in the fact that the radiation always impinges equally on the optical element 2, regardless of whether it is in the first position or the second position. In this way, the stability of the beam path in the normal resonator mode, ie with circulating radiation in the optical resonator 1, will remain uninfluenced by the optical element 2. Thus, a very stable optical resonator 1 can be realized.
  • the second part 22 can also be movable via positioners.
  • both parts of the optical prism can be designed to be adjustable.
  • the use of the optical prism, as shown in FIGS. 5 and 6, is transmissive. There is therefore some absorption of the radiation in the prism.
  • the prism is formed from suitably chosen materials, for example quartz glass, yttrium aluminum garnet, diamond or a material composed thereof.
  • the geometry of the prism has a significant influence on potential thermal problems.
  • the prism may be elongated as a wedge in a spatial direction to obtain a disc-like shape. This minimizes the beam path within the prism and at least reduces possible absorption.
  • FIG. 7 shows the construction of a device comprising an optical element 2, a position indicator 7 and a holder 9 used in FIGS. 1 to 4.
  • the optical element 2 is at the edge connected to the position sensor 7 in order to use the movement of the position sensor 7 particularly effective.
  • the modulator 7 may be formed, for example, piezo-electric or electro-magnetic.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the device according to FIG. 7, wherein the optical element 2 is connected at the edge to a further position indicator 8.
  • the positioners 7, 8 can be driven in opposite directions to set the first switching position and the second switching position of the optical element 2.
  • the position sensor 7, the optical element 2 move away from the holder 9 and at the same time the positioner 8 zoom the optical element 2 closer to the holder 9. This distributes the control stroke to those in position encoders 7 and 8.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of the device according to FIG. 7, the position indicator 7 being designed to be shearable.
  • the positioner 7 shears off and moves the optical element 2 from an eg parallel position to the holder 9 in a tilted position. It is only essential that the optical element 2 can assume a first position and a second position.
  • the optical element 2 can be integrally formed with the position encoder 7, for example, by applying a reflective layer on the position sensor. 7 LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

The invention relates to an optical resonator (1), comprising at least one optical element (2), which reflects or transmits laser radiation, preferably pulsed laser radiation. The aim of the invention is to create a practical possibility of coupling pulsed laser radiation out of or into a resonator (1). The invention achieves said aim in that the optical element (2) can be switched, wherein in a first switching position the laser radiation is reflected or transmitted in such a way that that the laser radiation circulates in the resonator (1), and wherein in a second switching position the laser radiation is coupled out of the resonator (1) or the laser radiation emitted by an external radiation source is coupled into the resonator (1).

Description

Optischer Überhöhunasresonator Die Erfindung betrifft einen optischen Resonator mit zumindest einem optischen Element, das Laserstrahlung, vorzugsweise gepulste Laserstrahlung, reflektiert oder transmittiert.  The invention relates to an optical resonator having at least one optical element which reflects or transmits laser radiation, preferably pulsed laser radiation.
Die Durchschnittsleistung und die Pulsspitzenleistung von Lasersystem zur Erzeugung von ultrakurzen Laserpulsen (Pulsdauer im Bereich von einigen Piko- bis einigen Femtosekunden) sind üblicherweise durch verschiedene physikalische Effekte oder aus technischen Gründen limitiert. So führt beispielsweise die hohe Spitzenintensität aufgrund der kurzen Laserpulsdauer zu nichtlinearen Effekten im Verstärkermedium, welche die Pulsqualität verschlechtern und somit die maximale Pulsspitzenleistung im Verstärker begrenzen. Auch Zerstörschwellen des Lasermaterials oder die maximale thermische Last aufgrund von Absorption können die Durchschnittsleistung bzw. die Pulsenergie limitieren. The average power and pulse peak power of the laser system for generating ultrashort laser pulses (pulse duration in the range of a few picoseconds to a few femtoseconds) are usually limited by various physical effects or for technical reasons. For example, the high peak intensity due to the short laser pulse duration leads to non-linear effects in the amplifier medium, which deteriorate the pulse quality and thus limit the maximum pulse peak power in the amplifier. Even damage thresholds of the laser material or the maximum thermal load due to absorption can limit the average power or the pulse energy.
Ein etablierter Ansatz, die Performance eines Kurzpulslasersystems zu verbessern, ist die sogenannte CPA-Technik („Chirped Pulse Amplification"). Durch zeitliches Strecken der Pulse wird die Pulsspitzenleistung verringert, um nicht gewünschte leistungsabhängige Effekte im Verstärker zu reduzieren. Nach der Verstärkung findet eine zeitliche Kompression statt, um die Pulsdauer wieder zu verkürzen. An established approach to improve the performance of a short pulse laser system is the so-called CPA technique ("Chirped Pulse Amplification") .Through stretching the pulses over time, the pulse peak power is reduced in order to reduce unwanted power-dependent effects in the amplifier temporal compression takes place to shorten the pulse duration again.
Neben der direkten Verstärkung von gestreckten oder ungestreckten optischen Pulsen in einem optischen Verstärker existieren verschiedene Konzepte, um möglichst hohe Durchschnitts- und Pulsspitzenleistungen zu erzielen. So kann z.B. durch kohärente Überlagerung von Pulsen in einem externen passiven Resonator eine erhöhte resonatorinterne Leistung erzeugt werden. Diese Überhöhungsresonatoren sind etabliert zur Überhöhung der mittleren Leistung und Pulsenergie, wobei die Umlaufzeit im Überhöhungsresonator gleich einem ganzzahligen Vielfachen des Pulsabstandes der eingestrahlten gepulsten Laserstrahlung ist. Typischerweise wird die Laserstrahlung eines Kurzpulsoszillators oder eines optischen Verstärkers hoher Pulsfolgefrequenz (typ. 1 MHz bis 10 GHz, äquidistante Pulsabstände oder als Burst geformt) in einen Resonator eingekoppelt und darin überhöht. Somit lassen sich enorme Pulsspitzenleistungen (bei Verwendung ultrakurzer Laserpulse mit einer Pulsdauer von weniger als 10 ps) mit enormen mittleren Leistungen kombinieren. Diese Performance ist allerdings nur resonatorintern nutzbar. Verschiedene nichtlineare Prozesse, wie zum Beispiel die optisch parametrische Verstärkung oder die Erzeugung hoher Harmonischer wurden zur Auskopplung und Nutzung der resonatorinternen (überhöhten) Leistung vorgeschlagen. Eine technologisch erreichbare Überhöhung um einen Faktor der Größenordnung 1000 ist in Überhöhungsresonatoren realisierbar. Somit ergeben sich im Resonator umlaufende mittlere Leistungen im kW- bis hin zum MW-Bereich. Optische Resonatoren können auch dazu verwendet werden, optische Pulse zu verstärken. In diesen aktiven Resonatoren (sogenannte regenerative Verstärker) befindet sich dann beispielsweise ein optisch gepumptes, laseraktives Material, in dem die umlaufenden Pulse in mehreren Durchgängen verstärkt werden. In addition to the direct amplification of stretched or unstretched optical pulses in an optical amplifier, there are various concepts for To achieve the highest possible average and peak pulse power. Thus, for example, coherent superimposition of pulses in an external passive resonator can result in increased resonator-internal power. These superelevation resonators are established to increase the average power and pulse energy, wherein the cycle time in the superelevation resonator is equal to an integer multiple of the pulse spacing of the irradiated pulsed laser radiation. Typically, the laser radiation of a short-pulse oscillator or a high-repetition rate optical amplifier (typically 1 MHz to 10 GHz, equidistant pulse intervals or burst-shaped) is coupled into a resonator and boosted therein. Thus, enormous peak pulse powers (using ultrashort laser pulses with a pulse duration of less than 10 ps) can be combined with enormous average powers. However, this performance can only be used intra-cavity. Various non-linear processes, such as optical parametric amplification or the generation of high harmonics, have been proposed for decoupling and exploiting the intracavity (excessive) power. A technologically achievable elevation by a factor of the order of 1000 can be realized in Überhöhungsresonatoren. This results in circulating average power in the resonator in the kW up to the MW range. Optical resonators can also be used to amplify optical pulses. In these active resonators (so-called regenerative amplifier) is then, for example, an optically pumped, laser-active material in which the circulating pulses are amplified in several passes.