WO2019038410A1 - Vibration-damped pockels cell - Google Patents

Abstract

The invention relates to a Pockels cell (105, 106), having an electro-optical crystal (107) that extends along a longitudinal axis (Z) and comprises two opposing lateral surfaces (108), which extend along the longitudinal axis (Z), and two support elements (111), which are arranged on the lateral surfaces (108) of the crystal (107). At least one of the support elements (111) comprises a base structure (161), which extends along the longitudinal axis (Z), and a plurality of web elements (163), which are arranged adjacently to one another along the longitudinal axis (Z) in a comb structure (165) and extend from the base structure (161) to the crystal (107).

Description

S CHWINGUNGS GEDÄMPFTE POCKELS-ZELLE  S SWITCHING STEAMED POCKEL CELL

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Halterung von elektrooptischen Kristallen, insbesondere Pockels-Zellen mit gedämpft gehaltenen elektrooptischen Kristallen. Ferner be- trifft die Erfindung Pockels-Zellen zum Bereitstellen eines optisch stabilen Polarisationsfensters. The present invention relates generally to the mounting of electro-optic crystals, in particular Pockels cells with attenuated electro-optic crystals. Furthermore, the invention relates to Pockels cells for providing an optically stable polarization window.

Die Ansteuerung einer Pockels-Zelle für die Polarisationseinstellung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, erfolgt durch eine schnelle Schaltung einer am elekt- rooptischen Kristall der Pockels-Zelle anliegenden Hochspannung. Die anliegende Hochspannung bewirkt über den elektrooptischen Effekt eine elektrische Polarisation im Kristall, die beispielsweise zu einer gewünschten Doppelbrechung des Kristalls führt. Die Doppelbrechung kann zur Einstellung des Polarisationszustands von durch den Kristall der Pockels-Zelle geführter Laserstrahlung genutzt werden. The activation of a Pockels cell for the polarization adjustment of electromagnetic radiation, in particular laser radiation, is effected by rapid switching of a high voltage applied to the electro-optical crystal of the Pockels cell. The applied high voltage causes via the electro-optical effect an electrical polarization in the crystal, which leads for example to a desired birefringence of the crystal. The birefringence can be used to adjust the state of polarization of laser radiation passed through the crystal of the Pockels cell.

Es ist ferner bekannt, dass derartig schnelle Spannungsschaltungen mit mechanischen It is also known that such rapid voltage circuits with mechanical

Schwingungen des Kristalls einhergehen können, die durch einen zugleich mit dem elektrooptischen Effekt auftretenden piezoelektrischen Effekt hervorgerufen werden. Eine mechanische Dämpfung angeregter Resonanzen kann beispielsweise durch die Formgebung des Kristalls oder durch spezielle Halterungen bewirkt werden. DE 102 37 308 AI offenbart eine durch die Kristallform bewirkte Schwingungsdämpfung. DE 10 2013 012 966 AI offenbart des Weiteren, mechanische Schwingungen durch ein stoffschlüssiges Verbinden eines mit Elektroden verklebten Kristalls zu dämpfen. Ferner werden Kristalle eingeklemmt oder eingeklebt, siehe z. B. EP 1 532 482 Bl (entsprechend DE 102 59 770 AI) und WO 2005/059634 AI . Vibrations of the crystal can be accompanied, which are caused by a occurring simultaneously with the electro-optical effect piezoelectric effect. Mechanical damping of excited resonances can be effected, for example, by the shaping of the crystal or by special holders. DE 102 37 308 A1 discloses a vibration damping caused by the crystal form. DE 10 2013 012 966 A1 further discloses damping mechanical oscillations by materially bonding a crystal bonded to electrodes. Furthermore, crystals are pinched or glued, see, for example, US Pat. B. EP 1 532 482 Bl (corresponding to DE 102 59 770 AI) and WO 2005/059634 AI.

Weitere beispielhafte Ansätze zur Halterung von elektrooptischen Kristallen sind aus US 5,075,795, US 5,221,988 und US 3,572,897 bekannt. Other exemplary approaches to supporting electro-optic crystals are known from US 5,075,795, US 5,221,988 and US 3,572,897.

Pockels-Zellen, bei denen derartige piezoelektrische Schwingungen durch mechanische Dämpfung effektiv unterdrückt werden, können jedoch sehr empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen sein. So kann beispielsweise ein in solchen Pockels-Zellen verbauter elekt- rooptischer Kristall, wie beispielsweise ein BBO-Kristall, durch die Ausführung der mechanischen Dämpfung bereits bei einer Temperaturdifferenz von wenigen Grad Kelvin reißen, so dass die Pockels-Zelle unbrauchbar wird. Allgemein ist es wünschenswert, in einem Tempera- turbereich von -25 °C bis +70 °C die Lagerung und den Transport von Pockels-Zellen zu ermöglichen. Die thermische Ausdehnung wird z. B. in der DE 1 972 737 mithilfe einer Gummischicht adressiert. Allgemein kann eine Beschädigung im BBO-Kristall dadurch entstehen, dass unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Halterung und Kristall zu mechanischen Spannungen im BBO-Kristall führen können. Wenn diese Spannungen lokal die Zerreisspannung des BBO-Kristalls überschreiten, kommt es zum Bruch, wodurch die Baugruppe zerstört und nicht mehr benutzbar wird. However, Pockels cells, in which such piezoelectric vibrations are effectively suppressed by mechanical damping, can be very sensitive to temperature variations. Thus, for example, an electrooptical crystal, such as a BBO crystal, built into such Pockels cells, can crack at a temperature difference of only a few degrees Kelvin due to the execution of the mechanical damping, so that the Pockels cell becomes unusable. Generally, it is desirable to be able to range from -25 ° C to +70 ° C to allow the storage and transport of Pockels cells. The thermal expansion is z. B. in DE 1 972 737 addressed by means of a rubber layer. In general, damage in the BBO crystal can arise because different coefficients of expansion of the support and the crystal can lead to mechanical stresses in the BBO crystal. If these voltages locally exceed the breakdown voltage of the BBO crystal, it will break, which destroys the assembly and makes it unusable.

Im bekannten Stand der Technik wird die thermische Ausdehnung unabhängig von der Schwingungsproblematik betrachtet, so dass die bekannten Ansätze eine sehr gute mechanischer Dämpfung bei gleichzeitiger Robustheit gegenüber Temperaturschwankung nicht ermöglichen. In the prior art, the thermal expansion is considered independently of the vibration problem, so that the known approaches do not allow a very good mechanical damping while robustness to temperature variation.

Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pockels-Zelle bereitzustel- len, bei der ein akustisches Schwingungsdämpfen eines BBO-Kristalls in einer Pockelszelle im Betrieb (oftmals ein Dämpfen von piezoelektrischen Schwingungen) möglich wird. Einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pockels-Zelle bereitzustellen, die Temperaturschwankungen ausgesetzt werden kann. Weitere Aufgaben betreffen die Optimierung der Schwingungsdämpfung sowie die Kontaktierung einer Elektrodenbeschich- tung eines elektrooptischen Kristalls in einer Pockels-Zelle. An aspect of this disclosure is based on the object of providing a Pockels cell in which an acoustic vibration damping of a BBO crystal in a Pockels cell during operation (often a damping of piezoelectric vibrations) is possible. A further aspect of this disclosure is based on the object of providing a Pockels cell which can be exposed to temperature fluctuations. Further tasks relate to the optimization of the vibration damping and the contacting of an electrode coating of an electro-optical crystal in a Pockels cell.

Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch eine Pockels-Zelle nach Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. In einem Aspekt weist eine Pockels-Zelle einen sich entlang einer Längsachse erstreckenden elektrooptischen Kristall (z. B. ein BBO-Kristall) mit zwei sich entlang der Längsachse erstreckenden Seitenfläche und zwei entlang der Seitenfläche angeordneten Trägerelemente auf. Mindestens eines der Trägerelemente weist eine Basisstruktur, die sich entlang der Längsachse des Kristalls erstreckt, und eine Mehrzahl von Stegelementen auf. Die Stegelemente sind entlang der Längsachse nebeneinander in einer Kammstruktur angeordnet und erstrecken sich von der Basisstruktur bis zum Kristall. At least one of these objects is achieved by a Pockels cell according to claim 1. Further developments are specified in the subclaims. In one aspect, a Pockels cell has an electro-optic crystal (eg, a BBO crystal) extending along a longitudinal axis with two side surfaces extending along the longitudinal axis and two support elements disposed along the side surface. At least one of the support members has a base structure extending along the longitudinal axis of the crystal and a plurality of web members. The web elements are arranged side by side along the longitudinal axis in a comb structure and extend from the base structure to the crystal.

Bei einer derartigen Ausführungsform einer Pockels-Zelle wird die Anpassung der verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vom Kristall, z. B. ein BBO-Kristall, und einem mechanischen Dämpfungsmaterial konstruktiv durch Einbringen von mechanischen Ausgleichselementen insbesondere im Sinne von federnden Festkörpergelenken gelöst. So kann in einigen Ausführungsformen die spannungsführende aus Metall bestehende Elektrode selbst als Dämpfungsmaterial genutzt werden. Dabei kann die Anbindung der derart ausgeführten Elekt- rode an den Kristall stoffschlüssig durch Kleber vorgenommen werden. In such an embodiment of a Pockels cell, the adaptation of the different thermal expansion coefficients of the crystal, for. B. a BBO crystal, and a mechanical damping material solved by introducing mechanical compensation elements in particular in the sense of resilient solid-state joints. Thus, in some embodiments, the live metal electrode itself may be used as the damping material. In this case, the connection of the electrode designed in this way to the crystal can be made by adhesive bonding.

Im Fall eines als Elektrode genutzten Trägerelements kann dieses aus Metall wie z. B. Aluminium oder Kupfer sein. Metalle haben als Dämpfungsmaterial gegenüber Kunststoffen z. B. den Vorteil, dass die Wärmeleitfähigkeit um Größenordnungen größer ist als bei Kunststoffen. So kann Wärme, die z. B. im BBO-Kristall durch die Spannungswechsel/Schwingungen und/oder die Absorption von Laserstrahlung entsteht, effektiver abgeführt werden. Entsprechend können thermische Gradienten im Kristall und die Spitzentemperatur reduziert werden. Dies kann z. B. positive Auswirkungen auf die Strahllage und Strahlform beim Durchtritt der Laserstrahlung durch die Pockels-Zelle haben. Des Weiteren ist bei Metallen das E-Modul typischerweise ebenfalls mehrere Größenordnungen größer als bei Kunststoffen. Ein höheres E-Modul kann in einigen Ausführungsformen die mechanischen Schwingungen besser dämpfen. Zusätzlich wirkt sich die hohe Dichte des metallischen Trägerelements (allgemein die erhöhte Masse des Dämpfungselementes gegenüber einem aus Kunststoff geformten Trägerelement) positiv auf die Schwingungsdämpfung aus. In the case of a carrier element used as an electrode, this can be made of metal such. As aluminum or copper. Metals have as damping material to plastics z. B. the advantage that the thermal conductivity is orders of magnitude larger than plastics. So can heat, the z. B. arises in the BBO crystal by the voltage changes / vibrations and / or the absorption of laser radiation are dissipated more effectively. Accordingly, thermal gradients in the crystal and the peak temperature can be reduced. This can be z. B. have positive effects on the beam position and beam shape during the passage of the laser radiation through the Pockels cell. Furthermore, for metals, the modulus of elasticity is typically also several orders of magnitude greater than for plastics. A higher modulus of elasticity, in some embodiments, can better dampen the mechanical vibrations. In addition, the high density of the metallic carrier element (generally the increased mass of the damping element in relation to a carrier element formed of plastic) has a positive effect on the vibration damping.

In einigen Ausführungsformen der Pockels-Zelle sind die Trägerelemente als Elektroden aus Aluminium oder Kupfer ausgebildet. In some embodiments of the Pockels cell, the support members are formed as electrodes of aluminum or copper.

Allgemein kann in einem Übergangsbereich zwischen der Basisstruktur und mindestens einem der Stegelemente eine Festkörpergelenkstruktur als mechanisches Ausgleichselement vorgesehen werden. Die Festkörpergelenkstruktur kann eine Verjüngung einer Stegdicke in Richtung der Längsachse aufweisen. In general, a solid-body joint structure can be provided as a mechanical compensation element in a transition region between the base structure and at least one of the web elements. The solid-state joint structure may have a taper of a web thickness in the direction of the longitudinal axis.

Stegelemente können eine Stegbreite quer zur Längsachse aufweisen, die an einem kristallsei- tigen Ende der Stegelemente einer Kristallbreite des Kristalls (oder auch weniger) entspricht. Ferner kann die Stegbreite insbesondere in Richtung der Basisstruktur konstant sein oder zunehmen. Allgemein kann mindestens eines der Stegelemente eine konstante Stegdicke in Richtung der Längsachse zwischen der Basisstruktur und dem Kristall aufweisen. Stegdicken nebeneinander angeordneter Stegelemente können variieren. So können die Stegdicken insbesondere in Richtung eines Mittenbereichs des Kristalls hin zunehmen. Z. B. kann eine Dicke eines mitt- leren Stegelements größer sein als die Dicke von Stegelementen in Endbereichen des Kristalls. Web elements can have a web width transverse to the longitudinal axis, which corresponds to a crystal-side end of the web elements of a crystal width of the crystal (or less). Furthermore, the web width can be constant or increase, in particular in the direction of the basic structure. In general, at least one of the web elements may have a constant web thickness in the direction of the longitudinal axis between the base structure and the crystal. Web thicknesses of juxtaposed web elements can vary. Thus, the web thicknesses can increase in particular in the direction of a central region of the crystal. For example, a thickness of a central land element may be greater than the thickness of land elements in end regions of the crystal.

Ein Stegelement kann rechteckig ausgebildet sein und beispielsweise eine Stegbreite von 20% bis 90%) der Kristallbreite und eine Stegdicke von 0,5 mm bis 4 mm aufweisen. Die Basisstruktur kann als plattenförmige Struktur ausgebildet sein, die sich parallel zur benachbarten Seitenfläche erstreckt und deren Basisdicke in einer Richtung senkrecht zur Seitenfläche konstant ist. Alternativ kann die Basisdicke in Richtung einer in Richtung der Längsachse liegenden Mittenposition des Kristalls hin zunehmen, sodass mittlere Stegelemente insbesondere eine geringere Steghöhe aufweisen. A web element may be rectangular and, for example, a web width of 20% to 90%) of the crystal width and a web thickness of 0.5 mm to 4 mm. The base structure may be formed as a plate-shaped structure which extends parallel to the adjacent side surface and whose base thickness is constant in a direction perpendicular to the side surface. Alternatively, the base thickness may increase in the direction of a longitudinal position of the longitudinal axis of the crystal, so that mean web elements in particular have a lower web height.

Seitenflächen können als Kontaktierungsseiten des Kristalls eine Kontaktierungsschicht, insbesondere eine Goldbeschichtung, aufweisen. Die Goldbeschichtung kann jeweils mit mindestens einem Stegelement des aus einem Elektrodenmaterial ausgebildeten Trägerelements elektrisch kontaktiert werden und so mit einem Hochspannungsschaltsystem zum Anlegen eines Hochspannungsverlaufs über das Trägerelement elektrisch verbindbar sein. Side surfaces may have a contacting layer, in particular a gold coating, as contacting sides of the crystal. The gold coating can in each case be electrically contacted with at least one web element of the carrier element formed from an electrode material and thus be electrically connectable to a high-voltage switching system for applying a high-voltage characteristic via the carrier element.

