WO2017137416A1 - Halter für einen wellenlängenumwandlungskristall und optisches system mit einem solchen halter - Google Patents

Halter für einen wellenlängenumwandlungskristall und optisches system mit einem solchen halter Download PDF

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Trumpf Laser GmbH
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    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG

Definitions

  • the invention relates to a holder for a wavelength conversion crystal according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention further relates to an optical system with such a holder.
  • Non-linear optical crystals which generate a frequency conversion from a fundamental frequency to a higher harmonic, for example to the second or third harmonic, serve as conversion factors.
  • the wavelength conversion crystal has to be taken up by a holder as tension-free as possible and positionally accurate in an optical system.
  • a holder has become known, for example, from US 2002/0136247 A1.
  • the known holder has two L-shaped jaws, which lock the lateral surfaces of a wavelength conversion crystal.
  • US 8,305,680 B2 discloses a holder in which a wavelength conversion crystal is abutted on two lateral surfaces on the holder and the wavelength conversion crystal is fixed by adhesive in the holder.
  • the adhesive used can lead to outgassing which may affect the properties of the wavelength conversion crystal.
  • US Pat. No. 7,724,453 B2 proposes to fix a wavelength conversion crystal purely mechanically by a spring. Furthermore, it is known from WO 2015/122854 A2, to lock a wavelength conversion crystal by means of two clamping blocks, which are each formed in an L-shape. The clamping blocks are thermally largely insulated by balls of other holder parts. Further holders have become known from DE 697 27 516 T2, WO 2006/042860 A1 and DE 197 00 549 A1.
  • the known holders are designed to receive relatively long wavelength conversion crystals in the beam propagation direction.
  • short wavelength conversion crystals are advantageous since they can be used at high intensities, wherein the phase of the laser radiation in the wavelength conversion crystal changes little and a high conversion efficiency is achieved.
  • the holders known from the prior art show disadvantages in the fixation of relatively short wavelength conversion crystals in the beam propagation direction.
  • fixation of the wavelength conversion crystal with a spring pressing against a shell surface of the wavelength conversion crystal is problematic because the heat bonding to the wavelength conversion crystal is poor and the mount becomes unstable due to the short surface area.
  • the wavelength conversion crystal is rigidly fixed in a holder, stresses in the wavelength conversion crystal arise during thermal cycles during laser operation.
  • the wavelength conversion crystal may creep and tilt at temperature cycles in the beam propagation direction, so that the angle between the wavelength conversion crystal and the laser radiation impinging thereon changes, and the conversion efficiency is lowered.
  • the holder according to the invention has a first beam access, which leads to a first beam access surface of the wavelength conversion crystal.
  • the first beam access may be a beam inlet and / or a beam outlet.
  • the first beam access surface may be a beam entrance surface.
  • che and / or a Strahiaustritts Diagram act.
  • the holder further has a second beam access leading to a second beam access surface of the wavelength conversion crystal.
  • the second beam access may be a beam inlet and / or a beam outlet.
  • the second beam access surface may be a beam entry surface and / or a beam exit surface. Between the first beam access and the second beam access, a receptacle for the wavelength conversion crystal is provided.
  • the wavelength conversion crystal In the assembled state, the wavelength conversion crystal abuts with its first beam access surface on a bearing surface of the holder.
  • the holder has a spring member which is pressed against a part of the second beam access surface in the assembled state of the wavelength conversion crystal, so that the wavelength conversion crystal is pressed against the abutment surface.
  • a holder which is designed to mechanically fix a wavelength conversion crystal in the beam propagation direction by a spring element.
  • very short wavelength conversion crystals can also be fixed in the beam propagation direction in the holder and in the correct position.
  • the beam propagation direction corresponds to the optical axis or the Z axis.
  • the spring element may be formed in the form of a spring plate.
  • the spring element has a spring arm.
  • the spring element has two spring arms in order to be able to press the wavelength conversion crystal particularly reliably against the contact surface.
  • the holder has an angular recess for partial abutment of the lateral surfaces of the wavelength conversion crystal.
  • the lateral surfaces are understood as meaning the shell sides of the wavelength conversion crystal between the first beam access surface and the second beam access surface of the wavelength conversion crystal.
  • the corner of the angular recess may be formed a recess, so that the wavelength genumwandlungskristalls not with an edge, but only with its lateral surfaces abuts the Winkelaus strictlyung.
  • the holder has a solid holder body in which the angular recess is formed.
  • the temperature of the holding body can thereby be transmitted to the wavelength conversion crystal in a particularly effective manner.
  • the holding body is preferably formed in one piece.
  • the conversion efficiency is strongly dependent on the temperature of the wavelength conversion crystal.
  • the thermal connection of the wavelength conversion crystal to the holder is therefore of great importance.
  • the conversion efficiency of the wavelength conversion crystal can be kept stable when the wavelength conversion crystal is heated to a temperature well above room temperature, so that room temperature fluctuations have only a minimal influence on the conversion efficiency of the wavelength conversion crystal.
  • the holder therefore has an angle element which can be pressed by a spring part of the holder against lateral surfaces of the wavelength conversion crystal, so that the wavelength conversion crystal can be clamped on its lateral surfaces between the angle element and the angular recess.
  • the wavelength conversion crystal can thereby be tempered radially or at its peripheral lateral surfaces.
  • the angular recess may have two Mantelstromfact.
  • the Mantelstroming the angular recess are preferably formed perpendicular to each other.
  • the angle element can have exactly two jacket plant sides. The Mantelstromgreing the angle element can be formed perpendicular to each other.
  • both the Mantelstroming the angular recess and the Mantelstroming the angle element are perpendicular to each other, so that a cuboid Wellenallenumwandlungskristall is held securely on its lateral surfaces between the angular recess and the angle element.
  • the angle element rests on the contact surface for the wavelength conversion crystal.
  • the contact surface is preferably part of the holding body so that a uniform heating from the holding body via the contact surface to the first beam access surface of the wavelength conversion crystal can take place.
  • the angle element is preferably L-shaped.
  • a particularly compact design of the holder is achieved by the angle element has at least two grooves, in particular in the form of V-shaped grooves, in each of which a rolling body, in particular a ball, the holder is arranged, wherein the rolling bodies by the spring member with a Spring force for fixing the wavelength conversion crystal can be acted upon.
  • the holder is thus formed in this case to act on the rolling element, in particular balls, with a spring force with the spring part.
  • the spring force is translated by the rolling bodies, which are arranged in the grooves, in a locking force in the direction of the lateral surfaces of the wavelength conversion crystal. This allows a structurally simple and compact design of the holder.
  • the spring part may have two spring arms, which act on the rolling elements, in particular the balls, with the spring force.
  • the spring member is connected to the spring element, wherein the Feeder derteil at least partially further projecting towards the contact surface, as the spring element.
  • the wavelength conversion crystal can be fixed in its arrangement in the holder initially indirectly or directly by the spring member on its lateral surfaces and then fixed to the second beam access surface by the spring element.
  • the locking of the wavelength conversion crystal in the receptacle does not take place simultaneously in the beam propagation direction and transverse to the beam propagation direction, but at first transversely to the beam propagation direction, by fixing the lateral surfaces of the wavelength conversion crystal, in particular by cladding system sides, and closing the wavelength conversion crystal is fixed in the beam propagation direction by the spring element.
  • the manufacture of the holder is further simplified and the installation of the wavelength conversion crystal in the receptacle significantly facilitated when the spring member is connected to the spring element and both parts connected by a single fixing screw of the holder with another component of the holder, in particular with the holding body are.
  • the wavelength conversion crystal can thereby be locked in this case by tightening a single fixing screw in the receptacle.
  • the spring member may be formed in the form of a spring plate.
  • the spring part is formed integrally with the spring element.
  • Spring part and spring element are therefore particularly simple and inexpensive to produce. Furthermore, this reduces the number of individual components of the holder, so that a simplified assembly of the wavelength conversion crystal can be done in the recording.
