DE102007002472B4

DE102007002472B4 - Mehrkanaliger Laser

Info

Publication number: DE102007002472B4
Application number: DE200710002472
Authority: DE
Inventors: Blaz Kmetec; Bostjan Podobnik; Gennadij Dr.-Ing. Kusnezow
Original assignee: LPKF Laser and Electronics AG
Current assignee: LPKF Laser and Electronics AG
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2027-01-12
Also published as: DE102007002472A1

Abstract

Mehrkanaliger Laser (1, 21, 22, 23, 24), insbesondere Festkörperlaser, mit einem optischen Resonator, der einen ersten Spiegel (13, 13') und zumindest einen zweiten, hochreflektierenden Spiegel (6), ein Aktivmedium (4), zumindest einen Q-Switch-Modulator (12) und ein unter Brewsterwinkel angeordnetes Element (11) aufweist, wobei der Laser (1, 21, 22, 23, 24) zusätzlich zu einem das erste Aktivmedium (4) für p-polarisiert eingestelltes Licht sowie den zweiten Spiegel (6) umfassenden ersten Resonatorzweig (2) zumindest einen weiteren optischen Resonator mit einem weiteren Aktivmedium (5, 5') für s-polarisiert eingestelltes Licht sowie einen einen weiteren hochreflektierenden Spiegel (7) umfassenden weiteren Resonatorzweig (3, 3', 3'') und einen im Strahlengang der beiden Resonatorzweige (2, 3, 3', 3'') angeordneten Polarisator (14, 14') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine als ein elektrooptischer Modulator ausgeführte Q-Switch-Modulator (12, 12'), das insbesondere als ein Polarisator oder Polarisator-Auskoppler ausgeführte Element (11, 11', 11'') und der erste Spiegel (13, 13') einen gemeinsamen Resonatorzweig (8) der...

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrkanaligen Laser, insbesondere Festkörperlaser, mit einem optischen Resonator, der einen ersten Spiegel und zumindest einen zweiten, hochreflektierenden Spiegel, ein Aktivmedium, zumindest einen Q-Switch-Modulator und ein unter Brewsterwinkel angeordnetes Element aufweist, wobei der Laser zusätzlich zu einem das erste Aktivmedium für p-polarisiert eingestelltes Licht sowie den zweiten Spiegel umfassenden ersten Resonatorzweig zumindest einen weiteren optischen Resonator mit einem weiteren Aktivmedium für s-polarisiert eingestelltes Licht sowie einen, einen weiteren hochreflektierenden Spiegel umfassenden weiteren Resonatorzweig und einen im Strahlengang der beiden Resonatorzweige angeordneten Polarisator aufweist.
Ein gattungsgemäßer Laser ist durch die WO 2006/062744 A2 bekannt, mit zwei oder mehr Unterresonatoren, die sich einen gemeinsamen Resonatorzweig teilen. Jeder Unterresonator besitzt dabei eine andere Konfiguration, beispielsweise Resonatorlänge, die dazu ausgelegt ist, mindestens eine unterschiedliche Impulsenergieprofil- und/oder Impulsbreiteeigenschaft zu liefern. Jeder Unterresonator kann ein eigenes Lasermedium besitzen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der gemeinsame Resonatorzweig einen Spiegel mit hohem Reflexionsvermögen.
Durch die DE 10 2004 028 650 A1 ist ein Laser mit einem optischen Resonator bekannt, der durch zwei hochreflektierende Spiegel begrenzt ist. In dem Resonator sind ein erster nichtlinearer Kristall für die Emittierung der zweiten Harmonischen und ein zweiter nichtlinearer Kristall für die Emittierung der dritten Harmonischen angeordnet. Um die Auskopplung der Wellenlänge effizienter zu gestalten, ist zwischen dem zweiten nichtlinearen Kristall und einem Laserkristall unter dem Brewsterwinkel zur optischen Achse ein ein spezielles Verzögerungsplättchen aufweisender Auskoppler zur Auskopplung der dritten harmonischen Wellenlänge mit derselben Polarisation gegenüber der Grundwellenlänge angeordnet.
Die US 6 940 888 B2 bezieht sich auf ein Lasersystem mit einem Resonator, der zwei Laserverstärkungsmodule mit jeweils einem Verstärkungsmedium und einer Pumpenergiequelle aufweist und einen gemeinsamen Auskoppler aufweist. Mittels einer Steuerung werden die Impulse der verschiedenen Laserverstärkungsmodule zeitlich zueinander beabstandet eingestellt.
