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DE10158624A1 - Verfahren zum Betreiben eines diodengepumpten Festkörperlasers und nach diesem Verfahren betreibbarer diodengepumpter Festkörperlaser - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines diodengepumpten Festkörperlasers und nach diesem Verfahren betreibbarer diodengepumpter Festkörperlaser

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Publication number
DE10158624A1
DE10158624A1 DE10158624A DE10158624A DE10158624A1 DE 10158624 A1 DE10158624 A1 DE 10158624A1 DE 10158624 A DE10158624 A DE 10158624A DE 10158624 A DE10158624 A DE 10158624A DE 10158624 A1 DE10158624 A1 DE 10158624A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser
power
supplied
state laser
laser diode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10158624A
Other languages
English (en)
Inventor
Reinhold Dinger
Axel Mierzwiak
Nils Schettgen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rofin Sinar Laser GmbH
Original Assignee
Rofin Sinar Laser GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rofin Sinar Laser GmbH filed Critical Rofin Sinar Laser GmbH
Priority to DE10158624A priority Critical patent/DE10158624A1/de
Publication of DE10158624A1 publication Critical patent/DE10158624A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines solchen diodengepumpten Festkörperlasers, der von zumindest einer mehrere in Reihe geschaltete Laserdioden (10) umfassenden Laserdiodenanordnung (8) optisch gepumpt wird, die von einem Netzteil (12) mit elektrischer Leistung versorgt wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen nach diesem Verfahren betriebenen diodengepumpten Festkörperlaser. Gemäß der Erfindung wird die Laserausgangsleistung des Festkörperlasers gemessen und ausgewertet und die der Laserdiodenanordnung (8) vom Netzteil (12) zugeführte elektrische Leistung abgeschaltet, wenn die Auswertung eine unzulässige Leistungsüberhöhung ergibt. Dadurch kann eine durch Reflektion am Werkstück auftretende und eine Zerstörung der Laseroptiken bewirkende Rückkopplung weitgehend vermieden werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines diodengepumpten Festkörperlasers. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen mit diesem Verfahren betreibbaren diodengepumpten Festkörperlaser.
  • Bei der Bearbeitung eines Werkstückes mit Laserstrahlen kann es insbesondere bei nahezu (< 4°) senkrechter Inzidenz des Laserstrahls auf das Werkstück vorkommen, dass ein Teil der Laserleistung vom Werkstück reflektiert wird und sich in umgekehrter Richtung zurück zur Laserquelle ausbreitet. In einem solchen Fall findet eine Leistungsrückkopplung in den Resonator und in das laseraktive Medium statt. Abhängig vom Ausmaß der Rückkopplung und vom Aufbau des Lasersystems, d. h. der Gesamtheit der im Strahlengang des Laserstrahls befindlichen optischen Komponenten, kann es dazu kommen, dass der Laser Pulse abstrahlt, die in ihrer Spitzenleistung deutlich größer als die ursprüngliche Laserleistung sind. Die so erzeugten Leistungsspitzen (Superpulse) können insbesondere bei Hochleistungslasern mit hoher Strahlqualität und hoher Verstärkung Ausmaße erreichen, die zur Zerstörung von optischen Komponenten führen, die sich im Strahlengang befinden. Darüber hinaus können sie auch die Qualität der Materialbearbeitung ungünstig beeinflussen.
  • Werden zur Materialbearbeitung polarisierte Laserstrahlen verwendet, ist es zur Vermeidung einer solch unerwünschten Rückkopplung bekannt, polarisationsselektive optische Elemente einzusetzen. In einer Vielzahl von Anwendungsfällen, insbesondere in Festkörperlasern, kommt aber unpolarisierte Laserstrahlung zum Einsatz, so dass polarisationsselektive optische Elemente zur Vermeidung einer solchen Rückkopplung nicht geeignet sind.