  • the holder may have an electric heater.
  • the electric heater is in the form of a heating cartridge. More preferably, the holder on two heating cartridges, which are arranged spaced from each other. At least one Hetzpatrone can be arranged in a SchupatronenausEnglishung of the holding body.
  • the holding body has two SchupatronenausEnglish 11, which are spaced from each other, wherein in each Walkerpatronenausnaturalung a heating element is arranged.
  • the receptacle is preferably formed between the SchupatronenausEnglishlessness.
  • the holder may include a temperature sensor.
  • the temperature sensor can be arranged in a temperature sensor recess, which is formed in the holding body, so that a particularly precise measurement of the temperature of the wavelength conversion crystal can take place.
  • the Temperatursensoraus originallyung may be formed in the form of a through-hole for receiving, so the temperature sensor is in direct contact with the wavelength conversion crystal.
  • the temperature sensor recess may be in the form of a blind hole. In this case, the blind hole preferably terminates as close as possible to the wavelength conversion crystal in order to arrange the temperature sensor as close as possible to the wavelength conversion crystal.
  • the distance of the temperature sensor to the wavelength conversion crystal is preferably smaller than half the smallest dimension of the wavelength conversion crystal perpendicular to the beam propagation direction. More preferably, the temperature sensor recess is arranged centrally between two heating cartridge recesses so that the temperature determined by the temperature sensor is influenced as little as possible by the heating cartridges.
  • the holder may include a gas inlet and a gas outlet.
  • the gas inlet and gas outlet are fluidly connected to the receptacle so that the wavelength conversion crystal can be purged with a gas in its holder mounted state. Gas flushing can further improve the stability of the conversion efficiency.
  • the object according to the invention is furthermore achieved by an optical system with a previously described holder and a wavelength conversion crystal mounted in the holder.
  • the wavelength conversion crystal is formed in the form of a nonlinear optical crystal.
  • the wavelength conversion crystal is irradiated in the beam propagation direction, i. H. held in a direction between its first beam access surface and its second beam access surface, between the abutment surface and the spring element.
  • the wavelength conversion crystal is held at its lateral surfaces between the angle element and the angular recess.
  • the wavelength conversion crystal is preferably formed in one piece. However, it can also be divided into two or more parts.
  • the wavelength conversion crystal may be in the form of a KTP (KTiOPO 4 ) crystal, a LBO (LiB 3 O) crystal, a BBO ( ⁇ -BaB 2 0 6 ) crystal or a
  • the wavelength conversion crystal preferably has a cuboid shape.
  • the first beam access surface and / or the second beam access surface may also be formed obliquely to the lateral surfaces of the wavelength conversion crystal, for example, to reflect reflections away from the optical axis.
  • the first beam access surface and / or the second beam access surface may be provided with an antireflection coating to minimize optical transmission losses due to Fresnel reflections.
  • the wavelength conversion crystal is preferably arranged in the receptacle without adhesive.
  • the wavelength conversion crystal is preferably reversibly solvable, i. H. non-destructively mountable and non-destructively removable, arranged in the receptacle, so that a replacement of the wavelength conversion crystal in a simple manner is possible.
  • the optical system preferably has an optical resonator.
  • the optical resonator has at least two mirrors.
  • the holder may be arranged between the two mirrors. Alternatively, the holder may be located outside the mirror.
  • the optical resonator can furthermore have a laser-active medium, in particular a laser-active solid-state medium, a quality modulation element and / or a coupling-out mirror.
  • the optical system can thereby be used for modulation and / or for generating a laser beam.
  • Figure 1 is an exploded perspective view of a first optical
  • Figure 2 is a partially transparent front view of the optical system of Figure 1;
  • FIG. 3 is a perspective view of the optical system according to FIGS.
  • Figure 4 is a partially transparent rear view of the optical system according to Figures 1 to 3;
  • Figure 5 is a schematic side view of a second optical system
  • Figure 6 is a schematic side view of a third optical system.
  • FIG. 7 shows a schematic side view of a fourth optical system.
  • FIG. 1 shows an optical system 10 with a holder 12 for holding a wavelength conversion crystal 14.
  • the wavelength conversion crystal 14 is used Multiplication of a frequency of laser radiation (not shown) passing the wavelength conversion crystal 14 along an optical axis 16.
  • the optical axis 16 corresponds to the beam propagation direction 18. Since the beam propagation can take place in both directions along the optical axis 16, the beam propagation direction 18 in FIG. 1 is represented by a double arrow.
  • the wavelength conversion crystal 14 is disposed in a receptacle 20 of the holder 12.
  • the receptacle 20 is formed in a holding body 22.
  • the holding body 22 has an angular recess 24.
  • the angular recess 24 has a first jacket plant side 26a and a second shell plant side 26b.
  • the second shell conditioning side 26b is formed perpendicular to the first shell conditioning side 26a.
  • the wavelength conversion crystal 14 abuts the shell plant sides 26a, 26b. Furthermore, the wavelength conversion crystal 14 is located on a contact surface 28.
  • the abutment surface 28 is preferably formed perpendicular to the first shell abutment side 26a and perpendicular to the second shell abutment side 26b.
  • the contact surface 28 is preferably part of the holding body 22.
  • the wavelength conversion crystal 14 is pressed by a spring element 30 against the contact surface 28.
  • the spring element 30 is thereby pulled by a fixing screw 22 to the holding body 22.
  • the spring element 30 is in one piece, ie integrally formed with a spring member 34.
  • the spring member 34 acts on rolling bodies 36a, 36b with a spring force. This spring force is transmitted by the rolling elements 36a, 36b via grooves 38a, 38b in an angle element 40, which are in particular in the form of V-shaped grooves, into a further force which presses the wavelength conversion crystal 14 against the shell contact sides 26a, 26b holds.
  • the rolling bodies 36a, 36b may be in the form of cylinders or the like.
  • FIG. 2 shows the optical system 10, with parts of the optical system 10 being shown transparently in order to clarify the mounting position of the wavelength-conversion crystal 14 in the holder 12. From FIG. 2 it can be seen that the wavelength conversion crystal 14 has a first beam access surface 42.
  • the spring element 30 has a first spring arm 44a and a second spring arm 44b which rest on the first beam access surface 42 and press the wavelength conversion crystal 14 in this manner against the abutment surface 28 (see FIG. 1).
  • the spring part 34 has a first spring arm 46a and a second spring arm 46b, which press the rolling bodies 36a, 38b (see FIG. 1) into the grooves 38a, 38b (see FIG. 1).
  • Spring element 30 and spring member 34 are integrally formed in the form of a spring plate.
  • the holding body 22 has a first heating cartridge recess 48a and a second heating cartridge recess 48b.
  • the wavelength conversion crystal 14 is equidistant from both heater cartridge recesses 48a, 48b disposed between the heater cartridge recesses 48a, 48b.
  • heating cartridges 50 a, 50 b are arranged in the Schupatronen- recesses 48 a, 48 b.
  • the holding body 22 also has a temperature sensor recess 52. In the temperature sensor recess 52, a temperature sensor 54 is disposed.
  • the Temperatursensorausnaturalung 52 is preferably equidistant from the Schupatronenaus Principle Heidelberg 48 a, 48 b formed.
  • FIG. 3 shows the optical system 10 in a perspective view. From Figure 3 it can be seen that the holder 12 has a first beam access 56.
  • the first beam access 56 serves for the admission of laser light along the optical axis 16 onto the first beam access surface 42.
  • the first beam access 56 is designed in the form of a through-passage.
  • the holder 12 may include a transparent disk for the entrance of laser light along the optical axis 16 to the first beam access surface 42.
  • the optical axis 16 is perpendicular to the first beam access surface 42.
  • the term "first beam access surface" is not to be understood as limiting in that the wavelength conversion crystal 14 receives only radiation at the first beam access surface 42.
