WO2019201791A1 - Pulse length adjustment unit, laser system and method for adjusting the pulse length of a laser pulse - Google Patents

Pulse length adjustment unit, laser system and method for adjusting the pulse length of a laser pulse Download PDF

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Andreas Enzmann
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Trumpf Laser Gmbh
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/023Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system for extending or folding an optical path, e.g. delay lines
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/12Reflex reflectors
    • G02B5/122Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type

Definitions

  • Pulse length adjustment unit Pulse length adjustment unit, laser system and
  • the present invention relates to a unit for pulse length adjustment by adjusting the dispersion in an electromagnetic beam having a spectral width, for example, a pulsed laser beam.
  • the unit for pulse length adaptation can be designed for example as Pulskompressoriser and / or as a pulse-stretching unit of a laser system.
  • Laser pulses have a spectral width which determines the achievable minimum duration of the laser pulse.
  • the dispersion of the material passed through and possibly a self-phase modulation at high peak powers lead to a divergence of the spectral components, so that, in particular for short and ultrashort laser pulses with pulse duration in the ps range and shorter usually, dispersion adaptation of the optical path is undertaken .
  • Optical constructions which counteract a dispersive broadening of the pulse duration are referred to herein as pulse compressor units. Examples of such dispersion adjusting units include e.g.
  • Grating pair or prism pair-based compressor units short: grating or prism compressors
  • a Auffächem here called angular dispersion of the spectral components of the laser pulse in a deflection of the grating or prisms to produce under defenceli chen optical path lengths.
  • amplified pulses can lead to high intensities, which can cause, inter alia, non-linear effects such as self-focusing, eg in the amplifier laser medium.
  • non-linear optical effects can adversely affect the beam and pulse quality and accordingly the entire amplification process.
  • amplifier configurations are designed such that either an actively stretched laser pulse is amplified or the pulse extension occurs during the amplification process.
  • Optical structures of such dispersion adjusting units which cause a dispersive broadening of the pulse duration of a laser pulse are referred to herein as pulse stretching units.
  • dispersion adaptation units include, for example, grating pair or prism pair-based excursion units (in short: grating or prism spacers) which produce an angular dispersion opposite, for example, to a later used pulse compressor unit, for example with an integrated lens system.
  • the basic parameter in lattice or prism compressors and grating or prism stretching is the extent of spectral fanning. This depends, for example, on the lattice constants of the grid used or the refractive index of the prism used and on the spacing of the gratings or prisms.
  • the dispersion can be set by the spacing of the gratings or prisms, which determines the path length differences produced on the basis of the angular dispersion.
  • the phase accumulated by the diffraction contributes to the dispersion.
  • the better the dispersion can be compensated the closer the pulse duration can approach the spectrally achievable pulse duration.
  • the above concepts for pulse stretching and pulse compression in the so-called CPA are used to generate ultrashort pulses with high pulse energies.
  • CPA chirped pulse amplification
  • an input laser pulse of a fiber laser is stretched in time (eg, in a fiber-based expander or in a grating spacer), amplified in a fiber gain purity, and then time compressed (eg, in a grating compressor).
  • time e.g. in a fiber-based expander or in a grating spacer
  • time compressed e.g. in a grating compressor
  • Similar constructions for generating (ultra-) short pulses may e.g. in machine tools based on disk laser systems.
  • very precise and technically demanding compression is required to reverse the dispersive divergence of the spectral components.
  • One aspect of this disclosure is based on the object of providing a structure in the case of dispersion adaptation in, for example, grating pair and prism pair-based pulse length adjusting units, in which the beam quality of the output beam is maintained.
  • a further aspect of the invention is based on the object of providing a dispersion adjustment in the case of gene pulse length adjustment units, which has the least possible impact on the beam quality and the beam path after the dispersion adjustment unit. Furthermore, an easily controllable adjustability of the dispersion is desired.
  • At least one of these objects is achieved by a pulse length adjusting unit according to claim 1, by a laser system according to claim 18 and by a method according to claim 20. Further developments are specified in the subclaims.
  • a pulsed laser beam pulse length adjusting unit having a spectral width includes first and second dispersive elements for producing angular dispersion in an angular dispersion range limited by the dispersive elements.
  • individual spectral components of the laser beam are assigned optical paths which run at least in sections at an angle to one another.
  • the pulse length adjusting unit further comprises a first and a second 3-area reflector, wherein each of the 3-area reflectors is arranged in the beam path between the first and the second dispersive element.
  • Each of the 3-surface reflectors has three reflection surfaces. The laser beam is reflected by each of the 3-plane reflectors by three successive reflections of the laser beam at the respective three reflection surfaces.
  • each of the 3-surface reflectors there is a directional deflection in the range of 150 ° to 210 ° and a beam offset.
  • a rotation about the beam axis of the laser beam can be achieved e.g. at an angle in the range of 150 ° to 210 °.
  • Substantially complete directional reversal can be accomplished using a comer-cube reflector.
  • directional deflections can be set in the range of 160 ° to 200 ° or in the range of 170 ° to 190 °, in particular to provide substantially back reflection-type reflectors.
  • a laser system comprises a laser pulse source for generating spectrally broad laser pulses and at least one Pulshavenanpas sungsaku as described above for pulse compression, pulse stretching and / or pulse optimization of the spectrally wide laser pulses.
  • a method for pulse length adjustment of a laser pulse having a pulse length adjusting unit as described above is disclosed.
  • the pulse length adjustment The detection unit has a first and a second dispersive element for generating angular dispersion and a first and a second 3-area reflector, wherein each of the 3-area reflectors is arranged in the beam path between the first and the second dispersive element.
  • the method comprises the step of displacing the first and / or the second dispersive element to adjust the path of the optical path between the first and the second dispersive element.
  • the path length of the optical path between the first and the second dispersive element can be set as a function of a pulse duration-dependent measurement signal, a pulse power parameter, a peak pulse power parameter and / or a pulse energy parameter by shifting at least one of the 3-surface reflectors.
  • At least one of the three-surface reflectors has three mutually fixed reflective surfaces, which form an optical reflector unit and are arranged relative to one another such that the laser beam experiences three successive reflections on the three reflective surfaces. These cause the directional deflection of the laser beam with a two-stage beam offset.
  • Two-stage here refers to a first offset between the first two reflective surfaces and a second offset between the last two reflective surfaces. The two offsets are obviously in non-parallel directions.
  • the beam offset is such that the laser beam incident on the at least one of the three-surface reflectors and the laser beam emerging from the at least one of the three-surface reflectors (in particular the associated beam axis sections of the central wavelength of the laser pulse) are considered to be reflected back within the scope of the design are. This is the case, for example, when the beam axis sections (with reflective surfaces oriented at 90 ° to one another) run parallel to one another. Furthermore, this is the case when the beam axis sections intersect in an intersection angle range of 0 ° to 30 °.
  • the Strahlachsenab sections can run each other skewed, the skewed arrangement is such that a displacement of one of the two laser beams in the direction of the distance of the laser beams to intersecting rays in an angle range of 0 ° to 30 ° leads.
  • At least one of the 3-surface reflectors has reflector surfaces which extend in pairs substantially orthogonally to each other.
  • at least one of the 3-surface reflectors may be formed as a prism modified on a side surface, which has a beam inlet and outlet surface. che, a reflective planar side surface and formed as a reflective roof edge prism area. Optionally, it may also have upper and lower sides extending substantially along the deflecting direction.
  • the modified prism may be formed as a rectangular prism and two reflective side surfaces of the roof edge prism are perpendicular to each other and formed perpendicular to the plane side surface.
  • the pulse length adjusting unit as many reflection surfaces as possible, that is to say, for example, the planar side surface and the side surfaces of the roof edge prism, are coated in such a reflective manner that, if possible, the spectral width of the laser beam is completely reflected.
  • the jet inlet and outlet surface can be coated with anti-reflection, in order to reduce the losses during the passage.
  • these surfaces, in particular the reflective surfaces may be phase-influencing (e.g., acting similarly to a 1/4 plate or 1/2-plate) to affect the polarization.
  • At least one of the 3-surface reflectors is designed as a mirror unit which has three spatially fixed (in other words, spatially fixed, in particular as a component or made of glued or welded surfaces) to each other Mirror surfaces form the three reflection surfaces.
  • three spatially fixed in other words, spatially fixed, in particular as a component or made of glued or welded surfaces
  • two of the mirror surfaces form a roof edge mirror, in particular a 90 ° roof edge mirror.
  • the pulse length adjusting unit further comprises a first delay plate for influencing the phase, in particular for influencing the polarization, preferably for polarization compensation, for example a 1/4 plate, 1/4 plate or a combination of a plurality of delay plates, that between the first dispersive element and the first 3-area reflector is arranged in the beam path of a laser beam incident on the first 3-area reflector.
  • a first delay plate for influencing the phase in particular for influencing the polarization, preferably for polarization compensation, for example a 1/4 plate, 1/4 plate or a combination of a plurality of delay plates, that between the first dispersive element and the first 3-area reflector is arranged in the beam path of a laser beam incident on the first 3-area reflector.
  • the reflection surfaces or the beam inlet and outlet surface are phase-influencing coated, example, such that the polarization after exiting the reflector is equal to the polarization of the beam entering the reflector.
  • the pulse length adjusting unit further comprises at least one reflecting element.
  • the reflective element can cause a return of the optical path through the dispersive elements and the 3-surface reflectors.
  • the reflective element is optionally a roof edge mirror or a deflection prism.
  • the reflection element can lead to a return reflection of the optical paths that is perpendicular to a deflection plane associated with a deflection direction of the disper-sive element.
  • feedback can optionally result in a return path to an inverse order of the reflections on the reflection surfaces with respect to the outward path.
  • multiple passes in multiple levels when using correspondingly large components are possible.
  • the reflection element can be formed as a roof edge prism and combined with another optical reflector, so that a wide rer offset can be generated vertically or horizontally.
  • the pulse length adjusting unit further comprises a second delay plate for influencing the phase, in particular for influencing the polarization, preferably for polarization compensation, for example a 1/4 plate, 1/2 plate or a combination of multiple retardation plates, which is connected between the first 3 Surface reflector and the first dispersive element in the beam path of a laser beam emerging from the first 3-area reflector is arranged.
  • a second delay plate for influencing the phase, in particular for influencing the polarization, preferably for polarization compensation, for example a 1/4 plate, 1/2 plate or a combination of multiple retardation plates, which is connected between the first 3 Surface reflector and the first dispersive element in the beam path of a laser beam emerging from the first 3-area reflector is arranged.
  • the first dispersive element is configured to deflect the spectral components in a deflection direction around wavelength dependent angles such that the beam cross section of the laser beam is deformed in the deflection direction prior to the first reflection at the first 3-area reflector, and the third Surface reflectors are arranged with respect to the deflection direction of the first dispersive element such that the deformation of the beam cross section of the laser beam after reflection at the second 3-plane reflector is again in the deflection direction of the first dispersive element and the laser beam after the second Area reflector with respect to the La serstrahls before the first reflection on the first 3-area reflector in the deflection ver sets runs.
  • the 3-surface reflectors are formed identically, but are in the order of the reflections on the reflection xions vom invertedly arranged in the beam path between the dispersive element.
  • the pulse length adjusting unit further comprises a translating device for adjusting the distance between the 3-plane reflectors, and thus for adjusting the path length of the optical path between the first and second dispersive elements.
  • the translation device may optionally be designed to displace one of the 3-plane reflectors along a beam axis portion of the laser beam (given by the central wavelength of the laser pulse) between the 3-plane reflectors.
  • the translation device is configured to move one of the 3-plane reflectors such that the entrance angle and / or entry position of the optical paths with respect to a first reflective one of the three reflective surfaces of the three-planar reflector and the exit angles are maintained become.
  • the pulse length adjusting unit further comprises a control device for driving the translation device, wherein the control device is configured to determine a path length of the optical path between the first and the second dispersive element as a function of a pulse duration-dependent measuring signal, a pulse power parameter, a peak Set pulse power parameters and / or a Pulergieergiepara meters by moving at least one of the 3-plane reflectors.
  • the pulse length adjusting unit further comprises two focusing elements forming an optical telescope arrangement, optionally lenses or mirrors. Depending Weil one of the focusing elements is disposed between the first dispersive element and the Ers th 3-surface reflector and between the second 3-plane reflector and the second dispersive element.
  • the pulse length adjustment unit further comprises an optical element which is arranged in the angular dispersion region and transmits the electromagnetic beam to an incident angle-dependent parallel offset of the individual spectral components of the laser beam with respect to the propagation of the individual spectral components before and after the optical element.
  • the pulse length adjusting unit may have an adjusting device for aligning the optical element, wherein the setting direction especially for changing the parallel offset of the individual Spektralkomponen th is controlled.
  • the laser system further comprises a control device and a positioning unit on which one of the 3-plane reflectors is disposed and which communicates with the control device for controlling translational movements of the 3-surface reflector.
  • a translation Vorrich device for displacement of the 3-surface reflector optionally along a beam axis of a falling laser beam.
  • the laser system can optionally have a pulse duration measuring device for outputting a pulse duration-dependent measuring signal to the device for controlling the positioning unit.
  • the first dispersive element may be configured to deflect the spectral components in a deflection direction about wavelength-dependent angles so that the beam cross-section of the laser beam, prior to the first reflection, is reflected at a e.g. first comer-cube reflector is deformed in the deflection direction.
  • the reflection surfaces may be dimensioned and arranged in the deflection direction so that the laser beam is reflected as a whole by each of the reflection surfaces, and in particular that all the spectral components are reflected by the reflection surfaces in the same order.
  • a deflecting direction of the dispersive elements may be associated with a deflecting plane having a normal direction.
  • the pulse length adjusting unit may further include one or more angle adjusting devices that influence the offset. For example, a first Winkeleinstell Vorrich device, which is designed to align one of the 3-surface reflectors to the normal direction for a position of an offset component of the beam offset in the deflection plane, are seen before.
  • a second angle adjustment device which is designed to align the 3-surface reflector with respect to the deflection plane for setting an offset component of the beam offset in the normal direction, may be provided.
  • the embodiments disclosed herein may include, but are not limited to:
  • 3-plane reflectors for example an angle reflector with three (spatially) fixed reflective surfaces (in the case of 90 ° angles between each two surfaces known as a comer-cube reflector; Area retroreflector) can simplify the construction of dispersion adjustment units, since degrees of freedom omitted, for example present at plan deflecting mirrors.
  • the surfaces of the 3-area reflector are not perpendicular to each other, then a corresponding positioning of a subsequent 3-area reflector shall be carried out at a correspondingly adjusted angle.
  • the adjustment of grid or prism stretchers or lattice or prism compressors is simplified. This is based inter alia on the fact that an angle invariance in the setting of an optical path is possible. The invariance against angular errors can reduce or even avoid astigmatism and / or out-of-roundness of the beam profile.
  • the arrangements described herein can compensate for mechanical tolerances since degrees of freedom in the folding are eliminated, which makes CPA systems more robust and cost effective.
  • the laser beam travels less to e.g. the second grating, so that in particular the angle remains the same and thus less influence on the dispersion by thermal-mechanical Variegated ments of the components can occur.
  • the 3-plane reflectors are rotated only by a relatively small angle
  • highly dynamic drives can be used ver for pulse width adjustment.
  • the rotation of a 3-area reflector can be actively readjusted or varied by means of a Mo gate or piezoelectric element.
  • the beam quality is very sensitive to the alignment of the lattice structures. Therefore, adjusting the pulse duration in such prior art systems requires a complex grid holder that would allow the grid to translate very accurately without affecting the orientation of the grid structure.
  • the structures disclosed herein reduce the effect on errors or changes in alignment.
  • the disclosed herein optical arrangements generally allow a length adjustment in the beam path of a laser system in which occur during the adjustment as few, preferably no given, angular variations in the beam path.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a laser system with a pulse length adaptation unit based on a pair of comer-cube reflectors for pulse duration compression (compressor),
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the pulse length adjusting unit of FIG.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of the beam path between two corner-cube reflectors of a generally usable Weglynanpassungsein unit
  • Fig. 5 is a schematic perspective view of a pulse length adjusting unit with
  • Polarization adjustment by way of example for a 3-surface reflector with non-orthogonal reflective surfaces.
  • the degree of compression of the laser pulses can be realized over the distance between two diffraction gratings (or prisms). It is known to use path length varying components such as folding mirrors or rectangular prisms to modify the propagation length between the two gratings.
  • the aspects described herein are based, in part, on the recognition that alignment changes of the path length varying components angle errors on the second grid can cause. It has been found that these, when passing through a CPA system, cause astigmatism that can adversely affect beam quality.
  • a path length change can be implemented with a pair of 3-area (retro) reflectors.
  • An example of a 3-area retroreflector is a rectangular prism, to each of which one of the two Ankatheten a 90 ° - roof edge prism is provided.
  • a (perfect) space inversion which corresponds to a 180 ° rotation for a transverse beam profile
  • roof prisms which reflect a laser beam with a beam offset and a mirroring with respect to an axis
  • a (perfect) space inversion which corresponds to a 180 ° rotation for a transverse beam profile
  • a comercube reflector reflects a laser beam to three mutually orthogonal surfaces arranged (corresponding to the three sides of a cube corner), with an incidence of the laser beam on one of the three reflection surfaces with distance to the intersection and the Thomasli lines of the three surfaces a parallel Beam offset and a space inversion of the laser beam takes place.
  • the spectral distribution remains the same, for example, on the left side seen in the propagation direction of the long-wave spectral range and in Propaga tion direction on the right side of the shorter wavelength spectral range.
  • An exemplary embodiment of a comer-cube reflector is a modified right eckprisma, which provides one of the three reflection surfaces on one of the Ankathetenmix and provides with a provided on the other Ankathetenseite 90 ° roof edge structure, the two remaining three of the three mutually orthogonal reflection surfaces.
  • angular adjustment degrees of freedom can be omitted.
  • the optical arrangements disclosed herein can significantly reduce the influence of angular errors and, under certain circumstances, even completely eliminate them.
  • the beam profile is rotated by substantially 180 ° and the beam learns Weil each a lateral offset.
  • the image is rotated twice by substantially 180 ° so that there is effectively no change in the beam at the output of the second 3-area retroreflector.
  • the pulse length adjustment unit can be made by adjusting the distance between the 3-plane reflectors, the path length, and thus the spectral expansion to the fiber pulse, a dispersion adjustment.
  • the variability of the lateral offset can be used specifically for varying the pulse length.
  • the Fateralversatz be influenced by a targeted Winkelverkippung the 3-plane reflector be, whereby the propagation length is changed between the dispersive elements.
  • the pulse length adaptation has two different sensitivities:
  • Tilting can be done around the opening side of the 3-plane reflector, for example, the long front side of a modified rectangular prism.
  • the hypotenuse of the underlying triangular shape of the rectangular prism is tilted. This is preferably aligned substantially parallel to the deflection / spectral fanning of the fiber beam.
  • This type of tilting can be used to adjust the vertical distance between the two laterally offset and horizontally superimposed input and output beams.
  • such a tilt can not only be used for adjusting the vertical separation distance of a reflected laser beam, but it can also be used to search the pulse length minimum. This tilting has only a small influence on the path length between the two 3-area reflectors. Thus, a fine adjustment of the pulse length can be made by such a tilt.
  • a rotation about an axis perpendicular to the spectral fanning plane extending axis of rotation (also referred to herein as yaw axis of the 3-surface reflector) has a greater impact on the path length and thus on the pulse duration. If a 3-area reflector varies in accordance with the yaw angle, it may be possible to dispense with further dispersion adjustment options, such as those using a plane-parallel plate.
  • Such angular adjustments of the tilt and / or rotation can be made, for example, via a motorized eccentric drive, galvo drive and / or piezoelectric actuator with a high angular resolution for precise pulse length adaptation.
  • the absolute angle settings required for such a fine adjustment can be significantly lower than, for example, upon rotation of a plane-parallel plate, as described in the aforementioned application DE 10 2016 110 947 of the applicant.
  • the angular stability with respect to grid compressors allows pulse lengths of e.g. 300 fs over a long period of time without being prolonged by changes in the adjustment to ps pulses.
  • the latter can easily be achieved in the prior art compressors, e.g. be caused by setting movements of optical elements (for example, planar deflection mirror), which are produced by thermal-mechanical maladjustment of, for example, adjusting screws.
  • the ultrashort pulse system 1 is exemplary of pulsed laser systems, which usually carry out a dispersion adaptation.
  • the ultrashort pulse system 1 is shown schematically in FIG. It comprises a laser pulse source 3 for generating a laser beam 5 from spectrally wide laser pulses and a pulse length adaptation unit 7 for pulse duration compression of the laser pulses.
  • a long (not compressed for the Lall of use as Pulskompressor) laser pulse 5 A is schematically indicated for the input beam.
  • the pulse length adjusting unit 7 comprises two specially arranged charging elements: a first comer-cube reflector 9A and a second comer-cube reflector 9B, which together form a path length adjusting unit.
  • a similarly constructed pulse length adjusting unit for pulse stretching in the laser pulse source 3 may be integrated.
  • the laser pulse source 3 may be formed, for example, as a laser oscillator or laser oscillator amplifier combination.
  • ultrashort pulse system 1 laser pulses with spectral widths of e.g. 1 nm and larger and pulse energies of e.g. 0.1 pJ and larger generated. These are supplied to the pulse length adjusting unit 7.
  • the spectral width of the laser pulses be dingt the need for a dispersion adjustment of the beam path to provide at a destination a specific pulse shape (intensity curve) of the laser pulses with a desired, for example, the shortest possible or adapted to a machining process, pulse duration.
  • the concepts described herein can be used in particular in ultra-short pulse systems which have pulse durations of e.g. some 100 fs for material processing.
  • the fields of application of such laser systems include glass cutting (e.g., cutting displays and medical devices), labeling, medical applications, e.g. Eye operations, drilling of, for example, injectors and conducting scientific
  • the pulse length adjusting unit 7 is constructed by way of example as a folded grid compressor.
  • the lattice compressor comprises a pair of dispersive elements in the form of a first lattice l lA and a second lattice 11B, the two interaction regions of the lattices 11A,
  • the spectrally dependent diffraction conditions produce an angular dispersion after the first grating 11A. That is to say, in an angular dispersion region 13 between the dispersive elements (lattice 11A and 11B), the optical paths for the individual spectral components in a deflection plane (here in the plane of the drawing) extend at least partially at an angle to one another.
  • the grids 11A, 11B are parallel aligned transmission grating. Alternatively, for example reflection grids, prisms or grisms can be used.
  • a reflector element 15 which is formed for example as (deflecting) roof edge prism or as a roof mirror.
  • an optical way L6A and an optical return path 16B are provided by the grid compressor, which are offset from each other in sections in height. After the double pass through the grating arrangement, the height offset enables a separation of the compressed laser pulses from the coupled-in laser pulses on a scraper mirror 17 to output an output beam 19.
