DE102008025588A1 - Intracavity frequency tripler laser, particularly solid state laser for use with device, has optical resonator with internal beam waist between mirror and decoupler - Google Patents

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Abstract

The intracavity frequency tripler laser (1) has an optical resonator with an internal beam waist between a mirror (3) and a decoupler (8). A non-linear crystal (6) is provided, where another non-linear crystal (7) of the decoupler has a planar front surface (10) without an anti-reflection coating arranged in a plane (11) of the internal beam waist facing the decoupler. The two non-linear crystals are made of lithium triborate. An independent claim is included for a device.

Description

Die Erfindung betrifft einen Intracavity frequenzverdreifachten Laser, insbesondere Festkörperlaser, mit einem optischen Resonator, der zumindest zwei hochreflektierende Spiegel bezogen auf die Grundwellenlänge aufweist, einem aktiven Medium, einem gütegeschalteten Modulator, einem ersten nichtlinearen Kristall für die Konvertierung der zweiten Harmonischen, einem zweiten nichtlinearen Kristall für die Konvertierung der dritten Harmonischen, mit einem Auskoppler zur Auskopplung eines Laserstrahls und mit zumindest zwei Spiegeln. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Anwendung bei einem solchen Intracavity frequenzverdreifachten Laser.The The invention relates to an intracavity frequency tripled laser, in particular solid-state lasers, having an optical resonator, the at least two highly reflective mirrors with respect to the fundamental wavelength has, an active medium, a Q-switched Modulator, a first nonlinear crystal for the Second harmonic conversion, a second nonlinear Crystal for the third harmonic conversion, with a decoupler for decoupling a laser beam and at least two mirrors. Furthermore, the invention relates to a device for use with such intracavity frequency tripled laser.

Ein gattungsgemäßer frequenzverdreifachender Laser ist durch die US 5,850,407 A bekannt. Mittels des Auskopplers wird dabei die dritte Harmonische unter dem Brewster-Winkel aus dem Resonator ausgekoppelt.A generic frequency tripling laser is characterized by the US 5,850,407 A known. By means of the outcoupler, the third harmonic is coupled out of the resonator at the Brewster angle.

Weiterhin ist ein solcher Intracavity frequenzverdreifachter Laser beispielsweise durch die JP 2000-338530 und die WO 01/93381 A1 bekannt. Dabei wird die dritte Harmonische aus dem Resonator nach außen durch ein Wellenlängenselektionselement ausgekoppelt.Furthermore, such an intracavity frequency tripled laser, for example by the JP 2000-338530 and the WO 01/93381 A1 known. In this case, the third harmonic is coupled out of the resonator to the outside through a wavelength selection element.

Weiterhin ist durch die JP 11-284269 die Auskopplung von Licht der zweiten und der dritten Harmonischen aus einem Resonator mittels eines Strahlteilers bekannt.Furthermore, by the JP 11-284269 the coupling of light of the second and the third harmonic from a resonator by means of a beam splitter known.

Bei den häufig verwendeten oben genannten nichtlinearen Kristallen erweist sich in der Praxis die Antireflexbeschichtung, insbesondere UV-Beschichtung, als problematisch, da im Gebrauch langfristig ein Verschleiß nicht zu vermeiden ist, welcher zu einem Ausfall des Lasers führen kann.at the commonly used above-mentioned nonlinear crystals In practice, the antireflection coating proves to be particularly effective UV coating, as problematic, as in use long term Wear is unavoidable, resulting in a failure of the laser can lead.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, unerwünschte Verschleißerscheinungen weitgehend zu vermeiden, um so das Ausfallrisiko wesentlich zu reduzieren. Insbesondere soll ein hierzu geeigneter Laser sowie eine zur Anwendung bei einem solchen Laser bestimmte Vorrichtung geschaffen werden.Of the The invention is therefore based on the object, a possibility to create unwanted signs of wear largely avoided so as to substantially reduce the risk of default. In particular, a laser suitable for this purpose and one for use In such a laser certain device are created.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Laser gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.These Object is according to the invention with a laser according to the Characteristics of claims 1 and 8 solved. The others Embodiment of the invention is the dependent claims remove.

Erfindungsgemäß ist also ein Laser vorgesehen, bei dem der zweite nichtlineare Kristall eine dem Auskoppler zugewandte, in einer Ebene einer internen Strahltaille angeordnete planare Stirnfläche ohne eine Antireflexbeschichtung aufweist, die senkrecht zur optischen Achse des Resonators ausgerichtet ist, und mit einer Einrichtung zur Einstellung der Temperatur des zweiten nichtlinearen Kristalls.According to the invention So provided a laser in which the second nonlinear crystal one facing the outcoupler, in a plane of an internal beam waist arranged planar face without an anti-reflective coating which is oriented perpendicular to the optical axis of the resonator is, and with a device for adjusting the temperature of the second nonlinear crystal.