  • the first beam access 56 is in the present case formed in a cover 58 of the holder 12.
  • the cover 58 can be screwed onto the holding body 22.
  • FIG. 4 shows a partially transparent rear view of the optical system 10 explained above. From FIG. 4 it can be seen that the holder 12 has a second beam access 60.
  • the second beam access 60 provides access for laser light to a second beam access surface 62 of the wavelength conversion crystal 14.
  • the second beam access 60 is formed in the holding body 22 in the form of a through-passage.
  • the term "second beam access surface" is not to be construed so restrictively that laser light enters only at the second beam access surface, but laser light may also emerge from the wavelength conversion crystal 14 via the second beam access surface 14.
  • the second beam access may alternatively be in the form of one for a laser beam
  • the second beam access 60 shown in Figure 4 can be closed by a largely transparent to a laser beam disc.
  • the laser beam preferably laser light having a wavelength between 1 pm and 3 ⁇ is used.
  • the frequency-converted laser beam preferably has a wavelength between 0.5 ⁇ m and 1.5 ⁇ m.
  • the wavelength conversion crystal 14 has lateral surfaces 64a, 64b, 64c, 64d.
  • the lateral surfaces 64a-d are formed perpendicular to the second beam access surface 62.
  • the lateral surfaces 64a-d are formed perpendicular to the first beam access surface 42 (see FIG. 2).
  • the second beam access surface 62 and the first beam access surface 42 therefore run parallel to one another in the present case.
  • the lateral surface 64a extends parallel to the lateral surface 64c and the lateral surface 64b parallel to the lateral surface 64d.
  • the lateral surfaces 64a-d are the same size.
  • the lateral surface 64a abuts against a first jacket contact side 66a of the angle element 40.
  • the lateral surface 64b abuts against a second shell conditioning side 66b of the angle element 40.
  • the angle element 40 has a recess 68 between the first shell contact side 66a and the second shell contact side 66b.
  • the angle element 40 is in the form of an isosceles L.
  • the lateral surface 64c is located on the first shell conditioning side 26a (see Figure 1) and the lateral surface 64d is located on the second shell conditioning side 26b (see Figure 1).
  • the holder 12 is designed to surround the wavelength conversion crystal 14 on the circumferential side, i. H. perpendicular to the beam propagation direction 18 (see FIG. 1), between the angle element 40 and the angular recess 24 (see FIG. 1). In the beam propagation direction 18 (see FIG. 1), the wavelength conversion crystal 14 is locked between the contact surface 28 (see FIG. 1) and the spring arms 44a, 44b (see FIG. 2). The wavelength conversion crystal 14 is thereby reversibly solvable in all degrees of freedom, mechanically locked in the holder 12.
  • the holder 12 may have a gas inlet 70a and a gas outlet 70b.
  • Gas inlet 70a and gas outlet 70b are indicated only schematically in FIG. 4 by dashed lines.
  • FIG. 5 shows a further optical system 10 in a schematic representation.
  • the optical system 10 has a holder 12 in which a wavelength conversion crystal 14 is locked.
  • the wavelength conversion crystal 14 is arranged on the optical axis 16 in an optical resonator 72.
  • the optical resonator 72 has a first mirror 74a and a second mirror 74b.
  • the mirrors 74a, 74b are in the form of end mirrors.
  • a laser-active medium 76 is further provided in the resonator 72.
  • the laser radiation excited in the laser active medium 76 by a pump light source (not shown) at a fundamental frequency is frequency-converted in the wavelength conversion crystal 4.
  • the frequency-converted laser radiation can be coupled out of the optical resonator 72 via a dichroic Auskoppelapt 78 as a frequency-converted laser radiation.
  • the Auskoppelapt 78 is aligned in particular at 45 ° to the optical axis 16.
  • the laser-active medium 76 may be, for example, an Nd: VY0 4 crystal, Nd: YAG crystal, Yb: YAG crystal or another laser-active crystal.
  • the wavelength conversion crystal 14 may be in the form of a non-linear crystal, for example, in the form of a lithium triborate (LiB 3 O 5 ) crystal which generates frequency-converted laser radiation at the second harmonic of the fundamental frequency.
  • the optical system 10 may further comprise a quality modulation element (not shown), for example an acousto-optic modulator or optionally an electro-optic modulator, for example a Pockels cell.
  • FIG. 6 shows a further optical system 10.
  • the optical system 10 according to FIG. 6 corresponds to the optical system 10 according to FIG. 5.
  • the holder 12 with the wavelength conversion crystal 14 is arranged outside the resonator 72.
  • Figure 7 shows another optical system 10.
  • the optical system 10 has a holder 12 in which a wavelength conversion crystal 14 is locked.
  • the optical system 10 has a laser source 80.
  • the laser source 80 may be in the form of a laser oscillator or a seed laser.
  • the laser source 80 may be in the form of a fiber laser, a diode laser, a rod laser, a slab laser or a disk laser.
  • the laser light of the laser source 80 is fed to a first amplifier 82.
  • the first amplifier may be in the form of a fiber laser, a bar laser, a slab laser or a disk laser.
  • the laser light emerging from the first amplifier 82 may be supplied to an optional second amplifier 84. Furthermore, the laser light emerging from the optional second amplifier 84 may be supplied to an optional third amplifier 86.
  • the laser light is finally supplied to the wavelength conversion crystal 14 in the holder 12 for frequency conversion. From FIG. 7 it can be seen that the holder 12 with the wavelength conversion crystal 14 can be arranged outside the laser source 80 and / or outside the amplifiers 82, 84, 86.
  • the invention in summary relates to a holder 12 for a wavelength conversion crystal 14.
  • the wavelength conversion crystal 14 is preferably located in the holder 12. viewed in the direction of the optical axis 16 - both circumferentially, and in the direction of the optical axis 16 by spring forces mechanically reversibly releasably fixed.
  • the circumferential or radial holding of the wavelength conversion crystal 14 is preferably carried out by a clamping device for the wavelength conversion crystal in the form of an angle element 40 which can be pressed against an angular recess 24.
  • the wavelength conversion crystal 14 can be tensioned between a spring element 30 and a contact surface 28.
  • the spring element 30 is preferably formed in one piece with a spring part 34 such that the spring part 34 indirectly or directly presses the angle element 40 in the direction of the angular recess 24.
  • the spring element 30 is preferably fixed to a holding body 22 with a fixing screw 32.
  • the holding body 22 preferably has the contact surface 28 and / or the angular recess 24.
  • the invention further relates to an optical system 10 with such a holder 12 and with a wavelength conversion crystal 14 fixed in the holder 12.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Halter (12) für einen Wellenlängenumwandlungskristall (14). Der Wellenlängenumwandlungskristall (14) ist vorzugsweise in dem Halter (12) - in Richtung der optischen Achse (16) betrachtet - sowohl umfänglich, als auch in Richtung der optischen Achse (16) durch Federkräfte mechanisch revisibel lösbar fixierbar. Das umfängliche, bzw. radiale Halten des Wellenlängenumwandlungskristalls (14) erfolgt bevorzugt durch eine Spannvorrichtung für den Wellenlängenumwandlungskristall (14) in Form eines Winkelelements (40), das gegen eine Winkelausnehmung (24) pressbar ist. In Richtung der optischen Achse (16) ist der Wellenlängenumwandlungskristall (14) zwischen ein Federelement (30) und eine Anlagefläche (28) spannbar. Das Federelement (30) ist vorzugsweise derart einteilig mit einem Federteil (34) ausgebildet, dass das Federteil (34) mittelbar oder unmittelbar das Winkelelement (40) in Richtung der Winkelausnehmung (24) presst. Das Federelement (30) ist vorzugsweise mit einer Fixierschraube (32) an einem Haltekörper (22) festgelegt. Der Haltekörper (22) weist bevorzugt die Anlagefläche (28) und/oder die Winkelausnehmung (24) auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein optisches System (10) mit einem solchen Halter (12) und einem in dem Halter (12) fixierten Wellenlängenumwandlungskristall (14).

