WO2016177785A1 - Corner-cube-artiger reflektor - Google Patents

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WO2016177785A1
WO2016177785A1 PCT/EP2016/060008 EP2016060008W WO2016177785A1 WO 2016177785 A1 WO2016177785 A1 WO 2016177785A1 EP 2016060008 W EP2016060008 W EP 2016060008W WO 2016177785 A1 WO2016177785 A1 WO 2016177785A1
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beam path
cube
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PCT/EP2016/060008
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English (en)
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Robert FLEISCHHAKER
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Trumpf Laser Gmbh
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    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2325—Multi-pass amplifiers, e.g. regenerative amplifiers

Definitions

  • the present invention relates to a reflector, in particular a reflector for use in laser systems.
  • a laser beam propagating, for example, in a laser oscillator or laser gain system or laser beam guidance system may be modified due to geometric propagation-modifying variations along the beam path.
  • the changes may, for example, arise in the interaction with optical components or the medium in which the beam propagates and amplify or compensate along the beam path.
  • the beam profile of the laser beam forming transversely to the beam axis can vary spatially and temporally. Examples of such interactions are, in particular, forming thermal lenses and other thermal variations of the optical path length, which may, for example, lead to the formation of astigmatism or other aberrations of the laser beam or to misalignment.
  • the laser beam may also be dominantly dominated in one direction only (e.g., horizontally or vertically).
  • folding configurations and inversions of laser beams are provided, which can be effected for example by roof edge prisms or corner-cube retroreflectors.
  • roof prisms reflect a laser beam with beam offset and reflection with respect to an axis.
  • a perfect space inversion which corresponds to a 180 ° rotation for a transverse beam profile, can be achieved with a corner-cube retroreflector. This reflects a laser beam on three mutually orthogonal surfaces (i.e., on the three sides of a cube corner), preserving polarization upon incidence of the laser beam on one of the surfaces, e.g. with distance to the intersection of the three surfaces, a parallel beam offset and a
  • roof prisms and corner-cube retroreflectors in laser systems such as laser resonators and laser amplifiers is described, for example, in US Pat. No. 8,014,433 B2 for a disk laser with an active laser Mirror in combination with an additional lens or disclosed in Optics Letters 38 (24), p. 5442 (2013) for a multipass disk laser amplifier.
  • One aspect of this present disclosure is based on the object of enabling a beam path in a laser system which has a reduced sensitivity to the above-mentioned disturbances of the beam profile.
  • a further aspect of this disclosure is based on the object of providing an optical system which effects space inversion for a laser beam with respect to incoming and reflected laser beams, in particular at a predetermined location, for example a gain zone of a laser medium. It is another object of this disclosure to provide a compact gain beam path for short pulse laser systems.
  • At least one of these objects is achieved by a corner-cube-like reflector according to claim 1 and by a laser system according to claim 12. Further developments are specified in the subclaims.
  • the incident reflector, the intermediate reflector and the failure reflector are arranged to each other such that along an incident beam path associated with the corner-cube-like reflector incident laser beam is reflected back along a Ausfallsstrahlengangs, the Ausfallsstrahlengang the incident beam passes in an overlap region, projections of the incident beam path and the Ausstrahlstrahlang Lengangs on a plane of rotation, which is parallel to the incident beam path, parallel to the Ausfallsstrahlengang and through the center of the shortest distance to the incident beam path and the Ausfallsstrahlengang run in the plane of rotation at the acute deflection angle to each other, the intermediate reflector modified with respect to the exact corner cube retroreflector Inclination angle is arranged and given by the intersection of an intermediate beam path with the surface of the intermediate reflector Eisenref
  • a corner cube-type reflector suitable for reflecting a laser beam back into space under laser beam (and preserving polarization) at an acute angle of deflection includes an incident reflector, an intermediate reflector, and a reject reflector.
  • the incident reflector, the intermediate reflector and the failure reflector are arranged relative to one another such that an incident laser beam is reflected along an incident beam path along an incident beam path assigned to the corer-cube-like reflector, whereby the incident beam path with the exit beam path is at an acute deflection angle in an overlap region intersects that an incident-failure plane is spanned by the incident beam path and the default beam path and that the intermediate reflector is disposed at an angle and spatially offset from the incident-failure plane.
  • a laser system comprises an amplification unit having a laser medium having a gain region that can be excited by a pump laser and a corner-cube-like reflector. Furthermore, the laser system has a beam guidance unit which provides a beam path which continues into a gain region of the laser medium.
  • the corner-cube-like reflector is arranged such that a, in particular optically free, forming after passing the laser medium beam path section forms the incident beam path of the corner-cube-like reflector and the deflection angle and a beam path length are set such that the Overlap region at least partially falls into the gain range.
  • a corner-cube-like reflector is understood to mean an arrangement similar to the corner-cube retroreflector, in which three individual reflectors are intentionally not aligned exactly orthogonal to one another in the form of a triple reflector arrangement, the alignment being carried out such that a beam inversion is effected for the incidence and output beam paths running at an acute angle ⁇ to one another.
  • the reflections at the incident reflector, the intermediate reflector and the rejection reflector occur at angles which, in combination, result in a substantial spatial inversion of the laser beam.
  • the reflections are in particular due to a transformation onsmatrix M, so that an incident polarization P results in a failure polarization P out which corresponds to the inverted incidence polarization P in, with a tolerance range in the inversion of, for example, 5 ° for the rotation of a linear polarization depending on the application.
  • an incident beam direction is defined by a k vector k and an associated polarization P in.
  • M -1, i. there is an exact inversion.
  • this inversion is combined with a rotation (R) (9, co) about the axis defined by the unit vector ⁇ with the angle ⁇ .
  • R rotation
  • the order of inversion and rotation is interchangeable.
  • the incident reflector, the intermediate reflector and the failure reflector may be arranged to each other such that upon incidence of a linearly polarized laser beam with a Einfallspolarisationscardi perpendicular to the (or in the) incident-failure plane of the reflected laser beam has a Ausfallpololyisationslegi perpendicular to the (or in the) incident-failure plane, which is substantially inverted to the Einfallspolarisationsraum.
  • the laser beam can be assigned an incident polarization direction and a direction of failure polarization in the plane perpendicular to the propagation, the incident polarization direction and the failure polarization direction being at an angle in an angular range of 177 ° to 183 °, in particular in an angular range of 180 ° ⁇ 2 °, is rotated with respect to the Einfallspolarisationsraum.
  • the corner-cube-like reflector can cause a kind of rotation of the laser beam in an angular range of 177 ° to 183 °.
  • the acute deflection angle may be less than 7 °, for example, in the range between 2 ° and 5 °.
  • a beam offset between the incident reflector and the failure reflector can be in the range of 3 mm to 75 mm.
  • the incident refractor and the failure refector may be arranged symmetrically with respect to each other with respect to a plane of symmetry perpendicular to an incident-failure plane through the intermediate reflector and the overlap region.
  • a normal vector of the intermediate reflector may be substantially orthogonal to a normal vector of the plane of symmetry.
  • an impact point of a beam axis of the laser beam on the incident reflector at an incident reflector reference point at the location (s, 0, s / 2) and an impact point of the beam axis of the laser beam on the failure reflector at a field-of-view refractor reference point (based on a Cartesian coordinate system) may be used ( 0, s, s / 2) are present.
  • the incident beam path and the dropout beam path may be less than half the deflection angle in the incident refractor reference point, the default refractor reference point, and the space diagonal inclusive incident-failure plane with respect to a spatial diagonal.
  • the intermediate reflector can be connected to a
  • Interreflector reference point at a location (s / 2 * f (ß), s / 2 * f (ß), z) lie, wherein the incident refector, the intermediate reflector and the Ausfallrefiektor are spatially aligned such that a incident along the incident beam laser beam on the
  • Reflector reference point is deflected, there from the intermediate reflector on the
  • Defective refractor reference point is deflected, and there is deflected by the outage reflector on the outgoing beam path.
  • the size "s" is one, in particular with regard to Beam diameter, adjustable parameter.
  • "f ( ⁇ )" (as a measure of the distance of the intermediate reflector in comparison with the case of the exact corner-cube retroreflector) is set such that the corner-cube-like reflector takes into account phase shifts in reflection at the individual reflectors, a rotation of the laser beam in the region of the Ausfallsstrahlengangs with respect to the laser beam in the incident beam in an angular range of 177 ° to 183 °, and in particular substantially a space inversion of the laser beam transversely to the propagation direction of the laser beam causes.
  • the corner cube-like reflector may further be used for compensation, e.g. for adjusting space inversion, have a polarization-altering element that effects a desired polarization downstream of the system of reflectors and polarization-altering elements.
  • the polarization-altering element can be positioned in the incident beam path and / or in the exit beam path and be designed, for example, as a retardation plate specially adapted to the corner-cube-like reflector.
  • the incident reflector, the intermediate reflector and / or the failure reflector can be compared as planar and / or as round mirrors and / or mirrors whose reflection depths for S and P polarization are comparable and in particular designed such that a reflection of a linearly polarized laser beam with S and P polarization components substantially does not lead to a loss of linear polarization, be formed.
  • the corner cube-type reflector may further include a support member for supporting the incident reflector, the intermediate reflector, and the dropout reflector.
  • the incident reflector and the failure reflector may be mounted in a mirror-symmetrical manner on the carrier element, in particular, with mirror symmetry to a plane of symmetry running perpendicular to the plane of incidence failure and through the intermediate reflector and the overlapping region, at a fixed angle.
  • the intermediate reflector can be adjustable in particular with an adjustment device, in particular adjustable in its orientation to the incident failure plane, rotatable about an axis parallel to the incident failure plane and / or adjustable in its distance from the incident failure plane, on Support element attached.
  • the beam-guiding unit and the corner-cube-like reflector form at least two V-passages in the incident-failure plane through the laser medium, in particular the polarization direction of the beam path being in the incident-failure plane.
  • the beam path is further devoid of focusing and / or dispersion contributing elements between the corner cube-like reflector and the laser medium.
  • the laser medium is a laser rod or
  • Disk laser medium formed and the deflection angle is in particular designed such that formed in the gain range spatially offset standing waves with respect to the incident laser beam and with respect to the reflected laser beam. Accordingly, a gain can be achieved that is based essentially on the entire or at least on large areas of the amplification area.
  • the beam guidance unit may comprise one or more polarization-dependent outcoupling / beam separation elements, for example a Pockels cell.
  • the beam guiding concepts disclosed herein may at least partially compensate for the asymmetry of the beam path with respect to the spatial directions transverse to the beam axis.
  • effects on the beam profile and a deterioration of the beam quality can be avoided or at least reduced.
  • the laser beams entering and leaving a corner-cube retroreflector in parallel may be reflected back from a point (eg, on the laser disk) to that point at the acute angle of reflection, with the reflectors no longer perpendicular to each other still cause the most exact inversion and in particular can preserve the polarization.
  • the freedom lines in position and angle of the three reflectors can be used to Invert the beam and at the same time reflect it to the same point on the laser disk. For example, even with a multiple transition via a laser disk with not 180 ° rotation-symmetrical phase or gain profile by spatial inversion, averaging of beam profile changes can be generated. For example, a triangular phase or gain disturbance due to the inversion can become "hexagonal", and thus be closer to a rotationally symmetric ideal case.
  • the angles of the incident reflector and the reflection reflector are changed, which also entails a change of position and orientation of the intermediate reflector in order to compensate for the polarization influence in the mirror transitions. If one assumes an incident polarization direction perpendicular to the plane of incidence failure, a mixed S and P polarization of the laser radiation with respect to the intermediate reflector results after the incident reflector. Therefore, highly reflective mirrors for both S and P polarization, in which in particular only a small phase delay between S- and P-polarized reflex arises, advantageous.
  • the reflection characteristic of the mirrors may be selected by phase delaying the S and P polarization components of the incident beam such that the geometric rotation of the plane of polarization resulting from the deviations from a precisely cube corner cube retroreflector optimizes, or optimizes, in the best case reduced to the total reflection.
  • the acute deflection angle and thus the exact angular deviation of the reflectors from the orthogonal corner-cube reflector depend in particular on the distance of the corner-cube-like reflector from the laser disk (laser medium of the disk laser) , The farther away the Corner-cube-like reflector is positioned, the smaller the required angle deviations. Furthermore, the required angular deviations depend on the angles of incidence with which the laser disk is to be irradiated, since the angles of incidence can be adjusted, for example, to reduce spatial hole burning in the laser medium. In a disk laser system, it is possible, for example, to work with an angle deviation of the reflectors from the orthogonal corner-cube reflector of less than 5 °, for example, of less than 2 °.
  • Fig.l is a schematic perspective view of a corner-cube-like reflector
  • Fig. 2 is a schematic plan view of a laser system with a corner-cube-like
  • Fig. 3 is a sketch of a for calculating the positions and orientations of the reflectors
  • Fig. 4 is a view of the coordinate system of Fig. 3 along the spatial diagonal and Fig. 5 is a sketch for illustrating a skew incidence and Ausfallsstrahlen réellen associated with the plane parallel to the incident and Ausfallsstrahlen réellen.
  • aspects described herein are based in part on the finding that, in the case of a resonator arranged in, for example, the horizontal plane, influences of the beam profile due to geometric differences can form more intensively in the vertical direction. It was thus recognized that in laser systems with high powers (eg intra-cavity power or amplifier power in the kW range) a thermally induced air flow takes place along the surface of the laser crystal in a vertical direction. This has the consequence, among other things, that a thermal air wedge is formed in the vertical direction, which leads to different optical path lengths through the differently dense air in the vertical direction and accordingly influences the beam profile. It was also recognized that spatial inversion can counteract such influences. Further aspects described herein are based, in part, on the finding that, in particular in the case of compact laser systems (for example with regard to a shortest possible
  • corner-cube retroreflector lens combinations can have disadvantages.
