DE10018874C2

DE10018874C2 - Vorrichtung zur Frequenzkonversion des Lichts eines Lasers

Info

Publication number: DE10018874C2
Application number: DE10018874A
Authority: DE
Inventors: Gennadii Kusnezow
Original assignee: LPKF Laser and Electronics AG
Current assignee: LPKF Laser and Electronics AG
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2020-04-15
Also published as: US20020114361A1; WO2001079928A1; EP1183568A1; JP2003531400A; DE10018874A1; US6529532B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Frequenzkonversion des Lichts eines Lasers mittels eines oder mehrerer im Laserstrahl angeordneter, nichtlinearer Kristalle, in die die erforderliche Leistungsdichte durch eine Anordnung im Bereich der Engstelle einer zugeordneten Fokussieroptik eingebracht wird, mit einem Kollimator, der die Divergenz des Laserstrahls minimiert und mit einem optischen Strahlumformer, der den Querschnitt des Laserstrahls formt.

Aus der WO 00/03293 ist bereits eine Vorrichtung zur Frequenzkonversion des Lichts eines Lasers bekannt geworden, in der im Laserstrahl ein nichtlinearer Kristall angeordnet ist, in den die erforderliche Leistungsdichte durch eine Anordnung im Bereich der Engstelle einer Fokussieroptik eingebracht wird und mit einem Kollimator, der die Divergenz des Laserstrahls minimiert.

Durch die DE 195 27 337 A1 ist auch bereits die Anordnung mehrerer nichtlinearer Kristalle in einer Vorrichtung zur Frequenzkonversion des Lichts eines Lasers bekannt geworden, in der zwischen den Kristallen jeweils Fokussierungsoptiken oder ein Polarisationsdreher angeordnet sind. Sofern den Kristallen jeweils Fokussieroptiken zugeordnet sind, so erfordert ein derartiger Aufbau eine relativ große Baulänge.

Grundsätzlich ist es z. B. aus "Lexikon der Optik, H. Haferkorn, Hrsg., Hanau: Dausien 1988, Seite 342 auch bereits bekannt gewesen, zur räumlichen Strahlformung eine Optik als Strahlumformer anzuordnen. Aus der Anordnung einer zusätzlichen Optik, ergibt sich der Nachteil, daß der für die Formung des Querschnitts des Laserstrahls erforderliche technische Aufwand hoch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laser mit einem integrierten optischen Strahlumformer zu schaffen, der sich durch eine kleine Baugröße und durch einen vereinfachten, kostengünstigen Aufbau auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Indem der Kollimator von der Fokussieroptik und einer Korrekturlinse gebildet ist, deren Schrägstellung zur optischen Achse um einen Winkel mit Mitteln zur Veränderung dieses Winkels einstellbar ist, ist erreicht worden, daß die Korrekturlinse zusätzlich als der optische Strahlumformer wirksam ist. Es ist somit möglich, den Querschnitt des Laserstrahls an unterschiedliche Erfordernisse anzupassen bzw. die Vorrichtung mit minimalem Aufwand zu justieren. Zudem werden eine kleine Baulänge und eine erhebliche Vereinfachung des technischen Aufbaus erzielt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, daß zwei Kristalle unmittelbar hintereinander im Laserstrahl angeordnet sind. Deren geometrisches Zentrum liegt dabei im oder nahe der Engstelle der Fokussierlinse, so daß auch hier gelingt, die erforderliche Leistungsdichte einzubringen. Es ist somit auch bei einer Anordnung von zwei Kristallen lediglich erforderlich, eine einzige Fokussieroptik anzuordnen. Auch entfällt ein zusätzlicher Kollimator.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Korrekturlinse als sphärische Linse ausgebildet ist. Es ergibt sich so die Möglichkeit, unter Nutzung des Astigmatismus der Linse, den erwünschten Querschnitt des Laserstrahls bereits mittels kleiner Korrekturen der Winkelstellung der Korrekturlinse zur optischen Achse zu formen.

Vorzugsweise ist die Korrekturlinse in einem inneren Ring gehalten, der um eine Achse zur optischen Achse um den Winkel θ verdrehbar ist. Der innere Ring ist mit seiner Achse vorzugsweise in einem äußeren Ring befestigt, der um einen Winkel ϕ azimutal verdrehbar ist. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es, die Korrekturlinse zur Formung des Querschnitts des Laserstrahls im Strahlengang in einem beliebigen Winkel zur optischen Achse exakt auszurichten.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1, eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung;

Fig. 2, eine Korrekturlinse in ihrer Justagehalterung;

Fig. 3, die Korrekturlinse gemäß Fig. 2 im Querschnitt.

In der Zeichnung ist mit 1 ein Laser bezeichnet, der einen Oszillator 2 mit einer Grundwellenlänge aufweist. In einem Laserstrahl 3 des Lasers 1 ist eine Fokussieroptik 4 angeordnet, bei der es sich vorzugsweise um eine einfache Konvexlinse handelt. Hinter der Fokussieroptik 4 sind unmittelbar hintereinander im Bereich der Engstelle 14 des Laserstrahls 3 zwei nichtlineare Kristalle 5 und 6 angeordnet. Die Kristalle 5 und 6 sind zu ihren kristallographischen Achsen unterschiedlich geschnitten und weisen unterschiedliche optische Eigenschaften auf.