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine praxistaugliche, verbesserte Möglichkeit zu schaffen, gepulste Laserstrahlung aus einem Überhöhungsresonator aus- oder in diesen einzukoppeln. Against this background, the object of the invention is to provide a practicable, improved possibility of switching pulsed laser radiation out of a superelevation resonator or into it.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass das optische Element schaltbar ist, wobei in einer ersten Schaltstellung die Laserstrahlung in der Weise reflektiert oder transmittiert wird, dass sie in dem Resonator umläuft, und wobei in einer zweiten Schaltstellung die Laserstrahlung aus dem Resonator ausgekoppelt oder die von einer externen Strahlungsquelle emittierte Laserstrahlung in den Resonator eingekoppelt wird. Ein besonderer Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ist dabei, dass das optische Element mit einfachen Mitteln mechanisch beweglich ausgestaltet werden kann, um von einer ersten Position (in der ersten Schaltstellung) in eine zweite Position (in der zweiten Schaltstellung) zu wechseln. Dabei kann die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strahlungspulsen an einem Ort im Resonator genutzt werden, um das optische Element von der ersten Position in die zweite Position zu bewegen. Sobald das optische Element in der zweiten Position ist, wird die nachfolgend eintreffende Strahlung aus dem Resonator ausgekoppelt oder die externe Strahlung in den Resonator eingekoppelt. The invention solves the problem by the fact that the optical element is switchable, wherein in a first switching position, the laser radiation is reflected or transmitted in such a way that it rotates in the resonator, and wherein coupled in a second switching position, the laser radiation from the resonator or the emitted by an external radiation source laser radiation is coupled into the resonator. A particular advantage of the invention over the prior art is that the optical element can be designed mechanically movable by simple means to change from a first position (in the first switching position) to a second position (in the second switching position). In this case, the time between two successive radiation pulses at a location in the resonator can be used to move the optical element from the first position to the second position. As soon as the optical element is in the second position, the subsequently arriving radiation is decoupled from the resonator or the external radiation is coupled into the resonator.
Insbesondere bei besonders lang ausgebildeten Resonatoren und einer entsprechend erhöhten Umlaufzeit der Strahlung im Resonator kann zum einen die Zeit zum Schalten von der ersten Position in die zweite Position oder umgekehrt genutzt werden und/oder der geometrische Unterschied zwischen der ersten Position und der zweiten Position kann besonders gering ausgebildet sein. Der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Position, auch Stellhub genannt, bewirkt bei einem besonders langen Strahlgang einen erhöhten Versatz der Strahlung am Ende des Resonators. Particularly in the case of particularly long resonators and a correspondingly increased circulation time of the radiation in the resonator, the time for switching from the first position to the second position or vice versa can be used and / or the geometric difference between the first position and the second position can be particularly be formed low. The difference between the first and the second position, also called adjusting stroke, causes an increased offset of the radiation at the end of the resonator with a particularly long beam path.
Es können auch gleichzeitig mehrere optische Elemente um einen geringeren Stellhub bewegt werden, also der Stellhub, von beispielsweise wenigen μιη, auf mehere Elemente verteilt werden, um die Änderung des Strahlengangs der umlaufenden Strahlung im Resonator dahingehend zu verändern, dass diese ausgekoppelt wird. It is also possible to simultaneously move a plurality of optical elements by a smaller setting stroke, that is to say the setting stroke, for example of a few μιη, is distributed over several elements in order to change the change in the beam path of the circulating radiation in the resonator so that it is coupled out.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das optische Element als ein beweglich angeordneter optischer Spiegel, ein beweglich angeordnetes winkeldispersives Element, ein induzierbarer Plasmaspiegel oder ein zumindest teilweise bewegliches optisches Prisma ausgebildet. So wird beispielsweise bei einem beweglich angeordneten optischen Spiegel dieser auf einem Piezo- Element gelagert, wobei das Piezo-Element den Spiegel von der ersten Position in die zweite Position bewegt oder stellt. Die Strahlung wird dabei an dem optischen Spiegel reflektiert. Dabei ermöglicht der Piezo-Aktuator ein ausreichend schnelles Verstellen des optischen Spiegels, wobei prinzipiell für die Stellzeit mehr Zeit als eine einfache Umlaufzeit der Strahlung im Resonator zur Verfügung steht. Insbesondere kann die Bewegung nichtlinear erfolgen, wobei ein größerer Stellhub am Ende der Schaltzeit erzeugt wird. Das beweglich angeordnete winkeldispersive Element kann dabei beispielsweise als ein optisches Gitter ausgebildet sein, das ähnlich wie der optische Spiegel bewegt wird. In a particularly advantageous embodiment, the optical element is designed as a movably arranged optical mirror, a movably arranged angle-dispersive element, an inducible plasma mirror or an at least partially movable optical prism. Thus, for example, in the case of a movably arranged optical mirror, it is mounted on a piezoelectric element, wherein the piezoelectric element moves or sets the mirror from the first position to the second position. The radiation is reflected at the optical mirror. In this case, the piezoelectric actuator allows sufficiently fast adjustment of the optical mirror, which in principle for the positioning time more time than a simple orbital period of the radiation in the resonator is available. In particular, the movement can be non-linear, wherein a larger stroke is generated at the end of the switching time. The movably arranged angle-dispersive element can be designed for example as an optical grating, which is moved similar to the optical mirror.
Nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitet ein induzierbarer Plasmaspiegel als schaltbares optisches Element im Sinne der Erfindung. Sobald die gewünschte Anzahl an Laserpulsen im Resonator überlagert ist, wird durch einen von außen kommenden zusätzlichen Laserpuls eines entsprechend hierfür vorgesehenen externen Lasers ein Plasma in einem in den Resonator einströmenden Gas induziert, an dem der im Resonator umlaufende Laserpuls aus diesem heraus gebeugt oder reflektiert wird. Der Laserpuls, der die Plasmaentstehung auslöst, ist dabei nur wenige Femtosekunden lang und weist daher eine deutlich höhere Pulsspitzenleistung als der (zeitlich gestreckte) Laserpuls im Resonator. Damit wird gewährleistet, dass nicht der im Resonator umlaufende Laserpuls selbst das Plasma entstehen lässt. According to another functional principle, an inducible plasma level works as a switchable optical element in the sense of the invention. As soon as the desired number of laser pulses is superimposed in the resonator, an additional laser pulse from an external laser provided for this purpose induces a plasma in a gas flowing into the resonator, at which the laser pulse circulating in the resonator is diffracted or reflected out of it , The laser pulse, which triggers the plasma formation, is only a few femtoseconds long and therefore has a significantly higher pulse peak power than the (time-stretched) laser pulse in the resonator. This ensures that it is not the laser pulse circulating in the resonator itself that gives rise to the plasma.
Dies zuvor beschriebenen Varianten des erfindungsgemäß eingesetzten optischen Elementes erlauben die einfache Einkopplung und Auskopplung ultrakurzer gepulster Laserstrahlung, wobei die Leistung skalierbar ist. These variants of the optical element used according to the invention described above allow the simple coupling and decoupling of ultrashort pulsed laser radiation, the power being scalable.
