WO2018095924A1 - Anregen eines kristalls einer pockels-zelle - Google Patents

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Matthias Häfner
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    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
    • H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices

Definitions

  • the present invention relates to a method for exciting a crystal of a Pockels cell with (high) voltage pulses, in particular for providing a time-limited optically stable polarization window. Furthermore, the invention relates to an amplification unit, in particular a regenerative amplification unit.
  • the activation of a Pockels cell for the polarization adjustment of electromagnetic radiation, in particular laser radiation, is effected by a fast switching of high-voltage applied to the crystal of the Pockels cell.
  • the applied high voltage causes via the electro-optical effect an electrical polarization in the crystal, which leads for example to a desired birefringence of the crystal.
  • the birefringence can be used, for example, to adjust the polarization state of laser radiation guided through the crystal of the Pockels cell.
  • Pockels cell drive circuit An example of a Pockels cell drive circuit is described in EP 1 801 635 AI.
  • Exemplary drive circuits are based on so-called “double-push-pull" switching processes which allow voltage rise times in the range of a few nanoseconds., It is also known that such fast voltage circuits can be accompanied by mechanical oscillations of the crystal which occur due to a piezoelectric energy occurring simultaneously with the electro-optical effect Effect are caused.
  • a mechanical damping of such resonances is effected for example by appropriate use of damping films and by attachment of the crystals by soldering or gluing to special brackets.
  • DE 10 2013 012 966 A1 discloses damping mechanical vibrations by integrally bonding the crystal to the electrodes.
  • EP 2 800 212 A1 discloses regarding the so-called “accoustic ringing" of an electro-optical modulator to tune a modulation pulse width approximately to an integer multiple of the period of the mechanical oscillation of the "acoustic ringing".
  • One aspect of this disclosure is based on the object of providing a useful time window of a Pockels cell which is as uninfluenced by mechanical vibrations as possible. At least one of these objects is achieved by a method for exciting a crystal of a Pockels cell according to claim 1 and by a, in particular regenerative, amplifying unit according to claim 14. Further developments are specified in the subclaims.
  • a method for exciting a crystal of a Pockels cell with high voltage pulses for polarization adjustment of the electromagnetic radiation passing through the crystal, in particular laser radiation comprises the steps of: applying a sequence of useful voltage pulses to the crystal, each having a useful Have period and a Nutz -Pulsumble and for inducing a birefringence of the crystal via an electrical polarization in the crystal for the polarization of the electromagnetic radiation, in particular laser radiation, are formed, and applying a sequence of compensation pulses to the crystal, each having a voltage profile, wherein the sequence of compensation pulses is superimposed in time with the sequence of useful voltage pulses in such a way that the voltage curves of the compensation pulses of an excitation of a mechanical oscillation in the crystal of the Pockels cell by the Nutz-Spannungsp counteract.
  • the invention relates to an amplification unit, in particular a regenerative amplification unit, with a gain medium, an optical switch unit with a Pockels cell and with a polarization beam splitter for forming an optical switch and a control unit for driving the Pockels cell according to the above method and the disclosed herein further developments of the method.
  • the invention relates to a method for exciting a Pockels cell with a pulsed high voltage, wherein the pulsed high voltage repetitive useful pulses having a useful period and a useful pulse width and is adapted to the optical properties of Pockels- Modify the cell to induce birefringence in the Pockels cell.
  • the excitation further comprises brake pulses, which each follow a useful pulse, and are designed so that a stimulated by the useful pulse mechanical vibration (acoustic shock wave) is attenuated in the Pockels cell.
  • switching edges of the voltage profiles of the compensation pulses can be designed as mechanically effective portions of the voltage waveforms of the compensation pulses such that their time course and their temporal position relative to the Nutz voltage pulses are designed so that they induce acoustic events in the crystal, with acoustic Events in the crystal caused by the utility voltage pulses interfere destructively.
  • the time profile can be determined in particular by a rise time or a fall time of a switching edge.
  • the useful voltage pulses may each have a first voltage switching operation for setting a useful voltage and a second voltage switching operation for terminating the presence of the useful voltage, and at least one of the switching operations may be suitable for mechanical vibration of the crystal of the Pockels Cell, and in particular to cause an acoustic shock wave.
  • the voltage curve of the compensation pulses can have at least one compensation switching operation for exciting one of the oscillations which counteract the mechanical oscillation which can be excited by the useful voltage pulses.
  • the counteracting oscillation may be out of phase with the mechanical vibration that can be excited by the useful voltage pulses, in particular with a phase shift in the range of 135 ° to 225 °.
  • the phase shift can lead to a destructive interference with the stimulated by the useful voltage pulses mechanical vibration, optionally the phase position is selected to optimize damping and damped vibrations to reduce overcompensation and in particular to prevent.
  • the crystal may have at least one acoustic resonant frequency, particularly by dimensions such as the amount of crystal between electrodes for voltage application, crystal type, crystal shape, crystal cut, an adjacent E field vector, and / or originally unexcited Spatial axes is determined.
  • the sequence of useful voltage pulses may, due to the useful period, in principle be suitable for exciting resonances of the crystal with the at least one acoustic resonant frequency, and the sequence of compensating pulses may be designed to reduce the excitations of resonances in the crystal, in particular prevent.
  • the voltage waveform of the compensation pulses may each include a first compensation voltage switching operation and a second compensation voltage switching operation.
  • the first compensation voltage switching operation may, in particular, substantially, simultaneously or with a time delay corresponding, in particular, substantially, a period or a multiple of the period of a resonant frequency of the crystal, after the voltage switching operation to be compensated.
  • the second compensation voltage switching operation may be performed with a time delay corresponding, in particular, substantially, a period or an integer multiple of the period of a resonant frequency of the crystal, to the voltage switching operation to be compensated and subsequent to the associated first compensation voltage switching operation.
  • the time delay between one of the useful voltage pulses and the compensation pulse directly following this useful voltage pulse can, in particular essentially, be zero, so that the voltage switching operations at the end of the useful pulse and at the beginning of the compensation pulse, in particular substantially, at the same time done so that compensate for the associated vibration excitations.
  • voltage switching operations can be used which have a voltage gradient which is inverse to the useful switching operation to be compensated.
  • the sequence of compensation pulses may comprise a plurality of compensation pulses for a useful voltage pulse, the beginning of at least one of the subsequent compensation pulses may be delayed by an integer multiple of the resonance period with respect to the beginning of the first compensation pulse.
  • the voltage waveform of one of the compensation pulses may include a compensation voltage switching operation having a time offset of at most 12.5% of the resonant period of the crystal, for example, a maximum of 5% to 10%, and more preferably a minimum of 1% of the resonant period of the crystal, Example from 2% to 5%, done after the second voltage switching operation.
  • the voltage waveform of one of the compensation pulses may include a compensation voltage switching operation having a time offset of at most 12.5% of the resonant period of the crystal, for example, a maximum of 5% to 10%, and a minimum of 1% of the resonant period of the crystal, for example, 2%. up to 5%, with respect to an integer multiple of the resonance period.
  • the compensation pulses may form polarization windows that start at a maximum time offset of 12.5% of the useful period relative to a delay of an integer multiple of the resonant period with respect to the second voltage switch of the payload window and their end at an integer multiple of the resonant period regarding the beginning of the user window is.
  • At least one of the voltage switching operations of the utility voltage pulses and the compensation pulses may include an erratic voltage change, particularly in the range of a few hundred volts to a few kilovolts.
  • the voltage change of one of the compensation voltage switching operations may be in the order of magnitude of the voltage change of the voltage switching operations of the useful voltage pulse, in particular comparable or a fraction thereof.
  • the voltage change of the compensation voltage switching operations of a compensation pulse can be reduced compared to the voltage change of the first Nutzthesesschaltvorgangs and / or the second Nutzthesesschaltvorgangs, and the compensation can optionally be supplemented with at least one, another compensation pulse forming, compensation voltage switching operation.
  • the reduction in the voltage change of the compensation voltage switching operations compared to the voltage change of the first voltage switching operation and / or the second voltage switching operation may be at least so large that the reduced voltage change between the compensation voltage switching operations, in particular in a resonator-internal application of Pockels- Cell, for example in a regenerative amplification unit, causing (laser radiation loss in the optical beam path (eg of a laser system), in particular, the target operation of the laser system.)
  • a plurality of resonance frequencies may be provided by providing a plurality and / or of time in the course of the sequence
  • compensation pulses may randomly generate the sequence of compensation pulses for a set of known resonant frequencies
  • it is possible to amplify the excitation of the resonances by completely To prevent poor compensation pulses, ie to destroy the periodicity by additional "noise".
  • electromagnetic radiation in particular laser radiation
  • the implementation of the concepts proposed herein is principally independent of the crystal geometry.
  • the implementation of the concepts proposed herein can take place with little or no manufacturing effort, since these can be implemented as a method implemented in the control software for suitable HV switches.
  • the concepts disclosed herein for excitation of a crystal of a Pockels cell with (high) voltage pulses can also be used in other polarization adjusting applications of the Pockels effect.
  • the concepts described herein relate in particular to the coupling of amplified electromagnetic radiation, in particular of laser pulses, and the decoupling of amplified laser pulses, in particular in Q-switched lasers, cavity dumping or regenerative amplification. and polarization modulation outside a cavity, eg when controlling a pulse picker
  • Other applications include CW lasers, expander with upstream pulse picker and Q switch.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a laser amplifier system with at least one Pockels cell
  • FIG. 2 shows an exemplary schematic double-push-pull circuit for excitation of a crystal of a Pockels cell with (high) voltage pulses
  • FIGS. 3A and 3B schematically show constructions for the use of Pockels cells in the formation of switchable wave plates
  • FIGS. 4A to 4C are graphs illustrating the influence of excited resonances on the polarization state
  • FIGS. 5A to 5C are graphs illustrating the influence of the concepts disclosed herein on the excitation of resonances
  • Figures 6A to 6C are graphs showing the influence of the concepts disclosed herein on polarization states provided by voltage pulses for three pulse durations and
  • FIGS. 7A to 7C show exemplary schematic sequences of combined useful voltage pulses and compensation voltage pulses according to the open-ended concepts for excitation of a crystal of a Pockels cell for a polarization adjustment.
  • aspects described herein are based, in part, on the recognition that the optical crystals used in Pockels cells (e.g., BBO or KTP crystals) have more or less pronounced piezoelectric properties. These can cause electrical switching pulses made to produce acoustic shockwaves in the Pockels cell.
  • the dimensions, geometry and speed of sound of the particular crystal may generally provide the crystals with one or more resonant frequencies that may be individually or collectively excited upon excitation with sequences of voltage pulses.
  • operation near a resonant frequency (or associated subharmonic) can result in unstable switching behavior, e.g. lead to an unstable coupling or decoupling behavior in a regenerative amplifier. Further, such operation may result in mechanical damage to the crystal or its attachment.
  • the vibrational behavior of the crystal can be influenced by means of secondary compensation pulses.
  • compensation pulses can be arranged temporally in the sequence of Nutz pulses such that mechanical vibrations do not occur at all (or at least only reduced), since they destructively "disturb” interfering due to oscillation superposition
  • Such a stimulation of a crystal of a Pockels cell can avoid the disadvantages of the mentioned unstable switching behavior and / or the mechanical destruction of the crystal.
  • the high-voltage excitation proposed herein is possible, in particular, even at a plurality of resonant frequencies, as is often the case with Pockels cells in the case of excitation without compensation pulses.
  • the choice of the time interval in which the Pockels cell is activated to provide a useful window may be less (if compared to uncompensated operation) or not at all to be disabled.
  • this goal can be supported with additional measures such as a reduction in the pulse rate coupled into a regenerative amplification unit with, for example, an upstream pulse picker.
  • additional measures such as a reduction in the pulse rate coupled into a regenerative amplification unit with, for example, an upstream pulse picker.
  • resonant oscillation can be effectively prevented or reduced to the extent required using the concepts disclosed herein.
  • Pockels cells can be used for the rapid switching of electromagnetic radiation, in particular laser beams, in which a birefringence is induced by applying a high voltage (possibly useful voltages up to and greater than 10 KV) to a suitable optical crystal ,
  • the switchable birefringence allows a temporally adjustable change of the polarization state of the light passing through the crystal.
  • the quality of a laser resonator can be switched in this way. This is used eg in Q-switched lasers, cavity dumping and in regenerative amplifiers.
