WO2016128341A1 - Verfahren und system zur erzeugung gepulster laserstrahlung - Google Patents

Verfahren und system zur erzeugung gepulster laserstrahlung Download PDF

Info

Publication number
WO2016128341A1
WO2016128341A1 PCT/EP2016/052594 EP2016052594W WO2016128341A1 WO 2016128341 A1 WO2016128341 A1 WO 2016128341A1 EP 2016052594 W EP2016052594 W EP 2016052594W WO 2016128341 A1 WO2016128341 A1 WO 2016128341A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
wavelength
pump
state
solid
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/052594
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günther Renz
Frank Holzschuh
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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 Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of WO2016128341A1 publication Critical patent/WO2016128341A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

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
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers
    • H01S3/0604—Crystal lasers or glass lasers in the form of a plate or disc
    • 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
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/102—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1022—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
    • H01S3/1024—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping for pulse generation
    • 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
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094042—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a fibre laser
    • 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
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094084—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light with pump light recycling, i.e. with reinjection of the unused pump light, e.g. by reflectors or circulators
    • 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
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • 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
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices
    • 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
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/117—Q-switching using intracavity acousto-optic devices
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/161—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth holmium
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1616—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth thulium
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG

Definitions

  • the present invention relates to a method for generating pulsed laser radiation of a first wavelength, in which a solid-state laser is pumped with pump laser radiation of a second wavelength.
  • the present invention relates to a system for generating pulsed laser radiation of a first wavelength, comprising a pump laser and a solid-state laser pumped with the pump laser, which generates pump laser pump laser radiation of a second wavelength.
  • pulse lasers are also used in the medical field, for example in the treatment of eye diseases and for the correction of visual defects.
  • certain wavelengths and pulse widths are needed.
  • Solid-state lasers in the form of disk lasers or disk laser systems are suitable for generating short laser pulses.
  • optical switches are used in particular.
  • these have the disadvantage that they lead to a significant efficiency reduction of the average laser output power, which is on the order of about 50% compared to the continuous wave or cw output power.
  • This object is achieved in a method of the type described above according to the invention in that the solid-state laser is pumped pulsed pump pulses of pump laser radiation and that a self-organization tseibstorganisation the solid state laser between two successive pump pulses is set so that the solid-state laser emits by self-organization at least one laser pulse first wavelength ,
  • the proposed solution according to the invention has the particular advantage that can be completely dispensed with additional optical elements in the resonator of the solid-state laser, such as a disk laser.
  • additional optical elements in the resonator of the solid-state laser such as a disk laser.
  • This is favorable, for example, in the case of a Ho: YAG disk laser, because there occur additional losses in the resonator due to the fact that in the energy transitions of the laser-active ions Ho 3+ so-called "up-conversion" effects occur, which is a decoupling of the laser beam from the resonator to about 1%.
  • the proposed method for generating pulsed laser radiation by passive pulsing of the solid-state laser makes it possible, in particular, to dispense with the additional optical elements for coupling out the laser radiation of the first wavelength from the resonator.
  • solid-state lasers for example a disk laser in the form of a pulsed Ho: YAG disk laser
  • the formation of laser pulses by self-organization in solid-state laser also referred to as self-oscillation used.
  • self-oscillation used.
  • the emission of pulses from the solid-state laser can be effected by a coupling-out mirror having a corresponding transmission.
  • the setting of the number of laser pulses emitted by the solid-state laser between two successive pump pulses can be adjusted in particular by the choice of the self-organization time.
  • the self-organization time is set larger or smaller. In particular, this can be adjusted by selecting a pump laser repetition rate and a suitable pulse duty factor of the pulsed pump laser radiation.
  • the self-assembly time t Se ibstorganisation in a Be ⁇ range from about 10 ps to about 500 ps is set. In particular, it is advantageous if it is set in a range of about 10 ps to about 200 ps.
  • self-organization times for the emission of one or more laser pulses by the solid-state laser can be significantly different.
  • an excitation frequency of the solid-state laser is set in a range of about 1 kHz to about 10 kHz.
  • the excitation frequency of the solid-state laser essentially means the repetition rate with which the solid-state laser is pumped, that is to say the number of pump laser pulses per unit of time.
  • SC iauer the pump laser radiation in a range from about 500 ps to about 50 ps specified.
  • the excitation pulse duration should be so long that a sufficient number of inverted states can be generated in the active medium of the solid-state laser in order to even achieve the formation of laser pulses by self-organization.
  • a duty cycle may range from about 0.1 to about 0.5. Especially It is advantageous if the duty ratio is in a range of about 0.15 to 0.3. Taking into account the self-organization time defined above, the duty cycle can then be defined by the ratio of the excitation pulse duration based on the sum of the excitation pulse duration and the self-organization time.
  • the self-assembly time t Se ibstorganisation is set so that the solid-state laser emitted by self-assembly at least three laser pulses having the first wavelength. It is particularly advantageous if the self-assembly time t Se ibstorganisation predetermined such that the solid state laser light emitted by self-assembly at least five laser pulses is. For example, with a pulse-pumped Ho: YAG-disc laser system, a pulse train with substantially five usable laser pulses can be generated by self-organization.
  • the solid-state laser is pumped continuously with the pump laser radiation and that a resonator of the solid-state laser for coupling out a laser pulse of the first wavelength for an opening time t 0 ff en of a first State in which it is closed for the laser radiation of the first wavelength, actively transferred to a second state in which it is open for the laser radiation of the first wavelength.
  • active laser pulses can be decoupled from the resonator of the solid-state laser.
  • an optical one Outcoupling device in the form of an acousto-optical or electro-optical modulator can be used or comprise such. This is typically arranged between the resonator defining mirrors.
  • the solid-state laser is pumped with the pump laser radiation having the second wavelength in a wavelength range of about 1700 nm to about 2100 nm.
  • the pump laser radiation having the second wavelength in a wavelength range of about 1700 nm to about 2100 nm.
  • laser pulses having wavelengths in the range of about 2000 nm can be generated. They can be advantageously used in particular for medical applications and material processing.
  • the laser pulses of the first wavelength are generated with a pulse width in a range of about 0.5 ps to about 3 ps.
  • a pulse width can be adjusted by laser pulses generated by self-organization by selecting the laser-active medium and the laser type.
  • the pulse width also depends on a transmission of the coupling-out mirror.
  • the solid-state laser can be pumped with a fiber laser or a modulatable diode laser, in particular with a thulium fiber laser.
  • the solid-state laser is pumped with a pump power in a range of about 10 W to about 50 W.
  • a pump power in a range of about 10 W to about 50 W.
  • the magnitude of the pump power it is thus also possible to set a pulse energy of the laser pulses generated by self-organization.
  • pulsed laser radiation having the first wavelength is generated in a wavelength range from about 1800 nm to about 2300 nm.
  • the pulsed laser radiation in this wavelength range can be advantageously used in particular for medical applications as well as for material processing, for example of plastics.
  • the specified wavelength range is excellent for the structural conversion of kidney and urinary stone crystals in powder form by thermal dissolution and utilization of shock waves.
  • a disk laser is used as the solid-state laser with a resonator and an active laser medium arranged in the resonator.
  • the active laser medium may be applied directly to a reflective optical element, for example in the form of a disk on a highly reflective mirror.
  • the resonator may further comprise a coupling-out mirror, which has only a low transmittance, in order to enable the coupling out of laser pulses from the solid-state laser resonator.
  • a Ho-doped medium is used as the active laser medium.
  • the active medium may be Ho: YAG.
  • Holmium ions in particular allow the generation of laser pulses having a wavelength of about 2100 nm.
  • they are pumped with a thulium fiber laser having a second wavelength of about 1900 nm or with a modulatable diode laser.
  • the active laser medium is used in the form of a disk having a diameter in a range of about 5 mm to about 20 mm becomes . Further, it is advantageous to use an active lasing medium having a thickness in a range of about 0.1 mm to about 0.5 mm. In particular, over the thickness of the active laser medium in the disk laser, a width of the laser pulses generated by self-organization are set approximately.
  • the object stated at the outset is achieved according to the invention in that the pump laser is a pulse pump laser for generating pump pulses of the pump laser radiation with a pump pulse interval t Pum p pU
  • the pump laser is a pulse pump laser for generating pump pulses of the pump laser radiation with a pump pulse interval t Pum p pU
  • the system proposed according to the invention it is in particular possible to decouple laser pulses from the solid-state laser without additional optical element. In this way, an efficiency of the solid-state laser and thus of the system as a whole can be increased.
  • the self-organization of laser pulses due to the excitation of the solid-state laser, for example a disk laser, by laser pulses is used to generate one or more laser pulses after excitation with a pump pulse.
  • the pump pulse distance is in a range of about 10 ps to about 500 ps.
  • the type of solid-state laser it is thus possible to generate one or more laser pulses of the first wavelength by self-organization as a result of an excitation pulse.
  • a pump laser repetition rate for exciting the solid-state laser is in a range from about 1 kHz to about 10 kHz.
  • quasi-continuous laser pulses can be generated with a pulse repetition rate which corresponds to the pump laser repetition rate, in particular if a laser pulse of the first wavelength was generated as a result of an excitation pulse.
  • SC the pump laser radiation is in a range of about 500 ps to about 10 ps.
  • the pump laser is a pulse width modulated pump laser.
  • the pump laser is pulse width modulated with a duty cycle in a range of about 0.1 to about 0.5. It is particularly advantageous if the duty cycle is in a range of about 0.15 to about 0.3.
  • the duty cycle is predetermined so that due to a pump pulse even a self-organized laser pulse is generated or a desired number of laser pulses. It is thus with the application of the laser-active medium with a further pulse at least as long waited until at least one laser pulse has formed by self-organization.
  • S corresponds tseibstorganisation at least one self-organization period in which emits the solid state laser by self Orga ⁇ tion at least three laser pulses having the first wavelength.
  • S is chosen so that at least five laser pulses of the first wavelength are emitted. If not only a self-organized laser pulse can be emitted, this increases an output power of the solid-state laser.