  • a short (compressed) laser pulse 19A is schematic for the output beam 19 shown in Fig. 1.
  • the reflector element 15, together with the special arrangement of the comer-cube reflectors 9A, 9B, permits substantially the same optical conditions for the outgoing path 16A and the return path 16B of the laser beam to be present through the grid array.
  • Fig. 1 by way of example beam axis sections 20 A, 20 B, 20 C indicated by arrows, where in the beam axis and thus the beam axis sections are given by the beam path of a ZENTRA len wavelength. Since the reflecting surfaces of the comer-cube reflectors 9A, 9B are orthogonal to each other, the beam axis portions 20A, 20B of the comer-cube reflectors 9A, 9B are parallel to the respective beam axis portions 20B, 20C of the comer cube reflectors 9A, 9B from passing beams.
  • the beam axis section 20A and the beam axis section 20B and the beam axis section 20B and the beam axis section 20C are not at an angle to each other when ideally formed.
  • Ideally designed comercube reflectors generally apply to all spectral components.
  • the laser beam has an elliptically indicated beam profile.
  • the various sections are vertically offset (i.e. perpendicular to the fanning plane).
  • the laser beam 5 emitted by the laser pulse source 3 lies below the output beam 19.
  • the comer-cube reflectors 9A, 9B each cause an offset in the height, so that between the comer-cube reflectors 9A, 9B, the optical path 16A extends above the optical return path 16B.
  • the pulse length adjusting unit 7 includes the first comer-cube reflector 9A and the second comer-cube reflector 9B.
  • the comer-cube reflectors allow multiple approaches to adjusting dispersion in the lattice compressor.
  • each of the comer-cube reflectors 9A, 9B is designed as a rectangular prism, the rectangular prisms being modified in such a way that on one side of the rectangle it is not a plane surface but a 90 ° -rotated (90 °) Roof edge prism is provided.
  • a 3-surface Refelktors three spatially fixed to each other arranged reflective surfaces.
  • the modified rectangular prisms each comprise a beam entry and exit surface 21 (front surface).
  • the beam inlet and outlet surface 21 runs along the hypotenuse of the triangular basic shape of the rectangular prism.
  • a 90 ° angle of the basic shape of a right triangle is indicated in Fig. 1 for comer-cube reflector 9B.
  • the jet inlet and outlet surface 21 is substantially formed as a rectangle, the long side of which extends along the deflection plane.
  • the modified right corner prisms extend substantially in the deflection extending upper and lower sides 23, which are not irradiated and also do not serve as reflection surfaces.
  • the structure of the modified rectangular prisms and the resulting beam guidance are described below by way of example on the first comer-cube reflector 9 A.
  • the fanned-out laser beam on the downside occurs on a (left) half of the beam entrance and exit surface 21 of the first comer-cube reflector 9A and it rotates 180 ° on top of the other (right) half of Beam inlet and Strahlaus exit surface 21 from.
  • the rectangular prism comprises three reflective surfaces Rl, R2, R3 (coated, for example, with broadband reflection).
  • the reflection surfaces R 1 and R 2 are formed by the roof edge prism region, wherein the reflection surfaces of the roof edge prism region are formed perpendicular to one another (see also FIG. 2 for the comer cube).
  • Reflector 9B indicated 90 ° angle).
  • the reflection surfaces are substantially each at a 45 ° angle to the deflection plane.
  • the spectrally fanned-in incident La serstrahl is deflected from the lower reflection surface Rl on the upper reflection surface R2.
  • the elliptical impingement region 22A on the reflection surface R2 is indicated.
  • the laser beam is deflected to the upper half of the plane surface R3 acting as surface reflection surface of the modified rectangular prism. From the reflection surface R3, the laser beam is contrary to the original propagation direction, spatially offset and rotated in the beam cross section by 180 ° through the upper (right) Be rich the beam inlet and exit surface 21 coupled out of the rectangular prism.
  • the first comer-cube reflector 9A effects first parallel offsets V 1 for all optical paths from the entry angle and the entry position, all parallel offsets of the spectral components resulting in a 180 ° rotation of the laser beam about the beam axis of the laser beam.
  • the first comer-cube reflector 9A is arranged on a positioning unit 25 having translation and / or rotation axes.
  • the laser system 1 may further comprise a control device 27 and a pulse duration measuring device 29 which, via control lines 31, communicate with one another and with the ultrashort pulse signal. System 1 are connected.
  • the control device 27 is designed, for example, to set path lengths of the optical path between the first and the second dispersive element as a function of a pulse duration-dependent measuring signal, a pulse power parameter, a peak pulse power parameter and / or a pulse energy parameter.
  • the pulse duration measuring device 29 is configured to output a pulse duration dependent measurement signal (e.g., an autocorrelation signal). As is indicated schematically in FIG. 1, the pulse duration measuring device 29 is supplied with a portion of the output beam 19 tapped at a wafer 30 (non-transmitted). The pulse duration measuring device 29 derives therefrom the pulse duration-dependent measuring signal and outputs it to the control device 27. The control device 27 in turn outputs a control signal generated therefrom to the positioning unit 25 for shifting or aligning, such as twisting or tilting, the comer-cube reflector supported by the positioning unit 25.
  • a pulse duration dependent measurement signal e.g., an autocorrelation signal
  • the controller 27 uses an optimization algorithm to vary the angular position and / or distance from the dispersive elements for pulse duration shortening for one or both comer-cube reflectors 9A, 9B and for a shortest pulse duration or one for a particular application During the processing of the material, the pulse duration (or pulse shape) required for it is set accordingly.
  • a larger change of the optical paths between the gratings 11A, 11B may e.g. by a translation of the first comer-cube reflector 9A.
  • the positioning unit 25 may comprise a translation device for adjusting the distance between the comer-cube reflectors 9A, 9B.
  • the translating device can optionally, as indicated schematically in FIG. 1 by double arrows 33A, 33B, be designed to displace one of the corner-cube reflectors 9A, 9B along a beam axis of the laser beam between the comer cube reflectors 9A, 9B.
  • the translation device can be designed to move one of the comer-cube reflectors 9A, 9B in such a way that the entry angle and / or the entry position of the optical paths 13A, 13B with respect to a first reflecting of the three reflection surfaces Rl, R2, R3 of the moving comer-cube reflector 9A, 9B - in Fig. 1, the reflection surface Rl of the moving comer-cube reflector 9A - - will be maintained /.
  • the translation device may be, for example, a motorized and / or displaceable via a piezoelectric actuator zel of the comer-cube reflector 9A, whereby a, in particular stepless, position adjustment is implemented along a translation axis.
  • the translation device and the control device thus permit adjustment, in particular regulation, of the pulse duration by means of an actively controlled, in particular controlled, distance adjustment.
  • the inventors have also recognized that rotation of, for example, the first comerube reflector 9A also changes the optical paths 13A, 13B between the reflection surfaces R1, R2, R3 and thus also the path length differences between the spectral components. Accordingly, such a rotation also influences the dispersion characteristics of the pulse length adjusting unit 7 and the pulse duration of the laser pulses in the output beam 19 can be e.g. by the rotation of the first comer-cube reflector 9A.
  • Fig. 1 the deflection direction through the grids 7A, 7B a deflection plane (here the character plane of Fig. 1) associated with a normal direction n.
  • a deflection plane here the character plane of Fig. 1
  • the positioning unit 25 may include a first angle adjusting device configured to align the comer-cube reflector 9A with the normal direction n. By rotating the comer-cube reflector 9A in the normal direction n, the offset components of the beam offsets V 1 in the deflection plane are adjusted. Such winch leinstellvorraumen are indicated schematically in Figures 1 and 2 by axes of rotation 35A, 35B for the comer-cube reflectors 9A, 9B.
  • the positioning unit 25 may comprise a second angle adjusting device. This is designed to align the comer-cube reflector with respect to the deflection bene.
  • the wide angle adjusting device thus allows the Ver set components of the beam offset V 1 in the normal direction n.
  • Winkeleinstell- devices are indicated in Fig. 2 schematically by axes of rotation 37A, 37B for the comer-cube reflectors 9A, 9B.
  • the angle adjusting devices may be, for example, motorized and / or piezoelectric elements rotatable holders of the comer-cube reflector 9A, 9B, which allow a, in particular stepless, adjustment of the angle of rotation.
  • the angle adjusting devices and the control device thus permit adjustment, in particular regulation, of the pulse duration by an actively controlled, in particular controlled, alignment of the respective comer cube reflector 9A, 9B.
  • the entrance angle and the entry position of the optical paths 13A, 13B can be the first one of the three Reflection surfaces and the exit angle and the exit position of the optical paths 13A, 13B are adjusted with respect to a last reflective of the three reflection surfaces.
  • each of the comer-cube reflectors 9A, 9B - regardless of Eintritswinkel, a tread position and distance from the first grid 11 A - the back-reflected laser beam parallel to the incident beam. Accordingly, the degrees of freedom in the beam guidance of the pulse length adjusting units disclosed herein are reduced and the optical beam path is less sensitive to changes (such as thermal changes) in the retention of the comer-cube reflectors serving as folding mirrors.
  • the polarization of the back-reflected beam can be influenced.
  • the construction shown in Fig. 5 can provide such changes in polarization by providing e.g. 1 ⁇ 4 plates, 1 ⁇ 2 plates (alternatively or additionally by viewing a correspondingly reflective coating).
  • the laser beam passes through the reflection surfaces Rl, R2, R3 of the second comer-cube reflector 9B in an inverted order. That is, the (now much further) on fanned laser beam enters the way up on a (right) half of the beam inlet and outlet surface 21 of the second comer-cube reflector 9B. Since the second comerube reflector 9B is rotated by 180 ° with respect to the first comer-cube reflector 9A in the deflection plane, this entry position corresponds to the exit position from the first comerube reflector 9A.
  • the rectangular prism of the second comer-cube reflector 9B also comprises three reflection-coated reflective surfaces Rl, R2, R3.
  • the reflection surfaces R 1 and R 2 are also formed here by a roof edge prism region, wherein the reflection surfaces of the roof edge prism region are oriented perpendicular to one another and each again substantially at a 45 ° angle to the deflection plane.
  • the laser beam coming from the first comer-cube reflector 9A will thus first of the upper half of the plan, acting as a reflection surface R3 side surface of the modified rectangular prism in the deflection plane on the upper surface Reflexionsflä R2 and from there on the lower reflection surface Rl deflected.
  • Fig. 2 can be seen accordingly larger elliptical Aufgiving Schemee 22 B on the reflection surfaces R 3 and R 2, wherein on the reflection surface R 3 Auffig.
  • the laser beam is emitted counter to the direction of propagation between the comer-cube reflectors 9A, 9B and thus parallel to the laser beam, as it was deflected by the first grating 7A, through the lower portion of the beam inlet and outlet surface 21.
  • the beam components in turn learn from the entry angle and from the entry position dependent spatial parallel displacements V2, by which the laser beam is rotated by 180 ° about the beam axis.
  • the laser beam fanned further due to the subsequent propagation thus impinges on the second grating 7B in an orientation and angular distribution, as if the laser beam were coming directly from the first grating 7A.
  • the laser beam is in turn diffracted to strike the reflector element 15 with parallel rays.
  • these can be nested, in particular stairs, in height.
  • the previously described pulse length adjustment unit can be equipped with further measures for fine tuning of the dispersion.
  • the previously described pulse length adjustment unit can be equipped with further measures for fine tuning of the dispersion.
  • the previously described German patent application DE 10 2016 110 947 Al the applicant show Figures 1 and 2 in dashed lines a plane-parallel glass plate 39, which is arranged in the angular dispersion 13 area.
  • the glass plate 39 can be rotated about an axis of rotation 41, which runs parallel to the Norma len, to adjust the angle of incidence of the laser beam on the glass plate 39 for pulse width adjustment.
  • the possible variation of the pulse duration depends, inter alia, on the thickness and the material of the glass plate (for a given adjustment range of the angle of rotation).
  • Fig. 3 generally shows a path length adjusting unit 43 comprising two comer-cube reflectors and e.g. can be used in pulse length adjustment units such as compressor units or track purity.
  • the path length adjusting unit 43 can provide 45 A variably adjustable path lengths for einfal loin laser beam, wherein the exiting laser beam 45 B parallel to the incident in the Y direction laser beam 45 A and is offset in the X direction, but otherwise the beam profile of the incident laser beam 45 A has (except, for example, a propagation-induced widening or rejünung the beam).
  • the course of the laser beam in the path length adjusting unit 43 is illustrated by a central optical path 47 corresponding to the beam axis and optical paths 47A, 47B.
  • the comer-cube reflectors gel units as Spie 49 A, 49 B are formed, of which only the reflection surfaces (hereinafter referred to as mirror surfaces) are schematically outlined.
  • Each of the mirror units 49A, 49B comprises three mirror surfaces 49-1, 49-2, 49-3, each of the mirror surfaces being arranged perpendicular to the other two mirror surfaces.
  • the mirror surfaces 49-2, 49-3 form a roof edge formation and are optionally formed by a roof edge mirror.
  • the mirror surfaces 49-1, 49-2, 49-3 are arranged such that the incident laser beam 45 A first on the aligned perpendicular to the XY plane mirror surface 49-1 (Fig. corresponding to R3 in FIG. 1), from there to the lower mirror surface 49-2 (corresponding to R2 in FIG. 1) the Dachkantenforma tion is reflected and then from this to the upper mirror surface 49-3 (corresponding to Rl in Fig. 1) the roof edge formation is deflected. Accordingly, the laser beam extends with a height offset in the Z direction with respect to the incident laser beam to the second mirror. gel unit 47B. This corresponds to the first mirror unit 47A, but is rotated by 180 ° about the Z axis. The mirror surfaces 49-1, 49-2, 49-3 of the second mirror unit 47B are passed in the reverse order, so that only one beam offset in the X direction results at the end.
  • each of the individual optical paths 47, 47A, 47B experiences its own parallel offset as a result of the successive reflections on the three mirror surfaces in each mirror unit 49A, 49B.
  • the parallel offsets are such that the entire beam profile undergoes a 180 ° turn in addition to a directional deflection and an offset in the X and Y directions.
  • the Wegfarungs- unit 43 is a compact unit, with the path lengths to be traversed By moving or as previously discussed aligning the mirror unit 49A, 49B coarse and finely adjusted who can.
  • FIG. 4 shows an exemplary implementation of the dispersion adaptation concepts disclosed herein in a grid length-configured pulse length adjusting unit 7 'having a path length adjusting unit 51 comprising two comer-cube reflectors 9A, 9B.
  • two prisms 53A, 53B are used as dispersive elements in FIG. 4 by way of example.
  • Reflection gratings or grisms are used.
  • the two comer-cube reflectors 9A, 9B are arranged for path length adaptation.
  • a lens system (eg a telescope arrangement) is provided in the exemplary prism stringer in the beam path between the two prisms 53A, 53B.
  • FIG. 4 shows a telescope arrangement 55 with two ones 55A, 55B.
  • the telescope arrangement 55 effects a mapping of the first prism 53A so that the fanned-out spectral components after the lens system converge at the second prism 53B.
  • the pulse length adjusting unit 7 ' is folded with a reflector element 15 to provide a way out and a return path through the prisms 53A, 53B in a structure.
  • the two comer-cube reflectors 9A, 9B are arranged in a spectrally fanned-out but collimated region of the angular dispersion region 13. That is, similar to the illustration in FIG. 3, the optical paths of the various spectral components are substantially parallel through the path length adjusting unit 51.
  • the explanations on the beam path explained above in connection with FIGS. 1 to 3 can be transmitted to the course of the laser beam by the path length adaptation unit 51.
  • the setting options (translation, alignment, in particular rotation about one or two axes) described above with regard to the compressor assembly can be generally transferred to straighteners and in particular to the stretching arrangement of FIG. 4.
  • a plane-parallel plate 39 can also be provided in the straightener as a further optical element before or after the telescope arrangement 55 in the angular dispersion region in order to provide a further adaptation possibility of the dispersion.
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of a pulse length adjusting unit 61, which is based, for example, on two 3-area reflectors 63A, 63B with non-orthogonal reflecting surfaces. Optical elements and the sections of the beam path, as in connexion with z. B. Figures 1 and 2 have been explained, are provided with the same reference characters.
  • a laser beam 5 which has been spectrally expanded by a first grating 11A, propagates along a forward path 16A through the pulse length adjusting unit 61. Since in Fig. 5 the path between the first grid l lA and the 3-surface reflector 63 A below a return path 16B, between the first 3-surface reflector 63 A and the second 3-surface reflector 63 A above the Return path 16B and between a second grid, which is not shown together with a back reflector in Fig. 5 (see, eg. Fig. 1) again below the return path 16B. For clarity, the beam of the way away 16A was pulled through and the beam of the return path 16B shown in phantom.
  • beam axis portions 65A, 65B of the 3-surface reflectors 63A, 63B entering rays are not parallel to the respective beam axis sections 65B, 65C of the beams emerging from the 3-surface reflectors 63A, 63B.
  • the beam axis section 65 A and the beam axis section 65 B or the beam axis section 65 B and the beam axis section 65 C at an angle to each other (for example, the angle is spanned primarily parallel to the splitting plane) or the respective Strahlachsenabschnit te are skewed.
  • the unit 61 in the Pulshavenanpassungsein between the first l lA and the first 3-area reflector 63 A can optionally be provided for additional pulse length adjustment.
  • a first retardation chip 67A for polarization compensation (for example, a 1/4 plate, a 1/2 plate, generally a combination of multiple delay plates can be provided) between the first grid 1 IA and the first 3 Surface reflector 63 A arranged.
  • polarization compensation for example, a 1/4 plate, a 1/2 plate, generally a combination of multiple delay plates can be provided
  • the reflections on the surfaces of the 3-surface reflectors to which the laser beam 5 with different incident angles / incidence orientations affect the polarization. This applies to both 3-surface reflectors with orthogonal and non-orthogonal reflective surfaces.
  • the use of the I / 4 plate 67A now counteracts such a polarization error of the 3-surface reflectors 63A, 63B. In particular, a phase offset between the S and P polarization components is compensated.
  • a second retardation plate 67B for Pha senbeein ung and preferably for polarization compensation (usually a corre sponding l / 4 plate, 1 ⁇ 2 platelets or a corresponding combination of multiple delay ing plate provided at the end of the return path 16B be, for example, between the first 3-area reflector 63 A and the first grid 11A. Accordingly, the incident laser beam 5 and the outgoing laser beam 19 has a substantially similar polarization.
  • one or more of the reflection surfaces may be provided with a corresponding coating 69 for influencing the polarization of the incoming and outgoing beam.
  • the coating 69 is e.g. designed such that the polarization is rotated in the polarization required for the grid.
  • metallic coatings such as gold or silver coatings
  • a desired phase jump e.g. 1/4
  • the optical path length between the dispersive elements, and thus the angular dispersion occurring can be set.
  • pulse-length adjusting units as have been shown by way of example in FIGS. 1, 2, 4 and 5, comprise unfolded arrangements with two pairs of dispersive elements irradiated sequentially, so that the way-out and the return path do not occur as in FIG 4 are implemented in a structure but in separate pulse length adjusting units. Furthermore, straightener and compressor arrangements can be matched with respect to the dispersive elements.
  • pulse length adjusting unit described herein can be used as described in single or multiple passes and / or find application in oscillator systems with free-jet compressors and / or stretchers.

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Abstract

A pulse length adjustment unit (7, 7') for a pulsed laser beam (5) with a spectral width comprises a first and a second dispersive element (11A, 11B) for generating angular dispersion in an angular dispersion range (13) limited by the dispersive elements (11A, 11B). In the angular dispersion range (13), optical paths (13A, 13B) are assigned to individual spectral components of the laser beam (5), at least some sections of said optical paths running at an angle to one another. The pulse length adjustment unit (7, 7') also comprises a first and second 3-surface reflector (9A, 9B), wherein each of the 3-surface reflectors (9A, 9B) is arranged in the beam path between the first and the second dispersive element (11A, 11B) and has three reflective surfaces (R1, R2, R3). The laser beam (5) is reflected by each of the 3-surface reflectors (9A, 9B) via three consecutive reflections of the laser beam (5) on the three reflective surfaces (R1, R2, R3) such that a change in direction and beam offsetting take place.

Description

Pulslängenanpassungseinheit, Lasersystem und  Pulse length adjustment unit, laser system and
Verfahren zur Pulslängenanpassung eines Laserpulses  Method for pulse length adaptation of a laser pulse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einheit zur Pulslängenanpassung durch Einstellen der Dispersion bei einem elektromagnetischen Strahl mit einer spektralen Breite, beispielsweise einem gepulsten Laserstrahl. Die Einheit zur Pulslängenanpassung kann beispielsweise als Pulskompressoreinheit und/oder als Pulsstreckereinheit eines Lasersystems ausgebildet sein. The present invention relates to a unit for pulse length adjustment by adjusting the dispersion in an electromagnetic beam having a spectral width, for example, a pulsed laser beam. The unit for pulse length adaptation can be designed for example as Pulskompressoreinheit and / or as a pulse-stretching unit of a laser system.
Laserpulse weisen eine spektrale Breite auf, die die erreichbare minimale Dauer der Laserpul- se bestimmt. Je breiter das zugrundeliegende Frequenzspektrum ist, desto geringer kann die Pulsdauer des Laserpulses werden. Allerdings führt allgemein die Dispersion des durchlaufe- nen Materials und gegebenenfalls eine Selbstphasenmodulation bei großen Spitzenleistungen zu einem Auseinanderlaufen der spektralen Komponenten, so dass insbesondere für kurze und ultrakurze Laserpulse mit Pulsdauem im ps-Bereich und kürzer üblicherweise eine Dispersi- onsanpassung des optischen Weges vorgenommen wird. Optische Aufbauten, die einer disper- siven Verbreiterung der Pulsdauer entgegenwirken, werden hierin als Pulskompressoreinhei- ten bezeichnet. Beispiele derartiger Dispersionsanpassungseinheiten umfassen z.B. Gitterpaar oder Prismenpaar-basierte Kompressoreinheiten (kurz: Gitter- oder Prismenkompressoren), die ein hierin als Winkeldispersion bezeichnetes Auffächem der spektralen Komponenten des Laserpulses in einer Ablenkrichtung der Gitter oder Prismen zur Erzeugung von unterschiedli chen optischen Weglängen nutzen. Laser pulses have a spectral width which determines the achievable minimum duration of the laser pulse. The wider the underlying frequency spectrum, the lower the pulse duration of the laser pulse can become. However, in general, the dispersion of the material passed through and possibly a self-phase modulation at high peak powers lead to a divergence of the spectral components, so that, in particular for short and ultrashort laser pulses with pulse duration in the ps range and shorter usually, dispersion adaptation of the optical path is undertaken , Optical constructions which counteract a dispersive broadening of the pulse duration are referred to herein as pulse compressor units. Examples of such dispersion adjusting units include e.g. Grating pair or prism pair-based compressor units (short: grating or prism compressors), which use a Auffächem here called angular dispersion of the spectral components of the laser pulse in a deflection of the grating or prisms to produce unterschiedli chen optical path lengths.
