DE10243367B4 - Verfahren und Vorrichtung zur kohärenten Überlagerung von Laserstrahlen aus verschiedenen Laserquellen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur kohärenten Überlagerung von Laserstrahlen aus verschiedenen Laserquellen Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Überlagerung von Laserstrahlen aus mindestens zwei verschiedenen Laserquellen (10, 11–18), mit den Schritten:
– optische Injektion von Referenzlaserlicht aus einem Referenzlaser (20) in die Laserquellen (10, 11–18), so dass die Frequenz und Phase jeder Laserquelle (10, 11–18) gleich der Frequenz und Phase des Referenzlaserlichts sind,
– Überlagerung der Laserstrahlen der Laserquellen (10, 11–18) zu einem kombinierten Laserstrahl mit einer Strahlüberlagerungseinrichtung (30),
– Erfassung eines Teilstrahls der überlagerten Laserstrahlen mit einer Detektoreinrichtung (41), die ein Monitorsignal erzeugt, das für die relative Phase zwischen den Laserstrahlen charakteristisch ist, und
– Einstellung der relativen Phase zwischen den Laserstrahlen mit einer Stelleinrichtung (42) in Abhängigkeit vom Monitorsignal derart, dass die Laserstrahlen bei der Überlagerung einen vorbestimmten Phasenunterschied (Φ) besitzen,
dadurch gekennzeichnet, dass
– als Strahlüberlagerungseinrichtung (30) ein polarisierender Strahlteiler (31) verwendet wird, auf den die Laserstrahlen mit zueinander senkrechten Polarisationen gerichtet werden, wobei
– mit...

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zur kohärenten Überlagerung von Laserstrahlen, insbesondere Verfahren zur additiven, räumlichen Überlagerung von Laserstrahlen mit einer Strahlüberlagerungseinrichtung. Die Erfindung betrifft auch eine Lasereinrichtung zur Erzeugung eines kombinierten Laserstrahls, der durch kohärente Addition von mindestens zwei Laserstrahlen gebildet ist.
  • In der Lasertechnik gibt es zahlreiche Anwendungen von Laserstrahlen mit hoher Leistung. Als Hochleistungslaser sind bspw. Hochleistungslaserdioden verfügbar. Diese besitzen jedoch einen beschränkten Anwendungsbereich, da sie relativ teuer und nur mit bestimmten Emissionswellenlängen verfügbar sind. Des Weiteren sind Hochleistungslaserdioden multimodal, so dass sie ein kompliziertes, insbesondere nicht-gaussförmiges Strahlprofil und eine relativ große Frequenzbreite besitzen. Damit sind Anwendungen bei der optischen Datenübertragung oder bei optischen Messmethoden nur beschränkt möglich.
  • Eine erhöhte Strahlungsleistung kann alternativ durch eine Überlagerung von Laserstrahlen aus verschiedenen Quellen erzeugt werden. Es sind zwei Ansätze zur Überlagerung von Laserstrahlen bekannt, die einerseits auf einer nichtlinearen Verstärkung und andererseits auf einer additiven (linearen) Überlagerung von Laserstrahlen beruhen.
  • Die nichtlineare Verstärkung von Laserstrahlen unter Verwendung eines optisch nichtlinearen Materials wird bspw. in US 5 121 400 und US 4 869 579 beschrieben. Aus der Verwendung des nichtlinearen Materials ergeben sich mehrere Nachteile. Die Realisierung der nichtlinearen Effekte erfordert eine hohe Pumplaser- Leistung. Des Weiteren ist ein hoher Justieraufwand erforderlich, um Laserstrahlen zeitlich stabil zu überlagern. Die Anwendung des nichtlinearen Materials führt zu hohen Kosten und zur Beschränkung auf bestimmte Wellenlängen. Nicht für alle in der Praxis interessierenden Wellenlängen sind passende Materialien verfügbar. Aus US 5 027 360 ist die Abstimmung der Frequenz eines Halbleiterlasers auf die Frequenz eines Pump-Referenzlasers zur Erzeugung eines Dauerstrich-Laserstrahls mit hoher Leistung bekannt. Diese Technik besitzt den Nachteil, dass durch nichtlineares optisches Pumpen zwar hohe Emissionsleistungen ermöglicht werden, dies allerdings mit einem erheblichen gerätetechnischen Aufwand und mit einer Beschränkung auf bestimmte Lasermaterialien.
  • Zur additiven Überlagerung von Laserstrahlen werden Emissionen von Laserquellen mit relativ geringer Leistung zu einem gemeinsamen kohärenten Laserstrahl mit erhöhter Leistung ohne Zwischenschaltung eines nichtlinearen Prozesses räumlich überlagert. Zur Erzielung kohärenten Lichtes, das nach der Überlagerung äquivalent zum Laserstrahl aus einer einzelnen Laserquelle ist, müssen die Laserquellen bei identischen Frequenzen und einer konstanten Phasenbeziehung so betrieben werden, dass das Strahlprofil (insbesondere Divergenz, Modenprofil) und die Propagation der Strahlen identisch sind.
  • Ein bekanntes Standardverfahren zur Einstellung einer festen Phasenbeziehung zwischen zwei Laserstrahlen mit identischen spektralen Eigenschaften basiert auf der optischen Injektion (sogenanntes Injection Locking) (siehe Siegmann in "Lasers", University Science Books, 1986, Kapitel 29, Seite 1134; Bouyer et al. in "Journal of Physics III", Bd, 2, Satz 92, Seite 1623; Gertsvolf et al. in "Optics Communications", Bd. 170, 1999, Seite 269; Mercier et al. in "Optics Communications", Bd. 138, 1997, Seite 200). Referenzlicht von einem Referenzlaser wird in eine Laserquelle, z. B. einen aktiven Laseremitter (Laserdiode) oder einen Laserverstärker eingestrahlt (injiziert). Durch Änderung der Temperatur und/oder des Stroms z. B. der Laserdiode kann deren Verstärkungsprofil derart eingestellt werden, dass sie mit spektralen Eigenschaften betrieben wird, die identisch mit den spektralen Eigenschaften des Referenzlichts sind. In diesem Zustand ist die Laserdiode mit der Frequenz und Phase des Referenzlasers gekoppelt. Der von der Laserdiode emittierte Strahl ist vollständig mit dem Referenzlaserstrahl kohärent. Durch Injektion in zwei oder mehr Laserdioden kann eine feste relative Phasenbeziehung zwischen sämtlichen Strahlen eingestellt werden. Ein Nachteil der optischen Injektion für die Überlagerung von Laserstrahlen besteht jedoch darin, dass die feste relative Phasenbeziehung durch Instabilitäten der optischen Bedingungen auf dem Weg bis zu einer Überlagerungseinrichtung verloren gehen kann.