  • the efficiency of the system can be increased by using several or all self-organized as a result of a pump pulse laser pulses.
  • the solid-state laser comprises a resonator when the pump laser is in the form of a continuous wave or cw laser when the resonator is closed in a first state for the laser radiation of the first wavelength is open in a second state for the laser radiation of the first wavelength and when the system for transferring ren of the resonator from the first to the second state and vice versa includes a switching device with which in particular an opening time t 0 ff en for coupling a laser pulse of the first wavelength is adjustable, for which opening time, the resonator occupies the second state.
  • such a system makes it possible to actively decouple pulses from the resonator of the solid-state laser. This makes it particularly easy to set a time for the emission of the laser pulse from the system.
  • the switching device comprises an optical coupling-out device.
  • the optical outcoupling device in the form of an acousto-optical or an electro-optical modulator is formed or includes such.
  • the pump laser radiation has a wavelength in one
  • Wavelength range from about 1700 nm to about 2100 nm.
  • a pump laser which emits pump laser radiation in the specified wavelength range, is ideal for pumping solid-state lasers, which in one
  • the laser pulses of the first wavelength emitted by the system have a pulse width in a range from about 0.5 ps to about 3 ps. In particular, it is beneficial if a pulse width is in a range of about 1.5 ps to about 2.5 ps.
  • the pulse width of the laser pulses generated by the system by the active medium of the solid-state laser and / or by the laser type can be specified.
  • pulse widths of bar lasers and disk lasers differed.
  • pulse widths in the range of about 2 ps are outstandingly suitable for medical applications, for example for use in a laser lithotripter.
  • a solid-state laser can be pumped in a simple manner if the pump laser is designed in the form of a fiber laser or a modulatable diode laser.
  • Thulium fiber laser is formed.
  • a thulium fiber laser is particularly well suited for pumping holmium as the active material.
  • the pump power of the pump laser In order to be able to vary the power of the laser pulses of the first wavelength, it is favorable for the pump power of the pump laser to be in a range from approximately 10 W to approximately 500 W.
  • the first wavelength of the pulsed laser radiation is in a wavelength range of about 1800 nm to about 2300 nm.
  • Laser pulses having a wavelength in the specified wavelength range are particularly well suited for medical applications.
  • the solid-state laser is designed in the form of a disk laser with a resonator and an active laser medium arranged in the resonator.
  • the active laser medium can be arranged on one of two reflective optical elements which define the resonator.
  • a reflective optical instrument for example in the form of a mirror, is opaque and fully reflective for first wavelength light, but another mirror is only approximately 100% reflective.
  • the second mirror may be in the form of a decoupling mirror with a transmittance of less than 5%, favorably less than 1%.
  • the active laser medium can be Ho: YAG.
  • Ho ions namely Ho 3+
  • the active laser medium is in the form of a disc having a diameter in a range of about 5 mm to about 20 mm.
  • a thickness of the active laser medium is in a range of about 0.1 mm to about 0.5 mm.
  • parameters of the pulses generated can be predetermined over a thickness of the disk.
  • a material processing system in particular for processing plastics, comprising a pulsed laser radiation emitting system according to the invention that the pulsed laser radiation emitting system is formed in the form of one of the advantageous systems described above.
  • plastics can be exposed to the generated laser pulses of the first wavelength in order, in particular, to process a surface.
  • a medical device in particular in the form of a laser lithotripter for the thermal treatment of kidney and ureteral stones, if it comprises one of the above-described advantageous systems for generating laser pulses.
  • a system with a Ho: YAG disk laser makes it possible to generate pulses with a wavelength of about 2100 nm and a pulse width of about 2 ps. Such pulses are very well suited to pulverize kidneys or urinary stones under thermal dissolution.
  • FIG. 2 shows an oscilloscope recording of a one with that shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a schematic arrangement of a second exemplary embodiment of a system for generating pulsed laser radiation
  • FIG. 4 shows an oscilloscope recording of self-organization with the in
  • FIG. 1 shown system generated laser pulses
  • FIG. 5 a representation of the calculated dependence of an inversion of the
  • Laser system as a function of time for self-organizing laser pulses based on the rate equations of the laser
  • FIG. 6 shows a theoretically calculated dependence of the laser intensity as a function of time for self-organizing laser pulses on the basis of the rate equations of the laser
  • FIG. 7 a graphic representation of the output power of the solid-state laser as a function of the pump power
  • FIG. 8 shows a comparison of the energy of laser pulses of the first wavelength in FIG.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of a medical device comprising a system for generating pulsed laser radiation.
  • FIG. 1 schematically shows a first exemplary embodiment of a system 10 for generating laser pulses. It comprises a pump laser 12, for example a fiber laser 72 in the form of a thulium fiber laser 77 or a modulatable diode laser, for generating a pump laser beam. ment 14, with which a solid-state laser 16 is pumped in the form of a disk laser 18.
  • a pump laser 12 for example a fiber laser 72 in the form of a thulium fiber laser 77 or a modulatable diode laser, for generating a pump laser beam.
  • ment 14 with which a solid-state laser 16 is pumped in the form of a disk laser 18.
  • the disk laser 18 comprises a disk laser module 20, with an inlet opening 22 for the pump laser radiation 14 and an outlet opening 24 for the laser pulses to be generated.
  • a laser-active medium 28 in the form of a disk 30 is arranged on a mirror 26. Furthermore, the disk laser module 20 comprises a plurality of mirrors 32, which image the pump laser radiation 14 several times onto the disk 30, so that the pump laser radiation 14 repeatedly passes through the disk 30.
  • the solid-state laser 16 further comprises a second mirror 34 which, together with the mirror 26, defines a resonator 36 of the solid-state laser 16.
  • a decoupling device 70 comprising a switching device 38, for example in the form of an electro-optical or electro-acoustic modulator 40 or a Pockels cell arranged.
  • a polarizer 42 is arranged, with which a part of the radiation generated by the solid-state laser 16 can be coupled out 44 to drive the switching device 38.
  • the pump laser 12 is preferably operated in the arrangement shown in Figure 1 in cw mode.
  • the resonator of the cw-pumped solid-state laser 16 is briefly opened, by the switching device 38, the resonator 36 from a first state in which it is closed for the laser radiation 44 in a second state in which it is open to the laser radiation 44.
  • a laser pulse 46 can then exit the resonator 36 through the mirror 34, also referred to as outcoupling mirror.
  • FIG. 2 shows by way of example an oscilloscope image, which shows at the top a control edge 48, which activates the switching device 38 for transferring the resonator 36 from the first state into the second state.
  • the actively coupled single laser pulse 46 shown below has a pulse width 50 of about 1 ps.
  • a disk 30 of Ho-doped YAG is used as the laser-active medium 28, that is to say one
  • the system 10 may further be formed and operated in a slightly modified form.
  • Figure 3 shows schematically the structure of a second embodiment of a system 10 'for generating laser pulses. Identical elements are provided with identical reference numerals and supplemented by a coat "" '.
  • the pump laser 12 ' for example a fiber laser 72' in the form of a Thulium fiber laser 74 'or a modulatable diode laser, is not operated in the Cw mode in the system 10, but pulsed, in particular pulse width modulated.
  • the pump laser radiation 14 ' is coupled through the inlet opening 22' of the disk laser module 20 'and imaged onto the active medium 28' in the form of the disk 30 '.
  • the mirrors 32 'in conjunction with the mirror 26', which together with the mirror 34 'defines the resonator 36', enables the multiple irradiation of the disk 30 'with the pump laser radiation 14'.
  • the system 10 'does not include a switching device for coupling out pulses. This is not necessary because of the pulsed pumping of the solid state laser 16 'are generated by self-organization laser pulses 58a, 58b, 58c, 58d and 58e, which can leave the resonator 36' through the partially transmissive mirror 34 '.
  • FIG. 4 shows, by way of example, an oscilloscope image in which the temporal progression of the pump laser radiation 14 'is shown above. This is formed by individual, rectangular pump pulses 52. These have a width of about 100 ps. A distance between two pump pulses 52, also referred to as self-organization time 56, is approximately 400 ps in FIG. This is a duty cycle of the pulse width modulated pump radiation 14 'about 1: 5.
  • the system 10 'takes advantage of the self-assembly effect of laser pulses on a disk laser 18' as it is pumped pulsed.
  • a first laser pulse 58a of a pulse train 60 comprising five laser pulses 58a, 58b, 58c, 58d and 58e, also referred to as a pulse train, is emitted out of the system 10 'after a delay time 62 of slightly more than 100 ps after the falling edge of the pump laser pulse 52.
  • the laser pulses 58b, 58c, 58d and 58e follow the first laser pulse 58a at approximately equal intervals of about 60 ps each.
  • a maximum intensity of the successive laser pulses 58a, 58b, 58c, 58d and 58e decreases successively.
  • FIG. 5 shows the inversion of the disk laser 18 'calculated by solving the rate equations of the solid-state laser 16' as a function of time.
  • the pulse sequence 60 shown in FIG. 6 results arithmetically, that is to say the intensity of the laser pulses generated by self-organization as a function of time. It can be clearly seen here that an intensity of the successive pulses 58 drops approximately exponentially as a function of time, with a spacing of the laser pulses remaining approximately the same.
  • the wavelength of the emitted laser pulses 46 and 58 can be specified. This is about 2100 nm in a Ho: YAG system.
  • FIG. 7 shows the dependence of the output power of the systems 10 and 10 '.
  • the cw-pumped system 10 has only a slightly higher output power than the PWM-modulated pumped system 10 '.
  • the middle curve shows the energy of the laser pulses 46 of the system 10 as a function of the pump power.
  • the lower curve in FIG. 8 shows the energy of the laser pulse 58a of the system 10 ', that is to say the first laser pulse 58a generated by self-organization.
  • the energy of the pulse train 60 comprising five laser pulses 58 exceeds the energy of the individual pulse 46 generated by the system 10 by significantly more than a factor of 2.
  • the energy of a single laser pulse 58a also referred to as a single pulse, is generated by self-organization is less than an energy of the laser pulse 46, which is generated by means of the switching device 38 with the system 10.
  • the system 10 'generates two or more laser pulses 58, which then have in total a pulse energy which is at least approximately the pulse energy of the individual laser pulse 46 generated by the system 10. If one uses the pulse train 60 completely or almost completely, by choosing the self-organization time 56 to be correspondingly long, then it is possible to approach the system 10 'approximately at the cw output power of the disk laser 16' of 100%.
  • Ureter systems is possible in an advantageous manner.
  • the system 10 makes it possible to generate high pulse energies in order to gently pulverize kidney or ureteral stones by thermal treatment.
  • the intensity of the laser pulses 46 and 58a, 58b, 58c, 58d and 58e can be influenced by the pumping power of the pump laser 12 in relation to the field 12 '.
  • a pulse width 64 of the laser pulses 58 generated by the system 10 ' depends in particular on the selected laser-active medium 28 or 28', but also on the type of solid-state laser 16 and 16 'used.
  • the pulse width 64 is about 2 ps.
  • pulse width medical device laser lithotripter decoupling device 72 'fiber laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Um ein Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge, bei welchem ein Festkörperlaser mit Pumplaserstrahlung einer zweiten Wellenlänge gepumpt wird, so zu verbessern, dass gepulste Laserstrahlung mit hoher Effizienz erzeugbar ist, wird vorgeschlagen, dass der Festkörperlaser mit Pumppulsen der Pumplaserstrahlung gepulst gepumpt wird und dass eine Selbstorganisationszeit (tSelbstorganisation) des Festkörperlasers zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pumppulsen so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser durch Selbstorganisation mindestens einen Laserpuls erster Wellenlänge emittiert. Ferner wird ein verbessertes System zur Erzeugung von Laserpulsen vorgeschlagen.