Der Kristall kann quaderförmig ausgebildet sein und zwei Trägerelemente können aus einem nichtleitenden Material vorgesehen werden und mit zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Kristalls stoffschlüssig verbunden sein. Auf den zwei verbleibenden sich gegenüberlie- genden Seitenflächen des Kristalls kann dann jeweils eine Elektrode eines Hochspannungsschaltsystems zum Anlegen eines Hochspannungsverlaufs vorgesehen werden. The crystal may be parallelepiped-shaped and two carrier elements may be provided of a nonconducting material and connected cohesively to two opposite side surfaces of the crystal. An electrode of a high-voltage circuit system for applying a high-voltage characteristic can then be provided on each of the two remaining side faces of the crystal opposite one another.

In einigen Ausführungsformen umfasst eine Pockels-Zelle ferner mindestens eine sich zwischen einer der Seitenfläche des Kristalls und mindestens einem der Mehrzahl von Stegele- menten des mindestens einen Trägerelements erstreckende Kleberschicht zum stoffschlüssigen Verbinden des Kristalls oder einer Kontaktierungsschicht des Kristalls mit einer oder mehreren Kontaktflächen der Stegelemente des mindestens einen Trägerelements. In einigen Ausfuhrungsformen umfasst eine Pockels-Zelle ferner ein Gehäuse, das das mindestens eine Trägerelement und den Kristall fixiert und mindestens eine Öffnung für eine Lichteinkopplung in den Kristall und eine Lichtauskopplung aus dem Kristall aufweist. In einem weiteren Aspekt weist eine Pockels-Zelle einen sich entlang einer Längsachse erstreckenden elektrooptischen Kristall mit mindestens einer sich entlang der Längsachse erstreckenden Seitenfläche, mindestens ein entlang der Seitenfläche angeordnetes Trägerelement aus einem Dämpfungsmaterial und eine sich zwischen der Seitenfläche des Kristalls und dem Trägerelement erstreckenden Kleberschicht auf. Die Kleberschicht weist eine Dicke auf, die im Bereich von 10 μιη bis 200 μιη liegt. In some embodiments, a Pockels cell further comprises at least one adhesive layer extending between one of the side surface of the crystal and at least one of the plurality of ridge members of the at least one support member for bonding the crystal or a contacting layer of the crystal to one or more contact surfaces of the ridge members of the at least one carrier element. In some embodiments, a Pockels cell further comprises a housing that fixes the at least one support element and the crystal and has at least one opening for light coupling into the crystal and light extraction from the crystal. In a further aspect, a Pockels cell comprises an electro-optic crystal extending along a longitudinal axis having at least one side surface extending along the longitudinal axis, at least one support member made of a damping material disposed along the side surface, and an adhesive layer extending between the side surface of the crystal and the support member on. The adhesive layer has a thickness which is in the range of 10 μιη to 200 μιη.

In einigen Ausführungsformen der Pockels-Zelle bilden das Trägerelement (z. B. typischerweise ein elastisches Polymer) und optional die Kleberschicht ein Schwingungsenergie aufnehmendes Dämpfungssystem. Insbesondere weisen das Dämpfungsmaterial des Trägerele- ments, der Kristall und die Kleberschicht aneinander angepasste thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. In some embodiments of the Pockels cell, the support member (eg, typically a resilient polymer) and optionally the adhesive layer form a vibration energy absorbing damping system. In particular, the damping material of the carrier element, the crystal and the adhesive layer have mutually adapted thermal expansion coefficients.

In einigen Ausführungsformen liegt das Verhältnis des Elastizitätsmoduls (bei 20 °C) des Dämpfungsmaterials des Trägerelements zum Elastizitätsmodul (bei 20 °C) der Kleberschicht im Bereich von 10 bis 200, insbesondere im Bereich von 20 bis 100 oder 30 bis 70 und/oder das Verhältnis des Elastizitätsmoduls (bei 20 °C) des Dämpfungsmaterials des Trägerelements zum Elastizitätsmodul (bei 20 °C) der Kleberschicht liegt im Bereich von 50 bis 70 bei einer Dicke der Kleberschicht im Bereich von 30 μιη bis 100 μιη, z. B. bei 60 bei einer Dicke der Kleberschicht im Bereich von ungefähr 50 μιη bis ungefähr 60 μιη. So kann das Dämpfungs- material des Trägerelements ein Elastizitätsmodul (bei 20 °C) im Bereich von 1 GPa bis 80 GPa aufweisen. In some embodiments, the ratio of the modulus of elasticity (at 20 ° C.) of the damping material of the carrier element to the elastic modulus (at 20 ° C.) of the adhesive layer is in the range of 10 to 200, in particular in the range of 20 to 100 or 30 to 70 and / or Ratio of the modulus of elasticity (at 20 ° C) of the damping material of the carrier element to elastic modulus (at 20 ° C) of the adhesive layer is in the range of 50 to 70 at a thickness of the adhesive layer in the range of 30 μιη to 100 μιη, z. B. at 60 with a thickness of the adhesive layer in the range of about 50 μιη to about 60 μιη. Thus, the damping material of the carrier element may have a modulus of elasticity (at 20 ° C.) in the range from 1 GPa to 80 GPa.

In einigen Ausführungsformen weist die Pockels-Zelle ferner zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Kristalls angeordnete Elektrodeneinheiten, insbesondere flächig ausgebildete Elekt- rodenstrukturen, auf. In some embodiments, the Pockels cell further comprises two electrode units arranged on opposite sides of the crystal, in particular surface-shaped electrode structures.

In einigen Ausführungsformen weist der Kristall zwei sich entlang der Längsachse erstreckende und hinsichtlich der Längsachse gegenüberliegend angeordnete Kontaktierungsseiten auf und die Pockels-Zelle umfasst ferner eine Elektrodenmaterialbeschichtung, die, beispiels- weise als Goldbeschichtung, auf der entsprechenden Kontaktierungsseite vorgesehen ist und jeweils mit einer Elektrode eines Hochspannungsschaltsystems zum Anlegen eines Hochspannungsverlaufs verbindbar ist, und die Kleberschicht erstreckt sich zwischen der Elektrodenma- terialbeschichtung und dem Dämpfungsmaterial. In some embodiments, the crystal has two contacting sides extending along the longitudinal axis and opposing each other with respect to the longitudinal axis, and the Pockels cell further comprises an electrode material coating which, for example, as a gold coating, is provided on the respective contacting side and in each case connectable to an electrode of a high voltage switching system for applying a high voltage waveform, and the adhesive layer extends between the Elektrodenma- material coating and the damping material.

In einigen Ausfuhrungsformen entspricht die Kontaktierungsseite der Seitenfläche, entlang der das Trägerelement angeordnet ist, und ein Kontaktfmger erstreckt sich durch das Trägerelement hindurch und an einem Ende mit der Elektrodenmaterialbeschichtung elektrisch leitend verbunden ist, insbesondere verklebt ist. In some embodiments, the contacting side corresponds to the side surface, along which the carrier element is arranged, and a contact carrier extends through the carrier element and is electrically conductively connected at one end to the electrode material coating, in particular glued.