  • Eine solche unerwünschte Rückkopplung tritt insbesondere bei Hochleistungs-cw-Festkörperlasern auf, deren Leistungsdichten und Strahlqualitäten inzwischen so hoch sind, dass die Rückreflektionen vom Werkstück durch Rückkopplung mit dem Resonator eine Zerstörung der zur Strahlführung verwendeten Laseroptiken sowie der Komponenten des Resonators hervorrufen kann. Besonders gefährdet sind die zur Strahlführung verwendeten Lichtleitfasern, deren Kerndurchmesser kleiner als etwa 400 µm ist, um die Strahlqualität des Laserstrahls aufrecht zu erhalten. Beim Auftreten solcher Leistungsspitzen kann es dann zur Zerstörung des Fasermaterials kommen.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines diodengepumpten Festkörperlasers anzugeben, bei dem das Entstehen von schädlichen Leistungsspitzen durch Rückreflektion vom Werkstück vermieden ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen diodengepumpten Festkörperlaser anzugeben der mit einem solchen Verfahren betrieben werden kann.
  • Die genannten Aufgaben werden gemäß der Erfindung jeweils gelöst mit einem Verfahren bzw. einem diodengepumpten Festkörperlaser mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 9.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines diodengepumpten Festkörperlasers, der zumindest von einer oder mehrerer in Reihe geschalteten Laserdioden umfassenden Netz und von einem Netzteil mit elektrischer Leistung versorgten Laserdiodenanordnung optisch gepumpt wird, wird die Laserausgangsleistung des Festkörperlasers gemessen und ausgewertet und die der Laserdiodenanordnung vom Netzteil zugeführte elektrische Leistung abgeschaltet, wenn die Auswertung eine unzulässige Leistungsüberhöhung anzeigt.
  • Durch diese Maßnahme kann ein resonanzartiges Aufschwingen der Ausgangsleistung des Festkörperlasers über die Zerstörschwelle der im Strahlengang des Laserstrahls befindlichen optischen Komponenten sicher verhindert werden. Ein wesentlicher Vorteil einer solchen elektronischen Abschaltung liegt auch darin, dass weiterhin übliche Netzteile verwendet werden können, die nur um eine entsprechende elektronische Schalteinheit sowie die zugehörige Steuerung ergänzt werden müssen, so dass auch bereits im Einsatz befindliche Lasersysteme entsprechend ergänzt werden können.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung durch Kurzschließen des Netzteils mit einem parallel zur Laserdiodenanordnung und zum Netzteil geschalteten steuerbaren elektronischen Schalter abgeschaltet. Da der schnelle elektronische Schalter parallel zu den Laserdioden geschaltet ist, sind die bei Verwendung eines seriell zu den Laserdioden geschalteten Schalter beim Abschalten einer Gleichspannung unvermeidlich an den Laserdioden auftretenden Überspannungen von vornherein vermieden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, einen seriell zu den Laserdioden geschalteten elektronischen Schalter einzusetzen. In diesem Fall muss aber durch geeignete Ableitnetzwerke, wie sie beispielsweise in der DE 197 23 835 A1 offenbart sind, für einen Abbau der Überspannungen gesorgt werden.
  • Insbesondere wird die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung abgeschaltet, wenn der gemessene Wert (Istwert) der Laserausgangsleistung einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Eine solche Überwachung ist schaltungstechnisch besonders einfach zu realisieren.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs der Laserausgangsleistung erfasst, und aus Kenngrößen dieses Frequenzspektrums abgeleitet, ob eine unzulässige Leistungsüberhöhung vorliegt, wobei insbesondere die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung abgeschaltet wird, wenn der Istwert der Amplitude des Spektrums bei einer vorgegebenen Frequenz einen Maximalwert überschreitet. Durch diese Maßnahme kann ein unzulässiges Aufschwingen der Laserausgangsleistung besonders frühzeitig und sicher erkannt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung nach deren Abschalten auf einen Wiedereinschalt-Sollwert gesteuert, der niedriger ist als der vor dem Abschalten eingestellte Arbeits-Sollwert. Dadurch wird verhindert, dass es unmittelbar nach dem Wiedereinschalten zu einer erneuten Rückkopplung und zu einem instabilen Betriebszustand (Ein-Aus- Schwingung) kommt.