Ferner können verstärkte Pulse zu hohen Intensitäten führen, die unter anderem nichtlineare Effekte wie Selbstfokussierung z.B. im Verstärker lasermedium hervorrufen können. Derartige nichtlineare optische Effekte können sich nachteilig auf die Strahl- und Pulsqualität und ent sprechend auf den gesamten Verstärkungsvorgang auswirken. Entsprechend werden Verstär kerkonfigurationen derart ausgelegt, dass entweder ein aktiv gestreckter Laserpuls verstärkt wird oder die Pulsverlängerung während des Verstärkungs Vorgangs eintritt. Optische Aufbau ten derartiger Dispersionsanpassungseinheiten, die eine dispersive Verbreiterung der Pulsdau er eines Laserpulses bewirken, werden hierin als Pulsstreckereinheiten bezeichnet. Beispiele derartiger Dispersionsanpassungseinheiten umfassen z.B. Gitterpaar- oder Prismenpaar- basierte Streckereinheiten (kurz: Gitter- oder Prismenstrecker), die eine z.B. zu einer später eingesetzten Pulskompressoreinheit entgegengesetzte Winkeldispersion erzeugen, beispiels weise mit einem integrierten Linsensystem. Grundlegender Parameter bei Gitter- oder Prismenkompressoren und Gitter- oder Prismen- streckem ist das Ausmaß der spektralen Auffächerung. Dies hängt z.B. von der Gitterkonstan ten des verwendeten Gitters oder dem Brechungsindex des verwendeten Prismas sowie vom Abstand der Gitter oder der Prismen ab. Allgemein ist die Dispersion durch den Abstand der Gitter bzw. Prismen einstellbar, der die aufgrund der Winkeldispersion erzeugten Weglängen unterschiede bestimmt. Bei Gitterkompressoren oder -Streckern trägt insbesondere die durch die Beugung akkumulierte Phase zur Dispersion bei. Allgemein gilt, je besser die Dispersion kompensiert werden kann, desto näher kann die Pulsdauer an die spektral erreichbare Puls dauer herankommen. Furthermore, amplified pulses can lead to high intensities, which can cause, inter alia, non-linear effects such as self-focusing, eg in the amplifier laser medium. Such non-linear optical effects can adversely affect the beam and pulse quality and accordingly the entire amplification process. Accordingly, amplifier configurations are designed such that either an actively stretched laser pulse is amplified or the pulse extension occurs during the amplification process. Optical structures of such dispersion adjusting units which cause a dispersive broadening of the pulse duration of a laser pulse are referred to herein as pulse stretching units. Examples of such dispersion adaptation units include, for example, grating pair or prism pair-based excursion units (in short: grating or prism spacers) which produce an angular dispersion opposite, for example, to a later used pulse compressor unit, for example with an integrated lens system. The basic parameter in lattice or prism compressors and grating or prism stretching is the extent of spectral fanning. This depends, for example, on the lattice constants of the grid used or the refractive index of the prism used and on the spacing of the gratings or prisms. In general, the dispersion can be set by the spacing of the gratings or prisms, which determines the path length differences produced on the basis of the angular dispersion. In lattice compressors or stretchers, in particular, the phase accumulated by the diffraction contributes to the dispersion. In general, the better the dispersion can be compensated, the closer the pulse duration can approach the spectrally achievable pulse duration.
Allgemein werden obige Konzepte zur Pulsstreckung und Pulskomprimierung bei der soge nannten CPA (chirped pulse amplification) eingesetzt, um ultrakurze Pulse mit hohen Pulse nergien zu erzeugen. So wird beispielsweise zur Erzeugung (ultra-) kurzer Pulse mit einem Faserlasersystem typischerweise ein Eingangslaserpuls eines Faserlasers zeitlich gestreckt (z.B. in einem Faser-basierten Strecker oder in einem Gitterstrecker), in einer Faserverstärke reinheit verstärkt und anschließend zeitlich komprimiert (z.B. in einem Gitterkompressor). Ähnliche Aufbauten zur Erzeugung (ultra-) kurzer Pulse können z.B. bei Werkzeugmaschinen auf Scheibenlasersystemen basieren. Typischerweise ist eine sehr exakte und technisch an spruchsvolle Komprimierung erforderlich, um das dispersive Auseinanderlaufen der spektral en Komponenten rückgängig zu machen. In general, the above concepts for pulse stretching and pulse compression in the so-called CPA (chirped pulse amplification) are used to generate ultrashort pulses with high pulse energies. For example, to generate (ultra-) short pulses with a fiber laser system, typically an input laser pulse of a fiber laser is stretched in time (eg, in a fiber-based expander or in a grating spacer), amplified in a fiber gain purity, and then time compressed (eg, in a grating compressor). , Similar constructions for generating (ultra-) short pulses may e.g. in machine tools based on disk laser systems. Typically, very precise and technically demanding compression is required to reverse the dispersive divergence of the spectral components.
Im Stand der Technik sind verschiedene Ansätze zur genauen Dispersionskontrolle z.B. in Gitterkompressoren bekannt. Beispielsweise offenbaren WO 2015/117128 Al und In the prior art, various approaches to precise dispersion control, e.g. known in lattice compressors. For example, WO 2015/117128 discloses Al and
US 7,822,347 Bl Konzepte, bei denen die Änderung der Pulsdauer über den Gitterabstand des Streckers oder Kompressors geregelt und zusätzlich mithilfe eines„chirped“ FBGs (Fiber Bragg Gräting) feinjustiert wird. Weitere Ansätze sind aus US 7,729,045 B2, US 8,077,749 B2 sowie aus US 8,780,440 B2 bekannt. Ferner wird auf die Anmeldung DE 10 2016 110 947 Al der Anmelderin verwiesen, die einen Ansatz zur Feinjustage der Dispersion offenbart. US Pat. No. 7,822,347 B1 Concepts in which the change in the pulse duration is regulated via the grating spacing of the extensor or compressor and additionally fine-tuned by means of a "chirped" FBG (Fiber Bragg Grating). Other approaches are known from US 7,729,045 B2, US 8,077,749 B2 and US 8,780,440 B2. Further, reference is made to the application DE 10 2016 110 947 A1 of the Applicant, which discloses an approach for fine adjustment of the dispersion.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau bei der Dispersi onsanpassung bei z.B. Gitterpaar- und Prismenpaar-basierten Pulslängenanpassungseinheiten bereitzustellen, bei dem die Strahlqualität des Ausgangsstrahls beibehalten wird. Einem weite ren Aspekt der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dispersionseinstellung bei derarti- gen Pulslängenanpassungseinheiten zu ermöglichen, die eine möglichst geringe Auswirkung auf die Strahlqualität und den Strahlverlauf nach der Dispersionsanpassungseinheit aufweist. Ferner wird eine einfach ansteuerbare Einstellbarkeit der Dispersion angestrebt. One aspect of this disclosure is based on the object of providing a structure in the case of dispersion adaptation in, for example, grating pair and prism pair-based pulse length adjusting units, in which the beam quality of the output beam is maintained. A further aspect of the invention is based on the object of providing a dispersion adjustment in the case of gene pulse length adjustment units, which has the least possible impact on the beam quality and the beam path after the dispersion adjustment unit. Furthermore, an easily controllable adjustability of the dispersion is desired.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch eine Pulslängenanpassungseinheit nach Anspruch 1, durch ein Lasersystem nach Anspruch 18 und durch ein Verfahren nach An spruch 20. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. At least one of these objects is achieved by a pulse length adjusting unit according to claim 1, by a laser system according to claim 18 and by a method according to claim 20. Further developments are specified in the subclaims.
In einem Aspekt umfasst eine Pulslängenanpassungseinheit für einen gepulsten Laserstrahl mit einer spektralen Breite ein erstes und ein zweites dispersives Element zur Erzeugung von Winkeldispersion in einem durch die dispersiven Elemente begrenzten Winkeldispersionsbe- reich. In dem Winkeldispersionsbereich sind einzelnen Spektralkomponenten des Laserstrahls optische Wege zugeordnet, die zumindest abschnittweise unter einem Winkel zueinander ver laufen. Die Pulslängenanpassungseinheit umfasst ferner einen ersten und einen zweiten 3- Flächen-Reflektor, wobei jeder der 3-Flächen-Reflektoren im Strahlengang zwischen dem ersten und dem zweiten dispersiven Element angeordnet ist. Jeder der 3-Flächen-Reflektoren weist drei Reflexions flächen auf. Der Laserstrahl wird von jedem der 3-Flächen-Reflektoren durch jeweils drei aufeinanderfolgende Reflexionen des Laserstrahls an den jeweiligen drei Reflexionsflächen reflektiert. An jedem der 3-Flächen-Reflektoren erfolgen eine Richtungs- umlenkung im Bereich von 150° bis 210° und ein Strahlversatz. Bei einer derartigen Rich- tungsumlenkung kann eine Drehung um die Strahlachse des Laserstrahls z.B. um einen Win kel im Bereich von 150° bis 210° erfolgen. Eine im Wesentlichen vollständige Richtungsum kehr kann bei der Verwendung eines comer-cube-Reflektors erfolgen. Des Weiteren können Richtungsumlenkungen im Bereich von 160° bis 200° oder im Bereich von 170° bis 190° ein gesetzt werden, um insbesondere im Wesentlichen rückreflektionsartige Reflektoren bereitzu stellen. In one aspect, a pulsed laser beam pulse length adjusting unit having a spectral width includes first and second dispersive elements for producing angular dispersion in an angular dispersion range limited by the dispersive elements. In the angular dispersion region, individual spectral components of the laser beam are assigned optical paths which run at least in sections at an angle to one another. The pulse length adjusting unit further comprises a first and a second 3-area reflector, wherein each of the 3-area reflectors is arranged in the beam path between the first and the second dispersive element. Each of the 3-surface reflectors has three reflection surfaces. The laser beam is reflected by each of the 3-plane reflectors by three successive reflections of the laser beam at the respective three reflection surfaces. At each of the 3-surface reflectors, there is a directional deflection in the range of 150 ° to 210 ° and a beam offset. With such a directional deflection, a rotation about the beam axis of the laser beam can be achieved e.g. at an angle in the range of 150 ° to 210 °. Substantially complete directional reversal can be accomplished using a comer-cube reflector. Furthermore, directional deflections can be set in the range of 160 ° to 200 ° or in the range of 170 ° to 190 °, in particular to provide substantially back reflection-type reflectors.
In einem weiteren Aspekt weist ein Lasersystem eine Laserpulsquelle zum Erzeugen von spektral breiten Laserpulsen und mindestens eine wie zuvor beschriebene Pulslängenanpas sungseinheit zur Pulskompression, zur Pulsstreckung und/oder zur Pulsoptimierung der spekt ral breiten Laserpulse auf. In a further aspect, a laser system comprises a laser pulse source for generating spectrally broad laser pulses and at least one Pulslängenanpas sungseinheit as described above for pulse compression, pulse stretching and / or pulse optimization of the spectrally wide laser pulses.
In einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zur Pulslängenanpassung eines Laserpulses mit einer wie zuvor beschriebenen Pulslängenanpassungseinheit offenbart. Die Pulslängenanpas- sungseinheit weist ein erstes und ein zweites dispersives Element zur Erzeugung von Winkel- dispersion und einen ersten und einen zweiten 3-Flächen-Reflektor auf, wobei jeder der 3- Flächen-Reflektoren im Strahlengang zwischen dem ersten und dem zweiten dispersiven Element angeordnet ist. Das Verfahren umfasst den Schritt: Verschieben des ersten und/oder des zweiten dispersiven Elements zur Einstellung der Weglänge des optischen Weges zwi- schen dem ersten und dem zweiten dispersiven Element. Optional kann die Weglänge des op- tischen Weges zwischen dem ersten und dem zweiten dispersiven Element in Abhängigkeit eines pulsdauerabhängigen Messsignals, eines Pulsleistungsparameters, eines Spitzen- Pulsleistungsparameters und/oder eines Pulsenergieparameters durch Verschieben mindestens eines der 3-Flächen-Reflektoren eingestellt werden. In another aspect, a method for pulse length adjustment of a laser pulse having a pulse length adjusting unit as described above is disclosed. The pulse length adjustment The detection unit has a first and a second dispersive element for generating angular dispersion and a first and a second 3-area reflector, wherein each of the 3-area reflectors is arranged in the beam path between the first and the second dispersive element. The method comprises the step of displacing the first and / or the second dispersive element to adjust the path of the optical path between the first and the second dispersive element. Optionally, the path length of the optical path between the first and the second dispersive element can be set as a function of a pulse duration-dependent measurement signal, a pulse power parameter, a peak pulse power parameter and / or a pulse energy parameter by shifting at least one of the 3-surface reflectors.
In einigen Ausführungsformen der Pulslängenanpassungseinheit weist mindestens einer der 3- Flächen-Reflektoren drei fest zueinander angeordnete reflektierende Flächen auf, die eine op- tische Reflektoreinheit bilden und derart zueinander angeordnet sind, dass der Laserstrahl drei aufeinanderfolgende Reflexionen an den drei reflektierenden Flächen erfährt. Diese bewirken die Richtungsumlenkung des Laserstrahls mit einem zweistufigen Strahl versatz. Zweistufig bezieht sich hier auf einen ersten Versatz zwischen den ersten beiden reflektierenden Flächen und einen zweiten Versatz zwischen den letzten beiden reflektierenden Flächen. Die beiden Versätze erfolgen offensichtlich in nicht-parallele Richtungen. Der Strahlversatz ist derart, dass der auf den mindestens einen der 3-Flächen-Reflektoren einfallende Laserstrahl und der von dem mindestens einen der 3-Flächen-Reflektoren austretende Laserstrahl (insbesondere die zugehörigen Strahlachsenabschnitte der Zentralwellenlänge des Laserpulses) im Rahmen des Aufbaus als zurückreflektiert anzusehen sind. Beispielsweise ist dies der Fall, wenn die Strahlachsenabschnitte (bei unter 90° zueinander ausgerichteten reflektierenden Flächen) zu einander parallel verlaufen. Ferner ist dies der Fall, wenn sich die Strahlachsenabschnitte in einem Schnittwinkelbereich von 0° bis 30° schneiden. Ferner können die Strahlachsenab schnitte zueinander windschief verlaufen, wobei die windschiefe Anordnung derart ist, dass eine Verschiebung einer der beiden Laserstrahlen in Richtung des Abstands der Laserstrahlen zu sich schneidenden Strahlen in einem Winkelbereich von 0° bis 30° führt. In some embodiments of the pulse length adjustment unit, at least one of the three-surface reflectors has three mutually fixed reflective surfaces, which form an optical reflector unit and are arranged relative to one another such that the laser beam experiences three successive reflections on the three reflective surfaces. These cause the directional deflection of the laser beam with a two-stage beam offset. Two-stage here refers to a first offset between the first two reflective surfaces and a second offset between the last two reflective surfaces. The two offsets are obviously in non-parallel directions. The beam offset is such that the laser beam incident on the at least one of the three-surface reflectors and the laser beam emerging from the at least one of the three-surface reflectors (in particular the associated beam axis sections of the central wavelength of the laser pulse) are considered to be reflected back within the scope of the design are. This is the case, for example, when the beam axis sections (with reflective surfaces oriented at 90 ° to one another) run parallel to one another. Furthermore, this is the case when the beam axis sections intersect in an intersection angle range of 0 ° to 30 °. Further, the Strahlachsenab sections can run each other skewed, the skewed arrangement is such that a displacement of one of the two laser beams in the direction of the distance of the laser beams to intersecting rays in an angle range of 0 ° to 30 ° leads.
In einigen Ausführungsformen der Pulslängenanpassungseinheit weist mindestens einer der 3- Flächen-Reflektoren paarweise im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufende reflektie rende Flächen auf. Dabei kann mindestens einer der 3-Flächen-Reflektoren als ein an einer Seitenfläche modifiziertes Prisma ausgebildet sein, das eine Strahlein- und Strahlaustrittsflä- che, eine reflektierende plane Seitenfläche und einen als reflektierendes Dachkantenprisma ausgebildeten Bereich aufweist. Optional kann es ferner sich im Wesentlichen entlang der Ab- lenkrichtung erstreckende Ober- und Unterseiten aufweisen. Ferner kann das modifizierte Prisma als Rechteckprisma ausgebildet sein und zwei reflektierende Seitenflächen des Dach kantenprismas sind senkrecht zueinander und senkreckt zur planen Seitenfläche ausgebildet. In some embodiments of the pulse length adjusting unit, at least one of the 3-surface reflectors has reflector surfaces which extend in pairs substantially orthogonally to each other. In this case, at least one of the 3-surface reflectors may be formed as a prism modified on a side surface, which has a beam inlet and outlet surface. che, a reflective planar side surface and formed as a reflective roof edge prism area. Optionally, it may also have upper and lower sides extending substantially along the deflecting direction. Further, the modified prism may be formed as a rectangular prism and two reflective side surfaces of the roof edge prism are perpendicular to each other and formed perpendicular to the plane side surface.
In einigen Ausführungsformen der Pulslängenanpassungseinheit sind möglichst viele der Re flexionsflächen, d.h., beispielsweise die plane Seitenfläche und die Seitenflächen des Dach kantenprismas, derart reflektierend beschichtet, dass möglichst die spektrale Breite des Laser strahls vollständig reflektiert wird. Ferner kann die Strahlein- und Strahlaustritts fläche antire- flektiv beschichtet sein, um beim Durchtritt die Verluste zu reduzieren. Des Weiteren können diese Flächen, insbesondere die Reflexionsflächen die Phase beeinflussend (z.B. ähnlich ei nem l/4-Plättchen oder einem l/2-Plättchen wirkend) beschichtet sein, um auf die Polarisation Einfluss zu nehmen. In some embodiments of the pulse length adjusting unit, as many reflection surfaces as possible, that is to say, for example, the planar side surface and the side surfaces of the roof edge prism, are coated in such a reflective manner that, if possible, the spectral width of the laser beam is completely reflected. Furthermore, the jet inlet and outlet surface can be coated with anti-reflection, in order to reduce the losses during the passage. Furthermore, these surfaces, in particular the reflective surfaces, may be phase-influencing (e.g., acting similarly to a 1/4 plate or 1/2-plate) to affect the polarization.
In einigen Ausführungsformen der Pulslängenanpassungseinheit ist mindestens einer der 3- Flächen-Reflektoren als eine Spiegeleinheit ausgebildet, die drei räumlich fix (in anderen Worten räumlich fest, insbesondere als ein Bauteil ausgebildet oder aus geklebten bzw. ge schweißten Flächen) zueinander angeordnete Spiegel aufweist, deren Spiegelflächen die drei Reflexionsflächen bilden. Optional bilden zwei der Spiegelflächen einen Dachkantenspiegel, insbesondere einen 90°- Dachkantenspiegel, aus. In some embodiments of the pulse length adjustment unit, at least one of the 3-surface reflectors is designed as a mirror unit which has three spatially fixed (in other words, spatially fixed, in particular as a component or made of glued or welded surfaces) to each other Mirror surfaces form the three reflection surfaces. Optionally, two of the mirror surfaces form a roof edge mirror, in particular a 90 ° roof edge mirror.
In einigen Ausführungsformen weist die Pulslängenanpassungseinheit ferner ein erstes Verzö gerungsplättchen zur Phasenbeeinflussung, insbesondere zur Polarisationsbeeinflussung, be vorzugt zur Polarisationskompensation, beispielsweise ein l/4-Plättchen, l/2-Plättchen oder eine Kombination mehrerer Verzögerungsplättchen, auf, das zwischen dem ersten dispersiven Element und dem ersten 3-Flächen-Reflektor im Strahlengang eines auf den ersten 3-Flächen- Reflektor einfallenden Laserstrahls angeordnet ist. In some embodiments, the pulse length adjusting unit further comprises a first delay plate for influencing the phase, in particular for influencing the polarization, preferably for polarization compensation, for example a 1/4 plate, 1/4 plate or a combination of a plurality of delay plates, that between the first dispersive element and the first 3-area reflector is arranged in the beam path of a laser beam incident on the first 3-area reflector.
In einigen Ausführungsformen der Pulslängenanpassungseinheit sind die Reflexionsflächen oder die die Strahlein- und Strahlaustrittsfläche phasenbeeinflussend beschichtet, beispiels weise derart, dass die Polarisation nach Austritt aus dem Reflektor gleich der Polarisation des in den Reflektor eintretenden Strahls ist. In einigen Ausführungsformen weist die Pulslängenanpassungseinheit ferner mindestens ein Reflexionselement auf. Das Reflexionselement kann eine Rückführung des optischen Weges durch die dispersiven Elemente und die 3 -Flächen- Reflektoren bewirken. Das Reflexionsele- ment ist optional ein Dachkantenspiegel oder einem Umlenkprisma. In einigen Ausführungs- formen kann das Reflexionselement eine senkrecht zu einer, einer Ablenkrichtung der disper siven Element zugeordneten, Ablenkebene parallelversetzten Rückreflexion der optischen Wege führen. Allgenmein kann die Rückführung optional bei einem Rückweg zu einer inver tierten Reihenfolge der Reflexionen an den Reflexionsflächen bezüglich des Hinwegs führen. Allgemein sind mehrfache Durchgänge in mehreren Ebenen bei Verwendung entsprechend großer Bauteile möglich. Beispielsweise kann das Reflexionselement als Dachkantenprisma ausgebildet und mit einem weiteren optischen Reflektor kombiniert werden, sodass ein weite rer Versatz vertikal oder horizontal erzeugt werden kann. In some embodiments of the pulse length adjustment unit, the reflection surfaces or the beam inlet and outlet surface are phase-influencing coated, example, such that the polarization after exiting the reflector is equal to the polarization of the beam entering the reflector. In some embodiments, the pulse length adjusting unit further comprises at least one reflecting element. The reflective element can cause a return of the optical path through the dispersive elements and the 3-surface reflectors. The reflective element is optionally a roof edge mirror or a deflection prism. In some embodiments, the reflection element can lead to a return reflection of the optical paths that is perpendicular to a deflection plane associated with a deflection direction of the disper-sive element. In general, feedback can optionally result in a return path to an inverse order of the reflections on the reflection surfaces with respect to the outward path. In general, multiple passes in multiple levels when using correspondingly large components are possible. For example, the reflection element can be formed as a roof edge prism and combined with another optical reflector, so that a wide rer offset can be generated vertically or horizontally.
