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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Lasereinrichtung mit einem laseraktiven Festkörper und einer passiven Güteschaltung und einer Pumplichtzuführung. Derartige Lasereinrichtungen sind beispielsweise für den Einsatz in Zündkerzen für Brennkraftmaschinen vorgesehen, beispielsweise in stationären Großmotoren oder in Kraftfahrzeugen. Eine derartige Lasereinrichtung ist beispielsweise in der
DE-102006024678 A1 beschrieben.
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Aus der
US 3 689 850 A ist ein Spiegelsystem eines Resonators eines Festkörperlasers bekannt aufweisend ein totalreflektierendes Prisma, dessen Hauptschnitt einem rechtwinkligen, gleichschenkligen Dreieck entspricht, und dessen Hypotenuse seitlich zugewandt einer Seite des Laserstabs ist, so dass ein einfallender Strahl des Lasers parallel in Richtung des einfallenden Strahls zurück in den Laserstab reflektiert wird. Eine temperatursensitive Vorrichtung erfasst die Temperatur in der Umgebung des Laserstabs und steuert das Prisma derart an, dass seine 90° Ecke in Bezug zur Mittelachse des Laserstabs verschoben wird in Antwort auf Temperaturänderungen. Der reflektierte Strahl wird derart beeinflusst, dass er sich durch einen Teil des Laserstabs bewegt, der ein für die gewünschte optische Verstärkung geeignetes Anregungsniveau aufweist.
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Aus der
US 2003 / 0 063 630 A1 ist ein passiver Q-Switch-Laser bekannt, aufweisend ein optisches Bündelungssystem zum Bündeln eines vom Laser emittierten Laserstrahls auf die Oberfläche des Festkörperlasermediums. Die Oberfläche des Festkörperlasermediums ist verschoben zur Laserlichtbündelungsposition des optischen Bündelungssystems.
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Zur Erzeugung von Laserpulsen in derartigen Lasereinrichtungen wird der laseraktive Festkörper mit einem Pumplicht beaufschlagt, das geeignete räumliche und spektrale Eigenschaften aufweist. Der laseraktive Festkörper erfährt somit eine optische Anregung und es kommt in dem laseraktiven Festkörper zu einer sogenannten Besetzungsinversion. Das heißt, auf atomarer Ebene weist der laseraktive Festkörper zwei Zustände auf, die sich auf unterschiedlichen Energieniveaus befinden, zwischen denen ein strahlender Übergang möglich ist, wobei die atomare Besetzung des energetisch höheren Energieniveau größer ist als die atomare Besetzung des energetisch niedrigeren. Eine derartige Besetzungsinversion hat zur Folge, dass Licht, dessen Wellenlänge v mit dem energetischen Abstand der beiden Energieniveaus e=hv korespondiert und das sich in dem laseraktiven Festkörper ausbreitet, keine Dämpfung, sondern eine Verstärkung erfährt.
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Bei kontinuierlich emittierenden Lasern ohne Güteschaltung ist diese Verstärkung die Grundlage der Erzeugung von Laserlicht. Die Erzeugung von Laserlicht erfolgt ferner im Zusammenspiel mit der spontanen Emission aus dem energetisch höheren in das energetisch niedrigere Energieniveau und erfolgt im Zusammenspiel mit der Rückkopplung des erzeugten Lichts in den laseraktiven Festkörper.
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Bei gütegeschalteten Lasern wird die Rückkopplung des erzeugten Lichts in den laseraktiven Festkörper zunächst unterdrückt, sodass sich trotz Verstärkung im laseraktiven Festkörper keine hochenergetische Strahlung aufbauen kann. Stattdessen wird die Besetzungsinversion im laseraktiven Festkörper durch die Zufuhr von weiterem Pumplicht intensiviert und somit weitere Energie im laseraktiven Festkörper deponiert, insbesondere in dem sogenannten Pumpvolumen V. Erst wenn die Rückkopplung des erzeugten Lichts in den laseraktiven Festkörper, beispielsweise innerhalb kurzer Zeit, hergestellt wird, kommt es zum Aufbau eines Laserpulses.