Das oben ebenfalls erwähnte zumindest teilweise bewegliche optische Prisma lenkt die Strahlung transmissiv ab. Das optische Prisma ist dabei in einer vorteilhaften Ausführungsform zumindest zweiteilig ausgebildet, wobei zumindest ein erster Teil des optischen Prismas derart beweglich ausgebildet ist, dass in der ersten Schaltstellung der erste Teil des Prismas beabstandet von einem zweiten Teil des Prismas angeordnet ist und in der zweiten Schaltstellung der erste Teil an dem zweiten Teil anliegt. Somit verändert sich die Form des optischen Prismas in der zweiten Position dahingehend, dass Totalreflexion im Inneren des Prismas unterbunden wird. Hingegen tritt in der ersten Schaltstellung Totalreflexion an dem Luftspalt zwischen den beiden Teilen auf und die Strahlung wird reflektiert. In dieser Ausführungsform kann das optische Prisma sehr schnell zwischen den beiden Schaltstellungen umgeschaltet werden. The above-mentioned at least partially movable optical prism deflects the radiation transmissively. The optical prism is formed in an advantageous embodiment, at least two parts, wherein at least a first part of the optical prism is designed to be movable so that in the first switching position, the first part of the prism is spaced from a second part of the prism and in the second switching position the first part abuts the second part. Thus, the shape of the optical prism in the second position changes to inhibit total reflection inside the prism. On the other hand occurs in the first switching position total reflection at the air gap between the two parts and the radiation is reflected. In this embodiment, the optical Prism can be switched very quickly between the two switching positions.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das optische Prisma aus Quarzglas, Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), Diamant oder einem daraus zusammengesetzten Material gebildet. Da, wie bereits erwähnt, das optische Prisma die Strahlung transmissiv ablenkt, absorbiert das Prisma unter Umständen Leistung. Dies kann jedoch bei geeigneter Wahl der verwendeten Materialien und deren Geometrie verhindert oder zumindest kontrolliert werden. In a further advantageous embodiment, the optical prism is formed of quartz glass, yttrium-aluminum garnet (YAG), diamond or a material composed thereof. Since, as already mentioned, the optical prism transmissively deflects the radiation, the prism may absorb power. However, this can be prevented or at least controlled with a suitable choice of the materials used and their geometry.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform des optischen Elements besteht dabei darin, dass die Stabilität des Strahlengangs im normalen Resonatorbetrieb von dem ersten Teil des optischen Prismas im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt. Weiterhin ist auch beim Auskoppeln bzw. Einkoppeln die Richtung der Strahlung jeweils konstant, da die Strahlung jeweils gleich auf das optische Prisma auftrifft. In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Hohlspiegel mit einem Krümmungsradius r und einer Brennweite r/2 im Strahlengang der im Resonator umlaufenden Strahlung (unmittelbar) vor oder (unmittelbar) nach dem schaltbaren optischen Element angeordnet ist. Dabei wird ausgenutzt, dass die Strahlung von dem Hohlspiegel fokussiert wird. Es reicht ein relativ kleiner mechanischer Stellhub von der ersten Schaltstellung zur zweiten Schaltstellung des optischen Elements aus, um den Strahlengang deutlich zu verschieben. Zusätzlich kann ein reflektives Element vorgesehen sein, welches in dem Strahlengang nach dem schaltbaren optischen Element oder nach dem Hohlspiegel zum Auskoppeln der umlaufenden Strahlung oder Einkoppeln der externen Strahlung angeordnet ist. Der Fokus des Strahlengangs liegt dabei gezielt nur in einer der beiden Schaltstellungen auf dem reflektiven Element, so dass der Ablenkwinkel vergrößert und die Strahlung effektiv aus- oder eingekoppelt werden kann. An essential advantage of this embodiment of the optical element is that the stability of the beam path in the normal resonator operation of the first part of the optical prism remains substantially unaffected. Furthermore, the direction of the radiation is also constant during decoupling or coupling, since the radiation impinges equally on the optical prism. In a further embodiment it is provided that a concave mirror with a radius of curvature r and a focal length r / 2 in the beam path of the radiation circulating in the resonator (directly) before (or immediately) after the switchable optical element is arranged. It is exploited that the radiation is focused by the concave mirror. A relatively small mechanical actuating stroke is sufficient from the first switching position to the second switching position of the optical element in order to shift the beam path significantly. In addition, a reflective element may be provided, which is arranged in the beam path after the switchable optical element or after the concave mirror for decoupling the circulating radiation or coupling the external radiation. The focus of the beam path is targeted only in one of the two switching positions on the reflective element, so that the deflection angle increased and the radiation can be effectively switched off or coupled.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das optische Element mittels eines piezoelektrischen oder elektro-magnetischen Stellgebers bewegbar. Der Stellgeber kann dabei, wie bereits beschrieben, als ein Piezo- Aktuator ausgebildet sein oder als ein elektro-magnetisches Element, um die jeweilige Bewegung des optischen Elements zu erzeugen. Damit kann die jeweilige Position sehr genau und hinreichend schnell eingestellt werden. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Stellgeber eine Stellzeit des optischen Elements von der ersten Position zur zweiten Position von weniger als 1 με, vorzugsweise weniger als 100 ns, besonders bevorzugt weniger als 1 ns, aufweist. Die kurze Stellzeit ermöglicht insbesondere das Nutzen des bereits erwähnten kurzen Zeitfensters bei Umlauffrequenzen von 1 MHz bis zu 1 GHz zur Schaltung des optischen Elements. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung umfassend ein optisches Element, zumindest einen Stellgeber und eine Halterung zur Verwendung in einem wie zuvor beschriebenen optischen Resonator, wobei der Stellgeber an dem optischen Element angeordnet ist. Die Vorrichtung erlaubt es dabei, in einer ersten Position eine Strahlung im Resonator derart zu reflektieren oder zu transmittieren, dass diese im Resonator umläuft. Weiterhin erlaubt die Vorrichtung eine zweite Position des optischen Elements anzusteuern, wobei die im Resonator umlaufende Strahlung derart reflektiert oder transmittiert wird, dass diese aus dem Resonator auskoppelbar ist. Gleiches gilt für eine in den Resonator einzukoppelnde Strahlung im umgekehrten Strahlengang. Durch randseitige Anordnung des Stellgebers an dem optischen Element können die erste und zweite Position jeweils besonders schnell und effektiv angesteuert werden. In a further particularly advantageous embodiment, the optical element is movable by means of a piezoelectric or electro-magnetic position indicator. The positioner can, as already described, as a piezoelectric Actuator be formed or as an electro-magnetic element to produce the respective movement of the optical element. Thus, the respective position can be set very accurately and sufficiently fast. Advantageously, it is provided that the positioner has a positioning time of the optical element from the first position to the second position of less than 1 με, preferably less than 100 ns, particularly preferably less than 1 ns. The short positioning time allows in particular the use of the already mentioned short time window at circulating frequencies of 1 MHz to 1 GHz for switching the optical element. The invention further relates to a device comprising an optical element, at least one position indicator and a holder for use in an optical resonator as described above, wherein the position indicator is arranged on the optical element. In this case, the device allows radiation in the resonator to be reflected or transmitted in a first position in such a way that it circulates in the resonator. Furthermore, the device allows a second position of the optical element to be controlled, the radiation circulating in the resonator being reflected or transmitted in such a way that it can be coupled out of the resonator. The same applies to a radiation to be coupled into the resonator in the reverse beam path. By edge-side arrangement of the position indicator on the optical element, the first and second position can be controlled in each case particularly quickly and effectively.