In einigen Ausführungsformen ist eine mit der Elektrodenmaterialbeschichtung verklebte Klebefläche des Kontaktfmgers kleiner 4 mm² groß, und insbesondere rechteckig, beispielsweise quadratisch mit einer Seitenlänge von 1,5 mm, ausgebildet. Das Dämpfungsmaterial ist z. B. ein homogenes Polymermaterial, beispielsweise Polyoxyme- thylen, Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyamidimid oder ein Verbundmaterial aus einem Polymermaterial, beispielsweise beispielsweise Polyoxymethylen, Polyetheretherketon oder Polyamidimid, und einer Stützstruktur, beispielsweise eine Metalldesaktivator- Struktur und/oder eine Faserstruktur aus Glas- und/oder Karbonfasern. Das Dämpfungsmaterial kann ferner ein Verbundmaterial aus Polymerschichten, beispielsweise PEEK, und Metallschichten, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, sein. Dabei kann sich mindestens eine Untergruppe der Metallschichten bis auf eine Innenseite des Dämpfungsmaterials, insbesondere im gesamten Bereich der Seitenfläche des Kristalls, erstrecken und mit einer Elektrode eines Hochspannungsschaltsystems zum Anlegen eines Hochspannungsverlaufs elektrisch verbindbar sind. Die Metallschichten können Metallstreifen (z. B. Aluminium- und/oder Kupferstreifen) umfassen, die insbesondere orthogonal und/oder parallel zur Seitenfläche ausgerichtet sind. Mehrere der Metallschichten können an einer Außenseite des Dämpfungsmaterials mit einer Kontaktfolie in elektrischem Kontakt stehen. In einigen Ausführungsformen ist das Trägerelement zweigeteilt und weist in einem, im zusammengesetzten Zustand des Trägerelements im Inneren des Trägerelements angeordneten, Bereich eine Aussparung zur Aufnahme des, insbesondere quaderförmig ausgebildeten, Kristalls auf. Der Kristall kann quaderförmig ausgebildet sein und das mindestens eine Trägerelement kann mit zwei gegenüberliegenden Seiten des Kristalls verklebt sein und auf den ver- bleibenden sich gegenüberliegenden Seiten des Kristalls kann jeweils eine Elektrode eines Hochspannungsschaltsystems zum Anlegen eines Hochspannungsverlaufs vorgesehen sein. In some embodiments, an adhesive surface of the contact carrier adhered to the electrode material coating is smaller than 4 mm ² , and in particular rectangular, for example square, with a side length of 1.5 mm. The damping material is z. Example, a homogeneous polymer material, for example Polyoxyme- thylene, polyetheretherketone (PEEK) or polyamide imide or a composite material of a polymeric material, for example, for example, polyoxymethylene, polyetheretherketone or polyamideimide, and a support structure, such as a metal deactivator structure and / or a fiber structure of glass and / or carbon fibers. The damping material may also be a composite of polymer layers, such as PEEK, and metal layers, such as copper or aluminum. In this case, at least one subgroup of the metal layers can extend to an inner side of the damping material, in particular in the entire region of the side surface of the crystal, and can be electrically connected to an electrode of a high-voltage switching system for applying a high-voltage profile. The metal layers may comprise metal strips (eg, aluminum and / or copper strips) which are in particular oriented orthogonally and / or parallel to the side surface. Several of the metal layers may be in electrical contact with an outer surface of the damping material with a contact foil. In some embodiments, the carrier element is divided into two and, in a region arranged in the interior of the carrier element in the assembled state of the carrier element, has a recess for receiving the, in particular cuboidal, crystal. The crystal may be cuboid and the at least one carrier element may be glued to two opposite sides of the crystal and placed on the opposite side of the crystal. In each case one electrode of a high-voltage circuit system for applying a high-voltage characteristic can be provided in the remaining, opposite sides of the crystal.

In einigen Ausführungsforme weist die Pockels-Zelle ein Gehäuse auf, das das Trägerelement und den Kristall fixiert und mindestens eine Öffnung für eine Lichteinkopplung in den Kristall und eine Lichtauskopplung aus dem Kristall aufweist. In some embodiments, the Pockels cell has a housing that fixes the support member and the crystal and has at least one opening for light coupling into the crystal and light extraction from the crystal.

Allgemein kann das Verhältnis des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Kristalls zum thermischen Ausdehnungskoeffizient des Trägerelements im Bereich von 0,5 bis 1,5 liegen und/oder das Verhältnis des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Kleberschicht zum thermischen Ausdehnungskoeffizient des Trägerelements und/oder des Kristalls kann im Bereich von 0,8 bis 1,3 liegen. Generally, the ratio of the thermal expansion coefficient of the crystal to the coefficient of thermal expansion of the support member may be in the range of 0.5 to 1.5, and / or the ratio of the coefficient of thermal expansion of the adhesive layer to the coefficient of thermal expansion of the support member and / or the crystal may be in the range of 0 , 8 to 1.3 lie.

In einigen Ausführungsformen werden Probleme aus dem Stand der Technik dadurch gelöst, dass eine Baugruppe, die den elektrooptischen Kristall und mindestens ein mit dem Kristall verklebtes Trägerelement in einem schwingungsdämpfenden Aufbau umfasst, bezüglich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Komponenten angepasst ist. Dazu erfolgt eine geeignete Materialauswahl für den Kleber und das Trägerelement in Abhängigkeit vom Kristall sowie eine geeignete geometrische Dimensionierung des Trägerelements, insbesondere einer Kleberschicht zwischen Trägerelement und Kristall. In some embodiments, prior art problems are solved by matching an assembly comprising the electro-optic crystal and at least one support member bonded to the crystal in a vibration damping structure with respect to the thermal expansion coefficients of the components. For this purpose, a suitable choice of material for the adhesive and the carrier element in dependence on the crystal and a suitable geometric dimensioning of the carrier element, in particular an adhesive layer between the carrier element and crystal.

In einigen Ausführungsformen wird hierzu das Trägerelement als ein im thermischen Ausdehnungskoeffizienten angepasstes Metamaterial ausgebildet, welches zusätzlich als Elektrode eingesetzt werden kann. Allgemein wird hierin das Trägerelement, falls es zum Anlegen eines elektrischen Feldes dient, auch als Elektrode bezeichnet. For this purpose, in some embodiments, the carrier element is designed as a meta material adapted in the thermal expansion coefficient, which can additionally be used as an electrode. Generally, herein the carrier element, if used for applying an electric field, is also referred to as an electrode.

Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass Pockels-Zellen verbessert werden können, wenn man die Aspekte mechanische Dämpfung und thermische Ausdehnungsanpassung bei der Pockels-Zellen-Konstruktion gemeinsam betrachtet. Aspects described herein are based, in part, on the recognition that Pockels cells can be improved by considering the aspects of mechanical damping and thermal expansion adaptation together in the Pockels cell design.

Der erste Aspekt bei der Pockels-Zellen-Konstruktion bezieht sich auf die mechanische Dämpfung des Kristalls durch die Halterung mit mindestens einem Trägerelement. The first aspect of the Pockels cell design refers to the mechanical damping of the crystal by the support having at least one support member.

Eine mechanische Dämpfung kann dadurch erreicht werden, dass der Kristall gedämpft an das Material des Trägerelements mit einer entsprechend ausgelegten Kleberschicht angebunden wird. Alternativ oder ergänzend kann sie dadurch erreicht werden, dass das Trägerelement durch eine spezielle Formgebung Bewegungen des Kristalls aufnehmen kann. Mechanical damping can be achieved by tying the crystal to the material of the carrier element with a suitably designed adhesive layer becomes. Alternatively or additionally, it can be achieved in that the carrier element can accommodate movements of the crystal by means of a special shaping.

Hierdurch wird eine durch den Piezoeffekt hervorgerufene vorübergehende Verformung des Kristalls zugelassen, wobei jedoch sekundäre Auswirkungen (wie z. B. sich aufschwingende Resonanzeffekte) effektiv unterdrückt werden können. Diese Eigenschaft ist zum Beispiel dann vorteilhaft, wenn eine Pockels-Zelle als schneller elektrooptischer Schalter bei mehreren Frequenzbändern eingesetzt werden soll, beispielsweise in einem regenerativen Verstärker mit variabel einstellbarer Repetitionsrate. This allows a temporary deformation of the crystal caused by the piezoelectric effect, but can effectively suppress secondary effects (such as resonating resonance effects). This property is advantageous, for example, when a Pockels cell is to be used as a fast electro-optical switch in the case of several frequency bands, for example in a regenerative amplifier with a variably adjustable repetition rate.