  • corner-cube-like reflector the structure of which deviates from the orthogonal arrangement of the surfaces, folding can be realized independently of lenses and also a compact design.
  • aspects described herein are based, in part, on the finding that by appropriate alignment and positioning of the reflectors of a corner-cube-like reflector, a spatial inversion as in the corner-cube retroreflector can be achieved simultaneously with an acute deflection angle.
  • an inversion in the plane perpendicular to the propagation, ie with respect to the beam axis is of interest for use in laser resonators.
  • For geometrical influences of the beam path on the beam profile can then have a substantially equal effect on the various opposite beam sections, eg the upper and lower or the left and right beam sections, in the case of propagating and returning propagation in the resonator.
  • the polarization is obtained in the case of spatial inversion.
  • an imperfect room inversion may be sufficient, ie also rotations about substantially 180 °, for example in the range of 175 ° to 185 °, in particular 177 ° to 183 ° may be sufficient in some embodiments.
  • the origin polarization can be formed again in the resonator in the further course.
  • a near-perfect space inversion is advantageous, since in this way the polarization in the back-reflection is essentially preserved and unwanted losses on the outcoupling unit can be avoided or at least reduced.
  • FIGS. 3 and 4 a possible procedure for determining the positions and orientations of the reflectors will be described.
  • 1 shows a corner-cube-like reflector 1, which is designed to reflect a laser beam with essentially a spatial inversion of the laser beam and thus a substantially preservation of the polarization mode at an acute deflection angle.
  • the corner-cube-like reflector 1 has an incident reflector RA, an intermediate reflector R B , and a failure reflector Rc.
  • the reflectors are attached to a support element 3.
  • the incident reflector RA and the failure reflector Rc are fixedly mounted in their positions and orientations on the carrier element 3, whereas the intermediate reflector R B is adjustably mounted via an adjusting device 5 fastened to the carrier element 3.
  • an incident-failure plane 7 is shown passing through an incident-reflector reference point A and an incident-reflector reference point C, and parallel to the lm-plane of the lmn-coordinate system indicated in FIG.
  • FIG. 1 shows an xyz coordinate system, which relates to FIGS. 3 and 4.
  • an intermediate reflector reference point B and the beam path of an incident laser beam is shown.
  • Reflector reference points here refer to the points on the reflectors which are assigned to the beam path, ie the course of the beam center.
  • the intermediate reflector R B can be adjusted with respect to the incident-failure plane 7 in its orientation.
  • the intermediate reflector R B ZB can be supported by an adjusting direction in the m-direction (and thus parallel to the incident-failure plane) adjustment axis by the adjusting device 5 pivotally.
  • the adjusting device 5 may be configured to adjust the intermediate reflector R B in its distance to the incident-failure plane in the n-direction.
  • Other embodiments of the adjustment device 5 or additionally provided adjustment devices for the incident reflector RA and / or the failure reflector Rc may include additional axes or displacement directions or conventional three-point mirror mounts.
  • the corner cube-like reflector 1 in FIG. 1 is symmetrical with respect to a plane of symmetry P passing through the intermediate reflector reference point B and parallel to the ln plane.
  • the incident reflector RA and the rejection reflector Rc are arranged symmetrically with respect to each other with respect to the plane of symmetry P. This arrangement results, for example, according to the procedure described in connection with FIGS. 3 and 4. however With appropriate adjustment of the positions and orientations of the reflectors also asymmetric configurations are possible.
  • the beam path associated with the corner-cube-like reflector 1 shown in FIG. 1 comprises a plurality of sections.
  • An incident beam path 11 extends in the incident-failure plane 7 at an angle ⁇ / 2 to the plane of symmetry P and impinges on the incident reflector RA at the incident reflector reference point A.
  • the beam path comprises a section 13 between the incident reflector reference point A and the intermediate reflector reference point B and a section 15 between the intermediate reflector reference point B and the
  • the sections 13 and 15 - also referred to herein generally as Eisenstrahlen réelle - mirror-symmetrical to the plane of symmetry P from the incident-failure plane 7 and meet in embreflektorbezugsddling B in the plane of symmetry P.
  • the beam path comprises a Ausstrahlstrahlangang 17, the at an angle - ⁇ / 2 to the plane of symmetry P in the incidence failure plane 7.
  • the incident beam path and the output beam path intersect at the acute deflection angle ⁇ in an overlap region 19.
  • a linearly polarized laser beam has a polarization direction 21 in the incident-failure plane 7 (shown for example in FIG. 1 parallel to the plane of symmetry P)
  • the reflection takes place at the incident reflector RA with portions of an S-polarization and a P-polarization with respect to the plane of incidence of the incident reflector RA. Due to the symmetrical arrangement and assuming a space inversion to be achieved, in the case of an incident S-polarization present with respect to the incident-failure plane 7, the subsequent reflection at the intermediate reflector R B can take place as pure P-polarization.
  • the final reflection at the failure reflector Rc takes place again with portions of an S
  • the orientation of the reflectors - as explained below - is set such that in the output beam 17 again linear polarization, however, with a rotated by 180 ° polarization direction 23 in the incident-failure plane 7 is present (in Fig 1 again shown as an arrow parallel to the plane of symmetry P, but pointing in the opposite direction). Accordingly, the laser beam in the corner-cube-like reflector 1 is rotated by 180 °, that is, space inverted.
  • the outgoing laser beam With incident pure S or P polarization, the outgoing laser beam will then have both S and P polarization contributions to the incident-loss plane 7.
  • the incident beam path 11 is given by the orientation of the incident reflector RA and the incident reflector reference point A and the intermediate reflector reference point B. Because the incident beam path 11 extends through the incident reflector reference point A such that the laser beam on the
  • Inter-reflector reference point B is deflected.
  • the parameters incident beam 11 and Ausfallsstrahlengang 17 of corner-cube-like reflector 1 are clearly defined by the desired interactions with the reflectors (impact points in the corner-cube-like reflector 1).
  • a spatial offset of the intermediate reflector R B from the incident failure plane 7 is necessary for the space inversion.
  • the acute deflection angles can be, for example, in the range between 2 ° and 5 °, the lower limit being due to the beam diameter and the size of the reflectors required accordingly.
  • An exemplary beam offset that is, the distance between the incident reflector reference point A and the failure reflector reference point C, is for example in the range of 3 mm to 75 mm, for example for beam diameters in the range of 0.5 mm to 10 mm.
  • the symmetrical structure shown in Fig. 1 is further characterized in that the incident reflector RA and the rejection reflector Rc are arranged symmetrically to each other with respect to the plane perpendicular to the plane of incidence failure by the intermediate reflector reference point B and the overlapping region 17 extending symmetry plane P. Further, in the symmetrical structure, the normal vector of the surface of the intermediate reflector R B lies in the plane of symmetry P.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a laser system 31, in which a corner-cube-like reflector ⁇ is used for beam inversion and recycling of the beam into a laser medium 33.
  • the laser system 31 comprises an amplification unit 35 having the laser medium 33, a beam guidance unit 37 and a pump laser unit 39.
  • the amplification unit 35 has inter alia the laser medium 33 and the corner-cube-like reflector,, the laser medium 33 being arranged, for example, on a cooling device 34.
  • the pump laser unit 39 provides a pump laser beam 41 which excites the laser medium 33 in a gain region 43, so that a laser beam passing through the gain region 43 can be amplified.
  • the beam guidance unit 37 has an imaging system 45 which, starting from an input beam path 49, provides an output beam path 47 which is directed onto the amplification area 43.
  • the input beam path 49 and the output beam path 47 can be imaged in themselves (linear resonator), the input beam path 49 can go back to the output beam path 47 (the amplification unit 35) (eg the ring resonator configuration shown in FIG. 2), or to receive an externally generated one Laser beam (single / multipass systems) may be provided.
  • the beam guidance unit 37 can furthermore have an outcoupling unit 51, which provides a coupling beam path 53.
  • the coupling-out unit 51 has, for example, a Pockels cell and / or a retardation plate and a polarization-dependent mirror, as example components for polarization-dependent decoupling.
  • a Pockels cell and / or a retardation plate and a polarization-dependent mirror as example components for polarization-dependent decoupling.
  • the output beam path 47 extends at a specially selected angle to a, for example planar or curved, surface of the laser medium 33, so that a first V-passage with a first opening angle 2a around the For example, orthogonally incident pump laser beam 41 is formed.
  • the corner-cube-like reflector ⁇ is now positioned such that the amplified laser beam emerging from the laser medium 33 propagates along the incident beam path 11 and thus impinges on the incident reflector RA with the beam axis positioned at the incident reflector reference point A.
  • the corner-cube-like reflector ⁇ provides in this configuration, with respect to the beam path 11 at the angle ß extending Ausfallsstrahlengang 17 available, the appropriate positioning of the corner-cube-like reflector im in the gain region 43 as an overlap region with the incident beam 11th cuts.
  • This second passage is also a V-passage, but with a larger aperture angle of 2 (a + ⁇ ) in the laser medium 33.
  • a "reduced" aperture angle of 2 (a- ⁇ ) are present in the laser medium 33 in the second V-passage.
  • the incident-failure plane 7 lies in the plane of the drawing, as does the output beam path 47 and the input beam path 49. Accordingly, these as well as the incident beam path 11 and the failure beam path 17 are all in the incident-failure plane 7 of FIG Corner-cube-style reflectors ⁇ .
  • the structure according to FIG. 2 does not have a dispersive element in the beam path between the laser medium 33 and the corner-cube-like reflector ⁇ .
  • the compact convolution configuration of the amplification unit 35 is made possible solely by the corner-cube-like reflector ⁇ and the associated acute deflection angle ⁇ .
  • the selection of the acute deflection angle for example, for a reduction of spatial hole burning in the laser medium 33 can be made.
  • the choice of the acute deflection angle ⁇ can influence the formation of standing waves in the laser medium 33.
  • a polarization-changing element 55 for example a retardation plate, is indicated by dashed lines downstream of the outage reflector.
  • the polarization-altering element 55 can "pre-spin" a polarization present after passing through the corner-cube-type reflector and thus adapt it to a desired polarization for entry into the laser medium Corner-cube-like reflector 1 'forms a corner-cube-like reflector system.
  • Incident reflector reference point A in place (s, 0, s / 2) and the failure reflector with its
  • Failure reflector reference point C is located at the location (0, s, s / 2).
  • the points A and C are indicated schematically in Fig. 3 with the coordinates in the xyz coordinate system.
  • a corner cube retroreflector its mirror surfaces are in the xz plane or the yz plane.
  • the intermediate reflector for the exact corner cube retroreflector is in place with its intermediate reflector reference point B '(s / 2, s / 2, 0) and the intermediate reflector is aligned in the xy plane.
  • S is a scalable parameter that can be selected depending on the beam diameter such that the dimensions of the reflectors of the corner-cube-like reflector can reflect the required range.
  • an inclination angle ⁇ is further indicated by which the xyz coordinate system is rotated in the plane of symmetry P with respect to the lmn coordinate system.
  • the inclination angle ⁇ is also the angle at which the intermediate reflector of the exact corner cube retroreflector is inclined to the direction of the spatial diagonal V.
  • the direction of incidence on the point A can be changed from the spatial diagonal V to the incident beam path.
  • the orientation of the incident reflector RA can be adjusted such that the original beam path (corresponding to beam path 13) to the intermediate reflector R B , which is still in the initial position of the corner-cube retroreflector at location B '(s / 2, s / 2 , 0) and is aligned parallel to the xy plane, remains.
  • a corresponding rotation of the failure reflector Rc leads to a corresponding change in the outgoing laser beam according to the failure beam path 17.
  • the incident beam path 11 and the failure beam path 17 now intersect at the acute deflection angle ⁇ .
  • the incident on the point A laser beam at the angle ⁇ / 2 incident to the plumb line on the plane and the outgoing laser beam from the point C at the angle ß / 2 to the solder on the plane exits, the laser beams in a Incident-failure plane extending perpendicular to the plane through the points A and C and is indicated as a plane of rotation R in Fig. 4 (see also Fig. 5 for the skewed case in which no incident-failure level is given) , Furthermore, a modified distance d2 relative to the position in the exact corner cube retroreflector shifted intermediate reflector reference point B from the plane of rotation R can be seen. For completeness, an alternative intermediate reflector reference point B 'in FIG. 4 is shown, which is mirrored by the system at the plane of rotation R arises. In the case of the exact corner cube retroreflector, the distance from the point B 'in FIG. 4 from the spatial diagonal V is the 3 "
  • the distance variables d1 and d2 are not defined in one plane and the illustration in FIG. 4 represents only a projection onto the plane of the drawing.
  • a change in the distance for taking the modified distance d2 with respect to the spatial diagonal V thus causes a change in the orientation of the intermediate reflector with respect to the rotation plane R and thus taking a modified (deviating from the inclination angle ⁇ ) inclination angle.
  • the configuration of the corner cube-like reflector can be selected depending on the acute deflection angle and the present beam size.
  • the embodiment according to FIG. 1 with the adjustable intermediate reflector R B allows a flexible handling of the beam guidance under essentially unambiguously specified orientations of the incident refractor RA and of the failure refector Rc, with a readjustment with respect to the room inversion by the positioning and orientation of the intermediate reflector R ß can be made.
  • the angular deviation of the reflectors RA and Rc is first made, and then the position of the reflector R B is adjusted. Subsequently, the reflectors R A , R B and Rc are readjusted. For example, the procedure can be repeated iteratively until the polarization has been preserved.