Indem der Laser einen ersten Temperaturkontroller zur Einstellung der Phasenanpassungstemperatur des ersten Kristalls und einen zweiten Temperaturkontroller zur Einstellung der Phasenanpassungtemperatur des zweiten Kristalls hat, wird in einfacher Weise die Einstellung der Phasenanpassung des ersten nichtlinearen Kristalls durch die Änderung bzw. Anpassung der Temperatur möglich. Zugleich wird so eine Leistungsmaximierung erreicht. Weiterhin wird die Lebensdauer der nichtlinearen Kristalle wesentlich erhöht, weil eine Zerstörung der Antireflex-Beschichtung vermieden werden kann und der Laser somit keinem Verschleiß unterliegt. Die Strahltaille bezeichnet den engsten Querschnitt des Laserstrahls mit der planaren Wellenfront.By doing the laser has a first temperature controller for setting the Phase matching temperature of the first crystal and a second temperature controller for adjusting the phase matching temperature of the second crystal has, in a simple way, the adjustment of the phase adjustment of the first nonlinear crystal by the change or Temperature adjustment possible. At the same time, such a Maximized performance. Furthermore, the life of the Nonlinear crystals increased significantly because of destruction the anti-reflective coating can be avoided and the laser thus subject to wear. The beam waist designates the narrowest cross section of the laser beam with the planar wavefront.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Laser einen eine Steuereinheit umfassenden Regelkreis zur Einstellung der Temperatur hat. Hierdurch wird die Phasenanpassung entsprechend erfasster Messwerte oder Betriebsparameter des Lasers eingestellt, sodass eine optimale Anpassung an unterschiedliche Prozessbedingungen erreicht werden kann.there It is particularly advantageous if the laser has a control unit has a comprehensive control circuit for adjusting the temperature. This will the phase adaptation according to measured values or operating parameters adjusted by the laser, so an optimal adaptation to different Process conditions can be achieved.

Denkbar ist eine Anpassung durch Regelung der Laserleistung. Besonders sinnvoll ist es hingegen, wenn der Laser zur Einstellung der Temperatur eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung hat, um so die jeweils zur Erzielung optimaler Ergebnisses erforderliche Temperatur exakt und in kurzer Zeit einstellen zu können.Conceivable is an adjustment by regulating the laser power. Especially useful It is, however, when the laser for adjusting the temperature Heating and / or cooling device has, so as to each Achieving optimal result required temperature exactly and be able to adjust in a short time.

Eine demgegenüber abweichende Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass der Laser einen Sensor zur Bestimmung der emittierten Leistung, insbesonde re eine Photodiode, aufweist, um so durch einen Vergleich der emittierten Leistung mit einem Soll-Wert auf eine erforderliche Änderung der Temperatur durch heizen oder kühlen zu schließen. Eine unmittelbare Messung der jeweiligen Temperatur ist daher nicht erforderlich, sodass der konstruktive Aufbau des Lasers grundsätzlich unverändert übernommen und der Sensor zur Bestimmung der emittierten Leistung als periphere Einheit ergänzt werden kann.A In contrast, deviating embodiment of the present Invention is achieved in that the laser is a sensor for Determination of the emitted power, in particular a photodiode, so as to be comparable by comparing the emitted power a desired value to a required change in temperature to close by heating or cooling. An immediate one Measurement of the respective temperature is therefore not necessary so that the structural design of the laser basically unchanged and the sensor for determination the emitted performance as a peripheral unit can be.

Die weitere Aufgabe, eine Vorrichtung mit einem Sensor zur Erfassung von Betriebsgrößen eines Lasers zu schaffen, wird erfindungsgemäß mit einer Steuereinheit zum Vergleich erfasster Betriebsgrößen mit zumindest einem Sollwert und mit einer Einrichtung zur Einstellung einer bestimmten Temperatur gelöst. Hierdurch können also bei einem Laser mit einem zweiten nichtlinearen Kristall mit einer unbeschichteten Stirnoberfläche in der internen Strahltaille die auftretenden Verluste der Grundwellenlänge nahezu vollständig vermieden werden.The further object to provide a device with a sensor for detecting operating variables of a laser, is achieved according to the invention with a control unit for comparing detected operating variables with at least one target value and with a device for setting a specific temperature. As a result, in a laser with a second nonlinear crystal with an uncoated front surface in the internal beam tail le the occurring losses of the fundamental wavelength are almost completely avoided.