Description

Verfahren und System zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge, bei welchem ein Festkörperlaser mit Pumplaserstrahlung einer zweiten Wellenlänge gepumpt wird .
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung einer ersten Wellenlänge, umfassend einen Pumplaser und einen mit dem Pumplaser gepumpten Festkörperlaser, welcher Pumplaser Pumplaserstrahlung einer zweiten Wellenlänge erzeugt.
Die Erzeugung von Laserpulsen hoher Energie gewann in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung in der Industrie, insbesondere bei der Materialbearbeitung . Ferner kommen Pulslaser auch im medizinischen Bereich zur Anwendung, beispielsweise bei der Behandlung von Augenkrankheiten und zur Korrektur von Sehfehlern. Je nach Anwendungsgebiet werden bestimmte Wellenlängen und Pulsbreiten benötigt.
Festkörperlaser in Form von Scheibenlasern oder Scheibenlasersystemen sind zur Erzeugung kurzer Laserpulse geeignet. Zur Auskopplung von Pulsen aus dem Resonator des Scheibenlasers werden insbesondere optische Schalter eingesetzt. Allerdings haben diese den Nachteil, dass sie zu einer erheblichen Effizienzreduktion der mittleren Laserausgangsleistung führen, die sich in der Größenordnung von etwa 50 % gegenüber der Dauerstrich- oder cw-Aus- gangsleistung bewegt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass gepulste Laserstrahlung mit hoher Effizienz erzeugbar ist. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Festkörperlaser mit Pumppulsen der Pumplaserstrahlung gepulst gepumpt wird und dass eine Selbstorganisationszeit tseibstorganisation des Festkörperlasers zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pumppulsen so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser durch Selbstorganisation mindestens einen Laserpuls erster Wellenlänge emittiert.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung hat insbesondere den Vorteil, dass auf zusätzliche optische Elemente im Resonator des Festkörperlasers, beispielsweise eines Scheibenlasers, komplett verzichtet werden kann. Dies ist beispielsweise bei einem Ho :YAG-Scheibenlaser günstig, denn dort treten zusätzliche Verluste im Resonator dadurch auf, dass in den Energieübergängen der laseraktiven Ionen Ho3+ sogenannte "Up-Conversion"-Effekte auftreten, die eine Auskopplung des Laserstrahls aus dem Resonator auf etwa 1 % beschränken. Das vorgeschlagene Verfahren zum Erzeugen gepulster Laserstrahlung durch passives Pulsen des Festkörperlasers ermöglicht es insbesondere, auf die zusätzlichen optischen Elemente zur Auskopplung der Laserstrahlung der ersten Wellenlänge aus dem Resonator zu verzichten. Dadurch ist es möglich, bei Festkörperlasern, beispielsweise einem Scheibenlaser in Form eines gepulsten Ho :YAG-Scheibenlasers, nahezu die cw-Ausgangs- leistung von 100 % zu erreichen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird die Ausbildung von Laserpulsen durch Selbstorganisation im Festkörperlaser, auch als Selbstoszillation bezeichnet, genutzt. Damit kann eine maximale Lasereffizienz des Systems erreicht werden, denn der Einsatz eines aktiven Schaltelements zur Auskopplung von Laserpulsen wird überflüssig. Die Emission von Pulsen aus dem Festkörperlaser kann durch einen eine entsprechende Transmission aufweisenden Auskoppelspiegel erfolgen. Die Einstellung der Zahl der vom Festkörperlaser emittierten Laserpulse zwischen zwei aufeinander folgenden Pumppulsen kann insbesondere durch die Wahl der Selbstorganisationszeit eingestellt werden. Je länger nach einem Pumppuls gewartet wird, umso mehr durch Selbstorganisation des Festkörperlasers erzeugte Laserpulse können, insbesondere als Teil eines Pulszuges oder einer Pulsfolge, emittiert werden. Allerdings ist zu beachten, dass eine Amplitude und eine Breite der selbstorganisiert erzeugten Laserpulse typischerweise mit jedem weiteren Laserpuls ab- beziehungsweise zunimmt. Insgesamt können so also Pulszüge mit einem oder mehreren Laserpulsen erzeugt werden. Je nachdem, wie viele Laserpulse ein solcher Pulszug beziehungsweise eine solche Pulsfolge umfassen soll, wird dann die Selbstorganisationszeit größer oder kleiner vorgegeben. Insbesondere kann dies durch Wahl einer Pumplaserrepetitionsrate sowie eines geeigneten Tastverhältnisses der gepulsten Pumplaserstrahlung eingestellt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Selbstorganisationszeit tSeibstorganisation in einem Be¬ reich von etwa 10 ps bis etwa 500 ps vorgegeben wird . Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn sie in einem Bereich von etwa 10 ps bis etwa 200 ps vorgegeben wird. Je nach Art des Festkörperlasers, also insbesondere unter Berücksichtigung des aktiven Mediums, können sich Selbstorganisationszeiten für die Emission eines oder mehrerer Laserpulse durch den Festkörperlaser deutlich unterscheiden.
Vorzugsweise wird eine Anregungsfrequenz des Festkörperlasers in einem Bereich von etwa 1 kHz bis etwa 10 kHz vorgegeben. Mit der Anregungsfrequenz des Festkörperlasers ist im Wesentlichen die Repetitionsrate gemeint, mit welcher der Festkörperlaser gepumpt wird, also die Zahl der Pumplaserpulse pro Zeiteinheit.
Günstigerweise wird eine Anregungspulsdauer tPU|SCiauer der Pumplaserstrahlung in einem Bereich von etwa 500 ps bis etwa 50 ps vorgegeben. Die Anregungspulsdauer sollte insbesondere so lange sein, dass eine ausreichende Zahl invertierter Zustände im aktiven Medium des Festkörperlasers erzeugt werden kann, um überhaupt die Ausbildung von Laserpulsen durch Selbstorganisation zu erreichen.
Auf besonders einfache Weise lassen sich Laserpulse erzeugen, wenn der Festkörperlaser pulsweitenmoduliert gepumpt wird. Insbesondere kann ein Tastverhältnis in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5 liegen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Tastverhältnis in einem Bereich von etwa 0,15 bis 0,3 liegt. Unter Berücksichtigung der oben definierten Selbstorganisationszeit kann dann das Tastverhältnis definiert werden durch das Verhältnis der Anregungspulsdauer bezogen auf die Summe aus der Anregungspulsdauer und der Selbstorganisationszeit.
Um möglichst viel Energie in Form von Laserpulsen dem Festkörperlaser zu entziehen, ist es günstig, wenn die die Selbstorganisationszeit tSeibstorganisation so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser durch Selbstorganisation mindestens drei Laserpulse erster Wellenlänge emittiert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Selbstorganisationszeit tSeibstorganisation so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser durch Selbstorganisation mindestens fünf Laserpulse emittiert. Beispielsweise kann mit einem gepulst gepumpten Ho :YAG-Schei- benlasersystem ein Pulszug mit im Wesentlichen fünf nutzbaren Laserpulsen durch Selbstorganisation erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante kann bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der Festkörperlaser mit der Pumplaserstrahlung kontinuierlich gepumpt wird und dass ein Resonator des Festkörperlasers zum Auskoppeln eines Laserpulses der ersten Wellenlänge für eine Öffnungszeit t0ffen von einem ersten Zustand, in dem er für die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge geschlossen ist, aktiv in einen zweiten Zustand, in dem er für die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge geöffnet ist, überführt wird. Auf diese Weise lassen sich aktiv Laserpulse aus dem Resonator des Festkörperlasers auskoppeln. Zwar hat diese Vorgehensweise den Nachteil, dass zusätzliche Verluste in Kauf genommen werden müssen. Allerdings kann mit dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens der Zeitpunkt der Emission eines Laserpulses und gegebenenfalls auch dessen Intensität und Dauer gezielter vorgegeben werden.