In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen zweiten Stellgeber aufweist, wobei die beiden Stellgeber jeweils randseitig an dem optischen Element angeordnet sind und der zweite Stellgeber gegenläufig zu dem ersten Stellgeber steuerbar ist. In dieser Anordnung der Vorrichtung wird der zum Verfahren von der ersten Position zur zweiten Position notwendige Stellhub auf zwei Stellgeber verteilt und dieser beispielsweise halbiert. Somit kann die erste und die zweite Position jeweils in einer geringeren Stellzeit gestellt werden. In a further embodiment of the device, it is provided that the device has a second position indicator, wherein the two position encoders are each arranged on the edge side of the optical element and the second positioner is controllable in opposite directions to the first positioner. In this arrangement of the device necessary for the process from the first position to the second position control stroke is distributed to two position encoders and this example halved. Thus, the first and the second position can each be set in a shorter positioning time.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Stellgeber scherbar ausgebildet ist. Dabei schert der Stellgeber bei einem entsprechenden elektrischen Signal aus und kippt das optische Element, um eine einfallende Strahlung abzulenken. Insbesondere können hierbei der Stellgeber und das optische Element einstückig ausgebildet werden, wobei ein Teil des Stellgebers beispielsweise mit einer reflektierenden Schicht versehen ist. In a further embodiment of the device it is provided that the positioner is designed to be sheared. The positioner shears at one corresponding electrical signal and tilts the optical element to deflect an incident radiation. In particular, in this case the positioner and the optical element can be integrally formed, wherein a part of the position indicator is provided for example with a reflective layer.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Lasersystem zur Erzeugung von Laserstrahlung hoher Leistung, mit einem Laseroszillator, der gepulste Laserstrahlung mit einer Pulsdauer im Bereich von Pikosekunden bis Femtosekunden erzeugt, wobei die von dem Laseroszillator emittierte Strahlung zum Zwecke der Resonanzüberhöhung in einen erfindungsgemäßen optischen Resonator eingekoppelt wird. Bei dem Laseroszillator kann es sich z.B. um einen modengekoppelten Laser an sich bekannter Bauart handeln. Das Lasersystem weist zeckmäßig eine elektronische Steuerschaltung auf, die das optische Element des Resonators zwischen den beiden Schaltstellungen periodisch hin und her schaltet, und zwar entsprechend der gewünschten Repetitionsrate und Leistung. Das Lasersystem kann weiterhin einen optischen Verstärker aufweisen, der die Laserstrahlung des Laseroszillators verstärkt, um die gewünschte Leistung in dem erfindungsgemäßen Resonator zu erhalten. The invention also relates to a laser system for generating laser radiation of high power, comprising a laser oscillator which generates pulsed laser radiation having a pulse duration in the range of picoseconds to femtoseconds, wherein the radiation emitted by the laser oscillator is coupled into an optical resonator according to the invention for the purpose of resonant peaking. The laser oscillator may be e.g. to be a mode-locked laser per se known type. The laser system has a tickwise electronic control circuit which periodically switches the optical element of the resonator between the two switching positions according to the desired repetition rate and power. The laser system may further comprise an optical amplifier which amplifies the laser radiation of the laser oscillator to obtain the desired power in the resonator according to the invention.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the wording of the claims and from the following description of exemplary embodiments with reference to FIGS.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 einen optischen Resonator mit einem beweglich angeordneten optischen Spiegel in einer ersten Position; 1 shows an optical resonator with a movably arranged optical mirror in a first position.
Fig. 2 einen optischen Resonator mit einem beweglich angeordneten optischen Spiegel in einer zweiten Position; FIG. 2 shows an optical resonator with a movably arranged optical mirror in a second position; FIG.
Fig. 3 einen optischen Resonator umfassend einen Hohlspiegel und einen beweglich angeordneten optischen Spiegel in einer ersten Position; einen optischen Resonator umfassend einen Hohlspiegel und einen beweglich angeordneten optischen Spiegel in einer zweiten Position; einen optischen Resonator umfassend ein zumindest teilweise bewegliches optisches Prisma in einer ersten Position; einen optischen Resonator umfassend ein zumindest teilweise bewegliches optisches Prisma in einer zweiten Position; eine Vorrichtung umfassend ein optisches Element, einen Stellgeber und eine Halterung; eine Vorrichtung umfassend ein optisches Element, zwei Stellgeber und eine Halterung; eine Vorrichtung umfassend ein optisches Element und einen scherbar ausgebildeten Stellgeber. Fig. 3 shows an optical resonator comprising a concave mirror and a movable arranged optical mirrors in a first position; an optical resonator comprising a concave mirror and a movably arranged optical mirror in a second position; an optical resonator comprising an at least partially movable optical prism in a first position; an optical resonator comprising an at least partially movable optical prism in a second position; a device comprising an optical element, a position indicator and a holder; a device comprising an optical element, two positioners and a holder; a device comprising an optical element and a sheared positioner.
Die Bezugszeichen und deren Bedeutung sind zusammengefasst in der Bezugszeichenliste. Im Allgemeinen bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Teile. Fig. 1 zeigt eine schematische Anordnung eines optischen Resonators 1 umfassend ein optisches Element 2, wobei das optische Element 2 in dieser Ausführungsform als ein beweglich angeordneter optischer Spiegel ausgebildet ist. Das optische Element 2 reflektiert eine im Resonator umlaufende Strahlung entsprechend einem Strahlengang 3 in einer ersten Position des optischen Elements 2. Dabei wird der Strahlengang weiterhin durch optische Spiegel 4, 5, 6 derart reflektiert, dass die Strahlung in dem optischen Resonator umläuft. Das optische Element 2 schaltbar zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung. Hierzu ist es an einem Stellgeber 7 derart angeordnet, dass dieser das optische Element 2 von einer ersten Position in eine zweite Position verfahren oder stellen kann. Das optische Element und der Stellgeber 7 sind dabei an einer Halterung 9 angeordnet. Die Spiegel 4, 5, 6 sind in der dargestellten Ausführungsform als fest angeordnete Spiegel dargestellt. Diese können allerdings ebenso wie das optische Element 2 beweglich ausgebildet sein, beispielsweise mit weiteren Stellgebern, um die einzelnen Spiegel 4, 5, 6 in ihrer Position zu verändern. Der Stellgeber 7 kann dabei piezo-elektrisch oder elektro-magnetisch ausgebildet sein. Der optische Resonator 1 kann dabei als passiver Resonator oder als aktiver Resonator, d.h. mit einem im Resonator angeordneten, optisch gepumpten, laseraktiven Medium, ausgebildet sein. The reference numerals and their meaning are summarized in the list of reference numerals. In general, the same reference numerals designate the same parts. Fig. 1 shows a schematic arrangement of an optical resonator 1 comprising an optical element 2, wherein the optical element 2 is formed in this embodiment as a movably arranged optical mirror. The optical element 2 reflects a radiation circulating in the resonator corresponding to a beam path 3 in a first position of the optical element 2. In this case, the beam path is further reflected by optical mirrors 4, 5, 6 such that the radiation circulates in the optical resonator. The optical element 2 switchable between a first switching position and a second switching position. For this purpose, it is arranged on a position sensor 7 such that it can move or set the optical element 2 from a first position to a second position. The optical element and the position sensor 7 are arranged on a holder 9. The mirrors 4, 5, 6 are shown as fixed mirrors in the illustrated embodiment. However, these can be designed to be movable just like the optical element 2, for example, with other encoders to change the individual mirrors 4, 5, 6 in their position. The modulator 7 may be formed piezo-electrically or electro-magnetically. The optical resonator 1 can be designed as a passive resonator or as an active resonator, ie with an optically pumped, laser-active medium arranged in the resonator.
In dem Resonator wird durch kohärente Überlagerung der umlaufenden Strahlung die resonatorinterne Leistung erhöht. Die Umlaufzeit im Resonator ist gleich einem ganzzahligen Vielfachen eines Pulsabstandes der umlaufenden gepulsten Laserstrahlung. Dabei wird typischerweise die Strahlung eines Kurzpulsoszillators (ggf. nach optischer Verstärkung) mit hoher Pulsfolgefrequenz in den Resonator eingekoppelt und darin resonant überhöht, wobei die Pulsfolgefrequenz der zeitlich äquidistanten Pulse zwischen 1 MHz und 1 GHz liegt. In the resonator, coherent superimposition of the circulating radiation increases the resonator-internal power. The cycle time in the resonator is equal to an integer multiple of a pulse spacing of the rotating pulsed laser radiation. Typically, the radiation of a short-pulse oscillator (optionally after optical amplification) is coupled into the resonator with a high pulse repetition frequency and resonantly amplified therein, the pulse repetition frequency of the equidistant pulses being between 1 MHz and 1 GHz.