  • Vorzugsweise wird der Sollwert für die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung nach deren Abschalten innerhalb von wenigstens 5 ms stetig auf den vor dem Abschalten eingestellten Arbeits-Sollwert erhöht. Diese Zeit reicht aus, um einen instabilen Betriebszustandes nach dem Wiedereinschalten sicher zu vermeiden, ohne dabei den Arbeitsablauf bei der Werkstückbearbeitung in störender Weise zu unterbrechen.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung innerhalb von weniger als 1 µs auf einen unterhalb der Laserdioden- Schwellenleistung liegenden Wert reduziert. Dadurch kann ein unzulässiges Überschreiten der Zerstörungsschwelle sicher vermieden werden.
  • Der erfindungsgemäße diodengepumpte Festkörperlaser gemäß Patentanspruch 9 enthält eine Einrichtung zum Unterdrücken einer durch Rückkopplung verursachten Leistungsüberhöhung mit
    • a) zumindest einer mehrere in Reihe geschaltete Laserdioden umfassenden Laserdiodenanordnung zum optischen Pumpen des Festkörperlasers, die von einem Netzteil mit elektrischer Leistung versorgt wird,
    • b) einem in den Stromkreis des Netzteils geschalteten steuerbaren elektronischen Schalter zum Ein- und Ausschalten der der Laserdiodenanordnung zugeführten elektrischen Leistung,
    • c) einem Lichtempfänger zum Erfassen der Laserausgangsleistung des Festkörperlasers,
    • d) einer Steuer- und Auswerteeinrichtung zum Auswerten des vom Lichtempfänger bereitgestellten Messsignals, die an einem Steuerausgang ein vom Ergebnis der Auswertung abhängiges Schaltsteuersignal für den steuerbaren elektronischen Schalter erzeugt.
  • Die Vorteile der Maßnahmen der auf den diodengepumpten Festkörperlaser bezogenen Patentansprüche ergeben sich sinngemäß aus den ihnen jeweils entsprechenden Verfahrensansprüchen.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen
  • Fig. 1 einen diodengepumpten Festkörperlaser gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung,
  • Fig. 2 alternative Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen diodengepumpten Festkörperlasers ebenfalls in einer Prinzipdarstellung,
  • Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Ausgangsleistung eines diodengepumpten Festkörperlasers gemäß der Erfindung beim Auftreten einer Rückkopplung gegen die Zeit aufgetragen ist,
  • Fig. 4 ein Diagramm, in dem das Frequenzspektrum der Laserausgangsleistung eines Festkörperlasers gegen die Frequenz in Abwesenheit und in Anwesenheit einer Rückkopplung aufgetragen ist,
  • Fig. 5-7 jeweils Diagramme, in denen das Schaltsteuersignal, das Leistungssteuersignal und das Netzteilsteuersignal in schematischen Prinzipdarstellungen jeweils gegen die Zeit aufgetragen sind.
  • Gem. Fig. 1 umfasst ein diodengepumpter Festkörperlaser ein laseraktives Medium 2, im Ausführungsbeispiel ein Nd : YAG-Stab, das sich innerhalb eines von einem Resonator-Endspiegel 4a und einem Resonator-Auskoppelspiegel 4b gebildeten Resonators 6befindet. Das laseraktive Medium 2 wird mit Hilfe einer Mehrzahl von Laserdiodenanordnungen 8 im Beispiel für einen 4-KW- cw-Laser bis zu 8 solcher Laserdiodenanordnungen, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur nur eine dargestellt ist, optisch gepumpt. Jede Laserdiodenanordnung 8 besteht aus einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Laserdioden 10, denen jeweils von einem steuerbaren (Schalt-)Netzteil 12 die zu ihrem Betrieb erforderliche elektrische Leistung zugeführt wird. Durch die Laserdioden 10 fließt ein hoher Gleichstrom I, der im Bereich von etwa 50 A liegt. Die vom Netzteil 12 sekundärseitig bereitgestellte geglättete Gleichspannung U und damit die der Laserdiodenanordnung 8 zugeführte Leistung, d. h. die Höhe des durch die Laserdioden 10 fließenden Stromes I, wird über eine Steuer-und Auswerteeinrichtung 14 gesteuert, die ein entsprechendes Netzteil-Steuersignal S1 generiert.