  • the positioning of the reflector R B may comprise, for example, a displacement in the n or z direction, in which case the
  • Transverse reflector reference point B on the mirror surface of the reflector R B wanders.
  • a fine adjustment for example parallel to the plane of rotation R in the direction of or away from the center D or along the diagonal in the xy plane, can be undertaken in order to maintain a centering of the intermediate reflector reference point B on the reflector R B.
  • the foregoing description has referred to the constellation of intersecting incident and default beam paths in which an incident-failure plane is defined by the incident and default beam paths and a deflection angle is present in the incident-failure plane, i. the plane of rotation is the incident-failure plane.
  • the point of the shortest distance to the incident beam path 11 and the Auslrawstrahlengang 17 is through the center D of the shortest connecting line dmin between the incident beam path 11 and the Ausfallsstrahlengang 17 (or in the case shown in FIG. 1, the intersection of incident beam 11 and Ausfallsstrahlengang 17) given.
  • 5 further shows a plane designated as rotation plane R, which can be assigned to the incident beam path 11 and the failure beam path 17 and is helpful in terms of the deflection angle and the polarization considerations in skew beam progressions.
  • the plane of rotation R is parallel to both the incident beam path 11 and the Ausfallsstrahlengangs 17 and extends at the same distance to and between them, ie through the center D of the shortest distance dmin.
  • the plane of rotation R of the incidence failure plane 7 shown in FIG. 1 approaches until the incident beam path 11 and the output beam path 17 are in the plane of rotation R.
  • the (vertical) projections 11' and 17 'of the incident beam path 11 and of the failure beam path 17 are shown dashed in FIG. 5 on the plane of rotation.
  • the deflection angle ⁇ ' corresponds to the angle between the projections 11' and 12 '(clarified by the designation rotation plane with respect to which there is a rotation of the incident beam path 11 into the emission beam path 17).
  • the projections 11 'and 17' and the deflection angle ⁇ ' also approach the incident beam path 11, the exit beam path 17 and the deflection angle ⁇ shown in FIG. 1 at a decreasing distance d min.
  • the polarizations for the incident beam path 11 and the output beam path 17 with respect to the plane of rotation R can be specified, in particular for viewing the inversion with respect to polarization and lateral beam profile. Furthermore, the plane of rotation R allows consideration of the inversion of the lateral beam profile.
  • a polarization direction 2 ⁇ perpendicular to and towards the plane of rotation R is shown.
  • Ausfallsstrahlengangs 17 also perpendicular to and towards the plane of rotation R.
  • Wind-skewed beam paths may in particular allow a laser medium to be slightly offset, e.g. at a distance dmin, in order to achieve large-volume excitation of the laser medium, for example by low-quality radiation, such as e.g. Use pump diode laser radiation more efficiently.
  • Fig. 1 shows a displacement unit 60 for a displacement of the corner-cube-like reflector 1 along the n-axis, i. Rising the corner cube-like reflector 1, the incident-reflector reference point A shifts to a skewed incident-reflector reference point Aw slightly laterally offset and substantially below the incident-reflector reference point A, as shown in FIG. 4 for clarity lies. Accordingly, as shown in Fig. 4, the intermediate reflector reference point B shifts towards the side of the incident reflector RA toward a skew
  • the distance d1 in FIG. 4 corresponds to half the distance of a projection of the (orthogonal) incident reflector reference point A onto the plane of rotation R from an (orthogonal) projection of the
  • the concepts described herein can be used for example in optical resonators, in which the beam path is spanned in one or more planes.
  • the beam guidance unit and the amplification unit can be designed to form ring laser resonators or linear resonators.
  • the beam guiding unit and the amplifying unit can be used to construct "single" or "multipath” amplifier systems, in particular regenerative amplifier systems.
  • the provision of an acute deflection angle with the corner cube-type reflector disclosed herein has dispersion advantages over a corner-cube retroreflector lens combination.
  • the inversion of the laser beam while maintaining the beam plane can make it possible to compensate for vertical differences along the beam path.
  • optical path length differences before and after the laser medium can be compensated by the laser beam rotated by substantially 180 ° in the return of the laser beam.
  • the embodiments described herein can thus in particular make it possible to compensate for the effect of thermal air wedges.
  • mechanical errors of the optical surfaces can be compensated not only for left-right symmetry but also for bottom-up symmetry.
  • the use of corner-cube-type reflectors can stabilize the
  • Exemplary laser systems in which such corner cube-type reflectors are used can be laser systems with pulse energies of up to a few hundred ⁇ ] and pulse durations less than a few tens of microseconds.
  • the fields of application of such laser systems are, for example, in the cutting of displays, medical products, and in the drilling of, for example, injection nozzles.
  • all features disclosed in the description and / or the claims are considered separate and independent of each other for the purpose of original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention independently of the feature combinations in the embodiments and / or the claims should.
  • all range indications or indications of groups of units disclose every possible intermediate value or subgroup of units for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of restricting the claimed invention, in particular also as the limit of a range indication.

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Abstract

Ein corner-cube-artiger Reflektor (1) zum unter einem spitzen Ablenkwinkel (ß) Rückreflektieren eines Laserstrahls unter Rauminversion des Laserstrahls weist einen Einfallsreflektor (RA), einen Zwischenreflektor (RB) und einen Ausfallsreflektor (RC) auf. Der Einfallsreflektor (RA), der Zwischenreflektor (RB) und der Ausfallsreflektor (RC) sind derart zueinander angeordnet, dass ein entlang eines dem corner-cube-artigen Reflektor (1) zugeordneten Einfallsstrahlengangs (11) einfallender Laserstrahl entlang eines Ausfallsstrahlengangs (13) rückreflektiert wird, sich der Einfallsstrahlengang (11) mit dem Ausfallsstrahlengang (17) unter dem spitzen Ablenkwinkel (β) in einem Überlappungsbereich (19) schneidet, eine Einfalls- Ausfalls-Ebene (7) durch den Einfallsstrahlengang (11) und den Ausfallsstrahlengang (17) aufgespannt wird und der Zwischenreflektor (RB) unter einem Winkel und räumlich versetzt zur Einfalls-Ausfalls-Ebene (7) angeordnet ist. Eine entsprechende Invertierung eines Laserstrahls ist ferner für windschiefverlaufende Einfalls- und Ausfallsstrahlengänge (11, 17) offenbart.

Description

CORNER-CUBE-ARTIGER REFLEKTOR
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reflektor, insbesondere einen Reflektor zum Einsatz in Lasersystemen.
Ein Laserstrahl, der sich beispielsweise in einem Laseroszillator oder Laserverstärkungssystem oder einem Laserstrahlführungssystem ausbreitet, kann aufgrund geometrischer die Ausbreitung beeinflussender Änderungen entlang des Strahlengangs modifiziert werden. Die Änderungen können beispielsweise bei der Wechselwirkung mit optischen Komponenten oder dem Medium, in dem sich der Strahl ausbreitet, entstehen und sich entlang des Strahlengangs verstärken oder kompensieren. Zum Beispiel kann das sich transversal zur Strahlachse ausbildende Strahlprofil des Laserstrahls räumlich und zeitlich variieren. Beispiele für derartige Wechselwirkungen sind insbesondere sich ausbildende thermische Linsen und andere thermische bedingte Variationen der optischen Weglänge, die beispielsweise zur Ausbildung von Astigmatismus oder anderen Aberrationen des Laserstrahls oder zur Dejustage führen können. In besonderen Fällen kann der Laserstrahl auch dominant nur in einer Richtung (z.B. horizontal oder vertikal) beeinflusst werden.
Derartige Beeinflussungen werden allgemein beim Konfigurieren des Strahlengangs in Laser- resonatoren und Laserverstärkungssystem, und allgemein bei der Strahlführung, berücksichtigt. Beispielsweise werden Faltungskonfigurationen und Inversionen von Laserstrahlen vorgesehen, die beispielsweise durch Dachkantenprismen oder corner-cube-Retroreflektoren bewirkt werden können. Allgemein reflektieren Dachkantenprismen einen Laserstrahl mit einem Strahlversatz und einer Spiegelung bezüglich einer Achse. Eine vollkommene Rauminversion, welche für ein transversales Strahlprofil einer Drehung um 180° entspricht, kann mit einem corner-cube- Retroreflektor erzielt werden. Dieser reflektiert einen Laserstrahl an drei jeweils orthogonal zueinander angeordneten Flächen (d.h. auf den drei Seiten einer Würfelecke), wobei unter Erhaltung der Polarisation bei einem Einfall des Laserstrahls auf eine der Flächen, z.B. mit Abstand zum Schnittpunkt der drei Flächen, ein paralleler Strahlversatz und eine
Rauminvertierung des Laserstrahls erfolgt. Die Verwendung von Dachkantenprismen und corner-cube-Retroreflektoren in Lasersystemen wie Laserresonatoren und Laserverstärkern ist beispielsweise in dem US Patent 8,014,433 B2 für einen Scheibenlaser mit einem aktiven Spiegel in Kombination mit einer zusätzlichen Linse oder in Optics Letters 38(24), S. 5442 (2013) für einen Multipass-Scheibenlaser- Verstärker offenbart.
Einem Aspekt dieser hier vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strah- lengang in einem Lasersystem zu ermöglichen, der eine reduzierte Empfindlichkeit auf die oben angesprochenen Störungen des Strahlprofils aufweist. Einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System bereitzustellen, das für einen Laserstrahl eine Rauminversion hinsichtlich einlaufenden und reflektierten Laserstrahlen insbesondere an einem vorbestimmten Ort, beispielsweise einer Verstärkungszone eines Laser- mediums, bewirkt. Einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten Verstärkungsstrahlengang für Kurzpulslasersysteme bereitzustellen.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch einen corner-cube-artigen Reflektor nach Anspruch 1 und durch ein Lasersystem nach Anspruch 12. Weiterbildungen sind in den Un- teransprüchen angegeben.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein corner-cube-artiger Reflektor, der zum unter einem spitzen Ablenkwinkel Rückreflektieren eines Laserstrahls unter Rauminversion des Laserstrahls ausgebildet ist, einen Einfallsreflektor, einen Zwischenreflektor und ei- nen Ausfallsreflektor auf. Der Einfallsreflektor, der Zwischenreflektor und der Ausfallsreflektor sind derart zueinander angeordnet, dass ein entlang eines dem corner-cube-artigen Reflektor zugeordneten Einfallsstrahlengangs einfallender Laserstrahl entlang eines Ausfallsstrahlengangs rückreflektiert wird, der Ausfallsstrahlengang den Einfallsstrahlengang in einem Überlappungsbereich passiert, Projektionen des Einfallsstrahlengangs und des Ausfallsstrah- lengangs auf eine Rotationsebene, die parallel zum Einfallsstrahlengang, parallel zum Ausfallsstrahlengang und durch den Mittelpunkt des kürzesten Abstands zum Einfallsstrahlengang und zum Ausfallsstrahlengang verläuft, in der Rotationsebene unter dem spitzen Ablenkwinkel zueinander verlaufen, der Zwischenreflektor unter einem bezüglich des exakten corner- cube-Retroreflektors modifizierten Neigungswinkel angeordnet ist und ein durch den Schnitt- punkt eines Zwischenstrahlengangs mit der Oberfläche des Zwischenreflektors gegebener Zwischenreflektorbezugspunkt in einem bezüglich des exakten corner-cube-Retroreflektors modifizierten Abstand von der Rotationsebene angeordnet ist. In einem weiteren Aspekt weist ein corner-cube-artiger Reflektor, der zum unter einem spitzen Ablenkwinkel Rückreflektieren eines Laserstrahls unter Rauminversion des Laserstrahls (und entsprechend Erhalt der Polarisation) geeignet ist, einen Einfallsreflektor, einen Zwischenreflektor und einen Ausfallsreflektor auf. Der Einfallsreflektor, der Zwischenreflektor und der Ausfallsreflektor sind derart zueinander angeordnet, dass ein entlang eines dem cor- ner-cube-artigen Reflektor zugeordneten Einfallsstrahlengangs einfallender Laserstrahl entlang eines Ausfallsstrahlengangs reflektiert wird, wobei sich der Einfallsstrahlengang mit dem Ausfallsstrahlengang unter dem spitzen Ablenkwinkel in einem Überlappungsbereich schneidet, dass eine Einfalls- Ausfalls-Ebene durch den Einfallsstrahlengang und den Ausfallsstrah- lengang aufgespannt wird und dass der Zwischenreflektor unter einem Winkel und räumlich versetzt zur Einfalls- Ausfalls-Ebene angeordnet ist. Dabei kann die (zugeordnete) Einfalls- Ausfalls-Ebene im Wesentlichen parallel zu einer Strahlebene des z.B. Laseroszillators ausgerichtet sein. In einem weiteren Aspekt weist ein Lasersystem eine Verstärkungseinheit mit einem einen von einem Pumplaser anregbaren Verstärkungsbereich aufweisenden Lasermedium und einem corner-cube-artigen Reflektor auf. Ferner weist das Lasersystem eine Strahlführungseinheit auf, die einen Strahlengang bereitstellt, der sich in einen Verstärkungsbereich des Lasermediums hinein fortsetzt. Der corner-cube-artige Reflektor ist derart angeordnet, dass ein, insbe- sondere optikfreier, sich nach Passieren des Lasermediums ausbildender Strahlengangab- schnitt den Einfallsstrahlengang des corner-cube-artigen Reflektors ausbildet und der Ablenkwinkel und eine Strahlenganglänge derart eingestellt sind, dass der Überlappungsbereich zumindest teilweise in den Verstärkungsbereich fällt. Allgemein wird hierin unter einem corner-cube-artigen Reflektor eine dem corner-cube- Retroreflektor ähnliche Anordnung verstanden, bei der in Form einer Tripelspiegel- Reflektoranordnung drei Einzelreflektoren gezielt nicht exakt orthogonal zueinander ausgerichtet sind, wobei die Ausrichtung so vorgenommen wird, dass eine Strahlinversion für die unter dem spitzen Winkel ß zueinander verlaufenden Einfalls- und Ausfallsstrahlengänge be- wirkt wird.