Die Leistung des Resonators ist allerdings nur dann nutzbar, wenn die Strahlung auch aus dem Resonator auskoppelbar ist. Dabei ergibt sich insbesondere die Notwendigkeit, dass ein geeigneter Schalter, der beispielsweise die umlaufende Strahlung auskoppelt oder eine externe Strahlung einkoppelt, zwischen zwei Pulsen der Strahlung schaltet. Hierbei sind insbesondere bei der Verwendung von Pulsfolgefrequenzen von 1 MHz bis 1 GHz Schaltzeiten von 1 με bis unter 1 ns notwendig. However, the power of the resonator can only be used if the radiation can also be coupled out of the resonator. This results in particular in the necessity that a suitable switch, which for example decouples the circulating radiation or couples in an external radiation, switches between two pulses of the radiation. In this case, in particular when using pulse repetition frequencies of 1 MHz to 1 GHz, switching times of 1 με to less than 1 ns are necessary.
In der in Fig. 1 dargestellten ersten Position des optischen Elements 2 in der Ausführungsform als drehbeweglich angeordneter optischer Spiegel wird die Strahlung entsprechend dem Strahlengang 3 im Resonator überhöht. Die Strahlung kann nun, wie in Fig. 2 dargestellt, aus dem Resonator in einer zweiten Position des optischen Elements ausgekoppelt werden, oder es kann externe Strahlung zur kohärenten Überlagerung in den Resonator eingekoppelt werden. Dabei wird der Stellgeber 7 derart gesteuert, dass dieser das optische Element 2 in die zweite Position stellt oder bewegt. Die umlaufende Strahlung wird entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Strahlengang 13 aus dem Resonator ausgekoppelt oder entsprechend die externe Strahlung eingekoppelt. In the illustrated in Fig. 1 the first position of the optical element 2 in the embodiment as a rotatably arranged optical mirror, the radiation is increased in accordance with the beam path 3 in the resonator. The radiation can now, as shown in FIG. 2, be coupled out of the resonator in a second position of the optical element, or external radiation can be coupled into the resonator for coherent superposition. In this case, the position sensor 7 is controlled such that it sets or moves the optical element 2 in the second position. The circulating radiation is decoupled from the resonator according to the beam path 13 shown in FIG. 2, or the external radiation is correspondingly coupled in.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass das Stellen von der ersten Position auf die zweite Position des optischen Elements 2 über den Stellgeber 7 ausreichend rasch erfolgen kann. Die minimale Stellzeit kann durch die geometrische Anordnung des optischen Resonators 1 verlängert werden, und zwar dadurch, dass der optische Resonator 1 besonders lang ausgebildet ist und lange Strahlengänge 3, 13 aufweist. Somit wird die notwendige Schaltzeit erhöht, das heißt die Anforderungen an die Geschwindigkeit der Stellbewegung des optischen Elements 2 werden reduziert. It is particularly advantageous that the setting of the first position to the second position of the optical element 2 via the position sensor 7 can be done quickly enough. The minimum positioning time can be extended by the geometric arrangement of the optical resonator 1, namely by the fact that the optical resonator 1 is designed to be particularly long and has long beam paths 3, 13. Thus, the necessary switching time is increased, that is, the demands on the speed of the adjusting movement of the optical element 2 are reduced.
Des Weiteren kann die Schaltzeit des optischen Resonators 1 dadurch verkürzt werden, dass der Stellhub oder Weg, den der Stellgeber zurückzulegen hat, verringert wird. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass ein oder mehrere der im optischen Resonator 1 angeordneten Spiegel 4, 5, 6 beweglich angeordnet sind. Damit kann zum einen der Stellhub, den der Stellgeber 7 von der ersten Position zur zweiten Position verfährt oder stellt, auf das optische Element 2 und die Spiegel 4, 5, 6 verteilt werden, was zu einer kürzeren Stellzeit führt. Zum anderen kann die bewegliche Anordnung der Spiegel 4, 5, 6 zu einer Vergrößerung der Gesamtablenkung des Strahls verwendet werden. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des optischen Resonators 1 mit zumindest einem Hohlspiegel 14. Die Verwendung des Hohlspiegels 14 in dem optischen Resonator 1 führt insbesondere dazu, dass durch den Krümmungsradius r und die Brennweite r/2 des Hohlspiegels die im Resonator umlaufende Strahlung stets fokussiert und defokussiert wird entsprechend dem Strahlengang 3 in Fig. 3, wobei der in Fig. 3 dargestellte Strahlengang der ersten Schaltstellung (Position) des optischen Elements 2 entspricht, in der die Strahlung zum Umlauf in dem (nur teilweise dargestellten) optischen Resonator 1 reflektiert wird. Weitere Spiegel und sonstige Komponenten des Resonators 1 sind in den Figuren 3 und 4 der Einfachheit halber nicht dargestellt. Furthermore, the switching time of the optical resonator 1 can be shortened by reducing the adjusting stroke or travel that the position indicator has to cover. This is possible, for example, in that one or more of the mirrors 4, 5, 6 arranged in the optical resonator 1 are movably arranged. Thus, on the one hand the adjusting stroke, which moves the positioner 7 from the first position to the second position or provides, to the optical element 2 and the mirrors 4, 5, 6 are distributed, resulting in a shorter positioning time. On the other hand, the movable arrangement of the mirrors 4, 5, 6 can be used to increase the total deflection of the beam. 3 shows an embodiment of the optical resonator 1 with at least one concave mirror 14. The use of the concave mirror 14 in the optical resonator 1 results, in particular, in the fact that the radiation circulating in the resonator is always focused by the radius of curvature r and the focal length r / 2 of the concave mirror and is defocused corresponding to the optical path 3 in Fig. 3, wherein the beam path shown in Fig. 3 of the first switching position (position) of the optical element 2 corresponds, in which the radiation for circulation in the (only partially shown) optical resonator 1 is reflected , Further mirrors and other components of the resonator 1 are not shown in FIGS. 3 and 4 for the sake of simplicity.
In Fig. 4 ist der Aufbau des optischen Resonators 1 gemäß Fig. 3 wiedergegeben, wobei das optische Element ähnlich wie in Fig. 1 und Fig. 2 über den Stellgeber 7 von der ersten Position in die zweite Position verfahren, bewegt oder gestellt wird. Entsprechend dem Strahlengang 13 wird die im optischen Resonator 1 umlaufende Strahlung durch das optische Element 2 in der zweiten Position derart umgelenkt, dass diese über den Hohlspiegel 14 an dem keilförmigen reflektiven Element 15 reflektiert wird. Das reflektive Element 15 befindet sich dabei insbesondere in einem Fokus des Hohlspiegels 14. In dieser Anordnung reicht ein geringer Stellhub des Stellgebers 7 aus, um von der ersten Position in die zweite Position zu fahren, um die Reflexion an dem reflektiven Element 15 zu erreichen. Durch die Reflexion an dem reflektiven Element 15 kann ein nahezu verlustfreies Auskoppeln oder Einkoppeln der Strahlung ermöglicht werden, wobei das reflektive Element in der ersten Position den Umlauf der Strahlung nicht beeinflusst. FIG. 4 shows the structure of the optical resonator 1 according to FIG. 3, wherein the optical element is moved, moved or set from the first position to the second position, as in FIGS. 1 and 2 via the position indicator 7. Corresponding to the beam path 13, the radiation circulating in the optical resonator 1 is deflected by the optical element 2 in the second position such that it is reflected by the concave mirror 14 on the wedge-shaped reflective element 15. The reflective element 15 is located in particular in a focus of the concave mirror 14. In this arrangement, a small actuating stroke of the position indicator 7 is sufficient to drive from the first position to the second position in order to achieve the reflection at the reflective element 15. By reflecting on the reflective element 15, a nearly lossless coupling or coupling of the radiation can be made possible, wherein the reflective element in the first position does not affect the circulation of the radiation.