Auf besonders einfache Weise lassen sich Laserpulse aus einem Resonator des Festkörperlasers auskoppeln, wenn zum aktiven Überführen des Resonators vom ersten Zustand in den zweiten Zustand und umgekehrt eine optische Auskoppeleinrichtung verwendet wird. Insbesondere kann eine optische Auskoppeleinrichtung in Form eines akusto-optischen oder elektro-optischen Modulators genutzt werden oder einen solchen umfassen. Dieser wird typischerweise zwischen den Resonator definierenden Spiegeln angeordnet.
Vorteilhaft ist es, wenn der Festkörperlaser mit der Pumplaserstrahlung mit der zweiten Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von etwa 1700 nm bis etwa 2100 nm gepumpt wird . Beispielsweise können mit einer Pumplaserstrahlung im angegebenen Wellenlängenbereich Laserpulse mit Wellenlängen erzeugt werden, die im Bereich von etwa 2000 nm liegen. Sie können insbesondere für medizinische Anwendungen und zur Materialbearbeitung vorteilhaft eingesetzt werden.
Für medizinische Anwendungen und in der Materialbearbeitung ist es vorteilhaft, wenn die Laserpulse der ersten Wellenlänge mit einer Pulsbreite in einem Bereich von etwa 0,5 ps bis etwa 3 ps erzeugt werden. Insbesondere ist es günstig, wenn sie mit einer Pulsbreite in einem Bereich von etwa 1,5 ps bis etwa 2,5 ps erzeugt werden. Insbesondere lässt sich eine Pulsbreite bei durch Selbstorganisation erzeugten Laserpulsen einstellen durch die Auswahl des laseraktiven Mediums sowie des Lasertyps. Beim Scheibenlaser hängt die Pulsbreite zudem auch von einer Transmission des Auskoppelspiegels ab.
Auf besonders einfache und günstige Weise lässt sich der der Festkörperlaser mit einem Faserlaser oder einem modulierbaren Diodenlaser pumpen, insbesondere mit einem Thulium-Faserlaser.
Um hinreichend hohe Intensitäten der vom Festkörperlaser erzeugten, gepulsten Laserstrahlung zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn der Festkörperlaser mit einer Pumpleistung in einem Bereich von etwa 10 W bis etwa 50 W gepumpt wird . Über die Höhe der Pumpleistung lässt sich so auch eine Pulsenergie der durch Selbstorganisation erzeugten Laserpulse einstellen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass gepulste Laserstrahlung mit der ersten Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von etwa 1800 nm bis etwa 2300 nm erzeugt wird . Die Pulslaserstrahlung in diesem Wellenlängenbereich kann insbesondere für medizinische Anwendungen sowie zur Materialbearbeitung, beispielsweise von Kunststoffen, vorteilhaft eingesetzt werden. Insbesondere eignet sich der angegebene Wellenlängenbereich hervorragend für die strukturelle Umwandlung von Nieren- und Harnsteinkristallen in Pulverform durch thermische Auflösung sowie Ausnutzung von Schockwellen.
Günstig ist es, wenn als Festkörperlaser ein Scheibenlaser verwendet wird mit einem Resonator und einem im Resonator angeordneten aktiven Lasermedium. Beispielsweise kann das aktive Lasermedium direkt auf einem reflektierenden optischen Element aufgebracht sein, beispielsweise in Form einer Scheibe auf einem hochreflektierenden Spiegel. Der Resonator kann ferner einen Auskoppelspiegel umfassen, welcher nur einen geringen Transmissionsgrad aufweist, um die Auskopplung von Laserpulsen aus dem Festkörperlaser- Resonator zu ermöglichen.
Vorteilhafter Weise wird als aktives Lasermedium ein Ho-dotiertes Medium verwendet. Insbesondere kann es sich beim aktiven Medium um Ho :YAG handeln. Holmium-Ionen ermöglichen insbesondere die Erzeugung von Laserpulsen mit einer Wellenlänge von etwa 2100 nm. Vorzugsweise werden sie mit einem Thulium-Faserlaser mit einer zweiten Wellenlänge von etwa 1900 nm oder mit einem modulierbaren Diodenlaser gepumpt.
Um beim Einsatz eines Scheibenlasers insbesondere gewünschte Pulsbreiten im Bereich von etwa 0,5 ps bis etwa 3 ps zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn das aktive Lasermedium in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser in einem Bereich von etwa 5 mm bis etwa 20 mm verwendet wird . Ferner ist es vorteilhaft, wenn ein aktives Lasermedium mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm verwendet wird . Insbesondere kann über die Dicke des aktiven Lasermediums beim Scheibenlaser eine Breite der durch Selbstorganisation erzeugten Laserpulse in etwa eingestellt werden.
Die eingangs gestellte Aufgabe wir bei einem System der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Pumplaser ein Pulspumplaser ist zum Erzeugen von Pumppulsen der Pumplaserstrahlung mit einem Pumppulsabstand tPumppU|S, welcher mindestens einer Selbstorganisationszeit tseibstorganisation entspricht, in welcher der Festkörperlaser durch Selbstorganisation mindestens einen Laserpuls erster Wellenlänge emittiert.
Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen System ist es insbesondere möglich, ohne zusätzliches optisches Element Laserpulse aus dem Festkörperlaser auszukoppeln. Auf diese Weise lässt sich eine Effizienz des Festkörperlasers und damit des Systems insgesamt erhöhen. Wie bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren dargelegt, wird bei diesem System die Selbstorganisation von Laserpulsen infolge der Anregung des Festkörperlasers, beispielsweise eines Scheibenlasers, durch Laserpulse genutzt, um einen oder mehrere Laserpulse nach Anregung mit einem Pumppulses zu erzeugen.
Günstig ist es, wenn der Pumppulsabstand in einem Bereich von etwa 10 ps bis etwa 500 ps liegt. Je nach Art des Festkörperlasers ist es so möglich, einen oder mehrere Laserpulse der ersten Wellenlänge durch Selbstorganisation zu erzeugen infolge eines Anregungspulses.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Pumplaserrepetitionsrate zum Anregen des Festkörperlasers in einem Bereich von etwa 1 kHz bis etwa 10 kHz liegt. Auf diese Weise lassen sich quas-kontinuierlich Laserpulse erzeugen mit einer Pulswiederholrate, die der Pumplaserrepetitionsrate entspricht, insbesondere wenn ein Laserpuls der ersten Wellenlänge erzeugt wurde infolge eines Anregungspulses. Um Pulse hinreichender Leistung und Dauer erzeugen zu können, ist es vorteilhaft, wenn eine Anregungspulsdauer tPU|SCiauer der Pumplaserstrahlung in einem Bereich von etwa 500 ps bis etwa 10 ps liegt.
Günstigerweise ist der Pumplaser ein pulsweitenmodulierter Pumplaser. Vorzugsweise ist der Pumplaser pulsweitenmoduliert mit einem Tastverhältnis in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Tastverhältnis in einem Bereich von etwa 0,15 bis etwa 0,3 liegt.
Günstigerweise wird das Tastverhältnis so vorgegeben, dass infolge eines Pumppulses überhaupt ein selbstorganisierter Laserpuls generiert wird oder eine gewünschte Zahl von Laserpulsen. Es wird also mit der Beaufschlagung des laseraktiven Mediums mit einem weiteren Puls mindestens so lange gewartet, bis sich mindestens ein Laserpuls durch Selbstorganisation gebildet hat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Pumppulsabstand tpumppU|S mindestens einer Selbstorganisationszeit tseibstorganisation entspricht, in welcher der Festkörperlaser durch Selbstorga¬ nisation mindestens drei Laserpulse erster Wellenlänge emittiert. Insbesondere ist es günstig, wenn der Pumppulsabstand tpumppU|S so gewählt wird, dass mindestens fünf Laserpulse erster Wellenlänge emittiert werden. Wenn nicht nur ein selbstorganisierter Laserpuls emittiert werden kann, erhöht dies eine Ausgangsleistung des Festkörperlasers. So kann insbesondere die Effizienz des Systems erhöht werden durch Nutzung mehrerer oder aller infolge eines Pumppulses selbstorganisiert erzeugter Laserpulse.
Des Weiteren kann es bei einem System der eingangs beschriebenen Art vorteilhaft sein, wenn der Festkörperlaser einen Resonator umfasst, wenn der Pumplaser in Form eines Dauerstrich- oder cw-Lasers ausgebildet ist, wenn der Resonator in einem ersten Zustand für die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge geschlossen ist und in einem zweiten Zustand für die Laserstrahlung der ersten Wellenlänge geöffnet ist und wenn das System zum Überfüh- ren des Resonators vom ersten in den zweiten Zustand und umgekehrt eine Schalteinrichtung umfasst, mit welcher insbesondere eine Öffnungszeit t0ffen zum Auskoppeln eines Laserpulses der ersten Wellenlänge einstellbar ist, für welche Öffnungszeit der Resonator den zweiten Zustand einnimmt.