In weiteren Ausführungsformen kann eine entsprechend große Dämpfung der mechanischen Verformung des Kristalls aufgrund des Piezoeffekts - gegebenenfalls mit einer teilweisen Unterdrückung - dadurch erreicht werden, dass das Trägerelement aus einem Dämpfungsmaterial besteht, das formschlüssig an den Kristall angebracht ist, und dass die zwischen Kristall und Trägerelement liegende Kleberschicht mit dem Dämpfungsmaterial des Trägerelements ein entsprechend ausgelegtes mechanisch dämpfendes System bezüglich Kristallverformungen ausbildet, beispielsweise durch Abstimmen seines Elastizitätsmoduls auf das Elastizitätsmodul des Dämpfungsmaterials. Dazu weist die Kleberschicht eine Dicke im Bereich von einigen 10 μιη bis zu einigen 100 μιη auf und wirkt durch die entsprechende Wahl des Elastizitätsmoduls zusammen mit dem Dämpfungsmaterial des Trägerelements dämpfend auf die Bewegung des Kristalls. In further embodiments, a correspondingly large attenuation of the mechanical deformation of the crystal due to the piezoelectric effect - optionally with a partial suppression - be achieved in that the support member consists of a damping material which is positively attached to the crystal, and that between crystal and support element lying adhesive layer with the damping material of the support member forms a correspondingly designed mechanically damping system with respect to crystal deformations, for example by adjusting its modulus of elasticity on the modulus of elasticity of the damping material. For this purpose, the adhesive layer has a thickness in the range of a few 10 μιη up to a few 100 μιη and acts by the appropriate choice of the modulus of elasticity together with the damping material of the support member damping the movement of the crystal.

Der zweite Aspekt der Pockels-Zellen-Konstruktion befasst sich mit der thermischen Ausdehnung des (beispielsweise BBO-) Kristalls und des Trägerelements. Kommt es zu einer Tempe- raturänderung beispielsweise infolge der Erwärmung der Pockels-Zelle während des Laserbetriebes oder aufgrund sich während des Transports ändernder Temperaturen, können unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten des Kristalls und des umgebenden Materials (im Wesentlichen des Trägerelements) zu mechanischen Spannungen im Kristall führen. Während des Schaltbetriebs können sich derartige mechanische Spannungen nachteilig auf die elektrooptische Schalteigenschaft der Pockels-Zelle auswirken. So kann sich z. B. der Polarisationskontrast verringern. Ferner kann ein Kristall in Z-Richtung oft nur einem Zug von wenigen Megapascal standhalten, sodass üblicherweise die maximale Dehnungsspannung bei elektrooptischen Kristallen stark begrenzt ist. Dabei entspricht hierin die Z-Richtung der Aus- breitungsrichtung des Lichtes im Kristall, welche üblicherweise entlang einer Längsachse der Pockels-Zelle verläuft. Meist ist der Kristall in Z-Richtung am größten, sodass auch die größten mechanischen Spannungen entlang dieser Richtung induziert werden. Sehr hohe mechanische Spannungen können zu einem Reißen des Kristalls führen, was bereits bei einer Tempe- raturänderung von wenigen Grad Kelvin eintreten kann. The second aspect of the Pockels cell design deals with the thermal expansion of the (e.g., BBO) crystal and the support member. If a temperature change occurs, for example as a result of the heating of the Pockels cell during laser operation or due to changing temperatures during transport, different thermal expansion coefficients of the crystal and the surrounding material (essentially the support element) can lead to mechanical stresses in the crystal. During switching operation, such mechanical stresses may adversely affect the Pockels cell electro-optic switching characteristic. So z. B. reduce the polarization contrast. Furthermore, a Z-direction crystal can often withstand only a few megapascals, so that usually the maximum strain stress in electro-optic crystals is severely limited. Here, the Z-direction corresponds to the distribution direction of the light in the crystal, which usually runs along a longitudinal axis of the Pockels cell. In most cases, the crystal is largest in the Z direction, so that the greatest mechanical stresses along this direction are induced. Very high mechanical stresses can cause the crystal to rupture, which can occur even at a temperature change of a few degrees Kelvin.

Es wurde unter anderem erkannt, dass das aus dem Stand der Technik bekannte Vorgehen, eine mit einem möglichst elastischen Material verfüllte Dehnungsfuge zum Ausgleich unterschiedlicher geometrischer thermischer Ausdehnungseigenschaften vorzusehen, dem ersten Aspekt der Pockels-Zellen-Konstruktion nicht ausreichend nachkommt. Denn eine derartige Dehnungsfuge würde zwar die Entstehung von mechanischen Spannungen bei Temperaturänderungen reduzieren, wenn nicht sogar verhindern, können, jedoch bewirkt z. B. eine sehr breite und sehr elastische Dehnungsfuge keine zufriedenstellende Dämpfungswirkung. In einigen Ausführungsformen werden ein oder mehrere Trägerelemente mit Kammstrukturen zur Lagerung des Kristalls verwendet. Das Trägerelement wird dabei mit der Kammstruktur, d.h., an deren Stegelementen, mit dem Kristall stoffschlüssig verbunden. Verformt sich der Kristall, können sich die Stegelemente deformieren, insbesondere wenn sie Festkörpergelenke im Übergangsbereich zur Basisstruktur ausbilden. Among other things, it has been recognized that the procedure known from the state of the art for providing an expansion joint filled with a material which is as elastic as possible to compensate for different geometric thermal expansion properties does not adequately comply with the first aspect of the Pockels cell construction. For such an expansion joint would indeed reduce the formation of mechanical stresses with temperature changes, if not prevent, but causes such. B. a very wide and very elastic expansion joint no satisfactory damping effect. In some embodiments, one or more carrier elements having comb structures are used to store the crystal. The carrier element is thereby connected to the comb structure, that is, at its web elements, with the crystal cohesively. If the crystal deforms, the web elements can deform, in particular if they form solid joints in the transition region to the base structure.

In einigen weiteren Ausführungsformen wird die folgende Strategie zum Anpassen der thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorgeschlagen. Man wählt das Material des Trägerelements derart, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials des Trägerelements möglichst gut an den des Kristalls angepasst ist. Hierbei gilt, je kleiner der Unterschied der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem zum Beispiel BBO-Kristall und dem umgebenden Material des Trägerelements ist, desto kleiner kann eine Dehnungsfuge und desto steifer kann das Füllungsmaterial der Dehnungsfuge ausgeführt werden, sodass die sich ergebende mechanische Dämpfung des Kristalls insbesondere durch die Wahl des Kleber-Materials eingestellt werden kann. In some other embodiments, the following strategy for adjusting the coefficients of thermal expansion is proposed. The material of the carrier element is selected in such a way that the thermal expansion coefficient of the material of the carrier element is matched as well as possible to that of the crystal. Here, the smaller the difference in expansion coefficients between, for example, BBO crystal and the surrounding material of the support member, the smaller an expansion joint and the stiffer the filling material of the expansion joint can be carried out, so that the resulting mechanical damping of the crystal in particular by the choice of adhesive material can be adjusted.

In einigen Ausführungsformen ist beim Aufbau der Pockels-Zelle zu berücksichtigen, dass die mit Spannung belegten und gegenüberliegenden Leiterbereiche des mindestens einen Trägerelements für den gewünschten (über den Kristall z. B. möglichst homogenen) Aufbau des elektrischen Feldes möglichst formschlüssig am Kristall angeordnet werden. Daraus ergibt sich unter anderem, dass das Anpassen der thermischen Ausdehnungskoeffizienten vor allem für das Trägerelement umzusetzen ist. In some embodiments, when constructing the Pockels cell, it must be considered that the voltage-applied and opposite conductor regions of the at least one carrier element are arranged as positively as possible on the crystal for the desired structure of the electric field (eg, as homogeneous as possible over the crystal). It results among other things, that the adaptation of the thermal expansion coefficients is to be implemented especially for the carrier element.