Hierbei hat die Vorrichtung einen Sensor zur Erfassung der Ausgangsleistung des Laserstrahls, um so auf einen unmittelbaren Zugang zu den nichtlinearen Kristallen verzichten zu können. Die Messung kann somit insbesondere berührungslos erfolgen, sodass sich die Vorrichtung auch zur Nachrüstung bei bereits bestehenden Anlagen eignet.in this connection the device has a sensor for detecting the output power of the laser beam so as to have immediate access to the nonlinear Refrain from crystals. The measurement can thus in particular contactless, so that the device Also suitable for retrofitting in existing systems.

Zur Einstellung der jeweils erforderlichen Temperatur weist die Einrichtung Heiz- und/oder Kühlelementen auf, um so eine Soll-Temperatur des ersten nichtlinearen Kristalls bzw. des gesamten Lasers einstellen zu können.to Setting the required temperature, the device Heating and / or cooling elements, so as a target temperature of the first nonlinear crystal or the entire laser to be able to.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipdarstellung einen Intracavity frequenzverdreifachten Festkörperlaser 1 mit einem optischen Resonator, der zwei hochreflektierende Spiegel 2, 3 bezogen auf die Grundwellenlänge λ aufweist. In dem Resonator ist ein erster nichtlinearer Kristall 6 für die Konvertierung in die zweite Harmonische λ2 = λ/2, und ein zweiter nichtlinearer Kristall 7 für die Konvertierung in die dritte Harmonische λ3 = λ/3 angeordnet. Eine unbeschichtete Stirnfläche 10 des zweiten nichtlinearen Kristalls 7 ist dabei in der Ebene 11 einer nicht gezeigten internen Strahltaille angeordnet. Weiterhin hat der Resonator ein aktives Medium 4 und einen gütegeschalteten Modulator 5 sowie einen Auskoppler 8 zur Auskopplung der dritten Harmonischen λ3. Im Strahlengang des ausgekoppelten Laserstrahls 9 sind weitere Umlenkspiegel 17, 18 angeordnet, durch die der Stahl 9 abgelenkt wird. Ein den Umlenkspiegel 17 ungehindert passierender Lichtanteil wird von einem Sensor 15 erfasst und mit Soll-Werten, die in einer Speichereinheit einer Steuereinheit 16 abgelegt sind, verglichen. Hier durch wird ohne eine direkte Messung eine gegebenenfalls erforderliche Temperaturänderung der beiden nichtlinearen Kristalle 6, 7 zur Phasenanpassung ermittelt, sodass mittels des eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung aufweisenden Temperaturkontrollers 13, 14 durch Heizen oder kühlen die Temperatur T1, T2 entsprechend angepasst werden kann.The invention allows for various embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in a schematic representation of an intracavity frequency tripled solid state laser 1 with an optical resonator, the two highly reflective mirrors 2 . 3 has λ based on the fundamental wavelength. In the resonator is a first nonlinear crystal 6 for conversion to the second harmonic λ 2 = λ / 2, and a second nonlinear crystal 7 arranged for the conversion to the third harmonic λ 3 = λ / 3. An uncoated face 10 of the second nonlinear crystal 7 is in the plane 11 arranged an internal beam waist, not shown. Furthermore, the resonator has an active medium 4 and a Q-switched modulator 5 as well as an output coupler 8th for coupling out the third harmonic λ 3 . In the beam path of the decoupled laser beam 9 are further deflecting mirrors 17 . 18 arranged through which the steel 9 is distracted. A the deflection mirror 17 unimpeded passing light is from a sensor 15 captured and with target values stored in a memory unit of a control unit 16 are filed compared. Here, without a direct measurement, an optionally required temperature change of the two nonlinear crystals 6 . 7 determined for phase matching, so that by means of a heating and / or cooling device having temperature controller 13 . 14 by heating or cooling the temperature T 1 , T 2 can be adjusted accordingly.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • - JP 11-284269 [0004] JP 11-284269 [0004]

Claims (9)