  • Switching the Pockels cell between two voltage states usually takes place very rapidly (eg within a few nanoseconds), whereby a voltage state is maintained for an adjustable duration of the polarization window (eg for a few microseconds). herald). This makes it possible, for example, to select individual (laser pulses of a pulse train.)
  • the power loss in the electrical switches can also be kept as low as possible Fig.
  • At least one of the gain units 3A, 3B comprises, for example, a Pockels cell 5 with a crystal 5A arranged between contact electrodes 7 for providing a gain (time) window by means of an electro-optical effect, the polarization of in the respective
  • Amplifier unit 3A, 3B present laser radiation (for example, circulating ultrashort laser pulses) influenced. Furthermore, the laser system 1 comprises a control unit 9 and optionally a pulse picker 11 upstream of the amplification unit 3A.
  • a primary laser beam 13 of the seed laser 2 is split with a beam splitter 15A into two (coherent) partial beams, which are the first in FIG Seed laser beam 13A and second seed laser beam 13B are marked.
  • Each sub-beam is supplied to the associated amplifying unit 3A, 3B for generating a first amplified laser beam 17A based on the first seed laser beam portion 13A and a second amplified laser beam 17B based on the second seed laser beam 13B, respectively.
  • the amplified laser beams 17A, 17B are collinearly superposed to form a sum laser beam 19.
  • FIG. 1 also shows deflecting mirrors 21 and lambda-half waveplates 23 for changing the polarization states of the laser beams (indicated schematically by arrows / dots in FIG. 1).
  • the Pockels cell 5 sets a desired polarization state in a gain window.
  • the influencing of the polarization of the laser radiation passing through the Pockels cell 5 during the amplification window should be as constant as possible and constant over time, whereby the beginning and end of the amplification window should take place with temporally steep flanks.
  • FIG. 2 shows an exemplary double-push-pull circuit 25 that can provide high voltage levels with rise times of a few nanoseconds.
  • the double-push-pull circuit 25 is an example of a known fast high-voltage circuit (see also Fig. 1 of the manual "Splitter Box Model BME SP05", revision
  • HV generally represents the high voltage applied to the high voltage inputs 27.
  • the control unit 9 triggers the switching operations via four control inputs 29 assigned to the switches A, B (On A, Off A, On B, Of B).
  • the double-push-pull circuit 25 shown as an example is designed for the most flexible possible control of the Pockels cell and represents a HV switch according to Bergmann's double-push-pull principle, in which the individual control inputs 29 (FIG. On A, Off A, On B, Off B) can be controlled with a freely programmable trigger generator.
  • "On A” and “Off B” or “Off A” and “On B” are switched simultaneously, so that the voltage is switched between + 2HV and -2HV. These voltages can cause a delay of +/- ⁇ / 8, for example, in the constructions explained below in connection with FIGS. 3A and 3B.
  • Alternative circuits and drive patterns for exciting a crystal of a Pockels cell, in particular a pulse picker, with (high) voltage pulses include e.g. Overlapped switching operations such as On A - On B - Off B - Off A.
  • the latter switching pattern is particularly suitable for very short switching window.
  • this may require a high voltage HV twice that for the same birefringence (assuming identical crystal properties).
  • control unit 9 configured to implement the switching concepts disclosed herein and to enable or disable the various switches (eg, high voltage switches A, B in FIG. 2). to provide the desired sequences of payload and compensation (voltage) pulses on the 5 A crystal.
  • switches eg, high voltage switches A, B in FIG. 2
  • the optical property can be influenced (disadvantageously) not only by the electro-optical effect but also by piezoelectric effects in connection with varying pressure oscillations in the crystal.
  • the piezoelectric effect mechanical vibrations induce electrical voltages, which in turn have an electro-optical effect.
  • the concepts of using compensation pulses disclosed herein are aimed at improving the optical quality of the polarization window provided by a Pockels cell (eg in the case of FIG. 1 of the gain window provided by the Pockels cell 5 during the amplification process).
  • the compensation pulses are arranged temporally in the sequence of the useful pulses determining the polarization window such that they counteract a mechanical oscillation in the crystal of the Pockels cell excited by the useful pulses.
  • FIGS. 3A and 3B Exemplary arrangements are shown in FIGS. 3A and 3B, in which one or two Pockels cells 5 are arranged together with wave plates 31 in the beam path of a laser beam 33, for example in double passage by means of a mirror 35.
  • FIGS. 3A and 3B these arrangements are shown supplemented with a beam splitter 37 and a photodiode 39 to check the properties of the polarization window, in particular its temporal quality.
  • the structure according to FIG. 3A shows how an optical switch can be realized with a Pockels cell.
  • the excitation of the crystal is designed such that after the double passage through the wave plate 31 (eg a ⁇ / 8 wave plate) and the crystal 5A (eg switchable as a + / 8 wave plate or ⁇ / 8 wave plate) during the Polarization window (eg, excited Pockels cell) no polarization change is made while outside of the polarization window (eg non-excited Pockels cell) is a ⁇ / 2 wave plate and the retrograde laser beam 33 is reflected at the beam splitter 37.
  • the construction according to FIG. 3A was used as a test setup for the investigations described below in connection with FIGS. 6A to 6C.
  • FIG. 3B has been extended by a Pockels cell (eg also switchable as a + / 8 wave plate or ⁇ / 8 wave plate) in comparison with the structure of FIG. 3A and has been used as a test structure for the following used with the Figures 4A to 4C and 5A to 5C studies described.
  • the structure is designed such that after the double passage through the wave plate 31 and two crystals 5 A during of the polarization window a +3 ⁇ / 4- wave plate and outside the polarization window a ⁇ wave plate is present, so that with ideal switching behavior (in particular without influence of the piezoelectric effect and the resulting mechanical vibrations) no switching operation in the signal of the photodiode 39 visible should be.
  • the optical crystals used in Pockels cells have more or less pronounced piezoelectric properties. This causes the application of an electric voltage to the crystal depending on the polarity to an expansion or contraction of the crystal. If the change in voltage occurs very rapidly (for example, within a few nanoseconds), acoustic signals are formed
  • the crystal itself which is usually cuboid, represents an acoustic resonator. Depending on the dimensions, the geometry and the speed of sound of the crystal, this acoustic resonator may have several resonance frequencies.
  • Piezoelectric effect is superimposed on the external electric field by the applied voltage, the birefringence of the crystal is modulated at the resonant frequency.
  • a clean switching between defined polarization states is made more difficult.
  • the crystals can be mechanically damaged / destroyed by strong resonances.
  • the resonance resonance can be prevented by preventing the constructive interference of the shock waves in the crystal.
  • shock waves are generated with the start phase shifted by 180 °, and attenuation in the crystal can be neglected.
  • a HV switch according to Bergmann's double-push-pull principle was used to drive the Pockels cell in the structure according to FIG. 3B.
  • the control inputs 29 "On A” and “Off B” or “Off A” and “On B” were switched simultaneously in normal operation, so that the voltage between + 2HV and -2HV is switched, with a Delay of +/- ⁇ / 8 in the two Pockels cells was effected.
  • FIGS. 4A to 4C show by way of example three excited resonances of the examined Pockels cell, which were measured with the photodiode 39 in the structure of FIG. 3B.
  • FIGS. 4A to 4C the activation of the control inputs 29 is shown.
  • the switch-on pulse 41 and the switch-off pulse 43 are thus each assigned a useful voltage switching operation. (Generally herein, each switching pulse is associated with a voltage switching operation.)
  • high-voltage pulses of, for example, 3.2 kV were used to increase the resonances.
  • FIGS. 5A to 5C show, for example, a suppression with two exemplary integrated compensation pulse sequences (see in particular FIGS. 5B and 5C).
  • Fig. 5A substantially corresponds to Fig.
  • the useful pulse duration T N corresponds to half the period T RI of the resonant frequency f 1.
  • Photodiode signal Rl with the resonant frequency fRi 147 kHz.
  • a compensating pulse sequence consisting of compensation (voltage) pulses, one each between two pay pulses, is added. It can be seen correspondingly more pairs of switching pulses 47, 49 trigger the associated compensation voltage switching operations. This results in a considerably reduced photodiode signal Rl 'in its fluctuation.
  • one of the pairs of switching pulses 47, 49 is highlighted by arrows 47A and 49A.
  • the switching pulses 47, 49 cause the associated, one of the useful pulses subsequent, compensation pulse.
  • a compensation pulse duration T K is in addition to the
  • the selected instants of the switching pulses 47, 49 lead to a destructive interference of the mechanical oscillations, which correspond to the repetitive switching processes (the sequence of useful pulses and the sequence of compensation pulses). sen) are assigned. It can be seen that the resonance at 147 kHz can be effectively suppressed in this way.
  • FIG. 5C shows another excitation concept that can be implemented with HV switches that allow multiple voltage levels, such as the double-push-pull circuit 25 that can switch the two electrodes separately from Pockels cells.
  • a compensating pulse sequence consisting of compensation (voltage) pulses, of which two are provided between each two useful pulses, is added. It can be seen correspondingly more pairs of switching pulses 51, 53, 55, 57. It results in a likewise reduced in its fluctuation photodiode signal Rl ".
  • 5C shows the first pair of (on and off) switching pulses 51, 53, which is illustrated by arrows 51A and 53A in the photodiode signal RI "and effects a first compensation pulse following the useful pulse (On) switching pulse 51 of the first compensation pulse also substantially directly (eg with a delay of 200ns) after the switch-off pulse 43, and the (off) switching pulse 53 of the first compensation pulse as in Fig. 5B with a delay, the Nutzpulsdauer T N , after the turn-off pulses 43 (or a resonance period T RI after the turn-on pulse 41).
  • FIG. 5C shows the first pair of (on and off) switching pulses 51, 53, which is illustrated by arrows 51A and 53A in the photodiode signal RI "and effects a first compensation pulse following the useful pulse (On) switching pulse 51 of the first compensation pulse also substantially directly (eg with a delay of 200ns) after the switch-off pulse 43, and the (off) switching pulse 53 of the first compensation pulse as in
  • the switching pulses 55, 57 cause a second compensating pulse, and the pair of switching pulses 55, 57 are delayed from the pair of switching pulses 51, 53 substantially by one resonance period T RI
  • the (on) switching pulse 55 with respect to the switch-off pulse 43 may be delayed exactly by one resonance period T RI .
  • the electrode B may be used for the second compensation pulse.
  • the voltage change of one of the compensation voltage switching operations is of the order of a fraction of the voltage change of the voltage switching operations of the useful pulse (N) -as a function of the number of compensation pulses.
  • the embodiment of the excitation according to FIG. 5C has the further advantage that when used in a regenerative amplifier no second amplification window is generated.
  • the pulse picker 11 shown in FIG. 1 can specifically couple only pulses in the polarization window of the useful pulse into the amplification unit 3A.
  • the compensation for an application in a regenerative amplification unit should be such that, although the resonator is only partially closed, for example, for a disk amplifier, the losses are still sufficiently large to allow for gain outside the gain window prevent.
  • FIGS. 5A to 5C it can be seen that the photodiode signals R 1 'and R 1 "are substantially more uniform in comparison to the photodiode signal R 1 and are therefore closer to the ideal" flat "curve. That is, the negative effects of piezoelectrically generated Shock waves were reduced by excitation via the compensation pulse sequence. Accordingly, a more uniform effect of the Pockels cell on the laser radiation is provided during the polarization window.
  • FIGS. 6A to 6C show, by way of example, for three amplification times (1 ⁇ , 4, 6 ⁇ ), the decoupled intensity of a cw laser beam in the structure of FIG.
  • curve 0i illustrates the sequence of useful pulses N with pulse durations T N of 1 ⁇ and a useful period T PN .
  • the useful pulses N can be recognized by the fact that the compensation window has half the amplitude with respect to the useful window. Furthermore, fluctuations in the photodiode signal, which are superimposed on the signal characteristics and which are due to the excitation of the resonance with the resonance period of 6.8 ⁇ , can be recognized. That is, the useful period Tp , N is located so that a resonant excitation of acoustic vibrations in the crystal 5A by the Nutz Pulse takes place.
  • the curves 0 4 and 0 6 illustrate the sequence of useful pulses N with pulse durations T N of 4 ⁇ and 6 ⁇ , respectively.
  • polarization window K which open the polarization window (herein also referred to as compensation window K) with the same polarization state as during the useful polarization window immediately after the turn-off pulse 43 and after a resonance period T RI from the turn-on 41 again close (duration T K of the compensation pulse K thus about 5.8 ⁇ ).
  • a possibly disturbing influence of the compensation window can have an optical effect, in particular if the resonance period is comparable to or substantially greater than the useful duration. This influence can be reduced by several compensation pulses with reduced amplitude.