Description

Anmelder:
TRUMPF Laser GmbH
Aichhaldenstr. 39
D-78713 Schernberg
Vertreter:
Kohler Schmid Möbus
Patentanwälte PartG mbB
Gropiusplatz 10
D-70563 Stuttgart
Halter für einen Wellenlängenumwandlungskristall und optisches System mit
einem solchen Halter
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Halter für einen Wellenlängenumwandlungskristall gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein optisches System mit einem solchen Halter.
Stand der Technik
Es ist bekannt, einen Wellenlängenumwandlungskristall einzusetzen, um Laserstrahlung, welche in einem laseraktiven Medium bei einer bestimmten Frequenz, insbesondere bei einer Grundfrequenz bzw. Grundwellenlänge, erzeugt wird, in Laserstrahlung mit einer typischerweise höheren Frequenz umzuwandeln. Als Wellenlän- genumwandlungskristaile dienen nichtlineare optische Kristalle, welche eine Frequenzkonversion von einer Grundfrequenz in eine höhere Harmonische, beispielsweise in die zweite oder dritte Harmonische, erzeugen. Der Wellenlängenumwandlungskristall muss dabei möglichst spannungsfrei und positionsgenau in einem optischen System durch einen Halter aufgenommen werden. Ein solcher Halter ist beispielsweise aus der US 2002/0136247 A1 bekannt geworden. Der bekannte Halter weist zwei L-förmige Backen auf, die die Mantelflächen eines Wellenlängenumwandlungskristalls arretieren.
Die US 8,305,680 B2 offenbart einen Halter, in dem ein Wellenlängenumwandlungskristall an zwei Mantelflächen an dem Halter anliegt und der Wellenlängenumwandlungskristall durch Klebstoff im Halter fixiert ist. Durch den verwendeten Klebstoff kann es jedoch zu Ausgasungen kommen, die die Eigenschaften des Wellenlängen- umwandiungskristalls beeinträchtigen können.
Die US 7,724,453 B2 schlägt demgegenüber vor, einen Wellenlängenumwandlungskristall rein mechanisch durch eine Feder zu fixieren. Weiterhin ist es aus der WO 2015/122854 A2 bekannt geworden, einen Wellenlängenumwandlungskristall mittels zweier Spannklötze, die jeweils L-förmig ausgebildet sind, zu arretieren. Die Spannklötze sind durch Kugeln von weiteren Halterteilen thermisch weitgehend isoliert. Weitere Halter sind aus der DE 697 27 516 T2, der WO 2006/042860 A1 und der DE 197 00 549 A1 bekannt geworden.
Die bekannten Halter sind dazu ausgelegt, in Strahlausbreitungsrichtung verhältnismäßig lange Wellenlängenumwandlungskristalle aufzunehmen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei breitbandiger Laserstrahlung in Strahlausbreitungsrichtung kurze Wellenlängenumwandlungskristalle von Vorteil sind, da diese bei hohen Intensitäten verwendet werden können, wobei sich die Phase der Laserstrahlung im Wellenlängenumwandlungskristall wenig ändert und eine hohe Konversionseffizienz erreicht wird. Die aus dem Stand der Technik bekannten Halter zeigen Nachteile bei der Fixierung von in Strahlausbreitungsrichtung verhältnismäßig kurzen Welienlängenumwand- lungskristallen. Weiterhin ist eine Fixierung des Wellenlängenumwandlungskristalls mit einer Feder, die gegen eine Mantelfläche des Wellenlängenumwandlungskristalls presst, problematisch, da die Wärmeanbindung an den Wellenlängenumwandlungskristall schlecht ist und die Halterung aufgrund der kurzen Mantelfläche instabil wird. Wird der Wellenlängenumwandlungskristall demgegenüber starr in einem Halter fixiert, entstehen bei Wärmezyklen während des Laserbetriebs Spannungen im Wel- lenlängenumwandlungskristal! und es können Defekte entstehen, die den Wellenlängenumwandlungskristall beschädigen und/oder die Konversionseffizienz erniedrigen. Ohne eine Fixierung des Wellenlängenumwandlungskristalls in Strahlausbreitungsrichtung kann der Wellenlängenumwandlungskristall bei Temperaturzyklen in der Strahlausbreitungsrichtung kriechen und kippen, sodass sich der Winkel zwischen dem Wellenlängenumwandlungskristall und der auf ihn treffenden Laserstrahlung ändert, und die Konversionseffizienz verringert wird.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halter bereit zu stellen, der eine spannungsfreie, temperaturstabile und positionsgenaue Fixierung eines in Strahlausbreitungsrichtung kurzen Wellenlängenumwandlungskristalls mit homogener Temperaturverteilung im Kristall ermöglicht. Weiterhin ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System mit einem solchen Halter bereit zu stellen. Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch einen Halter für einen Wellenlängenumwandlungskristall mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein optisches System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Der erfindungsgemäße Halter weist einen ersten Strahlzugang auf, der zu einer ersten Strahlzugangsfläche des Wellenlängenumwandlungskristalls führt. Bei dem ersten Strahlzugang kann es sich um einen Strahleinlass und/oder einen Strahlauslass handeln. Bei der ersten Strahlzugangsfläche kann es sich um eine Strahleintrittsflä- che und/oder eine Strahiaustrittsfläche handeln. Der Halter weist weiterhin einen zweiten Strahlzugang auf, der zu einer zweiten Strahlzugangsfläche des Wellenlängenumwandlungskristalls führt. Bei dem zweiten Strahlzugang kann es sich um einen Strahleinlass und/oder einen Strahlauslass handeln. Bei der zweiten Strahlzugangs- fläche kann es sich um eine Strahleintrittsfläche und/oder eine Strahlaustrittsfläche handeln. Zwischen dem ersten Strahlzugang und dem zweiten Strahlzugang ist eine Aufnahme für den Wellenlängenumwandlungskristall vorgesehen. Im montierten Zustand liegt der Wellenlängenumwandlungskristall mit seiner ersten Strahlzugangsfläche an einer Anlagefläche des Halters an. Der Halter weist ein Federelement auf, das gegen einen Teil der zweiten Strahlzugangsfläche im montierten Zustand des Wellenlängenumwandlungskristalls gepresst ist, sodass der Wellenlängenumwandlungskristall gegen die Anlagefläche gepresst wird.
Erfindungsgemäß ist es somit vorgesehen, einen Halter bereit zu stellen, der dazu ausgebildet ist, einen Wellenlängenumwandlungskristall in Strahlausbreitungsrichtung mechanisch durch ein Federelement zu fixieren. Hierdurch können auch in Strahlausbreitungsrichtung sehr kurze Wellenlängenumwandlungskristalle kippstabii und positionsgenau im Halter fixiert werden. Die Strahlausbreitungsrichtung entspricht dabei der optischen Achse bzw. der Z-Achse.
Um den Halter einfach fertigen zu können, kann das Federelement in Form eines Federblechs ausgebildet sein.
Vorzugsweise weist das Federelement einen Federarm auf. Besonders bevorzugt weist das Federelement zwei Federarme auf, um den Wellenlängenumwandlungskristall besonders zuverlässig gegen die Anlagefläche pressen zu können.
Um den Wellenlängenumwandlungskristall drehstabil um die Achse der Stahlausbreitungsrichtung im Halter zu fixieren, weist der Halter eine Winkelausnehmung zur teilweisen Anlage der Mantelflächen des Wellenlängenumwandlungskristalls auf. Unter den Mantelflächen werden dabei die Mantelseiten des Wellenlängenumwandlungskristalls zwischen der ersten Strahlzugangsfläche und der zweiten Strahlzugangsfläche des Wellenlängenumwandlungskristalls verstanden. In der Ecke der Winkelausnehmung kann eine Aussparung ausgebildet sein, sodass der Wellenlän- genumwandlungskristalls nicht mit einer Kante, sondern nur mit seinen Mantelflächen an der Winkelausnehmung anliegt.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist der Halter einen soliden Hal- tekörper auf, in dem die Winkelausnehmung ausgebildet ist. Die Temperatur des Haltekörpers kann dadurch besonders effektiv auf den Wellenlängenumwandlungskristall übertragen werden. Der Haltekörper ist vorzugsweise einteilig ausgebildet.