Weiterhin beschreiben auch die US 6 199 794 B1 sowie die EP 0 370 620 A2 mehrkanalige Laser.
Durch die WO 01/93381 A1 ist ein frequenzverdreifachender Laser bekannt. Weiterhin ist ein solcher Intracavity frequenzverdreifachter Laser beispielsweise durch die JP 2000-338530 A bekannt. Dabei wird die dritte Harmonische aus dem Resonator nach außen durch ein Wellenlängenselektionselement ausgekoppelt.
Weiterhin ist durch die JP 11-284269 A die Auskopplung von Licht der zweiten und der dritten Harmonischen aus einem Resonator mittels eines Strahlteilers bekannt.
Durch die US 46 60 205 ist ein Laser mit zwei Resonatoren, die einerseits durch einen gemeinsamen ersten Spiegel und einen zweiten Spiegel und andererseits durch den ersten und einen dritten Spiegel begrenzt sind, bekannt, wobei in einem gemeinsamen Zweig der Resonatoren ein gemeinsames Aktivmedium vorgesehen ist. Aufeinanderfolgende Laserpulse können so von verschiedenen Resonatoren emittiert werden. Auf diese Weise können das Raumprofil oder die Wellenlängen aufeinander folgender Laserpulse abweichen.
Um die Leistung eines solchen gattungsgemäßen Lasers zu steigern, könnte beispielsweise in einfacher Weise die Pumpleistung bei zugleich wesentlicher Anpassung der Resonatorkonfiguration erhöht werden. Dadurch kann bei gleicher Repititionsrate der Laserpulse eine wesentliche Steigerung der Amplitude der Laserpulse erzielt werden. Dies führt jedoch in der Praxis zu einer erheblichen zusätzlichen Belastung der Bauelemente des Lasers, die damit einem erhöhten Verschleißrisiko unterworfen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, eine wesentliche Leistungssteigerung zu erreichen, ohne hierzu die Laserpulsleistung zu erhöhen insbesondere soll dabei ein erhöhtes Verschleiß- oder Ausfallrisiko ausgeschlossen sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Laser gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß bilden zumindest der eine, als ein elektrooptischer Modulator ausgeführte Q-Switch-Modulator, das insbesondere als ein Polarisator oder Polarisator-Auskoppler ausgeführte Element und der erste Spiegel einen gemeinsamen Resonatorzweig der optischen Resonatoren mit den Resonatorzweigen, wobei der Q-Switch-Modulator derart abwechselnd ansteuerbar ist, dass das p-polarisierte Licht des ersten Aktivmediums durch den Polarisator und das Element nahezu ungehindert in Richtung der optischen Achse des gemeinsamen Resonatorzweigs hindurchtritt und das s-polarisierte Licht des weiteren Aktivmediums durch den Polarisator nahezu vollständig in Richtung der optischen Achse des gemeinsamen Resonatorzweigs abgelenkt wird, wobei der elektrooptische Q-Switch-Modulator derart ansteuerbar ist, dass das s-polarisierte Licht des weiteren Aktivmediums in p-polarisiertes Licht umgewandelt wird und durch das Element nahezu ungehindert in Richtung der optischen Achse des gemeinsamen Resonatorzweigs hindurchtritt. Hierdurch wird in einfacher Weise die Leis tung des Lasers wesentlich erhöht, indem bei im Wesentlichen unveränderter mittlerer Leistungsdichte eines Einzelpulses die Repititionsrate erhöht, beispielsweise verdoppelt oder verdreifacht wird, wobei abwechselnd die Pulse des ersten Resonators und des zweiten Resonators emittiert werden. Der gemeinsame Resonatorzweig beider Resonatoren des Lasers umfasst neben dem elektrooptischen Modulator das Element und den ersten Spiegel, so dass der konstruktive Aufwand vergleichsweise gering ist. Mittels des elektrooptischen Modulators ist dabei sichergestellt, dass im Bereich zwischen dem zweiten Polarisator/Auskoppler und dem ersten Spiegel stets p-polarisiertes Licht zugeführt wird. Hierzu wird durch das erste Aktivmedium p-polarisiertes Licht erzeugt, welches in an sich bekannter Weise durch den ersten Polarisator und den Modulator hindurch tritt, um an dem als Auskoppler wirkenden Element emittiert zu werden, wobei der ungehinderte Durchtritt durch den ersten und den zweiten Polarisator nur bei 0-Phasendifferenz auf dem Modulator möglich ist. Das von dem zweiten Aktivmedium erzeugte Licht wird an demselben ersten Polarisator praktisch total reflektiert und folgt der optischen Achse des gemeinsamen Resonatorzweiges. Dabei erfolgt die Ansteuerung des elektrooptischen Modulators derart, dass während des Zeitraums, in welchem der elektrooptische Modulator die s-Polarisation in die p-Polarisation umwandelt, das Licht des zweiten Aktivmediums in den gemeinsamen Zweig ein strahlt.