  • a procedure with two compensation pulses K1, K2 is explained with reference to the curve 2i in FIG. 6A. Again, one recognizes the sequence of Nutz pulses N and a directly subsequent compensation window (compensation pulse K1). The duration of this first compensation window / the compensation pulse K1 is comparable to the duration of the compensation window of the curve. (This applies analogously for the duration of the first compensation window of the curve 1 4 and the curve 1 6 ). One recognizes again the reduced voltage change during the first compensation pulse K1.
  • a second compensation window (second compensation pulse K 2) then follows, also with a reduced voltage change.
  • the second polarization window is based on the switching pulses 55, 57 back. Due to the reduction of the voltage change, the compen- A polarization state, which differs from the present during the useful pulse polarization state.
  • the curves 2 4 and 2 6 illustrate the sequence of useful pulses N with pulse durations T N of 4 and 6 ⁇ , in each of which a sequence of compensation pulses with two compensation pulses K 1, K 2 for each useful pulse.
  • Puls N is arranged such that the compensation pulses Kl, K2, in particular their switching operations, counteract a stimulated by the useful pulse N mechanical vibration in the crystal of the Pockels cell. Due to the extended useful pulse durations, the duration of the compensation pulses Kl, K2 shortens again to approximately 2.8 or approximately 0.8 ⁇ .
  • sequences of combined payload pulses and compensation voltage pulses are shown by way of example and schematically, the sequences for exciting a crystal of a Pockels cell e.g. for a polarization adjustment can be made.
  • a sequence of useful voltage pulses N which are plotted in a time (t) voltage (U) diagram.
  • the control is determined in terms of mechanical effectiveness by the switching edges of the voltage waveforms of the useful voltage pulses and the compensation pulses.
  • the timing profile can be determined in particular by a rise time or a fall time of a switching edge.
  • FIG. 7A further shows compensation pulses K following each of the useful voltage pulses which counteract resonance.
  • the respective compensation pulses K 1 which are directly following one of the useful voltage pulses, are shown with reduced voltage, and in each case a second compensation follows. onspuls K2, which is applied in such a time-delayed manner that, for example, it counteracts the same resonance.
  • the timing of the compensation pulses may be varied during operation. In doing so, e.g. in a group of successive enhancement windows at each individual enhancement window, the additional pairs of switching pulses are timed to combat different resonances. With sufficient damping or avoidance of the resonances in the crystal itself, u.U. several resonances are attenuated simultaneously. The resonances to be damped can then be e.g. targeted, based on measurements of the resonant properties, are selected. Moreover, by a suitable algorithm, the choice of a target resonance can be made quasi randomly during operation, so as to implement a broadband attenuation by the respective random damping of a mechanical vibration.
  • FIG. 7C Such different pulse strategies are illustrated schematically in FIG. 7C.
  • three compensation pulses ⁇ ', K ", K” are shown, which are reduced in voltage and counteract one or more resonant frequencies.
  • the second useful pulse N shown only one compensation pulse K "" of greater length is switched, and after the third useful pulse N shown, a compensation pulse K - similar to that of FIG. 7A - is switched. It can be seen that one or more or even a broadband suppression of resonance effects can be converted to the polarization state effected by a Pockels cell circuit due to the multitude of design options.
  • the switching operations are designed to effect a change in an electrical polarization in the crystal of the Pockels cell.
  • the voltage switching operations referred to herein are pole reversal operations of a voltage applied to the Pockels cell, for example from + HV to -HV.
  • the concepts disclosed herein are particularly relevant when the change of an electrical see polarization in the crystal of the Pockels cell via a piezoelectric effect to a change in size of the crystal, thereby leading to acoustic vibrations and resonances in the crystal.
  • the provision of compensation pulses then just causes a reduction in the formation of acoustic vibrations and resonances in the crystal.
  • compensating may be understood to mean both partial compensation and complete compensation.
  • the compensation pulses may also have slower switching operations, such as a slower drop to a second voltage value, from which then quickly switched again.
  • slower switching operations such as a slower drop to a second voltage value

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Anregung eines Kristalls (5A) einer Pockels-Zelle (5) mit Hochspannungspulsen für eine Polarisationseinstellung von den Kristall (5A) durchlaufender elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung (33), offenbart. Das Verfahren umfasst ein Anlegen einer Sequenz von Nutz-Spannungspulsen (N) an den Kristall (5A), die jeweils eine Nutz-Periodendauer (TP, N) und eine Nutz-Pulsbreite (TN) aufweisen und zur Induzierung einer Doppelbrechung des Kristalls (5A) über eine elektrische Polarisation im Kristall für die Polarisationseinstellung der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der Laserstrahlung (33), ausgebildet sind. Ferner umfasst das Verfahren ein Anlegen einer Sequenz von Kompensationspulsen (K, K1, K2) an den Kristall (5A), die jeweils einen Spannungsverlauf aufweisen, wobei die Sequenz von Kompensationspulsen (K, K1, K2) zeitlich derart mit der Sequenz von Nutz-Spannungspulsen (N) überlagert ist, dass die Spannungsverläufe der Kompensationspulse (K, K1, K2) einer Anregung einer mechanischen Schwingung im Kristall (5A) der Pockels-Zelle (5) durch die Nutz-Spannungspulse (N) entgegenwirken.

Description

ANREGEN EINES KRISTALLS EINER POCKELS-ZELLE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anregung eines Kristalls einer Pockels- Zelle mit (Hoch-) Spannungspulsen, insbesondere zum Bereitstellen eines zeitlich begrenzten optisch stabilen Polarisationsfensters. Ferner betrifft die Erfindung eine Verstärkungseinheit, insbesondere eine regenerative Verstärkungseinheit.
Die Ansteuerung einer Pockels-Zelle für die Polarisationseinstellung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, erfolgt durch eine schnelle Schaltung von am Kristall der Pockels-Zelle anliegenden Hochspannungen. Die anliegende Hochspannung bewirkt über den elektrooptischen Effekt eine elektrische Polarisation im Kristall, die beispielsweise zu einer gewünschten Doppelbrechung des Kristalls führt. Die Doppelbrechung kann beispielsweise zur Einstellung des Polarisationszustands von durch den Kristall der Pockels-Zelle geführter Laserstrahlung genutzt werden.
Ein Beispiel für eine Pockels-Zellen- Ansteuerschaltung ist in EP 1 801 635 AI beschrieben. Beispielhafte Ansteuerschaltungen basieren auf sogenannten„double-push-pull" Schaltverfahren, die Spannungsanstiegszeiten im Bereich von wenigen Nanosekunden erlauben. Es ist ferner bekannt, dass derartig schnelle Spannungsschaltungen mit mechanischen Schwingungen des Kristalls einhergehen können, die durch einen zugleich mit dem elektrooptischen Effekt auftretenden piezoelektrischen Effekt hervorgerufen werden.
Eine mechanische Dämpfung derartiger Resonanzen wird beispielsweise durch entsprechende Verwendung von Dämpfungsfolien und durch eine Befestigung der Kristalle durch Löten oder Kleben an spezielle Halterungen bewirkt. DE 10 2013 012 966 AI offenbart zum Beispiel, mechanische Schwingungen durch ein stoffschlüssiges Verbinden des Kristalls mit den Elektroden zu dämpfen. Des Weiteren offenbart EP 2 800 212 AI bzgl. des sogenannten„accoustic ringing" eines elektrooptischen Modulators, eine Modulationspulsbreite annäherungsweise auf ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer der mechanischen Schwingung des„accoustic ringing" abzustimmen.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zeitliches Nutz-Fenster einer Pockels-Zelle bereitzustellen, das möglichst unbeeinflusst von mechanischen Schwingungen ist. Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Verfahren zur Anregung eines Kristalls einer Pockels-Zelle nach Anspruch 1 und durch eine, insbesondere regenerative, Verstärkungseinheit nach Anspruch 14. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einem Aspekt weist ein Verfahren zur Anregung eines Kristalls einer Pockels-Zelle mit Hochspannungspulsen für eine Polarisationseinstellung von den Kristall durchlaufender elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, die folgenden Schritte auf: Anlegen einer Sequenz von Nutz-Spannungspulsen an den Kristall, die jeweils eine Nutz- Periodendauer und eine Nutz -Pulsbreite aufweisen und zur Induzierung einer Doppelbrechung des Kristalls über eine elektrische Polarisation im Kristall für die Polarisationseinstellung der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, ausgebildet sind, und Anlegen einer Sequenz von Kompensationspulsen an den Kristall, die jeweils einen Spannungsverlauf aufweisen, wobei die Sequenz von Kompensationspulsen zeitlich derart mit der Sequenz von Nutz-Spannungspulsen überlagert ist, dass die Spannungsverläufe der Kompensationspulse einer Anregung einer mechanischen Schwingung im Kristall der Pockels-Zelle durch die Nutz-Spannungspulse entgegenwirken.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Verstärkungseinheit, insbesondere eine regenerative Verstärkungseinheit, mit einem Verstärkungsmedium, einer optischen Schaltereinheit mit einer Pockels-Zelle und mit einem Polarisationsstrahlteiler zur Ausbildung eines optischen Schalters und einer Steuerungseinheit zur Ansteuerung der Pockels-Zelle gemäß dem vorstehenden Verfahren und den hierein offenbarten Weiterbildungen des Verfahrens. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Anregung einer Pockels- Zelle mit einer gepulsten Hochspannung, wobei die gepulste Hochspannung wiederholende Nutz-Pulse mit einer Nutz-Periodendauer und einer Nutz-Pulsbreite aufweist und dazu geeignet ist, die optischen Eigenschaften der Pockels-Zelle dahingehend zu verändern, dass in der Pockels-Zelle eine Doppelbrechung induziert wird. Dabei umfasst die Anregung ferner Brems-Pulse, die jeweils einem Nutz-Puls folgen, und so ausgestaltet sind, dass eine durch den Nutz-Puls angeregte mechanische Schwingung (akustische Schockwelle) in der Pockels- Zelle bedämpft wird. In einigen Weiterbildungen können Schaltflanken der Spannungsverläufe der Kompensationspulse als mechanisch wirksame Anteile der Spannungsverläufe der Kompensationspulse derart ausgelegt werden, dass ihr zeitlicher Verlauf und ihre zeitliche Position relativ zu den Nutz- Spannungspulsen so gestaltet sind, dass sie akustische Ereignisse im Kristall induzieren, die mit akustischen Ereignissen im Kristall, welche durch die Nutz-Spannungspulse verursacht werden, destruktiv interferieren. Dabei kann der zeitliche Verlauf insbesondere durch eine Anstiegszeit oder eine Abfallzeit einer Schaltflanke bestimmt werden.
In einigen Weiterbildungen können die Nutz-Spannungspulse jeweils einen ersten Spannungs- schaltvorgang zur Einstellung einer Nutz-Spannung und einen zweiten Spannungsschaltvorgang zum Beenden des Vorliegen der Nutz-Spannung aufweisen und mindestens einer der Schaltvorgänge kann dazu geeignet sein, eine mechanische Schwingung des Kristalls der Pockels-Zelle anzuregen, und insbesondere eine akustischen Schockwelle zu bewirken. Dabei kann der Spannungsverlauf der Kompensationspulse mindestens einen Kompensationsschalt- Vorgang zur Anregung einer der durch die Nutz-Spannungspulse anregbaren mechanischen Schwingung entgegenwirkenden Schwingung aufweisen. Die entgegenwirkende Schwingung kann zu der durch die Nutz-Spannungspulse anregbaren mechanischen Schwingung phasenverschoben sein, insbesondere mit einer Phasenverschiebung im Bereich von 135° bis 225°. Ferner kann die Phasenverschiebung zu einer destruktiven Interferenz mit der durch die Nutz- Spannungspulse angeregten mechanischen Schwingung führen, wobei optional die Phasenlage gewählt wird, um eine Dämpfung zu optimieren und bei gedämpften Schwingungen eine Überkompensation zu reduzieren und insbesondere zu verhindern.