In einigen Ausführungs formen weist die Pulslängenanpassungseinheit ferner ein zweites Ver zögerungsplättchen zur Phasenbeeinflussung, insbesondere zur Polarisationsbeeinflussung, bevorzugt zur Polarisationskompensation, beispielsweise ein l/4-Plättchen, l/2-Plättchen oder eine Kombination mehrerer Verzögerungsplättchen, auf, das zwischen dem ersten 3-Flächen- Reflektor und dem ersten dispersiven Element im Strahlengang eines vom ersten 3-Flächen- Reflektor austretenden Laserstrahls angeordnet ist. In some embodiments, the pulse length adjusting unit further comprises a second delay plate for influencing the phase, in particular for influencing the polarization, preferably for polarization compensation, for example a 1/4 plate, 1/2 plate or a combination of multiple retardation plates, which is connected between the first 3 Surface reflector and the first dispersive element in the beam path of a laser beam emerging from the first 3-area reflector is arranged.
In einigen Ausführungsformen der Pulslängenanpassungseinheit ist das erste dispersive Ele mente dazu ausgebildet, die Spektralkomponenten in einer Ablenkrichtung um wellenlängen abhängige Winkel abzulenken, sodass der Strahlquerschnitt des Laserstrahls vor der ersten Reflexion am ersten 3-Flächen-Reflektor in der Ablenkrichtung verformt ist, und die 3- Flächen-Reflektoren sind derart bezüglich der Ablenkrichtung des ersten dispersiven Elements angeordnet, dass die Verformung des Strahlquerschnitts des Laserstrahls nach der Reflexion am zweiten 3-Flächen-Reflektor wieder in der Ablenkrichtung des ersten dispersiven Ele ments vorliegt und der Laserstrahl nach dem zweiten 3-Flächen-Reflektor bezüglich des La serstrahls vor der ersten Reflexion am ersten 3-Flächen-Reflektor in der Ablenkrichtung ver setzt verläuft. In some embodiments of the pulse length adjusting unit, the first dispersive element is configured to deflect the spectral components in a deflection direction around wavelength dependent angles such that the beam cross section of the laser beam is deformed in the deflection direction prior to the first reflection at the first 3-area reflector, and the third Surface reflectors are arranged with respect to the deflection direction of the first dispersive element such that the deformation of the beam cross section of the laser beam after reflection at the second 3-plane reflector is again in the deflection direction of the first dispersive element and the laser beam after the second Area reflector with respect to the La serstrahls before the first reflection on the first 3-area reflector in the deflection ver sets runs.
In einigen Ausführungsformen der Pulslängenanpassungseinheit sind die 3-Flächen- Reflektoren identisch ausgebildet, sind aber in der Reihenfolge der Reflexionen an den Refle xionsflächen invertiert im Strahlengang zwischen den dispersiven Element angeordnet. In einigen Ausführungsformen weist die Pulslängenanpassungseinheit ferner eine Translati onsvorrichtung zur Einstellung des Abstands zwischen den 3-Flächen-Reflektoren, und damit zur Einstellung der Weglänge des optischen Weges zwischen dem ersten und dem zweiten dispersiven Element auf. Die Translationsvorrichtung kann optional zur Verschiebung eines der 3-Flächen-Reflektoren entlang eines Strahlachsenabschnitts des Laserstrahls (gegeben durch die zentrale Wellenlänge des Laserpulses) zwischen den 3-Flächen-Reflektoren ausge bildet sein. In some embodiments of the pulse length adjusting unit, the 3-surface reflectors are formed identically, but are in the order of the reflections on the reflection xionsflächen invertedly arranged in the beam path between the dispersive element. In some embodiments, the pulse length adjusting unit further comprises a translating device for adjusting the distance between the 3-plane reflectors, and thus for adjusting the path length of the optical path between the first and second dispersive elements. The translation device may optionally be designed to displace one of the 3-plane reflectors along a beam axis portion of the laser beam (given by the central wavelength of the laser pulse) between the 3-plane reflectors.
In einigen Ausführungsformen ist die Translationsvorrichtung dazu ausgebildet, einen der 3- Flächen-Reflektoren derart zu bewegen, dass der Eintrittswinkel und/oder die Eintrittsposition der optischen Wege bezüglich einer zuerst reflektierenden der drei Reflexionsflächen des be wegten 3-Flächen-Reflektors und der Austrittswinkel beibehalten werden. In some embodiments, the translation device is configured to move one of the 3-plane reflectors such that the entrance angle and / or entry position of the optical paths with respect to a first reflective one of the three reflective surfaces of the three-planar reflector and the exit angles are maintained become.
In einigen Ausführungsformen weist die Pulslängenanpassungseinheit ferner eine Steuerungs vorrichtung zum Ansteuem der Translationsvorrichtung auf, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Weglänge des optischen Weges zwischen dem ersten und dem zwei ten dispersiven Element in Abhängigkeit eines pulsdauerabhängigen Messsignals, eines Puls leistungsparameters, eines Spitzen-Pulsleistungsparameters und/oder eines Pulsenergiepara meters durch Verschieben mindestens eines der 3-Flächen-Reflektoren einzustellen. In some embodiments, the pulse length adjusting unit further comprises a control device for driving the translation device, wherein the control device is configured to determine a path length of the optical path between the first and the second dispersive element as a function of a pulse duration-dependent measuring signal, a pulse power parameter, a peak Set pulse power parameters and / or a Pulergieergiepara meters by moving at least one of the 3-plane reflectors.
In einigen Ausführungsformen weist die Pulslängenanpassungseinheit ferner zwei eine opti sche Teleskopanordnung bildende Fokussierelemente, optional Linsen oder Spiegeln, auf. Je weils eines der Fokussierelemente ist zwischen dem ersten dispersiven Element und dem ers ten 3-Flächen-Reflektor und zwischen dem zweiten 3-Flächen-Reflektor und dem zweiten dispersiven Element angeordnet. In some embodiments, the pulse length adjusting unit further comprises two focusing elements forming an optical telescope arrangement, optionally lenses or mirrors. Depending Weil one of the focusing elements is disposed between the first dispersive element and the Ers th 3-surface reflector and between the second 3-plane reflector and the second dispersive element.
In einigen Ausführungsformen weist die Pulslängenanpassungseinheit ferner ein im Winkel- dispersionsbereich angeordnetes, den elektromagnetischen Strahl transmittierendes optisches Element auf, das einen eintrittswinkelabhängigen Parallelversatz der einzelnen Spektralkom ponenten des Laserstrahls bezüglich der Ausbreitung der einzelnen Spektralkomponenten vor und nach dem optischen Element bewirkt. Ferner kann die Pulslängenanpassungseinheit eine Einstellvorrichtung zur Ausrichtung des optischen Elements aufweisen, wobei die Einstell vor- richtung insbesondere zum Verändern des Parallelversatzes der einzelnen Spektralkomponen ten ansteuerbar ist. In some embodiments, the pulse length adjustment unit further comprises an optical element which is arranged in the angular dispersion region and transmits the electromagnetic beam to an incident angle-dependent parallel offset of the individual spectral components of the laser beam with respect to the propagation of the individual spectral components before and after the optical element. Furthermore, the pulse length adjusting unit may have an adjusting device for aligning the optical element, wherein the setting direction especially for changing the parallel offset of the individual Spektralkomponen th is controlled.
In einigen Ausführungsformen weist das Lasersystem ferner eine Steuerungsvorrichtung und eine Positioniereinheit, auf der einer der 3-Flächen-Reflektoren angeordnet ist und die mit der Steuerungsvorrichtung zur Ansteuerung von Translationsbewegungen des 3-Flächen- Reflektors in Verbindung steht, auf Die Positioniereinheit kann z.B. eine Translationsvorrich tung zur Verschiebung des 3-Flächen-Reflektors optional entlang einer Strahlachse eines ein fallenden Laserstrahls umfassen. Ferner kann das Lasersystem optional eine Pulsdauermess vorrichtung zum Ausgeben eines pulsdauerabhängigen Messsignals an die Steuerungsvorrich tung zum Ansteuem der Positioniereinheit aufweisen. In some embodiments, the laser system further comprises a control device and a positioning unit on which one of the 3-plane reflectors is disposed and which communicates with the control device for controlling translational movements of the 3-surface reflector. a translation Vorrich device for displacement of the 3-surface reflector optionally along a beam axis of a falling laser beam. Furthermore, the laser system can optionally have a pulse duration measuring device for outputting a pulse duration-dependent measuring signal to the device for controlling the positioning unit.
In einigen Ausfährungsformen der Pulslängenanpassungseinheit kann das erste dispersive Elemente dazu ausgebildet sein, die Spektralkomponenten in einer Ablenkrichtung um wellen längenabhängige Winkel abzulenken, sodass der Strahlquerschnitt des Laserstrahls vor der ersten Reflexion an einem z.B. ersten comer-cube-Reflektor in der Ablenkrichtung verformt ist. In some embodiments of the pulse length adjusting unit, the first dispersive element may be configured to deflect the spectral components in a deflection direction about wavelength-dependent angles so that the beam cross-section of the laser beam, prior to the first reflection, is reflected at a e.g. first comer-cube reflector is deformed in the deflection direction.
Allgemein können die Reflexionsflächen derart in der Ablenkrichtung dimensioniert und an geordnet sein, dass der Laserstrahl jeweils als Ganzes von jeder der Reflexionsflächen reflek tiert wird, und insbesondere dass alle Spektralkomponenten von den Reflexionsflächen in der gleichen Reihenfolge reflektiert werden. In general, the reflection surfaces may be dimensioned and arranged in the deflection direction so that the laser beam is reflected as a whole by each of the reflection surfaces, and in particular that all the spectral components are reflected by the reflection surfaces in the same order.
In einigen Ausführungsformen der Pulslängenanpassungseinheit kann einer Ablenkrichtung der dispersiven Elemente eine Ablenkebene mit einer Normalenrichtung zugeordnet sein. Die Pulslängenanpassungseinheit kann ferner ein oder mehrere Winkeleinstellvorrichtungen auf- weisen, die den Versatz beeinflussen. Beispielsweise kann eine erste Winkeleinstell Vorrich tung, die zur Ausrichtung eines der 3-Flächen-Reflektoren um die Normalenrichtung zur Ein stellung einer Versatzkomponente des Strahlversatzes in der Ablenkebene ausgebildet ist, vor gesehen werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine zweite Winkeleinstellvorrichtung, die zur Ausrichtung des 3 -Flächen Reflektors bezüglich der Ablenkebene zur Einstellung einer Versatzkomponente des Strahlversatzes in der Normalenrichtung ausgebildet ist, vorgesehen werden. Die hierin offenbarten Ausführungsformen können u.a. folgende Vorteile aufweisen: In some embodiments of the pulse length adjusting unit, a deflecting direction of the dispersive elements may be associated with a deflecting plane having a normal direction. The pulse length adjusting unit may further include one or more angle adjusting devices that influence the offset. For example, a first Winkeleinstell Vorrich device, which is designed to align one of the 3-surface reflectors to the normal direction for a position of an offset component of the beam offset in the deflection plane, are seen before. Alternatively or additionally, a second angle adjustment device, which is designed to align the 3-surface reflector with respect to the deflection plane for setting an offset component of the beam offset in the normal direction, may be provided. The embodiments disclosed herein may include, but are not limited to:
Die Verwendung von 3-Flächen-Reflektoren, beispielsweise ein Winkelreflektor mit drei (räumlich) fest zueinander stehenden reflektierenden Flächen (im Fall von 90°-Winkeln zwi- schen je zwei Flächen als sogenannter comer-cube-Reflektor bekannt; hierein auch als 3- Flächen-Retroreflektor bezeichnet) kann den Aufbau von Dispersionsanpassungseinheiten vereinfachen, da Freiheitsgrade entfallen, die z.B. bei planen Umlenkspiegeln vorliegen. The use of 3-plane reflectors, for example an angle reflector with three (spatially) fixed reflective surfaces (in the case of 90 ° angles between each two surfaces known as a comer-cube reflector; Area retroreflector) can simplify the construction of dispersion adjustment units, since degrees of freedom omitted, for example present at plan deflecting mirrors.
Wenn die Flächen des 3-Flächen-Reflektors nicht rechtwinklig zueinander stehen, ist eine entsprechende Positionierung eines nachfolgenden 3-Flächen-Reflektors unter einem entspre- chend angepassten Winkel vorzunehmen. Somit wird insbesondere auch die Justage von Git- ter- oder Prismenstreckem bzw. Gitter- oder Prismenkompressoren vereinfacht. Dies beruht unter anderem darauf, dass eine Winkelinvarianz bei der Einstellung eines optischen Weges möglich wird. Die Invarianz gegenüber Winkelfehlem kann Astigmatismus und/oder eine Unrundheit des Strahlprofils reduzieren oder sogar vermeiden.  If the surfaces of the 3-area reflector are not perpendicular to each other, then a corresponding positioning of a subsequent 3-area reflector shall be carried out at a correspondingly adjusted angle. Thus, in particular, the adjustment of grid or prism stretchers or lattice or prism compressors is simplified. This is based inter alia on the fact that an angle invariance in the setting of an optical path is possible. The invariance against angular errors can reduce or even avoid astigmatism and / or out-of-roundness of the beam profile.
Mit anderen Worten können die hierin beschriebenen Anordnungen mechanische Toleranzen kompensieren, da Freiheitsgrade in der Faltung entfallen, wodurch CPA-Systeme robuster und kostengünstiger ausgeführt werden können. In den stabileren Systemen wandert der Laser strahl weniger auf z.B. dem zweiten Gitter, sodass insbesondere der Winkel gleich bleibt und somit eine geringere Beeinflussung der Dispersion durch thermisch-mechanische Verände rungen der Komponenten auftreten kann. In other words, the arrangements described herein can compensate for mechanical tolerances since degrees of freedom in the folding are eliminated, which makes CPA systems more robust and cost effective. In the more stable systems, the laser beam travels less to e.g. the second grating, so that in particular the angle remains the same and thus less influence on the dispersion by thermal-mechanical Variegated ments of the components can occur.
Werden in den hierin offenbarten Konzepten die 3-Flächen-Reflektoren nur um einen relativ geringen Winkel rotiert, können für die Pulslängenverstellung hochdynamische Antriebe ver wendet werden. Beispielsweise kann das Drehen eines 3-Flächen-Reflektors mittels eines Mo tors oder Piezoelements aktiv nachgeregelt bzw. variiert werden kann. If in the concepts disclosed herein, the 3-plane reflectors are rotated only by a relatively small angle, highly dynamic drives can be used ver for pulse width adjustment. For example, the rotation of a 3-area reflector can be actively readjusted or varied by means of a Mo gate or piezoelectric element.
Ferner ist im Falle eines Gitterkompressors die Strahlqualität sehr sensitiv auf die Ausrichtung der Gitterstrukturen. Deshalb erfordert das Einstellen der Pulsdauer in derartigen Stand der Technik-Systemen einen komplex aufgebauten Gitterhalter, durch den sich das Gitter sehr exakt verschieben lassen sollte, ohne dabei die Orientierung der Gitterstruktur zu beeinflussen. Die hierin offenbarten Aufbauten reduzieren die Auswirkung auf Fehler oder Änderungen in der Ausrichtung. Die hierin offenbarten optischen Anordnungen erlauben allgemein eine Längenanpassung im Strahlengang eines Lasersystems, bei der während der Anpassung möglichst wenige, bevor zugt keine, Winkelvariationen im Strahlengang auftreten. Furthermore, in the case of a lattice compressor, the beam quality is very sensitive to the alignment of the lattice structures. Therefore, adjusting the pulse duration in such prior art systems requires a complex grid holder that would allow the grid to translate very accurately without affecting the orientation of the grid structure. The structures disclosed herein reduce the effect on errors or changes in alignment. The disclosed herein optical arrangements generally allow a length adjustment in the beam path of a laser system in which occur during the adjustment as few, preferably no given, angular variations in the beam path.
Allgemein erlauben die hierin vorgeschlagenen Konzepte es, den benötigten Bauraum für eine Dispersionsanpassungseinheit zu reduzieren. In general, the concepts proposed herein allow to reduce the space required for a dispersion adjusting unit.
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 Figu- ren. Von den Figuren zeigen: Herein, concepts are disclosed that allow to at least partially improve aspects of the prior art. In particular, further features and their expediencies emerge from the following description of embodiments with reference to the figures. The figures show:
Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf ein Lasersystem mit einer auf einem Paar von comer-cube-Reflektoren basierenden Pulslängenanpassungseinheit zur Puls- dauerkomprimierung (Kompressor), 1 shows a schematic plan view of a laser system with a pulse length adaptation unit based on a pair of comer-cube reflectors for pulse duration compression (compressor),
Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht auf die Pulslängenanpassungseinheit der  FIG. 2 is a schematic perspective view of the pulse length adjusting unit of FIG
Fig. 1,  Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht auf den Strahlengang zwischen zwei cor- ner-cube-Reflektoren einer allgemein einsetzbaren Weglängenanpassungsein heit,  3 is a schematic perspective view of the beam path between two corner-cube reflectors of a generally usable Weglängenanpassungsein unit,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer auf einem Paar von comer-cube- 4 is a schematic illustration of a pair of comer-cube
Reflektoren basierenden Pulslängenanpassungseinheit zur Pulsdauerstreckung (Strecker) und Reflector based pulse length adjustment unit for pulse duration stretching (Strecker) and
Fig. 5 eine schematische Perspektivansicht auf eine Pulslängenanpassungseinheit mit  Fig. 5 is a schematic perspective view of a pulse length adjusting unit with
Polarisationsanpassung beispielhaft für ein 3-Flächen-Reflektor mit nicht orthogonal angeordneten, reflektierenden Flächen.  Polarization adjustment by way of example for a 3-surface reflector with non-orthogonal reflective surfaces.
Wie eingangs erläutert kann bei CPA-Systemen der Kompressionsgrad der Laserpulse über den Abstand zweier Beugungsgitter (oder Prismen) realisiert werden. Es ist bekannt, weglän- genverändemde Komponenten wie Faltungsspiegel oder Rechteckprismen einzusetzen, um die Propagationslänge zwischen den beiden Gittern zu modifizieren. As explained above, in CPA systems, the degree of compression of the laser pulses can be realized over the distance between two diffraction gratings (or prisms). It is known to use path length varying components such as folding mirrors or rectangular prisms to modify the propagation length between the two gratings.
Die hierin beschriebenen Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass Ausrichtungsän derungen der weglängenverändemden Komponenten Winkelfehler auf dem zweiten Gitter hervorrufen können. Es wurde erkannt, dass diese beim Durchgang durch ein CPA-System einen Astigmatismus verursachen, der die Strahlqualität nachteilig beeinflussen kann. The aspects described herein are based, in part, on the recognition that alignment changes of the path length varying components angle errors on the second grid can cause. It has been found that these, when passing through a CPA system, cause astigmatism that can adversely affect beam quality.
Die Erfinder haben nun erkannt, dass mit einem Paar von 3-Flächen-(Retro-)Reflektoren eine Weglängenveränderung umgesetzt werden kann. Ein Beispiel für einen 3-Flächen- Retroreflektor ist ein Rechteckprisma, an dessen jeweils einer der beiden Ankatheten ein 90°- Dachkantenprisma vorgesehen ist. The inventors have now recognized that a path length change can be implemented with a pair of 3-area (retro) reflectors. An example of a 3-area retroreflector is a rectangular prism, to each of which one of the two Ankatheten a 90 ° - roof edge prism is provided.
Im Gegensatz zu Dachkantenprismen, die einen Laserstrahl mit einem Strahlversatz und einer Spiegelung bezüglich einer Achse reflektieren, kann eine (vollkommene) Rauminversion, welche für ein transversales Strahlprofil einer Drehung um 180° entspricht, mit einem comer- cube-Reflektor als Beispiel eines 3-Flächen-Retroreflektors erzielt werden. Ein comer-cube- Reflektor reflektiert einen Laserstrahl an drei jeweils orthogonal zueinander angeordneten Flächen (entsprechend den drei Seiten einer Würfelecke), wobei bei einem Einfall des Laser strahls auf eine der drei Reflexionsflächen mit Abstand zum Schnittpunkt und den Schnittli nien der drei Flächen ein paralleler Strahlversatz und eine Rauminvertierung des Laserstrahls erfolgt. Somit bleibt in Propagationsrichtung gesehen bei einem spektral aufgespaltenen Strahl (z. B. nach einer Beugung am Gitter) die spektrale Verteilung gleich, beispielsweise auf der in Propagationsrichtung gesehen linken Seite der langwelligere Spektralbereich und in Propaga tionsrichtung gesehen auf der rechten Seite der kurzwelligere Spektralbereich. In contrast to roof prisms, which reflect a laser beam with a beam offset and a mirroring with respect to an axis, a (perfect) space inversion, which corresponds to a 180 ° rotation for a transverse beam profile, can be compared with a comercube reflector as an example. Area retroreflectors are achieved. A comer-cube reflector reflects a laser beam to three mutually orthogonal surfaces arranged (corresponding to the three sides of a cube corner), with an incidence of the laser beam on one of the three reflection surfaces with distance to the intersection and the Schnittli lines of the three surfaces a parallel Beam offset and a space inversion of the laser beam takes place. Thus, as seen in the propagation direction in a spectrally split beam (eg., After diffraction at the grating), the spectral distribution remains the same, for example, on the left side seen in the propagation direction of the long-wave spectral range and in Propaga tion direction on the right side of the shorter wavelength spectral range.
Eine beispielhafte Ausführungsform eines comer-cube-Reflektors ist ein modifiziertes Recht eckprisma, das an einer der Ankathetenseiten eine der drei Reflexionsflächen bereitstellt und mit einer an der anderen Ankathetenseite vorgesehenen 90°-Dachkantenstruktur die verblie benden zwei der drei orthogonal zueinander angeordneten Reflexionsflächen bereitstellt. An exemplary embodiment of a comer-cube reflector is a modified right eckprisma, which provides one of the three reflection surfaces on one of the Ankathetenseiten and provides with a provided on the other Ankathetenseite 90 ° roof edge structure, the two remaining three of the three mutually orthogonal reflection surfaces.