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Bei der sogenannten passiven Güteschaltung wird die Rückkopplung des erzeugten Lichts in den laseraktiven Festkörper zunächst durch einen sättigbaren Absorber unterdrückt. Dieser sättigbare Absorber ist dem laseraktiven Festkörper in einem optischen Resonator optisch nachgeordnet. Erst wenn die Besetzungsinversion und damit die Verstärkung in dem laseraktiven Festkörper sehr groß sind, kommt es auch bei unterdrückter optischer Rückkopplung zur Ausbildung eines Strahlungsfeldes, das den sättigbaren Absorber auszubleichen vermag. Nachfolgend kommt es zur Rückkopplung des erzeugten Lichts in den laseraktiven Festkörper und infolgedessen zum rasanten Aufbau eines hochenergetischen Laserpulses.
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Welcher Energiemenge es in dem laseraktiven Festkörper bedarf, um die Strahlung bereitzustellen, die zum Ausbleichen des sättigbaren Absorbers erforderlich ist, hängt neben den Materialeigenschaften des sättigbaren Absorbers und dem Pumpvolumen V von den Materialeigenschaften des laseraktiven Festkörpers ab. Insbesondere ist der Wirkungsquerschnitt der stimulierten Emission entscheidend, den der laseraktive Festkörper für das betreffende Licht aufweist. Ist der Wirkungsquerschnitt der stimulierten Emission beispielsweise besonders hoch, so baut sich schon bei geringem Energieinhalt in dem laseraktiven Festkörper auch ohne Rückkopplung ein Strahlungsfeld auf, das ausreicht, um den sättigbaren Absorber auszubleichen. Nachfolgend kommt es in diesem Fall zur Emission eines vergleichsweise niederenergetischen Laserpulses. Ist der Wirkungsquerschnitt der stimulierten Emission hingegen besonders gering, so baut sich erst bei sehr hohem Energieinhalt in dem laseraktiven Festkörper ein Strahlungsfeld auf, das ausreicht, um den sättigbaren Absorber auszubleichen. Der nachfolgend emittierte Laserpulses hat in diesem Fall einen besonders hohen Energieinhalt.
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Die Wirkungsquerschnitte der stimulierten Emission der gebräuchlichen Lasermaterialien hängen, beispielsweise im Temperaturbereich zwischen -40°C und +160°C, in hohem Maße von der Temperatur T ab. Daher erzeugen herkömmliche passiv gütegeschalte Lasereinrichtungen Laserpulse, die bei Temperaturschwankungen dT des laseraktiven Festkörpers hohe Schwankungen der erzeugten Pulsenergien aufweisen. Überdies weisen diese Pulse auch hohe zeitliche Schwankungen auf, da die Zeit schwankt, die vergeht, bis es zum Ausbleichen des sättigbaren Absorbers kommt.
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Dieses Verhalten ist, beispielsweise bei der Nutzung der Lasereinrichtung als Laserzündkerze, unerwünscht. Beispielsweise ist es nachteilig, dass Laserzündkerzen in bestimmten Temperaturbereichen, beispielsweise bei extremer Kälte, lediglich Laserpulse zur Verfügung stellen, durch die eine Zündung eines Kraftstoff-Luftgemisches nicht sichergestellt ist. Weiterhin ist es nachteilig, dass Laserzündkerzen in bestimmten Temperaturbereichen, beispielsweise bei der Betriebstemperatur einer ihnen zugeordneten Brennkraftmaschine, Laserpulse zur Verfügung stellen, deren Energieinhalt unnötig groß ist, sodass der Verschleiß optischer Komponenten erhöht ist.