In einigen Ausführungsformen kann der Kristall mindestens eine akustische Resonanzfre- quenz aufweisen, die insbesondere durch Abmessungen wie das Ausmaß des Kristalls zwischen Elektroden zur Spannungsanlegung, Kristalltyp, Kristallform, Kristallschnitt, einem anliegenden E-Feld-Vektor und/oder einer Streuung in ursprünglich nicht angeregte Raumachsen bestimmt ist. Die Sequenz von Nutz-Spannungspulsen kann aufgrund der Nutz- Periodendauer prinzipiell zu einer Anregung von Resonanzen des Kristalls mit der mindestens einen akustischen Resonanzfrequenz geeignet sein, und die Sequenz von Kompensationspulsen kann dazu ausgebildet sein, die Anregungen von Resonanzen im Kristall zu reduzieren, insbesondere zu verhindern. In einigen Ausführungsformen kann der Spannungsverlauf der Kompensationspulse jeweils einen ersten Kompensationsspannungsschaltvorgang und einen zweiten Kompensationsspan- nungsschaltvorgang aufweisen. Der erste Kompensationsspannungsschaltvorgang kann, insbesondere im Wesentlichen, zeitgleich oder mit einer Zeitverzögerung, die, insbesondere im Wesentlichen, einer Periode oder einem Vielfachen der Periode einer Resonanzfrequenz des Kristalls entspricht, nach dem zu kompensierenden Spannungsschaltvorgang erfolgen. Der zweite Kompensationsspannungsschaltvorgang kann mit einer Zeitverzögerung, die, insbesondere im Wesentlichen, einer Periode oder einem ganzzahligen Vielfachen der Periode einer Resonanzfrequenz des Kristalls entspricht, nach dem zu kompensierenden Spannungsschalt- Vorgang und im Anschluss an den zugehörigen ersten Kompensationsspannungsschaltvorgang erfolgen.
Die Zeitverzögerung zwischen einem der Nutz-Spannungspulse und dem sich direkt an diesen Nutz-Spannungspuls anschließenden Kompensationspuls kann, insbesondere im Wesentli- chen, null sein, damit die Spannungsschaltvorgänge am Ende des Nutzpulses und am Anfang des Kompensationspulses, insbesondere im Wesentlichen, zur gleichen Zeit erfolgen, so dass sich die zugehörigen Schwingungsanregungen kompensieren. Zur Kompensation können Spannungsschaltvorgänge verwendet werden, die einen zu dem zu kompensierenden Nutz- Schaltvorgang inversen Spannungsgradienten aufweisen.
Die Sequenz von Kompensationspulsen kann eine Mehrzahl von Kompensationspulsen für einen Nutz-Spannungspuls aufweisen, der Beginn mindestens einer der nachfolgenden Kompensationspulse kann um ein ganzzahliges Vielfaches der Resonanzperiode bzgl. des Beginns des ersten Kompensationspulses verzögert sein.
In einigen Ausführungsformen kann der Spannungsverlauf eines der Kompensationspulse einen Kompensationsspannungsschaltvorgang aufweisen, der mit einem Zeitversatz von maximal 12,5% der Resonanzperiode des Kristalls, zum Beispiel von maximal 5% bis 10%, und insbesondere von minimal 1% der Resonanzperiode des Kristalls, zum Beispiel von 2% bis 5%, nach dem zweiten Spannungsschaltvorgang erfolgen. Der Spannungsverlauf eines der Kompensationspulse kann einen Kompensationsspannungsschaltvorgang aufweisen, der mit einem Zeitversatz von maximal 12,5% der Resonanzperiode des Kristalls, zum Beispiel von maximal 5% bis 10%, und von minimal 1% der Resonanzperiode des Kristalls, zum Beispiel von 2% bis 5%, bzgl. eines ganzzahligen Vielfachens der Resonanzperiode erfolgen. In einigen Ausführungsformen können die Kompensationspulse Polarisationsfenster ausbilden, deren Beginn bei einem Zeitversatz von maximal 12,5% der Nutz -Periodendauer relativ zu einer Verzögerung von einem ganzzahligen Vielfachen der Resonanzperiode bzgl. des zweiten Spannungsschaltvorgangs des Nutzfensters und deren Ende bei einem ganzzahligen Vielfachen der Resonanzperiode bzgl. des Beginns des Nutzfensters liegt.
In einigen Ausführungsformen kann mindestens einer der Spannungsschaltvorgänge der Nutz- Spannungspulse und der Kompensationspulse eine sprunghafte Spannungsänderung, insbe- sondere im Bereich von einigen Hundert Volt bis zu einigen Kilovolt, umfassen. Optional kann die Spannungsänderung eines der Kompensationsspannungsschaltvorgänge in der Größenordnung der Spannungsänderung des Spannungsschaltvorgänge des Nutz-Spannungspulses, insbesondere vergleichbar oder ein Bruchteil desselben, sein. In einigen Weiterbildungen kann die Spannungsänderung der Kompensationsspannungs- schaltvorgänge eines Kompensationspulses im Vergleich zur Spannungsänderung des ersten Nutzspannungsschaltvorgangs und/oder des zweiten Nutzspannungsschaltvorgangs reduziert sein, und die Kompensation kann optional mit mindestens einem, einen weiteren Kompensationspuls bildenden, Kompensationsspannungsschaltvorgang ergänzt werden.
In einigen Ausführungsformen kann die Reduzierung der Spannungsänderung der Kompensa- tionsspannungsschaltvorgänge im Vergleich zur Spannungsänderung des ersten Spannungsschaltvorgangs und/oder des zweiten Spannungsausschaltvorgangs mindestens so groß sein, dass die reduzierte Spannungsänderung zwischen den Kompensationsspannungsschaltvorgän- gen, insbesondere bei einer Resonator-internen Anwendung der Pockels-Zelle, beispielsweise in einer regenerativen Verstärkungseinheit, einen (Laser- Strahlungsverlust im optischen Strahlengang (z.B. eines Lasersystems) bewirkt, der insbesondere den Zielbetrieb des Lasersystems ermöglicht. In einigen Weiterbildungen können mehrere Resonanzfrequenzen durch Bereitstellen von mehreren und/oder von zeitlich im Verlauf der Sequenz von Nutz-Spannungspulsen wechselnden Kompensationspulsen kompensiert werden. Optional können Kompensationspulse zufallsgesteuert für einen Satz von bekannten Resonanzfrequenzen die Sequenz von Kompensationspulsen bilden. Ferner ist es möglich, die Anregung der Resonanzen durch völlig zufäl- lige Kompensationspulse zu verhindern, also die Periodizität durch zusätzliches„Rauschen" zu zerstören.
In einigen Ausfuhrungsformen kann elektromagnetische Strahlung, insbesondere Laserstrah- lung, selektiv zum Zeitpunkt der Nutz-Spannungspulse und optional synchron mit der Nutz- Periodendauer in einen optischen Strahlengang durch die Pockels-Zelle eingekoppelt werden.
Allgemein ist die Umsetzung der hierin vorgeschlagenen Konzepte prinzipiell unabhängig von der Kristallgeometrie. So kann die Umsetzung der hierin vorgeschlagenen Konzepte mit kei- nem oder kaum Fertigungsaufwand erfolgen, da diese als ein in die Steuerungssoftware implementiertes Verfahren für geeigneten HV-Schalter umgesetzt werden können.
Die hierein offenbarten Konzepte bei der Anregung eines Kristalls einer Pockels-Zelle mit (Hoch-) Spannungspulsen können auch bei anderen polarisationseinstellenden Anwendungen des Pockels-Effekts eingesetzt werden. So betreffen die hierein beschriebenen Konzepte insbesondere die Einkopplung von zu verstärkender elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Laserpulsen, sowie die Auskopplung von verstärkten Laserpulsen, insbesondere bei gütegeschalteten Lasern, beim„Cavity-Dumping" oder bei der regenerativen Verstärkung. Weitere Anwendungen umfassen u.a. eine Intensitäts- und Polarisationsmodulation außerhalb einer Kavität, z.B. bei der Ansteuerung eines Puls-Pickers. Weitere Anwendungen betreffen CW- Lasern, Erweiterungen mit vorgelagertem Puls-Picker und Q-Switch.
Hierin werden Konzepte offenbart, die 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 Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig.l eine schematische Darstellung eines Laserverstärkersystems mit mindestens einer Pockels-Zelle,
Fig. 2 eine beispielhafte schematische double-push-pull-Schaltung zur Anregung eines Kristalls einer Pockels-Zelle mit (Hoch-)Spannungspulsen,
Figuren 3A und 3B schematisch dargestellte Aufbauten zur Verwendung von Pockels-Zellen bei der Ausbildung von schaltbaren Wellenplatten, Figuren 4A bis 4C Graphen zur Verdeutlichung des Einflusses von angeregten Resonanzen auf den Polarisationszustand,
Figuren 5A bis 5C Graphen zur Verdeutlichung des Einflusses der hierin offenbarten Konzepte auf die Anregung von Resonanzen,
Figuren 6A bis 6C Graphen zur Verdeutlichung des Einflusses der hierin offenbarten Konzepte auf durch Spannungspulse bereitgestellte Polarisationszustände für drei Pulsdauern und
Figuren 7A bis 7C beispielhafte schematische Sequenzen von kombinierten Nutz- Spannungspulsen und Kompensationsspannungspulsen gemäß den offen- harten Konzepten zur Anregung eines Kristalls einer Pockels-Zelle für eine Polarisationseinstellung.
Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass die in Pockels-Zellen verwendeten optischen Kristalle (z.B. BBO- oder KTP-Kristalle) mehr oder weniger stark ausgeprägte piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Diese können dazu führen, dass vorgenommene elektrische Schaltimpulse akustische Schockwellen in der Pockels-Zelle erzeugen. Abhängig von u.a. den Abmessungen, der Geometrie und der Schallgeschwindigkeit des jeweiligen Kristalls können die Kristalle allgemein eine oder mehrere Resonanzfrequenzen aufweisen, die einzeln oder gemeinsam bei der Anregung mit Sequenzen von Spannungspul- sen angeregt werden können. So kann ein Betrieb nahe einer Resonanzfrequenz (oder einer zugehörigen Subharmonischen) zu einem instabilen Schaltverhalten, z.B. zu einem instabilen Ein- oder Auskopplungsverhalten in einem regenerativen Verstärker, führen. Ferner kann ein derartiger Betrieb zur mechanischen Beschädigung des Kristalls oder dessen Befestigung führen.
Es wurde nun erkannt, dass das Schwingungs verhalten des Kristalls mittels sekundären Kompensationspulsen beeinflusst werden kann. Im Speziellen wurde erkannt, dass Kompensationspulse zeitlich derart in der Sequenz von Nutz -Pulsen angeordnet werden können, dass mechanische Schwingungen erst gar nicht (oder zumindest nur reduziert) aufkommen, da sie durch Schwingungsüberlagerung destruktiv„weg-" interferieren. Die vorgesehenen Kompensationspulse können somit einen Hochspannungsschaltungsbetrieb nahe den Resonanzfrequenzen (oder deren Subharmonischen) des Kristalls erlauben. Eine derartige Anregung eines Kristalls einer Pockels-Zelle kann dabei die Nachteile des angesprochenen instabilen Schaltverhaltens und/oder der mechanischen Zerstörung des Kristalls vermeiden. Die hierin vorgeschlagene Hochspannungsanregung ist insbesondere auch bei mehreren Resonanzfrequenzen möglich, wie sie bei Pockels-Zellen häufig bei einer Anregung ohne Kompensationspulse vorliegen. Somit kann für einen vorzunehmenden Hochspannungsschaltungs- Vorgang die Wahl des Zeitintervalls, in dem die Pockels-Zelle zur Bereitstellung eines Nutz- Fensters (hierin auch als Polarisationsfenster oder Verstärkungsfenster bezeichnet) aktiviert wird, (im Vergleich zum nicht-kompensierten Betrieb) weniger oder gar nicht eingeschränkt sein. Mit anderen Worten zusammengefasst, wird hierin vorgeschlagen, die Pockels-Zelle mit zusätzlichen Spannungsimpulsen (den Kompensationspulsen) anzuregen, wobei die Spannungsimpulse zeitlich so auf die Nutz-Pulse abgestimmt sind, dass die aus den Schaltvorgängen der Nutz-Pulse und der Spannungsimpulse resultierenden akustischen Schockwellen möglichst weitgehend destruktiv interferieren oder zumindest soweit destruktiv interferieren, dass ein stabiler (beispielsweise Laser-) Betrieb erfolgen kann. Unter Umständen kann dieses Ziel mit zusätzlichen Maßnahmen wie einer Reduzierung der in eine regenerative Verstärkungseinheit eingekoppelten Pulsrate mit z.B. einem vorgeschalteten Puls-Picker unterstützt werden. Allgemein kann unter Verwendung der hierin offenbarten Konzepte das Aufschwingen von Resonanzen) wirksam verhindert bzw. im benötigten Maß reduziert werden.