Ein solches System ermöglicht es insbesonder, aktiv Pulse aus dem Resonator des Festkörperlasers auszukoppeln. Damit lässt sich ein Zeitpunkt für die Emission des Laserpulses aus dem System besonders gut vorgeben.
Vorteilhaft ist es, wenn die Schalteinrichtung eine optische Auskoppeleinrichtung umfasst. Vorzugsweise ist die optische Auskoppeleinrichtung in Form eines akusto-optischen oder eines elektro-optischen Modulators ausgebildet oder umfasst einen solchen.
Günstigerweise weist die Pumplaserstrahlung eine Wellenlänge in einem
Wellenlängenbereich von etwa 1700 nm bis etwa 2100 nm auf. Ein Pumplaser, welcher Pumplaserstrahlung im angegebenen Wellenlängenbereich emittiert, ist hervorragend geeignet, um Festkörperlaser zu pumpen, die in einem
Wellenlängenbereich von etwa 2000 nm bis etwa 2200 nm Laserpulse emittieren.
Vorteilhaft ist es, wenn die vom System emittierten Laserpulse der ersten Wellenlänge eine Pulsbreite in einem Bereich von etwa 0,5 ps bis etwa 3 ps aufweisen. Insbesondere ist es günstig, wenn eine Pulsbreite in einem Bereich von etwa 1,5 ps bis etwa 2,5 ps liegt. Beispielsweise kann die Pulsbreite von dem vom System erzeugten Laserpulsen durch das aktive Medium des Festkörperlasers und/oder durch den Lasertyp vorgegeben werden. So unterschieden sich insbesondere Pulsbreiten von Stablasern und Scheibenlasern. Insbesondere Pulsbreiten im Bereich von etwa 2 ps eignen sich hervorragend für medizinische Anwendungen, beispielsweise zum Einsatz in einem Laser- Lithotripter. Auf einfache Weise lässt sich ein Festkörperlaser pumpen, wenn der Pumplaser in Form eines Faserlasers oder eines modulierbaren Diodenlasers ausgebildet ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Faserlaser in Form eines
Thulium-Faserlasers ausgebildet ist. Beispielsweise eignet sich ein Thulium- Faserlaser besonders gut, um Holmium als aktives Material zu pumpen.
Um die Leistung der Laserpulse der ersten Wellenlänge variieren zu können, ist es günstig, wenn Pumpleistung des Pumplasers in einem Bereich von etwa 10 W bis etwa 500 W liegt.
Vorteilhafterweise liegt die erste Wellenlänge der gepulsten Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa 1800 nm bis etwa 2300 nm. Laserpulse mit einer Wellenlänge im angegebenen Wellenlängenbereich sind besonders für medizinische Anwendungen gut geeignet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Festkörperlaser in Form eines Scheibenlasers ausgebildet ist mit einem Resonator und einem im Resonator angeordneten aktiven Lasermedium. Insbesondere kann das aktive Lasermedium auf einem von zwei reflektierenden optischen Elementen angeordnet sein, welche den Resonator definieren. Idealerweise ist ein reflektierendes optisches Instrument, beispielsweise in Form eines Spiegels, für Licht der ersten Wellenlänge undurchlässig und vollständig reflektierend, ein weiterer Spiegel jedoch nur mit annähernd 100% reflektierend . Beispielsweise kann der zweite Spiegel in Form eines Auskoppelspiegels mit einem Transmissionsgrad von weniger als 5%, günstigerweise von weniger als 1% ausgebildet sein.
Vorteilhaft ist es, wenn als aktives Lasermedium ein Ho-dotiertes Medium verwendet wird. Insbesondere kann das aktive Lasermedium Ho :YAG sein. Bei einem solchen aktiven Material bilden Ho-Ionen, nämlich Ho3+, das eigentlich aktive Material, das durch Dotierung in einen Yttrium-Aluminium-Granat-Kristall eingebracht ist. Vorzugsweise ist das aktive Lasermedium in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser in einem Bereich von etwa 5 mm bis etwa 20 mm ausgebildet. Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn eine Dicke des aktiven Lasermediums in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm liegt. Beispielsweise lassen sich beim Scheibenlaser über eine Dicke der Scheibe Parameter der erzeugten Pulse vorgeben.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einem Materialbearbeitungssystem, insbesondere zur Bearbeitung von Kunststoffen, umfassend ein gepulste Laserstrahlung emittierendes System erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das gepulste Laserstrahlung emittierende System in Form eines der oben beschriebenen, vorteilhaften Systeme ausgebildet ist. Mit einem solchen Materialbearbeitungssystem lassen sich beispielsweise Kunststoffe mit den erzeugten Laserpulsen erster Wellenlänge beaufschlagen, um insbesondere eine Oberfläche zu bearbeiten.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner gelöst bei einem medizinischen Gerät, insbesondere in Form eines Laser- Lithotripters für die thermische Behandlung von Nieren- und Harnleitersteinen, wenn es eines der oben beschriebenen vorteilhaften Systeme zur Erzeugung von Laserpulsen umfasst. Insbesondere ein System mit einem Ho :YAG-Scheibenlaser ermöglicht es, Pulse mit einer Wellenlänge von etwa 2100 nm und einer Pulsbreite von etwa 2 ps zu erzeugen. Derartige Pulse sind sehr gut geeignet, um Nieren oder Harnsteine unter thermischer Auflösung zu pulverisieren.
Ferner wird die Verwendung eines der oben beschriebenen Systeme zur Materialbearbeitung vorgeschlagen, insbesondere zur Kunststoffbearbeitung.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung . Es zeigen : Figurl : eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Systems zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung;
Figur 2 : eine Oszilloskopaufnahme eines mit dem in Figur 1 dargestellten
System erzeugten Laserpulses;
Figur 3 : eine schematische Anordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung;
Figur 4: eine Oszilloskopaufnahme von durch Selbstorganisation mit dem in
Figur 3 dargestellten System erzeugter Laserpulse;
Figur 5 : eine Darstellung der berechneten Abhängigkeit einer Inversion des
Lasersystems in Abhängigkeit der Zeit für selbst-organisierende Laserpulse auf Basis der Ratengleichungen des Lasers;
Figur 6: eine theoretisch berechnete Abhängigkeit der Laserintensität in Abhängigkeit der Zeit für selbst-organisierende Laserpulse auf Basis der Ratengleichungen des Lasers;
Figur 7 : eine graphische Darstellung der Ausgangsleistung des Festkörperlasers in Abhängigkeit der Pumpleistung;
Figur 8: ein Vergleich der Energie von Laserpulsen der ersten Wellenlänge in
Abhängigkeit der Pumpleistung; und
Figur 9 : eine schematische Darstellung eines medizinischen Geräts umfassend ein System zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung.
In Figur 1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems 10 zur Erzeugung von Laserpulsen schematisch dargestellt. Es umfasst einen Pumplaser 12, beispielsweise einen Faserlaser 72 in Form eines Thulium-Faserlaser 77 oder eine modulierbaren Diodenlaser, zur Erzeugung einer Pumplaserstrah- lung 14, mit welcher ein Festkörperlaser 16 in Form eines Scheibenlasers 18 gepumpt wird.
Der Scheibenlaser 18 umfasst ein Scheibenlasermodul 20, mit einer Eintrittsöffnung 22 für die Pumplaserstrahlung 14 und einer Austrittsöffnung 24 für die zu erzeugenden Laserpulse.
Im Scheibenlasermodul 20 ist auf einem Spiegel 26 ein laseraktives Medium 28 in Form einer Scheiben 30 angeordnet. Ferner umfasst das Scheibenlasermodul 20 mehrere Spiegel 32, die die Pumplaserstrahlung 14 mehrfach auf die Scheibe 30 abbilden, so dass die Pumplaserstrahlung 14 die Scheibe 30 mehrfach durchstrahlt.
Der Festkörperlaser 16 umfasst ferner einen zweiten Spiegel 34, welcher zusammen mit dem Spiegel 26 einen Resonator 36 des Festkörperlasers 16 definiert. Im Resonator 36 ist eine Auskoppeleinrichtung 70 umfassend eine Schalteinrichtung 38, beispielsweise in Form eines elektro-optischen oder elektro-akustischen Modulators 40 oder einer Pockelszelle, angeordnet.
Zwischen der Schalteinrichtung 38 und dem Scheibenlasermodul 20 ist ein Polarisator 42 angeordnet, mit dem ein Teil der vom Festkörperlaser 16 erzeugten Strahlung 44 auskoppelbar ist, um die Schalteinrichtung 38 anzusteuern.