  • Ein Verfahren zur additiven Laserstrahlüberlagerung ist beispielsweise aus US 5 404 365 bekannt. Mit einer Vielzahl von Halbleiterlasern, Polarisatoren und Phasenplatten wird ein optischer Resonator geschaffen, in dem die Emissionen der einzelnen Laser konstruktiv überlagert werden. Diese Technik besitzt den Nachteil, dass ein relativ großer Resonator aufgebaut wird, der eine aufwändige Justierung erfordert und zu Instabilitäten neigt. Die Anwendungen dieser Technik sind eingeschränkt, da keine Möglichkeiten zur aktiven Stabilisierung oder Modulation der Eigenschaften des überlagerten Laserlichts vorgesehen sind.
  • Von M. Tempus et al. ("Applied Physics B", Bd. 56, 1993, Seite 79) wird eine Aufteilung des Laserlichts aus einer einzelnen Laserquelle auf mehrere optische Fasern und eine anschließende Rekombination des mit den Fasern übertragenen Lichtes beschrieben. Zur Rekombination werden jeweils zwei Strahlen mit einem optischen Strahlteiler überlagert. Die optischen Weglängen von der Laserquelle über die Fasern zum Strahlteiler werden so eingestellt, dass sich die Strahlen in der ersten Ausgangsrichtung des Strahlteilers konstruktiv und in der zweiten Ausgangsrichtung destruktiv überlagern. Diese Methode hat den Nachteil, dass bei verschwindendem Phasenunterschied, wenn also die Intensität des konstruktiv überlagerten Lichtes maximal ist, gerade kein Licht in der zweiten Ausgangsrichtung austritt und somit kein Regelsignal gebildet werden kann. Zur Stabilisierung relativer Phasenänderungen zwischen den Strahlen muss daher eine Phasenmodulation eingeführt werden, die mit einer komplizierten Auswertung des Regelsignals verbunden ist. Des weiteren ist die Methode von M. Tempus et al. auf die Überlagerung von Teilstrahlen aus einer gemeinsamen Quelle beschränkt.
  • Aus WO 01/25835 A1 ist bekannt, eine Vielzahl von Laserdioden (sogenannte Slave-Laserdioden) durch optische Injektion in Bezug auf eine Referenzlaserdiode (sogenannte Master-Laserdiode) abzustimmen. Die Emissionen der Laserdioden werden mit einer Transformationsoptik zu einem gemeinsamen Strahlungsfeld überlagert.
  • Zur Einstellung fester Phasenbeziehungen zwischen den Slave-Laserdioden wird in WO 01/25835 A1 ein Stromversorgungsnetzwerk beschrieben, in dem die Stromversorgungen der einzelnen Slave-Laserdioden abgestimmt werden können. Diese Technik besitzt den Nachteil, dass die Einstellung der Phasenbeziehungen über die Stromversorgungen kompliziert ist, da kein zuverlässiges Fehlersignal vorhanden ist, auf dessen Grundlage die Stromregelung erfolgen kann. Eine aktive Stabilisierung der Phasenbeziehungen ist nicht möglich, so dass der herkömmliche Aufbau nur über beschränkte Zeiträume stabil arbeitet. Ferner ist nachteilig, dass zwar eine Modulation der Intensität des Gesamtlaserfeldes durch eine Verstimmung der Referenzfrequenz möglich ist. Diese Modulation besitzt jedoch eine auf 50% beschränkte Modulationstiefe, eine vollständige Auslöschung des Strahlenfeldes ist nicht möglich.
  • Aus US 5 717 516 , US 5 440 576 , US 4 661 786 und der Publikation von L. Bartelt-Berger et al. in „LaserOpto", Bd. 31, 1999, S. 58–65 sind Lasereinrichtungen mit einer additiven, linearen Überlagerung von Laserstrahlen bekannt, bei denen eine Phasenanpassung zwischen den überlagerten Teilstrahlen in Abhängigkeit von einer gemessenen Intensität der überlagerten Teilstrahlen erfolgt. Insbesondere aus US 5 717 516 gehen Verfahren und Vorrichtungen mit den Merkmalen der Oberbegriffe der nebengeordneten Ansprüche hervor. Aus DE 43 16 829 A1 ist ein Verfahren zur Materialbearbeitung mit Diodenstrahlung bekannt, die durch die Überlagerung der Emissionen einer Vielzahl von Laserdioden erzeugt wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zur kohärenten Überlagerung von Laserstrahlen aus verschiedenen Quellen bereitzustellen, mit denen die Nachteile der herkömmlichen Techniken überwunden werden und die insbesondere eine Laseremission mit hoher Stabilität, hoher Leistung und geringen Justieranforderungen ermöglichen. Die Erfindung soll insbesondere mit an sich verfügbaren optischen Komponenten ohne Beschränkung auf bestimmte Materialien oder bestimmte Wellenlängen realisierbar sein und einen erweiterten Anwendungsbereich besitzen.