Der mehrkanalige Laser kann prinzipiell eine nahezu beliebige Anzahl von Resonatoren aufweisen, wobei jeweils ein zusätzlicher Polarisator für jeden weiteren Resonatorzweig vorgesehen werden muss. Besonders praxisrelevant ist es dabei hingegen, wenn der Laser als dreikanaliger Laser genau zwei Resonatorzweige aufweist, wobei der erste Spiegel zugleich als ein Auskoppelspiegel des optischen Resonators und das Element ausschließlich als Polarisator ausgeführt ist oder als ein dreikanaliger Laser mit drei Resonatorzweigen ausgestattet ist, wobei zwischen dem Polarisator und einem zwei Resonatorzweigen zugeordneten zweiten Polarisator ein zweiter als ein elektrooptischer Modulator ausgeführte Q-Switch-Modulator angeordnet ist, wobei die beiden Q-Switch-Modulatoren zur abwechselnden Emittierung des Resonators mit drei Resonatorzweigen, in insbesondere gleich bleibender zeitlicher Abfolge, ansteuerbar sind.
Mittels des elektrooptischen Q-Switch-Modulators sind drei Zustände einstellbar, indem durch das Anlegen einer Spannung die Phasendifferenz derart variiert wird, dass eine Energiespeicherung des Lasers durch eine Phasendifferenz von π/₂ (zirkulare Polarisation) eingestellt und eine Pulsabgabe wegen hoher optischer Verluste an dem zweiten Polarisator/Auskoppler ausgeschlossen wird, eine Pulsabgabe des ersten, p-polarisierten Zweiges durch eine Phasendifferenz = 0 (keine Polarisationsänderung) oder eine Pulsabgabe des zweiten, s-polarisierten Zweiges durch eine Phasendifferenz = π (Drehung der linearen Polarisation um 90°) eingestellt wird. Eine Phasendifferenz π/₂ in dem elektrooptischen Modulator kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Wenn der Q-Switch-Modulator beispielsweise als längselektrooptischer Modulator so orientiert ist, dass seine kristalloptische Achse z parallel zur optischen Achse des Resonators liegt, kann die zirkulare Polarisation durch Anlegen der konstanten elektrischen Spannung U_λ/4 an dem elektrooptischen Modulator erzielt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass bei der oben genannten z-Orientierung des elektrooptischen Modulators im Strahlengang entlang der optischen Achse in dem gemeinsamen Zweig vor dem elektrooptischen Q-Switch-Modulator ein λ/4-Verzögerungsplättchen angeordnet ist. Hierdurch wird das zunächst linear polarisierte Licht des ersten oder zweiten Aktivmediums zirkular polarisiert. Um wahlweise die gewünschte p-Polarisation einstellen zu können, ist lediglich entweder eine negative oder eine positive Spannung der ihrem Betrage nach übereinstimmenden, reduzierten Spannung U= +U_λ/4 oder U = –U_λ/4 erforderlich. Hierdurch kann die Steuerung des elektrooptischen Q-Switch-Modulators durch Anlegen einer vergleichsweise geringen elektrischen Spannung erreicht werden. Zugleich kann so auch in einfacher Weise die Emission des Laserstrahls unterbrochen werden, indem in Abhängigkeit der angelegten Spannung zu diesem Zweck eine zirkulare Polarisation des durch den Modulator hindurchtretenden Lichtes eingestellt werden kann. Das zirkular polarisierte Licht bringt in den Strahlengang zwischen zwei Polarisatoren ausreichend Verluste ein, um die Imitierung zu vermeiden.
Als besonders sinnvoll erweist sich darüber hinaus auch eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung, bei welcher der elektrooptische Q-Switch-Modulator gegenüber der optischen Achse des gemeinsamen Zweigs geneigt angeordnet ist und zwar so, dass mit dieser Neigung durch eigene natürliche Anisotropie die Phasendifferenz π/₂ bzw. die zirkulare Polarisation erreicht wird. Hierdurch kann auf das dem elektrooptischen Modulator vorgeschaltete λ/4-Verzögerungsplättchen verzichtet werden, indem eine zirkulare Polarisation des Lichts in einfacher Weise lediglich durch eine gegenüber der optischen Achse geneigte Position des elektrooptischen Modulators bzw. seiner Achse erzeugt wird. Die Achse des elektrooptischen Modulators wird hierzu um einen spitzen Winkel gegenüber der optischen Achse geschwenkt.
