DE19606555A1 - Oszillator-Lichtleiter-Verstärker Anordnung für Laserstrahlen - Google Patents
Oszillator-Lichtleiter-Verstärker Anordnung für LaserstrahlenInfo
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Description
Es wird eine Oszillator-Lichtleiter-Verstärker Anordnung für Laserstrahlen beschrieben, bei der
die Laserstrahlen aus dem Oszillator (1) über einen Lichtleiter (2) in einen Verstärker (3)
eingekoppelt wird. Das Auskoppelelement (4) aus dem Oszillator, die Einkoppeloptik (5) in den
Lichtleiter, der Lichtleiter und die Auskoppeloptik (6) sind so angeordnet, daß sich das
Strahlparameterprodukt des Laserstrahls vom Oszillator zum Verstärker nicht verändert.
Die Erfindung betrifft eine Oszillator-Lichtleiter-Verstärker Anordnung für Laserstrahlen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Leistungssteigerung von Lasersystemen können hinter dem Oszillator weitere Verstärker
angeordnet werden. Hohe Laserleistungen werden z. B. in der Materialbearbeitung benötigt. Dort
sind Hochleistungslaser in vielen Bereichen wie Schneiden, Schweißen, Bohren und Härten im
Einsatz. Aus technologischen Gründen ist es nicht immer möglich Laser zu realisieren, bei denen
die benötigten Laserparameter wie z. B. die Laserleistung für eine Applikation, nur aus einem
Modul bestehen. So ist z. B. bei Festkörperlasern die Laserausgangsleistung unter anderem durch
die maximal erzeugbare Laserkristallgröße beschränkt. Festkörperlasermaterialen wie z. B.
Neodym dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG) werden unter anderem in Stab-, Slab-,
Rohr- oder Scheibengeometrie hergestellt. Zur Leistungssteigerung von Festkörperlasern kann
eine Reihenschaltung des aktiven Mediums vorgenommen werden. Man spricht dann z. B. bei
Stabgeometrie von Vielstab-Laser oder in Englisch multirod laser. Dies bewirkt eine Skalierung
der Ausgangsleistung mit der Anzahl der Stäbe unter Beibehaltung der Strahlparameter des
Einzelmoduls sofern die Stäbe und die Pumpquellen alle von gleicher Beschaffenheit sind. Diese
gleiche Beschaffenheit der Komponenten ist dort wegen der im Stab sich ausbildenden
thermischen Linse sehr wichtig. Ein Vielstab Laser arbeitet nach dem Prinzip der symmetrischen
Linsenleitung. Ist diese gestört sinkt die Ausgangsleistung und das Strahlparameterprodukt kann
sich verändern. Die Störungen können z. B. durch Materialunterschiede in den Einzelmodulen
hervorgerufen werden. Sind nun viele solcher Stäbe hintereinander angeordnet ist die
Störanfälligkeit sehr groß. Zudem wird das ganze System sehr lang und unhandlich, aber vor
allem auch sehr justagekritisch.
Um diese Schwierigkeiten zu verringern wurde zwischen Oszillator und Verstärker ein Lichtleiter
installiert. Lichtleiter werden in Verbindung mit Hochleistungslasern üblicherweise dafür benutzt,
um die Laserstrahlung vom Laser über eine Strecke zu einer Anwendung, z. B. einer
Materialbearbeitung, zu leiten. Ein solcher Lichtleiter wird nun zwischen Oszillator und
Verstärker angeordnet. Es werden hierzu sowohl Lichtleiter mit einem Stufenförmigen Verlauf der
Brechzahl (Stufenprofil-Fasern) oder mit sich stetig änderndem Verlauf der Brechzahl
(Gradientenprofil-Fasern) verwendet. Ein solcher Lichtleiter besteht üblicherweise aus einem
Kernbereich (engl. core) und einem Mantelbereich (cladding). Der Kernbereich hat gegenüber dem
Mantelbereich den höheren Brechungsindex und kann das Laserlicht bis zu einem maximalen
Akzeptanzwinkel mit Hilfe der Totalreflexion an der Grenzfläche Kern zu Mantel weiterleiten.
Mit Lichtleitern kann z. B. Nd:YAG-Laserstrahlung nahezu verlustfrei über längere Strecken (bis
ca. 50 m) übertragen werden. Bei der Übertragung des Laserstrahls durch Lichtleiter mit
Stufenförmigen Brechzahlprofil ist hinter der Faser der Faserkern vollständig und gleichmäßig
ausgeleuchtet und die ausgekoppelte Divergenz entspricht der eingekoppelten Divergenz.
Durch den Einsatz solch eines hochflexiblen Lichtleiters zwischen Oszillator und Verstärker
werden diese mechanisch entkoppelt. Dadurch werden die oben beschriebenen unhandlichen
Baulängen und die Justageprobleme reduziert. Der Oszillator und der Verstärker können
unabhängig voneinander aufgebaut und justiert werden. Die Kopplung findet danach über den
Lichtleiter statt.