Die Konversionseffizienz ist stark abhängig von der Temperatur des Wellenlängen- Umwandlungskristalls. Die thermische Anbindung des Wellenlängenumwandlungskristalls an den Halter ist daher von großer Bedeutung. Weiterhin kann die Konversionseffizienz des Wellenlängenumwandlungskristalls stabil gehalten werden, wenn der Wellenlängenumwandlungskristall auf eine Temperatur weit über Raumtemperatur erhitzt wird, sodass Schwankungen der Raumtemperatur lediglich einen minima- len Einfluss auf die Konversionseffizienz des Wellenlängenumwandlungskristalls haben.
Der Halter weist daher ein Winkelelement auf, das durch ein Federteil des Halters gegen Mantelflächen des Wellenlängenumwandlungskristalls pressbar ist, sodass der Wellenlängenumwandlungskristall an seinen Mantelflächen zwischen dem Winkelelement und der Winkelausnehmung einspannbar ist. Der Wellenlängenumwandlungskristall ist dadurch radial bzw. an seinen umfangseitigen Mantelflächen temperierbar. Die Winkelausnehmung kann zwei Mantelanlageseiten aufweisen. Die Mantelanlageseiten der Winkelausnehmung sind vorzugsweise senkrecht zueinander ausgebildet. Das Winkelelement kann genau zwei Mantelanlageseiten aufweisen. Die Mantelanlageseiten des Winkelelements können senkrecht zueinander ausgebildet sein. Besonders bevorzugt sind sowohl die Mantelanlageseiten der Winkelausnehmung als auch die Mantelanlageseiten des Winkelelements senkrecht zueinander ausgebildet, sodass ein quaderförmiger Wellenlängenumwandlungskristall sicher an seinen Mantelflächen zwischen der Winkelausnehmung und dem Winkelelement gehalten wird. Besonders bevorzugt liegt das Winkelelement auf der Anlagefläche für den Wellenlängenumwandlungskristall auf. Hierdurch wird ein besonders guter thermischer Kontakt von der Anlagefläche auf das Winkelelement und weiter auf den Wellenlängen- umwandlungskristall erreicht. Die Anlagefläche ist vorzugsweise Teil des Haltekör- pers, sodass eine gleichmäßige Erwärmung vom Haltekörper über die Anlagefläche auf die erste Strahlzugangsfläche des Wellenlängenumwandlungskristalls erfolgen kann.
Das Winkelelement ist vorzugsweise L-förmig ausgebildet.
Eine besonders kompakte Ausbildung des Halters wird erreicht, indem das Winkelelement zumindest zwei Nuten, insbesondere in Form von V-förmigen Nuten, aufweist, in denen jeweils ein Rollkörper, insbesondere eine Kugel, des Halters angeordnet ist, wobei die Rollkörper durch das Federteil mit einer Federkraft zur Fixie- rung des Wellenlängenumwandlungskristalls beaufschlagbar sind. Der Halter ist somit in diesem Fall dazu ausgebildet, mit dem Federteil die Rollkörper, insbesondere Kugeln, mit einer Federkraft zu beaufschlagen. Die Federkraft wird durch die Rollkörper, die in den Nuten angeordnet sind, in eine Arretierkraft in Richtung der Mantelflächen des Wellenlängenumwandlungskristalls übersetzt. Dies ermöglicht eine kon- struktiv einfache und kompakte Ausbildung des Halters. Das Federteil kann zwei Federarme aufweisen, die die Rollkörper, insbesondere die Kugeln, mit der Federkraft beaufschlagen.
Weiter bevorzugt ist das Federteil mit dem Federelement verbunden, wobei das Fe- derteil zumindest teilweise weiter zur Anlagefläche hin vorragt, als das Federelement. Der Wellenlängenumwandlungskristall kann dadurch bei dessen Anordnung im Halter zunächst mittelbar oder unmittelbar durch das Federteil an seinen Mantelflächen fixiert und anschließend an der zweiten Strahlzugangsfläche durch das Federelement fixiert werden. Mit anderen Worten erfolgt in diesem Fall die Arretierung des Wellenlängenumwandlungskristalls in der Aufnahme nicht zeitgleich in Strahl- ausbreitungsrichtung und quer zur Strahlausbreitungsrichtung, sondern zunächst quer zur Strahtausbreitungsrichtung, indem die Mantelflächen des Wellenlängenumwandlungskristalls, insbesondere durch Mantelanlageseiten, fixiert werden und an- schließend der Wellenlängenumwandlungskristall in Strahlausbreitungsrichtung durch das Federelement fixiert wird.
Die Herstellung des Halters wird weiter vereinfacht und die Montage des Wellenlän- genumwandlungskristalls in der Aufnahme signifikant erleichtert, wenn das Federteil mit dem Federelement verbunden ist und beide Teile durch eine einzige Fixierschraube des Halters mit einem weiteren Bauteil des Halters, insbesondere mit dem Haltekörper, verbunden sind. Der Wellenlängenumwandlungskristall kann dadurch in diesem Fall durch Anziehen einer einzigen Fixierschraube in der Aufnahme arretiert werden.
Das Federteil kann in Form eines Federblechs ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt ist das Federteil einteilig mit dem Federelement ausgebildet. Federteil und Federelement sind dadurch besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Weiterhin wird hierdurch die Anzahl der einzelnen Bauteile des Halters reduziert, sodass eine erleichterte Montage des Wellenlängenumwandlungskristalls in der Aufnahme erfolgen kann. Der Halter kann eine elektrische Heizung aufweisen. Vorzugsweise ist die elektrische Heizung in Form einer Heizpatrone ausgebildet. Weiter bevorzugt weist der Halter zwei Heizpatronen auf, die zueinander beabstandet angeordnet sind. Zumindest eine Hetzpatrone kann dabei in einer Heizpatronenausnehmung des Haltekörpers angeordnet sein. Vorzugsweise weist der Haltekörper zwei Heizpatronenausnehmungen auf, die zueinander beabstandet sind, wobei in jeder Heizpatronenausnehmung eine Heizpatrone angeordnet ist. Die Aufnahme ist vorzugsweise zwischen den Heizpatronenausnehmungen ausgebildet.
Um die Konversionseffizienz des Wellenlängenumwandlungskristalls weiter zu stabi- lisieren, kann der Halter einen Temperatursensor aufweisen. Der Temperatursensor kann in einer Temperatursensorausnehmung angeordnet sein, die im Haltekörper ausgebildet ist, sodass eine besonders präzise Messung der Temperatur des Wellenlängenumwandlungskristalls erfolgen kann. Die Temperatursensorausnehmung kann in Form einer Durchgangsausnehmung zur Aufnahme ausgebildet sein, sodass der Temperatursensor in unmittelbarem Kontakt mit dem Wellenlängenumwand- lungskristall steht. Alternativ dazu kann die Temperatursensorausnehmung in Form eines Sacklochs ausgebildet sein. In diesem Fall endet das Sackloch vorzugsweise möglichst nahe am Wellenlängenumwandlungskristall, um den Temperatursensors möglichst nahe am Wellenlängenumwandlungskristall anzuordnen. Der Abstand des Temperatursensors zum Wellenlängenumwandlungskristall ist vorzugsweise kleiner als die Hälfte der kleinsten Abmessung des Wellenlängenumwandlungskristalls senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung. Weiter bevorzugt ist die Temperatursensorausnehmung mittig zwischen zwei Heiz- patronenausnehmungen angeordnet, sodass die vom Temperatursensor bestimmte Temperatur möglichst wenig von den Heizpatronen beeinflusst ist.