Der Pumplaser 12 wird bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung vorzugsweise im cw-Modus betrieben.
Um einen Laserpuls 46 aus dem Resonator 36 auszukoppeln, wird der Resonator des cw-gepumpten Festkörperlasers 16 kurzzeitig geöffnet, und zwar durch die Schalteinrichtung 38, die den Resonator 36 von einem ersten Zustand, in welchem er für die Laserstrahlung 44 geschlossen ist, in einen zweiten Zustand überführt, in welchem er für die Laserstrahlung 44 geöffnet ist. Im zweiten Zustand kann dann ein Laserpuls 46 den Resonator 36 durch den Spiegel 34, auch als Auskoppelspiegel bezeichnet, verlassen. In Figur 2 ist beispielhaft ein Oszilloskopbild dargestellt, welches oben eine Steuerflanke 48 zeigt, welche die Schalteinrichtung 38 ansteuert zum Überführen des Resonators 36 vom ersten Zustand in den zweiten Zustand . Der unten dargestellte, aktiv ausgekoppelte einzelne Laserpuls 46 weist eine Pulsbreite 50 von etwa 1 ps auf.
Bei dem in Figur 1 schematisch dargestellten System 10 wird als laseraktives Medium 28 eine Scheibe 30 aus Ho-dotiertem YAG verwendet, also ein
Ho:YAG-Scheibenlaser 18.
Durch den Einsatz der Schalteinrichtung 38 beim System 10 wird ein Wirkungsgrad des Systems 10 aufgrund unvermeidbarer Verluste verringert.
Um den Wirkungsgrad und die Effizienz des Systems 10 zu verbessern, kann dieses in ferner in leicht modifizierter Form ausgebildet und betrieben werden.
Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems 10' zur Erzeugung von Laserpulsen. Identische Elemente sind mit identischen Bezugszeichen versehen und um einen Anstrich ""' ergänzt.
Der Pumplaser 12', beispielsweise ein Faserlaser 72' in Form eines Thulium- Faserlaser 74' oder ein modulierbarer Diodenlaser, wird beim System 10 jedoch nicht im cw-Modus betrieben, sondern gepulst, und zwar insbesondere pulsweitenmoduliert. Die Pumplaserstrahlung 14' wird durch die Eintrittsöffnung 22' des Scheibenlasermoduls 20' eingekoppelt und auf das aktive Medium 28' in Form der Scheibe 30' abgebildet. Die Spiegel 32' in Verbindung mit dem Spiegel 26' der zusammen mit dem Spiegel 34' den Resonator 36' definiert, ermöglicht die mehrfache Durchstrahlung der Scheibe 30' mit der Pumplaserstrahlung 14'.
Das System 10' umfasst allerdings keine Schalteinrichtung zum Auskoppeln von Pulsen. Dies ist nicht erforderlich, da aufgrund des gepulsten Pumpens des Festkörperlasers 16' durch Selbstorganisation Laserpulse 58a, 58b, 58c, 58d und 58e erzeugt werden, die durch den teildurchlässigen Spiegel 34' den Resonator 36' verlassen können.
Figur 4 zeigt beispielhaft ein Oszilloskopbild, in welchem oben der zeitliche Verlauf der Pumplaserstrahlung 14' dargestellt ist. Diese wird gebildet durch einzelne, rechteckige Pumppulse 52. Diese weisen eine Breite von etwa 100 ps auf. Ein Abstand zwischen zwei Pumppulsen 52, auch als Selbstorganisationszeit 56 bezeichnet, beträgt in Figur 4 etwa 400 ps. Damit beträgt ein Tastverhältnis der pulsweitenmodulierten Pumpstrahlung 14' etwa 1 : 5.
Das System 10' macht sich den Effekt der Selbstorganisation von Laserpulsen bei einem Scheibenlaser 18' zunutze, wenn dieser gepulst gepumpt wird. Ein erster Laserpuls 58a eines fünf Laserpulse 58a, 58b, 58c, 58d und 58e umfassenden Pulszuges 60, auch als Pulsfolge bezeichnet, wird nach einer Verzögerungszeit 62 von etwas mehr als 100 ps nach der abfallenden Flanke des Pumplaserpulses 52 aus dem System 10' emittiert. Die Laserpulse 58b, 58c, 58d und 58e folgen dem ersten Laserpuls 58a mit in etwa gleichen Abständen von jeweils etwa 60 ps. Eine maximale Intensität der aufeinanderfolgenden Laserpulse 58a, 58b, 58c, 58d und 58e nimmt sukzessive ab.
Der in Figur 4 dargestellte, gemessene Verlauf der Intensität der aus dem System 10' emittierten Laserpulse 58a, 58b, 58c, 58d und 58e ist theoretisch belegbar. In Figur 5 ist die durch Lösung der Ratengleichungen des Festkörperlasers 16' berechnete Inversion des Scheibenlasers 18' in Abhängigkeit der Zeit dargestellt.
Aus dem in Figur 5 dargestellten Inversionsverlauf ergibt sich dann rechnerisch die in Figur 6 dargestellte Pulsfolge 60, also die Intensität der durch Selbstorganisation erzeugten Laserpulse in Abhängigkeit der Zeit. Hier ist gut zu erkennen, dass eine Intensität der aufeinanderfolgenden Pulse 58 in Abhängigkeit der Zeit in etwa exponentiell abfällt, wobei ein Abstand der Laserpulse in etwa gleich bleibt. Durch die Wahl des aktiven Mediums 28 beziehungsweise 28' kann die Wellenlänge der emittierten Laserpulse 46 beziehungsweise 58 vorgegeben werden. Diese beträgt bei einem Ho :YAG-System etwa 2100 nm.
In Figur 7 ist die Abhängigkeit der Ausgangsleistung der Systeme 10 und 10' dargestellt. Das cw-gepumpte System 10 weist dabei eine nur wenig höhere Ausgangsleistung auf, als das PWM-moduliert gepumpte System 10'.
Überraschend ist jedoch die Effizienz des Systems 10' im Vergleich zum System 10. Dies ist schematisch in Figur 8 dargestellt. Die mittlere Kurve zeigt die Energie der Laserpulse 46 des Systems 10 in Abhängigkeit der Pumpleistung .
Die untere Kurve in Figur 8 zeigt die Energie des Laserpulses 58a des Systems 10', also des ersten, durch Selbstorganisation erzeugten Laserpulses 58a.
Dagegen übersteigt die Energie des fünf Laserpulse 58 umfassenden Pulszuges 60 die Energie des durch das System 10 erzeugten Einzelpulses 46 um deutlich mehr als den Faktor 2. Mit anderen Worten ist zwar die Energie eines einzelnen Laserpulses 58a, auch als Einzelpuls bezeichnet, welcher durch Selbstorganisation erzeugt wird, kleiner als eine Energie des Laserpulses 46, der mittels der Schalteinrichtung 38 mit dem System 10 erzeugt wird . Allerdings kann bei geeigneter Wahl der Selbstorganisationszeit 56 erreicht werden, dass das System 10' zwei oder mehr Laserpulse 58 erzeugt, welche dann in Summe eine Pulsenergie aufweisen, die mindestens etwa der Pulsenergie des mit dem System 10 erzeugten einzelnen Laserpulses 46 ist. Nützt man den Pulszug 60 komplett oder nahezu vollständig, indem die Selbstorganisationszeit 56 entsprechend lang gewählt wird, dann ist es möglich, mit dem System 10' annähernd auf die cw-Ausgangsleistung des Scheibenlasers 16' von 100% zu kommen.
Die Systeme 10 und 10' können in vielfältiger weise zum Einsatz kommen. Beispielsweise können sie zur Materialbearbeitung als Teil von Materialbear- beitungssystemen eingesetzt werden, insbesondere zur Bearbeitung von Kunststoffen, beispielsweise von deren Oberflächen.
Wie in Figur 9 schematisch dargestellt, ist aber auch der Einsatz der Systeme 10 und 10' als Teil eines medizinischen Geräts 66, insbesondere in Form eines Laser-Lithotripters 68 für die thermische Behandlung von Nieren- und
Harnleitersystemen, ist in vorteilhafter Weise möglich. Insbesondere das System 10' ermöglicht es, hohe Pulsenergien zu erzeugen, um Nieren- oder Harnleitersteine schonend durch thermische Behandlung zu pulverisieren.
Wie bereits oben beschrieben, lässt sich die Intensität der Laserpulse 46 und 58a, 58b, 58c, 58d und 58e durch die Pumpleistung des Pumplasers 12 bezie- hungswiese 12' beeinflussen. Eine Pulsbreite 64 der vom System 10' erzeugten Laserpulse 58 hängt insbesondere vom gewählten laseraktiven Medium 28 beziehungsweise 28' ab, aber auch von der Art des eingesetzten Festkörperlasers 16 und 16'. Für das beispielshaft vorgestellte Ho :YAG-System beträgt die Pulsbreite 64 etwa 2 ps.
Bezugszeichenliste ; 10' System
; 12' Pumplaser
; 14' Pumplaserstrahlung; 16' Festkörperlaser; 18' Scheibenlaser
; 20' Scheibenlasermodul; 22' Eintrittsöffnung
; 24' Austrittsöffnung; 26' Spiegel
; 28' aktives Medium
; 30' Scheibe
; 32' Spiegel
; 34' Spiegel
; 36' Resonator
Schalteinrichtung
Modulator
Polarisator
; 44' Strahlung
Laserpuls
Steuerflanke
Pulsbreite
Pumppuls
Pulsbreite
Selbstorganisationszeita, 58b, 58c, 58d, 58e Laserpuls
Pulszug
Verzögerungszeit
Pulsbreite medizinisches Gerät Laser-Lithotripter Auskoppeleinrichtung; 72' Faserlaser
; 74' Thulium-Faserlaser