Bekannter Weise ist ein Angleichen der thermischen Ausdehnungskoeffizienten für eine als Trägerelement ausgebildete Elektrode aus Metall oder einer Legierung nicht möglich. Jedoch wurde erkannt, dass die Strukturierung von Elektroden aus Metall durch Vorsehen von als Festkörpergelenke wirkenden Bereichen eine Berücksichtigung unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten erlaubt. Ferner wurde erkannt, dass relevante Metalle wie Kupfer oder Aluminium einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten als z. B. ein BBO-Kristall besitzen, während Polymere typischerweise einen höheren Ausdehnungskoeffizienten als der BBO-Kristall besitzen. So wurde hinsichtlich einiger beispielhafter Ausführungsformen der hierin offenbarten Pockels-Zelle erkannt, dass ein hierin als Metamaterial bezeichneter Verbundwerkstoff als Trägerele- ment/Elektrode es ermöglicht, durch einen geometrischen Zugang die Eigenschaften eines eingebundenen Metalls und eines als Matrix wirkenden Polymers zu kombinieren. Das Metamaterial kann so hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eingestellt werden, wobei es aufgrund des eingebunden Metalls zusätzlich eine im Vergleich zum reinen Polymer höhere Steifigkeit aufweist. As is known, it is not possible to match the coefficients of thermal expansion for a metal or alloy electrode designed as a carrier element. However, it has been recognized that patterning of metal electrodes by allowing for solid-state joints allows for consideration of different thermal expansion coefficients. Furthermore, it was recognized that relevant metals such as copper or aluminum have a lower coefficient of expansion than z. B. have a BBO crystal, while polymers typically have a higher coefficient of expansion than the BBO crystal. Thus, with regard to some exemplary embodiments of the Pockels cell disclosed herein, it has been recognized that a composite material, referred to herein as a metamaterial, as a support member / electrode, can combine by geometric approach the properties of an entrapped metal and a matrix acting polymer. The metamaterial can thus be adjusted in terms of the thermal expansion coefficient, wherein it additionally has a higher stiffness compared to the pure polymer due to the incorporated metal.

In weiteren beispielhaften Ausführungsformen der hierin offenbarten Pockels-Zelle wird die Elektrode als dünne Schicht auf der Kristalloberfläche ausgeführt. Das Trägerelement kann dann mit der Schicht verklebt werden. Ist die Schicht dünn genug, kann die mechanische Spannung, die durch diese Schicht thermisch induziert werden könnte, vernachlässigt werden. Die Kontaktierung der Schicht kann beispielsweise lokal durch das Trägerelement hindurch, z. B. in Z-Richtung in der Mitte des Kristalls, erfolgen. Das Trägerelement kann z. B. aus einem reinen oder mit Einlagen stabilisierten Polymer ausgeführt werden. So kann das Trägerelement z. B. aus einem Polymer, welches durch Metalldesaktivatoren und/oder durch Glasfasern modifiziert wurde, verwendet werden. Derartige Verbundwerkstoffe können einen thermi- sehen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der dem von elektrooptischen Kristallen wieIn further exemplary embodiments of the Pockels cell disclosed herein, the electrode is implemented as a thin layer on the crystal surface. The carrier element can then be glued to the layer. If the layer is thin enough, the mechanical stress that could be thermally induced by this layer can be neglected. The contacting of the layer can, for example, locally through the support member, z. B. in the Z direction in the middle of the crystal. The support element may, for. B. from a pure or stabilized with deposits polymer. Thus, the support element z. B. from a polymer which has been modified by metal deactivators and / or by glass fibers are used. Such composites may have a thermal expansion coefficient similar to that of electro-optic crystals such as

BBO entspricht. Sie eignen sich somit unter anderem als bezüglich der thermischen Ausdehnung kompensiertes Korpusmaterial der Elektrode. BBO corresponds. They are thus suitable, among other things, as body material of the electrode which is compensated for thermal expansion.

Die hierin offenbarten Ausführungsformen können u.a. folgende Vorteile aufweisen: Sie können eine Kombination von guter bis sehr guter mechanischer Schwingungsdämpfung zusammen mit einer thermischen Robustheit gegenüber Temperaturschwankungen von z. B. ±50 K erlauben. Insbesondere können dadurch zulässige Transportbedingungen im Bereich von -25°C bis 70°C gewährleistet werden. The embodiments disclosed herein may include, but are not limited to: You can use a combination of good to very good mechanical vibration damping together with a thermal robustness to temperature fluctuations of z. B. allow ± 50 K. In particular, permissible transport conditions in the range of -25 ° C to 70 ° C can be guaranteed.

Die hierin offenbarten Konzepte bei der Halterung eines Kristalls in einer Pockels-Zelle können allgemein bei polarisationseinstellenden Anwendungen des Pockels-Effekts eingesetzt werden. So betreffen die hierin beschriebenen Konzepte insbesondere die Einkopplung von zu verstärkender elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Laserpulsen, sowie die Auskopplung von verstärkten Laserpulsen, insbesondere bei gütegeschalteten Lasern, beim„Cavi- ty-Dumping" oder bei der regenerativen Verstärkung. Weitere Anwendungen umfassen u.a. eine Intensitäts- und Polarisationsmodulation außerhalb einer Kavität, z. B. bei der Ansteue- rung eines Puls-Pickers. Weitere Anwendungen betreffen CW-Laser, Erweiterungen mit vorgelagertem Puls-Picker und Q-Switching. The concepts disclosed herein for supporting a crystal in a Pockels cell can be generally used in polarization adjusting applications of the Pockels effect. Thus, the concepts described herein relate in particular to the coupling of amplified electromagnetic radiation, in particular laser pulses, and the decoupling of amplified laser pulses, in particular in Q-switched lasers, cavity dumping or in regenerative amplification Intensity and polarization modulation outside a cavity, eg when controlling a pulse picker Other applications include CW lasers, expander with upstream pulse picker and Q-switching.

Allgemein ist die Umsetzung der hierin vorgeschlagenen Konzepte unabhängig von der Kristallgeometrie. Beispielhaft wird nachfolgend die Umsetzung der hierin vorgeschlagenen Konzepte bei quaderförmigen Kristallformen beschrieben. Die Konzepte können aber auch allgemein bei Polyeder- förmigen Kristallen (beispielsweise bei als Prisma, insbesondere als Paral- lelepiped, ausgebildeten Kristallen) oder Zylinder- förmigen Kristallen angewendet werden. In general, the implementation of the concepts proposed herein is independent of crystal geometry. By way of example, the implementation of the concepts proposed here in cuboid crystal forms will be described below. However, the concepts can also generally be applied to polyhedron-shaped crystals (for example in the form of prisms, in particular as parallelepiped crystals) or cylindrical crystals.

Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen: Herein, concepts are disclosed that allow to at least partially improve aspects of the prior art. In particular, further features and their expediencies emerge from the following description of embodiments with reference to the figures. From the figures show:

Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Lasersystem mit einer schaltbaren Pockels-Zelle,1 shows a schematically illustrated laser system with a switchable Pockels cell,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Pockels- Zelle in einem Längsschnitt, 2 is a schematic representation of an exemplary embodiment of a Pockels cell in a longitudinal section,

Fig. 3 eine schematische Frontansicht z. B. der Pockels-Zelle aus Fig. 2 zur Verdeutlichung einer beispielhaften Ausführungsform eines Trägerelements,  Fig. 3 is a schematic front view z. B. the Pockels cell of FIG. 2 to illustrate an exemplary embodiment of a support member,

Fig. 4 eine schematische Frontansicht z. B. der Pockels-Zelle aus Fig. 2 zur Verdeutlichung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Trägerelements, Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Pockels-Zelle mit einemFig. 4 is a schematic front view z. B. the Pockels cell of FIG. 2 to illustrate a further exemplary embodiment of a support member, Fig. 5 is a schematic representation of an embodiment of a Pockels cell with a

Trägerelement aus einem Metamaterial in einem Längsschnitt, Carrier element of a metamaterial in a longitudinal section,

Fig. 6 eine schematische Frontansicht einer weiteren Ausführungsform einer Pockels-Zelle mit einem Metamaterial, 6 is a schematic front view of another embodiment of a Pockels cell with a metamaterial,

Fig. 7 eine schematische Frontansicht einer weiteren Ausführungsform einer Pockels-Zelle mit einem Metamaterial, 7 is a schematic front view of another embodiment of a Pockels cell with a metamaterial,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Pockels-Zelle mit einemFig. 8 is a schematic representation of an embodiment of a Pockels cell with a

Trägerelement mit Festköpergelenken in einem Längsschnitt, Carrier element with Festköpergelenken in a longitudinal section,

Fig. 9 eine erste beispielhafte schematische Frontansicht für eine Pockels-Zelle, die eine9 is a first exemplary schematic front view of a Pockels cell, the one

Anordnung gemäß Fig. 8 einsetzt, Arrangement according to FIG. 8,

Fig. 10 eine zweite beispielhafte schematische Frontansicht für eine Pockels-Zelle, die eine10 is a second exemplary schematic front view of a Pockels cell, the one

Anordnung gemäß Fig. 8 einsetzt, Arrangement according to FIG. 8,

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Pockels-Zelle mit einem Trägerelement mit einer feinen Kammstruktur in einem Längsschnitt, Fig. 12 eine beispielhafte schematische Frontansicht der Pockels-Zelle, die eine Anordnung gemäß Fig. 10 einsetzt, 11 shows a schematic illustration of a further embodiment of a Pockels cell with a carrier element with a fine comb structure in a longitudinal section, FIG. 12 shows an exemplary schematic front view of the Pockels cell, which uses an arrangement according to FIG.

