DE8905405U1 - Solid-state laser with compensation of the thermal lens effect - Google Patents
Solid-state laser with compensation of the thermal lens effectInfo
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Description
Festkörperlaser wit Kompensation des thermischen LinseneffektesSolid-state laser with compensation of the thermal lens effect
Bei optisch gepumpten Festkörperlasern ist es notwendig, den Laserstab zu kühlen. Da diese Kühlung nur an der zylinderförmigen Außenfläche des Laserstabes erfolgen kann, tritt im Laserstab von außen nac&i innen ein T©(sp«f3tyrgradssnt auf» Dieser hat einen Gradienten des Brechungsindex zur Folge und dadurch wirkt der Laserstab als Linse, deren Brennweite sich mit der PüKpen-ergi'e ändert. Es ist klstv daß dieser feberssi.*«;&«· Linser.^ffekt - der im Englischen als thermal lensing bezeichnet wird - Rückwirkungen auf den Laserresonator hat, in dem er z,B« einen Abfall der abgegebenen Leistung des Lasers bewirkt- Dies gilt sowohl für gepulste als auch für Dauer™ str i c;'ft laser.With optically pumped solid-state lasers, it is necessary to cool the laser rod. Since this cooling can only take place on the cylindrical outer surface of the laser rod, a temperature gradient occurs in the laser rod from the outside to the inside. This results in a gradient in the refractive index and the laser rod therefore acts as a lens, the focal length of which changes with the pen energy. It is clear that this thermal lensing effect - known in English as thermal lensing - has repercussions on the laser resonator, for example by causing a drop in the output power of the laser. This applies to both pulsed and continuous-wave lasers.
Es ist bekannt, den Laserstab mit gekrümmten Lichtein- und . austri txsf lachen auszuführen urvd mit deren optischer Wirkung den thermischen Linseneffekt zu kompensieren. Dies ist natürlich nur für eine Pumpleistung möglich.It is known to design the laser rod with curved light inlet and outlet surfaces and to compensate for the thermal lens effect with their optical effect. This is of course only possible for a pump output.
Aus der EP-A1-0 211 175 ist bekannt, den thermischen Linsen^ effekt dadurch zu verringern, daß als Laserstab ein speziell geschnittener Einkristall aus Lanthan-Berylliumoxid verwendet wird, der mit seltenen Erden dotiert ist.From EP-A1-0 211 175 it is known to reduce the thermal lens effect by using a specially cut single crystal of lanthanum beryllium oxide doped with rare earths as the laser rod.
Diese Lösung hat jedoch Nachteile: Der Schwellwert für die Pumpenergie ist sehr hoch und die Effizienz sehr gering. Dieses Material hat sich daher für den Laserstab nicht durchgesetzt .However, this solution has disadvantages: the threshold for the pump energy is very high and the efficiency is very low. This material has therefore not been adopted for the laser rod.
Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, den thermischen Linseneffekt von vorteilhaften Substanzen für den Laserstab bei verschiedenen Pumpleistungen zu vermeiden oder zu kompensieren.The aim of this innovation is to avoid or compensate for the thermal lens effect of substances beneficial to the laser rod at different pump powers.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Neuerung dadurch gelöst, daß im Resonator eine Flüssigkristall-Linse angeordnet ist deren Brechkraft durch Änderung ihrer Versorgungsspannung bzw. -spannungen veränderbar ist.According to the innovation, the task is solved by arranging a liquid crystal lens in the resonator, the refractive power of which can be changed by changing its supply voltage or voltages.
Die Änderung der Versorgungsspannung bzw. -spannungen kann z.B, von Hand erfolgen, wenn der Strom für die Pumplampe verändert wird.The supply voltage or voltages can be changed manually, for example, if the current for the pump lamp is changed.