Insbesondere erfolgen die Reflektionen an dem Einfallsreflektor, dem Zwischenreflektor und dem Ausfallsreflektor unter Winkeln, die in Kombination zu einer im Wesentlichen Rauminversion des Laserstrahls führen. Die Reflektionen sind insbesondere durch eine Transformati- onsmatrix M beschreibbar, so dass bei einer Einfallspolarisation P ein sich eine Ausfallspolarisation P aus ergibt, die der invertierten Einfallspolarisation P ein entspricht, wobei ein Toleranzbereich bei der Invertierung von beispielsweise 5° bei der Drehung einer linearen Polarisation je nach Anwendung vorliegen kann.
In einer beispielhaften Beschreibung wird eine einfallende Strahlrichtung durch einen k- Vektor k ein und eine zugehörige Polarisation P ein definiert. Nach den drei Spiegelungen im corner-cube-artigen Reflektor ergibt die Transformation M mit die entsprechenden Strahlparameter k aus = M*k_ein und P aus = M*P_ein, wobei
M = (1 - 2 n_C®n_C)*(l - 2 n_B®n_B)*(l - 2 n_A®n_A) und n_A, n_B, n_C die
Normaleneinheitsvektoren auf den Spiegeln sind und ® das dyadische Produkt.
Im Fall des exakten corner-cube Retrorefiektors (d.h. alle drei Normalenvektoren sind paarweise senkrecht zueinander) gilt M = -1, d.h. es liegt eine exakte Inversion vor.
Im allgemeinen Fall wird nun diese Inversion mit einer Drehung (Rotation) R(9,co) um die Achse definiert durch den Einheitsvektor ω mit dem Winkel Θ kombiniert. Die Reihenfolge von Inversion und Rotation ist hierbei vertauschbar. Im speziellen Fall von sich schneidenden Strahlen d.h. eines corner-cube-artigen Reflektors, und bei exakter Drehung der Polarisation um 180° (in der Ebene transversal zum Strahl) ist der Einheitsvektor ω der Normalenvektor der Einfalls-Ausfalls-Ebene und der Winkel Θ = -ß (negatives Vorzeichen, da die Rotation bei senkrecht nach oben zeigendem Einheitsvektor sonst gegen den Uhrzeigersinn erfolgen würde). Eine beispielhafte Darstellung für die allge- meinen Vektoren v und w der Rotationsmatrix wäre R(9,co) = exp(9 K(co)) mit der Kreuzproduktmatrix K(v): = [0 -v3 v2; v3 0 -vi; -v2 vi 0], die die Eigenschaft K(v)*w = v x w hat.
Die gesamte Transformationsmatrix lässt sich entsprechend als M = - exp(9 K(co)) darstellen oder im speziellen Fall als M = -exp(-ß K(e_n)) mit e_n Einheitsvektor im lmn- Koordinatensystem (für die Koordinaten siehe Fig. 1).
Beispielsweise können der Einfallsreflektor, der Zwischenrefiektor und der Ausfallsreflektor derart zueinander angeordnet sein, dass bei Einfall eines linear polarisierten Laserstrahls mit einer Einfallspolarisationsrichtung senkrecht zur (oder in der) Einfalls-Ausfalls-Ebene der reflektierte Laserstrahl eine Ausfallspolarisationsrichtung senkrecht zur (oder in der) Einfalls- Ausfalls-Ebene aufweist, die zur Einfallspolarisationsrichtung im Wesentlichen invertiert ist.
Allgemein kann dem Laserstrahl eine Einfallspolarisationsrichtung und eine Ausfallspolarisa- tionsrichtung in der Ebene senkrecht zur Ausbreitung zugeordnet werden, wobei die Einfallspolarisationsrichtung und die Ausfallspolarisationsrichtung um einen Winkel in einem Winkelbereich von 177° bis 183°, insbesondere in einem Winkelbereich von 180° ± 2°, bzgl. der Einfallspolarisationsrichtung gedreht ist. Beispielsweise kann der corner-cube-artige Reflektor eine Art Drehung des Laserstrahls in einem Winkelbereich von 177° bis 183° bewirken.
In einigen Ausführungsformen kann der spitze Ablenkwinkel kleiner 7° sein, beispielsweise im Bereich zwischen 2° und 5° liegen. Ferner kann ein Strahlversatz zwischen Einfallsreflektor und Ausfallsrefiektor im Bereich von 3 mm bis 75 mm liegen. In einigen Ausführungsformen können der Einfallsrefiektor und der Ausfallsrefiektor zueinander symmetrisch bezüglich einer senkrecht zu einer Einfalls-Ausfalls-Ebene durch den Zwischenrefiektor und den Überlappungsbereich verlaufenden Symmetrieebene angeordnet sein. Insbesondere kann ein Normalenvektor des Zwischenreflektors im Wesentlichen orthogonal zu einem Normalenvektor der Symmetrieebene stehen.
In einigen Ausführungsformen kann (unter Zugrundelegung eines kartesischen Koordinatensystem) ein Auftreffpunkt einer Strahlachse des Laserstrahls auf dem Einfallsrefiektor an einem Einfallsreflektorbezugspunkt am Ort (s, 0, s/2) und ein Auftreffpunkt der Strahlachse des Laserstrahls auf dem Ausfallsrefiektor an einem Ausfallsrefiektorbezugspunkt am Ort (0, s, s/2) vorliegen. Ferner können der Einfallsstrahlengang und der Ausfallsstrahlengang bezüglich einer Raumdiagonalen unter dem halben Ablenkwinkel in der den Einfallsrefiektorbe- zugspunkt, den Ausfallsrefiektorbezugspunkt sowie die Raumdiagonale umfassende Einfalls- Ausfalls-Ebene verlaufen. Der Zwischenrefiektor kann an einem
Zwischenrefiektorbezugspunkt an einem Ort (s/2*f(ß), s/2*f(ß), z) liegen, wobei der Einfalls- refiektor, der Zwischenrefiektor und der Ausfallsrefiektor derart räumlich ausgerichtet sind, dass ein entlang des Einfallstrahlengangs einfallender Laserstrahl auf den
Zwischenrefiektorbezugspunkt abgelenkt wird, dort vom Zwischenrefiektor auf den
Ausfallsrefiektorbezugspunkt abgelenkt wird, und dort vom Ausfallrefiektor auf den Ausfallstrahlengang abgelenkt wird. Dabei ist die Größe„s" ein, insbesondere hinsichtlich des Strahldurchmessers, einstellbarer Parameter. ,,f(ß)" (als Maß für den der Abstand des Zwi- schenreflektors im Vergleich mit dem Fall des exakten corner-cube-Retroreflektors) ist derart eingestellt, dass der corner-cube-artiger Reflektor unter Berücksichtigung von Phasenverschiebungen bei der Reflexion an den einzelnen Reflektoren eine Drehung des Laserstrahls im Bereich des Ausfallsstrahlengangs bezüglich des Laserstrahls im Einfallsstrahlengang in einem Winkelbereich von 177° bis 183°, und insbesondere im Wesentlichen eine Rauminversion des Laserstrahls transversal zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls, bewirkt.
In einigen Ausführungsformen kann der corner-cube-artiger Reflektor ferner zur Kompensati- on, z.B. zur Nach- Justierung der Rauminversion, ein polarisationsveränderndes Element aufweisen, dass eine gewünschte Polarisation strahlabwärts des Systems aus Reflektoren und polarisationsverändernde Element bewirkt. Das polarisationsverändernde Element kann im Einfallsstrahlengang und/oder im Ausfallsstrahlengang positioniert werden und beispielsweise als auf den corner-cube-artigen Reflektor speziell angepasste Verzögerungsplatte ausgebildet sein.
In einigen Ausführungsformen können der Einfallsreflektor, der Zwischenreflektor und/oder der Ausfallsreflektor als plane und/oder als runde Spiegel und/oder als Spiegel, deren Reflexionstiefen für S- und P-Polarisation vergleichbar und insbesondere derart ausgelegt sind, dass eine Reflexion eines linearpolarisierten Laserstrahls mit S- und P-Polarisationsanteilen im Wesentlichen nicht zu einem Verlust der Linearpolarisation führt, ausgebildet sein.
In einigen Ausführungsformen kann der corner-cube-artiger Reflektor ferner ein Trägerelement zur Halterung des Einfallsreflektors, des Zwischenreflektors und des Ausfallsreflektors aufweisen. Der Einfallsreflektor und der Ausfallsreflektor können insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zur Einfalls-Ausfalls-Ebene und durch den Zwischenreflektor und den Überlappungsbereich verlaufenden Symmetrieebene unter einem festen Winkel ortsfest an dem Trägerelement montiert sein. Ferner kann der Zwischenreflektor insbesondere mit einer Einstellvorrichtung justierbar sein, insbesondere in seiner Ausrichtung zur Einfalls- Ausfalls- Ebene einstellbar, drehbar um eine parallel zur Einfalls-Ausfalls-Ebene verlaufenden Achse und/oder in seinem Abstand zur Einfalls-Ausfalls-Ebene einstellbar, am Trägerelement befestigt sein. In einigen Ausführungsformen des Lasersystems bilden die Strahlführungseinheit und der corner-cube-artige Reflektor mindestens zwei V-Durchgänge in der Einfalls- Ausfalls-Ebene durch das Lasermedium aus, wobei insbesondere die Polarisationsrichtung des Strahlengangs in der Einfalls- Ausfalls-Ebene liegt.
In einigen Ausführungsformen ist der Strahlengang ferner frei von fokussierenden und/oder dispersionsbeitragenden Elementen zwischen dem corner-cube-artigen Reflektor und dem Lasermedium. In einigen Ausführungsformen des Lasersystems ist das Lasermedium als Laserstab oder
Scheibenlasermedium ausgebildet und der Ablenkwinkel ist insbesondere derart ausgebildet, dass sich im Verstärkungsbereich räumlich versetzte Stehwellen bezüglich des einfallenden Laserstrahls und bezüglich des reflektierten Laserstrahls ausbilden. Entsprechend kann eine Verstärkung erreicht werden, die im Wesentlichen auf dem gesamten oder zumindest auf gro- ße Bereiche des Verstärkungsbereichs basiert.
In einigen Ausführungsformen des Lasersystems kann die Strahlführungseinheit ein oder mehrere Elemente zur polarisationsabhängigen Auskopplung/Strahltrennung, beispielsweise eine Pockels-Zelle, aufweisen.
In einigen Ausführungsformen können die hierin offenbarten Strahlführungskonzepte die Asymmetrie des Strahlgangs hinsichtlich der Raumrichtungen transversal zur Strahlachse zumindest teilweise kompensieren. So können Auswirkungen auf das Strahlprofil und eine Verschlechterung der Strahlqualität vermieden oder zumindest reduzieren werden. Beispielsweise kann bei einem Mehrfachübergang über eine Laserscheibe durch Rauminversion eine
Dejustagekompensation bei gleichzeitiger Realisierung eines kompakteren Auf baus realisiert werden.
In einigen Ausführungsformen können die - bei einem corner-cube-Retroreflektor parallel - ein- und auslaufenden Laserstrahlen von einem Punkt (z.B. auf der Laserscheibe) kommend in diesen Punkt unter dem spitzen Reflexionswinkel zurück reflektiert werden, wobei die nicht mehr senkrecht zueinander ausgerichteten Reflektoren trotzdem eine möglichst exakte Inversion bewirken und insbesondere die Polarisation erhalten können. Allgemein können dabei die Freiheitsgerade in Position und Winkel der drei Reflektoren dazu genutzt werden, den Laser- strahl zu invertieren und zugleich in den gleichen Punkt auf der Laserscheibe zu reflektieren. Beispielsweise kann auch bei einem Mehrfachübergang über eine Laserscheibe mit nicht 180°-rotationssymmetrischem Phasen- oder Verstärkungsprofil durch Rauminversion Ausmittelung von Strahlprofiländerungen erzeugt werden. So kann z.B. eine dreieckige Phasen- oder Verstärkungsstörung durch die Inversion„sechseckig" werden, und somit näher an einem rotationssymmetrischen Idealfall liegen.
Um den Aufbau möglichst kompakt zu halten, können zum Beispiel von einer runden Form abweichende Spiegel verwendet werden.
Im Vergleich zum corner-cube-Retroreflektor werden unter anderem die Winkel des Einfalls- reflektors und des Ausfallsreflektors verändert, was auch eine Lagen- und Ausrichtungsveränderung des Zwischenreflektors nach sich zieht, um die Polarisationsbeeinflussung bei den Spiegelübergangen auszugleichen. Nimmt man eine einfallende Polarisationsrichtung senk- recht zur Einfalls-Ausfalls-Ebene an, entsteht nach dem Einfallsreflektor eine gemischte S- und P-Polarisation der Laserstrahlung bezüglich des Zwischenreflektors. Daher sind hochreflektive Spiegel für sowohl S- als auch P-Polarisation, bei denen insbesondere nur eine geringe Phasenverzögerung zwischen S- und P-polarisiertem Reflex entsteht, vorteilhaft. Ein derartiges Reflexionsverhalten kann beispielsweise durch dielektrische Schichtstrukturen er- reicht werden, wobei die Reflexionstiefen hinsichtlich der S- und P-Polarisationen vorzugsweise gleich bzw. nahezu gleich sind. Andernfalls könnte eine zusätzliche Phasenänderung entstehen, die die Polarisation wiederum beeinflussen und zu anschließenden Verlusten im Resonator führen könnte. In einigen Ausführungsformen kann die Reflexionscharakteristik der Spiegel durch Phasenverzögerung der S- und P-Polarisationskomponenten des auftreffenden Strahls so gewählt werden, dass die geometrische Drehung der Polarisationsebene die aus den Abweichungen von einem exakt würfelförmigen corner-cube-Retroreflektor resultiert, im günstigen Fall optimiert bzw. auf die gesamte Reflexion bezogen reduziert wird.