Der Halter kann einen Gaseinlass und einen Gasauslass aufweisen. Gaseinlass und Gasauslass sind fluidisch mit der Aufnahme verbunden, sodass der Wellenlängen- umwandlungskristall in seinem im Halter montierten Zustand mit einem Gas gespült werden kann. Durch die Gasspülung kann die Stabilität der Konversionseffizienz weiter verbessert werden. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein optisches System mit einem zuvor beschriebenen Halter und einem in dem Halter montierten Wellenlängenumwandlungskristall. Der Wellenlängenumwandlungskristall ist in Form eines nichtlinearen optischen Kristalls ausgebildet. Der Wellenlängenumwandlungskristall wird in Strahlausbreitungsrichtung, d. h. in einer Richtung zwischen seiner ersten Strahlzugangsfläche und seiner zweiten Strahlzugangsfläche, zwischen der Anlagefläche und dem Federelement gehalten.
Weiter bevorzugt wird der Wellenlängenumwandlungskristall an seinen Mantelflächen zwischen dem Winkelelement und der Winkelausnehmung gehalten.
Der Wellenlängenumwandlungskristall ist vorzugsweise einteilig ausgebildet. Er kann jedoch auch in zwei oder mehr Teile aufgeteilt sein. Der Wellenlängenumwandlungskristall kann in Form eines KTP(KTiOP04)-Kristalls, eines LBO(LiB30)-Kristalls, eines BBO(ß-BaB206)-Kristalls oder eines
CLBO(CsLiB6Oio)-Kristalls ausgebildet sein. Der Wellenlängenumwandlungskristall weist vorzugsweise eine Quaderform auf. Die erste Strahlzugangsfläche und/oder die zweite Strahlzugangsfläche können jedoch auch schräg zu den Mantelflächen des Wellenlängenumwandlungskristalls ausgebildet sein, beispielsweise um Reflexionen von der optischen Achse weg zu reflektieren. Die erste Strahlzugangsfläche und/oder die zweite Strahlzugangsfläche kann mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen sein, um optische Transmissionsverluste aufgrund von Fresnel-Reflexionen zu minimieren.
Um eine Beeinträchtigung des Konversionsverhaltens zu minimieren, ist der Wellenlängenumwandlungskristall vorzugsweise klebstofffrei in der Aufnahme angeordnet.
Der Wellenlängenumwandlungskristall ist vorzugsweise reversibel lösbar, d. h. zerstörungsfrei montierbar und zerstörungsfrei demontierbar, in der Aufnahme angeordnet, sodass ein Austausch des Wellenlängenumwandlungskristalls auf einfache Art und Weise ermöglicht wird.
Das optische System weist vorzugsweise einen optischen Resonator auf. Der optische Resonator weist zumindest zwei Spiegel auf. Der Halter kann zwischen den beiden Spiegeln angeordnet sein. Alternativ dazu kann der Halter außerhalb der Spiegel angeordnet sein.
Der optische Resonator kann weiterhin ein laseraktives Medium, insbesondere ein laseraktives Festkörpermedium, ein Gütemodulationselement und/oder einen Auskoppelspiegel, aufweisen. Das optische System kann dadurch zur Modulation und/oder zur Erzeugung eines Laserstrahls eingesetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus den Patentansprüchen sowie anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt.
Die in der Zeichnung gezeigten Merkmale sind derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Explosionsansicht eines ersten optischen
Systems;
Figur 2 eine teiltransparente Vorderansicht des optischen Systems gemäß Figur 1 ;
Figur 3 eine perspektivische Ansicht des optischen Systems gemäß den
Figuren 1 und 2; Figur 4 eine teiltransparente Rückansicht des optischen Systems gemäß den Figuren 1 bis 3;
Figur 5 eine schematische Seitenansicht eines zweiten optischen Systems;
Figur 6 eine schematische Seitenansicht eines dritten optischen Systems; und
Figur 7 eine schematische Seitenansicht eines vierten optischen Sys- tems.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt ein optisches System 10 mit einem Halter 12 zum Halten eines Wellenlängenumwandlungskristall 14. Der Wellenlängenumwandlungskristall 14 dient der Vervielfachung einer Frequenz einer Laserstrahlung (nicht gezeigt), die den Wellenlängenumwandlungskristall 14 entlang einer optischen Achse 16 durchtritt. Die optische Achse 16 entspricht der Strahlausbreitungsrichtung 18. Da die Strahlausbreitung in beide Richtungen entlang der optischen Achse 16 erfolgen kann, ist die Strahlausbreitungsrichtung 18 in Figur 1 durch einen Doppelpfeil dargestellt. Der Wellenlängenumwandlungskristall 14 ist in einer Aufnahme 20 des Halters 12 angeordnet. Die Aufnahme 20 ist in einem Haltekörper 22 ausgebildet.
Der Haltekörper 22 weist eine Winkelausnehmung 24 auf. Die Winkelausneh- mung 24 weist eine erste Mantelanlageseite 26a und eine zweite Mantelanlageseite 26b auf. Die zweite Mantelanlageseite 26b ist senkrecht zur ersten Mantelanlageseite 26a ausgebildet. Der Wellenlängenumwandlungskristall 14 liegt an den Mantelanlageseiten 26a, 26b an. Weiterhin liegt der Wellenlängenumwandlungskristall 14 an einer Anlagefläche 28 auf. Die Anlagefläche 28 ist vorzugsweise senkrecht zur ersten Mantelanlageseite 26a und senkrecht zur zweiten Mantelanlageseite 26b ausgebildet. Die Anlagefläche 28 ist vorzugsweise Teil des Haltekörpers 22.
Der Wellenlängenumwandlungskristall 14 wird durch ein Federelement 30 gegen die Anlagefläche 28 gepresst. Das Federelement 30 wird dabei durch eine Fixierschrau- be 22 zum Haltekörper 22 gezogen. Das Federelement 30 ist einteilig, d. h. einstückig, mit einem Federteil 34 ausgebildet. Das Federteil 34 beaufschlägt Rollkörper 36a, 36b mit einer Federkraft. Diese Federkraft wird durch die Rollkörper 36a, 36b über Nuten 38a, 38b in einem Winkeielement 40, die insbesondere in Form von V-förmigen Nuten ausgebildet sind, in eine weitere Kraft übertragen, die den Wellen- längenumwandlungskristall 14 gegen die Mantelanlageseiten 26a, 26b gepresst hält. Die Rollkörper 36a, 36b können in Form von Zylindern oder dergleichen ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Rollkörper 36a, 36b - wie in Figur 1 dargestellt - in Form von Kugeln ausgebildet. Figur 2 zeigt das optische System 10, wobei Teile des optischen Systems 10 transparent dargestellt sind, um die Montageposition des Wellenlängenumwandlungskristalls 14 im Halter 12 zu verdeutlichen. Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass der Wellenlängenumwandlungskristall 14 eine erste Strahlzugangsfläche 42 aufweist. Das Federelement 30 weist einen ersten Federarm 44a und einen zweiten Federarm 44b auf, die auf der ersten Strahlzugangsfläche 42 aufliegen und den Wellenlängenumwandlungskristall 14 auf diese Art und Weise gegen die Anlagefläche 28 (siehe Figur 1 ) pressen. Das Federteil 34 weist einen ersten Federarm 46a und einen zweiten Federarm 46b auf, die die Rollkörper 36a, 38b (siehe Figur 1 ) in die Nuten 38a, 38b (siehe Figur 1 ) pressen. Federelement 30 und Federteil 34 sind einteilig in Form eines Federblechs ausgebildet.