  • Diese Aufgaben werden durch Verfahren und Lasereinrichtungen zur kohärenten Überlagerung von Laserstrahlen mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 oder 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Es wird ein Verfahren zur kohärenten, räumlichen Überlagerung von Laserstrahlen aus optisch mit einem Referenzlaser frequenz- und phasengekoppelten Laserquellen dahingehend verändert, dass zur Einstellung einer vorbestimmten Phasenbeziehung zwischen den Laserstrahlen ein Teilstrahl aus überlagerten Laserstrahlen (Monitorstrahl) mit einer Detektoreinrichtung erfasst wird, deren Detektorsignal (Monitorsignal) für die relative Phase zwischen den Laserstrahlen charakteristisch ist und zur Steuerung einer Stelleinrichtung zur Einstellung der Phasenbeziehung verwendet wird. Erfindungsgemäß erfolgt somit in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Monitorstrahls eine Phaseneinstellung bei der Überlagerung von Laserstrahlen. Die Phaseneinstellung verschiedener, optisch gekoppelter Laserquellen besitzt den Vorteil, dass mit relativ einfachen Mitteln eine kohärente Addition von Laserstrahlen bereitgestellt wird, bei der die Nachteile und Beschränkungen der herkömmlichen Technik vermieden werden. Es ist insbesondere möglich, die Erfindung ohne Beschränkung auf bestimmte Laserquellen oder Wellenlängen umzusetzen. Die Verwendung nichtlinearer Materialien wird vermieden. Der optische Aufbau ist mit an sich üblichen, kostengünstigen Komponenten zu realisieren. Es können vorteilhafterweise Laserquellen zur Bereitstellung von Laserlicht mit hoher Leistung kombiniert werden, das sich im Unterschied zu den herkömmlichen Verfahren durch eine einzelne Strahlungsmode (monomodales Licht), ein Gauss'sches Strahlprofil, eine feste Phase und eine geringe Frequenzbandbreite auszeichnet. Das kombinierte Laserlicht ist von einem Laserstrahl aus einer einzelnen Quelle nicht mehr unterscheidbar.
  • Es werden Laserstrahlen aus verschiedenen Laserquellen kohärent überlagert. Die Laserquellen umfassen aktive Laseremitter (z. B. Laserdioden) oder Laserverstärker, die zur Emission von Laserstrahlen gepumpt werden.
  • Gemäß der Erfindung wird als Strahlüberlagerungseinrichtung ein polarisierender Strahlteiler verwendet, auf den die Laserstrahlen mit zueinander senkrechten Polarisationen gerichtet werden, wobei das Monitorsignal für die Polarisation des Teilstrahls charakteristisch ist, die durch die relative Phase der Laserstrahlen bestimmt wird. In diesem Fall kann die relative Phase zwischen den Laserstrahlen besonders einfach aus den Polarisationseigenschaften des Teilstrahls ermittelt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Phaseneinstellung mit einem aktiven Regelkreis, in dem nach einem Vergleich des Monitorsignals mit einer Bezugsgröße ein Steuersignal für die Stelleinrichtung erzeugt wird. Vorteilhafterweise kann das Monitorsignal insbesondere als Differenzsignal zwischen verschieden polarisierten Komponenten des Monitorstrahls so gebildet werden, dass die Bezugsgröße dem Nulldurchgang des Monitorsignals entspricht. Das Monitorsignal kann unmittelbar als Bezugsgröße verwendet werden. Dies ermöglicht eine schnelle und empfindliche Regelung, so dass die Stabilität der Phasenkopplung zwischen den überlagerten Laserstrahlen verbessert werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass in Abhängigkeit von den konkreten Anforderungen verschiedenartige Stelleinrichtungen zur Einstellung der Phasenbeziehung verwendet werden können. Die Stelleinrichtung kann vorzugsweise zur mechanischen oder optischen Einstellung der relativen optischen Weglänge der Laserstrahlen und/oder zur Einstellung des Steuerstroms oder der Temperatur mindestens einer der Laserquellen eingerichtet sein. Eine Stellkomponente umfasst z. B. einen piezoelektrischen Stellantrieb an Spiegel- oder Laserquellenpositionen, einen elektrooptischen Modulator, eine Zelle mit veränderlichem Gasdruck, eine Gasentladungszelle o. dgl.)
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der optische Aufbau zur Überlagerung der Laserstrahlen so gebildet werden, dass einerseits das Referenzlaserlicht zur optischen Injektion und andererseits die Laserstrahlen mit entgegengesetzten Strahlrichtungen einen gemeinsamen optischen Aufbau durchlaufen. Das Referenzlaserlicht wird vorzugsweise mit der Strahlüberlagerungseinrichtung in die Laserquellen eingekoppelt. Dadurch kann der Aufwand an optischen Komponenten vermindert werden. In der optischen Wegstrecke kann insbesondere ein Strahlformer, z. B. ein anamorphes Prismenpaar vorgesehen sein, der vom Referenzlaserlicht und den überlagerten Laserstrahlen entgegengesetzt durchlaufen wird. Der Strahlformer kann vorteilhafterweise eine Doppelfunktion erfüllen, indem er einerseits das Strahlprofil des Referenzlaserlichtes an die Emissionsprofile der Laserquellen und umgekehrt das Strahlprofil der überlagerten Laserstrahlen für eine optimale Einkopplung z. B. in eine Faseroptik anpasst.
  • Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass das aus den überlagerten Laserstrahlen gebildete Laserlicht durch einfache Maßnahmen mit hoher Frequenz intensitätsmoduliert werden kann. Es kann eine schnelle Amplitudenmodulation durch eine Strommodulation mindestens einer der Laserquellen und/oder des Referenzlasers oder eine mechanische oder optische Modulation der optischen Weglänge (z. B. mit einem elektrooptischen Modulator) erzielt werden. Im Unterschied zu den o. g. herkömmlichen Überlagerungstechniken ist eine Modulationstiefe bis zum vollständigen Verlöschen des überlagerten Laserlichts möglich.
  • Wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Laserquellen mit einer gemeinsamen Stromversorgung in Reihe geschaltet betrieben werden, kann vorteilhafterweise eine weitere Stabilisierung des überlagerten Laserlichts erzielt werden. Durch die Reihenschaltung kann der Einfluss des Schrotrauschens vermindert werden.