  • Im Strahlengang des aus dem Resonator 6 austretenden Laserstrahls LS ist ein teildurchlässiger Auskoppelspiegel 16 angeordnet, mit dem ein kleiner Teil LSout des Laserstrahls LS ausgekoppelt wird. Der ausgekoppelte Laserstrahl LSout trifft auf einen Lichtempfänger 18, beispielsweise eine schnelle Photodiode, die ein elektrisches Messsignal M generiert, das an die Steuer-und Auswerteeinrichtung 14 weitergeleitet und dort ausgewertet wird. Die Steuer-und Auswerteeinrichtung 14 enthält hierzu eine Auswerteeinheit 20, in der das Messsignal M dahingehend ausgewertet wird, ob eine durch Rückkopplung verursachte unzulässige Leistungsüberhöhung vorliegt oder nicht. Die Auswerteeinheit 20 generiert ein vom Ergebnis dieser Auswertung abhängiges Schalt-Steuersignal S2 für eine Treiberstufe 22, das einen auf der Sekundärseite des Netzteils 12 parallel zur Laserdiodenanordnung 8 und zum Ausgang des Netzteils 12 geschalteten schnellen steuerbaren elektronischen Schalter 24 steuert.
  • Wird nun in der Auswerteeinheit 20 eine unzulässige Rückkopplung oder Leistungsüberhöhung festgestellt, wird das Schalt- Steuersignal S2 auf einen Wert gesetzt, der zu einem Schließen des steuerbaren elektronischen Schalters 24 führt.
  • Bei dem steuerbaren elektronischen Schalter 24 handelt es sich um einen schnellen Hochleistungs-Mosfet mit einer Schaltzeit von vorzugsweise weniger als 100 ns. Eine solche kurze Schaltzeit ist erforderlich, um sicherzustellen, dass der durch die die Laserdioden 10 fließende Strom innerhalb eines Zeitraums auf unter die zu ihrem Laserbetrieb erforderlichen Schwellenstrom absinkt, der kleiner ist als die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden, durch Rückkopplung entstehenden resonanzähnlichen Schwingungen mit anwachsender Amplitude, die annähernd 5 µs beträgt. Im konkreten Ausführungsbeispiel ist es durch Verwendung eines schnellen elektronischen Schalters 24 mit einer Schaltzeit von 50 ns möglich, den durch die Laserdioden 10 fließenden Strom I innerhalb von annähernd 0,5 µs auf einen Wert zu reduzieren, der unterhalb des für ihren Laserbetrieb erforderlichen Schwellenstroms liegt.
  • Zeitgleich mit dem Schalt-Steuersignal S2 wird von der Auswerteeinheit 20 ein Leistungs-Steuersignal S3 erzeugt, das an einen Sollwertgeber 26 weitergeleitet wird, der das Netzteil- Steuersignal S1 (Sollwertvorgabe) für das Netzteil 12 entsprechend einer von einer Leistungssteuereinheit 28 bereitgestellten Leistungsvorgabe Psoll bereitstellt.
  • Das Leistungs-Steuersignal S3 bewirkt, dass bei Auftreten einer unzulässigen Leistungsübererhöhung der Sollwertgeber 26 das Netzteil-Steuersignal S1 (Sollwertvorgabe) auf einen Wert setzt, der die vom Netzteil 12 abgegebene Leistung gegenüber der vor dem Ausschalten abgegebenen, entsprechend einem Arbeits-Sollwert S1Soll eingestellte Arbeits-Leistung verringert, vorzugsweise auf 0 setzt.