Eine weitere besonders Erfolg versprechende Abwandlung des erfindungsgemäßen Lasers wird dann erreicht, wenn der elektrooptische Modulator eine gemeinsame und zwei jeweils in Abhängigkeit der Lichteinkopplung eines der beiden Resonatoren ansteuerbare, jeweils an gegenüberliegenden Seiten der gemeinsamen Elektrode angeordnete Elektroden aufweist, durch deren abwechselnde Ansteuerung eine Drehung des elektrischen Feldes zur Änderung der Polarisation einstellbar ist. Hierdurch wird die Polarisation mittels des elektrooptischen Modulators aufgrund der im Wesentlichen übereinstimmenden Ansteuerungsspannungen +U_λ/4 dadurch erreicht, dass die Ansteuerung einer mittleren gemeinsamen Elektrode sowie abwechselnd einer der beiden äußeren Elektroden erfolgt, ohne dass hierzu eine Variation der Steuerspannung erforderlich ist.
Eine andere, ebenfalls besonders sinnvolle Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lasers wird dann erreicht, wenn mittels einer Differenzspannung des elektrooptischen Modulators im Hinblick auf das von jedem der beiden Resonatoren in den gemeinsamen Zweig eingeleitete Licht eine übereinstimmende Amplitude der Pulse der beiden Resonatoren einstellbar ist. Hierdurch kann also in einfacher Weise eine übereinstimmende Einstellung der Amplitude der Pulse beider Resonatoren erreicht werden, so dass eine konstante Leistungsdichte eingestellt werden kann.
Besonders praxisgerecht ist es dabei auch, wenn der mehrkanalige Laser als ein intracavity- frequenzkonvertierter Laser ausgeführt ist, wobei das Element ausschließlich als Polarisator-Auskoppler ausgeführt ist, der erste Spiegel als hochreflektierend für die Grundwellenlänge und die Wellenlänge der zweiten Harmonischen ausgeführt ist und mindestens ein nichtlinearer Kristall zwischen erstem Spiegel und dem Element, angeordnet ist, wobei bei einem frequenzverdoppelten Laser das Element zur Auskopplung der zweiten Harmonischen und bei einem frequenzverdreifachten Laser das als Polarisator-Auskoppler ausgeführte Element zur Auskopplung der dritten Harmonischen ausgeführt ist.
Bei einer anderen, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Polarisator zur Ablenkung des Lichts der verschiedenen Resonatoren entlang zueinander beanstandeter Achsen parallel zu der optischen Achse in dem gemeinsamen Resonatorzweig in verschiedenen Positionen einstellbar, insbesondere quer zur optischen Achse verschiebbar ausgeführt ist, führt die räumliche Trennung der beiden Achsen zur einer reduzierten Leistungsdichte in dem gemeinsamen Zweig und damit zugleich auch zu einer wesentlich verminderten Belastung der optischen Bauelemente des Lasers. Der Einsatz des Lasers mit zwei parallelen und zueinander verschobenen Strahlen ist bei der Applikation grundsätzlich problemlos möglich, weil die parallelen Strahlen bei der Fokussierung in der Fokussierebene in einem einzigen Spot zusammenfallen.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in
1 einen Laser mit zwei einen gemeinsamen Zweig umfassenden Resonatoren für die Imitierung einer Grundwellenlänge;
2 zeitliche Diagramme für die Erläuterung der Funktionalität des Lasers;
3 verschiedene Ausführungsformen eines als elektrooptischer Modulator ausgeführten Q-Switch-Modulators des in 1 gezeigten Lasers;
4 einen dreikanaligen Laser in Verbindung mit zeitlichen Diagrammen der Funktionalität des Lasers;
5 zwei Ausführungsformen eines weiteren Lasers mit einer Intracavity-Frequenzkonvertierung der zweiten und der dritten Harmonischen;
6 einen weiteren, mit einem verschiebbaren Polarisator ausgestatteten Laser.