  • Als Laserquellen werden vorzugsweise Halbleiterlaserdioden verwendet. Laserdioden können Vorteile in Bezug auf die Effektivität der optischen Injektion und die Kompaktheit des optischen Aufbaus haben. Alternativ ist mindestens eine der Laserquellen eine Lasereinrichtung, mit der räumlich überlagertes Laserlicht aus mindestens zwei Laserquellen erzeugt wird. Die Lasereinrichtung wird vorzugsweise selbst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben. Vorteilhafterweise können kaskadenartig jeweils zwei Laserquellen erfindungsgemäß überlagert und der dabei er zeugte kombinierte Laserstrahl mit den Emissionen weiterer Laserquellen oder weiteren kombinierten Laserstrahlen kohärent überlagert werden. Erfindungsgemäß können vorteilhafterweise beliebig viele Laserquellen (z. B. Halbleiterlaserdioden oder Laserverstärker) kombiniert werden.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Lasereinrichtung zur kohärenten, räumlichen Überlagerung von Laserstrahlen, die zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die erfindungsgemäße Lasereinrichtung umfasst insbesondere eine Kombination aus einem Referenzlaser und Laserquellen, die mit dem Referenzlaser optisch gekoppelt sind, eine Strahlüberlagerungseinrichtung zur Überlagerung der Laserstrahlen der Laserquellen, eine Detektoreinrichtung zur Erfassung eines Teilstrahls aus überlagerten Laserstrahlen und eine Stelleinrichtung zur Einstellung einer bestimmten Phasenbeziehung zwischen den Laserstrahlen.
  • Die Erfindung besitzt die folgenden weiteren Vorteile. Die Lasereinrichtung zeichnet sich durch eine hohe Stabilität, Kompaktheit des optischen Aufbaus und breite Anwendbarkeit aus. Weitere Vorteile bestehen in der Miniaturisierbarkeit, insbesondere unter Verwendung von Laserdiodenarrays und in der Verwendung kostengünstiger Bauteile.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren konnte eine effektive Einkopplung der Laserstrahlen der Laserdioden als gemeinsames, kohärentes Strahlungsfeld in einen Monomode-Lichtleiter erreicht werden. Von jeder der Laserdioden konnten über 80% der Leistung in den Lichtleiter eingekoppelt werden. Das Strahlungsfeld war nach der Überlagerung, insbesondere nach Passage des Monomode-Lichtleiters nicht mehr vom Strahlungsfeld einer einzelnen Laserquelle unterscheidbar.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung,
  • 2: eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung mit einem Regelkreis zur Phaseneinstellung, und
  • 3: eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lasereinrichtung mit einer Vielzahl von Laserquellen.
  • Die erfindungsgemäße Lasereinrichtung wird im folgenden unter beispielhaftem Bezug auf die Verwendung von aktiven Emittern als Laserquellen, insbesondere Laserdioden, beschrieben. Es wird betont, dass die Erfindung analog mit gepumpten Laserverstärkern umsetzbar ist.
  • Eine erfindungsgemäße Lasereinrichtung umfasst gemäß der ersten, in 1 schematisch gezeigten Ausführungsform Laserquellen 10 mit einer ersten Laserdiode 11 und einer zweiten Laserdiode 12, einen Referenzlaser 20, mit dem die ersten und zweiten Laserdioden 11, 12 frequenz- und phasengekoppelt sind, eine Strahlüberlagerungseinrichtung 30 und eine Stabilisierungseinrichtung 40. Diese Komponenten sind über optische Wege S1, S2, SG und SM und optische Bauteile 50 verbunden.
  • Die ersten und zweiten Laserdioden 11, 12, die auch als Slave-Laser bezeichnet werden, sind temperatur- und stromstabilisierte Laserdioden. Die Verwendung von Monomode-Laserdioden ist zur Erzeugung eines kombinierten Laserstrahls mit einer einzigen Strahlungsmode besonders vorteilhaft. Die Laserdioden emittieren z. B. in einem Frequenzbereich, der Wellenlängen von 780 nm bis 790 nm entspricht, und mit einer Ausgangsleistung von 80 mW (z. B. Laserdioden vom Typ DL 7140-201, Hersteller Sanyo). Die Laserdioden werden mit einer Stromversorgung 70 angesteuert, die zwei Stromquellen 71, 72 (jeweils ggf. mit einem Modulator) oder eine gemeinsame Stromquelle (siehe 2) umfasst. Von der ersten Laserdiode 11 geht der optische Weg S1 über einen ersten Umlenkspiegel 51, eine erste Halbwellenplatte 33 (λ/2-Platte) und einen zweiten Umlenkspiegel 52 zu einem Strahlteiler 31. Der Strahlteiler 31 ist ein polarisierender Strahlteilerwürfel (Glan-Thompson-Prisma). Von der zweiten Laserdiode 12 geht der optische Weg S2 entsprechend über eine zweite Halbwellenplatte 32 ebenfalls zum Strahlteiler 31. Die Halbwellenplatten 32, 33 sind so angeordnet, dass die Polarisationen der Laserstrahlen der Laserdioden 11, 12 beim Eintritt in den Strahlteiler 31 zueinander senkrecht stehen (beispielsweise auf dem Weg S1 nahezu parallel und auf dem Weg S2 nahezu senkrecht zur Papierebene). Der Strahlteiler und die Halbwellenplatten bilden die bevorzugt verwendete Strahlüberlagerungseinrichtung 30.
  • Vom Strahlteiler 31 verlaufen die überlagerten Laserstrahlen in der ersten Ausgangsrichtung als kombinierter Laserstrahl entlang einem gemeinsamen optischen Weg SG über einen Strahlformer 53, eine dritte Halbwellenplatte 54 und einen optischen Isolator 55, 56 zum Ausgangs-Strahlteiler 57.
  • Der optische Isolator (Faraday-Isolator) besteht aus einem um 45° gedrehten Polarisator 55, einer Magnetfeldquelle 56 mit einem Kristall, in dem die Polarisation des durchgehenden Lichtes um 45° gedreht wird, und den polarisierenden Ausgangsstrahlteiler 57. Der optische Isolator besitzt bspw. eine Abschwächung von –30 dB. Er ermöglicht den Durchgang des Referenzlaserlichts und die seitliche Ablenkung des kombinierten Laserstrahls und bewirkt eine Abschwächung des ggf. vom optischen System 60 rückreflektierten Lichts.