Um den Wellenlängenumwandlungskristall 14 stabil bei einer definierten Temperatur zu halten, weist der Haltekörper 22 eine erste Heizpatronenausnehmung 48a und eine zweite Heizpatronenausnehmung 48b auf. Der Wellenlängenumwandlungskristall 14 ist gleich weit beabstandet zu beiden Heizpatronenausnehmung 48a, 48b zwischen den Heizpatronenausnehmungen 48a, 48b angeordnet. In den Heizpatronen- ausnehmungen 48a, 48b sind Heizpatronen 50a, 50b angeordnet. Der Haltekörper 22 weist weiterhin eine Temperatursensorausnehmung 52 auf. In der Tempera- tursensorausnehmung 52 ist ein Te m peratu rse n so r 54 angeordnet. Die Temperatursensorausnehmung 52 ist vorzugsweise gleich weit zu den Heizpatronenausnehmungen 48a, 48b beabstandet ausgebildet.
Figur 3 zeigt das optische System 10 in einer perspektivischen Ansicht. Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass der Halter 12 einen ersten Strahlzugang 56 aufweist. Der erste Strahlzugang 56 dient dem Einlass von Laserlicht entlang der optischen Achse 16 auf die erste Strahlzugangsfläche 42. Der erste Strahlzugang 56 ist vorliegend in Form einer Durchgangsausnehmung ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Halter 12 eine transparente Scheibe zum Einlass von Laseriicht entlang der optischen Achse 16 auf die erste Strahlzugangsfläche 42 aufweisen. Die optische Achse 16 steht im vorliegenden Fall senkrecht auf der ersten Strahlzugangsfläche 42. Der Begriff„erste Strahlzugangsfläche" ist dabei nicht so einschränkend zu verstehen, dass der Wellenlängenumwandlungskristall 14 an der ersten Strahlzugangsfläche 42 nur Strahlung aufnimmt, sondern Laserlicht kann sich in beide Rich- tungen entlang der optischen Achse 16 durch den Wellenlängenumwandlungskristall 14 ausbreiten bzw. ein- und austreten. Der erste Strahlzugang 56 ist im vorliegenden Fall in einem Deckel 58 des Halters 12 ausgebildet. Der Deckel 58 ist auf den Haltekörper 22 aufschraubbar. Figur 4 zeigt eine teiltransparente Rückansicht des zuvor erläuterten optischen Systems 10. Aus Figur 4 ist ersichtlich, dass der Halter 12 einen zweiten Strahlzugang 60 aufweist. Der zweite Strahlzugang 60 bietet Zugang für Laserlicht zu einer zweiten Strahlzugangsfläche 62 des Wellenlängenumwandlungskristalls 14. Im vor- liegenden Fall ist der zweite Strahlzugang 60 in Form einer Durchgangsausnehmung im Haltekörper 22 ausgebildet. Der Begriff„zweite Strahlzugangsfläche" ist nicht so einschränkend auszulegen, dass Laserlicht nur an der zweiten Strahlzugangsfläche eintritt, sondern Laserlicht kann auch über die zweite Strahlzugangsfläche aus dem Wellenlängenumwandlungskristall 14 austreten. Der zweite Strahlzugang kann alter- nativ dazu in Form einer für einen Laserstrahl weitgehend transparenten Scheibe ausgebildet sein. Weiterhin kann der in Figur 4 gezeigte zweite Strahlzugang 60 durch eine für einen Laserstrahl weitgehend transparente Scheibe verschlossen sein.
Als Laserstrahl wird vorzugsweise Laserlicht mit einer Wellenlänge zwischen 1 pm und 3 μητι eingesetzt. Der frequenzkonvertierte Laserstrahl weist dabei vorzugsweise eine Wellenlänge zwischen 0,5 pm und 1 ,5 μιη auf.
Der Wellenlängenumwandlungskristall 14 weist Mantelflächen 64a, 64b, 64c, 64d auf. Die Mantelflächen 64a - d sind senkrecht zur zweiten Strahlzugangsfläche 62 ausgebildet. Weiterhin sind die Mantelflächen 64a - d senkrecht zur ersten Strahlzugangsfläche 42 (siehe Figur 2) ausgebildet. Die zweite Strahlzugangsfläche 62 und erste Strahlzugangsfläche 42 verlaufen im vorliegenden Fall daher parallel zueinander. Weiterhin verläuft die Mantelfläche 64a parallel zur Mantelfläche 64c und die Mantelfläche 64b parallel zur Mantelfläche 64d. Die Mantelflächen 64a - d sind gleich groß ausgebildet.
Die Mantelfläche 64a liegt an einer ersten Mantelanlageseite 66a des Winkelelements 40 an. Die Mantelfläche 64b liegt an einer zweiten Mantelanlageseite 66b des Winkelelements 40 an. Um einen sicheren Sitz des Wellenlängenumwandlungskris- talls 14 an dem Winkelelement 40 zu gewährleisten, weist das Winkelelement 40 eine Aussparung 68 zwischen der ersten Mantelanlageseite 66a und der zweiten Mantelanlageseite 66b auf. Das Winkeleiement 40 ist Form eines gleichschenkligen L ausgebildet. Die Mantelfläche 64c liegt an der ersten Mantelanlageseite 26a (siehe Figur 1 ) und die Mantelfläche 64d liegt an der zweiten Mantelanlageseite 26b (siehe Figur 1 ) an.
Der Halter 12 ist dazu ausgebildet, den Wellenlängenumwandlungskristall 14 um- fangsseitig, d. h. senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung 18 (siehe Figur 1 ), zwischen dem Winkelelement 40 und der Winkelausnehmung 24 (siehe Figur 1 ) zu arretieren. In Strahlausbreitungsrichtung 18 (siehe Figur 1 ) ist der Wellenlängenumwandlungskristall 14 zwischen der Anlagefläche 28 (siehe Figur 1 ) und den Federarmen 44a, 44b (siehe Figur 2) arretiert. Der Wellenlängenumwandlungskristall 14 ist dadurch in allen Freiheitsgraden reversibel lösbar, mechanisch im Halter 12 arretiert.
Um den Wellenlängenumwandlungskristall 14 mit einem Gas zumindest teilweise umspülen zu können, kann der Halter 12 einen Gaseinlass 70a und einen Gasaus- lass 70b aufweisen. Gaseinlass 70a und Gasauslass 70b sind in Figur 4 durch ge- strichelte Linien lediglich schematisch angedeutet.
Figur 5 zeigt ein weiteres optisches System 10 in einer schematischen Darstellung. Das optische System 10 weist einen Halter 12 auf, in dem ein Wellenlängenumwandlungskristall 14 arretiert ist. Der Wellenlängenumwandlungskristall 14 ist auf der opti- sehen Achse 16 in einem optischen Resonator 72 angeordnet. Der optische Resonator 72 weist einen ersten Spiegel 74a und einen zweiten Spiegel 74b auf. Die Spiegel 74a, 74b sind in Form von Endspiegeln ausgebildet. In dem Resonator 72 ist weiterhin ein laseraktives Medium 76 vorgesehen. Die in dem laseraktiven Medium 76 durch eine Pumplichtquelle (nicht gezeigt) mit einer Grundfrequenz angeregte Laser- Strahlung wird in dem Wellenlängenumwandlungskristall 4 frequenzkonvertiert. Die frequenzkonvertierte Laserstrahlung kann über einen dichroitischen Auskoppelspiegel 78 als frequenzkonvertierte Laserstrahlung aus dem optischen Resonator 72 ausgekoppelt werden. Der Auskoppelspiegel 78 ist insbesondere unter 45° zur optischen Achse 16 ausgerichtet.
Bei dem laseraktiven Medium 76 kann es sich beispielsweise um einen Nd:VY04- Kristall, Nd:YAG-Kristall, Yb:YAG-Kristall oder einen anderen laseraktiven Kristall handeln. Der Wellenlängenumwandlungskristall 14 kann in Form eines nichtlinearen Kristalls, beispielsweise in Form eines Lithiumtriborat (LiB305)-Kristalls ausgebildet sein, welcher frequenzkonvertierte Laserstrahiung bei der zweiten Harmonischen der Grundfrequenz erzeugt. Das optische System 10 kann weiterhin ein Gütemodulationselement (nicht gezeigt), beispielsweise einen akusto-optischen-Modulator oder ggf. einen elektro-optischen- odulator, beispielsweise eine Pockelszetle, aufweisen.