1 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen Laser 1 mit zwei jeweils einen gemeinsamen Zweig 8 umfassenden optischen Resonatorzweigen 2, 3. Jeder der beiden Resonatorzweige 2, 3 weist ein Aktivmedium 4, 5 sowie einen hochreflektierenden Spiegel 6, 7 auf, wobei der gemeinsame Zweig 8 des Lasers 1, ein zugleich als ein weiterer Polarisator wirkendes Element 11, einen elektrooptischen Modulator 12 sowie einen weiteren, gemeinsamen Spiegel 13 umfasst. Das erste Aktivmedium 4 dient der Emittierung des p-polarisierten Lichts und das zweite Aktivmedium 5 dient der Emittierung des s-polarisierten Lichts, wobei das p-polarisierte Licht des ersten Aktivmediums 4 durch einen im Strahlengang der beiden Resonatorzweige 2, 3 angeordneten Polarisator 14 nahezu ungehindert in Richtung der optischen Achse 15 des gemeinsamen Zweigs 8 bei entsprechend eingestellten Bedingungen hindurchtritt und das s-polarisierte Licht des zweiten Aktivmediums 5 durch den Polarisator 14 nahezu vollständig in Richtung der optischen Achse 15 abgelenkt wird. Der elektrooptische Modulator 12 wird nun derart angesteuert, dass das s-polarisierte Licht des zweiten Aktivmediums 5 in p-polarisiertes Licht umgewandelt wird. Mittels des Elements 11 werden so abwechselnd Laserpulse des ersten Resonators 2 und des zweiten Resonators 3 emittiert. Mit den Bezugsziffern 19 und 20 ist jeweils eine den beiden Resonatorzweigen 2, 3 zugeordnete longitudinale Pumpe bezeichnet.
2 zeigt ein Diagramm der einzelnen Phasen im Betrieb des in der 1 gezeigten Lasers 1 in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs t. 2 a) zeigt die mittels des elektrooptischen Modulators 12 einstellbaren drei Zustände, in denen durch das Anlegen der in 2 b) dargestellten Spannung die Phasendifferenz φ variiert wird. Zu erkennen ist ein durch das Anlegen einer mittleren Spannung U* einstellbaren Phasendifferenz von π/₂, durch die eine Pulsabgabe des Lasers 1 ausgeschlossen und eine Energiespeicherung des Lasers 1 eingestellt wird. Demgegenüber wird durch Anlegen einer Spannung U* + U_λ/4 bzw. U* – U_λ/4 eine Phasendifferenz = 0 oder eine Phasendifferenz = π eingestellt, die zu einer Pulsabgabe des ersten, p-polarisierten Zweiges des Resonators 2 durch eine Phasendifferenz = 0 oder eine Pulsabgabe des zweiten, s-polarisierten Zweiges des Resonators 3 eingestellt wird. Diese abwechselnde Pulsabgabe der beiden Resonatorzweige 2, 3 ist in der 2 c) als Amplitude I_ω der Pulse S und P dargestellt, deren zeitlicher Abstand T₂ = ½ T₁ beträgt.
3 zeigt verschiedene mögliche Ausführungsformen des als elektrooptischer Modulator ausgeführten Q-Switch-Modulators 12 des in 1 gezeigten Lasers. In einer ersten Variante wird ausgehend von einer mittleren Spannung U* jeweils an dem elektrooptischen Modulator 12 abwechselnd eine Spannung U_EO = 0 oder eine gegenüber der mittleren Spannung verdoppelte Spannung angelegt. Demgegenüber ist gemäß der zweiten Variante im Strahlengang entlang der optischen Achse 15 vor dem elektrooptischen Modulator 12 ein λ/4-Verzögerungsplättchen 16 angeordnet. Hierdurch wird das zunächst linear polarisierte Licht des ersten oder zweiten Aktivmediums zirkular polarisiert. Um wahlweise die gewünschte p-Polarisation einstellen zu können, ist lediglich entweder eine negative oder eine positive Spannung der ihrem Betrage nach übereinstimmenden, reduzierten Spannung U = +U_λ/4 oder U = –U_λ/4 erforderlich. Bei einer dritten Variante ist der elektrooptische Modulator 12 mit seiner Achse z gegenüber der optischen Achse 15 geneigt angeordnet. Hierdurch kann auf das dem elektrooptischen Modulator 12 vorgeschaltete λ/4-Verzögerungsplättchen 16 verzichtet werden, indem eine zirkulare Polarisation des Lichts in einfacher Weise lediglich durch die gegenüber der optischen Achse 15 geneigte Position des elektrooptischen Modulators 12 erzeugt wird. Gemäß einer vierten Variante weist der elektrooptische Modulator 12, dem das λ/4-Verzögerungsplättchen 16 vorgeschaltet ist, eine mittlere gemeinsame Elektrode und zwei jeweils in Abhängigkeit der Lichteinkopplung eines der beiden Resonatorzweige 2, 3 ansteuerbare, jeweils an gegenüberliegenden Seiten der gemeinsamen Elektrode angeordnete Elektroden auf, durch deren abwechselnde Ansteuerung eine Drehung des elektrischen Feldes zur Änderung der Polarisation einstellbar ist. Hierdurch wird die Polarisation mittels des elektrooptischen Modulators aufgrund der im Wesentlichen übereinstimmenden Ansteuerungsspannungen +U_λ/4 dadurch erreicht, dass die Ansteuerung einer mittleren gemeinsamen Elektrode sowie abwechselnd einer der beiden äußeren Elektroden erfolgt, ohne dass hierzu eine Variation der Steuerspannung U_EO erforderlich ist.