Hinter den Kristallen 5 und 6 ist eine Korrekturlinse 7 angeordnet. Die Korrekturlinse 7 ist in einem inneren Ring 8 gehalten, der um eine Achse 9 zur optischen Achse, d. h. zum Laserstrahl 3 um einen Winkel θ verdrehbar ist. Der innere Ring 8 ist mit seiner Achse 9 in einem äußeren Ring 10 befestigt. Der äußere Ring 10 ist azimutal um einen Winkel ϕ verdrehbar.

Bei dem Oszillator 2 handelt es sich beispielsweise um einen YAG-Laser, der eine Wellenlänge von 1.064 nm aufweist. Die im Laserstrahl 3 hinter dem Oszillator 2 angeordnete Fokussieroptik 4 fokussiert den Laserstrahl 3 derart, daß sich das geometrische Zentrum der beiden beispielsweise als LBO-Kristalle ausgebildeten Kristalle 5 und 6 im oder nahe der Engstelle 14 des Laserstrahles 3 befindet. Es wird so die erforderliche Leistungsdichte in die Kristalle 5 und 6 eingebracht, wobei im ersten Kristall 5 die Wellenlänge des YAG-Lasers auf 532 nm reduziert wird. Im zweiten Kristall 6 wird die dort eintreffende Grundwellenlänge des Oszillators und die vom ersten Kristall 5 gebildete Wellenlänge von 532 nm (zweite Harmonische) in der Form konversiert, daß der Laserstrahl 3 mit einer dreifach reduzierten Wellenlänge von 355 nm (dritte Harmonische) austritt.

Der Laserstrahl 3 weist in diesem Bereich jedoch den Nachteil auf, daß sein Querschnitt 15 resultierend aus den unterschiedlichen optischen Eigenschaften der beiden Kristalle 5 und 6 in x und y Querrichtungen zur optischen Achse einen elliptischen Querschnitt aufweist. Der hinter den Kristallen 5 und 6 angeordneten Korrekturlinse 7 fällt hier zusätzlich die Aufgabe zu, den elliptischen Querschnitt 15 des Laserstrahls 3 zu korrigieren und diesem z. B. einen runden Querschnitt zu geben. Die Korrekturlinse 7 ist zum Laserstrahl 3 um einen Winkel θ winkelverstellbar, wodurch eine Einstellung der Form des Querschnitts 15 ermöglicht wird.

Zusätzlich wirkt die Korrekturlinse 7 in Verbindung mit der Fokussieroptik 4 als Kollimator, d. h. die Divergenz des Laserstrahls 3 wird minimiert. Der Abstand der Fokussieroptik 4 zur Korrekturlinse 7 ist etwa gleich der Summe der beiden Brennweiten.

Die Korrekturlinse 7 ist als sphärische Linse ausgebildet. Hieraus ergibt sich der vorteilhafte Effekt, daß sich jede Winkelverstellung zum Laserstrahl 3 effektiv im Sinne einer Veränderung des Querschnitts des Laserstrahls 3 auswirkt, indem der Astigmatismus der Korrekturlinse 7 genutzt wird.

Zur Verstellung der Winkelstellung zur optischen Achse, d. h. zum Laserstrahl 3 ist die j Korrekturlinse 7 in einem inneren Ring 8 gehalten, der um eine Achse 9 zur optischen Achse verdrehbar ist. Der innere Ring 8 ist mit seiner Achse 9 in einem äußeren Ring 10 befestigt. Der äußere Ring 10 ist mittels zweier Justierschrauben 11 und 12 und einer Klemmfeder 13 in der Vorrichtung in der X- und der Y-Richtung azimutal um einen Winkel ϕ verdrehbar gehalten. Zur Grundjustage ist der äußere Ring 10 mittels der Justierschrauben 11 und 12 in der X- und der Y-Richtung verstellbar.

Claims

1. Vorrichtung zur Frequenzkonversion des Lichts eines Lasers (1) mittels eines oder mehrerer im Laserstrahl (3) angeordneter, nichtlinearer Kristalle (5, 6), in die die erforderliche Leistungsdichte durch eine Anordnung im Bereich der Engstelle (14) einer zugeordneten Fokussieroptik (4) eingebracht wird, mit einem Kollimator, der die Divergenz des Laserstrahls (3) minimiert und mit einem optischen Strahlumformer, der den Querschnitt des Laserstrahls (3) formt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator von der Fokussieroptik (4) und einer Korrekturlinse (7) gebildet ist, deren Schrägstellung zur optischen Achse um einen Winkel θ mit Mitteln (8, 9, 10) zur Veränderung dieses Winkels θ einstellbar ist, wobei die Korrekturlinse (7) als der optische Strahlumformer wirksam ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Kristalle (5, 6) unmittelbar hintereinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturlinse (7) als sphärische Linse ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturlinse (7) in einem inneren Ring (8) gehalten ist, der um eine Achse (9) zur optischen Achse um den Winkel θ verdrehbar ist und daß der innere Ring (8) mit seiner Achse (9) in einem äußeren Ring (10) befestigt ist, der azimutal um einen Winkel ϕ verdrehbar ist.