Fig. 13 eine schematische Ansicht eines Längsschnitts einer weiteren Ausführungsform einer Fig. 13 is a schematic view of a longitudinal section of another embodiment of a

Pockels-Zelle mit Festköpergelenken und Pockels cell with Festköpergelenken and

Fig. 14 eine schematische Ansicht eines Längsschnitts einer weiteren Ausführungsform einerFig. 14 is a schematic view of a longitudinal section of another embodiment of a

Pockels-Zelle mit einer feinen Kammstruktur. Pockels cell with a fine comb structure.

Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass die in Pockels-Zellen verwendeten optischen Kristalle (z. B. BBO-, KDP- oder KTP-Kristalle) mehr oder weniger stark ausgeprägte piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Diese können dazu führen, dass vorgenommene elektrische Schaltimpulse mechanische Verformungen des Kristalls erzeugen. Dabei können die Verformungen des Kristalls in alle drei Raumrichtungen auftreten. Abhängig von u. a. den Abmessungen, der Geometrie und der Schallgeschwindigkeit des jeweiligen Kristalls können diese Verformungen Störungen hervorrufen. So kann ein Betrieb nahe einer Resonanzfrequenz (oder einer zugehörigen Subharmonischen) zu einem instabilen Schaltverhalten, z. B. zu einem instabilen Ein- oder Auskopplungsverhalten in einem regenerativen Verstärker führen. Die mechanische Empfindlichkeit des Kristalls wird durch eine entsprechend angepasste Lagerung und Befestigung des optischen Kristalls gedämpft. Insbesondere wurde erkannt, dass das Schwingungsverhalten des optischen Kristalls mittels einer entsprechend angepassten Lagerung und Befestigung des optischen Kristalls beeinflusst werden kann. Hierfür wird - wie insbesondere in Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 7 erläutert wird - ein dämpfendes System vorgeschlagen, das ein Trägerelement und eine in ei- nem kleinen Spalt zwischen Trägerelement und Kristall ausgebildete Verklebung umfasst. Dabei wurde erkannt, dass durch Abstimmung der mechanischen Parameter wie den Elastizitätsmodulen und der Spaltdicke ein gewünschtes Dämpfungsverhalten umgesetzt werden kann. Das dämpfende System kann so ausgebildet werden, dass, wenn sich der Kristall verformt, möglichst keine Nachschwingungen auftreten. In anderen Worten soll das dämpfende System durch die Steifigkeit des Trägerelement ein Vibrationsverhalten/Nachschwingen des Kristalls dämpfen. In Zusammenhang mit den Figuren 8 bis 14 wird ferner ein dämpfendes System mit spezifisch geformten Trägerelementen vorgeschlagen. Aspects described herein are based, in part, on the recognition that optical crystals used in Pockels cells (eg, BBO, KDP, or KTP crystals) have more or less pronounced piezoelectric properties. These can cause that made electrical switching pulses generate mechanical deformation of the crystal. The deformations of the crystal can occur in all three spatial directions. Depending on, among other things, the dimensions, the geometry and the speed of sound of the respective crystal, these deformations can cause disturbances. Thus, operation near a resonant frequency (or associated subharmonic) can result in unstable switching behavior, e.g. B. lead to an unstable coupling or decoupling behavior in a regenerative amplifier. The mechanical sensitivity of the crystal is attenuated by a suitably adapted storage and attachment of the optical crystal. In particular, it was recognized that the vibration behavior of the optical crystal can be influenced by means of a suitably adapted storage and attachment of the optical crystal. For this purpose-as is explained in particular in connection with FIGS. 1 to 7-a damping system is proposed which comprises a carrier element and an adhesive formed in a small gap between carrier element and crystal. It was recognized that by tuning the mechanical parameters such as the moduli of elasticity and the gap thickness, a desired damping behavior can be implemented. The damping system can be designed so that when the crystal deforms, possible no ringing occur. In other words, the damping system is intended to damp a vibration behavior / ringing of the crystal due to the rigidity of the carrier element. In connection with FIGS. 8 to 14, a damping system with specifically shaped support elements is also proposed.

Das dämpfende System ist für eine an die im Betrieb auftretende Verformung angepasste Energieaufnahme auszulegen. D. h., in dem dämpfenden System können die Kleberschicht und/oder das Trägerelement durch eigene Verformung (Schwingungs-) Energie aufnehmen. Dies kann zwar in geringem Maße zu einer Erwärmung der Pockels-Zelle führen, jedoch kann die entstehende Wärme mit dem Kühlsystem der Pockels-Zelle oder über die Luft abgeführt werden. The damping system shall be designed for an energy absorption adapted to the deformation occurring during operation. That is, in the damping system, the adhesive layer and / or the support member can absorb (vibrational) energy by their own deformation. Although this can lead to a slight warming of the Pockels cell, however, the resulting heat can be dissipated with the cooling system of the Pockels cell or via the air.

Verformt sich beispielsweise ein BBO-Kristall und ist der Kleber zu weich, ergibt sich für die Verformung im Wesentlichen keine Dämpfung, da der Kleber keinen Widerstand aufbaut. Ist der Kleber dagegen sehr hart und weist das Trägerelement ebenfalls eine entsprechende Steifigkeit auf, kann keine Verformung des BBO-Kristalls stattfinden und es können dadurch me- chanische Spannungsverläufe im BBO-Kristall erzeugt werden, wodurch die Polarisationsänderung ebenfalls in einem unkontrollierten Umfang stattfinden kann. If, for example, a BBO crystal deforms and the adhesive is too soft, there is essentially no damping for the deformation since the adhesive does not build up any resistance. On the other hand, if the adhesive is very hard and the support element also has a corresponding rigidity, no deformation of the BBO crystal can take place and mechanical stress curves in the BBO crystal can thereby be generated, whereby the polarization change can likewise take place to an uncontrolled extent.

Ist allgemein der Klebespalt zu groß, ist die Mechanik des Kristalls nicht an das Trägerelement gekoppelt. Entsprechend wird das dämpfende System (nur) durch die elastischen Eigen- schaften des Klebers bestimmt und nicht mehr durch die Eigenschaften des Trägerelements. If the bond gap is generally too large, the mechanism of the crystal is not coupled to the carrier element. Accordingly, the damping system is (only) determined by the elastic properties of the adhesive and no longer by the properties of the carrier element.

Ferner wurde erkannt, dass bei einer besonders steifen Ausführung des Trägerelements das Dämpfungsverhalten des dämpfenden Systems zur Unterdrückung von auf die mechanische Verformung des Kristalls zurückgehenden Störungen, insbesondere über einen größeren Anregungsfrequenzbereich, angepasst werden kann. Furthermore, it was recognized that in a particularly rigid embodiment of the carrier element, the damping behavior of the damping system for the suppression of the mechanical Deformation of the crystal-going disturbances, in particular over a larger excitation frequency range, can be adjusted.