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Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lasereinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie auch bei Temperaturschwankungen dT Laserpulse mit weitgehend konstantem Energieinhalt E zu erzeugen vermag.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Lasereinrichtung, insbesondere bei einer Laserzündkerze zum Einsatz in einer Brennkraftmaschine, die einen laseraktiven Festkörper und eine passive Güteschaltung aufweist, wobei innerhalb des laseraktiven Festkörpers ein Pumpvolumen V mittels einer Pumplichtzuführung mit Pumplicht beaufschlagbar ist, um gepulstes Laserlicht zu erzeugen, bezüglich dem der laseraktive Festkörper einen Wirkungsquerschnitt der stimulierten Emission σ aufweist, wobei die Lasereinrichtung, insbesondere die Pumplichtzuführung und/oder der laseraktive Festkörper, derart ausgebildet ist, dass bei einer Temperatur T der Lasereinrichtung, insbesondere der Pumplichtzufuhrung und/oder des laseraktiven Festkörpers, insbesondere bei einer Temperatur T zwischen - 40°C und + 160°C, mit einer Temperaturänderung dT der Lasereinrichtung, insbesondere der Pumplichtzuführung und/oder des laseraktiven Festkörpers, eine Änderung des Pumpvolumens dV und eine Änderung des Wirkungsquerschnitts der stimulierten Emission dσ des laseraktiven Festkörpers einhergeht, dass die Änderung des Pumpvolumens dV und die Änderung des Wirkungsquerschnitts der stimulierten Emission dσ des laseraktiven Festkörpers dasselbe Vorzeichen aufweisen.
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Ferner resultiert die Änderung des Pumpvolumens dV aus einer Relativbewegung zwischen der Pumplichtzuführung und dem laseraktiven Festkörper, insbesondere aus einer Relativbewegung in Richtung einer Hauptausbreitungsrichtung des Pumplichts und/oder des Laserlichts in der Lasereinrichtung.
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Erfolgt die Zuführung von Pumplicht in Form eines Laserstrahls, so ist im Rahmen dieser Erfindung als Hauptausbreitungsrichtung des Pumplichts die Richtung aufzufassen, in die der Laserstrahl weist.
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Unter dem Pumpvolumen V wird dabei das Volumen verstanden, dass dem räumlichen Überlapp des Pumplichts mit dem laseraktiven Festkörper entspricht. Es kann beispielsweise als der Bereich innerhalb des laseraktiven Festkörpers bestimmt werden, in dem es, bei ungesättigtem sättigbaren Absorber, zur Emission von spontaner oder stimulierter Emission kommt, insbesondere als der Bereich innerhalb des laseraktiven Festkörpers bestimmt werden, in dem es zur Emission von spontaner oder stimulierter Emission mit einer Intensität kommt, die höher ist als 13% der höchsten in dem laseraktiven Festkörper feststellbaren spontanen oder stimulierten Emission.
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Erfolgt die Zuführung von Pumplicht in Form eines Laserstrahls gemäß DIN EN ISO 11145, so kann als Pumpvolumen im Rahmen dieser Erfindung auch der räumliche Überlapp aus diesem Laserstrahl und dem laseraktiven Festkörper erachtet werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasereinrichtung so ausgebildet ist, dass bei jeder oder bei nahezu jeder Temperaturänderung dT, die im Temperaturbereich zwischen T= - 40°C und T= + 160°C erfolgt, die Änderung des Pumpvolumens dV und die Änderung des Wirkungsquerschnitts der stimulierten Emission dσ des laseraktiven Festkörpers dasselbe Vorzeichen aufweisen. Durch diese vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird erreicht, dass die Lasereinrichtung auch bei sehr großen Temperaturschwankungen und bei Temperaturschwankungen bei sehr hohen und sehr niedrigen Temperaturen der Lasereinrichtung Laserpulse mit weitgehend konstantem Energieinhalt zu erzeugen vermag.
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Unter nahezu jeder Temperaturänderung dT, die im Temperaturbereich zwischen T= - 40°C und T=+ 160°C erfolgt, sind dabei alle Temperaturänderungen dT, die im Temperaturbereich zwischen T=- 40°C und T=+ 160°C erfolgen, zu verstehen, wobei solche Temperaturänderungen, die zwischen zwei Temperaturen erfolgen, von denen mindestens eine Temperatur in höchstens einem Temperaturintervall liegt, ausgenommen sind, wobei das höchstens eine Temperaturintervall kleiner als 10K, bevorzugt kleiner als 5K ist.