  • Am Ausgangs-Strahlteiler 57 erfolgt eine Einkopplung des kombinierten Laserstrahls in ein optisches System 60, wie z. B. in einen Lichtleiter 61 einer Faseroptik. Der Strahlformer 53 ist bspw. ein anamorphes Prismenpaar, das beim Strahldurchgang vom Strahlteiler 31 zur dritten Halbwellenplatte 54 ein elliptisches Strahlprofil in ein kreisrundes Strahlprofil komprimiert oder aufweitet und beim entgegengesetzten Durchgang ein rundes Strahlprofil in ein elliptisches Strahlprofil aufweitet oder komprimiert.
  • Der Referenzlaser 20, der auch als Master-Laser bezeichnet wird, ist ebenfalls eine temperatur- und stromstabilisierte Laserdiode mit einer Stromversorgung 21 (ggf. mit einem Modulator). Die Frequenzbreite des Referenzlasers 20 ist vorzugsweise durch einen externen Resonator reduziert (gitterstabilisierter Laser). Als Referenzlaser 20 wird bspw. eine Laserdiode vom Typ HL 7851 G (Hersteller Hitachi) mit einem externen Resonantor (Emissionsfrequenz entsprechend 780 nm, Frequenzbreite: 100 kHz, Leistung: 20 mW) verwendet (siehe z. B. L. Ricci et al. in "Opt. Comm.", Bd. 117, 1995, S. 541). Der optische Weg vom Referenzlaser 20 zu den ersten und zweiten Laserdioden 11, 12 verläuft entgegengesetzt zu deren Strahlrichtung über die Komponenten 57 bis 53 zum Strahlteiler 31, an dem eine Aufspaltung auf die optischen Wege S1 und S2 zur optischen Injektion in die ersten und zweiten Laserdioden 11, 12 erfolgt.
  • Die Stabilisierungseinrichtung 40 umfasst eine Detektoreinrichtung 41 und eine Stelleinrichtung 42. Die Detektoreinrichtung 41 dient der Erfassung eines Teilstrahls (sog. Monitorstrahl) aus überlagerten Laserstrahlen der Laserdioden 11, 12, der vom Strahlteiler 31 in der zweiten Ausgangsrichtung entlang des optischen Weges SM verläuft. Die Detektoreinrichtung 41 generiert ein Monitorsignal, das von den Polarisationseigenschaften des Monitorstrahls auf dem optischen Weg SM abhängig ist. Hierzu um fasst die Detektoreinrichtung 41 mindestens einen Polarisator und mindestens ein lichtempfindliches Element, dessen Ausgangssignal das Monitorsignal bildet. Die Stelleinrichtung 42 wird in Abhängigkeit vom Monitorsignal betätigt. Dies kann je nach der konkreten Umsetzung der Erfindung im Rahmen eines Regelkreises direkt erfolgen (siehe 2) oder auf einer anderen Einstellprozedur beruhen (z. B. manuelle Nachstellung).
  • Die Stelleinrichtung 42 ist zur Einstellung der relativen Phasenbeziehung der Laserstrahlen vorgesehen, die entlang der optischen Wege S1 und S2 auf den Strahlteiler 31 gerichtet werden. Die Stelleinrichtung 42 ist bspw. ein piezoelektrischer Antrieb, mit dem der Strahlteiler 31 bspw. parallel zum optischen Weg S2 bewegt werden kann. Gemäß abgewandelten Ausführungsformen kann als Stelleinrichtung 42 (siehe gestrichelte Komponenten, Bezugszeichen in Klammern) ein Stellantrieb an den Umlenkspiegeln 51, 52 oder an mindestens einer der Laserdioden, ein elektrooptischer Modulator oder eine druckgeregelte Gaszelle in einem oder beiden optischen Wegen S1 und S2, eine Temperaturregelung an mindestens einer der Laserdioden 11, 12 und/oder eine Stromregelung an mindestens einer der Laserdioden 11, 12 vorgesehen sein.
  • Zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens wirken die Komponenten der Lasereinrichtung gemäß 1 wie folgt zusammen. Zur kohärenten Überlagerung von Laserstrahlen der Laserdioden 11, 12 werden diese durch optische Injektion von Referenzlaserlicht aus dem Referenzlaser 20 frequenz- und phasengekoppelt. Das Referenzlaserlicht gelangt über den Ausgang-Strahlteiler 57 und den optischen Isolator 55, 56 zur dritten Halbwellenplatte 54. Im optischen Isolator 55, 56 wird die Polarisationsrichtung des Referenzlaserlichts auf 45° (relativ zur Zeichenebene) gedreht. Anschließend erfolgt am Strahlformer 53 eine Anpassung des ursprünglich runden Strahlprofils des Referenzlasers an die Emissionsprofile der Laserdioden 11, 12 durch Dekomprimierung oder Komprimierung in Bezug auf eine Richtung. Nach dem Strahlformer 53 besitzt das Referenzlaserlicht ein elliptisches Strahlprofil. Die Erzeugung des elliptischen Strahlprofils besitzt bei Verwendung von Laserdioden als Laserquellen den Vorteil, dass die Qualität der Injektion durch eine größere räumliche Überlappung des injizierten Referenzlaserlichts und des Emissionsprofils der Laserdioden verbessert werden kann.
  • Die nach dem Polarisator 55 gegebenen vertikal und horizontal polarisierten Komponenten des Referenzlaserlichts werden am Strahlteiler 31 auf die optischen Wege S1 und S2 verteilt. Wegen der Drehung der Polarisation auf 45° erfolgt die Aufteilung mit im Wesentlichen identischen Leistungen. Die aufgetrennten Referenzlaserlicht-Strahlen werden in die ersten und zweiten Laserdioden 11, 12 injiziert.