In der 4 ist ein dreikanaliger Laser 21 (4a) in Verbindung mit zeitlichen Diagrammen (4b) der Funktionalität des Lasers in einer Prinzipdarstellung gezeigt, wobei der weitere Laser 21 mit insgesamt drei jeweils einen gemeinsamen Zweig 8 umfassenden optischen Resonatorzweigen 2, 3', 3'' ausgestattet ist. Die Resonatorzweige 2, 3', 3'' weisen jeweils ein Aktivmedium 4, 5', 5'' sowie einen hochreflektierenden Spiegel 6, 7', 7'' auf, wobei der gemeinsame Zweig 8 des Lasers 21 das optische Element 11, den elektrooptischen Modulator 12 sowie den Spiegel 13 umfasst. Das erste Aktivmedium 4 dient ebenso wie das dritte Aktivmedium 5'' der Emittierung des p-polarisierten Lichts und das zweite Aktivmedium 5' dient der Emittierung des s-polarisierten Lichts.
Dabei tritt das p-polarisierte Licht des dritten Aktivmedium 5'' durch einen im Strahlengang der beiden Resonatorzweige 3', 3'' angeordneten Polarisator 14', einen zweiten elektrooptischen Modulator 12' und den Polarisator 14 nahezu ungehindert in Richtung der optischen Achse 15 des gemeinsamen Zweigs 8 bei entsprechend eingestellten Bedingungen hindurch. Die elektrooptischen Modulatoren 12 und 12' werden nun derart angesteuert, dass das s-polarisierte Licht des zweiten Aktivmediums 5' in p-polarisiertes Licht umgewandelt wird. Mittels des Auskopplers 11 werden so abwechselnd Laserpulse des ersten Resonators 2, des zweiten Resonators 3' und des dritten Resonators 3' emittiert. Mit den Bezugsziffern 19, 20' und 20'' ist jeweils eine den Resonatorzweigen 2, 3', 3'' zugeordnete longitudinale Pumpe bezeichnet.
Weiterhin sind in dem in 4b gezeigten Diagramm die einzelnen Phasen im Betrieb des gezeigten Lasers 21 in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs t dargestellt. Mittels der elektrooptischen Modulatoren 12 und 12' einstellbaren drei Zustände wird die den einzelnen Resonatorzweigen 2, 3', 3'' zugeordnete Phasendifferenz φ variiert wird. Die abwechselnde Pulsabgabe der Resonatorzweige 2, 3', 3'' ist als Amplitude I_ω der Pulse dargestellt, deren zeitlicher Abstand T₃ = 1/3 F beträgt.
Darüber hinaus zeigt die 5a und 5b jeweils verschiedene Ausführungsformen eines weiteren Lasers 22, 23 nach dem in der 1 beschriebenen Grundaufbau, die zusätzlich zur Intracavity-Frequenzkonvertierung der 2. und der 3. Harmonischen entsprechend ausgeführt sind. Hierzu wird das s-polarisierte Licht des zweiten Aktivmediums 5 durch den Polarisator 14 nahezu vollständig in Richtung der optischen Achse 15 abgelenkt wird. Der elektrooptische Modulator 12 wird nun derart angesteuert, dass das s-polarisierte Licht des zweiten Aktivmediums 5 vor dem Eintritt in ein nichtlineares Element 17 bzw. in die nichtlinearen Elemente 17, 18 in p-polarisiertes Licht umgewandelt wird. Hierbei dient der erste nichtlineare Kristall 17 des ersten Typs der Phasenanpassung der Emittierung der zweiten Harmonischen und der zweite nichtlinearer Kristall 18 der Konvertierung in die dritte Harmonische, die bedarfsweise in entsprechenden Ausführungsformen zur Frequenzkonvertierung auch bei dreikanaligen Lasern nach dem in der 4 gezeigten Grundprinzip eingesetzt werden können. Mittels des Auskopplers 11, 11'' werden so die frequenzkonvertierten Laserpulse des ersten Resonators 2 und des zweiten Resonators 3 emittiert.