Figur 6 zeigt ein weiteres optisches System 10. Das optische System 10 gemäß Figur 6 entspricht dem optischen System 10 gemäß Figur 5. Allerdings ist in dem optischen System 10 gemäß Figur 6 der Halter 12 mit dem Wellenlängenumwandlungskristall 14 außerhalb des Resonators 72 angeordnet.
Figur 7 zeigt ein weiteres optisches System 10. Das optische System 10 weist einen Halter 12 auf, in dem ein Wellenlängenumwandlungskristall 14 arretiert ist. Weiterhin weist das optische System 10 eine Laserquelle 80 auf. Die Laserquelle 80 kann in Form eines Laseroszillators bzw. eines Seed-Lasers ausgebildet sein. Die Laserquel- le 80 kann dabei in Form eines Faserlasers, eines Diodenlasers, eines Stablasers, eines Slablasers oder eines Scheibenlasers ausgebildet sein.
Das Laserlicht der Laserquelle 80 wird in einen ersten Verstärker 82 eingespeist. Der erste Verstärker kann in Form eines Faserlasers, eines Stablasers, eines Slablasers oder eines Scheibenlasers ausgebildet sein.
Das aus dem ersten Verstärker 82 austretende Laserlicht kann einem optionalen zweiten Verstärker 84 zugeführt werden. Weiterhin kann das aus dem optionalen zweiten Verstärker 84 austretende Laserlicht einem optionalen dritten Verstärker 86 zugeführt werden.
Das Laserlicht wird schließlich dem Wellenlängenumwandlungskristall 14 im Halter 12 zur Frequenzkonvertierung zugeführt. Aus Figur 7 ist ersichtlich, dass der Halter 12 mit dem Wellenlängenumwandlungskristall 14 außerhalb der Laserquelle 80 und/oder außerhalb der Verstärker 82, 84, 86 anordenbar ist.
Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung zusammenfassend einen Halter 12 für einen Wellenlängenumwandlungskris- tall 14. Der Wellenlängenumwandlungskristall 14 ist vorzugsweise in dem Halter 12 - in Richtung der optischen Achse 16 betrachtet - sowohl umfänglich, als auch in Richtung der optischen Achse 16 durch Federkräfte mechanisch reversibel lösbar fixierbar. Das umfängliche bzw. radiale Halten des Wellenlängenumwandlungskristalls 14 erfolgt dabei bevorzugt durch eine Spannvorrichtung für den Wellenlängenumwand- lungskristall in Form eines Winkelelements 40, das gegen eine Winkelausnehmung 24 pressbar ist. In Richtung der optischen Achse 16 ist der Wellenlängenumwandlungskristall 14 zwischen ein Federelement 30 und eine Anlagefläche 28 spannbar. Das Federelement 30 ist vorzugsweise derart einteilig mit einem Federteil 34 ausgebildet, dass das Federteil 34 mittelbar oder unmittelbar das Winkelele- ment 40 in Richtung der Winkelausnehmung 24 presst. Das Federelement 30 ist vorzugsweise mit einer Fixierschraube 32 an einem Haltekörper 22 festgelegt. Der Haltekörper 22 weist bevorzugt die Anlagefläche 28 und/oder die Winkelausnehmung 24 auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein optisches System 10 mit einem solchen Halter 12 und mit einem in dem Halter 12 fixierten Wellenlängenumwandlungskristall 14.

Claims

Patentansprüche
1. Halter (12) für einen Welienlängenumwandlungskristall (14), wobei der Halter (12) Folgendes aufweist:
a. Einen ersten Strahlzugang (56) zu einer ersten Strahlzugangsfläche (42) des Wellenlängenumwandlungskristalls (14);
b. einen zweiten Strahlzugang (60) zu einer zweiten Strahlzugangsfläche (62) des Wellenlängenumwandlungskristalls (14);
c. eine Aufnahme (20) für den Wellenlängenumwandlungskristall (14) zwischen dem ersten Strahlzugang (56) und dem zweiten Strahlzugang (60); wobei der Halter (12) eine Anlagefläche (28) aufweist, an die der Wellenlän- genumwandlungskristall (14) mit seiner ersten Strahlzugangsfläche (42) anlegbar ist und der Halter (12) ein Federelement (30) aufweist, das gegen einen Teil der zweiten Strahlzugangsfläche (62) pressbar ist, um den Wellenlängenumwandlungskristall (14) gegen die Anlagefläche (28) zu pressen, wobei die Aufnahme (20) eine Winkelausnehmung (24) zur teilweisen Anlage von Mantelflächen (64a - d) des Wellenlängenumwandlungskristalls (14) aufweist, wobei der Weilenlängenumwandlungskristall (14) die Mantelflächen (64a - d) zwischen der ersten Strahlzugangsfläche (42) und der zweiten Strahlzugangsfläche (62) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (12) ein Winkelelement (40) aufweist, das durch ein Federteil (34) des Halters (12) gegen die Mantelflächen (64a - d) des Wellenlängenumwandlungskristalls (14) pressbar ist, um den Wellenlängenumwandlungskristall (14) gegen die Winkelausnehmung (24) zu pressen und das Winkelelement (40) zumindest zwei Nuten (38a; 38b) aufweist, in denen jeweils ein Rollkörper (36a; 36b) des Halters (12) angeordnet ist, wobei die Rollkörper (36a; 36b) durch das Federteil (34) mit einer Federkraft zur radialen Fixierung des Wellenlängenumwandlungskristalls (14) beaufschlagbar sind.
2. Halter nach Anspruch 1 , bei dem das Federelement (30) in Form eines Federblechs ausgebildet ist.
3. Halter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Federelement (30) einen Federarm (44a; 44b) aufweist.
4. Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halter (12) einen Haltekörper (22) aufweist, in dem die Winkelausnehmung (24) ausgebildet ist.
5. Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Federteil (34) mit dem Federelement (30) verbunden ist und das Federteil (34) zumindest abschnittsweise weiter zur Anlagefläche (28) vorsteht als das Federelement (30), sodass der Wellenlängenumwandlungskristall (14) bei dessen Anordnung im Halter (12) und der Montage von Federteil (34) und Federelement (30) zunächst an seinen Mantelflächen (64a -d) und anschließend an der zweiten Strahlzugangsfläche (62) fixiert wird.
6. Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Federteil (34) mit dem Federelement (30) verbunden ist, wobei Federteil (34) und Federelement (30) durch eine einzige Fixierschraube (32) des Halters (12) fixiert sind.
7. Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Federteil (34) einteilig mit dem Federelement (30) ausgebildet ist.
8. Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halter (12) eine Heizpatrone (50a; 50b) und/oder einen Temperatursensor (54) aufweist.
9. Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halter (12) einen Gaseinlass (70a) und einen Gasauslass (70b) aufweist, die jeweils flui- disch mit der Aufnahme (20) verbunden sind, um die Aufnahme (20) mit einem Gas spülen zu können.
10. Optisches System (10) mit einem Halter (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem Wellenlängenumwandlungskristall (14), der in der Aufnahme (20) fixiert angeordnet ist, in der der Wellenlängenumwandlungskristall (14) durch das Federelement (30) gegen die Anlagefläche (28) gepresst ist.
11 . Optisches System nach Anspruch 10, bei dem der Wellenlängenumwand- lungskristall (14) klebstofffrei und reversibel lösbar in der Aufnahme (20) angeordnet ist.
12. Optisches System nach Anspruch 10 oder 1 1 , bei dem das optische System (10) einen optischen Resonator (72) mit zumindest zwei Spiegeln (74a; 74b) aufweist.
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