DE102009036273B4 - Laser and method for generating pulsed laser radiation - Google Patents
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Abstract
Laser zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung, mit
einem Resonator (3),
einem im Resonator (3) angeordneten laseraktiven Medium (6),
einem im Resonator angeordneten passiven Modenkoppler (7) für einen modengekoppelten Betrieb des Lasers (1) mit einer vorbestimmten Repetitionsfrequenz (frep),
einer Pumpquelle (8) zum Pumpen des laseraktiven Mediums (6),
und einer Steuereinheit (9), die die Pumpquelle (8) ansteuert,
wobei die Steuereinheit (9) so ausgebildet ist, dass sie die Pumpquelle (8) so ansteuert, dass die von der Pumpquelle (8) zum Pumpen des laseraktiven Mediums (6) abgegebene Pumpenergie einen Gleichanteil (I1) sowie Modulationspulse (P) mit einer Modulationsfrequenz (fM) aufweist, die an die Repetitionsfrequenz angepaßt ist, wobei die Modulationsfrequenz (fM) zum Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers der Repetitionsfrequenz entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) ferner so ausgebildet ist, dass sie nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers (1) die Pulshöhe der Modulationspulse (P) reduziert.Laser for generating pulsed laser radiation, with
a resonator (3),
a laser-active medium (6) arranged in the resonator (3),
a passive mode coupler (7) arranged in the resonator for a mode-locked operation of the laser (1) with a predetermined repetition frequency (f rep ),
a pump source (8) for pumping the laser-active medium (6),
and a control unit (9) which controls the pump source (8),
wherein the control unit (9) is designed such that it controls the pump source (8) so that the pumping energy emitted by the pump source (8) for pumping the laser-active medium (6) a DC component (I 1 ) and modulation pulses (P) with a modulation frequency (f M ) adapted to the repetition frequency, wherein the modulation frequency (f M ) for starting the mode-locked operation of the laser corresponds to the repetition frequency, characterized in that the control unit (9) is further adapted to operate after a predetermined time after starting the mode-locked operation of the laser (1) reduces the pulse height of the modulation pulses (P).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laser zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to a laser for generating pulsed laser radiation according to the preamble of
Ein solcher Laser ist z. B. aus der
Bei einem solchen passiv modengekoppelten Laser besteht häufig die Schwierigkeit, das Anlaufen des modengekoppelten Betriebes zu gewährleisten. Um den Laser sicher in den modengekoppelten Betrieb zu bringen, wird daher beispielsweise die für den modengekoppelten Betrieb notwendige kontinuierliche Pumpenergie um bis zu 30% erhöht. Damit kann zwar eine Anlaufstabilisierung erreicht werden. Aufgrund der erhöhten Pumpenergie tritt jedoch eine höhere Belastung der optischen (reine optische und elektrooptische) Komponenten des Lasers auf, insbesondere des passiven Modenkopplers, der häufig als sättigbarer Absorber ausgebildet ist. Damit wird in unerwünschter Weise die Lebensdauer des Lasers reduziert.In such a passively mode-locked laser is often the difficulty to ensure the start of the mode-locked operation. In order to bring the laser safely into mode-locked operation, therefore, for example, the continuous pump energy necessary for the mode-locked operation is increased by up to 30%. Thus, although a start-up stabilization can be achieved. Due to the increased pumping energy, however, a higher load of the optical (pure optical and electro-optical) components of the laser occurs, in particular of the passive mode coupler, which is often designed as a saturable absorber. This undesirably reduces the life of the laser.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, den Laser der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine Anlaufstabilisierung des modengekoppelten Betriebs des Lasers bei gleichzeitig verringerter Last der optischen Komponenten des Lasers erreicht werden kann.Proceeding from this, it is an object of the invention to improve the laser of the type mentioned so that a start-up stabilization of the mode-locked operation of the laser can be achieved with reduced load of the optical components of the laser.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Laser der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebes des Lasers die Pulshöhe der Modulationspulse reduziert.According to the invention the object is achieved in a laser of the type mentioned above in that the control unit is designed so that it reduces the pulse height of the modulation pulses after a predetermined period of time after starting the mode-locked operation of the laser.
Durch diese Art des Pumpens kann die optische Last bzw. die optische Leistungsdichte der optischen und elektrooptischen Komponenten des Lasers drastisch verringert werden. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, dass die optische Last am optischen Modenkoppler deutlich verringert ist, wodurch die Lebensdauer des Lasers insgesamt deutlich erhöht werden kann.By this type of pumping, the optical load or the optical power density of the optical and electro-optical components of the laser can be drastically reduced. In particular, it can be achieved that the optical load on the optical mode coupler is significantly reduced, whereby the lifetime of the laser can be significantly increased overall.