Insbesondere kann die Fokussierung in dieser Ausführungsform in nur einer Raumrichtung stattfinden, beispielsweise mittels eines elliptischen Fokus, um beispielsweise die im optischen Resonator 1 entstehenden Leistungsdichten unterhalb möglicher Zerstörschwellen der Komponenten des optischen Resonators 1 zu halten. Des Weiteren können auch in dieser Ausführungsform mehrere beweglich angeordnete optische Elemente vorgesehen sein, welche sich insbesondere sehr nahe am Hohlspiegel befinden, um die Bewegung des optischen Elements effektiv zu nutzen. In particular, the focusing in this embodiment can take place in only one spatial direction, for example by means of an elliptical focus, for example to keep the resulting in the optical resonator 1 power densities below possible damage thresholds of the components of the optical resonator 1. Furthermore, a plurality of movably arranged optical elements can also be provided in this embodiment, which are in particular very close to the concave mirror in order to effectively use the movement of the optical element.
Des Weiteren kann die in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellte Anordnung derart abgewandelt werden, dass die Reihenfolge von optischem Element 2 und Hohlspiegel 14 im Strahlengang vertauscht wird. Die Funktionsweise ist dabei identisch. In den in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen ist das optische Element 2 jeweils als ein beweglich angeordneter optischer Spiegel oder ein beweglich angeordnetes winkeldispersives Element (Gitter) ausgebildet. Das optische Element 2 reflektiert dabei die Strahlung jeweils, wodurch ein Auskoppeln oder Einkoppeln der Strahlung ohne nennenswerte Leistungsverluste möglich ist. Furthermore, the arrangement shown in FIG. 3 and FIG. 4 can be modified in such a way that the sequence of optical element 2 and concave mirror 14 in the beam path is reversed. The functionality is identical. In the embodiments illustrated in FIGS. 1 to 4, the optical element 2 is in each case designed as a movably arranged optical mirror or a movably arranged angle-dispersive element (grid). In this case, the optical element 2 reflects the radiation in each case, as a result of which coupling out or coupling in of the radiation is possible without appreciable power losses.
Das optische Element 2 kann in einer alternativen Ausgestaltung analog zu einem akusto-optischen Modulator ausgebildet sein. Hierbei werden bei Anlegen einer Spannung bestimmter Frequenz und Amplitude Oberflächenwellen in dem Material des akusto-optischen Modulators erzeugt, die die Strahlung in einer Reflexionsordnung (statt - wie bei akusto-optischen Modulatoren an sich üblich - in einer Transmissionsordnung) ablenken, und zwar unter einem steuerbaren Winkel. Die geringe Effizienz akusto-optischer Modulatoren von theoretisch maximal 34% in der ersten Beugungsordnung ist allerdings eine wesentliche Beschränkung hierbei. In einer ähnlichen Weise kann das optische Element 2 als elektro-optisches Reflexionsgitter ausgebildet sein. The optical element 2 may be formed in an alternative embodiment analogous to an acousto-optic modulator. Here, when a voltage of certain frequency and amplitude surface waves are generated in the material of the acousto-optic modulator, the radiation in a reflection order (instead - as usual in acousto-optical modulators per se - in a transmission order) distract, under a controllable angle. However, the low efficiency of acousto-optic modulators of a theoretical maximum of 34% in the first diffraction order is a significant limitation here. In a similar manner, the optical element 2 may be formed as an electro-optical reflection grating.
In Fig. 5 ist das optische Element 2 in einer weiteren Ausführungsform als zumindest teilweise bewegliches optisches Prisma in einer ersten Schaltstellung dargestellt. In dieser ersten Schaltstellung folgt die im Resonator 1 umlaufende Strahlung dem Strahlengang 3 entsprechend der Reflexion der Strahlung in dem optischen Element 2. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Umlauf der Strahlung im Resonator 1 wird die Strahlung durch innere Totalreflexion geleitet. In Fig. 5, the optical element 2 is shown in a further embodiment as an at least partially movable optical prism in a first switching position. In this first switching position, the radiation circulating in the resonator 1 follows the beam path 3 in accordance with the reflection of the radiation in the optical element 2. In the circulation of the radiation in the resonator 1 shown in FIG. 5, the radiation is conducted by total internal reflection.
Insbesondere kann die (geeignet polarisierte) Strahlung auf dem optischen Prisma unter dem Brewsterwinkel α auftreffen, wobei Reflexion an der Grenzfläche des Prismas entfällt und die Strahlung nur transmittiert wird. Dies ist vorteilhaft, da beispielsweise auf eine Anti-Reflexionsbeschichtung verzichtet werden kann und trotzdem Reflexionsverluste minimiert werden. Bei spektral breitbandiger Strahlung kann unter Umständen ein senkrechter Einfall und eine Anti-Reflexionsbeschichtung notwendig sein, um Winkeldispersion zu vermeiden. Das optische Prisma ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet, wobei ein erster keilförmiger Teil 21 derart beweglich ausgebildet ist, dass in der ersten Position der erste Teil 21 des Prismas beabstandet von einem zweiten Teil 22 des Prismas angeordnet ist. Dabei ist ein Abstand zwischen dem ersten Teil 21 und dem zweiten Teil 22 des optischen Prismas, der gleich einem Viertel der Wellenlänge der umlaufenden Strahlung ist, ausreichend. Der Spalt zwischen erstem Teil 21 und zweitem Teil 22 kann also sehr schmal (z.B. weniger als 1 μιτι) ausgestaltet sein, so dass zum Umschalten in die in Figur 6 gezeigte Schaltstellung nur ein geringer Bewegungshub erforderlich ist. Damit kann das Umschalten sehr schnell erfolgen. In particular, the (suitably polarized) radiation can impinge on the optical prism at the Brewster angle α, wherein reflection at the boundary surface of the prism is omitted and the radiation is only transmitted. This is advantageous since, for example, it is possible to dispense with an anti-reflection coating and, nevertheless, reflection losses are minimized. For spectrally broadband radiation, a vertical incidence and an anti-reflection coating may be necessary to avoid angular dispersion. The optical prism is formed in two parts in the illustrated embodiment, wherein a first wedge-shaped part 21 is designed to be movable so that in the first position, the first part 21 of the prism is spaced from a second part 22 of the prism. In this case, a distance between the first part 21 and the second part 22 of the optical prism, which is equal to a quarter of the wavelength of the circulating radiation, is sufficient. The gap between the first part 21 and the second part 22 can thus be configured very narrow (eg less than 1 μm), so that only a small movement stroke is required for switching to the switching position shown in FIG. Thus, the switching can be done very quickly.