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Vorteilhafterweise stimmen nicht nur die Änderungen des Pumpvolumens dV und des Wirkungsquerschnitts der stimulierten Emission dσ des laseraktiven Festkörpers bezüglich ihres Vorzeichens miteinander überein, sondern die relative Änderung des Pumpvolumens dV/V und die relative Änderung des Wirkungsquerschnitts der stimulierten Emission dσ/σ des laseraktiven Festkörpers weisen auch eine vergleichbare Größe auf. Dieser Weiterbildung der Erfindung liegt die Erkenntnis der Anmelderin zugrunde, dass bei passiv gütegeschalteten Lasern die beiden genannten Größen in weitgehend reziproker Weise mit der Energie E der von der Lasereinrichtung erzeugten Pulse in Zusammenhang stehen.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen betreffen konkrete Mechanismen, aus denen Änderungen des Pumpvolumens dV resultieren, wenn es zu Temperaturänderungen dT der Lasereinrichtung kommt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Pumplichtzuführung eine optische Faser auf, durch deren Stirnfläche das Pumplicht dem laseraktiven Festkörper zugeführt wird. Es ist vorgesehen, dass es bei Temperaturänderungen dT zu einer Relativbewegung zwischen der Stirnfläche der Faser und dem laseraktiven Festkörper kommt, insbesondere zu einer Relativbewegung in Richtung einer Hauptausbreitungsrichtung des Pumplichts und/oder des Laserlichts in der Lasereinrichtung. Es ist ferner vorgesehen, dass aus der Relativbewegung eine Änderung des Pumpvolumens in der erfindungsgemäß vorgesehenen Art und Weise resultiert.
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In ebenfalls vorteilhaften Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Pumplichtzuführung mindestens zwei optische Komponenten aufweist. Es ist hierbei ferner vorgesehen, dass es bei Temperaturänderungen dT zu einer Relativbewegung zwischen den mindestens zwei optischen Komponenten kommt, insbesondere zu einer Relativbewegung in Richtung einer Hauptausbreitungsrichtung des Pumplichts und/oder des Laserlichts in der Lasereinrichtung. Wiederum ist vorgesehen, dass aus der Relativbewegung eine Änderung des Pumpvolumens in der erfindungsgemäß vorgesehenen Art und Weise resultiert.
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Vorteilhafterweise sind die beiden optischen Komponenten der Pumplichtzuführung als solche optische Komponenten ausgebildet, die geeignet sind, die Divergenz eines Laserstrahls zu ändern, etwa als Linsen oder als Stirnfläche einer optischen Faser.
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Die in Weiterbildungen der Erfindung vorgesehenen Relativbewegungen können prinzipiell durch beliebige, beispielsweise auf Sensorik und Aktorik basierenden, Anordnungen realisiert werden.
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Vorteilhaft, weil besonders einfach und zuverlässig, ist es hingegen, dass die Lasereinrichtung, insbesondere die Pumplichtzuführung und/oder der laseraktive Festkörper, ein Längenänderungsteil umfasst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Relativbewegung zwischen der Pumplichtzuführung und dem laseraktiven Festkörper oder die Relativbewegung zwischen den mindestens zwei optischen Komponenten der Pumplichtzuführung dadurch zustande kommt, dass das Längenänderungsteil bei einer Temperaturänderung dT eine Längenänderung dL erfährt. Diese Längenänderung erfolgt in diesem Fall in passiver Art und Weise, entsprechend den Materialeigenschaften des Längenänderungsteils, insbesondere entsprechend mindestens einem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Längenänderungsteils.
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Figurenliste
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In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Lasereinrichtung,
- 2 eine Ausführungsform der Lasereinrichtung aus 1 im Detail,
- 3 ein Diagramm des Wirkungsquerschnitts der stimulierten Emission sowie der Pulsenergie über der Temperatur der Lasereinrichtung.
- 4 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer hohen und bei einer niedrigen Temperatur
- 5 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer hohen und bei einer niedrigen Temperatur
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Ausführungsformen der Erfindung
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Eine Brennkraftmaschine trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie dient z.B. zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs oder eines Generators. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst mehrere Zylinder, von denen in Figur 1nur einer mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Ein Brennraum 14 des Zylinders 12 wird von einem Kolben 16 begrenzt. Kraftstoff gelangt in den Brennraum 14 direkt durch einen Injektor 18, der an einen Kraftstoff-Druckspeicher 20 angeschlossen ist.