  • Durch einen im Sollwertgeber 26 implementierten Algorithmus wird nach einer vorgegebenen Auszeit toff die Sollwertvorgabe für das Netzteil 12 innerhalb einer Anlaufzeit tstart wieder auf den ursprünglich eingestellten Arbeits-Sollwert S1Soll gesteuert.
  • Zusätzlich ist es auch noch von Vorteil, ein solches kurzfristiges Abschalten des Festkörperlasers zur Qualitätskontrolle durch geeignete Speicher- und Ausgabeeinrichtungen der Steuer- und Auswerteeinheit 14 zu dokumentieren. Außerdem kann vorgesehen sein, die Betriebsart des Lasers von cw-Betrieb auf Pulsbetrieb umzustellen, wenn ein dauerhaft instabiler Betriebszustand auftritt, d. h. wenn mehrmals hintereinander sofort nach dem Wiedereinschalten eine unzulässige Rückkopplung auftritt.
  • In der Ausführungsform gem. Fig. 2 sind gestrichelt alternative Anordnungen für den Lichtempfänger 18 eingezeichnet. Anstelle der in der Figur durchgezogen eingezeichneten reflexiven Anordnung des Lichtempfängers 18 ist es auch möglich, diesen hinter einem teildurchlässigen Spiegel 16' in transmissiver Anordnung zu positionieren. Alternativ hierzu ist es auch möglich, als Resonator-Endspiegel 4a einen teildurchlässigen Spiegel zu verwenden, so dass der Lichtempfänger 18 dahinter angeordnet werden kann.
  • In der Figur ist außerdem noch ein weiterer Lichtempfänger 30 dargestellt, der an den Sollwertgeber 26 angeschlossen ist, und eine Regelung der mit der Leistungssteuereinheit 28 eingestellten Laserausgangsleistung Psoll ermöglicht.
  • In Fig. 3 ist der der Laserausgangsleistung P proportionale Messwert M gegen die Zeit t in einer Situation aufgetragen, in der es zu einer Rückkopplung kommt. Der Figur ist zu entnehmen, dass es beim Auftreten einer solchen Rückkopplung zu einem resonanzartigen Aufschwingen der Laserausgangsleistung P kommt, wobei der zeitliche Abstand Δt zwischen zwei Impulsen etwa 5 µs entsprechend einer Schwingungsfrequenz f von etwa 200 kHz beträgt. Diese Schwingungsfrequenz f hängt dabei von der Auslegung des gesamten Lasersystems, d. h. vom Resonator als auch von der Verstärkung ab und muss für jedes Lasersystem experimentell bestimmt werden. Messungen haben nun ergeben, das bei einem Laser mit einer nominellen cw-Ausgangsleistung von 4 kW Riesenimpulse von mehr als 300 kW auftreten können.
  • Zum Erfassen des Auftretens einer solchen Leistungsüberhöhung ist es nun einerseits möglich, den vom Lichtempfänger 18 an die Steuer- und Auswerteeinrichtung 14 weitergegebenen Messwert M betragsmäßig zu überwachen und das Schalt-Steuersignal und das Leistungs-Steuersignal S2 bzw. S3 dann auszulösen, wenn dieser Messwert M einen vorgegebenen Maximalwert Mmax überschreitet, wie dies in der Figur zum Zeitpunkt t0 veranschaulicht ist.
  • Alternativ hierzu ist es auch möglich, das vom Lichtempfänger 18 an die Steuer-und Auswerteeinheit 14 weitergeleitete Messsignal M einer Frequenzanalyse zu unterziehen, um das Auftreten von Resonanzschwingungen, die sich im Ausführungsbeispiel durch einen erhöhten Anteil im Frequenzspektrum bei etwa 200 KHz und insbesondere der harmonischen Frequenzen bemerkbar machen, zu überwachen. Dadurch kann das Auftreten einer Rückkopplung sehr frühzeitig erkannt und durch Betätigen des steuerbaren elektronischen Schalters 24 unterdrückt werden.