  • Durch Überlagerung der senkrecht zueinander polarisierten Laserstrahlen am Strahlteiler 31 wird der kombinierte Laserstrahl mit fester Polarisation und additiv überlagerter Intensität erzeugt. Die Halbwellenplatten 32 und 33 dienen der Einstellung der senkrechten Polarisation, dies jedoch mit einer Verstellung (Drehung) der Polarisationen beider Laserstrahlen gegenüber der Polarisationsrichtung des Strahlteilers 31 um wenige Grad (z. B. 5 Grad). Damit wird am zweiten Ausgang des Strahlteilers 31 entlang dem optischen Weg SM ein Monitorstrahl durchgelassen, der von der Detektoreinrichtung 41 erfasst wird. Der kombinierte Laserstrahl auf dem optischen Weg SG wird am Strahlformer 53 einer Profilformung unterzogen und durchläuft dann die dritte Halbwellenplatte 54. Die dritte Halbwellenplatte 54 dient der Anpassung der Polarisation des kombinierten Laserstrahls an den optischen Isolator 55, 56. Wenn beide Laserdioden bei einer relativen Phasendifferenz Φ = 0 exakt die identische Intensität liefern würden, wäre die dritte Halbwellenplatte 54 überflüssig, da dann eine feste Polarisationsrichtung des kombinierten Laserlichts gegeben wäre.
  • Wenn das Referenzlaserlicht und die Laserstrahlen der Laserdioden räumlich ausreichend überlagert und die Betriebsbedingungen der Laserdioden (insbesondere Strom, Temperatur) geeignet gewählt sind, dann ist das Laserlicht der Laserdioden 11, 12 an die Frequenz und Phase des Referenzlasers 20 gekoppelt. Wenn eine relative Phasendifferenz z. B. durch thermische Drifts der optischen Weglängen zwischen den Laserstrahlen auf den optischen Wegen S1 und S2 auftritt, entstehen im kombinierten Laserstrahl auf dem Weg SG und im Monitorstrahl auf dem Weg SM zirkulare Polarisationskomponenten. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, die zirkularen Polarisationskomponenten im Monitorstrahl auf dem optischen Weg SM zu erfassen und die Stelleinrichtung 42 derart zu betätigen, dass die zirkularen Polarisationskomponenten verschwinden. In diesem Fall verschwinden die zirkularen Polarisationskomponenten auch im kombinierten Laserstrahl auf dem optischen Weg SG. Dies bedeutet, dass der kombinierte Laserstrahl linear polarisiert ist und zwischen den Laserstrahlen auf den Wegen S1 und S2 eine feste Phasenbeziehung Φ = 0 besteht.
  • Der kombinierte Laserstrahl wird mit dem Strahlteiler 57 auf das optische System 60 gerichtet. Der Lichtleiter 61 ist bspw. eine Monomode-Faser. Nach Durchlauf durch die Monomode-Faser ist der kombinierte Laserstrahl von einem Laserstrahl einer Monomode-Quelle nicht mehr zu unterscheiden.
  • Die Polarisation des kombinierten Laserstrahls hängt von der relativen Phase und den Intensitäten der einzelnen Laserstrahlen der Laserdiode ab. Als Phasenbeziehung wird vorzugsweise eine Phasendifferenz Φ = 0 eingestellt, damit der kombinierte Laserstrahl eine lineare Polarisation und entsprechend nach Durchgang durch den optischen Isolator eine maximale Leistung besitzt. Bei identischen Intensitäten der Laserquellen und einem Phasenunterschied Φ = 0 ergibt sich eine lineare Polarisation von 45°. Da der Polarisator 55 nur Licht mit linearer Polarisation von 45° durchlässt, kann die gesamte Intensität der Laserdioden zum optischen Isolator 55, 56 übertragen werden, und die Intensität nach dem optischen Isolator 55, 56 entspricht der Summe der einzelnen Intensitäten. Falls eine andere Phasenbeziehung auftritt oder die Intensitäten verschieden sind, wird die übertragene Intensität entsprechend vermindert.
  • Um im laufenden Betrieb eine konstante lineare Polarisation des kombinierten Laserstrahls sicherzustellen, wird die Stabilisierungseinrichtung 40 vorzugsweise gemäß 2 als Regelkreis gebildet. Der Monitorstrahl auf dem optischen Weg SM wird über eine Viertelwellenplatte 43 (λ/4-Platte) auf einen polarisierenden Strahlteiler 44 gerichtet, an dem die horizontalen und vertikalen Polarisationskomponenten des Monitorstrahls getrennt und auf Photodioden 45, 46 gerichtet werden. Die Photodioden (z. B. vom Typ Hamamatsu S 2386) liefern Messsignale, die im Subtraktionskreis 47 subtrahiert werden. Das Differenzsignal ist ein erfindungsgemäß verwendetes Monitorsignal, das für Polarisationseigenschaften des Teilstrahls charakteristisch ist. Das Monitorsignal ist proportional zu sin(Φ). Für einen Phasenunterschied Φ = 0 (lineare Polarisation: 45°) ist das Differenzsignal gleich 0, während es für Phasenunterschiede von π/2 oder – π/2 maximal oder minimal wird. Für kleine Phasenunterschiede variiert das Monitorsignal bipolar im linearen Bereich der Sinusfunktion und damit linear mit dem Phasenunterschied. Das bipolare Monitorsignal kann daher nach Verstärkung im Verstärker 48 vorteilhafterweise direkt zur Ansteuerung der Stelleinrichtung 42 verwendet werden. Der Verstärker 48 ist z. B. ein PID-Regelverstärker, ggf. mit einem Hochvoltverstärker.
  • Die Stelleinrichtung 42 wird betätigt, bis das Monitorsignal gleich Null wird. Um ein Fehlersignal mit einem maximalen Kontrast bereitzustellen, wird die Hauptachse der Viertelwellen platte vorzugsweise senkrecht oder parallel zur Polarisation des Monitorstrahl eingestellt. Mit dem Monitorsignal als Bezugsgröße können entsprechend alternative Stelleinrichtungen 42 angesteuert werden, die in 1 illustriert sind.