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In den Brennraum 14 eingespritzter Kraftstoff 22 bzw. das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird mittels eines Laserpulses 24 entzündet, der von einer eine Lasereinrichtung 26 umfassenden Zündeinrichtung 27 in den Brennraum 14 abgestrahlt und mittels einer nicht abgebildeten Optik auf den Zündpunkt ZP fokussiert wird. Hierzu wird die Lasereinrichtung 26 über eine Pumplichtzuführung 100 mit einem Pumplicht gespeist, welches von einer Pumplichtquelle 30 bereitgestellt wird. Die Pumplichtquelle 30 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 32 gesteuert, die auch den Injektor 18 ansteuert.
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Beispielsweise kann es sich bei der Pumplichtquelle 30 um eine Halbleiter-Laserdiode handeln, die in Abhängigkeit eines Steuerstroms ein entsprechendes Pumplicht über die Pumplichtzuführung 100 an die Lasereinrichtung 26 ausgibt. Obwohl Halbleiter-Laserdioden und andere klein bauende Pumplichtquellen bevorzugt für einen Einsatz in dem Kraftfahrzeugbereich verwendet werden, ist für den Betrieb der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung 27 prinzipiell jede Art von Pumplichtquelle verwendbar.
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2 zeigt schematisch eine Detailansicht der Lasereinrichtung 26 aus 1. Wie aus 2 ersichtlich, weist die Lasereinrichtung 26 einen laseraktiven Festkörper 44 auf, dem eine auch als Q-switch und als sättigbarer Absorber bezeichnete passive Güteschaltung 46 optisch nachgeordnet ist. Der laseraktive Festkörper 44 bildet hierbei zusammen mit dem sättigbarer Absorber 46 sowie dem in 2 links hiervon angeordneten Einkoppelspiegel 42 und dem Auskoppelspiegel 48 einen Laser-Oszillator aus, dessen Schwingverhalten von dem sättigbarer Absorber 46 und der Reflektivität des Auskoppelspiegels 48 abhängt und damit zumindest mittelbar in an sich bekannter Weise steuerbar ist.
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Bei der in 2 abgebildeten Konfiguration der Lasereinrichtung 26 wird Pumplicht 60 durch die bereits unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Pumplichtzuführung 100 von der ebenfalls bereits beschriebenen Pumplichtquelle 30 auf den Einkoppelspiegel 42 geleitet. Da der Einkoppelspiegel 42 für das Pumplichts 60 durchsichtig ist, dringt das Pumplicht 60 in den laseraktiven Festkörper 44 ein und führt darin zu einer an sich bekannten Besetzungsinversion.
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Während der sättigbarer Absorber 46 seinen (ungesättigten) Ruhezustand aufweist, in dem er einen verhältnismäßig kleinen Transmissionskoeffizienten besitzt, wird ein Laserbetrieb in dem laseraktiven Festkörper 44 beziehungsweise in dem durch den Einkoppelspiegel 42 und den Auskoppelspiegel 48 begrenzten Festkörper 44, 46 vermieden. Mit steigender Pumpdauer steigt jedoch die Strahlungsdichte in dem Laser-Oszillator 42, 44, 46, 48 an, sodass der sättigbare Absorber 46 ausbleicht, d.h. einen größeren Transmissionskoeffizienten annimmt, und der Laserbetrieb beginnen kann.
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Auf diese Weise entsteht ein auch als Riesenpuls bezeichneter Laserpuls 24, der eine verhältnismäßig hohe Spitzenleistung aufweist. Der Laserpuls 24 wird durch ein nicht abgebildetes Brennraumfenster der Lasereinrichtung 26 in den Brennraum 14 (1) der Brennkraftmaschine 10 eingekoppelt, sodass darin vorhandener Kraftstoff 22 bzw. das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet wird.
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Temperaturänderungen dT des laseraktiven Festkörpers 44 haben zur Folge, dass sich der Wirkungsquerschnitt der stimulierten Emission σ des laseraktiven Festkörpers 44 ändert. Somit ändert sich die Verstärkung, die das von der Lasereinrichtung 26 in dem laseraktiven Festkörpers 44 erzeugte Licht erfährt. Werden alle übrigen für den Laserbetrieb relevanten Parameter konstant gehalten, so resultiert hieraus eine Änderung der Energie E der durch die Lasereinrichtung 26 erzeugten Laserpulse. In der 3 ist dies für ein Lasermaterial veranschaulicht, bei dem der Wirkungsquerschnitt der stimulierten Emission σ im Temperaturbereich zwischen -40°C und + 160°C bei steigender Temperatur T abnimmt. Gleichzeitig erhöht sich bei steigender Temperatur T die Energie E der in diesem Fall von der Lasereinrichtung 26 emittierten Laserpulse.