Bei der Verwendung des corner-cube-artigen Reflektors in einem Scheibenlasersystem hängen der spitze Ablenkwinkel und damit die genaue Winkelabweichung der Reflektoren vom orthogonalen corner-cube-Reflektor insbesondere vom Abstand des corner-cube-artigen Reflektors von der Laserscheibe (Lasermedium des Scheibenlasers) ab. Je weiter entfernt der corner-cube-artige Reflektor positioniert wird, desto kleiner sind die benötigten Winkelabweichungen. Des Weiteren hängen die benötigten Winkelabweichungen von den Einfallswinkeln ab, mit denen auf die Laserscheibe eingestrahlt werden soll, da die Einfallswinkel beispielsweise zum Reduzieren eines räumliches Lochbrennens (spatial hole burning) im Lasermedium eingestellt werden können. In einem Scheibenlasersystem kann beispielsweise mit einer Winkelabweichung der Reflektoren vom orthogonalen corner-cube-Reflektor von kleiner 5°, beispielsweise von kleiner 2° gearbeitet werden.
Hierin werden Konzepte offenbart, dies es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figi ren. Von den Figuren zeigen:
Fig.l eine schematische räumliche Darstellung eines corner-cube-artigen Reflektors, Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf ein Lasersystem mit einem corner-cube-artigen
Reflektor,
Fig. 3 eine Skizze eines zur Berechnung der Lagen und Ausrichtungen der Reflektoren
verwendbaren Koordinatensystems,
Fig. 4 eine Sicht auf das Koordinatensystem der Fig. 3 entlang der Raumdiagonalen und Fig. 5 eine Skizze zur Verdeutlichung einer windschiefen Einfalls- und Ausfallsstrahlengängen zugeordneten Ebene, die zu den Einfalls- und Ausfallsstrahlengängen parallel verläuft.
Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass bei einem in bei- spielsweise der horizontalen Ebene angeordneten Resonator sich Beeinflussungen des Strahlprofils durch geometrische Unterschiede verstärkt in vertikaler Richtung ausbilden können. So wurde erkannt, dass in Lasersystemen mit hohen Leistungen (z.B. intra-cavity-Leistung oder Verstärkerleistung im kW-Bereich) eine thermisch bedingte Luftströmung entlang der Oberfläche des Laserkristalls in vertikaler Richtung erfolgt. Dies hat unter anderem zur Folge, dass sich in vertikaler Richtung ein thermischer Luftkeil ausbildet, der zu unterschiedlichen optischen Weglängen durch die unterschiedlich dichte Luft in vertikaler Richtung führt und entsprechend das Strahlprofil beeinflusst. Ferner wurde erkannt, dass eine Rauminversion derartigen Beeinflussungen entgegenwirken kann. Hierin beschriebene Aspekte basieren ferner zum Teil auf der Erkenntnis, dass insbesondere bei kompakten Lasersystemen (z.B. hinsichtlich einer möglichst kurz zu haltender
Resonatorlänge) und bei Kurzpulslasersystemen (z.B. hinsichtlich eines möglichst dispersionsarm zu haltenden Aufbaus) corner-cube-Retroreflektor-Linsen-Kombinationen Nachteile aufweisen können. So wurde erkannt, dass bei Verwendung eines corner-cube-artigen Reflektors, dessen Aufbau von der orthogonalen Anordnung der Flächen abweicht, Faltungen unabhängig von Linsen sowie überdies ein kompakter Aufbau realisiert werden können. Ferner wurde erkannt, dass so bei höheren Leistungen gearbeitet werden kann, ohne dass dabei Absorptionseffekte beispielsweise in der Linse auftreten.
Hierin beschriebene Aspekte basieren ferner zum Teil auf der Erkenntnis, dass durch entsprechende Ausrichtung und Positionierung der Reflektoren eines corner-cube-artigen Reflektors eine Rauminversion wie beim corner-cube-Retroreflektor zugleich mit einem spitzen Ablenkwinkel erreicht werden kann. Für den Einsatz in Laserresonatoren ist insbesondere eine Inver- sion in der Ebene senkrecht zur Ausbreitung, d.h. bezüglich der Strahlachse, von Interesse. Denn geometrische Einflüsse des Strahlengangs auf das Strahlprofil können sich dann bei hinlaufender und rücklaufender Ausbreitung im Resonator im Wesentlichen gleich auf die verschiedenen gegenüberliegenden Strahlabschnitte, z.B. den oberen und unteren oder den linken und rechten Strahlabschnitt, auswirken. Ferner wird bei einer Rauminversion die Pola- risation erhalten. Es sei hierzu erwähnt, dass eine nicht-perfekte Rauminversion ausreichend sein kann, d.h. auch Drehungen um im Wesentlichen 180°, beispielsweise im Bereich von 175° bis 185°, insbesondere 177° bis 183° können in manchen Ausführungsformen ausreichen. So kann sich bei einer derartigen nicht-perfekten Rauminversion die Ursprungspolarisation im weiteren Verlauf im Resonator wieder ausbilden. Insbesondere in Kombination mit einer polarisationsabhängigen Auskopplungseinheit, z.B. Pockels-Zelle, ist eine nahezuperfekte Rauminversion von Vorteil, da so die Polarisation bei der Rückreflektion im Wesentlichen erhalten und unerwünschte Verluste an der Auskopplungseinheit vermieden bzw. zumindest verringert werden können. Im Folgenden werden anhand der Figuren 1 und 2 erst eine beispielhafte Ausführungsform eines corner-cube-artigen Reflektors und dann die Verwendung eines derartigen Reflektors in einem Lasersystem am Beispiel eines Scheibenlasersystems erläutert. Anschließend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 eine mögliche Vorgehensweise zur Bestimmung der Lagen und Ausrichtungen der Reflektoren beschrieben. Fig. 1 zeigt einen corner-cube-artigen Reflektor 1, der dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl unter im Wesentlichen einer Rauminversion des Laserstrahls und damit einen im Wesentlichen Erhalt der Polarisationsart unter einem spitzen Ablenkwinkel zu reflektieren. Dazu weist der corner-cube-artige Reflektor 1 einen Einfallsreflektor RA, einen Zwischenreflektor RB, und einen Ausfallsreflektor Rc auf. Die Reflektoren sind an einem Trägerelement 3 angebracht. Beispielhaft sind in Fig. 1 der Einfallsreflektor RA und der Ausfallsreflektor Rc in ihren Lagen und Ausrichtungen fest am Trägerelement 3 montiert, wogegen der Zwischenreflektor RB über eine an dem Trägerelement 3 befestigten Einstellvorrichtung 5 justierbar gehaltert ist.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist eine Einfalls- Ausfalls-Ebene 7 gezeigt, die durch einen Einfallsreflektorbezugspunkt A und einen Ausfallsreflektorbezugspunkt C sowie parallel zur lm-Ebene des in Fig. 1 angedeuteten lmn-Koordinatensystems verläuft. Zusätzlich zu dem lmn-Koordinatensystem ist in Fig. 1 ein xyz -Koordinatensystem gezeigt, welches sich auf die Figuren 3 und 4 bezieht. Ferner ist in Fig. 1 ein Zwischenreflektorbezugspunkt B sowie der Strahlengang eines einfallenden Laserstrahls gezeigt. Unter Reflektorbezugspunkten sind hierin die Punkte auf den Reflektoren gemeint, die dem Strahlengang, d.h. dem Verlauf des Strahlzentrums, zugeordnet sind. Beispielweise lässt sich der Zwischenreflektor RB bezüglich der Einfalls-Ausfalls-Ebene 7 in seiner Ausrichtung einstellen. So kann der Zwischenreflektor RB Z.B. um eine in m-Richtung verlaufende (und damit parallel zur Einfalls-Ausfalls-Ebene verlaufende) Einstellachse durch die Einstellvorrichtung 5 schwenkbar gehaltert werden. Ferner kann die Einstellvorrichtung 5 dazu ausgebildet sein, den Zwischenreflektor RB in seinem Abstand zur Einfalls-Ausfalls- Ebene in n-Richtung einzustellen. Weitere Ausführungsformen der Einstellvorrichtung 5 oder zusätzlich vorgesehene Einstellvorrichtungen für den Einfallsreflektor RA und/oder den Ausfallsreflektor Rc können zusätzliche Achsen oder Verschieberichtungen oder übliche Dreipunkt-Spiegelhalterungen umfassen. Beispielhaft ist der corner-cube-artige Reflektor 1 in Fig. 1 symmetrisch bezüglich einer durch den Zwischenreflektorbezugspunkt B und parallel zur ln-Ebene verlaufenden Symmetrieebene P. Beispielsweise sind der Einfallsreflektor RA und der Ausfallsreflektor Rc symmetrisch zueinander bezüglich der Symmetrieebene P angeordnet. Diese Anordnung ergibt sich zum Beispiel nach der in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 beschrieben Vorgehensweise. Jedoch sind unter entsprechender Anpassung der Lagen und Ausrichtungen der Reflektoren auch asymmetrische Konfigurationen möglich.
Der in Fig. 1 gezeigte dem corner-cube-artige Reflektor 1 zugeordnete Strahlengang umfasst mehrere Abschnitte. Ein Einfallsstrahlengang 11 verläuft in der Einfalls-Ausfalls-Ebene 7 unter einem Winkel ß/2 zur Symmetrieebene P und trifft auf den Einfallsreflektor RA im Einfallsreflektorbezugspunkt A. Ferner umfasst der Strahlengang einen Abschnitt 13 zwischen dem Einfallsreflektorbezugspunkt A und dem Zwischenreflektorbezugspunkt B sowie einen Abschnitt 15 zwischen dem Zwischenreflektorbezugspunkt B und dem
Ausfallsreflektorbezugspunkt C. Die Abschnitte 13 und 15 - hierein allgemein auch als Zwischenstrahlengänge bezeichnet - verlaufen spiegelsymmetrisch zur Symmetrieebene P aus der Einfalls-Ausfalls-Ebene 7 hinaus und treffen sich im Zwischenreflektorbezugspunkt B in der Symmetrieebene P. Schließlich umfasst der Strahlengang einen Ausfallsstrahlengang 17, der unter einem Winkel -ß/2 zur Symmetrieebene P in der Einfalls-Ausfalls-Ebene 7 verläuft. Der Einfallsstrahlengang und der Ausfallsstrahlengang schneiden sich unter dem spitzen Ablenkwinkel ß in einem Überlappungsbereich 19.
Weist ein linear polarisierter Laserstrahl eine Polarisationsrichtung 21 in der Einfalls- Ausfalls-Ebene 7 auf (in Fig. 1 beispielsweise parallel zur Symmetrieebene P dargestellt), erfolgt die Reflektion am Einfallsreflektor RA mit Anteilen einer S-Polarisation und einer P- Polarisation bezüglich der Einfallsebene des Einfallsreflektors RA. Aufgrund der symmetrischen Anordnung und unter Annahme einer zu erzielenden Rauminversion kann für den Fall einer bezüglich der Einfalls-Ausfalls-Ebene 7 vorliegenden einfallenden S-Polarisation die anschließende Reflektion am Zwischenreflektor RB als reine P-Polarisation erfolgen. Die ab- schließende Reflektion am Ausfallsreflektor Rc erfolgt wieder mit Anteilen einer S-
Polarisation und einer P-Polarisation, wobei die Ausrichtung der Reflektoren - wie im Folgenden erläutert - derart eingestellt ist, dass im Ausgangsstrahlengang 17 wiederum lineare Polarisation allerdings mit einer um 180° gedrehten Polarisationsrichtung 23 in der Einfalls- Ausfalls-Ebene 7 vorliegt (in Fig. 1 wiederum als Pfeil parallel zur Symmetrieebene P darge- stellt, allerdings in die entgegengesetzte Richtung zeigend). Entsprechend wird der Laserstrahl im corner-cube-artigen Reflektor 1 um 180° gedreht, das heißt, rauminvertiert.
Bei nicht perfekter Rauminversion kann beispielsweise eine Rotation der Polarisationsrichtung 21 in der Ebene transversal zur Strahlausbreitung unter einem Winkel in einem Winkel- bereich von beispielsweise 175 Grad bis 185 Grad, insbesondere 177 Grad bis 183 Grad liegen. Bei einer einfallenden reinen S- oder P-Polarisation besitzt der ausfallende Laserstrahl dann sowohl Anteil von S- als auch von P-Polarisation bezüglich der Einfalls- Ausfalls-Ebene 7.
In der beispielhaften Ausführungsform der Fig. 1 ist der Einfallsstrahlengang 11 durch die Orientierung des Einfallsreflektors RA sowie dem Einfallsreflektorbezugspunkt A und dem Zwischenreflektorbezugspunkt B gegeben. Denn der Einfallsstrahlengang 11 verläuft derart durch den Einfallsreflektorbezugspunkt A, dass der Laserstrahl auf den
Zwischenreflektorbezugspunkt B abgelenkt wird. Entsprechendes gilt für den Ausfallsstrahlengang 17. Somit sind die Parameter Einfallsstrahlengang 11 und Ausfallsstrahlengang 17 des corner-cube-artigen Reflektors 1 eindeutig durch die gewünschten Wechselwirkungen mit den Reflektoren (Auftreffpunkte im corner-cube-artigen Reflektor 1) definiert. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, ist für die Rauminversion ein räumlicher Versatz des Zwischenreflektors RB aus der Einfalls-Ausfalls-Ebene 7 notwendig.