Nachfolgend wird das hierin vorgeschlagene Konzept mit Bezug auf die Figuren 1 bis 6 näher erläutert.
Wie eingangs angesprochen, können zum schnellen Schalten von elektromagnetischer Strah- lung, insbesondere Laserstrahlen, Pockels-Zellen verwendet werden, bei denen durch Anlegen einer Hochspannung (u.U. Nutz-Spannungen bis zu und größer 10 KV) an einen geeigneten optischen Kristall eine Doppelbrechung induziert wird. Die schaltbare Doppelbrechung erlaubt eine zeitlich einstellbare Änderung des Polarisationszustandes des den Kristall passierenden Lichts. In Kombination mit einem Polarisator kann auf diese Weise z.B. die Güte eines Laserresonators geschaltet werden. Dies wird z.B. in gütegeschalteten Lasern, beim Cavity- Dumping und in regenerativen Verstärkern genutzt. Das Schalten der Pockels-Zelle zwischen zwei Spannungszuständen, d.h. der einzelne Spannungsschaltvorgang, erfolgt in der Regel sehr schnell (z.B. innerhalb von einigen Nanosekunden), wobei ein Spannungszustand über eine einstellbare Dauer des Polarisationsfensters beibehalten wird (z.B. für einige Mikrose- künden). Dies erlaubt es, beispielsweise einzelne (Laser- Pulse eines Pulszuges zu selektieren. Ferner kann die Verlustleistung in den elektrischen Schaltern möglichst gering gehalten werden. Fig. 1 zeigt schematisch ein beispielhaftes Lasersystem 1 mit einem Seed-Laser 2 als Seed- Laserstrahlquelle und zwei regenerativen Verstärkungseinheiten 3A, 3B, deren Ausgangslaserstrahlen z.B. mit Hilfe eines Phasenregelungssystems überlagert werden. Mindestens eine der Verstärkungseinheiten 3A, 3B umfasst beispielsweise eine Pockels-Zelle 5 mit einem zwischen Kontaktelektroden 7 angeordneten Kristall 5A zum Bereitstellen eines Verstärkungs- (zeit)fensters mittels elektrooptischem Effekt, der die Polarisation von in der jeweiligen
Verstärkereinheitn 3A, 3B vorliegenden Laserstrahlung (beispielsweise umlaufende ultrakurze Laserpulse) beeinflusst. Ferner umfasst das Lasersystem 1 eine Steuerungseinheit 9 und optional einen der Verstärkungseinheit 3 A vorgelagerten Puls-Picker 11. Ein primärer Laserstrahl 13 des Seed-Lasers 2 wird mit einem Strahlteiler 15A in zwei (kohärente) Teilstrahlen aufgeteilt, die in Fig. 1 als erster Seed-Laserstrahl 13A und zweiter Seed- Laserstrahl 13B gekennzeichnet sind. Jeder Teilstrahl wird der zugehörigen Verstärkungseinheit 3A, 3B zur Erzeugung eines ersten verstärkten Laserstrahls 17A basierend auf dem ersten Seed-Laserstrahlanteil 13 A bzw. eines zweiten verstärkten Laserstrahls 17B basierend auf dem zweiten Seed-Laserstrahl 13B zugeführt. Z.B. mit Hilfe eines weiteren Strahlteilers 15B werden die verstärkten Laserstrahlen 17A, 17B kollinear überlagert, um einen Summenlaserstrahl 19 zu formen.
In Fig. 1 sind ferner Umlenkspiegel 21 und Lambda-Halbe- Wellenplatten 23 zur Veränderung der (in Fig. 1 schematisch mit Pfeilen/Punkten angedeuteten) Polarisationszustände der Laserstrahlen gezeigt. Für eine effiziente Verstärkung wird mit der Pockels-Zelle 5 ein gewünschter Polarisationszustand in einem Verstärkungsfenster eingestellt. Die Beeinflussung der Polarisation der während des Verstärkungsfensters durch die Pockels-Zelle 5 tretenden Laserstrahlung soll dabei zeitlich möglichst unverändert und konstant sein, wobei Anfang und Ende des Ver- Stärkungsfensters mit zeitlich steilen Flanken erfolgen sollen.
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte double -push-pull- Schaltung 25, die Hochspannungsniveaus mit Anstiegszeiten von wenigen Nanosekunden bereitstellen kann. Die double-push-pull- Schaltung 25 ist ein Beispiel einer bekannten schnellen Hochspannungsschaltung (siehe auch Fig. 1 der Bedienungsanleitung„Manual Splitter Box Model BME SP05", Revision
16.5.2006 mit zugehöriger Beschreibung). Dabei werden an Hochspannungseingängen 27 anliegende Hochspannungen über Schalter A, B selektiv an Potentialpunkte PI, P2 weitergeleitet, so dass an den mit diesen Potentialpunkten PI, P2 verbundenen Kontaktelektroden 7 der Pockels-Zelle 5 gewünschte Hochspannungen anliegen und sich ein entsprechendes elektrisches Feld im Kristall 5A der Pockelszelle 5 aufbaut. In Fig. 2 steht HV allgemein für die an den Hochspannungseingängen 27 anliegende Hochspannung. Die Steuerungseinheit 9 triggert die Schaltvorgänge über vier den Schaltern A, B zugeordnete Kontrolleingänge 29 (On A; Off A; On B, Of B).
Die beispielhaft gezeigte double-push-pull-Schaltung 25 ist für eine möglichst flexible An- steuerung der Pockels-Zelle ausgelegt und stellt einen HV-Schalter nach dem double -push- pull-Prinzip von Bergmann dar, bei dem die einzelnen Kontrolleingänge 29 (On A; Off A; On B, Off B) mit einem frei programmierbaren Triggergenerator angesteuert werden können. Bei einem normalen Betrieb werden "On A" und "Off B" bzw. "Off A" und "On B" gleichzeitig geschaltet, sodass die Spannung zwischen +2HV und -2HV umgeschaltet wird. Diese Spannungen können beispielsweise in den nachfolgend in Zusammenhang mit den Figuren 3 A und 3B erläuterten Aufbauten eine Verzögerung von +/- λ/8 bewirken. Alternative Schaltungen und Ansteuerungsmuster zur Anregung eines Kristalls einer Pockels- Zelle, insbesondere eines Puls-Pickers, mit (Hoch-) Spannungspulsen umfassen z.B. überlappend geschaltete Schaltvorgänge wie On A - On B - Off B - Off A. Letzteres Schaltmuster ist insbesondere für sehr kurze Schaltfenster geeignet. Allerdings kann dies eine Hochspannung HV erfordern, die für dieselbe Doppelbrechung doppelt so groß sein sollte (bei identisch an- genommenen Kristalleigenschaften).
Die Betrieb der Schaltungen zur Anregung gemäß den hierin offenbarten Konzepten erfolgt mit der Steuerungseinheit 9, die dazu ausgebildet ist, die hierin offenbarten Schaltkonzepte umzusetzen und die verschiedenen Schalter (siehe z.B. Hochspannungsschalter A, B in Fig. 2) zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, um die gewünschten Sequenzen von Nutz- und Kompen- sations-(Spannungs-)Pulsen am Kristall 5 A bereitzustellen. In der Ausführungsform der double-push-pull-Schaltung 25 gemäß Fig. 2 können mehrere Spannungsniveaus im Kilovoltbereich eingenommen werden. Allerdings kann, wie eingangs erläutert, die optische Eigenschaft nicht nur durch den elektrooptischen Effekt, sondern auch durch piezoelektrische Effekte in Zusammenhang mit variierenden Druckschwingungen im Kristall (nachteilig) beeinflusst werden. So können durch den piezoelektrischen Effekt mechanische Schwingungen elektrische Spannungen induzieren, die ihrerseits einen elektrooptischen Effekt zur Folge haben. Die hierin offenbarten Konzepte der Verwendung von Kompensationspulsen zielen auf eine Verbesserung der optischen Qualität des von einer Pockels-Zelle bereitgestellten Polarisationsfensters (z.B. im Fall der Fig. 1 des von der Pockels-Zelle 5 bereitgestellten Verstärkungsfensters während des Verstärkungsvorgangs). Dazu werden die Kompensationspulse zeitlich derart in der Sequenz von den das Pola- risationsfenster bestimmenden Nutz-Pulsen angeordnet, dass sie einer durch die Nutz-Pulse angeregten mechanischen Schwingung im Kristall der Pockels-Zelle entgegenwirken.
In den Figuren 3A und 3B werden beispielhafte Anordnungen gezeigt, in denen eine bzw. zwei Pockels-Zellen 5 zusammen mit Wellenplatten 31 im Strahlengang eines Laserstrahls 33 angeordnet werden, beispielhaft im Doppeldurchgang mittels eines Spiegels 35. In den Figuren 3A und 3B sind diese Anordnungen mit einem Strahlteiler 37 und einer Fotodiode 39 ergänzt, um die Eigenschaften des Polarisationsfensters, insbesondere dessen zeitliche Qualität, zu überprüfen. Der Aufbau gemäß Fig. 3A zeigt, wie mit einer Pockels-Zelle ein optischer Schalter realisiert werden kann. Dabei ist die Anregung des Kristalls derart ausgelegt, dass nach dem Doppeldurchgang durch die Wellenplatte 31 (z.B. eine λ/8-Wellenplatte) und den Kristall 5A (z.B. schaltbar als + /8-Wellenplatte bzw. -λ/8-Wellenplatte) während des Polarisationsfensters (z.B. angeregte Pockels-Zelle) keine Polarisationsänderung vorgenommen wird, während au- ßerhalb des Polarisationsfensters (z.B. nicht angeregte Pockels-Zelle) eine λ/2 -Wellenplatte vorliegt und der rückläufige Laserstrahl 33 am Strahlteiler 37 reflektiert wird. Der Aufbau gemäß Fig. 3A wurde als Testaufbau für die nachfolgend in Zusammenhang mit den Figuren 6A bis 6C beschriebenen Untersuchungen eingesetzt. Der Aufbau gemäß Fig. 3B ist im Vergleich mit dem Aufbau der Fig. 3A um eine Pockels- Zelle (z.B. ebenfalls schaltbar als + /8-Wellenplatte bzw. -λ/8-Wellenplatte) erweitert und wurde als Testaufbau für die nachfolgend in Zusammenhang mit den Figuren 4A bis 4C und 5A bis 5C beschriebenen Untersuchungen eingesetzt. Der Aufbau ist dabei derart ausgelegt, dass nach dem Doppeldurchgang durch die Wellenplatte 31 und zwei Kristalle 5 A während des Polarisationsfensters eine +3 λ/4- Wellenplatte und außerhalb des Polarisationsfensters eine -λ/4-Wellenplatte vorliegt, so dass bei idealem Schaltverhalten (insbesondere ohne Einfluss des piezoelektrischen Effekts und der daraus resultierenden mechanischen Schwingungen) kein Schaltvorgang im Signal der Fotodiode 39 sichtbar sein sollte.
Die in Pockels-Zellen verwendeten optischen Kristalle (z.B. BBO-, KDP-, KTP-Kristalle) weisen mehr oder weniger stark ausgeprägte piezoelektrische Eigenschaften auf. Dies führt dazu, dass das Anlegen einer elektrischen Spannung an den Kristall abhängig von der Polarität zu einer Expansion oder Kontraktion des Kristalls führt. Erfolgt die Änderung der elektrischen Spannung sehr schnell (z.B. innerhalb weniger Nanosekunden), so bilden sich akustische
Schockwellen aus, die im Kristall propagieren. Der Kristall selbst, der üblicherweise quaderförmig ausgeführt ist, stellt einen akustischen Resonator dar. Abhängig von den Abmessungen, der Geometrie und der Schallgeschwindigkeit des Kristalls kann dieser akustische Resonator mehrere Resonanzfrequenzen besitzen.
Wird die Pockels-Zelle nun bei oder nahe einer dieser Frequenzen (bzw. bei deren Subharmonischen) geschaltet, so kommt es zu konstruktiver Interferenz der einzelnen Schockwellen, was zum Aufschwingen einer oder mehrerer Resonanzen führen kann. Da das innere elektrische Feld des Kristalls (resultierend aus der akustischen Schwingung aufgrund des
Piezoeffekts) sich dem äußeren elektrischen Feld durch die angelegte Spannung überlagert, wird die Doppelbrechung des Kristalls mit der Resonanzfrequenz moduliert.
Ein sauberes Schalten zwischen definierten Polarisationszuständen wird dadurch erschwert. Überdies können die Kristalle durch starke Resonanzen mechanisch beschädigt/zerstört wer- den.