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Um diesem unerwünschten Effekt entgegenzuwirken, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lasereinrichtung 26 derart ausgebildet ist, dass mit einer Temperaturänderung dT der Lasereinrichtung 26 eine Änderung des Pumpvolumens dV so einhergeht, dass die Änderung des Pumpvolumens dV und die Änderung des Wirkungsquerschnitts der stimulierten Emission dσ des laseraktiven Festkörpers 44 dasselbe Vorzeichen aufweisen.
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So ist in dem in 3 gezeigten Beispiel, bei dem mit steigender Temperatur T der Wirkungsquerschnitt der stimulierten Emission dσ des laseraktiven Festkörpers 44 abnimmt, vorgesehen, dass mit steigender Temperatur T auch das gepumpte Volumen V abnimmt. Hieraus resultiert, wie oben erläutert, dass die von der Lasereinrichtung 26 emittierten Laserpulse nunmehr eine Energie E' aufweisen, die im Vergleich zu der Energie E (ohne Änderung des Pumpvolumens V) eine geringere Temperaturabhängigkeit aufweist.
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4 zeigt als ein Ausführbeispiel der Erfindung eine Lasereinrichtung 26 die im oberen Teil der 4 bei einer hohen Temperatur, bei einer Temperatur von +160°C, dargestellt ist und im unteren Teil der 4 bei einer niedrigen Temperatur, bei einer Temperatur von -40°C, dargestellt ist.
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Die Lasereinrichtung weist einen laseraktiven Festkörper 44 auf, der beispielsweise aus Nd:YAG oder beispielsweise Yb:YAG oder einem anderen, an sich bekannten, Lasermaterial besteht und eine Dicke von etwa 0,5mm aufweist. Dem laseraktiven Festkörper 44 optisch nachgeordnet ist ein sättigbarer Absorber 46, der aus Cr:YAG oder aus einem anderen, an sich bekannten, optisch sättigbaren absorbierenden Material besteht. Der laseraktive Festkörper 44 und der sättigbare Absorber 46 bilden einen monolithischen Verbund. Auf der Vorder- und der Rückseite dieses Verbundes sind dielektrische Schichten 42, 48 aufgebracht, die eine gewisse Reflektivität für das von der Lasereinrichtung 26 erzeugte Licht 24 aufweisen.
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Die Lasereinrichtung 26 weist ferner eine optische Faser 121 auf, durch die dem laseraktiven Festkörper 44 Pumplicht 60 zugeführt wird, wobei das Pumplicht 60 beim Austritt aus der Faserstirnfläche 1218 der Faser 121 einen Strahldurchmesser von ca. 250µm und eine Divergenz von ca. α=12,5° (Halbwinkel) aufweist. Zwischen der Faserstirnfläche 1218 und dem laseraktiven Festkörper 44 ist eine konvex ausgebildete Linse 101 angeordnet, deren Brennweite f für das Pumplicht ca. 20 mm beträgt. Die Linse, die Faser 121 und der laseraktive Festkörper 44 sind über ein ein Gehäuse 66 darstellendes Längenänderungsteil 65 miteinander verbunden. Das Gehäuse 66 besteht in diesem Beispiel aus Aluminium und weist somit bei einer Temperaturänderung T eine relative Längenänderung dL/L von 24,3 *10-6/K auf.
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Die Distanz L1 zwischen der Faserstirnfläche 1218 und der Hauptebene der Linse 101 und die Distanz L2 zwischen der Hauptebene der Linse 101 und der der Faserstirnfläche 1218 abgewandten Fläche des laseraktiven Festkörpers 44 betragen bei der hohen Temperatur jeweils etwa 40 mm, sodass die Linse 101 die Faserstirnfläche 1218 etwa auf die der Faserstirnfläche 1218 abgewandten Fläche des laseraktiven Festkörpers 44 in Originalgröße abbildet. Das gepumpte Volumen V im laseraktiven Festkörper beträgt somit etwa dem eines Kreiskegelstumpfes (Höhe:500µm, Radien: 125µm und 235µm) also etwa 0,052 mm3.