  • Der Vorteil der in 2 illustrierten Regelung besteht insbesondere darin, dass zur Erzielung eines Regelsignals im Unterschied zu Tempus et al. (siehe oben) keine Phasenmodulation erforderlich ist und Intensitätsfluktuationen vermieden werden. Damit wird der optische Aufbau vereinfacht. Des Weiteren ermöglicht die Regelung eine hochstabile kohärente Überlagerung von Laserstrahlen aus verschiedenen Laserquellen, so dass erfindungsgemäß eine hohe Effizienz bei der Addition der Strahlungsfelder erzielt wird.
  • Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit, dem kombinierten Laserstrahl eine schnelle Intensitätsmodulation aufzuprägen. Durch impulsförmige Verstimmung der Frequenz des Referenzlaserlichts, z. B. durch eine Strommodulation (Modulator in der Stromversorgung 21) oder eine piezoelektrische Verstellung des externen Resonators des Referenzlasers kommt es zu einer Frequenzmodulation der Laserstrahlen der Laserdioden 11, 12. Wegen des Wegunterschieds zwischen den Laserdioden und dem Strahlteiler 31 kommt es im kombinierten Laserstrahl auf dem optischen Weg SG zu einer Polarisationsmodulation, die sich nach Durchtritt durch den optischen Isolator 55, 56 in einer Intensitätsmodulation auswirkt. Die Modulation kann bspw. mit einer Frequenz von 100 kHz erfolgen.
  • Anstelle einer Laserdiode als Referenzlaser kann ein anderer Laser, z. B. ein Titan-Saphir-Laser verwendet werden. Analog können auch anstelle der optisch gekoppelten Laserdioden andere Lasertypen, Strahlungsquellen oder Strahlungsverstärker, die Laserstrahlen emittieren, wie z. B. Trapezverstärker ("Tapered Amplifier") verwendet werden. Der optische Isolator 55, 56 kann weggelassen werden, wenn die Gefahr einer unerwünschten Rückstrahlung nicht gegeben ist. Die optischen Bauteile 50 können mit weiteren optischen Bauelementen zur Strahllenkung oder – formung ergänzt werden. Jede der Laserdiode 11, 12 kann mit einem Kollimator ausgestattet sein, der die Laserstrahlen in den optischen Wegen S1 und S2 kollimiert.
  • Die Einstrahlrichtung des Referenzlaserlichts kann von der Emissionsrichtung der Laserstrahlen aus den Laserdioden abweichen. Bspw. kann die Injektion an einer Rückseite der Laserdioden entgegengesetzt zur Hauptemissionsrichtung erfolgen. Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Stabilisierung der relativen Phase zwischen den Laserstrahlen auch bei dieser Gestaltung mit hoher Stabilität erzielt werden.
  • Gemäß einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann die Lasereinrichtung zur Überlagerung einer Vielzahl von Laserquellen erweitert werden. Diese Erweiterung ist schematisch beispielhaft in 3 gezeigt. Zur kohärenten Kopplung von acht Diodenlasern 1118 werden die Laserstrahlen aus jeweils zwei Laserdioden entsprechend den oben erläuterten Prinzipien zu einem kombinierten Laserstrahl überlagert. Jeweils zwei kombinier te Laserstrahlen (z. B. 11, 12; 13, 14 etc.) werden zu einem gemeinsamen, kombinierten Laserstrahl überlagert, der mit einem entsprechend zusammengesetzten Laserstrahl addiert wird. Das genannte Prinzip kann mit weiteren Stufen fortgesetzt werden. Vorteilhafterweise hat das Gesamtsystem die gleichen optischen Eigenschaften (insbesondere spektrale Güte, definierte Polarisation) wie jede einzelne Laserdiode, dies jedoch mit der vielfachen Leistung. Für N-Laser, die kohärent überlagert in das optische System 60 eingekoppelt werden, sind N-1 Stabilisierungseinrichtungen 40 benötigt. Es sind nur ein Referenzlaser 20 und ggf. nur ein optischer Isolator erforderlich.

Claims (19)

  1. Verfahren zur Überlagerung von Laserstrahlen aus mindestens zwei verschiedenen Laserquellen (10, 1118), mit den Schritten: – optische Injektion von Referenzlaserlicht aus einem Referenzlaser (20) in die Laserquellen (10, 1118), so dass die Frequenz und Phase jeder Laserquelle (10, 1118) gleich der Frequenz und Phase des Referenzlaserlichts sind, – Überlagerung der Laserstrahlen der Laserquellen (10, 1118) zu einem kombinierten Laserstrahl mit einer Strahlüberlagerungseinrichtung (30), – Erfassung eines Teilstrahls der überlagerten Laserstrahlen mit einer Detektoreinrichtung (41), die ein Monitorsignal erzeugt, das für die relative Phase zwischen den Laserstrahlen charakteristisch ist, und – Einstellung der relativen Phase zwischen den Laserstrahlen mit einer Stelleinrichtung (42) in Abhängigkeit vom Monitorsignal derart, dass die Laserstrahlen bei der Überlagerung einen vorbestimmten Phasenunterschied (Φ) besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass – als Strahlüberlagerungseinrichtung (30) ein polarisierender Strahlteiler (31) verwendet wird, auf den die Laserstrahlen mit zueinander senkrechten Polarisationen gerichtet werden, wobei – mit der Detektoreinrichtung (41) zirkulare Polarisationskomponenten im Teilstrahl erfasst werden und das Monitorsignal für Polarisationseigenschaften des Teilstrahls charakteristisch ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Einstellung der Phasenbeziehung mit einem Regelkreis (40) erfolgt, der die Stelleinrichtung (42) enthält, wobei das Monitorsignal als Be zugsgröße zur Steuerung der Stelleinrichtung (42) verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mit der Stelleinrichtung (42) die optische Weglänge von mindestens einer der Laserquellen (10, 1118) zur Strahlüberlagerungseinrichtung (30), der Steuerstrom mindestens einer der Laserquellen (10, 1118) und/oder die Temperatur mindestens einer der Laserquellen (10, 1118) eingestellt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Referenzlicht des Referenzlasers (20) mit der Strahlüberlagerungseinrichtung (30) in die Laserquellen (10, 1118) eingekoppelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der kombinierte Laserstrahl einen Strahlformer (53) durchläuft, der vom Referenzlicht des Referenzlasers (20) zur umgekehrten Strahlformung in entgegengesetzter Richtung durchlaufen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Modulation der Frequenz des injizierten Referenzlaserlichts, eines Versorgungsstroms mindestens einer der Laserquellen (10, 1118) und/oder des optischen Weges mindestens eines der Laserstrahlen erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Laserquellen (10, 1118) mit einer Stromversorgung in Reihe geschaltet betrieben werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einstellung der Phasenbeziehung eine Einstellung einer gleichen Phase der Laserstrahlen umfasst (Φ = 0).