In Fig. 6 ist die zweite Schaltstellung des optischen Prismas gemäß Fig. 5 dargestellt. Dabei liegt der erste Teil 21 flächig an dem zweiten Teil 22 an. Aufgrund der keilförmigen Geometrie des ersten Teils wird die Totalreflexion der Strahlung innerhalb des optischen Elements 2 unterbunden. Die Strahlung folgt dem Verlauf 13, was zur Auskopplung der Strahlung aus dem (in Figur 5 und 6 ansonsten nicht dargestellten) Resonator 1 gemäß der Erfindung nutzbar ist. Zur Bewegung des ersten Teils 21 werden in der dargestellten Ausführungsform Stellgeber 7, 8 verwendet. Diese verschieben das erste Teil 21 des optischen Prismas und pressen dieses in der in Figur 6 gezeigten Schaltstellung an den zweiten Teil 22. FIG. 6 shows the second switching position of the optical prism according to FIG. 5. In this case, the first part 21 lies flat against the second part 22. Due to the wedge-shaped geometry of the first part, the total reflection of the radiation within the optical element 2 is suppressed. The radiation follows the course 13, which can be used to decouple the radiation from the resonator 1 (not otherwise shown in FIGS. 5 and 6) according to the invention. For the movement of the first part 21, positioners 7, 8 are used in the illustrated embodiment. These move the first part 21 of the optical prism and press it in the switching position shown in Figure 6 to the second part 22nd
Ein besonderer Vorteil der Anordnung gemäß Fig. 5 und Fig. 6 liegt dabei darin, dass die Strahlung stets gleich auf das optische Element 2 auftrifft, unabhängig davon, ob sich dieses in der ersten Position oder der zweiten Position befindet. Damit wird die Stabilität des Strahlengangs im normalen Resonatorbetrieb, also bei umlaufender Strahlung im optischen Resonator 1 , von dem optischen Element 2 unbeeinflusst bleiben. Somit kann ein sehr stabiler optischer Resonator 1 umgesetzt werden. A particular advantage of the arrangement according to FIGS. 5 and 6 lies in the fact that the radiation always impinges equally on the optical element 2, regardless of whether it is in the first position or the second position. In this way, the stability of the beam path in the normal resonator mode, ie with circulating radiation in the optical resonator 1, will remain uninfluenced by the optical element 2. Thus, a very stable optical resonator 1 can be realized.
In einer weiteren Ausführungsform der Anordnung gemäß Fig. 5 und Fig. 6 kann auch der zweite Teil 22 über Stellgeber beweglich sein. In einer jeweils weiteren Ausführungsform können beide Teile des optischen Prismas stellbar ausgebildet sein. Die Verwendung des optischen Prismas, wie in Fig. 5 und Fig. 6 dargestellt, ist dabei transmissiv. Es tritt daher eine gewisse Absorption der Strahlung in dem Prisma auf. Um die Absorption zu minimieren, ist das Prisma aus geeignet gewählten Materialien, beispielsweise Quarzglas, Yttrium-Aluminium-Granat, Diamant oder einem daraus zusammengesetzten Material geformt. Weiterhin hat die Geometrie des Prismas einen wesentlichen Einfluss auf potentielle thermische Probleme. So kann beispielsweise das Prisma als Keil in einer Raumrichtung langgezogen sein, um eine scheibenähnliche Form zu erhalten. Dadurch wird der Strahlengang innerhalb des Prismas minimiert und eine mögliche Absorption zumindest reduziert. In a further embodiment of the arrangement according to FIGS. 5 and 6, the second part 22 can also be movable via positioners. In a respective further embodiment, both parts of the optical prism can be designed to be adjustable. The use of the optical prism, as shown in FIGS. 5 and 6, is transmissive. There is therefore some absorption of the radiation in the prism. In order to minimize absorption, the prism is formed from suitably chosen materials, for example quartz glass, yttrium aluminum garnet, diamond or a material composed thereof. Furthermore, the geometry of the prism has a significant influence on potential thermal problems. For example, the prism may be elongated as a wedge in a spatial direction to obtain a disc-like shape. This minimizes the beam path within the prism and at least reduces possible absorption.
In Fig. 7 ist der in Fig. 1 bis 4 verwendete Aufbau einer Vorrichtung umfassend ein optisches Element 2, einen Stellgeber 7 und eine Halterung 9 dargestellt. Das optische Element 2 ist dabei randseitig mit dem Stellgeber 7 verbunden, um die Bewegung des Stellgebers 7 besonders effektiv zu nutzen. Der Stellgeber 7 kann beispielsweise piezo-elektrisch oder elektro-magnetisch ausgebildet sein. FIG. 7 shows the construction of a device comprising an optical element 2, a position indicator 7 and a holder 9 used in FIGS. 1 to 4. The optical element 2 is at the edge connected to the position sensor 7 in order to use the movement of the position sensor 7 particularly effective. The modulator 7 may be formed, for example, piezo-electric or electro-magnetic.
In Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 7 dargestellt, wobei das optische Element 2 mit einem weiteren Stellgeber 8 randseitig verbunden ist. Die Stellgeber 7, 8 können zum Stellen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung des optischen Elements 2 gegenläufig angesteuert werden. So kann beispielsweise der Stellgeber 7 das optische Element 2 von der Halterung 9 wegbewegen und gleichzeitig der Stellgeber 8 das optische Element 2 näher an die Halterung 9 heranführen. Damit wird der Stellhub auf die in Stellgeber 7 und 8 verteilt. Somit kann eine kürzere Stellzeit erreicht werden. In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 7 dargestellt, wobei der Stellgeber 7 scherbar ausgebildet ist. Bei einem entsprechenden elektrischen Signal schert der Stellgeber 7 aus und bewegt das optische Element 2 von einer beispielsweise parallelen Position zur Halterung 9 in eine verkippte Position. Wesentlich dabei ist lediglich, dass das optische Element 2 eine erste Position und eine zweite Position einnehmen kann. Das optische Element 2 kann dabei einstückig mit dem Stellgeber 7 geformt werden, beispielsweise durch Auftragen einer reflektiven Schicht auf den Stellgeber 7. Bezugszeichenliste FIG. 8 shows a further embodiment of the device according to FIG. 7, wherein the optical element 2 is connected at the edge to a further position indicator 8. The positioners 7, 8 can be driven in opposite directions to set the first switching position and the second switching position of the optical element 2. Thus, for example, the position sensor 7, the optical element 2 move away from the holder 9 and at the same time the positioner 8 zoom the optical element 2 closer to the holder 9. This distributes the control stroke to those in position encoders 7 and 8. Thus, a shorter positioning time can be achieved. FIG. 9 shows a further embodiment of the device according to FIG. 7, the position indicator 7 being designed to be shearable. With a corresponding electrical signal, the positioner 7 shears off and moves the optical element 2 from an eg parallel position to the holder 9 in a tilted position. It is only essential that the optical element 2 can assume a first position and a second position. The optical element 2 can be integrally formed with the position encoder 7, for example, by applying a reflective layer on the position sensor. 7 LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Resonator 1 resonator
2 optisches Element 2 optical element
3 Strahlengang3 beam path
4 Spiegel 4 mirrors
5 Spiegel  5 mirrors
6 Spiegel  6 mirrors
7 Stellgeber  7 positioners
8 Stellgeber  8 positioners
9 Halterung  9 bracket
13 Strahlengang 13 beam path
14 Hohlspiegel14 concave mirror
15 reflektives Element15 reflective element
21 erster Teil 21 first part
22 zweiter Teil  22 second part

Claims

Patentansprüche claims
1 . Optischer Resonator (1 ) mit zumindest einem optischen Element (2), das Laserstrahlung, vorzugsweise gepulste Laserstrahlung, reflektiert oder transmittiert, 1 . Optical resonator (1) with at least one optical element (2) which reflects or transmits laser radiation, preferably pulsed laser radiation,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das optische Element (2) schaltbar ist, wobei in einer ersten Schaltstellung die Laserstrahlung in der Weise reflektiert oder transmittiert wird, dass sie in dem Resonator (1 ) umläuft, und wobei in einer zweiten Schaltstellung die Laserstrahlung aus dem Resonator (1 ) ausgekoppelt oder die von einer externen Strahlungsquelle emittierte Laserstrahlung in den Resonator (1 ) eingekoppelt wird. characterized in that the optical element (2) is switchable, wherein in a first switching position, the laser radiation is reflected or transmitted in such a way that it circulates in the resonator (1), and wherein in a second switching position, the laser radiation from the resonator (1 ) is coupled out or the laser radiation emitted by an external radiation source is coupled into the resonator (1).
2. Optischer Resonator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (2) ein beweglich angeordneter optischer Spiegel, ein beweglich angeordnetes winkeldispersives Element, ein induzierbarer Plasmaspiegel oder ein zumindest teilweise bewegliches optisches Prisma ist. 2. Optical resonator (1) according to claim 1, characterized in that the optical element (2) is a movably arranged optical mirror, a movably arranged angle-dispersive element, an inducible plasma mirror or an at least partially movable optical prism.