Die Eigenschaften der comer-cube-Reflektoren, und allgemein von 3-Flächen- Retroreflektoren, machen die Längenveränderung des Strahlwegs invariant gegenüber Win kelfehlern. So können aufgrund der (Retro-)Reflektor-Eigenschaft angulare Justagefreiheits grade entfallen. Da bei sehr großen Kompressionsgraden die Winkelempfindlichkeit und die Justageauflösung besonders sensibel sein kann, können die hierin offenbarten optischen An ordnungen den Einfluss von Winkelfehlem maßgeblich reduzieren und unter Umständen so gar ganz eliminieren. Wie nachfolgend in Zusammenhang mit den Figuren erläutert wird, wird hierin vorgeschla gen, in einer beispielhaften Ausführungsform einer Pulslängenanpassungseinheit zwischen zwei dispersiven Elementen - wie optischen Gittern, Prismen oder Grisms eines Kompressors oder Streckers - zwei 3-Flächen-Retroreflektoren vorzusehen. Eine Winkelverkippung in allen drei Achsen des einfallenden Strahls oder des 3D-Retroreflektors selbst wird durch die Funk tionsweise des 3-Flächen-Retroreflektors kompensiert, sodass der Ausgangsstrahl trotz bei spielsweise Verkippen des 3-Flächen-Retroreflektors im Wesentlichen keine Winkelverände- rungen erfährt. D.h., der Ausgangsstrahl verläuft stets im Wesentlichen parallel zum Ein gangsstrahl. The properties of the comer-cube reflectors, and generally of 3-area retroreflectors, make the beam path length change invariant to angle errors. Thus, because of the (retro) reflector property, angular adjustment degrees of freedom can be omitted. Since the sensitivity of the angle and the adjustment resolution can be particularly sensitive in the case of very large degrees of compression, the optical arrangements disclosed herein can significantly reduce the influence of angular errors and, under certain circumstances, even completely eliminate them. As will be explained below in connection with the figures, it is proposed herein, in an exemplary embodiment of a pulse length adjustment unit, to provide two 3-area retroreflectors between two dispersive elements, such as optical grids, prisms or grisms of a compressor or extender. An angular tilting in all three axes of the incident beam or the 3D retroreflector itself is compensated by the radio tion of the 3-area retroreflector, so that the output beam undergoes substantially no changes in angle despite, for example, tilting the 3-area retroreflector. That is, the output beam always runs substantially parallel to the input beam.
Jedoch wird durch die Funktionsweise des 3-Flächen-Retroreflektors nach jedem 3-Flächen- Retroreflektor das Strahlprofil um im Wesentlichen 180° gedreht und der Strahl erfährt je weils einen Fateralversatz. Durch die Verwendung zweier 3-Flächen-Retroreflektoren wird das Bild zweimal um im Wesentlichen 180° gedreht, so dass effektiv keine Änderung des Strahls am Ausgang des zweiten 3-Flächen-Retroreflektors vorliegt. However, by the operation of the 3-area retroreflector after each 3-area retroreflector, the beam profile is rotated by substantially 180 ° and the beam learns Weil each a lateral offset. By using two 3-area retroreflectors, the image is rotated twice by substantially 180 ° so that there is effectively no change in the beam at the output of the second 3-area retroreflector.
In einer Ausführungsform der Pulslängenanpassungseinheit kann durch die Einstellung des Abstands zwischen den 3-Flächen-Reflektoren die Weglänge, und damit der spektralen Auf weitung des Faserpulses, eine Dispersionseinstellung vorgenommen werden. In one embodiment, the pulse length adjustment unit can be made by adjusting the distance between the 3-plane reflectors, the path length, and thus the spectral expansion to the fiber pulse, a dispersion adjustment.
In einer weiteren Ausführungsform der Pulslängenanpassungseinheit kann ferner die Verän- derbarkeit des lateralen Versatzes gezielt dazu genutzt werden, die Pulslänge zu variieren. So kann der Fateralversatz durch eine gezielte Winkelverkippung des 3-Flächen-Reflektors be einflusst werden, wodurch die Propagationslänge zwischen den dispersiven Elementen verän dert wird. In a further embodiment of the pulse length adaptation unit, furthermore, the variability of the lateral offset can be used specifically for varying the pulse length. Thus, the Fateralversatz be influenced by a targeted Winkelverkippung the 3-plane reflector be, whereby the propagation length is changed between the dispersive elements.
Hinsichtlich der Winkelverkippung des 3-Flächen-Reflektors weist die Pulslängenanpassung zwei unterschiedliche Empfindlichkeiten auf: With regard to the angle tilting of the 3-area reflector, the pulse length adaptation has two different sensitivities:
Eine Verkippung kann um die Öffnungsseite des 3-Flächen-Reflektors, beispielsweise die lange Frontseite eines modifizierten Rechteckprismas, erfolgen. Im Fall eines quasi symmetrischen Aufbaus wird z.B. um die Hypotenuse der zugrundeliegenden Dreiecksform des Rechteckprismas gekippt. Diese wird bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Ablenkrich- tung/spektralen Auffächerung des Faserstrahls ausgerichtet. Diese Art der Verkippung kann dazu genutzt werden, den vertikalen Abstand der beiden lateral versetzt und horizontal überei- nander liegenden Ein- und Ausgangsstrahlen zu justieren. Eine derartige Verkippung kann jedoch nicht nur zum Einstellen des vertikalen Separationsabstands eines reflektierten Laser strahls verwendet werden, sondern sie kann auch zum Aufsuchen des Pulslängenminimums eingesetzt werden. Diese Verkippung hat dabei nur einen geringen Einfluss auf die Weglänge zwischen den beiden 3-Flächen-Reflektoren. Somit kann eine Feineinstellung der Pulslänge durch eine derartige Verkippung vorgenommen werden. Tilting can be done around the opening side of the 3-plane reflector, for example, the long front side of a modified rectangular prism. In the case of a quasi-symmetrical structure, for example, the hypotenuse of the underlying triangular shape of the rectangular prism is tilted. This is preferably aligned substantially parallel to the deflection / spectral fanning of the fiber beam. This type of tilting can be used to adjust the vertical distance between the two laterally offset and horizontally superimposed input and output beams. However, such a tilt can not only be used for adjusting the vertical separation distance of a reflected laser beam, but it can also be used to search the pulse length minimum. This tilting has only a small influence on the path length between the two 3-area reflectors. Thus, a fine adjustment of the pulse length can be made by such a tilt.
Im Gegensatz zur vorausgehenden Verkippung hat eine Drehung um eine senkrecht zur spekt ralen Auffächerungsebene verlaufende Rotationsachse (hierin auch als Gierachse des 3- Flächen-Reflektors bezeichnet) einen größeren Einfluss auf die Weglänge und somit auf die Pulsdauer. Wird ein 3-Flächen-Reflektor entsprechend im Gierwinkel variiert, kann unter Umständen auf weitere Dispersionsanpassungsmöglichkeiten, wie die mittels einer planparal lelen Platte, verzichtet werden. In contrast to the preceding tilting, a rotation about an axis perpendicular to the spectral fanning plane extending axis of rotation (also referred to herein as yaw axis of the 3-surface reflector) has a greater impact on the path length and thus on the pulse duration. If a 3-area reflector varies in accordance with the yaw angle, it may be possible to dispense with further dispersion adjustment options, such as those using a plane-parallel plate.
Derartige Winkeleinstellungen der Kippung und/oder Drehung können beispielsweise über einen motorischen Exzentertrieb, Galvoantrieb und/oder Piezosteller mit einer hohen Winkel- auflösung zur genauen Pulslängenanpassung vorgenommen werden. Such angular adjustments of the tilt and / or rotation can be made, for example, via a motorized eccentric drive, galvo drive and / or piezoelectric actuator with a high angular resolution for precise pulse length adaptation.
Vorteilhaft können die für eine derartige Feineinstellung benötigten absoluten Winkeleinstel- lungen deutlich geringer sein als z.B. bei einer Drehung einer planparallelen Platte, wie sie in der eingangs erwähnten Anmeldung DE 10 2016 110 947 der Anmelderin erläutert wird. Advantageously, the absolute angle settings required for such a fine adjustment can be significantly lower than, for example, upon rotation of a plane-parallel plate, as described in the aforementioned application DE 10 2016 110 947 of the applicant.
Die Winkelstabilität hinsichtlich Gitterkompressoren erlaubt es, Pulslängen von z.B. 300 fs über einen langen Zeitraum bereitzustellen, ohne dass diese sich durch Veränderungen in der Justage zu ps-Pulsen verlängern. Letztere können in Stand der Technik- Kompressoren leicht z.B. durch Setzbewegungen von optischen Elementen (z.B. planer Umlenkspiegel) hervorge rufen werden, welche durch thermisch-mechanische Dejustage von beispielsweise Justier schrauben erzeugt werden. The angular stability with respect to grid compressors allows pulse lengths of e.g. 300 fs over a long period of time without being prolonged by changes in the adjustment to ps pulses. The latter can easily be achieved in the prior art compressors, e.g. be caused by setting movements of optical elements (for example, planar deflection mirror), which are produced by thermal-mechanical maladjustment of, for example, adjusting screws.
Nachfolgend wird in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 eine Pulslängenanpassung bei ei nem Ultrakurzpulssystem 1 zur Pulsdauerkomprimierung beschrieben. Das Ultrakurzpulssys tem 1 steht beispielhaft für gepulste Lasersysteme, die üblicherweise eine Dispersionsanpas sung vornehmen. Das Ultrakurzpulssystem 1 ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Es umfasst eine Laserpuls- quelle 3 zum Erzeugen eines Laserstrahls 5 aus spektral breiten Laserpulsen und eine Pulslän genanpassungseinheit 7 zur Pulsdauerkomprimierung der Laserpulse. Ein langer (für den Lall des Einsatzes als Pulskompressor nicht-komprimierter) Laserpuls 5 A ist schematisch für den Eingangsstrahl angedeutet. Wie nachfolgend erläutert umfasst die Pulslängenanpassungsein heit 7 zwei speziell angeordnete Laltungselemente: einen ersten comer-cube-Reflektor 9Aund einen zweiten comer-cube-Reflektor 9B, die zusammen eine Weglängenanpassungseinheit bilden. Mit Verweis auf Fig. 4 kann z.B. eine ähnlich aufgebaute Pulslängenanpassungseinheit für eine Pulsstreckung in der Laserpulsquelle 3 integriert sein. Hereinafter, a pulse length adjustment in egg nem Ultrakurzpulssystem 1 for pulse duration compression is described in conjunction with Figures 1 and 2. The ultrashort pulse system 1 is exemplary of pulsed laser systems, which usually carry out a dispersion adaptation. The ultrashort pulse system 1 is shown schematically in FIG. It comprises a laser pulse source 3 for generating a laser beam 5 from spectrally wide laser pulses and a pulse length adaptation unit 7 for pulse duration compression of the laser pulses. A long (not compressed for the Lall of use as Pulskompressor) laser pulse 5 A is schematically indicated for the input beam. As explained below, the pulse length adjusting unit 7 comprises two specially arranged charging elements: a first comer-cube reflector 9A and a second comer-cube reflector 9B, which together form a path length adjusting unit. With reference to FIG. 4, for example, a similarly constructed pulse length adjusting unit for pulse stretching in the laser pulse source 3 may be integrated.
Die Laserpulsquelle 3 kann beispielsweise als Laseroszillator oder Laseroszillator- Verstärker- Kombination ausgebildet sein. Im Ultrakurzpulssystem 1 werden Laserpulse mit spektralen Breiten von z.B. 1 nm und größer und Pulsenergien von z.B. 0,1 pJ und größer erzeugt. Diese werden der Pulslängenanpassungseinheit 7 zugeführt. Die spektrale Breite der Laserpulse be dingt die Notwendigkeit einer Dispersionsanpassung des Strahlengangs, um an einem Zielort eine bestimmte Pulsform (Intensitätsverlauf) der Laserpulse mit einer gewünschten, bei spielsweise der kürzest möglichen oder einer an ein Bearbeitungsverfahren angepassten, Puls dauer bereitzustellen. Die hierin beschriebenen Konzepte können insbesondere bei Ultrakurz pulssystemen eingesetzt werden, die Pulsdauem von z.B. einigen 100 fs für die Materialbear beitung bereitstellen. Die Anwendungsbereiche derartiger Lasersysteme umfassen Glas schneiden (z.B. Schneiden von Displays und Medizinprodukten), Beschriften, medizinische Anwendungen wie z.B. Augenoperationen, Bohren von beispielsweise Einspritzdüsen und das Durchführen wissenschaftlicher Experimente. The laser pulse source 3 may be formed, for example, as a laser oscillator or laser oscillator amplifier combination. In ultrashort pulse system 1, laser pulses with spectral widths of e.g. 1 nm and larger and pulse energies of e.g. 0.1 pJ and larger generated. These are supplied to the pulse length adjusting unit 7. The spectral width of the laser pulses be dingt the need for a dispersion adjustment of the beam path to provide at a destination a specific pulse shape (intensity curve) of the laser pulses with a desired, for example, the shortest possible or adapted to a machining process, pulse duration. The concepts described herein can be used in particular in ultra-short pulse systems which have pulse durations of e.g. some 100 fs for material processing. The fields of application of such laser systems include glass cutting (e.g., cutting displays and medical devices), labeling, medical applications, e.g. Eye operations, drilling of, for example, injectors and conducting scientific experiments.
Die Pulslängenanpassungseinheit 7 ist beispielhaft als gefalteter Gitterkompressor aufgebaut. Der Gitterkompressor umfasst ein Paar von dispersiven Elementen in Form eines ersten Git ters l lAund eines zweiten Gitters 11B, die zwei Wechselwirkungsbereiche der Gitter 11A,The pulse length adjusting unit 7 is constructed by way of example as a folded grid compressor. The lattice compressor comprises a pair of dispersive elements in the form of a first lattice l lA and a second lattice 11B, the two interaction regions of the lattices 11A,
11B mit dem Laserstrahl bereitstellen. Die spektral abhängigen Beugungsbedingungen erzeu gen eine Winkeldispersion nach dem ersten Gitter 11A. D.h., in einem Winkeldispersionsbe- reich 13 zwischen den dispersiven Elementen (Gitter l lAund 11B) verlaufen die optischen Wege für die einzelnen Spektralkomponenten in einer Ablenkebene (hier in der Zeichenebene) zumindest teilweise unter einem Winkel zueinander. In Fig. 1 sind die Gitter 11A, 11B parallel zueinander ausgerichtete Transmissionsgitter. Alternativ können beispielsweise Reflexionsgit- ter, Prismen oder Grisms eingesetzt werden. 11B with the laser beam. The spectrally dependent diffraction conditions produce an angular dispersion after the first grating 11A. That is to say, in an angular dispersion region 13 between the dispersive elements (lattice 11A and 11B), the optical paths for the individual spectral components in a deflection plane (here in the plane of the drawing) extend at least partially at an angle to one another. In Fig. 1, the grids 11A, 11B are parallel aligned transmission grating. Alternatively, for example reflection grids, prisms or grisms can be used.
Für eine Faltung des Strahlengangs umfasst der Gitterkompressor ferner ein Reflektorelement 15, das beispielsweise als (Umlenk-) Dachkantenprisma oder als Dachspiegel ausgebildet ist. Somit werden ein optischer Hinweg l6Aund ein optischer Rückweg 16B durch den Gitter kompressor bereitgestellt, die zueinander abschnittsweise in der Höhe versetzt sind. Nach dem Zweifachdurchgang durch die Gitteranordnung ermöglicht der Höhenversatz eine Trennung der komprimierten Laserpulse von den eingekoppelten Laserpulsen an einem Scraperspiegel 17 zur Ausgabe eines Ausgangsstrahls 19. Beispielhaft für den Fall des Einsatzes als Puls- kompressor ist ein kurzer (komprimierter) Laserpuls 19A schematisch für den Ausgangsstrahl 19 in Fig. 1 dargestellt. Das Reflektorelement 15 erlaubt zusammen mit der speziellen Anord- nung der comer-cube-Reflektoren 9A, 9B, dass im Wesentlichen die gleichen optischen Be- dingungen für den Hinweg 16A und den Rückweg 16B des Laserstrahls durch die Gitterano- rdnung vorliegen. For a folding of the beam path of the lattice compressor further comprises a reflector element 15, which is formed for example as (deflecting) roof edge prism or as a roof mirror. Thus, an optical way L6A and an optical return path 16B are provided by the grid compressor, which are offset from each other in sections in height. After the double pass through the grating arrangement, the height offset enables a separation of the compressed laser pulses from the coupled-in laser pulses on a scraper mirror 17 to output an output beam 19. By way of example, in the case of use as a pulse compressor, a short (compressed) laser pulse 19A is schematic for the output beam 19 shown in Fig. 1. The reflector element 15, together with the special arrangement of the comer-cube reflectors 9A, 9B, permits substantially the same optical conditions for the outgoing path 16A and the return path 16B of the laser beam to be present through the grid array.
In der Aufsicht der Fig. 1 wird nur der Hinweg 16A beispielhaft anhand zweier optischer We- ge 13A, 13B im Winkeldispersionsbereich 13 für Spektralkomponenten mit einer längeren (gestrichelte Linie: l lo) und einer kürzeren (durchgezogene Linie: l< lo) Wellenlänge be- züglich einer Zentralwellenlänge lo des Laserpulses eingezeichnet. Es sei angemerkt, dass der optische Weg der Zentralwellenlänge lo üblicherweise die Strahlachse des Laserstrahls defi- niert. In the plan view of FIG. 1, only the way 16A is exemplified by two optical paths 13A, 13B in the angular dispersion range 13 for spectral components with a longer (dashed line: l lo) and a shorter (solid line: l <lo) wavelength - Delayed a central wavelength lo of the laser pulse drawn. It should be noted that the optical path of the central wavelength lo usually defines the beam axis of the laser beam.
In Fig. 1 sind beispielhaft Strahlachsenabschnitte 20A, 20B, 20C mit Pfeilen angedeutet, wo bei die Strahlachse und damit die Strahlachsenabschnitte durch den Strahlengang einer zentra len Wellenlänge gegeben sind. Da die reflektierenden Flächen der comer-cube-Reflektoren 9A, 9B orthogonal zueinander ausgerichtet sind, verlaufen die Strahlachsenabschnitte 20A, 20B der in die comer-cube-Reflektoren 9A, 9B eintretenden Strahlen parallel zu den entspre chenden Strahlachsenabschnitten 20B, 20C der aus den comer-cube-Reflektoren 9A, 9B aus tretenden Strahlen. Mit anderen Worten verlaufen der Strahlachsenabschnitt 20A und der Strahlachsenabschnitt 20B bzw. der Strahlachsenabschnitt 20B und der Strahlachsenabschnitt 20C bei idealer Ausbildung unter keinem Winkel zueinander. Bei ideal ausgebildeten comer- cube-Reflektoren gilt dies allgemein für alle spektralen Komponenten. Dagegen verlaufen die optischen Wege der verschiedenen Wellenlängen aufgefächert, d.h., unter einem Winkel, zueinander. Man erkennt, dass das zweite Gitter 11B eine Ausrichtung/ Parallelisierung der optischen Wege 13A, 13B bewirkt, bevor diese auf das Reflektorelement 15 treffen. In Fig. 1 by way of example beam axis sections 20 A, 20 B, 20 C indicated by arrows, where in the beam axis and thus the beam axis sections are given by the beam path of a ZENTRA len wavelength. Since the reflecting surfaces of the comer-cube reflectors 9A, 9B are orthogonal to each other, the beam axis portions 20A, 20B of the comer-cube reflectors 9A, 9B are parallel to the respective beam axis portions 20B, 20C of the comer cube reflectors 9A, 9B from passing beams. In other words, the beam axis section 20A and the beam axis section 20B and the beam axis section 20B and the beam axis section 20C are not at an angle to each other when ideally formed. Ideally designed comercube reflectors generally apply to all spectral components. In contrast, the optical paths of the different wavelengths fanned out, ie, at an angle to each other. It can be seen that the second grid 11B effects alignment / parallelization of the optical paths 13A, 13B before they strike the reflector element 15.
In der in Fig. 2 gezeigten Perspektivansicht der Pulslängenanpassungseinheit 7 erkennt man verschiedene Abschnitte des Hinwegs l6Aund des Rückwegs 16B des Laserstrahls. Der La serstrahl weist aufgrund der spektralen Auffächerung in der Ablenkrichtung des Gitters 7A ein elliptisch angedeutetes Strahlprofil auf. Die verschiedenen Abschnitte verlaufen in der Höhe (d.h., senkrecht zur Auffächerungsebene) zueinander versetzt. Der von der Laserpulsquelle 3 (nicht in Fig. 2 gezeigt) emittierte Laserstrahl 5 liegt unterhalb des Ausgangsstrahls 19. Die comer-cube-Reflektoren 9A, 9B bewirken jeweils einen Versatz in der Höhe, so dass zwischen den comer-cube-Reflektoren 9A, 9B der optische Hinweg 16A oberhalb des optischen Rück wegs 16B verläuft. In the perspective view of the pulse length adjusting unit 7 shown in Fig. 2, various portions of the outgoing path 16A and the return path 16B of the laser beam can be seen. Due to the spectral fanning in the deflection direction of the grating 7A, the laser beam has an elliptically indicated beam profile. The various sections are vertically offset (i.e. perpendicular to the fanning plane). The laser beam 5 emitted by the laser pulse source 3 (not shown in FIG. 2) lies below the output beam 19. The comer-cube reflectors 9A, 9B each cause an offset in the height, so that between the comer-cube reflectors 9A, 9B, the optical path 16A extends above the optical return path 16B.
In der in den Figuren 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform umfasst die Pulslän genanpassungseinheit 7 den ersten comer-cube-Reflektor 9Aund den zweiten comer-cube- Reflektor 9B. Wie nachfolgend erläutert wird, ermöglichen die comer-cube-Reflektoren meh rere Vorgehensweisen zur Einstellung der Dispersion im Gitterkompressor. In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the pulse length adjusting unit 7 includes the first comer-cube reflector 9A and the second comer-cube reflector 9B. As discussed below, the comer-cube reflectors allow multiple approaches to adjusting dispersion in the lattice compressor.
In der beispielhaft gezeigten Ausfühmngsform ist jeder der comer-cube-Reflektoren 9A, 9B als Rechteckprisma ausgebildet, wobei die Rechteckprismen derart modifiziert sind, dass auf einer Seite des Rechtecks nicht eine plane Fläche, sondern ein um 90°-gedrehter (90°-) Dach kantenprismabereich vorgesehen ist. Somit ergeben sich für dieses Beispiel eines 3-Flächen- Refelktors drei räumlich fest zueinander angeordnete reflektierende Flächen. In the embodiment shown by way of example, each of the comer-cube reflectors 9A, 9B is designed as a rectangular prism, the rectangular prisms being modified in such a way that on one side of the rectangle it is not a plane surface but a 90 ° -rotated (90 °) Roof edge prism is provided. Thus, for this example of a 3-surface Refelktors three spatially fixed to each other arranged reflective surfaces.