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung (44; 44') einer ersten Wellenlänge, bei welchem ein Festkörperlaser (16; 16') mit Pumplaserstrahlung (14; 14') einer zweiten Wellenlänge gepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (16') mit Pumppulsen (52) der Pumplaserstrahlung (14') gepulst gepumpt wird und dass eine Selbstorganisationszeit tseibstorganisation des Festkörperlasers (16') zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pumppulsen (52) so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser (16') durch Selbstorganisation mindestens einen Laserpuls (58a, 58b, 58c, 58d, 58e) erster Wellenlänge emittiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstorganisationszeit tseibstorganisation in einem Bereich von etwa 5 ps bis etwa 500 ps vorgegeben wird, insbesondere in einem Bereich von etwa 10 ps bis etwa 200 ps.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anregungsfrequenz des Festkörperlasers (16') in einem Bereich von etwa 1 kHz bis etwa 10 kHz vorgegeben wird.
4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Anregungspulsdauer tPU|SCiauer der Pumplaserstrahlung (14') in einem Bereich von etwa 500 ps bis etwa 50 ps vorgegeben wird .
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (16') pulsweitenmoduliert gepumpt wird, insbesondere mit einem Tastverhältnis in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5, weiter insbesondere in einem Bereich von etwa 0,15 bis etwa 0,3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstorganisationszeit tSeibstorganisation so vorgegeben wird, dass der Festkörperlaser (16') durch Selbstorganisation mindestens drei Laserpulse (58a, 58b, 58c, 58d, 58e) erster Wellenlänge emittiert, insbesondere fünf Laserpulse (58a, 58b, 58c, 58d, 58e).
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (16) mit der
Pumplaserstrahlung (14) kontinuierlich gepumpt wird und dass ein Resonator (36) des Festkörperlasers zum Auskoppeln eines Laserpulses (46) der ersten Wellenlänge für eine Öffnungszeit t0ffen von einem ersten Zustand, in dem er für die Laserstrahlung (44) der ersten Wellenlänge geschlossen ist, aktiv in einen zweiten Zustand, in dem er für die
Laserstrahlung (44) der ersten Wellenlänge geöffnet ist, überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum aktiven Überführen des Resonators (36) vom ersten Zustand in den zweiten Zustand und umgekehrt eine optische Auskoppeleinrichtung (70) verwendet wird, insbesondere ein akusto-optischer oder ein elektro-optischer Modulator (40).
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (16; 16') mit der Pumplaserstrahlung (14; 14') mit der zweiten Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von etwa 1700 nm bis etwa 2100 nm gepumpt wird.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse (46; 58a, 58b, 58c, 58d, 58e) der ersten Wellenlänge mit einer Pulsbreite in einem Bereich von etwa 0,5 ps bis etwa 3 ps erzeugt werden, insbesondere in einem Bereich von etwa 1,5 ps bis etwa 2,5 ps.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (16; 16') mit einem Faserlaser (72; 72') oder einem modulierbaren Diodenlaser gepumpt wird, insbesondere mit einem Thulium-Faserlaser (74; 74').
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (16; 16') mit einer Pumpleistung in einem Bereich von etwa 10 W bis etwa 500 W gepumpt wird .
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gepulste Laserstrahlung (44; 44') mit der ersten Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von etwa 1800 nm bis etwa
2300 nm erzeugt wird .
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Festkörperlaser (16; 16') ein Scheibenlaser (18; 18') verwendet wird mit einem Resonator (36; 36') und einem im Resonator (36; 36') angeordneten aktiven Lasermedium (28; 28').
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als aktives Lasermedium (28; 28') ein Ho-dotiertes Medium verwendet wird, insbesondere Ho : YAG.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Lasermedium (28; 28') in Form einer Scheibe (30; 30') mit einem Durchmesser in einem Bereich von etwa 5 mm bis etwa 20 mm und/oder mit einer Dicke in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm verwendet wird .
17. System (10; 10') zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung (44; 44') einer ersten Wellenlänge, umfassend einen Pumplaser (12; 12') und einen mit dem Pumplaser (12; 12') gepumpten Festkörperlaser (16; 16'), welcher Pumplaser (12; 12') Pumplaserstrahlung (14; 14') einer zweiten Wellen- länge erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (12') ein Pulspumplaser (12') ist zum Erzeugen von Pumppulsen (52) der Pumplaserstrahlung (14) mit einem Pumppulsabstand tPumppU|S, welcher mindestens einer Selbstorganisationszeit tSeibstorganisation entspricht, in welcher der Festkörperlaser (14') durch Selbstorganisation mindestens einen Laserpuls (58a, 58b, 58c, 58d, 58e) erster Wellenlänge emittiert.
18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumppulsabstand (56) in einem Bereich von etwa 10 ps bis etwa 500 ps liegt.
19. System nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumplaserrepetitionsrate zum Anregen des Festkörperlasers (16') in einem Bereich von etwa 1 kHz bis etwa 10 kHz liegt.
20. System nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anregungspulsdauer tPU|SCiauer der Pumplaserstrahlung (14') in einem Bereich von etwa 500 ps bis etwa 10 ps.
21. System nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (12') ein pulsweitenmodulierter Pumplaser (12') ist, insbesondere mit einem Tastverhältnis in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5, weiter insbesondere in einem Bereich von etwa 0,15 bis etwa 0,3.
22. System nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumppulsabstand tpumppU|S mindestens einer Selbstorganisationszeit tseibstorganisation entspricht, in welcher der Festkörperlaser (16') durch Selbstorganisation mindestens drei Laserpulse (58a, 58b, 58c, 58d, 58e) erster Wellenlänge emittiert, insbesondere fünf Laserpulse (58a, 58b, 58c, 58d, 58e).
23. System nach dem Oberbegriff des Anspruches 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (16) einen Resonator (36) umfasst, dass der Pumplaser (12) in Form eines Dauerstrich- oder cw-Lasers ausgebildet ist, dass der Resonator (36) in einem ersten Zustand für die Laserstrahlung (44) der ersten Wellenlänge geschlossen ist und in einem zweiten Zustand für die Laserstrahlung (44) der ersten Wellenlänge geöffnet ist und dass das System (10) zum Überführen des Resonators (36) vom ersten in den zweiten Zustand und umgekehrt eine Schalteinrichtung (38) umfasst, mit welcher insbesondere eine Öffnungszeit t0ffen zum Auskoppeln eines Laserpulses (46) der ersten Wellenlänge einstellbar ist, für welche Öffnungszeit der Resonator (36) den zweiten Zustand einnimmt.
24. System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung eine optische Auskoppeleinrichtung (70) umfasst, insbesondere einen akusto-optischen oder einen elektro-optischen Modulator (40).
25. System nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumplaserstrahlung (14) eine Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von etwa 1700 nm bis etwa 2100 nm aufweist.
26. System nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse (46; 58a, 58b, 58c, 58d, 58e) der ersten Wellenlänge eine Pulsbreite (50; 64) in einem Bereich von etwa 0,5 ps bis etwa 3 ps aufweisen, insbesondere in einem Bereich von etwa 1,5 ps bis etwa 2,5 ps.
27. System nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (12; 12') in Form eines Faserlasers (72; 72') oder eines modulierbaren Diodenlasers ausgebildet ist, insbesondere in Form eines Thulium-Faserlasers (74; 74').
28. System nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpleistung des Pumplasers (12; 12') in einem Bereich von etwa 10 W bis etwa 500 W liegt.
29. System nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wellenlänge der gepulsten Laserstrahlung (44; 44') in einem Wellenlängenbereich von etwa 1800 nm bis etwa 2300 nm liegt.
30. System nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörperlaser (16; 16') in Form eines Scheibenlasers (18; 18') ausgebildet ist mit einem Resonator (36; 36') und einem im Resonator (36; 36') angeordneten aktiven Lasermedium (28; 28').
31. System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass als aktives Lasermedium (28; 28') ein Ho-dotiertes Medium verwendet wird, insbesondere Ho : YAG.
32. System nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Lasermedium (28; 28') in Form einer Scheibe (30; 30') mit einem Durchmesser in einem Bereich von etwa 5 mm bis etwa 20 mm aufweist und/oder eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa
0,5 mm.
33. Materialbearbeitungssystem, insbesondere zur Bearbeitung von Kunststoffen, umfassend ein gepulste Laserstrahlung (44; 44') emittierendes System (10; 10'), dadurch gekennzeichnet, dass das gepulste Laserstrahlung emittierende System (10; 10') in Form eines der Systeme (10; 10') nach einem der Ansprüche 17 bis 32 ausgebildet ist.
34. Medizinisches Gerät (66), insbesondere in Form eines Laser-Lithotripters (68) für die thermische Behandlung von Nieren- und Harnleitersteinen, gekennzeichnet durch ein System (10; 10') nach einem der Ansprüche 17 bis 32.
Verwendung eines Systems (10; 10') nach einem der Ansprüche 17 bis 32 zur Materialbearbeitung, insbesondere zur Kunststoffbearbeitung .
PCT/EP2016/052594 2015-02-09 2016-02-08 Verfahren und system zur erzeugung gepulster laserstrahlung Ceased WO2016128341A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015101831 2015-02-09
DE102015101831.4 2015-02-09
DE102015106728.5A DE102015106728A1 (de) 2015-02-09 2015-04-30 Verfahren und System zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung
DE102015106728.5 2015-04-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016128341A1 true WO2016128341A1 (de) 2016-08-18