6 zeigt einen weiteren, mit einem verschiebbaren Polarisator ausgestatteten Laser 24 in einer Prinzipdarstellung entsprechend dem in 1 gezeigten Laser 1. In einer Abwandlung gegenüber dem in der 1 dargestellten Laser 1 ist der Polarisator 14 des Lasers 24 quer zu der optischen Achse 15', 15'' in einer nicht dargestellten Führung in Pfeilrichtung 25 verschiebbar gelagert. Hierdurch wird das von dem jeweiligen Resonator in den gemeinsamen Resonatorzweig eingekoppelte p-polarisierte bzw. s-polarisierte Licht in verschiedenen, zueinander parallelen optischen Achsen 15', 15'' abgelenkt. Entlang dieser optischen Achsen 15', 15'' trifft das p-polarisierte bzw. s-polarisierte Licht der beiden Resonatoren somit auf verschiedene Oberflächenpunkte der im Strahlengang folgenden Bauelemente, insbesondere also der beiden nichtlinearen Kristalle 17, 18. Hierdurch wird die Belastung aufgrund der in einer graphischen Darstellung erkennbaren verminderten räumlichen Leistungsdichte dieser Bauelemente wesentlich vermindert und somit die Lebensdauer erhöht.

Claims

Mehrkanaliger Laser (1, 21, 22, 23, 24), insbesondere Festkörperlaser, mit einem optischen Resonator, der einen ersten Spiegel (13, 13') und zumindest einen zweiten, hochreflektierenden Spiegel (6), ein Aktivmedium (4), zumindest einen Q-Switch-Modulator (12) und ein unter Brewsterwinkel angeordnetes Element (11) aufweist, wobei der Laser (1, 21, 22, 23, 24) zusätzlich zu einem das erste Aktivmedium (4) für p-polarisiert eingestelltes Licht sowie den zweiten Spiegel (6) umfassenden ersten Resonatorzweig (2) zumindest einen weiteren optischen Resonator mit einem weiteren Aktivmedium (5, 5') für s-polarisiert eingestelltes Licht sowie einen einen weiteren hochreflektierenden Spiegel (7) umfassenden weiteren Resonatorzweig (3, 3', 3'') und einen im Strahlengang der beiden Resonatorzweige (2, 3, 3', 3'') angeordneten Polarisator (14, 14') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine als ein elektrooptischer Modulator ausgeführte Q-Switch-Modulator (12, 12'), das insbesondere als ein Polarisator oder Polarisator-Auskoppler ausgeführte Element (11, 11', 11'') und der erste Spiegel (13, 13') einen gemeinsamen Resonatorzweig (8) der optischen Resonatoren mit den Resonatorzweigen (2, 3, 3', 3'') bilden, wobei der Q-Switch-Modulator (12, 12') derart abwechselnd ansteuerbar ist, dass das p-polarisierte Licht des ersten Aktivmediums (4) durch den Polarisator (14, 14') und das Element (11, 11', 11'') nahezu ungehindert in Richtung der optischen Achse (15) des gemeinsamen Resonatorzweigs (8) hindurchtritt und das s-polarisierte Licht des weiteren Aktivmediums (5, 5') durch den Polarisator (14, 14') nahezu vollständig in Richtung der optischen Achse (15) des gemeinsamen Resonatorzweigs (8) abgelenkt wird, wobei der elektrooptische Q-Switch-Modulator (12, 12') derart ansteuerbar ist, dass das s-polarisierte Licht des weiteren Aktivmediums (5, 5') in p-polarisiertes Licht umgewandelt wird und durch das Element (11, 11', 11'') nahezu ungehindert in Richtung der optischen Achse (15) des gemeinsamen Resonatorzweigs (8) hindurchtritt.
Laser (1, 22, 23, 24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1, 22, 23) genau zwei Resonatorzweige (2, 3) aufweist, wobei der erste Spiegel (13, 13') zugleich als ein Auskoppelspiegel des optischen Resonators und das Element (11, 11', 11'') ausschließlich als Polarisator ausgeführt ist.