Allgemein umfassen die modifizierten Rechteckprismen jeweils eine Strahlein- und Strahlaus trittsfläche 21 (Frontfläche). Dabei verläuft die Strahlein- und Strahlaustrittsfläche 21 entlang der Hypotenuse der dreieckigen Grundform des Rechteckprismas. Ein 90°-Winkel der Grund form eines rechtwinkligen Dreiecks ist in Fig. 1 für comer-cube-Reflektor 9B angedeutet. Die Strahlein- und Strahlaustrittsfläche 21 ist im Wesentlichen als Rechteck ausgebildet, dessen lange Seite sich entlang der Ablenkebene erstreckt. Ferner umfassen die modifizierten Recht eckprismen sich im Wesentlichen in der Ablenkrichtung erstreckende Ober- und Unterseiten 23, die nicht durchstrahlt werden und auch nicht als Reflexionsflächen dienen. Der Aufbau der modifizierten Rechteckprismen und die daraus resultierende Strahlführung werden nachfolgend beispielhaft am ersten comer-cube-Reflektor 9 A beschrieben. In general, the modified rectangular prisms each comprise a beam entry and exit surface 21 (front surface). In this case, the beam inlet and outlet surface 21 runs along the hypotenuse of the triangular basic shape of the rectangular prism. A 90 ° angle of the basic shape of a right triangle is indicated in Fig. 1 for comer-cube reflector 9B. The jet inlet and outlet surface 21 is substantially formed as a rectangle, the long side of which extends along the deflection plane. Furthermore, the modified right corner prisms extend substantially in the deflection extending upper and lower sides 23, which are not irradiated and also do not serve as reflection surfaces. The structure of the modified rectangular prisms and the resulting beam guidance are described below by way of example on the first comer-cube reflector 9 A.
Wie in Fig. 2 gezeigt, tritt der aufgefächerte Laserstrahl beim Hinweg unten auf einer (linken) Hälfte der Strahlein- und Strahlaustrittsfläche 21 des ersten comer-cube-Reflektors 9Aein und er tritt um 180° gedreht oben auf der anderen (rechten) Hälfte der Strahlein- und Strahlaus trittsfläche 21 aus. Für diese Richtungsumkehr des Laserstrahls umfasst das Rechteckprisma drei (z.B. breitbandig reflektierend beschichtete) Reflexionsflächen Rl, R2, R3. As shown in Fig. 2, the fanned-out laser beam on the downside occurs on a (left) half of the beam entrance and exit surface 21 of the first comer-cube reflector 9A and it rotates 180 ° on top of the other (right) half of Beam inlet and Strahlaus exit surface 21 from. For this directional reversal of the laser beam, the rectangular prism comprises three reflective surfaces Rl, R2, R3 (coated, for example, with broadband reflection).
Die Reflexionsflächen Rl und R2 (hierin auch als untere und obere (Dachkanten-) Reflexions flächen bezeichnet) werden durch den Dachkantenprismabereich gebildet, wobei die Reflexi onsflächen des Dachkantenprismabereichs senkrecht zueinander ausgebildet sind (siehe auch den in Fig. 2 für den comer-cube-Reflektor 9B angedeuteten 90°-Winkel). In der abgebildeten Ausrichtung des comer-cube-Reflektors 9 A verlaufen die Reflexionsflächen im Wesentlichen jeweils unter einem 45°-Winkel zur Ablenkebene. Der spektral aufgefächerte einfallende La serstrahl wird von der unteren Reflexionsfläche Rl auf die obere Reflexionsfläche R2 abge- lenkt. In Figuren 1 und 2 ist der elliptische Auftreffbereich 22A auf der Reflexionsfläche R2 angedeutet. Von dort wird der Laserstrahl auf die obere Hälfte der planen, als Reflexionsflä che R3 wirkenden Seitenfläche des modifizierten Rechteckprismas weitergelenkt. Von der Reflexionsfläche R3 wird der Laserstrahl entgegen der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung, räumlich versetzt und im Strahlquerschnitt um 180° gedreht durch den oberen (rechten) Be reich der Strahlein- und Strahlaustrittsfläche 21 aus dem Rechteckprisma ausgekoppelt. The reflection surfaces R 1 and R 2 (also referred to herein as lower and upper (roof edge) reflection surfaces) are formed by the roof edge prism region, wherein the reflection surfaces of the roof edge prism region are formed perpendicular to one another (see also FIG. 2 for the comer cube). Reflector 9B indicated 90 ° angle). In the illustrated alignment of the comer-cube reflector 9A, the reflection surfaces are substantially each at a 45 ° angle to the deflection plane. The spectrally fanned-in incident La serstrahl is deflected from the lower reflection surface Rl on the upper reflection surface R2. In FIGS. 1 and 2, the elliptical impingement region 22A on the reflection surface R2 is indicated. From there, the laser beam is deflected to the upper half of the plane surface R3 acting as surface reflection surface of the modified rectangular prism. From the reflection surface R3, the laser beam is contrary to the original propagation direction, spatially offset and rotated in the beam cross section by 180 ° through the upper (right) Be rich the beam inlet and exit surface 21 coupled out of the rectangular prism.
Entsprechend bewirkt der erste comer-cube-Reflektor 9A für alle optischen Wege vom Ein- trittswinkel und von der Eintrittsposition abhängige erste Parallelversätze V 1 , wobei alle Pa rallelversätze der Spektralkomponenten im Ergebnis eine Drehung des Laserstrahls um 180° um die Strahlachse des Laserstrahls bewirken. Correspondingly, the first comer-cube reflector 9A effects first parallel offsets V 1 for all optical paths from the entry angle and the entry position, all parallel offsets of the spectral components resulting in a 180 ° rotation of the laser beam about the beam axis of the laser beam.
Zum Einstellen des Eintrittswinkels, der Eintrittsposition sowie des Abstands vom ersten Git ter llA ist der erste comer-cube-Reflektor 9Aauf einer Positioniereinheit 25 angeordnet, die Translations- und/oder Rotationsachsen aufweist. Zur Ansteuerung der Positioniereinheit 25 kann das Lasersystem 1 ferner eine Steuemngsvorrichtung 27 und eine Pulsdauermessvorrich tung 29 aufweisen, die über Steuemngsleitungen 31 miteinander und mit dem Ultrakurzpuls- System 1 verbunden sind. Die Steuerungsvorrichtung 27 ist beispielsweise dazu ausgebildet, Weglängen des optischen Weges zwischen dem ersten und dem zweiten dispersiven Element in Abhängigkeit eines pulsdauerabhängigen Messsignals, eines Pulsleistungsparameters, eines Spitzen-Pulsleistungsparameters und/oder eines Pulsenergieparameters einzustellen. For adjusting the entrance angle, the entry position and the distance from the first grid llA, the first comer-cube reflector 9A is arranged on a positioning unit 25 having translation and / or rotation axes. In order to control the positioning unit 25, the laser system 1 may further comprise a control device 27 and a pulse duration measuring device 29 which, via control lines 31, communicate with one another and with the ultrashort pulse signal. System 1 are connected. The control device 27 is designed, for example, to set path lengths of the optical path between the first and the second dispersive element as a function of a pulse duration-dependent measuring signal, a pulse power parameter, a peak pulse power parameter and / or a pulse energy parameter.
Beispielsweise ist die Pulsdauermessvorrichtung 29 zur Ausgabe eines Pulsdauer-abhängigen Messsignals (z.B. eines Autokorrelationssignals) ausgebildet. Wie in Fig. 1 schematisch ange- deutet ist, wird der Pulsdauermessvorrichtung 29 ein an einem Plättchen 30 abgegriffener (nicht-transmittierter) Anteil des Ausgangsstrahls 19 zugeführt. Die Pulsdauermessvorrichtung 29 leitet daraus das Pulsdauer-abhängige Messsignal ab und gibt es an die Steuerungsvorrich tung 27 ab. Die Steuerungsvorrichtung 27 gibt ihrerseits ein daraus erzeugtes Steuerungssignal an die Positioniereinheit 25 zum Verschieben oder Ausrichten, wie Verdrehen oder Verkippen, des von der Positioniereinheit 25 gelagerten comer-cube-Reflektors aus. Die Steuerungsvor richtung 27 verwendet beispielsweise einen Optimierungsalgorithmus, um für eine oder beide comer-cube-Reflektoren 9A, 9B die Winkelstellung und/oder den Abstand von den dispersi ven Elementen zur Pulsdauerverkürzung zu variieren und hinsichtlich einer kürzesten Puls dauer oder einer für eine spezielle Anwendung bei der Materialbearbeitung benötigte Pulsdau er (oder Pulsform) eine entsprechende Einstellung vorzunehmen. For example, the pulse duration measuring device 29 is configured to output a pulse duration dependent measurement signal (e.g., an autocorrelation signal). As is indicated schematically in FIG. 1, the pulse duration measuring device 29 is supplied with a portion of the output beam 19 tapped at a wafer 30 (non-transmitted). The pulse duration measuring device 29 derives therefrom the pulse duration-dependent measuring signal and outputs it to the control device 27. The control device 27 in turn outputs a control signal generated therefrom to the positioning unit 25 for shifting or aligning, such as twisting or tilting, the comer-cube reflector supported by the positioning unit 25. For example, the controller 27 uses an optimization algorithm to vary the angular position and / or distance from the dispersive elements for pulse duration shortening for one or both comer-cube reflectors 9A, 9B and for a shortest pulse duration or one for a particular application During the processing of the material, the pulse duration (or pulse shape) required for it is set accordingly.
Eine größere Änderung der optischen Wege zwischen den Gittern 11A, 11B kann z.B. durch eine Translation des ersten comer-cube-Reflektors 9A vorgenommen werden. Dazu kann die Positioniereinheit 25 eine Translationsvorrichtung zur Einstellung des Abstands zwischen den comer-cube-Reflektoren 9A, 9B umfassen. Die Translationsvorrichtung kann optional, wie in Fig. 1 schematisch mit Doppelpfeilen 33A, 33B angedeutet, zur Verschiebung eines der cor- ner-cube-Reflektoren 9A, 9B entlang einer Strahlachse des Laserstrahls zwischen den comer- cube-Reflektoren 9A, 9B ausgebildet sein. A larger change of the optical paths between the gratings 11A, 11B may e.g. by a translation of the first comer-cube reflector 9A. For this purpose, the positioning unit 25 may comprise a translation device for adjusting the distance between the comer-cube reflectors 9A, 9B. The translating device can optionally, as indicated schematically in FIG. 1 by double arrows 33A, 33B, be designed to displace one of the corner-cube reflectors 9A, 9B along a beam axis of the laser beam between the comer cube reflectors 9A, 9B.
Insbesondere kann die Translationsvorrichtung dazu ausgebildet sein, einen der comer-cube- Reflektoren 9A, 9B derart zu bewegen, dass der Eintrittswinkel und/oder die Eintrittsposition der optischen Wege 13A, 13B bezüglich einer zuerst reflektierenden der drei Reflexionsflä chen Rl, R2, R3 des bewegten comer-cube-Reflektors 9A, 9B - in Fig. 1 der Reflexionsfläche Rl des bewegten comer-cube-Reflektors 9A - beibehalten wird/werden. Die Translationsvorrichtung kann beispielsweise eine motorisierte und/oder über ein Pie- zostellelement verschiebbare Halterung des comer-cube-Reflektors 9A sein, wodurch eine, insbesondere stufenlose, Positionseinstellung entlang einer Translationsachse umgesetzt wird. Die Translationsvorrichtung und die Steuerungsvorrichtung erlauben somit eine Einstellung, insbesondere Regelung, der Pulsdauer durch eine aktiv angesteuerte, insbesondere geregelte, Abstandsanpassung. In particular, the translation device can be designed to move one of the comer-cube reflectors 9A, 9B in such a way that the entry angle and / or the entry position of the optical paths 13A, 13B with respect to a first reflecting of the three reflection surfaces Rl, R2, R3 of the moving comer-cube reflector 9A, 9B - in Fig. 1, the reflection surface Rl of the moving comer-cube reflector 9A - - will be maintained /. The translation device may be, for example, a motorized and / or displaceable via a piezoelectric actuator zel of the comer-cube reflector 9A, whereby a, in particular stepless, position adjustment is implemented along a translation axis. The translation device and the control device thus permit adjustment, in particular regulation, of the pulse duration by means of an actively controlled, in particular controlled, distance adjustment.
Die Erfinder haben ferner erkannt, dass auch eine Drehung beispielsweise des ersten comer- cube-Reflektors 9A die optischen Wege 13A, 13B zwischen den Reflexionsflächen Rl, R2, R3 und somit auch die Weglängenunterschiede zwischen den Spektralkomponenten ändert. Ent sprechend beeinflusst auch solch eine Drehung die Dispersionseigenschaften der Pulslängen anpassungseinheit 7 und die Pulsdauer der Laserpulse im Ausgangsstrahl 19 kann z.B. durch die Drehung des ersten comer-cube-Reflektors 9A eingestellt werden. The inventors have also recognized that rotation of, for example, the first comerube reflector 9A also changes the optical paths 13A, 13B between the reflection surfaces R1, R2, R3 and thus also the path length differences between the spectral components. Accordingly, such a rotation also influences the dispersion characteristics of the pulse length adjusting unit 7 and the pulse duration of the laser pulses in the output beam 19 can be e.g. by the rotation of the first comer-cube reflector 9A.
Dabei ergeben sich zwei mögliche Drehbewegungen, die sich unterschiedlich auf den Strah lengang im comer-cube-Reflektor auswirken. This results in two possible rotational movements, which have different effects on the Strah lengang effect in comer-cube reflector.
In Fig. 1 ist der Ablenkrichtung durch die Gitter 7A, 7B eine Ablenkebene (hier die Zeichen ebene der Fig. 1) mit einer Normalenrichtung n zugeordnet. In Fig. 1, the deflection direction through the grids 7A, 7B a deflection plane (here the character plane of Fig. 1) associated with a normal direction n.
Die Positioniereinheit 25 kann eine erste Winkeleinstellvorrichtung umfassen, die zur Ausrich tung des comer-cube-Reflektors 9Aum die Normalenrichtung n ausgebildet ist. Durch Drehen des comer-cube-Reflektors 9Aum die Normalenrichtung n werden die Versatzkomponenten der Strahlversätze V 1 in der Ablenkebene eingestellt. Derartige Winke leinstellvorrichtungen sind in den Figuren 1 und 2 schematisch durch Drehachsen 35A, 35B für die comer-cube- Reflektoren 9A, 9B angedeutet. The positioning unit 25 may include a first angle adjusting device configured to align the comer-cube reflector 9A with the normal direction n. By rotating the comer-cube reflector 9A in the normal direction n, the offset components of the beam offsets V 1 in the deflection plane are adjusted. Such winch leinstellvorrichtungen are indicated schematically in Figures 1 and 2 by axes of rotation 35A, 35B for the comer-cube reflectors 9A, 9B.
Alternativ oder ergänzend kann die Positioniereinheit 25 eine zweite Winkeleinstellvorrich- tung umfassen. Diese ist zur Ausrichtung des comer-cube-Reflektors bezüglich der Ablenke bene ausgebildet. Die weite Winkeleinstellvorrichtung erlaubt somit das Einstellen der Ver satzkomponenten der Strahlversätze V 1 in der Normalenrichtung n. Derartige Winkeleinstell- vorrichtungen sind in Fig. 2 schematisch durch Drehachsen 37A, 37B für die comer-cube- Reflektoren 9A, 9B angedeutet. Die Winkeleinstellvorrichtungen können beispielsweise motorisierte und/oder über Piezostel- lelemente drehbare Halterungen des comer-cube-Reflektors 9A, 9B sein, die eine, insbesonde- re stufenlose, Einstellung des Drehwinkels erlauben. Die Winkeleinstellvorrichtungen und die Steuerungsvorrichtung erlauben somit eine Einstellung, insbesondere Regelung, der Pulsdauer durch eine aktiv angesteuerte, insbesondere geregelte, Ausrichtung des jeweiligen comer- cube-Reflektors 9A, 9B. Alternatively or additionally, the positioning unit 25 may comprise a second angle adjusting device. This is designed to align the comer-cube reflector with respect to the deflection bene. The wide angle adjusting device thus allows the Ver set components of the beam offset V 1 in the normal direction n. Such Winkeleinstell- devices are indicated in Fig. 2 schematically by axes of rotation 37A, 37B for the comer-cube reflectors 9A, 9B. The angle adjusting devices may be, for example, motorized and / or piezoelectric elements rotatable holders of the comer-cube reflector 9A, 9B, which allow a, in particular stepless, adjustment of the angle of rotation. The angle adjusting devices and the control device thus permit adjustment, in particular regulation, of the pulse duration by an actively controlled, in particular controlled, alignment of the respective comer cube reflector 9A, 9B.
Ist mindestens einer der comer-cube-Reflektoren 9A, 9B um die Normalenrichtung n und/oder bezüglich der Ablenkebene zum Einstellen der Versatzkomponenten drehbar gelagert, können der Eintrittswinkel und die Eintrittslage der optischen Wege 13A, 13B bezüglich einer als ers- tes reflektierenden der drei Reflexionsflächen und der Austrittswinkel und die Austrittslage der optischen Wege 13A, 13B bezüglich einer als letztes reflektierenden der drei Reflexions- flächen eingestellt werden. If at least one of the comer-cube reflectors 9A, 9B is rotatably mounted about the normal direction n and / or with respect to the deflection plane for adjusting the offset components, the entrance angle and the entry position of the optical paths 13A, 13B can be the first one of the three Reflection surfaces and the exit angle and the exit position of the optical paths 13A, 13B are adjusted with respect to a last reflective of the three reflection surfaces.
Bei jedem der comer-cube-Reflektoren 9A, 9B wird - unabhängig von Eintritswinkel, Ein trittsposition und Abstand vom ersten Gitter 11 A - der zurückreflektierte Laserstrahl parallel zum einfallenden Strahl verlaufen. Entsprechend sind die Freiheitsgrade in der Strahlführung der hierin offenbarten Pulslängenanpassungseinheiten reduziert und der optische Strahlengang ist unempfindlicher gegenüber Ändemngen (beispielsweise thermischen Ändemngen) in der Haltemng der als Faltungsspiegel dienenden comer-cube-Reflektoren. In each of the comer-cube reflectors 9A, 9B - regardless of Eintritswinkel, a tread position and distance from the first grid 11 A - the back-reflected laser beam parallel to the incident beam. Accordingly, the degrees of freedom in the beam guidance of the pulse length adjusting units disclosed herein are reduced and the optical beam path is less sensitive to changes (such as thermal changes) in the retention of the comer-cube reflectors serving as folding mirrors.
Es sei erwähnt, dass aufgmnd der Einfallswinkel auf die Reflexionsflächen des comer-cube- Reflektors 9A die Polarisation des rückreflektierten Strahls beeinflusst werden kann. Der in der Figur 5 gezeigte Aufbau kann derartigen Ändemngen in der Polarisation durch Vorsehen von z.B. l/4-Platten, l/2-Platten (alternativ oder ergänzend durch Vörsehen einer entsprechen reflektierenden Beschichtung) entgegen wirken. It should be noted that, due to the angle of incidence on the reflecting surfaces of the comer-cube reflector 9A, the polarization of the back-reflected beam can be influenced. The construction shown in Fig. 5 can provide such changes in polarization by providing e.g. ¼ plates, ½ plates (alternatively or additionally by viewing a correspondingly reflective coating).
Wie in Fig. 1 gezeigt durchläuft der Laserstrahl die Reflexionsflächen Rl, R2, R3 des zweiten comer-cube-Reflektors 9B in umgedrehter Reihenfolge. D.h., der (nun erheblich weiter) auf gefächerte Laserstrahl tritt beim Hinweg oben auf einer (rechten) Hälfte der Strahlein- und Strahlaustrittsfläche 21 des zweiten comer-cube-Reflektors 9B ein. Da der zweite comer- cube-Reflektor 9B bezüglich des ersten comer-cube-Reflektors 9A in der Ablenkebene um 180° gedreht ist, entspricht diese Eintrittsposition der Austrittsposition aus dem ersten comer- cube-Reflektor 9A. Zur (zweiten) Richtungsumkehr des Laserstrahls umfasst das Rechteckprisma des zweiten comer-cube-Reflektors 9B ebenfalls drei reflektierend beschichtete Reflexionsflächen Rl, R2, R3. Die Reflexionsflächen Rl und R2 sind auch hier durch einen Dachkantenprismabereich gebildet, wobei die Reflexionsflächen des Dachkantenprismabereichs senkrecht zueinander und jeweils wiederum im Wesentlichen unter einem 45°-Winkel zur Ablenkebene ausgerichtet sind. As shown in Fig. 1, the laser beam passes through the reflection surfaces Rl, R2, R3 of the second comer-cube reflector 9B in an inverted order. That is, the (now much further) on fanned laser beam enters the way up on a (right) half of the beam inlet and outlet surface 21 of the second comer-cube reflector 9B. Since the second comerube reflector 9B is rotated by 180 ° with respect to the first comer-cube reflector 9A in the deflection plane, this entry position corresponds to the exit position from the first comerube reflector 9A. For the (second) direction reversal of the laser beam, the rectangular prism of the second comer-cube reflector 9B also comprises three reflection-coated reflective surfaces Rl, R2, R3. The reflection surfaces R 1 and R 2 are also formed here by a roof edge prism region, wherein the reflection surfaces of the roof edge prism region are oriented perpendicular to one another and each again substantially at a 45 ° angle to the deflection plane.
Bezugnehmend auf Fig. 2 wird der vom ersten comer-cube-Reflektor 9A kommende Laser strahl somit zuerst von der oberen Hälfte der planen, als Reflexionsfläche R3 wirkenden Sei- tenfläche des modifizierten Rechteckprismas in der Ablenkebene auf die obere Reflexionsflä che R2 und von dort auf die untere Reflexionsfläche Rl abgelenkt. In Fig. 2 erkennt man ent sprechend größere elliptische Auftreffbereiche 22B auf den Reflexionsflächen R3 und R2, wobei auf der Reflexionsfläche R3 die Auftreffbereiche 22B von Hin- und Rückweg angedeu tet sind. With reference to FIG. 2, the laser beam coming from the first comer-cube reflector 9A will thus first of the upper half of the plan, acting as a reflection surface R3 side surface of the modified rectangular prism in the deflection plane on the upper surface Reflexionsflä R2 and from there on the lower reflection surface Rl deflected. In Fig. 2 can be seen accordingly larger elliptical Auftreffbereiche 22 B on the reflection surfaces R 3 and R 2, wherein on the reflection surface R 3 Auftreffbereiche 22 B of outward and return are hinted Tet.
An der Reflexions fläche Rl wird der Laserstrahl entgegen der Ausbreitungsrichtung zwischen den comer-cube-Reflektoren 9A, 9B und damit parallel zum Laserstrahl, wie er vom ersten Gitter 7A abgelenkt wurde, durch den unteren Bereich der Strahlein- und Strahlaustrittsfläche 21 ausgegeben. Dabei erfahren die Strahlkomponenten wiederum vom Eintrittswinkel und von der Eintrittsposition abhängige räumliche Parallelversätze V2, durch die der Laserstrahl um 180° um die Strahlachse gedreht wird. At the reflection surface Rl, the laser beam is emitted counter to the direction of propagation between the comer-cube reflectors 9A, 9B and thus parallel to the laser beam, as it was deflected by the first grating 7A, through the lower portion of the beam inlet and outlet surface 21. In this case, the beam components in turn learn from the entry angle and from the entry position dependent spatial parallel displacements V2, by which the laser beam is rotated by 180 ° about the beam axis.