&Igr;&idigr;; einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Flüssigkristall-Linse an eine Spannungsversorgung angeschlossen, die mit der Stromversorgung für die Pumplampe verbunden ist und in der elektronische Mittel vorhanden sind, mit denen die Spannungen für die Flüssigkristall-Linse in Abhängigkeit vom Strom für die PurrpLampe eingestellt werden.&Igr;&idigr;; in a particularly advantageous embodiment, the liquid crystal lens is connected to a voltage supply which is connected to the power supply for the pump lamp and in which electronic means are present with which the voltages for the liquid crystal lens are set as a function of the current for the purr lamp.
Die Neuerung wird im folgenden anhand der einzigen Figur näher erläutert.The innovation is explained in more detail below using the single figure.
In dieser Figur ist ein Laserresonator dargestellt, der den Laserstrahl (11) erzeugt und aus einem Laserstab (12), einem Auskoppelspiegel (13) und einem Endspiegel (14) aufgebaut ist, Der Laserstab sitzt in einer (im Umriß angedeuteten) Pumpkammer (15), in welcher die Pumplampe (16) bzw. mehrere Pumplampen angeordnet sind. Bei einem derartigen optisch gepumpten Laser ist eine Kühlung der Pumplampe (16) und des Lasers/tabes (12) netwendig, wodurch im Laserstab ein Temperaturgradient entsteht, der zu einem Gradienten der Brechzahl führt. Dadurch wird die ursprüngliche Brennweite des Laserstabes, die, je nach Ausführungsform, einen endlichen odtr unendlichen Wert hat, verändert. Zur Kompensation dieser Veränderung ist vorteilhafterweise in der Nähe des Laserstabes (12) - eine Flüssigkristall-Linse (17) angeordnet, deren Brechkraft verändert werden kann. Die Brechkraft der V'lüssigkr i stal l-Linse wird z.B. in Abhängigkeit von der Pumpleistung so verändert, daß die Brechkraft des Systems FLüssigkristal l-Linse undThis figure shows a laser resonator that generates the laser beam (11) and is made up of a laser rod (12), an output mirror (13) and an end mirror (14). The laser rod is located in a pump chamber (15) (indicated in outline) in which the pump lamp (16) or several pump lamps are arranged. In such an optically pumped laser, cooling of the pump lamp (16) and the laser/rod (12) is necessary, which creates a temperature gradient in the laser rod that leads to a gradient in the refractive index. This changes the original focal length of the laser rod, which, depending on the design, has a finite or infinite value. To compensate for this change, a liquid crystal lens (17) is advantageously arranged near the laser rod (12), the refractive power of which can be changed. The refractive power of the liquid crystal lens is changed, for example, depending on the pump power so that the refractive power of the liquid crystal lens and
Läserstab konstant bleibt. In einer besonders vorteilhaften AusfUhrungsform ist die Spannungsversorgung (18) der Flüssigkristall-Linse mit der Stromversorgung (19) der Pumplampe verbunden und erzeugt für die verschiedenen einstellbaren Pumpleistungen diejenige Spannung bzw. diejenigen Spannungen, die für die Kompensation des jeweiligen thermischen Linsen-* effektes des Laserstabes notwendig sind.Laser rod remains constant. In a particularly advantageous embodiment, the power supply (18) of the liquid crystal lens is connected to the power supply (19) of the pump lamp and generates the voltage or voltages for the various adjustable pump powers that are necessary to compensate for the respective thermal lens effect of the laser rod.
In einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Spannungsversorgung der Flüssigkristall-Linse derart/ daß durch ein Regelsignal die Brechkraft des gesamten Resonators konstant gehalten wird. Dieses Regelsignal kann z.B. aus der mit einer CCD-Kamera aufgenommenen Größe des Brennfleckes auf einem Werkstück gewonnen werden. Oder das Regelsignal kann z.B. bei einem Resonator mit interner Frequenzverdopplung aus dem Verhältnis der Intensitäten von Grundfrequenz und doppelter Frequenz gewonnen werden, wobei diese hinter den Endspiegeln gemessen werden.In another particularly advantageous embodiment, the voltage supply to the liquid crystal lens is such that the refractive power of the entire resonator is kept constant by a control signal. This control signal can be obtained, for example, from the size of the focal spot on a workpiece recorded with a CCD camera. Or the control signal can be obtained, for example, in a resonator with internal frequency doubling, from the ratio of the intensities of the basic frequency and double frequency, whereby these are measured behind the end mirrors.