  • Dies ist in Fig. 4 veranschaulicht, in der das Frequenzspektrum A(f) des Messsignals M gegen die Frequenz f für drei Zeitpunkte t = t1, t = t2, t = t0 aufgetragen ist. In der Figur ist ein deutliches Maximum bei einer Frequenz f von rund 200 kHz zu erkennen. Überschreitet dessen Wert AR,1, AR,2 einen eingestellten Maximalwert Amax, so dient dies als Indiz für das Auftreten einer Rückkopplung. Dies ist in der Figur mit übertriebenem Abstand zum normalen Untergrund U dargestellt.
  • Wird ein solch unzulässiges Überschreiten bei einem Zeitpunkt t = t0 festgestellt, wird gemäß Fig. 5 das Schalt-Steuersignal S2 für den elektronischen Schalter von "OFF" auf "ON" gesetzt und der Schalter für eine Auszeit toff des Lasers von etwa 1 ms geschlossen (= ON). Gleichzeitig damit wird gem. Fig. 6 das Leistungs-Steuersignal S3 generiert, das an den Sollwertgeber 26 weitergeleitet wird. Dieser setzt mittels eines im Sollwertgeber 26 implementierten Algorithmus das Netzteil- Steuersignal S1 auf einen Wiedereinschalt-Sollwert S10, der die vom Netzteil sekundärseitig abgegebene Leistung und damit die in der Fig. 7 gestrichelt eingezeichnete Laserausgangsleistung P auf einen Wert begrenzt, der niedriger ist als der vorher eingestellte Sollleistungswert Psoll. Nach der Ausschaltzeit toff, innerhalb der die vom Festkörperlaser abgegebene Laserausgangsleistung P sicher auf 0 abgesunken ist, wird der elektronische Schalter 24 erneut geöffnet (S2 = "OFF") und das Netzteil-Steuersignal S1 allmählich auf den vorhergehenden Arbeits-Sollwert S1Soll hochgefahren, so dass die ursprüngliche Laserausgangsleistung nach etwa 3 ms erneut zur Verfügung steht. Bezugszeichenliste 2 laseraktives Medium
    4a Resonator - Endspiegel
    4b Resonator - Auskoppelspiegel
    6 Resonator
    8 Laserdiodenanordnung
    10 Laserdiode
    12 Netzteil
    14 Steuer- und Auswerteeinrichtung
    16 Auskoppelspiegel
    16' teildurchlässiger Spiegel
    18 Lichtempfänger
    20 Auswerteeinheit
    22 Treiberstufe
    24 elektronischer Schalter
    26 Sollwertgeber
    28 Leistungssteuereinheit
    30 weiterer Lichtempfänger
    I Gleitstrom
    U Gleitspannung
    LS Laserstrahl
    LSout ausgekoppelter Laserstrahl
    M Messsignal
    S1 Netzteil-Steuersignal
    S2 Schalt-Steuersignal
    S3 Leistungs-Steuersignal
    toff Auszeit
    tStart Anlauf Zeit
    f Frequenz
    A(f) Frequenzspektrum
    S10 Wiedereinschalt-Sollwert
    S1Soll Arbeits-Sollwert
    PSoll Sollleistungswert
    P Laserausgangsleistung

Claims (15)

1. Verfahren zum Betreiben eines diodengepumpten Festkörperlasers, der von zumindest einer mehrere in Reihe geschaltete Laserdioden (10) umfassenden Laserdiodenanordnung (8) optisch gepumpt wird, die von einem Netzteil (12) mit elektrischer Leistung versorgt wird, bei dem die Laserausgangsleistung des Festkörperlasers gemessen und ausgewertet wird und die der Laserdiodenanordnung (8) vom Netzteil (12) zugeführte elektrische Leistung abgeschaltet wird, wenn die Auswertung eine unzulässige Leistungsüberhöhung ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung durch Kurzschließen des Netzteils mit einem parallel zur Laserdiodenanordnung und zum Netzteil geschalteten steuerbaren elektronischen Schalter abgeschaltet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung abgeschaltet wird, wenn der gemessene Wert der Laserausgangsleistung einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Frequenzspektrum des zeitlichen Verlaufs der Laserausgangsleistung erfasst, und aus Kenngrößen dieses Frequenzspektrums abgeleitet wird, ob eine unzulässige Leistungsüberhöhung vor- liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung abgeschaltet wird, wenn der Istwert der Amplitude des Spektrums bei einer vorgegebenen Frequenz einen Maximalwert überschreitet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung nach deren Abschalten auf einen Wiedereinschalt- Sollwert gesteuert wird, der niedriger ist als der vor dem Abschalten eingestellte Arbeits-Sollwert.