Der Aufbau des Oszillatormoduls und des Verstärkermoduls können identisch oder auch
vollkommen unterschiedlich sein. So ist es nicht zwingend notwendig die gleiche Dimension des
aktiven Mediums und die gleiche Pumpleistung zu realisieren.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Ein Nd:YAG-Multirodlaser (1) dient als Strahlquelle zur
Erzeugung des Laserstrahls. Der im Oszillator (1) erzeugte Laserstrahl wird über das
Auskoppelelement (4) ausgekoppelt. Das Auskoppelelement (4) kann auch ein Spiegel mit
variablem Reflexionsgrad, variable reflectivity mirror (VRM) sein. Durch Verwendung eines
VRM als Auskoppelelement (4) bei z. B. stabilen Resonatoren, wird im gesamten
Brechkraftbereich ein reduziertes Strahlparameterprodukt erzielt, wenn der reflektierende Bereich
des VRM gleich dem Durchmesser des Multimode-Strahls auf dem Auskoppelelement (4) bei der
maximal auftretenden Brechkraft ist. Mit einem solchen VRM erzielt man konstante Strahlradien
auf dem Auskoppelelement. Natürlich kann als Auskoppelelement (4) auch ein Spiegel mit
konstantem Reflexionsgrad genutzt werden. Damit muß allerdings mit Blenden im Resonator der
Strahldurchmesser konstant gehalten werden. Mit einer Fasereinkoppeloptik (5) wird der
Laserstrahl auf das Eintrittsende (7) eines Lichtleiters fokussiert. In diesem Fall wird ein Teleskop
verwendet welches die Strahlparameter auf dem Auskoppelelement (4) auf das Fasereintrittsende
(7) abbildet. Der Abbildungsmaßstab des Einkoppelteleskops (s) wird so gewählt das der
Strahlradius auf dem Auskoppelelement (4) genau dem Faserkerndurchmesser entspricht. Bei
Verwendung eines Lichtleiters (2) mit stufenförmigen Brechzahlprofil bleibt so die Strahlqualität
erhalten, sofern der Einkoppelwinkel immer kleiner als der Akzeptanzwinkel (Akzeptanzwinkel =
arcsin NA, NA = Numerische Apertur) des Lichtleiters bleibt. Der hinter dem Lichtleiter (2)
austretende Laserstrahl wird nun mit einer Auskoppeloptik (6) in den Verstärker (3) geleitet. Da
die Strahlqualität erhalten bleibt, kann die Auskoppeloptik (6) der Einkoppeloptik (5) entsprechen.
Der Lichtleiteraustrittsfläche (8) und die Auskoppeloptik (6) müssen so positioniert werden, daß
sich die Strahltaille (9) in einem solchen Abstand zum Verstärker (3) befindet, daß durch die
Strahldivergenz das aktive Medium des Verstärkermoduls nicht überstrahlt wird und wieder eine
symmetrische Linsenleitung auftritt.
Claims (15)
1. Laseranordnung mit einem Oszillator-Verstärkersystem dadurch gekennzeichnet, daß zur
Übertragung des Laserstrahles aus dem Oszillator in den Verstärker ein Lichtleiter verwendet
wird.
2. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auskoppelelement eine
Optik mit variablem Reflexionsgrad sein kann.
3. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auskoppelelement eine
Optik mit konstantem Reflexionsgrad sein kann und zusätzlich Blenden im Resonator eingebracht
werden können.
4. Laseranordnung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl aus dem
Oszillator direkt oder über eine Einkoppeloptik in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann.
5. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsfläche des
Lichtleiters selbst das Auskoppelelement darstellt.
6. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter eine Glasfaser
mit zylindrischer Querschnittsfläche und mit stufen- oder gradientenförmigen Brechzahlprofil im
Mantelbereich sein kann.
7. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter auch andere von
der zylindrischen Form abweichenden Querschnittsflächen aufweisen kann.
8. Laseranordnung nach Anspruch 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß Eintritt- und
Austrittsfläche des Lichtleiters plan, sphärisch oder zylindrisch geformt sein können und das diese
dielektrisch beschichtet sein können.
9. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl der den
Lichtleiter verläßt direkt oder über eine Auskoppeloptik in den Verstärker gekoppelt wird.
10. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Oszillatormodul und
Verstärkermodul identisch aber auch von abweichender Geometrie sein können.
11. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine serielle und parallele
Kopplung von Lasern mit verschiedenen Betriebsmodi wie, Kontinuierlicher Laser mit langsam
gepulsten oder Kontinuierliche Laser mit schnell gepulsten Lasern (Q-switch).
12. Laseranordnung nach Anspruch 1 und 6-8, dadurch gekennzeichnet, das der Lichtleiter
polaristationserhaltend ist um Module mit polarisierter Strahlung einzukoppeln.
13. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine serielle oder parallele
Kopplung von Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlänge möglich ist.
14. Laseranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl frequenzkonvertierte
Laserstrahlung und die Grundwelle in den Lichtleiter eingekoppelt werden kann.
15. Laseranordnung nach Anspruch 1, 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlen
aus mehreren Oszillatoren über einen Lichtleiterschmelz- oder -schleifkoppler zusammen geführt
werden, wobei jeder Laserstrahl zunächst in einen eigenen Lichtleiter eingekoppelt und
anschließend im Lichtleiterkoppler vereinigt werden.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1996106555 DE19606555A1 (de) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | Oszillator-Lichtleiter-Verstärker Anordnung für Laserstrahlen |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE19606555A1 true DE19606555A1 (de) | 1997-08-28 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10116720A1 (de) * | 2001-04-04 | 2002-10-10 | Bayerische Motoren Werke Ag | Gerät zur Laser-Pulverbeschichtung |
| DE112005000610B4 (de) * | 2005-09-14 | 2010-02-04 | Mitsubishi Denki K.K. | Stabförmiges Festkörper-Lasersystem |
| US8803027B2 (en) * | 2006-06-05 | 2014-08-12 | Cymer, Llc | Device and method to create a low divergence, high power laser beam for material processing applications |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3609278A1 (de) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | Siemens Ag | Integrierte optische halbleiteranordnung |
| US4787086A (en) * | 1986-05-19 | 1988-11-22 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | High-power, fundamental transverse mode laser |
| WO1989005048A1 (en) * | 1987-11-14 | 1989-06-01 | The Victoria University Of Manchester | Laser |
| EP0320990A2 (de) * | 1987-12-17 | 1989-06-21 | Polaroid Corporation | Faserlaser und Verstärker |
| EP0497260A2 (de) * | 1991-01-29 | 1992-08-05 | HAAS-LASER GmbH | Laseranordnung |
| US5208699A (en) * | 1991-12-20 | 1993-05-04 | Hughes Aircraft Company | Compensated, SBS-free optical beam amplification and delivery apparatus and method |
| DE4212979A1 (de) * | 1992-04-18 | 1993-10-21 | Deutsche Aerospace | Festkörperlasersystem |
| EP0618649A2 (de) * | 1993-03-30 | 1994-10-05 | Alcatel SEL Aktiengesellschaft | Faseroptischer Verstärker |
| US5412766A (en) * | 1992-10-21 | 1995-05-02 | International Business Machines Corporation | Data processing method and apparatus for converting color image data to non-linear palette |
-
1996
- 1996-02-22 DE DE1996106555 patent/DE19606555A1/de not_active Ceased
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3609278A1 (de) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | Siemens Ag | Integrierte optische halbleiteranordnung |
| US4787086A (en) * | 1986-05-19 | 1988-11-22 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | High-power, fundamental transverse mode laser |
| WO1989005048A1 (en) * | 1987-11-14 | 1989-06-01 | The Victoria University Of Manchester | Laser |
| EP0320990A2 (de) * | 1987-12-17 | 1989-06-21 | Polaroid Corporation | Faserlaser und Verstärker |
| EP0497260A2 (de) * | 1991-01-29 | 1992-08-05 | HAAS-LASER GmbH | Laseranordnung |
| US5208699A (en) * | 1991-12-20 | 1993-05-04 | Hughes Aircraft Company | Compensated, SBS-free optical beam amplification and delivery apparatus and method |
| DE4212979A1 (de) * | 1992-04-18 | 1993-10-21 | Deutsche Aerospace | Festkörperlasersystem |
| US5412766A (en) * | 1992-10-21 | 1995-05-02 | International Business Machines Corporation | Data processing method and apparatus for converting color image data to non-linear palette |
| EP0618649A2 (de) * | 1993-03-30 | 1994-10-05 | Alcatel SEL Aktiengesellschaft | Faseroptischer Verstärker |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| DE-Buch: HARTH, W.: Sende- und Empfangsdioden für die optische Nachrichtentechnik, Teubner, Stuttgart (1984), S. 17-23 * |
| JP-Abstract: 6-112556 (A) * |
| NL-Z: WEIDEL, E.: Optics Communications, Vol. 12, Nr. 1 (1974), S. 93-97 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10116720A1 (de) * | 2001-04-04 | 2002-10-10 | Bayerische Motoren Werke Ag | Gerät zur Laser-Pulverbeschichtung |
| DE112005000610B4 (de) * | 2005-09-14 | 2010-02-04 | Mitsubishi Denki K.K. | Stabförmiges Festkörper-Lasersystem |
| US8803027B2 (en) * | 2006-06-05 | 2014-08-12 | Cymer, Llc | Device and method to create a low divergence, high power laser beam for material processing applications |
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