Als Flüssigkristall-Linse können die beiden bekannten Arten benutzt werden. Bei der aus der US-PS 4 190 330 bekannten Flüssigkristall-Linse füllt der Flüssigkristall ein linsenförmiges Volumen aus, welches von zwei optisch durchlässigen Elektroden eingeschlossen ist, die mit einer variablen Spannung versorgt werden. Dabei wird durch die Größe der Spannung die Brennwe te variiert.The two known types can be used as liquid crystal lenses. In the liquid crystal lens known from US Patent 4,190,330, the liquid crystal fills a lens-shaped volume which is enclosed by two optically transparent electrodes which are supplied with a variable voltage. The focal length is varied by the magnitude of the voltage.
Wenn der Laser für linear polarisierte Strahlung ausgelegt ist, reicht eine derartige Flüssigkristall-Linse. Bei unpolarisierter Strahlung muß eine zweite Flüssigkristall-Linse verwendet werden, bei der die Orientierung der Moleküle senkrecht zur Orientierung der Moleküle in der ersten Flüssigkristall-Linse erfolgt.If the laser is designed for linearly polarized radiation, one such liquid crystal lens is sufficient. For unpolarized radiation, a second liquid crystal lens must be used in which the orientation of the molecules is perpendicular to the orientation of the molecules in the first liquid crystal lens.
Bei der aus der US-PS 4 572 616 bekannten Flüssigkristall-Linse füllt der Flüssigkristall ein planparaI IeLes Volumen aus, welches von optisch durchlässigen Elektroden begrenztIn the liquid crystal lens known from US Patent 4,572,616, the liquid crystal fills a planar volume which is delimited by optically transparent electrodes.
wird/ die streifenförmig ausgebildet sind= Dabei wird jeder Streifen mit einer anderen Spannung versorgt/ so daß die/ which are designed in strip form = Each strip is supplied with a different voltage / so that the
&ogr; derartige F lüssigkr1stal l-Linse mit um 90 verdrehten Elektrodenstreifen gegenüber der ersten entsteht insgesamt eine sphärisch wirkende Linse.A liquid crystal lens of this type with electrode strips rotated by 90° compared to the first one creates an overall spherical lens.
Je nach Art der verwendeten F lüssigkrista I L-Linse müssen daher für jede Brechkraft eine oder mehrere Spannungen erzeugt werden.Depending on the type of liquid crystal lens used, one or more voltages must be generated for each refractive power.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8905405U DE8905405U1 (en) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | Solid-state laser with compensation of the thermal lens effect |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8905405U DE8905405U1 (en) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | Solid-state laser with compensation of the thermal lens effect |
Publications (1)
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| DE8905405U1 true DE8905405U1 (en) | 1989-07-06 |
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ID=6838795
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE8905405U Expired DE8905405U1 (en) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | Solid-state laser with compensation of the thermal lens effect |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8905405U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0829745A1 (en) * | 1996-09-17 | 1998-03-18 | Thomson-Csf | Lightbeam control system |
-
1989
- 1989-04-28 DE DE8905405U patent/DE8905405U1/en not_active Expired
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0829745A1 (en) * | 1996-09-17 | 1998-03-18 | Thomson-Csf | Lightbeam control system |
| FR2753544A1 (en) * | 1996-09-17 | 1998-03-20 | Thomson Csf | LIGHT BEAM CONTROL SYSTEM |
| US5994687A (en) * | 1996-09-17 | 1999-11-30 | Thomson-Csf | System for correction the shape of a wave-front of a laser beam |
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