Intracavity frequenzverdreifachter Laser (1), insbesondere Festkörperlaser, mit einem optischen Resonator, der zumindest zwei hochreflektierende Spiegel (2, 3) bezogen auf die Grundwellenlänge λ aufweist, einem aktiven Medium (4), einem gütegeschalteten Modulator (5), einem ersten nichtlinearen Kristall (6) für die Konvertierung der zweiten Harmonischen mit der Wellenlänge λ2 = λ/2, einem zweiten nichtlinearen Kristall (7) für die Konvertierung der dritten Harmonischen mit der Wellenlänge λ3 = λ/3, mit einem Auskoppler (8) und mit einem Filter (18) zum Selektieren eines Laserstrahls (9) der Wellenlänge λ3, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator eine interne Strahltaille zwischen einem Spiegel (3) und dem Auskoppler (8) aufweist, der zweite nichtlineare Kristall (7) eine dem Auskoppler (8) zugewandte, in einer Ebene (11) der internen Strahltaille angeordnete planare Stirnfläche (10) ohne eine Antireflexbeschichtung aufweist, die senkrecht zur optischen Achse (12) des Resonators ausgerichtet ist.Intracavity frequency tripled laser ( 1 ), in particular solid-state lasers, with an optical resonator comprising at least two highly reflecting mirrors ( 2 . 3 ) based on the fundamental wavelength λ, an active medium ( 4 ), a Q-switched modulator ( 5 ), a first nonlinear crystal ( 6 ) for the second harmonic conversion with the wavelength λ 2 = λ / 2, a second nonlinear crystal ( 7 ) for the conversion of the third harmonic with the wavelength λ 3 = λ / 3, with an output coupler ( 8th ) and with a filter ( 18 ) for selecting a laser beam ( 9 ) of wavelength λ 3 , characterized in that the resonator has an internal beam waist between a mirror ( 3 ) and the output coupler ( 8th ), the second nonlinear crystal ( 7 ) a the Auskoppler ( 8th ), in one plane ( 11 ) the internal beam waist arranged planar end face ( 10 ) without an antireflection coating perpendicular to the optical axis ( 12 ) of the resonator is aligned. Laser (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden nichtlinearen Kristalle (6, 7) aus Lithium Triborate (LiB3O5 bzw. LBO) ausgeführt sind, wobei der erste Kristall (6) den ersten Typ der Phasenanpassung und der zweite Kristall (7) den zweiten Typ der Phasenanpassung aufweist.Laser ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the two nonlinear crystals ( 6 . 7 ) are made of lithium triborate (LiB 3 O 5 or LBO), wherein the first crystal ( 6 ) the first type of phase matching and the second crystal ( 7 ) has the second type of phase matching. Laser (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1) zumindest einen Temperaturkontroller (13, 14) zur Einstellung und Stabilisierung einer Phasenanpassungstemperatur (T1, T2) des ersten Kristalls (6) und/oder des zweiten Kristalls (7) hat.Laser ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the laser ( 1 ) at least one temperature controller ( 13 . 14 ) for adjusting and stabilizing a phase matching temperature (T 1 , T 2 ) of the first crystal ( 6 ) and / or the second crystal ( 7 ) Has. Laser (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturkontroller (13, 14) eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung aufweist.Laser ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the temperature controller ( 13 . 14 ) has a heating and / or cooling device. Laser (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1) einen Sensor (15) zur Erfassung des emittierten Laserstrahls (9) mit der Wellenlänge λ3 aufweist.Laser ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the laser ( 1 ) a sensor ( 15 ) for detecting the emitted laser beam ( 9 ) having the wavelength λ 3 . Laser (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) zur Erfassung des emittierten Laserstrahls (9) einen optischen Sensor, insbesondere eine Photodiode, aufweist.Laser ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the sensor ( 15 ) for detecting the emitted laser beam ( 9 ) has an optical sensor, in particular a photodiode. Laser (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1) axial gepumpt ausgeführt ist.Laser ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the laser ( 1 ) is executed axially pumped. Vorrichtung mit einem Sensor (15) zur Erfassung von Betriebsgrößen eines Lasers (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (16) zum Vergleich erfasster Betriebsgrößen mit zumindest einem Sollwert zur Einstellung einer bestimmten Phasenanpassungstemperatur (T1, T2) zumindest eines nichtlinearen Kristalls (6, 7) mittels zumindest eines Temperaturkontrollers (13, 14).Device with a sensor ( 15 ) for detecting operating variables of a laser ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 7, characterized by a control unit ( 16 ) for comparing detected operating variables with at least one desired value for setting a specific phase adaptation temperature (T 1 , T 2 ) of at least one nonlinear crystal ( 6 . 7 ) by means of at least one temperature controller ( 13 . 14 ). Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) zur Erfassung der Ausgangsleistung des Laserstrahls (9) ausgeführt ist.Device according to claim 8, characterized in that the sensor ( 15 ) for detecting the output power of the laser beam ( 9 ) is executed.
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