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als mindestens eine der Laserquellen ein Halbleiterlaser (11, 12) oder ein Laserverstärker verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als mindestens eine der Laserquellen eine Lasereinrichtung verwendet wird, mit der räumlich überlagertes Laserlicht aus mindesten zwei Halbleiterlasern oder Laserverstärkern erzeugt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Lasereinrichtung mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 betrieben wird.
  12. Lasereinrichtung zur Emission von Laserstrahlen, die umfasst: – mindestens zwei Laserquellen (10, 1118) zur Emission von Laserstrahlen, – einen Referenzlaser (20), der zur optischen Injektion von Referenzlaserlicht in die Laserquellen (10, 1118) eingerichtet ist, – eine Strahlüberlagerungseinrichtung (30) zur Überlagerung der Laserstrahlen, und – eine Stabilisierungseinrichtung (40) mit einer Detektoreinrichtung (41) zur Erfassung eines Teilstrahls aus überlagerten Laserstrahlen und zur Erzeugung eines Monitorsignals, das für die zirkularen Polarisationseigenschaften des Teilstrahls charakteristisch ist, und mit einer Stelleinrichtung (42) zur Einstellung einer vorbestimmten Phasenbeziehung (Φ) zwischen den Laserstrahlen in Abhängigkeit von dem Monitorsignal, dadurch gekennzeichnet, dass – die Laserstrahlen der Laserquellen (10, 1118) mit zueinander senkrechten Polarisationen auf die Strahlüberlagerungseinrichtung (30) treffen, – die Strahlüberlagerungseinrichtung (30) einen polarisierenden Strahlteiler (31) umfasst, und – die Detektoreinrichtung (41) mindestens einen Polarisator und mindestens ein lichtempfindliches Element aufweist, dessen Ausgangssignal das Monitorsignal bildet, das für Polarisationseigenschaften des Teilstrahls charakteristisch ist.
  13. Lasereinrichtung nach Anspruch 12, bei der die Stelleinrichtung (42) Teil eines Regelkreises ist.
  14. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, bei der die Stelleinrichtung (42) umfasst: – eine Stellkomponente zur mechanischen oder optischen Einstellung der optischen Weglänge von mindestens einer der Laserquellen (10, 1118) zur Strahlüberlagerungseinrichtung (30), – eine Stromsteuerung zur Einstellung eines Steuerstroms mindestens einer der Laserquellen (10, 1118), und/oder – eine Temperatursteuerung zur Einstellung der Temperatur mindestens einer der Laserquellen (10, 1118).
  15. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, bei der die Strahlüberlagerungseinrichtung (30) zur Einkopplung des Referenzlichts des Referenzlasers (20) in die Laserquellen (10, 1118) eingerichtet ist.
  16. Lasereinrichtung nach Anspruch 15, bei der ein Strahlformer (53) vorgesehen ist, der zur Strahlformung des überlagerten Laserlichtes und des Referenzlichtes eingerichtet ist.
  17. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, bei der mindestens eine Modulatoreinrichtung vorgesehen ist, mit der der Referenzlaser zur Modulation der Frequenz des injizierten Referenzlaserlichts, mindestens eine der Laserquellen zur Modulation des Versorgungsstromes und/oder der optische Weg mindestens eines der Laserstrahlen modulierbar sind.
  18. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 17, bei der die Laserquellen (10, 1118) in Reihe geschaltet mit einer gemeinsamen Stromversorgung verbunden sind.
  19. Lasereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 18, bei der als mindestens eine der Laserquellen ein Halbleiterlaser (11, 12) oder ein Laserverstärker vorgesehen ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004045911B4 (de) * 2004-09-20 2007-08-02 My Optical Systems Gmbh Vorrichtung zur Überlagerung von Strahlenbündeln
FR2977988B1 (fr) 2011-07-11 2014-03-07 Ecole Polytech Dispositif et procede passif de combinaison coherente de deux faisceaux optiques amplifies et/ou elargis spectralement.

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4661786A (en) * 1984-04-16 1987-04-28 Mcdonnell Douglas Corporation Method and apparatus for producing an optical phased array
DE4316829A1 (de) * 1992-10-12 1994-11-24 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Materialbearbeitung mit Diodenstrahlung
US5440576A (en) * 1994-04-18 1995-08-08 Sdl, Inc. Branched MOPA device with phased array of amplifiers
US5717516A (en) * 1996-03-01 1998-02-10 Hughes Electronics Hybrid laser power combining and beam cleanup system using nonlinear and adaptive optical wavefront compensation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4661786A (en) * 1984-04-16 1987-04-28 Mcdonnell Douglas Corporation Method and apparatus for producing an optical phased array
DE4316829A1 (de) * 1992-10-12 1994-11-24 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Materialbearbeitung mit Diodenstrahlung
US5440576A (en) * 1994-04-18 1995-08-08 Sdl, Inc. Branched MOPA device with phased array of amplifiers
US5717516A (en) * 1996-03-01 1998-02-10 Hughes Electronics Hybrid laser power combining and beam cleanup system using nonlinear and adaptive optical wavefront compensation

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BARTELT-BERGER, L., u.a.: Monomode-fasergekoppelte Halbleiterlasersysteme für den Direkteinsatz. In: LaserOpto, Vol. 31, No. 1, 1999, S. 58-65
BARTELT-BERGER, L., u.a.: Monomode-fasergekoppelteHalbleiterlasersysteme für den Direkteinsatz. In: LaserOpto, Vol. 31, No. 1, 1999, S. 58-65 *

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