Der Gleichanteil der Pumpenergie kann insbesondere so gewählt werden, dass nur mit dem Gleichanteil der modengekoppelte Betrieb des Lasers nicht erreicht werden kann. Somit kann die optische Belastung des Lasers auch während des modengekoppelten Betriebes deutlich im Vergleich zu bekannten Lösungen reduziert werden. Die durchschnittliche energetische Belastung des Lasers aufgrund der Pumpenergie kann somit sehr niedrig gehalten werden. Des weiteren weist der erfindungsgemäße Laser einen deutlich höheren Pumpenergiebereich auf, in dem ein stabiler modengekoppelter Betrieb möglich ist, im Vergleich zu herkömmlichen passiv modengekoppelten Lasern.The DC component of the pump energy can in particular be chosen so that only with the DC component of the mode-locked operation of the laser can not be achieved. Thus, the optical load of the laser can be significantly reduced even during mode-locked operation compared to known solutions. The average energy load of the laser due to the pump energy can thus be kept very low. Furthermore, the laser according to the invention has a significantly higher pump energy range, in which a stable mode-locked operation is possible, in comparison to conventional passively mode-locked lasers.
Der erfindungsgemäße Laser kann beispielsweise eine lange Resonatorlänge und damit Repetitionsfrequenzen im einstelligen MHz-Bereich oder darunter aufweisen. Solche Laser haben von sich aus eine intrinsisch schwache Neigung, den passiv modengekoppelten Betrieb zu starten und können durch das erfindungsgemäße Pumpen nun effizient gestartet werden.The laser according to the invention may, for example, have a long resonator length and thus repetition frequencies in the single-digit MHz range or below. Such lasers inherently have an intrinsically weak tendency to start the passive mode-locked operation and can now be efficiently started by the pump according to the invention.
Aufgrund der geringeren Belastung können die Anforderungen an die Komponenten des Lasers verringert werden, was auch zu geringeren Kosten führt, so dass der erfindungsgemäße Laser kostengünstig herstellbar ist.Due to the lower load, the requirements for the components of the laser can be reduced, which also leads to lower costs, so that the laser according to the invention can be produced inexpensively.
Der Laser kann einen Sensor zur Messung der gepulsten Laserstrahlung aufweisen, der ein Meßsignal an die Steuereinheit abgibt, die in Abhängigkeit des Meßsignals die Pumpquelle ansteuert. Insbesondere kann die Steuereinheit die Größe des Gleichanteils der Pumpenergie und/oder die Pulshöhe der Modulationspulse der Pumpenergie regeln. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit die Modulationsfrequenz der Modulationspulse regeln. Damit wird ein stabiler modengekoppelter Betrieb des Lasers ermöglicht.The laser may comprise a sensor for measuring the pulsed laser radiation, which emits a measurement signal to the control unit, which controls the pump source in dependence on the measurement signal. In particular, the control unit can regulate the size of the DC component of the pump energy and / or the pulse height of the modulation pulses of the pump energy. Alternatively or additionally, the control unit can regulate the modulation frequency of the modulation pulses. This enables a stable mode-locked operation of the laser.
dass Bei dem erfindungsgemäßen Laser entspricht die Modulationsfrequenz bevorzugt der Repetitionsfrequenz. Damit wird ein stabiler modengekoppelter Betrieb ermöglicht.In the case of the laser according to the invention, the modulation frequency preferably corresponds to the repetition frequency. This enables a stable mode-locked operation.
Der passive Modenkoppler kann insbesondere als sättigbarer Absorber (bevorzugt sättigbarer Halbleiterabsorber, der häufig auch SESAM genannt wird) ausgebildet sein. Durch das erfindungsgemäße Pumpen kann die optische Belastung des sättigbaren Absorbers minimiert werden, wodurch die Lebensdauer des Lasers erhöht werden kann.The passive mode coupler can be designed in particular as a saturable absorber (preferably saturable semiconductor absorber, which is often also called SESAM). By pumping the invention, the optical load of the saturable absorber can be minimized, whereby the life of the laser can be increased.
Bei dem erfindungsgemäßen Laser kann die Steuereinheit nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers die Modulationsfrequenz auf eine Subharmonische ( mit m ganze Zahl größer als 1) der Repetitionsfrequenz frep reduzieren.In the case of the laser according to the invention, the control unit may, after a predetermined period of time after starting the mode-locked operation of the laser, set the modulation frequency to a subharmonic ( with m integer greater than 1) reduce the repetition frequency f rep .
Damit kann die optische Belastung der Komponenten des Lasers im modengekoppelten Betrieb reduziert werden.Thus, the optical load of the components of the laser can be reduced in mode-locked operation.