Der aufgrund der sich anschließenden Propagation noch weiter aufgefächerte Laserstrahl trifft somit derart in einer Orientierung und Winkelverteilung auf das zweite Gitter 7B, als ob der Laserstrahl direkt vom ersten Gitter 7A kommen würde. Am Gitter 7B wird der Laserstrahl wiederum gebeugt, um mit parallelen Strahlen auf das Reflektorelement 15 zu treffen. The laser beam fanned further due to the subsequent propagation thus impinges on the second grating 7B in an orientation and angular distribution, as if the laser beam were coming directly from the first grating 7A. At the grating 7B, the laser beam is in turn diffracted to strike the reflector element 15 with parallel rays.
In alternativen Anordnungen der beiden 3-Llächen-Reflektoren können diese insbesondere treppenweise in der Höhe geschachtelt werden. In alternative arrangements of the two 3-area reflectors, these can be nested, in particular stairs, in height.
Ergänzend kann die vorausgehend beschriebene Pulslängenanpassungseinheit mit weiteren Maßnahmen zur Peinabstimmung der Dispersion ausgestattet werden. Bezugnehmend auf die eingangs erwähnte deutsche Patentanmeldung DE 10 2016 110 947 Al der Anmelderin zeigen die Figuren 1 und 2 gestrichelt eine plan-parallele Glasplatte 39, die im Winkeldispersionsbe- reich 13 angeordnet ist. Die Glasplatte 39 kann um eine Drehachse 41, die parallel zur Norma len n verläuft, gedreht werden, um den Einfallswinkel des Laserstrahls auf die Glasplatte 39 zur Pulsdauereinstellung einzustellen. Die mögliche Variation der Pulsdauer ist u.a. von der Dicke und dem Material der Glasplatte (bei gegebenem Verstellbereich des Drehwinkels) ab hängig. In addition, the previously described pulse length adjustment unit can be equipped with further measures for fine tuning of the dispersion. Referring to the aforementioned German patent application DE 10 2016 110 947 Al the applicant show Figures 1 and 2 in dashed lines a plane-parallel glass plate 39, which is arranged in the angular dispersion 13 area. The glass plate 39 can be rotated about an axis of rotation 41, which runs parallel to the Norma len, to adjust the angle of incidence of the laser beam on the glass plate 39 for pulse width adjustment. The possible variation of the pulse duration depends, inter alia, on the thickness and the material of the glass plate (for a given adjustment range of the angle of rotation).
Fig. 3 zeigt allgemein eine Weglängenanpassungseinheit 43, die zwei comer-cube-Reflektoren umfasst und z.B. in Pulslängenanpassungseinheiten wie Kompressoreinheiten oder Strecke reinheiten eingesetzt werden kann. Die Weglängenanpassungseinheit 43 kann für einen einfal lenden Laserstrahl 45 A variabel einstellbare Weglängen bereitstellen, wobei der austretende Laserstrahl 45B parallel zum in Y-Richtung einfallenden Laserstrahl 45 A verläuft und in X- Richtung versetzt ist, aber ansonsten das Strahlprofil des einfallenden Laserstrahls 45A auf weist (abgesehen von beispielsweise einer propagationsbedingten Aufweitung oder Verjün gung des Strahls). Fig. 3 generally shows a path length adjusting unit 43 comprising two comer-cube reflectors and e.g. can be used in pulse length adjustment units such as compressor units or track purity. The path length adjusting unit 43 can provide 45 A variably adjustable path lengths for einfal loin laser beam, wherein the exiting laser beam 45 B parallel to the incident in the Y direction laser beam 45 A and is offset in the X direction, but otherwise the beam profile of the incident laser beam 45 A has (except, for example, a propagation-induced widening or rejünung the beam).
Der Verlauf des Laserstrahls in der Weglängenanpassungseinheit 43 wird durch einen zentra len optischen Weg 47, der der Strahlachse entspricht, und optische Wege 47A, 47B verdeut licht. The course of the laser beam in the path length adjusting unit 43 is illustrated by a central optical path 47 corresponding to the beam axis and optical paths 47A, 47B.
In der beispielhaften Ausführungsform der Fig. 3 sind die comer-cube-Reflektoren als Spie geleinheiten 49 A, 49B ausgebildet, von denen nur die Reflexions flächen (nachfolgend als Spiegelflächen bezeichnet) schematisch skizziert sind. Jede der Spiegeleinheiten 49A, 49B umfasst drei Spiegelflächen 49-1, 49-2, 49-3, wobei jede der Spiegelflächen senkrecht zu den beiden anderen Spiegelflächen angeordnet ist. Die Spiegelflächen 49-2, 49-3 bilden eine Dachkantenformation und sind optional durch einen Dachkantenspiegel ausgebildet. In the exemplary embodiment of Fig. 3, the comer-cube reflectors gel units as Spie 49 A, 49 B are formed, of which only the reflection surfaces (hereinafter referred to as mirror surfaces) are schematically outlined. Each of the mirror units 49A, 49B comprises three mirror surfaces 49-1, 49-2, 49-3, each of the mirror surfaces being arranged perpendicular to the other two mirror surfaces. The mirror surfaces 49-2, 49-3 form a roof edge formation and are optionally formed by a roof edge mirror.
Im Unterschied zur Anordnung der Reflexionsflächen in den Figuren 1 und 2 sind die Spiegel flächen 49-1, 49-2, 49-3 derart angeordnet, dass der einfallende Laserstrahl 45 A zuerst auf die senkrecht zur X-Y-Ebene ausgerichtete Spiegelfläche 49-1 (entsprechend R3 in Fig. 1) trifft, von dort auf die untere Spiegelfläche 49-2 (entsprechend R2 in Fig. 1) der Dachkantenforma tion reflektiert wird und dann von dieser auf die obere Spiegelfläche 49-3 (entsprechend Rl in Fig. 1) der Dachkantenformation umgelenkt wird. Entsprechend verläuft der Laserstrahl mit einem Höhenversatz in Z-Richtung bezüglich des einfallenden Laserstrahls zur zweiten Spie- geleinheit 47B. Diese entspricht der ersten Spiegeleinheit 47A, ist aber um 180° um die Z- Achse gedreht. Die Spiegelflächen 49-1, 49-2, 49-3 der zweiten Spiegeleinheit 47B werden in umgekehrter Reihenfolge passiert, sodass sich am Ende nur ein Strahlversatz in X-Richtung ergibt. In contrast to the arrangement of the reflective surfaces in Figures 1 and 2, the mirror surfaces 49-1, 49-2, 49-3 are arranged such that the incident laser beam 45 A first on the aligned perpendicular to the XY plane mirror surface 49-1 (Fig. corresponding to R3 in FIG. 1), from there to the lower mirror surface 49-2 (corresponding to R2 in FIG. 1) the Dachkantenforma tion is reflected and then from this to the upper mirror surface 49-3 (corresponding to Rl in Fig. 1) the roof edge formation is deflected. Accordingly, the laser beam extends with a height offset in the Z direction with respect to the incident laser beam to the second mirror. gel unit 47B. This corresponds to the first mirror unit 47A, but is rotated by 180 ° about the Z axis. The mirror surfaces 49-1, 49-2, 49-3 of the second mirror unit 47B are passed in the reverse order, so that only one beam offset in the X direction results at the end.
Bezugnehmend auf die vorausgehende Diskussion der Figuren 1 und 2 erkennt man, dass je- der der einzelnen optischen Wege 47, 47A, 47B durch die aufeinanderfolgenden Reflexionen an den drei Spiegelflächen in jeder Spiegeleinheit 49 A, 49B einen eigenen Parallelversatz erfährt. Die Parallelversätze sind derart, dass das gesamte Strahlprofil neben einer Richtungs- umlenkung und einem Versatz in X- und Y-Richtung eine l80°-Drehung erfährt. Da die zweite Spiegeleinheit 49B einen entsprechenden Versatz in (-Y)-Richtung bewirkt, ansonsten aber einer weiteren Rotation um 180° (oder um -180°) verursacht, stellt die Weglängenanpassungs- einheit 43 eine kompakte Einheit dar, mit der zu durchlaufende Weglängen durch Verschieben oder wie zuvor diskutiert Ausrichten der Spiegeleinheit 49A, 49B grob und fein justiert wer den können. With reference to the preceding discussion of FIGS. 1 and 2, it can be seen that each of the individual optical paths 47, 47A, 47B experiences its own parallel offset as a result of the successive reflections on the three mirror surfaces in each mirror unit 49A, 49B. The parallel offsets are such that the entire beam profile undergoes a 180 ° turn in addition to a directional deflection and an offset in the X and Y directions. Since the second mirror unit 49B causes a corresponding offset in (-Y) direction, but otherwise causes a further rotation through 180 ° (or -180 °), the Weglängenanpassungs- unit 43 is a compact unit, with the path lengths to be traversed By moving or as previously discussed aligning the mirror unit 49A, 49B coarse and finely adjusted who can.
Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Implementierung der hierin offenbarten Konzepte der Dispersi- onsanpassung in einer als Gitterstrecker ausgebildeten Pulslängenanpassungseinheit 7' mit einer Weglängenanpassungseinheit 51, die zwei comer-cube-Reflektoren 9A, 9B umfasst. Im Unterschied zum in den Figuren 1 und 2 gezeigten Kompressor sind in Fig. 4 beispielhaft zwei Prismen 53A, 53B als dispersive Elemente eingesetzt. Alternativ hierzu können z.B. Re- flexionsgitter oder Grisms eingesetzt werden. Im Strahlengang zwischen den beiden Prismen 53A, 53B sind die beiden comer-cube-Reflektoren 9A, 9B zur Weglängenanpassung angeord- net. FIG. 4 shows an exemplary implementation of the dispersion adaptation concepts disclosed herein in a grid length-configured pulse length adjusting unit 7 'having a path length adjusting unit 51 comprising two comer-cube reflectors 9A, 9B. In contrast to the compressor shown in FIGS. 1 and 2, two prisms 53A, 53B are used as dispersive elements in FIG. 4 by way of example. Alternatively, e.g. Reflection gratings or grisms are used. In the beam path between the two prisms 53A, 53B, the two comer-cube reflectors 9A, 9B are arranged for path length adaptation.
Um invertierte Winkeldispersionsbeiträge zu erreichen, wird im beispielhaften Prismenstre- cker ein Finsensystem (z.B. eine Teleskopanordnung) im Strahlengang zwischen den beiden Prismen 53A, 53B vorgesehen. Beispielhaft ist in Fig. 4 eine Teleskopanordnung 55 mit zwei Einsen 55A, 55B gezeigt. Die Teleskopanordnung 55 bewirkt eine Abbildung des ersten Pris- mas 53A, so dass die aufgefächerten spektralen Komponenten nach dem Finsensystem bei dem zweiten Prisma 53B zusammenlaufen. Wie in Fig. 1 ist die Pulslängenanpassungseinheit 7' mit einem Reflektorelement 15 gefaltet, um einen Hinweg und einen Rückweg durch die Prismen 53A, 53B in einem Aufbau bereitzu- stellen. In order to achieve inverted angular dispersion contributions, a lens system (eg a telescope arrangement) is provided in the exemplary prism stringer in the beam path between the two prisms 53A, 53B. By way of example, FIG. 4 shows a telescope arrangement 55 with two ones 55A, 55B. The telescope arrangement 55 effects a mapping of the first prism 53A so that the fanned-out spectral components after the lens system converge at the second prism 53B. As in Fig. 1, the pulse length adjusting unit 7 'is folded with a reflector element 15 to provide a way out and a return path through the prisms 53A, 53B in a structure.
Im Unterschied zur Kompressoranordnung der Fig. 1 sind die zwei comer-cube-Reflektoren 9A, 9B in einem spektral aufgefächerten, aber kollimierten Bereich des Winkeldispersionsbe- reichs 13 angeordnet. D.h., ähnlich der Darstellung in Fig. 3 verlaufen die optischen Wege der verschiedenen Spektralkomponenten im Wesentlichen parallel durch die Weglängenanpas- sungseinheit 51. In contrast to the compressor arrangement of FIG. 1, the two comer-cube reflectors 9A, 9B are arranged in a spectrally fanned-out but collimated region of the angular dispersion region 13. That is, similar to the illustration in FIG. 3, the optical paths of the various spectral components are substantially parallel through the path length adjusting unit 51.
Die im Vorausgehenden in Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 dargelegten Erläuterungen zum Strahlengang sind entsprechend auf den Verlauf des Laserstrahls durch die Weglängenan passungseinheit 51 übertragbar. Insbesondere lassen sich die zuvor hinsichtlich der Kompres- soranordnung beschriebenen Einstellmöglichkeiten (Translation, Ausrichtung, insbesondere Verdrehung um ein oder zwei Achsen) allgemein auf Strecker und insbesondere auf die Streckanordnung der Fig. 4 übertragen. The explanations on the beam path explained above in connection with FIGS. 1 to 3 can be transmitted to the course of the laser beam by the path length adaptation unit 51. In particular, the setting options (translation, alignment, in particular rotation about one or two axes) described above with regard to the compressor assembly can be generally transferred to straighteners and in particular to the stretching arrangement of FIG. 4.
Ferner kann auch im Strecker eine plan-parallele Platte 39 als weiteres optisches Element vor oder nach der Teleskopanordnung 55 im Winkeldispersionsbereich vorgesehen werden, um eine weitere Anpassungsmöglichkeit der Dispersion bereitzustellen. Furthermore, a plane-parallel plate 39 can also be provided in the straightener as a further optical element before or after the telescope arrangement 55 in the angular dispersion region in order to provide a further adaptation possibility of the dispersion.
Fig. 5 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Pulslängenanpassungseinheit 61, die beispielhaft auf zwei 3-Flächen-Reflektoren 63A, 63B mit nicht-orthogonalen reflektierenden Flächen basiert. Optische Elemente sowie die Abschnitte des Strahlengangs, wie sie in Zu sammenhang mit z. B. den Figuren 1 und 2 erläutert wurden, sind mit den gleichen Bezugs zeichen versehen. 5 shows a schematic perspective view of a pulse length adjusting unit 61, which is based, for example, on two 3-area reflectors 63A, 63B with non-orthogonal reflecting surfaces. Optical elements and the sections of the beam path, as in connexion with z. B. Figures 1 and 2 have been explained, are provided with the same reference characters.
Entsprechend breitet sich ein Laserstrahl 5, der von einem ersten Gitter 11 A spektral aufge- weitet wurde, entlang eines Hinwegs 16A durch die Pulslängenanpassungseinheit 61 aus. Da bei verläuft der Hinweg in Fig. 5 zwischen dem ersten Gitter l lAund dem 3-Flächen- Reflektor 63 A unterhalb eines Rückwegs 16B, zwischen dem ersten 3-Flächen-Reflektor 63 A und dem zweiten 3-Flächen-Reflektor 63 A oberhalb des Rückwegs 16B und zwischen einem zweiten Gitter, das zusammen mit einem Rückreflektor in Fig. 5 nicht gezeigt ist (siehe z. B. Fig. 1) wieder unterhalb des Rückwegs 16B. Zur Verdeutlichung wurde der Strahl des Hin wegs 16A durchgezogen und der Strahl des Rückwegs 16B gestrichelt dargestellt. Accordingly, a laser beam 5, which has been spectrally expanded by a first grating 11A, propagates along a forward path 16A through the pulse length adjusting unit 61. Since in Fig. 5 the path between the first grid l lA and the 3-surface reflector 63 A below a return path 16B, between the first 3-surface reflector 63 A and the second 3-surface reflector 63 A above the Return path 16B and between a second grid, which is not shown together with a back reflector in Fig. 5 (see, eg. Fig. 1) again below the return path 16B. For clarity, the beam of the way away 16A was pulled through and the beam of the return path 16B shown in phantom.
Da die reflektierenden Flächen der 3-Flächen-Reflektoren 63A, 63B nicht-orthogonal zuei nander ausgerichtet sind, verlaufen Strahlachsenabschnitte 65A, 65B der in die 3-Flächen- Reflektoren 63A, 63B eintretenden Strahlen (wobei die Strahlachse und damit die Strahlach senabschnitte wieder durch den Strahlengang einer zentralen Wellenlänge gegeben sind) nicht parallel zu den entsprechenden Strahlachsenabschnitten 65B, 65C der aus den 3-Flächen- Reflektoren 63 A, 63B austretenden Strahlen. Mit anderen Worten verlaufen der Strahlachsen abschnitt 65 A und der Strahlachsenabschnitt 65B bzw. der Strahlachsenabschnitt 65B und der Strahlachsenabschnitt 65 C unter einem Winkel zueinander (beispielsweise wird der Winkel primär parallel zur Aufspaltungsebene aufgespannt) oder die jeweiligen Strahlachsenabschnit te verlaufen windschief zueinander. Since the reflective surfaces of the 3-surface reflectors 63A, 63B are aligned non-orthogonal to each other, beam axis portions 65A, 65B of the 3-surface reflectors 63A, 63B entering rays (the beam axis and thus the Strahlach senabschnitte again through the beam path of a central wavelength) are not parallel to the respective beam axis sections 65B, 65C of the beams emerging from the 3-surface reflectors 63A, 63B. In other words, the beam axis section 65 A and the beam axis section 65 B or the beam axis section 65 B and the beam axis section 65 C at an angle to each other (for example, the angle is spanned primarily parallel to the splitting plane) or the respective Strahlachsenabschnit te are skewed.
Man erkennt ferner eine drehbar gehaltene Glasplatte 39, die in der Pulslängenanpassungsein heit 61 zwischen dem ersten Gitter l lAund dem ersten 3-Flächen-Reflektor 63 A optional zur zusätzlichen Pulslängenanpassung vorgesehen werden kann. It can also be seen a rotatably supported glass plate 39, the unit 61 in the Pulslängenanpassungsein between the first l lA and the first 3-area reflector 63 A can optionally be provided for additional pulse length adjustment.
Des Weiteren ist in Fig. 5 ein erstes Verzögerungsplättchen 67A zur Polarisationskompensati on (z.B. ein l/4-Plättchen, ein l/2-Plättchen, allgemein kann eine Kombination mehrerer Ver zögerungsplättchen vorgesehen werden) zwischen dem ersten Gitter l lAund dem ersten 3- Flächen-Reflektor 63 A angeordnet. Beim Einsatz von 3-Flächen-Reflektoren können sich die Reflexionen an den Flächen der 3-Flächen-Reflektoren, auf die der Laserstrahl 5 mit unter schiedlichen Einfallswinkeln/Einfallsorientierungen trifft, auf die Polarisation auswirken. Dies betrifft sowohl 3-Flächen-Reflektoren mit orthogonalen als auch nicht-orthogonalen reflektie renden Flächen. Die Verwendung des l/4-Plättchen 67A wirkt nun einem derartigen Polarisa tionsfehler der 3-Flächen-Reflektoren 63A, 63B entgegen. Insbesondere wird ein Phasenver satz zwischen den S- und P-Polarisationsanteilen, ausgeglichen. 5, a first retardation chip 67A for polarization compensation (for example, a 1/4 plate, a 1/2 plate, generally a combination of multiple delay plates can be provided) between the first grid 1 IA and the first 3 Surface reflector 63 A arranged. When using 3-surface reflectors, the reflections on the surfaces of the 3-surface reflectors to which the laser beam 5 with different incident angles / incidence orientations affect the polarization. This applies to both 3-surface reflectors with orthogonal and non-orthogonal reflective surfaces. The use of the I / 4 plate 67A now counteracts such a polarization error of the 3-surface reflectors 63A, 63B. In particular, a phase offset between the S and P polarization components is compensated.
Bei dem gefalteten Aufbau der Fig. 5 kann ein zweites Verzögerungsplättchen 67B zur Pha senbeeinflussung und bevorzugt zur Polarisationskompensation (üblicherweise ein entspre chendes l/4-Plättchen, l/2-Plättchen oder eine entsprechende Kombination mehrerer Verzöge rungsplättchen) am Ende des Rückwegs 16B vorgesehen werden, beispielsweise zwischen dem ersten 3-Flächen-Reflektor 63 A und dem ersten Gitter 11A. Entsprechend weisen der einfallende Laserstrahl 5 und der austretende Laserstrahl 19 eine im Wesentlichen ähnliche Polarisation auf. In the folded structure of Fig. 5, a second retardation plate 67B for Pha senbeeinflussung and preferably for polarization compensation (usually a corre sponding l / 4 plate, ½ platelets or a corresponding combination of multiple delay ing plate provided at the end of the return path 16B be, for example, between the first 3-area reflector 63 A and the first grid 11A. Accordingly, the incident laser beam 5 and the outgoing laser beam 19 has a substantially similar polarization.
Alternativ oder als Ergänzung zu dem Einsatz von Verzögerungsplättchen können ein oder mehrere der Reflexionsflächen mit einer entsprechenden Beschichtung 69 zur Beeinflussung der Polarisation des eintretenden und austretenden Strahls versehen werden. Die Beschichtung 69 ist z.B. derart ausgebildet, dass die Polarisation in die für das Gitter entsprechend benötigte Polarisation gedreht wird. Dazu können z.B. metallische Beschichtungen (wie Gold- oder Sil- berbeschichtungen) zur Erzeugung eines gewünschten Phasensprungs (z.B. l/4) eingesetzt werden. Alternatively or in addition to the use of retardation plates, one or more of the reflection surfaces may be provided with a corresponding coating 69 for influencing the polarization of the incoming and outgoing beam. The coating 69 is e.g. designed such that the polarization is rotated in the polarization required for the grid. For this, e.g. metallic coatings (such as gold or silver coatings) can be used to produce a desired phase jump (e.g., 1/4).
Durch Verändern des Abstandes zwischen den 3-Flächen-Reflektoren 63A, 63B kann die opti- sche Weglänge zwischen den dispersiven Elementen, und damit die auftretende Winkeldisper- sion, eingestellt werden. By changing the distance between the 3-plane reflectors 63A, 63B, the optical path length between the dispersive elements, and thus the angular dispersion occurring, can be set.
Weitere Konfigurationen von Pulslängenanpassungseinheiten, wie sie bespielhaft in den Figu- ren 1, 2, 4 und 5 gezeigt wurden, umfassen nicht gefaltete Anordnungen mit zwei sequentiell durchstrahlten Paaren von dispersiven Elementen, so dass der Hinweg und der Rückweg nicht wie in Fig. 2 oder 4 in einem Aufbau, sondern in getrennten Pulslängenanpassungseinheiten umgesetzt werden. Ferner können Strecker- und Kompressoranordnungen hinsichtlich der dispersiven Elemente aufeinander abgestimmt werden. Further configurations of pulse-length adjusting units, as have been shown by way of example in FIGS. 1, 2, 4 and 5, comprise unfolded arrangements with two pairs of dispersive elements irradiated sequentially, so that the way-out and the return path do not occur as in FIG 4 are implemented in a structure but in separate pulse length adjusting units. Furthermore, straightener and compressor arrangements can be matched with respect to the dispersive elements.