Die spitzen Ablenkwinkel können beispielsweise im Bereich zwischen 2° und 5° liegen, wobei die untere Grenze durch den Strahldurchmesser und die Größe der entsprechend benötig- ten Reflektoren bedingt wird. Ein beispielhafter Strahlversatz, das heißt, der Abstand zwischen dem Einfallsreflektorbezugspunkt A und dem Ausfallsreflektorbezugspunkt C, liegt beispielsweise im Bereich von 3 mm bis 75 mm beispielsweise für Strahldurchmesser im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm. Der in Fig. 1 gezeigte symmetrische Aufbau ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallsreflektor RA und der Ausfallsreflektor Rc bezüglich der senkrecht zur Einfalls-Ausfalls- Ebene durch den Zwischenreflektorbezugspunkt B sowie dem Überlappungsbereich 17 verlaufenden Symmetrieebene P symmetrisch zu einander angeordnet sind. Ferner liegt im symmetrischen Aufbau der Normalenvektor der Oberfläche des Zwischenreflektors RB in der Symmetrieebene P.
In der symmetrischen Konfiguration der Fig.l können für den Einfallsreflektor RA und den Ausfallsreflektor Rc gleiche Spiegel aufgrund ähnlicher Einfallsbedingungen verwendet werden. Derartige Spiegel können meist auch für den Zwischenreflektor RB eingesetzt werden. Fig. 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Lasersystem 31, in dem ein corner-cube-artiger Reflektor Γ zur Strahlinvertierung und Rückführung des Strahls in ein Lasermedium 33 eingesetzt wird.
Das Lasersystem 31 umfasst eine das Lasermedium 33 aufweisende Verstärkungseinheit 35, eine Strahlführungseinheit 37 und eine Pumplasereinheit 39.
Die Verstärkungseinheit 35 weist unter anderem das Lasermedium 33 und den corner-cube- artigen Reflektor Γ auf, wobei das Lasermedium 33 beispielsweise auf einer Kühlvorrichtung 34 angeordnet ist.
Die Pumplasereinheit 39 stellt einen Pumplaserstrahl 41 zur Verfügung, der das Lasermedium 33 in einem Verstärkungsbereich 43 anregt, so dass ein durch den Verstärkungsbereich 43 laufender Laserstrahl verstärkt werden kann.
Die Strahlführungseinheit 37 weist ein Abbildungssystem 45 auf, das ausgehend von einem Eingangsstrahlengang 49 einen Ausgangsstrahlengang 47 bereitstellt, der auf den Verstärkungsbereich 43 gerichtet ist. Der Eingangsstrahlengang 49 und der Ausgangsstrahlengang 47 können dabei in sich selbst abgebildet werden (Linearresonator), der Eingangsstrahlengang 49 kann dabei auf den Ausgangsstrahlengang 47 (die Verstärkungseinheit 35) zurückgehen (z.B. die in Fig. 2 gezeigte Ringresonatorkonfiguration), oder zur Aufnahme eines extern erzeugten Laserstrahls (Single/Multipass-Systeme) vorgesehen sein. Die Strahlführungseinheit 37 kann ferner eine Auskopplungseinheit 51 aufweisen, die einen Auskopp lungsstrahlengang 53 be- reitstellt. Die Auskopplungseinheit 51 weist dazu beispielsweise eine Pockels-Zelle und/oder eine Verzögerungsplatte und einen polarisationsabhängigen Spiegel, als Beispielkomponenten für eine polarisationsabhängige Auskoppelung, auf. Bei einem Laserverstärker in Multipass- Anordnung kann man ferner z.B. den Strahlenweg rückwärts spiegeln und den ein- und auslaufenden Strahl über eine \4-Verzögerungsplatte im Doppeldurchgang in der Polarisation derart drehen, dass der zurückgelaufene Strahl über einen Polarisator abgetrennt werden kann.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 verläuft der Ausgangsstrahlengang 47 unter einem speziell ausgewählten Winkel zu einer, z.B. planen oder gekrümmten, Oberfläche des Lasermediums 33, so dass sich ein erster V-Durchgang mit einem ersten Öffnungswinkel 2a um den beispielsweise orthogonal einfallenden Pumplaserstrahl 41 ausbildet. Der corner-cube-artige Reflektor Γ ist nun derart positioniert, dass sich der verstärkte, aus dem Lasermedium 33 austretende Laserstrahl entlang des Einfallsstrahlengangs 11 ausbreitet und somit auf den Einfallsreflektor RA mit der am Einfallsreflektorbezugspunkt A positionierten Strahlachse trifft.
Der corner-cube-artige Reflektor Γ stellt in dieser Konfiguration einen, bezüglich dem Strahlengang 11 unter dem Winkel ß verlaufenden Ausfallsstrahlengang 17 zur Verfügung, der bei entsprechender Positionierung des corner-cube-artigen Reflektors Γ sich im Verstärkungsbereich 43 als Überlappungsbereich mit dem Einfallsstrahlengang 11 schneidet.
Auch dieser zweite Durchgang ist ein V-Durchgang, allerdings mit einem größeren Öffnungswinkel von 2(a+ß) im Lasermedium 33. In einer alternativen Anordnung mit einem Strahlversatz in Richtung des Eingangsstrahlengangs 11 kann ein„reduzierter" Öffnungswinkel von 2(a-ß) im Lasermedium 33 im zweiten V-Durchgang vorliegen.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 liegt die Einfalls- Ausfalls-Ebene 7 in der Zeichenebene, ebenso wie der Ausgangsstrahlengang 47 und der Eingangsstrahlengang 49. Entsprechend liegen diese sowie der Einfallsstrahlengang 11 und der Ausfallsstrahlengang 17 alle in der Einfalls-Ausfalls-Ebene 7 des corner-cube-artigen Reflektors Γ.
Unter Annahme, dass ein Laserstrahl mit einer Polarisationsrichtung 2 (beispielhaft in Fig. 2 in der Bildebene angedeutet) entlang des Ausgangsstrahlengangs 47 auf das Lasermedium 33 einfällt, führt die Rauminversion durch den corner-cube-artigen Reflektor Γ zu einer Polarisationsrichtung 23' im Bereich des Eingangsstrahlengangs 49.
Es wird angemerkt, dass in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 keine Linse zwischen dem corner-cube-artigen Reflektor Γ und dem Lasermedium 33 benötigt wird, um den spitzen Ablenkwinkel ß zu erzeugen. Entsprechend weist der Aufbau gemäß Fig. 2 kein dispersives Element im Strahlengang zwischen dem Lasermedium 33 und dem corner-cube-artigen Reflektor Γ auf. Die kompakte Faltungskonfiguration der Verstärkungseinheit 35 wird allein durch den corner-cube-artigen Reflektor Γ und den zugehörigen spitzen Ablenkwinkel ß ermöglicht. So kann die Auswahl des spitzen Ablenkwinkels beispielsweise für eine Reduzierung von spatial hole burning im Lasermedium 33 vorgenommen werden. Allgemein kann die Wahl des spitzen Ablenkwinkels ß die Ausbildung von Stehwellen im Lasermedium 33 beeinflussen. In Fig. 2 ist hinsichtlich weiteren Ausführungsformen, die eine Kompensation, z.B. eine Nachjustage der Rauminversion, ermöglichen, ein polarisationsverändemdes Element 55, z.B. eine Verzögerungsplatte, strahlabwärts des Ausfallreflektors gestrichelt angedeutet. Das pola- risationsverändernde Element 55 kann eine nach Durchlaufen des corner-cube-artigen Reflektors vorliegende Polarisation„vor-/nachdrehen" und so auf eine gewünschte Polarisation für den Eintritt in das Lasermedium anpassen. Die Kombination aus mindestens einem polarisati- onsverändernden Element 55 und corner-cube-artigem Reflektor 1 ' bildet ein corner-cube- artiges Reflektorsystem.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 wird im Folgenden eine beispielhafte Vorgehensweise zur Bestimmung beispielhafter Positionen und Ausrichtungen der Reflektoren eines hierin beschriebenen corner-cube-artigen Reflektors erläutert. Es wird von den in Fig. 3 gezeigten Spiegelpositionen eines exakten corner-cube- Retroreflektors ausgegangen. D.h., im Folgenden wird für den exakten corner-cube- Retroreflektor angenommen, dass sich der Einfallsreflektor mit seinem
Einfallsreflektorbezugspunkt A am Ort (s, 0, s/2) und der Ausfallsreflektor mit seinem
Ausfallsreflektorbezugspunkt C am Ort (0, s, s/2) befindet. Die Punkte A und C sind in Fig. 3 schematisch mit den Koordinaten im xyz -Koordinatensystem angedeutet. Bei einem corner- cube-Retroreflektor befinden sich ihre Spiegelflächen in der xz-Ebene bzw. der yz-Ebene.
Ferner befindet sich der Zwischenreflektor für den exakten corner-cube-Retroreflektor mit seinem Zwischenreflektorbezugspunkt B' am Ort (s/2, s/2, 0) und der Zwischenreflektor ist in der xy-Ebene ausgerichtet.
„s" ist dabei ein skalierbarer Parameter, der in Abhängigkeit des Strahldurchmessers derart gewählt werden kann, dass die Ausmaße der Reflektoren des corner-cube-artigen Reflektors den geforderten Bereich reflektieren können.
Fällt bei einem exakten corner-cube-Retroreflektor ein Laserstrahl entgegen der Richtung der Raumdiagonalen V auf den Punkt A, wird er den corner-cube Retroreflektor in Richtung der Raumdiagonalen V ausgehend vom Ort C verlassen. In Fig. 3 ist ferner ein Neigungswinkel γ angedeutet, um den das xyz-Koordinatensystem in der Symmetrieebene P bezüglich des lmn-Koordinatensystems gedreht ist. Der Neigungswinkel γ ist auch der Winkel, unter dem der Zwischenreflektor des exakten corner-cube- Retroreflektors zur Richtung der Raumdiagonalen V geneigt ist. Der Neigungswinkel γ ergibt sich aus tan(y)=2 -~1/2.
Zur Modifizierung der Orientierung der Reflektoren für eine Ausbildung eines corner-cube- artigen Reflektors kann in einem ersten Schritt die Einfallsrichtung auf den Punkt A aus der Raumdiagonalen V auf den Einfallsstrahlengang verändert werden. Dies entspricht einer Rota- tion des Einfallsstrahlengangs in der in Zusammenhang mit Fig. 5 eingeführten Rotationsebene R um ß/2. Dazu kann die Orientierung des Einfallsreflektors RA derart angepasst werden, dass der ursprüngliche Strahlengang (entsprechend Strahlengang 13) zum Zwischenreflektor RB, welcher sich noch in der anfänglichen Lage des corner-cube-Retroreflektors am Ort B' (s/2, s/2, 0) befindet und entsprechend parallel zur xy-Ebene ausgerichtet ist, bestehen bleibt.
Eine entsprechende Rotation des Ausfallsreflektors Rc führt zu einer entsprechenden Änderung des auslaufenden Laserstrahls gemäß dem Ausfallsstrahlengang 17. In anderen Worten, der Einfallsstrahlengangs 11 und der Ausfallsstrahlengang 17 schneiden sich nun unter dem spitzen Ablenkwinkel ß.
Allerdings liegt zu diesem Zeitpunkt noch keine Rauminversion vor. Diese kann dadurch erreicht werden, dass der Ort und die Ausrichtung des Zwischenreflektorbezugspunkts B angepasst werden und die Ausrichtungen des Einfallsreflektors RA und Ausfallsreflektors Rc entsprechend nachgeführt werden, so dass der Strahlengang zum Zwischenreflektor RB wieder am Zwischenreflektorbezugspunkt B auf diesen trifft. Man wird erkennen, dass sich bei einer speziellen Verschiebung des Zwischenreflektorbezugspunkts B eine im Wesentlichen vollständige Rauminversion für den nun eingestellten spitzen Ablenkwinkel ß bewirken lässt. Der Zwischenreflektor RB ist nun unter einem bezüglich des exakten corner-cube-Retroreflektors modifizierten Neigungswinkel und in einem bezüglich des exakten corner-cube- Retroreflektors modifizierten Abstand von der Rotationsebene R angeordnet.
Fig. 4 verdeutlicht die Anordnung in Blickrichtung entgegen der Raumdiagonalen V des Koordinatensystems aus Fig. 3. Man erkennt einen Abstand dl des Einfallsreflektorbezugspunkts A bezüglich der durch die Raumdiagonale und die z-Achse aufgespannte Symmetrieebene, wobei dl durch s 1 gegeben ist. Entsprechend ergibt sich ein Strahlversatz von 2dl = 2s für den Strahlversatz des corner-cube-artigen Reflektors. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der auf den Punkt A einfallende Laserstrahl unter dem Winkel ß/2 zum Lot auf die Zeichenebene einfällt und der ausfallende Laserstrahl vom Punkt C unter dem Winkel ß/2 zum Lot auf die Zeichenebene austritt, wobei die Laserstrahlen in einer Einfalls-Ausfalls-Ebene verlaufen, die senkrecht zur Zeichenebene durch die Punkte A und C verläuft und als Rotationsebene R in Fig. 4 angedeutet ist (siehe auch Fig. 5 für den windschiefen Fall, in dem keine Einfalls- Ausfalls-Ebene gegeben ist). Ferner erkennt man einen modifizierten Abstand d2 bzgl. der Lage im exakten corner-cube- Retrorefiektor verschobenen Zwischenreflektorbezugspunkts B von der Rotationsebene R. Zur Vollständigkeit ist ein alternativer Zwischenreflektorbezugspunkt B' in Fig. 4 gezeigt, der durch eine Spiegelung des Systems an der Rotationsebene R entsteht. Beim exakten corner- cube-Retrorefiektor ist der Abstand vom Punkt B' in Fig. 4 von der Raumdiagonalen V das 3"
1/2 -fache der Hälfte des Abstands zwischen den Punkten A und C. Für den zulaufenden Fall eines spitzen Ablenkwinkels mit einem realen Überlappungsbereich vergrößert sich dieser Abstand, für den auseinanderlaufenden Fall eines spitzen Ablenkwinkels mit einem virtuellen Überlappungsbereich („hinter" dem corner-cube-artiger Reflektor) verkleinert sich dieser Abstand.