Wie nachfolgend gezeigt, kann das Aufschwingen der Resonanz jedoch verhindert werden, indem man die konstruktive Interferenz der Schockwellen im Kristall verhindert. Für die hierin offenbarte Umsetzung wird angenommen, dass beim Ein- und Ausschalten der Pockels- Zelle Schockwellen mit um 180° verschobener Startphase erzeugt werden und eine Dämpfung im Kristall vernachlässigt werden kann.
Entspricht die Zeit zwischen Ein- und Ausschalten einer Spannung nun genau (oder nahezu genau) der Periodendauern (oder einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer), so inter- ferieren die beiden Schockwellen destruktiv und das Anschwingen der Resonanz wird verhindert. Erweitert man dieses Konzept, so ist prinzipiell jede Kombination von einem oder mehreren Ein- und Ausschaltereignissen zielführend, sofern in Summe eine destruktive akustische Interferenz bewirkt wird.
In den nachfolgend beschriebenen Untersuchungen wurde zur Ansteuerung der Pockels-Zelle ein HV-Schalter nach dem double-push-pull-Prinzip von Bergmann (siehe Fig. 2) in dem Aufbau gemäß Fig. 3B verwendet. Mit einem frei programmierbaren Triggergenerator wurden beim normalen Betrieb die Kontrolleingänge 29 "On A" und "Off B" bzw. "Off A" und "On B" gleichzeitig geschaltet, so dass die Spannung zwischen +2HV und -2HV umgeschaltet wird, wobei eine Verzögerung von +/- λ/8 in den beiden Pockels-Zellen bewirkt wurde.
Die Figuren 4A bis 4C zeigen beispielhaft drei angeregte Resonanzen der untersuchten Pockels-Zelle, die mit der Fotodiode 39 im Aufbau der Fig. 3B gemessen wurden. Über die Zeit t (f) aufgetragen erkennt man jeweils ein Fotodiodensignal Rl, R2, R3 einer ersten, zweiten und dritten Resonanz mit Frequenzen von fRi = 147 kHz, fR2 = 345 kHz und fR3 = 600 kHz (Amplitude a in [a.u.]; Zeiteinheit in Fig. 4B doppelt so groß wie in Figuren 4A und 4C).
Ferner wird in den Figuren 4A bis 4C die Aktivierung der Kontrolleingänge 29 gezeigt. Man erkennt Einschaltpulse 41 (On A/Off B) und Ausschaltpulse 43 (Off A/On B), die Spannungsschaltvorgänge für die Ausbildung einer Sequenz von jeweils zwischen einem Paar von Ein- und Ausschaltpulsen liegenden Hochspannungspulsen (den Nutz-Pulsen) triggern. Dem Einschaltpuls 41 und dem Ausschaltpuls 43 ist somit jeweils ein Nutz-Spannungsschaltvorgang zugeordnet. (Allgemein ist hierin jedem Schaltpuls ein Spannungsschaltvorgang zugeordnet.) In Fig. 3A wurden zur Überhöhung der Resonanzen Hochspannungspulse von z.B. 3,2 kV verwendet. Dabei wurde die λ/8-Platte so gedreht, dass ohne Spannung an der Pockels-Zelle am Strahlteiler 50% reflektiert werden. Die Abhängigkeit zwischen Reflexion und Spannung ist eine Sinusfunktion, wobei die Empfindlichkeit im Wendepunkt am größten ist. Es bestätigt sich, dass die Anregung der Resonanzen am stärksten ist, wenn der Ausschaltpuls um eine halbe Resonanzperiode verzögert ist. In den Fotodiodensignalen Rl, R2, R3 erkennt man ferner Signalspitzen, die dadurch entstehen, dass bei einem Schaltervorgang der gewünschte, idealerweise nicht sichtbare Phasensprung nur endlich schnell von statten geht. Bzgl. der Resonanz bei fiu = 147 kHz zeigen die Fig. 5A bis 5C beispielhaft eine Unterdrückung mit zwei beispielhaft integrierten Kompensationspulssequenzen (siehe insbesondere Figuren 5B und 5C). Fig. 5A entspricht im Wesentlichen Fig. 4A, wobei für eine Sequenz von Nutzpulsen Spannungsschaltvorgänge mit Pfeilen 41 A und 43 A und eine Nutz-Pulsdauer TN mit einem Pfeil 45 im Fotodiodensignal Rl verdeutlicht sind. Die Nutz-Pulsdauer TN entspricht der halben Periode TRI der Resonanzfrequenz f^. Man erkennt die Intensitätsschwankungen des
Photodiodensignals Rl mit der Resonanzfrequenz fRi = 147 kHz.
In Fig. 5B wurde zur Unterdrückung des Resonanzeffekts eine Kompensationspulssequenz hinzugenommen, die aus Kompensations(spannungs-)pulsen besteht, von denen jeweils einer zwischen zwei Nutz -Pulsen vorgesehen ist. Man erkennt entsprechend weitere Paare von Schaltpulsen 47, 49, die zugeordnete Kompensations-Spannungsschaltvorgänge triggern. Es ergibt sich ein in seiner Schwankung wesentlich reduziertes Fotodiodensignal Rl'.
Im Fotodiodensignal Rl' ist durch Pfeile 47A und 49A eines der Paare von Schaltpulsen 47, 49 hervorgehoben. Die Schaltpulse 47, 49 bewirken den zugehörigen, einem der Nutz-Pulse nachfolgenden, Kompensationspuls. Eine Kompensations-Pulsdauer TK ist neben der
Nutzpuls-Dauer TN eingezeichnet.
Allgemein werden gegenläufige Spannungsschaltvorgänge zur Kompensation eines Nutz- Schaltvorgangs verwendet. D.h., aufgrund der gegenphasigen Anregung bei der Erhöhung bzw. Verringerung der angelegten Spannungsdifferenz folgt der (Ein-) Schaltpuls 47 des Kompensationspulses (On A/Off B) im Wesentlichen direkt (z.B. mit einer Verzögerung von 200 ns) nach dem Ausschaltpuls 43, und der (Aus-)Schaltpuls 49 des Kompensationspulses folgt mit einer Verzögerung, die der Nutzpulsdauer TN entspricht (hier 200 ns), nach dem Ausschaltpuls 43 (bzw. eine Resonanzperiode TRI = 2TN nach dem Einschaltpulse 41). Entsprechend werden die Schockwellen der Ausschaltpulse 43 quasi direkt kompensiert und die Schockwellen der Einschaltpulse 41 mit einer Verzögerung eines ganzzahligen Vielfachen der Resonanzperiode kompensiert. Die gewählten Zeitpunkte der Schaltpulse 47, 49 führen zu einem destruktiven Interferieren der mechanischen Schwingungen, die den sich wiederholenden Schaltvorgängen (der Sequenz von Nutz-Pulsen und der Sequenz von Kompensationspul- sen) zugeordnet sind. Man kann erkennen, dass die Resonanz bei 147 kHz auf diese Weise wirksam unterdrückt werden kann.
In Fig. 5C erkennt man ein weiteres Anregungskonzept, das mit HV-Schaltern umgesetzt werden kann, die mehrere Spannungsniveaus erlauben, beispielsweise wie die double-push- pull-Schaltung 25, die die beiden Elektroden von Pockels-Zellen getrennt schalten kann.
Im Speziellen wird, wie in Fig. 5C gezeigt, zur Unterdrückung des Resonanzeffekts eine Kompensationspulssequenz hinzugenommen, die aus Kompensations(spannungs-)pulsen be- steht, von denen jeweils zwei zwischen zwei Nutz-Pulsen vorgesehen sind. Man erkennt entsprechend weitere Paare von Schaltpulsen 51, 53, 55, 57. Es ergibt sich ein in seiner Schwankung ebenfalls reduziertes Fotodiodensignal Rl".
Man erkennt in Fig. 5C das erste Paar von (Ein- und Aus-) Schaltpulsen 51, 53, das durch Pfeile 51 A und 53 A im Fotodiodensignal Rl " verdeutlicht ist und einen dem Nutz-Puls nachfolgenden ersten Kompensationspuls bewirkt. Dabei folgt der (Ein-) Schaltpuls 51 des ersten Kompensationspulses ebenfalls im Wesentlichen direkt (z.B. mit einer Verzögerung von 200ns) nach dem Ausschaltpuls 43, und der (Aus-)Schaltpuls 53 des ersten Kompensationspulses erfolgt wie in Fig. 5B mit einer Verzögerung, die der Nutzpulsdauer TN entspricht, nach dem Ausschaltpulse 43 (bzw. eine Resonanzperiode TRI nach dem Einschaltpuls 41). Allerdings wird, bezugnehmend auf Fig. 2, nach dem Verstärkungsfenster des Nutz-Pulses zunächst nur Elektrode A geschaltet, also effektiv zwischen +2HV und 0HV geschaltet. Entsprechend sind die Pfeile 51A und 53 A halb so lang wie die Pfeile 41 A und 43 A. Durch die reduzierte Spannung wird die akustische Schockwelle des ersten Kompensationspulses redu- ziert, z.B. sie kann nur noch halb so stark ausgeprägt sein. Entsprechend würde ein Resonator in einer regenerativen Verstärkungseinheit, wenn nur ein derartig reduzierter Kompensationspuls folgt, nur noch teilweise geschlossen werden.
Da die akustischen Schockwellen der ersten Kompensationspulse kleiner sind als die der Nutz-Pulse, wird in der Ausführung gemäß Fig. 5C für eine effektivere Auslöschung ein weiteres Paar von (Ein- und Aus-)Schaltpulsen 55, 57, die durch Pfeile 55A und 57A im
Fotodiodensignal Rl" verdeutlicht sind, vorgesehen. Die Schaltpulse 55, 57 bewirken einen zweiten Kompensationspuls. Dabei ist das Paar von Schaltpulsen 55, 57 gegenüber dem Paar von Schaltpulsen 51, 53 im Wesentlichen um eine Resonanzperiode TRI verzögert. Jedoch kann der (Ein-) Schaltpuls 55 hinsichtlich des Ausschaltpulses 43 exakt um eine Resonanzperiode TRI verzögert sein. Allgemein ist wichtig, dass das Pulspaar 55/57 gegenüber dem Pulspaar 51/53 um n* TRI verzögert ist (mit n als ganze Zahl). Alle anderen Zeiten ergeben sich entsprechend. Im Ergebnis können sich so alle schwingungsanregenden Impulse in Sum- me aufheben. Um die die double-push-pull-Schaltung 25 gleichmäßig zu belasten, kann für den zweiten Kompensationspuls zum Beispiel die Elektrode B verwendet werden.
Zusammenfassend werden also ein Paar von Schaltpulsen voller Amplitude (für den Nutz- Puls) und zwei Paare von Schaltpulsen halber Amplitude (für die beiden Kompensationspulse) überlagert. Beispielsweise ist die Spannungsänderung eines der Kompensationsspannungs- schaltvorgänge in der Größenordnung eines Bruchteils der Spannungsänderung des Spannungsschaltvorgänge des Nutz-Pulses (N) - in Abhängigkeit der Anzahl der Kompensationspulse. Die Ausführungsform der Anregung gemäß Fig. 5C hat den weiteren Vorteil, dass bei einer Verwendung in einem regenerativen Verstärker kein zweites Verstärkungsfenster erzeugt wird.
Dies steht im Unterschied zu den beiden Polarisationsfenstern, die durch die Ein- und Aus- schaltpulse 41, 43 und Ein- und Ausschaltpulse 47, 49 in der Ausführungsform der Anregung gemäß Fig. 5B vorliegen. In letzterem Fall könnte ein Laserpuls, der sich während des Kompensationspulses im Resonator befindet, verstärkt werden. Um dies zu verhindern, kann bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 5B, die sich mit einfacheren Schaltungen umsetzen lässt, der in Fig. 1 gezeigte Puls-Picker 11 gezielt nur Pulse im Polarisationsfenster des Nutz-Pulses in die Verstärkungseinheit 3A einkoppeln.
Allgemein erkennt man, dass die Kompensation für eine Anwendung in einer regenerativen Verstärkungseinheit derart gestaltet sein sollte, dass, obwohl der Resonator nur noch teilweise geschlossen ist, beispielsweise bei einem Scheiben-Verstärker die Verluste noch ausreichend groß sind, um eine Verstärkung außerhalb des Verstärkungsfensters zu verhindern.