Die beispielhaften Ausführungsformen wurden unter Bezug auf Laserlicht insbesondere im erweiterten spektralen Bereich von Ultrakurzpulslasem (üblicherweise im Wellenlängenbe- reich von 200 nm bis 10 pm je nach Anwendung) beschrieben. Eine Anwendung der hierin offenbarten Konzepte ist jedoch allgemein auf elektromagnetische Strahlung mit einer spekt ralen Breite übertragbar. The exemplary embodiments have been described with reference to laser light, in particular in the extended spectral range of ultrashort pulse lasers (usually in the wavelength range of 200 nm to 10 pm, depending on the application). However, application of the concepts disclosed herein is generally applicable to spectral width electromagnetic radiation.
Die hierein beschriebenen Ausführungsformen von Pulslängenanpassungseinheit können wie beschrieben im Einfach- oder Mehrfachdurchgang eingesetzt werden und/oder bei Oszillator- Systemen mit Freistrahlkompressoren und/oder -Streckern Anwendung finden. The embodiments of pulse length adjusting unit described herein can be used as described in single or multiple passes and / or find application in oscillator systems with free-jet compressors and / or stretchers.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenba- rung 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 bean spruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe. It is explicitly emphasized that all features disclosed in the description and / or the claims are considered separate and independent of each other for the purpose of the original disclosure. tion as well as for the purpose of limiting the claimed invention, regardless of the combinations of features in the embodiments and / or the claims to be considered. It is explicitly stated that all range indications or indications of groups of units disclose every possible intermediate value or subgroup of units for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of restricting the claimed invention, in particular also as the limit of a range indication.

Claims

Patentansprüche claims
1. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') für einen gepulsten Laserstrahl (5) mit einer spekt ralen Breite, mit A pulse width adjusting unit (7, 7 ') for a pulsed laser beam (5) having a spectral width, with
einem ersten und einem zweiten dispersiven Element (11A, 53A, 11B, 53B) zur Er zeugung von Winkeldispersion in einem durch die dispersiven Elemente (11A, 53A, 11B, a first and a second dispersive element (11A, 53A, 11B, 53B) for generating angular dispersion in one of the dispersive elements (11A, 53A, 11B,
53B) begrenzten Winkeldispersionsbereich (13), wobei in dem Winkeldispersionsbereich (13) einzelnen Spektralkomponenten des Laserstrahls (5) optische Wege (13A, 13B) zugeordnet sind, die zumindest abschnittweise unter einem Winkel zueinander verlaufen, und 53B) limited angle dispersion range (13), wherein in the angular dispersion region (13) of individual spectral components of the laser beam (5) optical paths (13A, 13B) are associated, which extend at least in sections at an angle to each other, and
einem ersten und einem zweiten 3-Flächen-Reflektor (9A, 9B), wobei jeder der 3- Flächen-Reflektoren (9A, 9B) im Strahlengang zwischen dem ersten und dem zweiten disper siven Element (11A, 53A, 11B, 53B) angeordnet ist und drei Reflexionsflächen (Rl, R2, R3) aufweist und der Laserstrahl (5) von jedem der 3-Flächen-Reflektoren (9A, 9B) durch jeweils drei aufeinanderfolgende Reflexionen des Laserstrahls (5) an den jeweiligen drei Reflexions flächen (Rl, R2, R3) reflektiert wird, wobei an jedem der 3-Flächen-Reflektoren (9A, 9B) eine Richtungsumlenkung im Bereich von 150° bis 210° und ein Strahlversatz erfolgen.  a first and a second 3-surface reflector (9A, 9B), wherein each of the 3-surface reflectors (9A, 9B) in the beam path between the first and the second disper-sive element (11A, 53A, 11B, 53B) arranged and three reflecting surfaces (Rl, R2, R3) and the laser beam (5) of each of the 3-surface reflectors (9A, 9B) by three successive reflections of the laser beam (5) at the respective three reflection surfaces (Rl, R2, R3) is reflected, wherein at each of the 3-surface reflectors (9A, 9B), a directional deflection in the range of 150 ° to 210 ° and a beam offset occur.
2. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der 3- Flächen-Reflektoren (9A, 9B) drei fest zueinander angeordnete reflektierende Flächen auf weist, die eine optische Reflektoreinheit bilden und derart zueinander angeordnet sind, dass der Laserstrahl (5) drei aufeinanderfolgende Reflexionen an den drei reflektierenden Flächen erfährt, die die Richtungsumlenkung des Laserstrahls (5) mit einem zweistufigen Strahlversatz bewirken, wobei der Strahlversatz derart ist, dass der auf den mindestens einen der 3-Flächen- Reflektoren (9A, 9B) einfallende Laserstrahl und der von dem mindestens einen der 3- Flächen-Reflektoren (9A, 9B) austretende Laserstrahl zueinander parallel verlaufen, sich in einem Schnittwinkelbereich von 0° bis 30° schneiden oder zueinander windschief verlaufen, wobei die windschiefe Anordnung derart ist, dass eine Verschiebung einer der beiden Laser strahlen in Richtung des Abstands der Laserstrahlen zu sich schneidenden Strahlen in einem Winkelbereich von 0° bis 30° führt. Second pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to claim 1, wherein at least one of the 3-surface reflectors (9A, 9B) has three mutually fixed reflective surfaces, which form an optical reflector unit and are arranged to each other that the laser beam (5) undergoes three successive reflections on the three reflective surfaces causing the directional deflection of the laser beam (5) with a two-stage beam offset, the beam offset being such as to be incident on the at least one of the 3-plane reflectors (9A, 9B). incident laser beam and the at least one of the 3-surface reflectors (9A, 9B) emerging laser beam parallel to each other, intersect in a cutting angle range of 0 ° to 30 ° or skewed to each other, the skewed arrangement is such that a Displacement of one of the two laser beams in the direction of the distance of the laser beams to intersecting beams an angle range of 0 ° to 30 ° leads.
3. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der 3-Flächen-Reflektoren (9A, 9B) paarweise im Wesentlichen orthogonal zueinander verlaufende reflektierende Flächen aufweist. 3. pulse length adjustment unit (7, 7 ') according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the 3-surface reflectors (9A, 9B) in pairs substantially orthogonal mutually extending reflective surfaces.
4. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach Anspruch 3, wobei mindestens einer der 3- Flächen-Reflektoren (9A, 9B) als ein an einer Seitenfläche modifiziertes Prisma ausgebildet ist, das eine Strahlein- und Strahlaustrittsfläche (21), eine reflektierende plane Seitenfläche (R3), einen als reflektierendes Dachkantenprisma ausgebildeten Bereich und optional sich im Wesentlichen entlang der Ablenkrichtung erstreckende Ober- und Unterseiten (23) aufweist, und 4. pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to claim 3, wherein at least one of the 3-surface reflectors (9A, 9B) is formed as a prism modified on a side surface having a beam inlet and outlet surface (21), a reflective plane Side surface (R3), designed as a reflective roof edge prism region and optionally substantially along the deflection extending upper and lower sides (23), and
wobei optional das modifizierte Prisma als Rechteckprisma ausgebildet ist und zwei reflektierende Seitenflächen (Rl, R2) des Dachkantenprismas senkrecht zueinander und senk recht zur planen Seitenfläche ausgebildet sind.  wherein optionally the modified prism is formed as a rectangular prism and two reflective side surfaces (Rl, R2) of the roof edge prism perpendicular to each other and perpendicular to the plane right side surface are formed.
5. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach Anspruch 4, wobei die plane Seitenfläche (R3) und die Seitenflächen (Rl, R2) des Dachkantenprismas die spektrale Breite des Laser strahls reflektierend und/oder die Phase beeinflussend beschichtet sind und/oder 5. pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to claim 4, wherein the planar side surface (R3) and the side surfaces (Rl, R2) of the roof edge prism reflecting the spectral width of the laser beam and / or the phase are coated and / or
die Strahlein- und Strahlaustrittsfläche (21) antireflektiv beschichtet ist.  the jet inlet and outlet surface (21) is antireflectively coated.
6. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei mindes tens einer der 3-Flächen-Reflektoren als eine Spiegeleinheit (49A, 49B) ausgebildet ist, die drei räumlich fix zueinander angeordnete Spiegel aufweist, deren Spiegelflächen (49-1, 49-2, 49-3) die drei Reflexionsflächen (Rl, R2, R3) bilden, und wobei optional zwei der Spiegelflä chen (49-2, 49-3) einen Dachkantenspiegel, insbesondere einen 90°- Dachkantenspiegel, bil den. 6. pulse length adjustment unit (7, 7 ') according to any one of claims 1 and 2, wherein at least one of the 3-surface reflectors as a mirror unit (49A, 49B) is formed, which has three spatially fixed mutually arranged mirror whose mirror surfaces ( 49-1, 49-2, 49-3) forming the three reflecting surfaces (Rl, R2, R3), and optionally two of the Spiegelflä surfaces (49-2, 49-3) a roof edge mirror, in particular a 90 ° - roof edge mirror, form.
7. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit 7. pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to any one of the preceding claims, further comprising
einem ersten phasenbeeinflussenden Verzögerungsplättchen , das zwischen dem ersten dispersiven Element (53A) und dem ersten 3-Flächen-Reflektor (9A) im Strahlengang eines auf den ersten 3-Flächen-Reflektor (9A) einfallenden Laserstrahls angeordnet ist.  a first phase-affecting retardation plate, which is arranged between the first dispersive element (53A) and the first 3-surface reflector (9A) in the beam path of a laser beam incident on the first 3-surface reflector (9A).
8. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Reflexionsflächen eine Beschichtung (69) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass die Polarisation beeinflusst wird, und dass optional die Polarisation des aus dem 3- Flächen-Reflektor (9A) austretenden Strahls gleich der Polarisation des in den 3-Flächen- Reflektor (9A) einfallenden Strahls ist. 8. pulse length adaptation unit (7, 7 ') according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the reflection surfaces has a coating (69) which is formed such that the polarization is influenced, and that optionally the polarization of the from the 3- surface Reflector (9A) emergent beam is equal to the polarization of the incident in the 3-surface reflector (9A) beam.
9. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit 9. pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to any one of the preceding claims, further comprising
mindestens einem Reflexionselement (15), das eine Rückführung des optischen Wegs (13A, 13B) durch die dispersiven Elemente (11A, 53A, 11B, 53B) und die 3-Flächen- Reflektoren (9A, 9B) bewirkt, wobei das Reflexionselement (15) optional als Dachkanten spiegel oder Umlenkprisma ausgebildet ist, und wobei ferner optional eine invertierte Reihen folge der Reflexionen an den Reflexionsflächen (Rl, R2, R3) bei einem Rückweg (16B) im Vergleich zur Reihenfolge des Hinwegs (16A) vorliegt.  at least one reflection element (15) which effects a return of the optical path (13A, 13B) through the dispersive elements (11A, 53A, 11B, 53B) and the 3-surface reflectors (9A, 9B), the reflection element (15 ) optionally as a roof edge mirror or deflecting prism is formed, and wherein optionally also an inverted sequence of the reflections on the reflecting surfaces (Rl, R2, R3) in a return path (16B) in comparison to the order of the way out (16A) is present.
10. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach Anspruch 9, ferner mit 10. pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to claim 9, further comprising
einem zweiten phasenbeeinflussenden Verzögerungsplättchen, das zwischen dem ers ten 3-Flächen-Reflektor (9A) und dem ersten dispersiven Element (53A) im Strahlengang eines vom ersten 3-Flächen-Reflektor (9A) austretenden Faserstrahls angeordnet ist.  a second phase-affecting retardation plate, which is arranged between the first 3-surface reflector (9A) and the first dispersive element (53A) in the beam path of a fiber beam exiting from the first 3-surface reflector (9A).
11. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste dispersive Element (11A, 53A) dazu ausgebildet ist, die Spektralkomponenten in einer Ablenkrichtung um wellenlängenabhängige Winkel abzulenken, sodass der Strahlquer schnitt des Faserstrahls (5) vor der ersten Reflexion am ersten 3-Flächen-Reflektor (9A) in der Ablenkrichtung verformt ist, und 11. pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to any one of the preceding claims, wherein the first dispersive element (11 A, 53 A) is adapted to deflect the spectral components in a deflection by wavelength-dependent angles, so that the beam cross section of the fiber beam (5) before the first reflection on the first 3-surface reflector (9A) is deformed in the deflection direction, and
die 3-Flächen-Reflektoren (9A, 9B) derart bezüglich der Ablenkrichtung des ersten dispersiven Elements (11A, 53A) angeordnet sind, dass die Verformung des Strahlquerschnitts des Faserstrahls (5) nach der Reflexion am zweiten 3-Flächen-Reflektor (9B) wieder in der Ablenkrichtung des ersten dispersiven Elements (11A, 53A) vorliegt und der Faserstrahl (5) nach dem zweiten 3-Flächen-Reflektor (9B) bezüglich des Faserstrahls (5) vor der ersten Re flexion am ersten 3-Flächen-Reflektor (9A) in der Ablenkrichtung versetzt verläuft.  the 3-plane reflectors (9A, 9B) are arranged with respect to the deflection direction of the first dispersive element (11A, 53A) such that the deformation of the beam cross-section of the fiber beam (5) after reflection at the second 3-plane reflector (9B) is present again in the deflection direction of the first dispersive element (11A, 53A) and the fiber beam (5) after the second 3-plane reflector (9B) with respect to the fiber beam (5) before the first re flexion on the first 3-surface reflector ( 9A) is offset in the deflection direction.
12. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die 3-Flächen-Reflektoren (9A, 9B) identisch ausgebildet sind, aber in der Reihenfolge der Reflexionen an den Reflexionsflächen (Rl, R2, R3) invertiert im Strahlengang zwischen den dispersiven Element (11A, 53A, 11B, 53B) angeordnet sind. 12. pulse length adjustment unit (7, 7 ') according to any one of the preceding claims, wherein the 3-surface reflectors (9A, 9B) are identical, but in the order of the reflections on the reflection surfaces (Rl, R2, R3) inverted in the beam path are arranged between the dispersive element (11A, 53A, 11B, 53B).
13. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Translationsvorrichtung zur Einstellung des Abstands zwischen den 3-Flächen- Reflektoren (9A, 9B), und damit zur Einstellung der Weglänge des optischen Weges zwischen dem ersten und dem zweiten dispersiven Element (11 A, 53A, 11B, 53B), wobei die Translati onsvorrichtung optional zur Verschiebung eines der 3-Flächen-Reflektoren (9A, 9B) entlang einer Strahlachse des Laserstrahls (5) zwischen den 3-Flächen-Reflektoren (9A, 9B) ausgebil det ist. 13. pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to any one of the preceding claims, further comprising a translation device for adjusting the distance between the 3-surface reflectors (9A, 9B), and thus for adjusting the path length of the optical path between the first and the second dispersive element (11 A, 53 A, 11 B, 53 B), wherein the Translati Optionally onsvorrichtung for shifting one of the 3-surface reflectors (9A, 9B) along a beam axis of the laser beam (5) between the 3-surface reflectors (9A, 9B) is ausgebil det.
14. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach Anspruch 13, wobei die Translationsvorrich tung dazu ausgebildet ist, einen der 3-Flächen-Reflektoren (9A, 9B) derart zu bewegen, dass der Eintrittswinkel und/oder die Eintrittsposition der optischen Wege (13A, 13B) bezüglich einer zuerst reflektierenden der drei Reflexionsflächen (Rl, R2, R3) des bewegten 3-Flächen- Reflektors (9A, 9B) und der Austrittswinkel beibehalten werden. 14. Pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to claim 13, wherein the translation Vorrich device is adapted to one of the 3-surface reflectors (9A, 9B) to move such that the entrance angle and / or the entry position of the optical paths (13A , 13B) with respect to a first reflecting one of the three reflection surfaces (R1, R2, R3) of the moving 3-surface reflector (9A, 9B) and the exit angles.
15. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7’) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, ferner mit einer Steuerungsvorrichtung (27) zum Ansteuem der Translationsvorrichtung, wobei die Steuerungsvorrichtung (27) dazu ausgebildet ist, eine Weglänge des opti schen Weges zwischen dem ersten und dem zweiten dispersiven Element (11A, 53A, 11B, 53B) in Abhängigkeit eines pulsdauerabhängigen Messsignals, eines Pulsleistungsparameters, eines Spitzen-Pulsleistungsparameters und/oder eines Pulsenergieparameters durch Verschie ben mindestens eines der 3-Flächen-Reflektoren (9A, 9B) einzustellen. 15. Pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to any one of claims 13 or 14, further comprising a control device (27) for driving the translation device, wherein the control device (27) is adapted to a path length of opti's path between the first and the second dispersive element (11A, 53A, 11B, 53B) as a function of a pulse duration-dependent measurement signal, a pulse power parameter, a peak pulse power parameter and / or a pulse energy parameter by shifting at least one of the 3-surface reflectors (9A, 9B) to adjust.
16. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit 16. pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to one of the preceding claims, further comprising
zwei eine optische Teleskopanordnung (55) bildenden Fokussierelementen, optional Linsen (55A, 55B) oder Spiegeln, die jeweils zwischen dem ersten dispersiven Element (53A) und dem ersten 3-Flächen-Reflektor (9A) und dem zweiten 3-Flächen-Reflektor (9B) und dem zweiten dispersiven Element (53B) angeordnet sind.  two focusing elements forming an optical telescope arrangement (55), optionally lenses (55A, 55B) or mirrors, each between the first dispersive element (53A) and the first 3-area reflector (9A) and the second 3-area reflector (9) 9B) and the second dispersive element (53B).
17. Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit 17. Pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to one of the preceding claims, further comprising
einem im Winkeldispersionsbereich (13) angeordneten, den elektromagnetischen Strahl transmittierenden optischen Element (39), das einen eintrittswinke labhängigen Parallel versatz der einzelnen Spektralkomponenten des Laserstrahls bezüglich der Ausbreitung der einzelnen Spektralkomponenten vor und nach dem optischen Element (39) bewirkt, und einer Einstellvorrichtung zur Ausrichtung des optischen Elements (39), wobei die Ein stellvorrichtung zum Verändern des Parallelversatzes der einzelnen Spektralkomponenten an steuerbar ist. a in the angular dispersion region (13) arranged, the electromagnetic beam transmitting optical element (39), which causes a eintrittswinkke labhängigen parallel offset of the individual spectral components of the laser beam with respect to the propagation of the individual spectral components before and after the optical element (39), and an adjusting device for aligning the optical element (39), wherein the adjusting device A for changing the parallel offset of the individual spectral components is controllable.
18. Lasersystem ( 1 ) mit 18. Laser system (1) with
einer Laserpulsquelle (3) zum Erzeugen von spektral breiten Laserpulsen und mindestens einer Pulslängenanpassungseinheit (7, 7') nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Pulskompression, zur Pulsstreckung und/oder zur Pulsoptimierung der spektral breiten Laserpulse.  a laser pulse source (3) for generating spectrally broad laser pulses and at least one pulse length adjusting unit (7, 7 ') according to one of the preceding claims for pulse compression, pulse stretching and / or pulse optimization of the spectrally wide laser pulses.
19. Lasersystem ( 1 , G) nach Anspruch 18 , ferner mit 19. A laser system (1, G) according to claim 18, further comprising
einer Steuerungsvorrichtung (27),  a control device (27),
einer Positioniereinheit (25), auf der einer der 3-Llächen-Reflektoren (9A, 9B) ange ordnet ist und die mit der Steuerungsvorrichtung (27) zur Ansteuerung von Translationsbewe gungen des 3-Llächen-Reflektors (9A, 9B) in Verbindung steht, wobei die Positioniereinheit (25) eine Translationsvorrichtung zur Verschiebung des 3-Llächen-Reflektors (9A, 9B) optio nal entlang einer Strahlachse eines einfallenden Laserstrahls (5) umfasst, und  a positioning unit (25) on which one of the 3-surface reflectors (9A, 9B) is arranged and which is connected to the control device (27) for controlling Translationsbewe conditions of the 3-surface reflector (9A, 9B) wherein the positioning unit (25) comprises a translation device for displacing the 3-plane reflector (9A, 9B) optio nal along a beam axis of an incident laser beam (5), and
optional einer Pulsdauermessvorrichtung (29) zum Ausgeben eines pulsdauerabhängi gen Messsignals an die Steuerungsvorrichtung (27) zum Ansteuem der Positioniereinheit (25).  optionally a pulse duration measuring device (29) for outputting a pulsdauerabhängi conditions measuring signal to the control device (27) for driving the positioning unit (25).
20. Verfahren zur Pulslängenanpassung eines Laserpulses mit einer Pulslängenanpas sungseinheit (7, 7) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, die ein erstes und ein zweites disper- sives Element (11 A, 11B) zur Erzeugung von Winkeldispersion und einen ersten und einen zweiten 3-Llächen-Reflektor (9A, 9B) aufweist, wobei jeder der 3-Llächen-Reflektoren (9A, 9B) im Strahlengang zwischen dem ersten und dem zweiten dispersiven Element (11A, 53 A,20. A method for pulse length adjustment of a laser pulse with a Pulslängenanpas sungseinheit (7, 7) according to any one of claims 1 to 17, a first and a second disper- sives element (11 A, 11 B) for generating angular dispersion and a first and a second 3-plane reflector (9A, 9B), wherein each of the 3-plane reflectors (9A, 9B) in the beam path between the first and the second dispersive element (11A, 53 A,
11B, 53B) angeordnet ist, mit dem Schritt: 11B, 53B), with the step:
Verschieben des ersten und/oder des zweiten dispersiven Elements (11A, 53A, 11B, 53B) zur Einstellung der Weglänge des optischen Weges zwischen dem ersten und dem zwei ten dispersiven Element (11A, 53A, 11B, 53B), wobei optional die Weglängen des optischen Weges zwischen dem ersten und dem zweiten dispersiven Element (11A, 53A, 11B, 53B) in Abhängigkeit eines pulsdauerabhängigen Messsignals, eines Pulsleistungsparameters, eines Spitzen-Pulsleistungsparameters und/oder eines Pulsenergieparameters durch Verschieben mindestens eines der 3-Flächen-Reflektoren (9A, 9B) eingestellt wird.  Shifting the first and / or second dispersive elements (11A, 53A, 11B, 53B) to adjust the optical path path length between the first and second dispersive elements (11A, 53A, 11B, 53B), optionally the path lengths of the optical path between the first and the second dispersive element (11A, 53A, 11B, 53B) as a function of a pulse duration-dependent measurement signal, a pulse power parameter, a peak pulse power parameter and / or a pulse energy parameter by displacing at least one of the 3-surface reflectors (9A, 9B).
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