Insbesondere kann die Steuereinheit nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers die Pumpquelle so ansteuern, dass die abgegebene Pumpenergie nur noch den Gleichanteil aufweist. In diesem Fall ist der Gleichanteil so gewählt, dass er zum Aufrechterhalten des modengekoppelten Betriebes geeignet ist.In particular, the control unit can control the pump source after a predetermined time after starting the mode-locked operation of the laser so that the output pump energy has only the DC component. In this case is the DC component is chosen so that it is suitable for maintaining mode-locked operation.
Die Pumpquelle ist bei dem erfindungsgemäßen Laser bevorzugt als optische Pumpquelle ausgebildet. Sie kann z. B. einen Pumplaser, eine Pumpdiode oder eine Pumplaserdiode umfassen.The pump source is preferably formed in the laser according to the invention as an optical pump source. You can z. B. a pump laser, a pump diode or a pump laser diode include.
Es wird ferner ein Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung bei einem Laser mit einem Resonator, einem im Resonator angeordneten laseraktiven Medium, einem im Resonator angeordneten passiven Modenkoppler für einen modengekoppelten Betrieb des Lasers mit einer vorbestimmten Repetitionsfrequenz und einer Pumpquelle zum Pumpen des laseraktiven Mediums bereitgestellt, bei dem die Pumpquelle so angesteuert wird, dass die von der Pumpquelle zum Pumpen des laseraktiven Mediums abgegebene Pumpenergie einen Gleichanteil sowie Modulationspulse mit einer Modulationsfrequenz aufweist, die an die Repetitionsfrequenz angepaßt ist, wobei die Modulationsfrequenz zum Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers der Repetitionsfrequenz entspricht und nach einer vorbestimmten Zeitdauer nach Starten des modengekoppelten Betriebs des Lasers die Pulshöhe der Modulationspulse reduziert wird.Furthermore, a method is provided for generating pulsed laser radiation in a laser having a resonator, a laser active medium arranged in the resonator, a resonator arranged passive mode coupler for a mode-locked operation of the laser with a predetermined repetition frequency and a pump source for pumping the laser-active medium in that the pump source is driven such that the pump energy delivered by the pump source for pumping the laser active medium has a DC component and modulation pulses having a modulation frequency matched to the repetition frequency, the modulation frequency for starting mode-locked operation of the laser corresponding to the repetition frequency and a predetermined period of time after starting the mode-locked operation of the laser, the pulse height of the modulation pulses is reduced.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine verbesserte Anlaufstabilisierung zum Erreichen des modengekoppelten Betriebes erreicht. Ferner kann die optische Belastung dabei verringert werden. Darüber hinaus ist ein stabiler und dauerhafter modengekoppelter Betrieb des Lasers möglich.With the method according to the invention an improved start-up stabilization is achieved to achieve the mode-locked operation. Furthermore, the optical load can be reduced. In addition, a stable and permanent mode-locked operation of the laser is possible.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Verfahrensansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in the dependent method claims.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail for example with reference to the accompanying drawings, which also disclose characteristics essential to the invention. Show it:
Bei der in
Das laseraktive Medium
Im Betrieb wird die Pumpenergie, die die Pumplaserdiode
Die Modulationsfrequenz fM ist hier so gewählt, daß sie der Pulsfrequenz frep der gepulsten Laserstrahlung
Das Tastverhältnis des modulierten Pumpstromes sollte dem Tastverhältnis des Lasers bzw. Laseroszillators
Bei dem hier gezeigten Beispiel beträgt der Grundstromanteil I1 80 mA. Die Höhe ΔI der Modulationspulse P beträgt 30 mA, so daß der Strom I2 110 mA beträgt. Die Repetitionsfrequenz im modengekoppelten Betrieb des Laseroszillators
Bei der beschriebenen Ausführungsform sind Grundstromanteil I1, Pulshöhe ΔI, Modulationsfrequenz fM sowie Tastverhältnis des modulierten Pulsstromes jeweils konstant, wodurch der Laser
In
Im kontinuierlichen Betrieb (nicht modengekoppelter Betrieb) des Laseroszillators
Geht der Laseroszillator
Für die Beurteilung des Betriebszustandes des Laseroszillators
Das Signal des Sensors
Voraussetzung hierfür ist, daß der modengekoppelte Betrieb des Laseroszillators durch die eingestellten Amplituden I1, I2 des Pumpstromes erreicht werden kann.The prerequisite for this is that the mode-locked operation of the laser oscillator can be achieved by the set amplitudes I 1 , I 2 of the pumping current.
Mittels dem Sensor
Für die Startphase des Laseroszillators
Natürlich kann der Laseroszillator
Mit dem erfindungsgemäßen Laser bzw. Laseroszillator
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Legal Events
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