3. Optischer Resonator (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Prisma zumindest zweiteilig ausgebildet ist, wobei zumindest ein erster Teil (21 ) des optischen Prismas derart beweglich ausgebildet ist, dass in der ersten Schaltstellung der erste Teil (21 ) des Prismas beabstandet von einem zweiten Teil (22) des Prismas ist und in der zweiten Schaltstellung der erste Teil (21 ) an dem zweiten Teil (22) anliegt. 3. An optical resonator (1) according to claim 2, characterized in that the optical prism is formed at least in two parts, wherein at least a first part (21) of the optical prism is designed to be movable such that in the first switching position of the first part (21) of the prism is spaced from a second part (22) of the prism and in the second switching position, the first part (21) rests against the second part (22).
4. Optischer Resonator (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das optische Prisma aus Quarzglas, Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), Diamant oder einem aus diesen Bestandteilen zusammengesetzten Material gebildet ist. 4. An optical resonator (1) according to claim 2 or 3, wherein the optical prism of quartz glass, yttrium-aluminum garnet (YAG), diamond or a composite of these components material is formed.
5. Optischer Resonator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlspiegel (14) mit einem Krümmungsradius r und Brennweite r/2 im Strahlengang der im Resonator (1 ) umlaufenden Strahlung vor oder nach dem schaltbaren optischen Element (2) angeordnet ist. 5. An optical resonator (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a concave mirror (14) with a radius of curvature r and focal length r / 2 in the beam path in the resonator (1) rotating radiation before or after the switchable optical element (2) is arranged.
6. Optischer Resonator (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlengang nach dem optischen Element (2) oder nach dem Hohlspiegel (14) ein reflektives Element (15) zum Auskoppeln der umlaufenden Strahlung oder Einkoppeln der externen Strahlung angeordnet ist. 6. An optical resonator (1) according to claim 5, characterized in that in the beam path to the optical element (2) or after the concave mirror (14) is arranged a reflective element (15) for decoupling the circulating radiation or coupling the external radiation ,
7. Optischer Resonator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (2) mittels eines piezoelektrischen oder elektro-magnetischen Stellgebers (7, 8) bewegbar ist. 7. An optical resonator (1) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the optical element (2) by means of a piezoelectric or electro-magnetic actuator (7, 8) is movable.
8. Optischer Resonator (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellgeber (7, 8) eine Stellzeit zum Verstellen des optischen Elements (2) zwischen den beiden Schaltstellungen von weniger als 1 με, vorzugsweise weniger als 100 ns, besonders bevorzugt weniger als 1 ns aufweist. 8. An optical resonator (1) according to claim 7, characterized in that the position indicator (7, 8) has a positioning time for adjusting the optical element (2) between the two switching positions of less than 1 με, preferably less than 100 ns, particularly preferred less than 1 ns.
9. Optischer Resonator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (1 ) weitere bewegliche optische9. An optical resonator (1) according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the resonator (1) further movable optical
Elemente (2) aufweist. Having elements (2).
10. Vorrichtung umfassend ein optisches Element (2), zumindest einen Stellgeber (7, 8) und eine Halterung (9) zur Verwendung in einem optischen Resonator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (2) randseitig an dem Stellgeber (7, 8) angeordnet ist. 10. Device comprising an optical element (2), at least one position indicator (7, 8) and a holder (9) for use in an optical resonator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element (2) at the edge of the positioner (7, 8) is arranged.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen zweiten Stellgeber (8) aufweist, wobei das optische Element (2) jeweils randseitig an den beiden Stellgebern (7, 8) angeordnet ist und der zweite Stellgeber (8) gegenläufig zu dem ersten Stellgeber (7) steuerbar ist. 1 1. Apparatus according to claim 10, characterized in that the device comprises a second position indicator (8), wherein the optical element (2) in each case at the edge of the two actuators (7, 8) is arranged and the second positioner (8) in opposite directions to the first positioner (7) is controllable.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellgeber (7, 8) scherbar ausgebildet ist. 12. The device according to claim 10, characterized in that the positioner (7, 8) is formed sheared.
13. Lasersystem zur Erzeugung von Laserstrahlung hoher Leistung, mit einem Laseroszillator, der gepulste Laserstrahlung erzeugt, insbesondere mit einer Pulsdauer im Bereich von Pikosekunden bis Femtosekunden, wobei die von dem Laseroszillator emittierte Strahlung zum Zwecke der Resonanzüberhöhung in einen optischen Resonator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingekoppelt wird. 13. Laser system for generating high-power laser radiation, with a laser oscillator which generates pulsed laser radiation, in particular with a pulse duration in the range of picoseconds to femtoseconds, wherein the radiation emitted by the laser oscillator for the purpose of resonance peaking in an optical resonator (1) after a of claims 1 to 9 is coupled.
14. Lasersystem nach Anspruch 13, mit einer Steuerschaltung, die das optische Element (2) des Resonators (1 ) zwischen den beiden Schaltstellungen periodisch hin und her schaltet. 14. A laser system according to claim 13, with a control circuit which periodically switches the optical element (2) of the resonator (1) between the two switching positions back and forth.
15. Lasersystem nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch einen optischen Verstärker, der die Laserstrahlung des Laseroszillator verstärkt. 15. A laser system according to claim 13 or 14, characterized by an optical amplifier which amplifies the laser radiation of the laser oscillator.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1590543A (en) * 1968-11-04 1970-04-13
US5072135A (en) * 1989-07-18 1991-12-10 Thomson-Csf Power laser pulse generator
US5283801A (en) * 1992-05-26 1994-02-01 Trw Inc. External resonant ring cavity for generating high-peak-power laser pulses
US5790303A (en) * 1997-01-23 1998-08-04 Positive Light, Inc. System for amplifying an optical pulse using a diode-pumped, Q-switched, intracavity-doubled laser to pump an optical amplifier
JPH1187091A (en) * 1997-09-12 1999-03-30 Japan Steel Works Ltd:The Method and device of generating plate-like plasma
WO2006088822A2 (en) * 2005-02-14 2006-08-24 Digital Signal Corporation Laser radar system and system and method for providing chirped electromagnetic radiation
DE102006005325A1 (en) * 2006-02-07 2007-08-16 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Prism combination for ring resonator, has catheter surfaces and hypotenuse surfaces serving as reflecting surfaces, which are located such that polarization with respect to plane is rotated around ninety degree

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6427038B1 (en) * 2000-08-15 2002-07-30 At&T Corp Mirror control of micro-electro-mechanical optical cross connect switch
US8049944B2 (en) * 2006-11-30 2011-11-01 Jds Uniphase Corporation MEMS device and a MEMS device array

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1590543A (en) * 1968-11-04 1970-04-13
US5072135A (en) * 1989-07-18 1991-12-10 Thomson-Csf Power laser pulse generator
US5283801A (en) * 1992-05-26 1994-02-01 Trw Inc. External resonant ring cavity for generating high-peak-power laser pulses
US5790303A (en) * 1997-01-23 1998-08-04 Positive Light, Inc. System for amplifying an optical pulse using a diode-pumped, Q-switched, intracavity-doubled laser to pump an optical amplifier
JPH1187091A (en) * 1997-09-12 1999-03-30 Japan Steel Works Ltd:The Method and device of generating plate-like plasma
WO2006088822A2 (en) * 2005-02-14 2006-08-24 Digital Signal Corporation Laser radar system and system and method for providing chirped electromagnetic radiation
DE102006005325A1 (en) * 2006-02-07 2007-08-16 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Prism combination for ring resonator, has catheter surfaces and hypotenuse surfaces serving as reflecting surfaces, which are located such that polarization with respect to plane is rotated around ninety degree

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