Zur Vollständigkeit sei angemerkt, dass die Abstandsgrößen dl und d2 nicht in einer Ebene definiert sind und die Darstellung in Fig. 4 nur eine Projektion auf die Zeichenebene darstellt. Eine Änderung des Abstands für eine Einnahme des modifizierten Abstands d2 bzgl. der Raumdiagonalen V bedingt somit eine Änderung der Ausrichtung des Zwischenreflektors bzgl. der Rotationsebene R und damit eine Einnahme eines modifizierten (vom Neigungswinkel γ abweichenden) Neigungswinkels.
Basierend auf diesen vorhergehenden Abstands großen (dl und d2) kann in Abhängigkeit von dem spitzen Ablenkwinkel und der vorliegenden Strahlgröße die Konfiguration des corner- cube-artigen Reflektors ausgewählt werden.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit dem einstellbaren Zwischenreflektor RB erlaubt ein flexibles Handhaben der Strahlführung unter im Wesentlichen eindeutig vorgegebenen Orientierungen des Einfallsrefiektors RA und des Ausfallsrefiektors Rc, wobei eine Nachjustierung hinsichtlich der Rauminversion durch die Positionierung und Ausrichtung des Zwischenreflektors Rß vorgenommen werden kann.
Zusammengefasst wird bei der zuvor beschriebenen Auslegung des corner-cube-artigen Re- flektors als erstes die Winkelabweichung der Reflektoren RA und Rc vorgenommen und dann wird die Position des Reflektors RB angepasst. Anschließend werden die Reflektoren RA, RB und Rc nachjustiert. Das Vorgehen kann z.B. solange iterativ wiederholt werden, bis der Erhalt der Polarisation gegeben ist. Ergänzend sei erwähnt, dass die Positionierung des Reflektors RB beispielsweise eine Verschiebung in n- oder z-Richtung umfassen kann, wobei dabei der
Zwischenreflektorbezugspunkt B auf der Spiegeloberfläche des Reflektors RB wandert. Entsprechend kann eine Feinjustierung, beispielsweise parallel zur Rotationsebene R in Richtung hin oder weg vom Mittelpunkt D oder entlang der der Diagonalen in der xy-Ebene vorge- nommen werden, um eine Zentrierung des Zwischenreflektorbezugspunkts B auf dem Reflektor RB beizubehalten.
Die vorausgehende Beschreibung bezog sich beispielhaft auf die Konstellation von sich schneidenden Einfalls- und Ausfallsstrahlengängen, bei der eine Einfalls- Ausfalls-Ebene durch die Einfalls- und Ausfallsstrahlengängen definiert wird und ein Ablenkungswinkel in der Einfalls-Ausfalls-Ebene vorliegt, d.h. die Rotationsebene ist die Einfalls- Ausfalls-Ebene.
Jedoch lassen sich die Überlegungen auch auf ein System anwenden, bei dem eine Ablenkung in einer zweiten Richtung vorgenommen wird, so dass sich Einfalls- und Ausfallsstrahlengän- ge windschief zu einander verhalten. Zur Beschreibung dieser Konstellation wird unter Bezugnahme auf die Figur 5 eine Rotationsebenen erläutert, die im windschiefen Fall im Wesentlichen die Funktion der Einfalls-Ausfalls-Ebene hinsichtlich der Charakterisierung des Strahlengangs übernehmen kann. In der Figur 5 ist der Einfallsstrahlengang 11 gepunktet dargestellt. Es wird angenommen, dass der Ausfallsstrahlengang 17 (mit durchgezogener Linie dargestellt) im Bereich eines kürzesten Abstands dmin oberhalb des Einfallsstrahlengangs 11 verläuft. In der Figur 5 ist ein Mittelpunkt D des kürzesten Abstands dmin angedeutet. In anderen Worten, der Punkt des kürzesten Abstands zum Einfallsstrahlengang 11 und zum Ausfallsstrahlengang 17 ist durch den Mittelpunkt D der kürzesten Verbindungslinie dmin zwischen dem Einfallsstrahlengang 11 und dem Ausfallsstrahlengang 17 (oder im in Fig. 1 dargestellten Fall dem Schnittpunkt von Einfallsstrahlengang 11 und Ausfallsstrahlengang 17) gegeben. Fig. 5 zeigt femer eine hierein als Rotationsebene R bezeichnete Ebene, die dem Einfallsstrahlengang 11 und dem Ausfallsstrahlengangs 17 zugeordnet werden kann und hinsichtlich des Ablenkwinkels und der Polarisationsbetrachtungen bei windschiefen Strahlverläufen hilfreich ist. Die Rotationsebene R ist sowohl zu dem Einfallsstrahlengang 11 als auch dem Ausfallsstrahlengangs 17 parallel und verläuft im gleichen Abstand zu und zwischen diesen, also durch den Mittelpunkt D des kürzesten Abstands dmin. Für den Fall eines sich verringernden Abstands dmin nähert sich die Rotationsebene R der in Fig. 1 gezeigten Einfalls- Ausfalls-Ebene 7 an, bis der Einfallsstrahlengang 11 und der Ausfallsstrahlengangs 17 in der Rotationsebene R verlaufen.
Hinsichtlich der Definition des Ablenkwinkels ß' sind in Fig. 5 die (senkrechten) Projektionen 11 ' und 17' des Einfallsstrahlengangs 11 und des Ausfallsstrahlengangs 17 auf die Rotationsebene gestrichelt dargestellt. Der Ablenkwinkel ß' entspricht dem Winkel zwischen den Pro- jektionen 11 ' und 12' (verdeutlicht durch die Bezeichnung Rotationsebene hinsichtlich der eine Rotation des Einfallsstrahlengangs 11 in den Ausfallsstrahlengang 17 vorliegt). Auch die Projektionen 11 ' und 17' und der Ablenkwinkel ß' nähern sich jeweils dem Einfallsstrahlengang 11, dem Ausfallsstrahlengangs 17 und dem in Fig. 1 gezeigten Ablenkwinkel ß bei einem sich verringernden Abstand dmin an.
Aufgrund der Parallelität können die Polarisationen für den Einfallsstrahlengang 11 und den Ausfallsstrahlengangs 17 bezüglich der Rotationsebene R insbesondere zur Betrachtung der Invertierung hinsichtlich Polarisation und lateralem Strahlprofil angegeben werden. Ferner erlaubt die Rotationsebene R eine Betrachtung der Invertierung des lateralen Strahlprofils.
Beispielsweise ist in Fig. 5 für den Einfallsstrahlengang 11 eine Polarisationsrichtung 2Γ senkrecht zur und hin zur Rotationsebene R gezeigt. Bei einer Inversion des Laserstrahls durch den corner-cube-artigen Reflektor im Fall eines windschiefen Strahlverlaufs verläuft entsprechend eine Polarisationsrichtung 23' des auf der anderen Seite der Rotationsebene R verlaufenden Ausfallsstrahlengangs 17 ebenfalls senkrecht zur und hin zur Rotationsebene R.
Windschiefe Strahlengänge können es insbesondere erlauben ein Lasermedium leicht versetzt, z.B. im Abstand dmin, zu durchlaufen, um eine großvolumige Anregung des Lasermediums beispielsweise durch niederqualitative Strahlung wie z.B. Pumpdiodenlaserstrahlung effizienter zu nutzen.
Bezugnehmend auf die Figuren 1 und 4 wird im Folgenden erläutert, wie man z.B. ausgehend von sich schneidenden Einfalls- und Ausfallsstrahlengängen einen windschiefen Strahlverlauf bewirken kann.
Fig. 1 zeigt eine Verschiebeeinheit 60 für eine Verschiebung des corner-cube-artigen Reflektors 1 entlang der n- Achse, d.h. senkrecht zur Einfalls- Ausfalls-Ebene 7. Ein Anheben des corner-cube-artigen Reflektors 1 verschiebt den Einfallsreflektorbezugspunkt A auf einen windschiefen Einfallsreflektorbezugspunkt Aw, der leicht seitlich versetzt und im Wesentlichen, wie in Fig. 4 zur Verdeutlichung gezeigt, unterhalb des Einfallsreflektorbezugspunkt A liegt. Entsprechend verschiebt sich der Zwischenreflektorbezugspunkt B, wie in Fig. 4 gezeigt, in Richtung der Seite des Einfallsreflektors RA ZU einem windschiefen
Zwischenreflektorbezugspunkt Bw und der Ausfallsref ektorbezugspunkt C - gegenläufig zum Einfallsreflektorbezugspunkt A - zu einem windschiefen Ausfallsreflektorbezugspunkt Cw. Entsprechend erlaubt ein Verschieben des corner-cube-artigen Reflektors 1 unter Beibehaltung des Ablenkwinkels ß und der Inversion des Laserstrahls einen Strahlversatz entlang der n- Achse.
Bezüglich windschiefen Einfalls- und Ausfallsstrahlengänge entspricht der Abstand dl in Fig. 4 der Hälfte des Abstands einer Projektion des (orthogonalen) Einfallsreflektorbezugspunkts A auf die Rotationsebene R von einer (orthogonalen) Projektion des
Ausfallsreflektorbezugspunkts C auf die Rotationsebene R.
Die hierin beschriebenen Konzepte lassen sich beispielsweise in optischen Resonatoren anwenden, bei denen der Strahlengang in einer oder in mehreren Ebenen aufgespannt ist. Wie bereits erwähnt können die Strahlführungseinheit und die Verstärkungseinheit zur Ausbildung von Ringlaserresonatoren oder lineare Resonatoren ausgebildet sein. Ferner können die Strahlführungseinheit und die Verstärkungseinheit zum Aufbau von„single" oder „multipath" Verstärkersystemen, insbesondere regenerativen Verstärkersystemen, verwendet werden. Insbesondere bei Ultrakurzpuls-Lasersystemen weist die Bereitstellung eines spitzen Ablenkwinkels mit dem hierin offenbarten corner-cube-artigen Reflektor Dispersionsvorteile im Vergleich zu einer corner-cube-Retroreflektor-Linsen-Kombination auf.
Ferner wurden die hierin offenbarten Konzepte anhand eines mit zwei V-Durchgängen in Fig. 2 dargestellten Aufbaus verdeutlicht. Jedoch können auch mehrere corner-cube-artige Reflektoren zur Ausbildung von mehreren (im Öffnungswinkel variierenden und räumlich verschobenen) V-Durchgängen eingesetzt werden.
Die Inversion des Laserstrahls unter Beibehaltung der Strahlebene kann es ermöglichen, verti- kale Unterschiede entlang des Strahlengangs auszugleichen. Beispielsweise können aufgrund von thermischen Effekten entstehende optische Weglängenunterschiede vor und nach dem Lasermedium durch den um im Wesentlichen 180° gedrehten Laserstrahl bei dem Rücklauf des Laserstrahls ausgeglichen werden. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können es somit insbesondere ermöglichen, die Auswirkung von thermischen Luftkeilen auszugleichen. Ferner können mechanische Fehler der optischen Oberflächen nicht nur bezüglich der links-rechts Symmetrie, sondern auch bezüglich einer unten-oben Symmetrie kompensiert werden. Ferner kann die Verwendung von corner-cube-artigen Reflektoren eine Stabilisierung des
Pointings innerhalb von Lasersystemen sowie eine Stabilisierung der Strahllage ermöglichen.
Beispielhafte Lasersysteme, in denen derartige corner-cube-artige Reflektoren eingesetzt werden, können Lasersysteme mit Pulsenergien von bis zu einigen hundert μ] und Pulsdauern kleiner einigen 10 Mikrosekunden sein. Die Anwendungsbereiche derartiger Lasersystem liegen beispielsweise im Schneiden von Displays, Medizinprodukten, sowie beim Bohren von beispielsweise Einspritzdüsen. Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.

Claims

Patentansprüche
1. Corner-cube-artiger Reflektor (1) zum unter einem spitzen Ablenkwinkel (ß, ß') Rückreflektieren eines Laserstrahls unter Rauminversion des Laserstrahls, mit
einem Einfallsreflektor (RA),
einem Zwischenreflektor (RB) und
einem Ausfallsreflektor (Rc), wobei
der Einfallsreflektor (RA), der Zwischenreflektor (RB) und der Ausfallsreflektor (Rc) derart zueinander angeordnet sind, dass
ein entlang eines dem corner-cube-artigen Reflektor (1) zugeordneten Einfallsstrahlengangs (11) einfallender Laserstrahl entlang eines Ausfallsstrahlengangs (17) rückreflektiert wird,
der Ausfallsstrahlengang (17) den Einfallsstrahlengang (11) in einem Überlappungsbereich (19) passiert,
Projektionen (1 Γ, 17') des Einfallsstrahlengangs (11) und des Ausfallsstrahlengangs
(17) auf eine Rotationsebene (R), die parallel zum Einfallsstrahlengang (11), parallel zum Ausfallsstrahlengang (17) und durch den Mittelpunkt (D) des kürzesten Abstands zum Einfallsstrahlengang (11) und zum Ausfallsstrahlengang (17) verläuft, in der Rotationsebene (R) unter dem spitzen Ablenkwinkel (ß, ß') zueinander verlaufen,
der Zwischenreflektor (RB) unter einem bezüglich des exakten corner-cube-
Retroreflektors modifizierten Neigungswinkel angeordnet ist und
ein durch den Schnittpunkt eines Zwischenstrahlengangs (13, 15) mit der Oberfläche des Zwischenreflektors (RB) gegebener Zwischenreflektorbezugspunkt (B) in einem bezüglich des exakten corner-cube-Retroreflektors modifizierten Abstand (d2) von der Rotationsebene (R) angeordnet ist.