Laser (21) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (21) als ein dreikanaliger Laser mit drei Resonatorzweigen (2, 3', 3'') ausgestattet ist, wobei zwischen dem Polarisator (14) und einem zwei Resonatorzweigen (3', 3'') zugeordneten zweiten Polarisator (14') ein zweiter als ein elektrooptischer Modulator ausgeführte Q-Switch-Modulator (12') angeordnet ist, wobei die beiden Q-Switch-Modulatoren (12, 12') zur abwechselnden Emittierung des Resonators mit drei Resonatorzweigen (2, 3, 3') in insbesondere gleich bleibender zeitlicher Abfolge ansteuerbar sind.
Laser (1, 21, 22, 23, 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Aktivmedien (4, 5, 5, 5'') aus einem Kristall, insbesondere YAG:Nd, YVO₄:Nd oder YLF:Nd ausgeführt ist.
Laser (1, 21, 22, 23, 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1, 21, 22, 23, 24) longitudinal diodengepumpt ist.
Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser transversal diodengepumpt ist.
Laser (1, 21, 22, 23, 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Q-Switch-Modulator (12, 12') mit einem längselektrooptischen Pockels-Effekt, insbesondere mit einem DKDP-Kristall ausgeführt und mit der optischen Achse des Kristalls parallel zu der optischen Achse (15) des Resonators angeordnet ist.
Laser (1, 21, 22, 23, 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang entlang der optischen Achse (15) in dem gemeinsamen Resonatorzweig (8) vor dem elektrooptischen Q-Switch-Modulator (12) ein λ/4-Verzögerungsplättchen (16) angeordnet ist.
Laser (1, 21, 22, 23, 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrooptische Q-Switch-Modulator (12) mit einem längselektrooptischen Pockels-Effekt, insbesondere mit einem DKDP-Kristall ausgeführt und gegenüber der optischen Achse (15) des gemeinsamen Resonatorzweigs (8) derart geneigt angeordnet ist, dass im Strahlengang eine Phasendifferenz π/2 erzeugt wird.
Laser (1, 21, 22, 23, 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrooptische Q-Switch-Modulator (12) eine gemeinsame und zwei an gegenüberliegenden Seiten einer gemeinsamen Elektrode angeordnete äußere Elektroden aufweist, deren abwechselnde Ansteuerung einstellbar ist.
Laser (1, 21, 22, 23, 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Q-Switch-Modulator (12) mit einem transversalen elektrooptischen Pockels-Effekt, insbesondere mit Kristallen BBO oder RTP, ausgeführt ist.
Laser (1, 21, 22, 23, 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Differenzspannung in dem elektrooptischen Q-Switch-Modulator (12) im Hinblick auf den von jedem der jeweiligen Resonatoren mit den Resonatorzweigen (2, 3, 3', 3'') emittierten Strahl eine übereinstimmende Amplitude der Laserpulse einstellbar ist.
Laser (22, 23, 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (22, 23) als ein intracavity-frequenzkonvertierter Laser (22, 23) ausgeführt ist, wobei das Element (11', 11'') ausschließlich als Polarisator-Auskoppler (11', 11'') ausgeführt ist, der erste Spiegel (13') als hochreflektierend für die Grundwellenlänge und die Wellenlänge der zweiten Harmonischen ausgeführt ist und mindestens ein nichtlinearer Kristall (17, 18) zwischen erstem Spiegel (13') und dem Element (11', 11'') angeordnet ist.
Laser (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser als ein intracavity-frequenzverdoppelter Laser (22) mit einem nichtlinearen Kristall (17), insbesondere LBO, des ersten Typs der Phasenanpassung für die Konvertierung in die zweite Harmonische und mit dem als Polarisator-Auskoppler ausgeführten Element (11') zur Auskopplung der zweiten Harmonischen ausgeführt ist.
Laser (23, 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser als ein Intracavity-frequenzverdreifachter Laser (23) mit einem ersten nichtlinearen Kristall (17), insbesondere LBO, des ersten Typs der Phasenanpassung für die Konvertierung in die zweite Harmonische, einem zweiten nichtlinearen Kristall (18), insbesondere LBO, des zweiten Typs der Phasenanpassung für die Konvertierung in die dritte Harmonische und mit dem als Polarisator-Auskoppler ausgeführten Element (11'') zur Auskopplung der dritten Harmonischen ausgeführt ist.
Laser (1, 21, 22, 23, 24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisator (14) zur Ablenkung des Lichts der verschiedenen Resonatoren entlang zueinander beabstandeter Achsen parallel zu der optischen Achse (15', 15'') in dem gemeinsamen Resonatorzweig in verschiedenen Positionen festlegbar, insbesondere quer zur optischen Achse (15', 15'') verschiebbar ausgeführt ist.