Mit Blick auf die Figuren 5A bis 5C erkennt man, dass die Fotodiodensignale Rl' und Rl" im Vergleich zum Fotodiodensignal Rl wesentlich gleichmäßiger sind und damit näher an der idealen„flachen" Kurve liegen. D.h., die negativen Effekte der piezoelektrisch erzeugten Schockwellen wurden durch die Anregung über die Kompensationspulssequenz reduziert. Entsprechend wird eine gleichmäßigere Wirkung der Pockels-Zelle auf die Laserstrahlung während des Polarisationsfensters bereitgestellt. Die Fig. 6A bis 6C zeigen beispielhaft für drei Verstärkungszeiten (1 μβ, 4 , 6 μβ) die ausgekoppelte Intensität eines cw-Laserstrahls im Aufbau der Fig. 3A mit einer Pockels-Zelle, die eine Resonanzeigenschaft bei einer Resonanzperiode von 6,8
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von 147 kHz aufweist. Die Intensitäten wurden jeweils mit der Fotodiode 39 gemessen. Für jede der drei Verstärkungszeiten wurde die Resonanzanregung der Pockels-Zelle nicht kompensiert (dargestellt durch die (Photodiodensignal-) Kurven 0i, 04, 06), mit einem Kompensationspuls kompensiert (dargestellt durch die Kurven I i, 14, 16) und mit zwei Kompensationspulsen kompensiert (dargestellt durch die Kurven 2ls 24, 26). Dabei sind die jeweiligen (Ein- und Aus-) Schaltpulse 47, 49 für die Kompensation mit einem Kompensationspuls (Kurven \ \, 14, 16) zur Verdeutlichung des Anregungskonzepts im unteren Bereich der Figuren gezeigt.
In Fig. 6A verdeutlicht Kurve 0i die Sequenz von Nutz-Pulsen N mit Pulsdauern TN von 1 μβ und einer Nutz-Periodendauer TPN. Die Nutz-Pulse N sind dadurch erkennbar, dass das Kompensationsfenster die halbe Amplitude bzgl. des Nutzfensters aufweist. Ferner erkennt man Schwankungen im Fotodiodensignal, die den Signalverläufen überlagert sind und auf die An- regung der Resonanz mit der Resonanzperiode von 6,8 μβ zurückgehen. D.h., die Nutz- Periodendauer Tp, N ist derart gelegen, dass eine resonante Anregung von akustischen Schwingungen im Kristall 5A durch die Nutz-Pulse erfolgt.
Analog verdeutlichen in den Figuren 6B und 6C die Kurven 04 und 06 die Sequenz von Nutz- Pulsen N mit Pulsdauern TN von 4 μβ bzw. 6 μβ.
Zurückkehrend zur Fig. 6A, erkennt man auch in der Kurve 11 die Sequenz von Nutz-Pulsen N, wobei sich direkt anschließend ein zweites (längeres) Polarisationsfenster öffnet, das dieselben optischen Eigenschaften wie das Nutzfenster aufweist, da die gleiche Spannung ge- schaltet wird. Das Polarisationsfenster geht auf die (Ein- und Aus-)Schaltpulse 47, 49 zurück, die das Polarisationsfenster (hierin auch als Kompensationsfenster K bezeichnet) mit dem gleichen Polarisationszustand wie während des Nutz-Polarisationsfensters direkt nach dem Ausschaltpuls 43 öffnen und nach einer Resonanzperiode TRI ab dem Einschaltpuls 41 wieder schließen (Dauer TK des Kompensationspulses K somit ca. 5,8 μβ). Analog verdeutlichen in den Figuren 6B und 6C die Kurven 14 und 16 die Sequenz von Nutz- Pulsen N mit Pulsdauern TN von 4 bzw. 6 μβ, in denen jeweils eine Sequenz von Kompensationspulsen mit einem Kompensationspuls für jeden Nutz -Puls derart angeordnet ist, dass die Kompensationspulse K, insbesondere deren Schaltvorgänge, einer durch die Nutz-Pulse N angeregten mechanischen Schwingung im Kristall der Pockels-Zelle entgegenwirken. Aufgrund der verlängerten Nutz-Pulsdauern verkürzt sich die Dauer TK des Kompensationspulses K auf ca. 2,8 bzw. ca. 0,8 μβ. Man erkennt am gleichmäßigen Signalrückgang während des gesamten Polarisationsfensters des Nutz-Pulses in den Kurven I i, 14, 16, dass das Überlagerungsprinzip zur Resonanzkompensation bei jeder der getesteten Verstärkungszeiten funktioniert. Kennt man die Resonanzfrequenzen der Pockels-Zelle, kann man die Verzögerungen für die zusätzlichen Schaltimpulse für jede Verstärkungszeit und Repetitionsrate leicht automatisch berechnen.
Allerdings erkennt man auch, dass sich ein möglicherweise störender Einfluss des Kompensationsfensters optisch auswirken kann, insbesondere wenn die Resonanzperiode vergleichbar mit oder wesentlich größer als die Nutz-Dauer ist. Dieser Einfluss kann durch mehrere Kompensationspulse mit reduzierter Amplitude reduziert werden.
Ein Vorgehen mit zwei Kompensationspulsen Kl, K2 wird anhand der Kurve 2i in der Fig. 6A erläutert. Man erkennt wiederum die Sequenz von Nutz -Pulsen N und ein sich direkt anschließendes Kompensationsfenster (Kompensationspuls Kl). Die Dauer dieses ersten Kompensationsfensters/des Kompensationspulses Kl ist vergleichbar mit der Dauer des Kompen- sationsfensters der Kurve . (Dies gilt analog für die Dauer der ersten Kompensationsfenster der Kurve 14 sowie der Kurve 16.) Man erkennt wieder die reduzierte Spannungsänderung während des ersten Kompensationspulses Kl .
Mit einer Verzögerung entsprechend der Resonanzperiode TR folgt dann ein zweites Kompen- sationsfenster (zweiter Kompensationspuls K2), ebenfalls mit reduzierter Spannungsänderung. Hinsichtlich der Zeiten wird u.a. auf die vorausgehende Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit Fig. 5C, verwiesen. Das zweite Polarisationsfenster geht auf die Schaltpulse 55, 57 zurück. Aufgrund der Reduzierung der Spannungsänderung ergibt sich in den Kompen- sationsfenstern ein Polarisationszustand, der sich von dem während des Nutz-Pulses vorliegenden Polarisationszustand unterscheidet.
Analog verdeutlichen in den Figuren 6B und 6C die Kurven 24 und 26 die Sequenz von Nutz- Pulsen N mit Pulsdauern TN von 4 bzw. 6 μβ, in denen jeweils eine Sequenz von Kompensationspulsen mit zwei Kompensationspulsen Kl, K2 für jeden Nutz-Puls N derart angeordnet ist, dass die Kompensationspulse Kl, K2, insbesondere deren Schaltvorgänge, einer durch die Nutz-Pulse N angeregten mechanischen Schwingung im Kristall der Pockels-Zelle entgegenwirken. Aufgrund der verlängerten Nutz-Pulsdauern verkürzt sich die Dauer der Kompensati- onspulse Kl, K2 wieder auf ca. 2,8 bzw. ca. 0,8 μβ.
Auch für die Sequenz von Kompensationspulsen mit zwei Kompensationspulsen Kl, K2 erkennt man am gleichmäßigen Signalrückgang während des gesamten Polarisationsfensters der Kurven 2 24, 26, dass das Überlagerungsprinzip bei jeder der getesteten Verstärkungszeiten funktioniert.
In den Figuren 7A und 7B sind Sequenzen von kombinierten Nutz-Spannungspulsen und Kompensationsspannungspulsen gemäß den vorausgehenden Ausführungsbeispielen beispielhaft und schematisch dargestellt, wobei die Sequenzen zur Anregung eines Kristalls einer Pockels-Zelle z.B. für eine Polarisationseinstellung vorgenommen werden können. So erkennt man jeweils eine Sequenz von Nutz-Spannungspulsen N, die in einem Zeit (t)-Spannung (U)- Diagramm aufgetragen sind. Die Ansteuerung wird hinsichtlich einer mechanischen Wirksamkeit durch die Schaltflanken der Spannungsverläufe der Nutz-Spannungspulse und der Kompensationspulse bestimmt. Diese werden wie hierin offenbart derart ausgelegt, dass ihre zeitlichen Verläufe und ihre zeitlichen Positionen relativ zu den Nutz-Spannungspulsen so gestaltet sind, dass sie akustische Ereignisse im Kristall induzieren, die mit akustischen Ereignissen im Kristall, welche durch die Nutz-Spannungspulse verursacht werden, destruktiv interferieren. Dabei kann der zeitliche Verlauf insbesondere durch eine Anstiegszeit oder eine Abfallzeit einer Schaltflanke bestimmt werden.
In Fig. 7A sind ferner jeweils direkt auf einen der Nutz-Spannungspulse nachfolgende Kompensationspulse K gezeigt, die einer Resonanz entgegenwirken. Im Unterschied dazu sind in Fig. 7B die jeweils direkt auf einen der Nutz-Spannungspulse nachfolgenden Kompensationspulse Kl mit reduzierter Spannung dargestellt und es folgt jeweils ein zweiter Kompensati- onspuls K2, der derart zeitversetzt angelegt wird, dass er zum Beispiel der gleichen Resonanz entgegenwirkt.
Es sei angemerkt, dass, kennt man die Resonanzfrequenzen der Pockels-Zelle, die Verzöge- rungen für die zusätzlichen Schaltimpulse für jede Verstärkungszeit und Repetitionsrate leicht automatisch berechnet werden können.
In weiteren Ausführungsformen kann die zeitliche Einstellung für die Kompensationspulse im Betrieb variiert werden. Dabei werden z.B. in einer Gruppe von aufeinanderfolgenden Ver- Stärkungsfenstern bei jedem einzelnen Verstärkungsfenster die zusätzlichen Paare von Schaltpulsen zeitlich so platziert, dass unterschiedliche Resonanzen bekämpft werden. Bei ausreichender Dämpfung bzw. Vermeidung der Resonanzen im Kristall selbst, können so u.U. mehrere Resonanzen gleichzeitig gedämpft werden. Die zu dämpfenden Resonanzen können dann z.B. gezielt, auf Basis von Messungen der Resonanzeigenschaften, gewählt werden. Überdies kann ferner durch einen geeigneten Algorithmus die Wahl einer Ziel-Resonanz quasi zufällig während des Betriebs vorgenommen werden, um so durch die jeweils zufällige Dämpfung einer mechanischen Schwingung eine breitbandige Dämpfung umzusetzen.
Derartige unterschiedliche Pulsstrategien werden in Fig. 7C schematisch verdeutlicht. So wer- den nach dem ersten dargestellten Nutz-Puls N drei Kompensationspulse Κ', K", K" gezeigt, die in der Spannung reduziert sind und einer oder mehreren Resonanzfrequenzen entgegenwirken. Nach dem zweiten dargestellten Nutz -Puls N wird nur ein Kompensationspuls K"" größerer Länge geschaltet und nach dem dritten dargestellten Nutz -Puls N wird ein Kompensationspuls K - ähnlich dem aus Fig. 7A - geschaltet. Man erkennt, dass durch die Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten eine, mehrere oder eben auch eine breitbandige Unterdrückung von Resonanzeffekten auf den durch eine Pockels-Zellenschaltung bewirkten Polarisationszustand umgesetzt werden kann.
Allgemein sind die Schaltvorgänge, insbesondere der erste Schaltvorgang und der zweite Schaltvorgang der Nutz-Pulse und optional auch die Kompensationsschaltvorgänge, zum Bewirken einer Änderung einer elektrischen Polarisation im Kristall der Pockels-Zelle ausgebildet. Ferner sind die hierin angesprochenen Spannungsschaltvorgänge Umpolungsvorgänge einer an der Pockels-Zelle anliegende Spannung, beispielsweise von +HV nach -HV. Die hierin offenbarten Konzepte sind insbesondere dann relevant, wenn die Änderung einer elektri- sehen Polarisation im Kristall der Pockels-Zelle über einen piezoelektrischen Effekt zu einer Größenänderung des Kristalls, und damit zu akustischen Schwingungen und Resonanzen im Kristall führt. Das Vorsehen von Kompensationspulsen bewirkt dann gerade eine Reduzierung der Ausbildung von akustischen Schwingungen und Resonanzen im Kristall.
In Abhängigkeit von der Implementierung und den physikalischen Gegebenheiten kann hierin unter Kompensieren sowohl eine teilweise Kompensation als auch eine vollständige Kompensation verstanden werden.