2. Corner-cube-artiger Reflektor (1) nach Anspruch 1, wobei der modifizierte Abstand
-1/2
(d2) größer ist als das 3" -fache der Hälfte (dl) des Abstands eines durch den Schnittpunkt des Einfallsstrahlengangs (11) mit der Oberfläche des Einfallsreflektors (RA) gegebenen Einfallsreflektorbezugspunkts (A) von einem durch den Schnittpunkt des Ausfallsstrahlengangs (17) mit der Oberfläche des Ausfallsreflektors (Rc) gegebenen
Ausfallsreflektorbezugspunkt (C) insbesondere für sich schneidende Einfalls- und Ausfallsstrahlengänge (11, 13) oder größer ist als das 3" -fache der Hälfte des Abstands einer Projektion eines durch den Schnittpunkt des Einfallsstrahlengangs (11) mit der Oberfläche des Einfallsreflektors (RA) gegebenen Emfallsreflektorbezugspunkts (A) auf die Rotationsebene (R) von einer Projektion eines durch den Schnittpunkt des Ausfallsstrahlengangs (17) mit der Oberfläche des Ausfalls- reflektors (Rc) gegebenen Ausfallsreflektorbezugspunkts (C) auf die Rotationsebene (R) insbesondere für windschiefe Einfalls- und Ausfallsstrahlengänge (11, 13).
3. Corner-cube-artiger Reflektor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Einfallsstrahlengang (11) mit dem Ausfallsstrahlengang (17) unter dem spitzen Ablenkwinkel (ß) im Überlappungsbereich (19) schneidet,
eine Einfalls- Ausfalls-Ebene (7) durch den Einfallsstrahlengang (11) und den Ausfallsstrahlengang (17) aufgespannt wird und
die Rotationsebene (R) die Einfalls-Ausfalls-Ebene (7) ist.
4. Corner-cube-artiger Reflektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einfallsreflektor (RA), der Zwischenreflektor (RB) und der Ausfallsreflektor (Rc) derart zueinander angeordnet sind, dass bei Einfall eines linear polarisierten Laserstrahls mit einer Einfallspolarisationsrichtung (21) eine Ausfallspolarisationsrichtung (23) gegeben ist, die zur Einfallspolarisationsrichtung (21) im Wesentlichen invertiert ist, wobei
insbesondere im Fall eines sich Schneidens des Einfallsstrahlengangs (11) und des
Ausfallsstrahlengangs (17) die Einfallspolarisationsrichtung (21) senkrecht zur oder in der Einfalls-Ausfalls-Ebene (7) und die invertierte Ausfallspolarisationsrichtung (23) ebenfalls senkrecht zur oder in der Einfalls-Ausfalls-Ebene (7) liegt und
insbesondere im Fall eines windschiefen Verlaufs des Einfallsstrahlengangs (11) und des Ausfallsstrahlengangs (17) der Einfallsstrahlengang (11) und der Ausfallsstrahlengangs (17) im gleichen Abstand (dmin/2) parallel zur Rotationsebene (R) verlaufen, und die Einfallspolarisationsrichtung (21) senkrecht zur oder parallel zur Rotationsebene (R) ist und die invertierte Ausfallspolarisationsrichtung (23) ebenfalls senkrecht zur oder parallel zur Rotationsebene (R) ist.
5. Corner-cube-artiger Reflektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausfallspolarisationsrichtung um einen Winkel in einem Winkelbereich von 177° bis 183°, insbesondere in einem Winkelbereich von 180° ± 2°, bzgl. der Einfallspolarisationsrichtung gedreht ist und/oder wobei der corner-cube-artige Reflektor (1) eine Drehung des Laserstrahls, insbesondere des transversalen Strahlprofils, in einem Winkelbereich von 177° bis 183°, insbesondere in einem Winkelbereich von 180° ± 2°, bewirkt und/oder
wobei der spitze Ablenkwinkel (ß) kleiner 10° ist, beispielsweise im Bereich zwischen 2° und 6° liegt, und/oder
wobei ein Strahlversatz zwischen dem Einfallsreflektorbezugspunkt (A) und dem Ausfallsreflektorbezugspunkt (C) im Bereich von 3 mm bis 75 mm vorliegt.
6. Corner-cube-artiger Reflektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einfallsreflektor (RA) und der Ausfallsreflektor (Rc) zueinander symmetrisch bezüglich einer senkrecht zur Einfalls-Ausfalls-Ebene (7) durch den Zwischenreflektor (RB) und den Überlappungsbereich (19) verlaufenden Symmetrieebene (P) angeordnet sind und/oder
der Normalenvektor des Zwischenreflektors (RB) im Wesentlichen in der Symmetrieebene (P) liegt.
7. Corner-cube-artiger Reflektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, unter Zugrundelegung eines kartesischen Koordinatensystems, ein Auftreffpunkt einer Strahlachse des Laserstrahls auf dem Einfallsreflektor (RA) an einem Einfallsreflektorbezugspunkt (A) am Ort (s, 0, s/2) und ein Auftreffpunkt der Strahlachse des Laserstrahls auf dem Ausfalls- reflektor (Rc) an einem Ausfallsreflektorbezugspunkt (C) am Ort (0, s, s/2) vorliegt, der Einfallsstrahlengang (11) und der Ausfallsstrahlengang (17) bezüglich einer Raumdiagonalen (V) unter dem halben Ablenkwinkel (ß) in der den Einfallsreflektorbezugspunkt (A), den
Ausfallsreflektorbezugspunkt (C) sowie die Raumdiagonale (V) umfassende Einfalls- Ausfalls-Ebene (7) verlaufen und der Zwischenreflektor (RB) an einem
Zwischenreflektorbezugspunkt (B) an einem Ort (s/2*f(beta), s/2*f(beta), z) liegt, wobei der Einfallsreflektor (RA), der Zwischenreflektor (RB) und der Ausfallsreflektor (Rc) derart räumlich ausgerichtet sind, dass ein entlang des Einfallstrahlengangs (11) einfallender Laserstrahl auf den Zwischenreflektorbezugspunkt (B) abgelenkt wird, dort vom Zwischenreflektor (RB) auf den Ausfallsreflektorbezugspunkt (C) abgelenkt wird, und dort vom Ausfallsreflektor (Rc) auf den Ausfallstrahlengang (17) abgelenkt wird, und
wobei s ein, insbesondere hinsichtlich des Strahldurchmessers, einstellbarer Parameter ist, und f(beta) als Maß für den Abstand des Zwischenreflektors (RB) zur Einfalls-Ausfalls- Ebene (7) im Vergleich mit dem Fall eines exakten corner-cube-Retroreflektors derart eingestellt ist, dass der corner-cube-artige Reflektor (1) eine Drehung des Laserstrahls im Bereich des Ausfallsstrahlengangs (17) bezüglich des Laserstrahls im Einfallsstrahlengang (11) in einem Winkelbereich von 177° bis 183°, insbesondere im Wesentlichen eine Rauminversion des Laserstrahls transversal zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls, bewirkt.
8. Corner-cube-artiger Reflektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einfallsreflektor (RA), der Zwischenreflektor (RB) und/oder der Ausfallsreflektor (Rc) als plane und/oder runde Spiegel und/oder als Spiegel, deren Reflexionstiefen für S- und P- Polarisation vergleichbar und insbesondere derart ausgelegt sind, dass eine Reflexion eines linearpolarisierten Laserstrahls mit S- und P-Polarisationsanteilen im Wesentlichen nicht zu einem Verlust der Linearpolarisation führt, ausgebildet sind.
9. Corner-cube-artiger Reflektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reflexionseigenschaften des Einfallsreflektors (RA), des Zwischenreflektors (RB) und/oder des Ausfallsreflektors (Rc) bezüglich eines Unterschieds in der Phasenlage zwischen S- und P-Polarisation derart angepasst sind, dass der austretende Laserstrahl zusätzlich zur Polarisationsdrehung aufgrund der geometrischen Reflektoranordnung in der Polarisation gedreht ist, so dass eine Polarisationsdrehung um 180° oder um einen anderen gewünschten Winkel am Ausgang des corner-cube-artigen Reflektors (1) vorliegt.
10. Corner-cube-artiger Reflektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Trägerelement (3) zur Halterung des Einfallsreflektors (RA), des Zwischenreflektors (RB) und des Ausfallsreflektors (Rc) und/oder einer Verschiebeeinheit zur Verschiebung des corner-cube-artigen Reflektors (1), insbesondere senkrecht, zur Rotationsebene (R), und wobei der Einfallsreflektor (RA) und der Ausfallsreflektor (Rc) insbesondere spiegel- symmetrisch zu einer senkrecht zur Einfalls-Ausfalls-Ebene (7, 7') und durch den Zwischenreflektor (RB) und den Überlappungsbereich (19) verlaufenden Symmetrieebene (P) unter einem festen Winkel ortsfest an dem Trägerelement (3) montiert sind und
wobei der Zwischenreflektor (RB) insbesondere mit einer Einstellvorrichtung (5) justierbar, insbesondere in seiner Ausrichtung zur Rotationsebene (R)einstellbar, drehbar um eine parallel zur Rotationsebene (R)verlaufenden Achse und/oder in seinem Abstand zur Rotationsebene (R)einstellbar, am Trägerelement (3) befestigt ist.
11. Corner-cube-artiges Reflektorsystem mit einem corner-cube-artigen Reflektor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und
einem polarisationsdrehenden Element (55), welche im Einfallsstrahlengang (11) und/oder im Ausfallsstrahlengang (17) angeordnet ist, um eine Drehung der Polarisation um 180° oder um einen anderen gewünschten Winkel am Ausgang des corner-cube-artigen Refiektorsystems bereitzustellen, wobei
insbesondere im Fall eines sich Schneidens des Einfallsstrahlengangs (11) und des Ausfallsstrahlengangs (17) die Einfallspolarisationsrichtung (21) senkrecht zur oder in der Einfalls-Ausfalls-Ebene (7) und die invertierte Ausfallspolarisationsrichtung (23) am Ausgang des Refiektorsystem ebenfalls senkrecht zur oder in der Einfalls-Ausfalls-Ebene (7) liegt und insbesondere im Fall eines windschiefen Verlaufs des Einfallsstrahlengangs (11) und des Ausfallsstrahlengangs (17) die Einfallspolarisationsrichtung (21) senkrecht zur oder parallel zur Rotationsebene (R) ist und die invertierte Ausfallspolarisationsrichtung (23) am Ausgang des Reflektorsystem ebenfalls senkrecht zur oder parallel zur Rotationsebene (R) ist.
12. Lasersystem (31) mit
einer Verstärkungseinheit (35) mit einem einen von einem Pumplasersystem (39) anregbaren Verstärkungsbereich (43) aufweisenden Lasermedium (33) und einem corner- cube-artigen Reflektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und
einer Strahlführungseinheit (37), die einen Ausgangsstrahlengang (47) bereitstellt, der sich in den Verstärkungsbereich (43) des Lasermediums (33) fortsetzt,
wobei der corner-cube-artige Reflektor (1) derart angeordnet ist, dass ein, insbesondere optikfreier, sich nach Passieren des Lasermediums (33) ausbildender Strahlengangabschnitt den Einfallsstrahlengang (11) des corner-cube-artigen Reflektors (1) ausbildet und der Ablenkwinkel (ß, ß') und ein Abstand des corner-cube-artigen Reflektors (1) zum Lasermedium (33) derart eingestellt sind, dass der Überlappungsbereich (19) zumindest teilweise in den Verstärkungsbereich (43) fällt.
13. Lasersystem (31) nach Anspruch 12, wobei die Strahlführungseinheit (37) und der corner-cube-artige Reflektor (1) mindestens zwei V-Durchgänge in der Einfalls-Ausfalls- Ebene (7) oder im Mindestabstand (dmin) versetzt durch das Lasermedium (33) ausbilden und insbesondere die Polarisationsrichtung (21, 2 , 23, 23') des Laserstrahls senkrecht zur oder in der Rotationsebene (R) liegt.
14. Lasersystem (31) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei die Strahlführungseinheit (37) eine insbesondere den Ausgangsstrahlengang (47) aufweisende Strahlführungsebene ausbildet, welche der Einfalls-Ausfalls-Ebene (7) entspricht.
15. Lasersystem (31) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Lasermedium (33) als Scheibenlasermedium ausgebildet ist und der Ablenkwinkel (ß, ß') insbesondere derart ausgebildet ist, dass sich im Verstärkungsbereich (43) räumlich versetzte Stehwellen bezüglich des einfallenden Laserstrahls und bezüglich des reflektierten Laserstrahls ausbilden und/oder nebeneinanderliegende Volumenbereiche des Verstärkungsbereichs (43) durchlaufen werden.
16. Lasersystem (31) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Strahlführungseinheit (37) eine polarisationsabhängige Auskopplungseinheit (51), beispielsweise eine Pockels- Zelle, aufweist.
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