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Sollwert für die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung nach deren Abschalten innerhalb von wenigstens 5 ms stetig auf den vor dem Abschalten eingestellten Arbeits-Sollwert erhöht wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die der Laserdiodenanordnung zugeführte elektrische Leistung innerhalb von weniger als 1 µs auf einen unterhalb der Laserdioden-Schwellenleistung liegenden Wert reduziert wird.
9. Diodengepumpter Festkörperlaser mit einer Einrichtung zum Unterdrücken einer durch Rückkopplung verursachten Leistungsüberhöhung mit
a) zumindest einer mehrere in Reihe geschaltete Laserdioden umfassenden Laserdiodenanordnung zum optischen Pumpen des Festkörperlasers, die von einem Netzteil mit elektrischer Leistung versorgt wird,
b) einem in den Stromkreis des Netzteils geschalteten steuerbaren elektronischen Schalter zum Ein- und Ausschalten der der Laserdiodenanordnung zugeführten elektrischen Leistung,
c) einem Lichtempfänger zum Erfassen der Laserausgangsleistung des Festkörperlasers,
d) einer Steuer- und Auswerteeinrichtung zum Auswerten des vom Lichtempfänger bereitgestellten Messsignals, die an einem Steuerausgang ein vom Ergebnis der Auswertung abhängiges Schaltsteuersignal für den steuerbaren elektronischen Schalter erzeugt.
10. Diodengepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 9, bei der der steuerbare elektronische Schalter parallel zum Netzteil und zur Laserdiodenanordnung geschaltet ist.
11. Diodengepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 10, dessen Steuer- und Auswerteeinrichtung zum Erzeugen des Schaltsteuersignals in Abhängigkeit vom Ergebnis eines Vergleichs des Istwertes des Messsignals mit einem vorgegebenen Maximalwert vorgesehen ist.
12. Diodengepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 10, dessen Steuer- und Auswerteeinrichtung zum Analysieren des Frequenzspektrums des Messsignals und zum Erzeugen des Schaltsteuersignals in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Analyse vorgesehen ist.
13. Diodengepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 12, dessen Steuer- und Auswerteeinrichtung zum Vergleichen des Istwertes der Amplitude des Spektrums des Messsignals bei einer vorgegebenen Frequenz mit einem für diese Frequenz vorgegebenen Maximalwert vorgesehen ist.
14. Diodengepumpter Festkörperlaser nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dessen Netzteil von einem Sollwertgeber gesteuert ist, die die vom Netzteil abgegebene elektrische Leistung in Abhängigkeit eines von der Steuer- und Auswerteeinheit bereitgestellten Leistungs-Steuersignals steuert.
15. Diodengepumpter Festkörperlaser nach Anspruch 14, bei dem die der Laserdiodenanordnung beim Wiedereinschalten zugeführte elektrische Leistung gegenüber der vor dem Abschal- ten zugeführten elektrischen Leistung verringert ist.
DE10158624A 2001-08-03 2001-11-29 Verfahren zum Betreiben eines diodengepumpten Festkörperlasers und nach diesem Verfahren betreibbarer diodengepumpter Festkörperlaser Withdrawn DE10158624A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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