Neben den angesprochenen schnellen Schaltvorgängen im ns-Bereich bei den Kompensationspulsen, die Gegenschwingungen anregen, können die Kompensationspulse auch langsamere Schaltvorgänge aufweisen, beispielsweise einen langsameren Abfall auf einen zweiten Spannungswert, von dem aus dann wieder schnell geschaltet wird. Letzteres kann mit im Vergleich zur Fig. 2 aufwändigeren Schaltungskonzepten umgesetzt werden.
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. Verfahren zur Anregung eines Kristalls (5 A) einer Pockels-Zelle (5) mit Hochspannungspulsen für eine Polarisationseinstellung von den Kristall (5A) durchlaufender elektro- magnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung (33), mit
Anlegen einer Sequenz von Nutz-Spannungspulsen (N) an den Kristall (5A), die jeweils eine Nutz-Periodendauer (TPj N) und eine Nutz-Pulsbreite (TN) aufweisen und zur Induzierung einer Doppelbrechung des Kristalls (5A) über eine elektrische Polarisation im Kristall für die Polarisationseinstellung der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der Laserstrahlung (33), ausgebildet sind, und
Anlegen einer Sequenz von Kompensationspulsen (K, Kl, K2) an den Kristall (5A), die jeweils einen Spannungsverlauf aufweisen, wobei die Sequenz von Kompensationspulsen (K, Kl, K2) zeitlich derart mit der Sequenz von Nutz-Spannungspulsen (N) überlagert ist, dass die Spannungsverläufe der Kompensationspulse (K, Kl, K2) einer Anregung einer me- chanischen Schwingung im Kristall (5A) der Pockels-Zelle (5) durch die Nutz- Spannungspulse (N) entgegenwirken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
Schaltflanken der Spannungsverläufe der Kompensationspulse (K, Kl, K2) als mechanisch wirksamen Anteile der Spannungsverläufe der Kompensationspulse (K, Kl, K2) derart ausgelegt sind, dass ihre zeitlichen Verläufe und ihre zeitlichen Positionen relativ zu den Nutz- Spannungspulsen (N) so gestaltet sind, dass die Schaltflanken akustische Ereignisse im Kristall induzieren, die mit akustische Ereignissen im Kristall (5A), welche durch die Nutz- Spannungspulse (N) verursacht werden, destruktiv interferieren, wobei der zeitliche Verlauf insbesondere durch eine Anstiegszeit oder eine Abfallzeit einer Schaltflanke bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei
die Nutz-Spannungspulse (N) jeweils einen ersten Spannungsschaltvorgang (41) zur Einstellung einer Nutz-Spannung und einen zweiten Spannungsschaltvorgang (43) zum Beenden des Vorliegens der Nutz-Spannung aufweisen und mindestens einer der Schaltvorgänge (41, 43), dazu geeignet ist, die mechanische Schwingung des Kristalls der Pockels-Zelle anzuregen, und insbesondere eine akustische Schockwelle zu bewirken, und
wobei der Spannungsverlauf der Kompensationspulse (K) mindestens einen Kompensationsschaltvorgang (47, 49, 51, 53, 55, 57) zur Anregung einer der durch die Nutz-Spannungspulse (N) anregbaren mechanischen Schwingung entgegenwirkenden Schwingung aufweist, wobei die entgegenwirkende Schwingung zu der durch die Nutz-Spannungspulse (N) anregbaren mechanischen Schwingung phasenverschoben ist, insbesondere mit einer Phasenverschiebung im Bereich von 135° bis 225°, und insbesondere zu einer destruktiven Interferenz mit der durch die Nutz-Spannungspulse (N) angeregten mechanischen Schwingung führt, und wobei optional die Phasenlage gewählt wird, um eine Dämpfung zu optimieren und bei gedämpften Schwingungen eine Überkompensation zu reduzieren und insbesondere zu verhindern.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Kristall (5A) der Pockels-Zelle (5) mindestens eine akustische Resonanzfrequenz (fR1, fR2, fR3) aufweist, die insbesondere durch Abmessungen wie das Ausmaß des Kristalls (5 A) zwischen Elektroden (7) zur Spannungsanlegung, Kristalltyp, Kristallform, Kristallschnitt, einem anliegenden E-Feld-Vektor und/oder einer Streuung in ursprünglich nicht angeregte Raumachsen bestimmt ist, und
wobei die Sequenz von Nutz-Spannungspulsen (N) aufgrund der Nutz-Periodendauer (TPj N) prinzipiell zu einer Anregung von Resonanzen des Kristalls (5 A) mit der mindestens einen akustischen Resonanzfrequenz (fR1, fR2, fR3) geeignet ist, und die Sequenz von Kompensationspulsen (K) dazu ausgebildet ist, die Anregungen von Resonanzen im Kristall (5 A) zur reduzieren, insbesondere zu verhindern.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Spannungsverlauf der Kompensationspulse (K, Kl , K2) jeweils einen ersten Kompensati- onsspannungsschaltvorgang (47, 51 , 55) und einen zweiten Kompensationsspannungsschalt- vorgang (49, 53, 57) aufweist, und
wobei der erste Kompensationsspannungsschaltvorgang (47, 51 , 55) im Wesentlichen zeitgleich oder mit einer Zeitverzögerung, die im Wesentlichen einer Periode (TRI) oder einem Vielfachen der Periode (TR1) einer Resonanzfrequenz (fR1, fR2, fR3) des Kristalls (5A) der Pockels-Zelle (5) entspricht, nach dem zu kompensierenden Spannungsschaltvorgang (43) erfolgt, und/oder
der zweite Kompensationsspannungsschaltvorgang (49, 53, 57) mit einer Zeitverzögerung, die im Wesentlichen einer Periode (TR1) oder einem ganzzahligen Vielfachen der Periode (TR1) einer Resonanzfrequenz (fR1, fR2, fR3) des Kristalls (5A) der Pockels-Zelle (5) entspricht, nach dem zu kompensierenden Spannungsschaltvorgang (41) und im Anschluss an den zugehörigen ersten Kompensationsspannungsschaltvorgang (47, 51 , 55) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Zeitverzögerung zwischen einem der Nutz-Spannungspulse (N) und dem sich direkt an diesen Nutz-Spannungspuls (N) anschließendem Kompensationspuls (K, Kl) im Wesentli- chen Null ist, damit die Spannungsschaltvorgänge (43) am Ende des Nutzpulses (N) und am Anfang des Kompensationspulses (K, Kl) im Wesentlichen zur gleichen Zeit erfolgen, so dass sich die zugehörigen Schwingungsanregungen kompensieren, und/oder
wobei zur Kompensation Spannungsschaltvorgänge verwendet werden, die einen zu dem zu kompensierenden Nutz- Schaltvorgang inversen Spannungsgradienten aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei,
wenn die Sequenz von Kompensationspulsen (K, Kl, K2) eine Mehrzahl von Kompensationspulsen (Kl, K2) für einen Nutz-Spannungspuls (N) aufweist, der Beginn mindestens eines der nachfolgenden Kompensationspulse (K2) um ein ganzzahliges Vielfaches der Resonanzperio- de (TRI) bzgl. des Beginns des ersten Kompensationspulses verzögert ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Spannungsverlauf eines der Kompensationspulse (K, Kl) einen Kompensationsspan- nungsschaltvorgang (47, 51) aufweist, der mit einem Zeitversatz von maximal 12,5% der Re- sonanzperiode (TRI) des Kristalls (5A), zum Beispiel von maximal 5% bis 10%, und insbesondere von minimal 1% der Resonanzperiode (TRI) des Kristalls (5A), zum Beispiel von 2% bis 5%, nach dem zweiten Spannungsschaltvorgang (43) erfolgt, und/oder
wobei der Spannungsverlauf eines der Kompensationspulse (K) einen Kompensationsspan- nungsschaltvorgang aufweist, der mit einem Zeitversatz von maximal 12,5% der Resonanzpe- riode (TRI) des Kristalls (5A), zum Beispiel von maximal 5% bis 10%, und insbesondere von minimal 1% der Resonanzperiode (TRI) des Kristalls (5A), zum Beispiel von 2% bis 5%, bzgl. eines ganzzahligen Vielfachens der Resonanzperiode (TRI) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Kompensationspulse (K, Kl, K2) Polarisationsfenster ausbilden, deren Beginn bei einem Zeitversatz von maximal 12,5% der Nutz-Periodendauer relativ zu einer Verzögerung von einem ganzzahligen Vielfachen der Resonanzperiode bzgl. des zweiten Spannungsschaltvorgang des Nutzfensters und deren Ende bei einem ganzzahligen Vielfachen der Resonanzperiode bzgl. des Beginns des Nutzfensters liegt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
mindestens einer der Spannungsschaltvorgänge der Nutz-Spannungspulse (N) und der Kompensationspulse (K, Kl, K2) eine sprunghafte Spannungsänderung, insbesondere im Bereich von einigen Hundert Volt bis zu einigen Kilovolt, umfasst, und
wobei optional die Spannungsänderung eines der Kompensationsspannungsschaltvorgänge in der Größenordnung der Spannungsänderung des Spannungsschaltvorgangs des Nutz- Spannungspulses (N), insbesondere vergleichbar oder ein Bruchteil desselben, ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei
die Spannungsänderung der Kompensationsspannungsschaltvorgänge eines Kompensationspulses (Kl, K2) im Vergleich zur Spannungsänderung des ersten Nutzspannungsschaltvor- gangs (41) und/oder des zweiten Nutzspannungsschaltvorgangs (43) reduziert ist, und die Kompensation optional mit mindestens einem, einen weiteren Kompensationspuls (K2) bil- denden, Kompensationsspannungsschaltvorgang ergänzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei
die Reduzierung der Spannungsänderung der Kompensationsspannungsschaltvorgänge (51 , 53, 55, 57) im Vergleich zur Spannungsänderung des ersten Spannungsschaltvorgangs (41) und/oder des zweiten Spannungsausschaltvorgangs (43) mindestens so groß ist, dass die reduzierte Spannungsänderung zwischen den Kompensationsspannungsschaltvorgängen, insbesondere bei einer Resonator-internen Anwendung der Pockels-Zelle (5), beispielsweise in einer regenerativen Verstärkungseinheit (3A, 3B), einen (Laser-) Strahlungsverlust im optischen Strahlengang, insbesondere eines Lasersystems, bewirkt, der insbesondere den Zielbetrieb des Lasersystems ermöglicht.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
mehrere Resonanzfrequenzen durch Bereitstellen von mehreren und/oder von zeitlich im Verlauf der Sequenz von Nutz-Spannungspulsen (N) wechselnden Kompensationspulsen (K, Kl, K2) kompensiert werden und
wobei optional Kompensationspulse zufallsgesteuert für einen Satz von bekannten Resonanzfrequenzen (fRi, fR2, fR3) die Sequenz von Kompensationspulsen bilden oder die Anregung von Resonanzen durch völlig zufällig vorgesehene Kompensationspulse zu verhindern, wobei die Periodizität durch ein entsprechend erzeugtes zusätzliches Rauschen zerstört wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit dem Schritt elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, selektiv zum Zeitpunkt der Nutz- Spannungspulse (N) und optional synchron mit der Nutz -Periodendauer (TP, N) in einen optischen Strahlengang durch die Pockels-Zelle (5) einzukoppeln.
15. Verstärkungseinheit, insbesondere regenerative Verstärkungseinheit (3A, 3B), mit einem Verstärkungsmedium,
einer optischen Schaltereinheit mit einer Pockels-Zelle (5) und mit einem Polarisationsstrahlteiler (37) zur Ausbildung eines optischen Schalters und
einer Steuerungseinheit (9) zur Ansteuerung der Pockels-Zelle (5) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
16. Verstärkungseinheit nach Anspruch 15 , wobei
die optische Schaltereinheit ferner eine double-push-pull-Einheit (25) zur Spannungsversorgung der Pockels-Zelle (5) und/oder eine Trigger-Einheit zum zeitlich freien Einstellen der Nutz-Spannungspulse (N) und der Kompensationspulse (K, Kl, K2) aufweist.
17. Verstärkungseinheit nach Anspruch 15 oder 16, ferner mit
einem Puls-Picker (11) zur Einkopplung von gepulster elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Laserpulsen, in einem durch die Nutz-Spannungspulse (N) gegebenen Zeitfenster, insbesondere um vorzubeugen, dass während der Kompensationspulse (K, Kl, K2) ein optischer Puls in der Verstärkungseinheit umläuft.
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