Family

ID=56498475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/052594 Ceased WO2016128341A1 (de) 2015-02-09 2016-02-08 Verfahren und system zur erzeugung gepulster laserstrahlung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015106728A1 (de)
WO (1) WO2016128341A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112636146A (zh) * 2020-12-01 2021-04-09 江苏师范大学 一种高功率锁模碟片激光器

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108886230B (zh) * 2016-03-30 2020-10-20 富士胶片株式会社 激光装置及光声测量装置
CN116264368A (zh) * 2021-12-13 2023-06-16 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于72冲程的碟片激光器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060146901A1 (en) * 2005-01-05 2006-07-06 Bae Systems Information & Electronic Systems Intergration Inc. Holmium doped 2.1 micron crystal laser
US20090296748A1 (en) * 2007-01-19 2009-12-03 Gsi Group Limited Laser systems and material processing
US20130032581A1 (en) * 2010-04-20 2013-02-07 Kusukame Koichi Laser source and laser beam machine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3064342B2 (ja) * 1990-07-12 2000-07-12 ブラザー工業株式会社 固体レーザの発振装置
FR2926932A1 (fr) * 2008-01-25 2009-07-31 Saint Louis Inst Procede d'emission d'un rayonnement laser pulse et source laser associee

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060146901A1 (en) * 2005-01-05 2006-07-06 Bae Systems Information & Electronic Systems Intergration Inc. Holmium doped 2.1 micron crystal laser
US20090296748A1 (en) * 2007-01-19 2009-12-03 Gsi Group Limited Laser systems and material processing
US20130032581A1 (en) * 2010-04-20 2013-02-07 Kusukame Koichi Laser source and laser beam machine

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. GRISARD ET AL: "<title>Compact fiber laser-pumped mid-infrared source based on orientation-patterned gallium arsenide</title>", PROCEEDINGS SPIE, vol. 7836, 6 October 2010 (2010-10-06), US, pages 783606 - 783606-7, XP055265224, ISSN: 0277-786X, ISBN: 978-1-62841-832-3, DOI: 10.1117/12.865065 *
DIETER SCHUÖCKER ET AL: "Advanced Laser Materials Processing", 30 September 2014 (2014-09-30), 731 Gull Ave, Foster City. CA94404, USA, pages 1 - 13, XP055266034, Retrieved from the Internet <URL:http://www.esciencecentral.org/ebooks/advanced-laser-materials/pdf/disk-lasers.pdf> [retrieved on 20160415] *
SCHELLHORN M: "Performance of a Ho:YAG thin-disc laser pumped by a diode-pumped 1.9 [mu]m thulium laser", APPLIED PHYSICS B ; LASERS AND OPTICS, SPRINGER, BERLIN, DE, vol. 85, no. 4, 4 July 2006 (2006-07-04), pages 549 - 552, XP019459628, ISSN: 1432-0649, DOI: 10.1007/S00340-006-2352-5 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112636146A (zh) * 2020-12-01 2021-04-09 江苏师范大学 一种高功率锁模碟片激光器
CN112636146B (zh) * 2020-12-01 2024-02-06 江苏师范大学 一种高功率锁模碟片激光器

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015106728A1 (de) 2016-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2577818B1 (de) Ultrakurzpuls-mikrochiplaser, halbleiterlaser, lasersystem und pumpverfahren für dünne lasermedien
DE19907722A1 (de) Lasersystem zur Erzeugung ultrakurzer Lichtimpulse
AT408589B (de) Laservorrichtung
EP1502336A2 (de) Optisch gepumpte halbleiterlaservorrichtung
EP2204151A2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur photodisruptiven Laserbearbeitung eines toten Materials
EP1305854A2 (de) Laser für anwendungen in der nichtlinearen optik
WO2016128341A1 (de) Verfahren und system zur erzeugung gepulster laserstrahlung
WO2011131332A1 (de) Parametrischer oszillator und verfahren zum erzeugen ultrakurzer pulse
AT1859U1 (de) Kurzpuls-laservorrichtung
DE2406285A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung isolierter laserimpulse mit schneller anstiegszeit
EP0776492B1 (de) Vorrichtung zur erzeugung einer modenhomogenisierten laserstrahlung
EP1243054A1 (de) Modengekoppelter laser
WO2002015808A1 (de) Medizinisches laserbehandlungsmodul
EP3707787A1 (de) Verfahren zur laserverstärkung
EP3879642B1 (de) Monomodiger halbleiterlaser mit phasenkontrolle
EP1529326B1 (de) Impulslaseranordnung und verfahren zur impulslängeneinstellung bei laserimpulsen
DE102016007736A1 (de) Verfahren zur lokalen Modifikation eines Substrats
DE3317065C2 (de)
DE19910174A1 (de) Infrarot-Laseranordnung, insbesondere für medizinische Anwendungen
DE102008004570A1 (de) Gütegeschalteter Laser
EP1775806B1 (de) Verfahren zur Erzeugung zeitlich rechteckiger Ultrakurzpulse
EP2246944B1 (de) Laserverstärker und Laserverstärkungsverfahren
DE10235712B4 (de) Verfahren zum Betrieb eines Festkörperlasers und Impulslaser mit passiver Modenkopplung
DE102025113449A1 (de) Laservorrichtung aufweisend eine Multilochblende
WO2022084100A1 (de) Gepulster oder kontinuierlicher faserlaser oder -verstärker mit speziell dotierter aktiver faser

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16703958

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16703958

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1