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Infolge der geringeren Temperatur der Lasereinrichtung 26 im unteren Teil der und der damit verbundenen Kontraktion des Gehäuses 66 in Längsrichtung, verkürzen sich auch die Distanzen L1 und L2 zu L1'=L2' um jeweils etwa 0,19 mm, sodass die Abbildung der Faserstirnfläche 1218 nunmehr nicht mehr auf die der Faserstirnfläche 1218 abgewandten Fläche des laseraktiven Festkörpers 44 erfolgt, sondern auf eine Ebene, die in Richtung der Ausbreitung des Pumplichts 60 etwa 0,38 mm versetzt ist. Das gepumpte Volumen V beträgt nunmehr 0,11 mm3, hat sich also infolge der Temperaturänderung dT mehr als verdoppelt.
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Selbstverständlich ist dieses Resultat nur als ein konkretes Beispiel zu verstehen, und es liegt im Können des Fachmanns, die Änderung des gepumpten Volumens dV, die bei einer Temperaturänderung dT erfolgt, so einzustellen, dass sie einer Änderung der Wirkungsquerschnitts der stimulierten Emission dσ in dem laseraktiven Festkörper 44, beispielsweise exakt, entspricht.
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5 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Lasereinrichtung 26, die ebenso die wie die Lasereinrichtung 26 im ersten Ausführungsbeispiel einen laseraktiven Festkörper 44 aufweist, der mittels eines Gehäuses 66 mit einer Faser 121 einer Pumplichtzuführung 100 verbunden ist. Anders als im ersten Beispiel besteht das Gehäuse 66 aus einem Material, dessen Wärmeausdehnung vergleichsweise gering ist, insbesondere deutlich geringer als die von Aluminium. Im Inneren des Gehäuses 66 sind eine konvex ausgebildete Linse 101 und eine konkav ausgebildete Linse 102 in geringem Abstand X zueinander angeordnet, sodass die beiden Linsen 101, 102 ein Teleskop bilden, durch das hindurch das Pumplicht auf den laseraktive Festkörper 44 abgebildet wird. Die konvex ausgebildete Linse 101 ist über ein Längenausdehnungselement 65 an der Stirnseite des Gehäuses 66 befestigt, durch die die Faser 121 in das Gehäuse 66 eintritt, während die konkav ausgebildete Linse 102 über ein weiteres Längenausdehnungselement 65' an der gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses befestigt ist. Das Längenausdehnungselement 65 und das weitere Längenausdehnungselement 65' bestehen aus einem Material, das einen vergleichsweise großen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, beispielsweise aus Aluminium. Das Längenausdehnungselement 65 und das weitere Längenausdehnungselement 65' weisen die Längen L1 und L2 auf, wobei es vorgesehen ist, dass die Längen L1 und L2 ein Vielfaches der Distanz X betragen.
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Im oberen Teil der 5 beträgt die Temperatur der Lasereinrichtung +160°C, sodass sich die Distanz X infolge der Ausdehnung des Längenausdehnungselement 65 und des weiteren Längenausdehnungselement 65' einen Wert annimmt, durch den gewährleistet ist, dass eine Abbildung der Faserstirnfläche 1218 auf die der Faserstirnfläche 1218 abgewandte Fläche des laseraktiven Festkörpers 44 erfolgt.
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Im unteren Teil der 5 beträgt die Temperatur der Lasereinrichtung -40°C. Die Längenausdehnungselemente 65, 65' sind im Vergleich zur höheren Temperatur gemäß ihren Materialeigenschaften kontrahiert und die Distanz X hat sich zu der Distanz X' vergrößert. Aufgrund der somit geänderten Abbildungsverhältnisse hinter dem aus den beiden Linsen 101, 102 bestehenden Teleskops, wird das Pumplicht 60 bei der niedrigen Temperatur weniger scharf gebündelt auf den laseraktiven Festkörper abgebildet. Das Pumpvolumen V ist somit vergrößert. Es ist zu beachten, dass die relative Änderung der Distanz X um ein Vielfaches größer sein kann, als die relativen Änderungen der Längen L1, L2 der Längenausdehnungselemente 65, 65'.