Die verschiedenen hierin offenbarten Ansätze zur Halterung des Kristalls mit einem dämpfen- den System können somit beispielsweise einen Hochspannungsschaltungsbetrieb nahe an einer Resonanzfrequenz des Kristalls erlauben. Resonanzfrequenzen eines Kristalls hängen dabei insbesondere von den Abmessungen des Kristalls wie dem Ausmaß des Kristalls in Richtung des angelegten elektrischen Feldes, sowie dem Kristalltyp, der Kristallform, allgemein dem Kristallschnitt, einem anliegenden E-Feld-Vektor und/oder einer Streuung mechanischer Schwingungen in ursprünglich nicht angeregte Raumachsen ab. Thus, the various approaches disclosed herein for supporting the crystal with a damping system may allow, for example, high voltage circuit operation close to a resonant frequency of the crystal. Resonant frequencies of a crystal depend in particular on the dimensions of the crystal such as the extent of the crystal in the direction of the applied electric field, as well as the crystal type, the crystal form, generally the crystal section, an adjacent E-field vector and / or a scattering of mechanical vibrations in original not stimulated spatial axes.

Nachfolgend werden hierin vorgeschlagene Konzepte eines ersten Ansatzes mit Bezug auf die Figuren 1 bis 7 näher erläutert. Wie eingangs angesprochen, können Pockels-Zellen zum schnellen Schalten zwischen Strahlungswegen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, verwendet werden. Bei derartig genutzten Pockels-Zellen kann durch Anlegen einer Hochspannung an einen geeigneten optischen Kristall (z. B. werden Nutz-Spannungen bis zu und größer 10 KV angelegt) eine Doppelbrechung induziert werden. Die schaltbare Doppelbrechung erlaubt eine zeit- lieh einstellbare Änderung des Polarisationszustandes des den Kristall passierenden Lichts. In Kombination mit einem Polarisator kann auf diese Weise z. B. die Güte eines Laserresonators geschaltet werden. Dies wird z. B. in gütegeschalteten Lasern, beim Cavity-Dumping und in regenerativen Verstärkern (zur Einstellung der Repetitionsrate(n)) genutzt. Das Schalten der Pockels-Zelle zwischen zwei Spannungszuständen, d. h. der einzelne Spannungsschaltvor- gang, erfolgt in der Regel sehr schnell (z. B. innerhalb von einigen Nanosekunden), wobei ein Spannungszustand über eine einstellbare Dauer eines Polarisationsfensters beibehalten wird (z. B. für einige Mikrosekunden). Dies erlaubt es, beispielsweise einzelne (Laser-) Pulse eines Pulszuges zu selektieren. Spannungsschaltvorgänge bewirken allerdings auch die angesprochene mechanische Schwingungsanregung. Hereinafter, proposed concepts of a first approach with reference to Figures 1 to 7 are explained in more detail. As mentioned above, Pockels cells can be used for fast switching between radiation paths of electromagnetic radiation, in particular laser radiation. In such used Pockels cells, birefringence can be induced by applying a high voltage to a suitable optical crystal (eg, using utility voltages up to and greater than 10 KV). The switchable birefringence allows a timely adjustable change in the polarization state of the light passing through the crystal. In combination with a polarizer can be in this way z. B. the quality of a laser resonator can be switched. This is z. B. in Q-switched lasers, cavity dumping and in regenerative amplifiers (to adjust the repetition rate (s)) used. Switching the Pockels cell between two voltage states, i. H. The single voltage switching operation is usually very fast (eg, within a few nanoseconds), maintaining a voltage state for an adjustable duration of a polarization window (eg, for a few microseconds). This makes it possible, for example, to select individual (laser) pulses of a pulse train. However, voltage switching processes also cause the mentioned mechanical vibration excitation.

Fig. 1 zeigt schematisch ein beispielhaftes Lasersystem 1 mit einem Verstärkungsmedium 3. Im Strahlengang ist ein optischer Schalter vorgesehen, der auf einer Pockels-Zelle 5 basiert. Die Pockels-Zelle 5 weist, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, einen elektrooptischen Kristall 7, Elektrodeneinheiten 9 (beispielhaft in Fig. 1 gegenüberliegende leitende Beschichtun- gen auf Kontaktierungsseiten des Kristalls 7) und zwei den Kristall 7 haltende Trägerelemente 11 auf 1 schematically shows an exemplary laser system 1 with a gain medium 3. In the beam path, an optical switch is provided which is based on a Pockels cell 5. The Pockels cell 5 has, as shown schematically in FIG. 1, an electro-optical crystal 7, electrode units 9 (conductive conductive coatings lying opposite one another by way of example in FIG. 1). conditions on contacting sides of the crystal 7) and two support elements 11 holding the crystal 7

Der Kristall 7 erstreckt sich entlang einer Längsachse Z der Pockels-Zelle 5, entlang der auch die Laserstrahlung 13 durch den Kristall 7 tritt. Die Laserstrahlung 13 umfasst beispielsweise ultrakurze Laserpulse, die in einer mit einem Endspiegel 15 gebildeten Kavität umlaufen, oder eine verstärkte Laserstrahlung eines Verstärkers. The crystal 7 extends along a longitudinal axis Z of the Pockels cell 5, along which also the laser radiation 13 passes through the crystal 7. The laser radiation 13 includes, for example, ultrashort laser pulses, which rotate in a cavity formed with an end mirror 15, or an amplified laser radiation of an amplifier.

Der Kristall 7 ist zwischen den Elektroden 9 angeordnet, die jeweils nahe einer sich entlang der Längsachse Z erstreckenden Seitenfläche des Kristalls 7 angeordnet sind. Der Kristall 7 beeinflusst in Abhängigkeit von der schaltbar anlegbaren Spannung die Polarisation der jeweils passierenden Laserstrahlung 13. Zur Verdeutlichung wird in Fig. 1 eine angeregte Pockels-Zelle mit einem im Kristall 7 homogen ausgelegten elektrischen Feld 21 angedeutet. Die Trägerelemente 11 sind ebenfalls entlang den Seitenflächen des Kristalls 7 angeordnet und bestehen aus einem Dämpfungsmaterial bzw. weisen mit Blick auf die Ausführungsformen der Figuren 8 bis 13 eine dämpfende Formgebung auf. Jedes der Trägerelemente 11 ist durch eine Kleberschicht 23 mit dem Kristall 7, bzw. im Fall eines beschichteten Kristalls mit der Beschichtung, verbunden. The crystal 7 is disposed between the electrodes 9, which are respectively disposed near a lateral surface of the crystal 7 extending along the longitudinal axis Z. The crystal 7 influences the polarization of the respectively passing laser radiation 13 as a function of the switchable voltage applied. For clarity, an excited Pockels cell with an electric field 21 homogeneously designed in the crystal 7 is indicated in FIG. The carrier elements 11 are likewise arranged along the side surfaces of the crystal 7 and consist of a damping material or, with regard to the embodiments of FIGS. 8 to 13, have a damping shaping. Each of the carrier elements 11 is connected by an adhesive layer 23 to the crystal 7, or in the case of a coated crystal with the coating.

Neben der Pockels-Zelle 5 umfasst der optische Schalter eine im Strahlengang der Laserstrahlung 13 angeordnete Wellenplatte 17. In der beispielhaften Ausführungsform des Lasersystems 1 der Fig. 1 werden die Pockels-Zelle 5 und die Wellenplatte 17 im Doppeldurchgang aufgrund einer Reflexion am Endspiegel 15 genutzt. In addition to the Pockels cell 5, the optical switch comprises a wave plate 17 arranged in the beam path of the laser radiation 13. In the exemplary embodiment of the laser system 1 of FIG. 1, the Pockels cell 5 and the wave plate 17 are used in the double pass due to reflection at the end mirror 15 ,

Ferner umfasst der optische Schalter einen polarisationsabhängigen Strahlteiler 19. Furthermore, the optical switch comprises a polarization-dependent beam splitter 19.

Die Anregung des Kristalls 7 ist zum Beispiel derart ausgelegt, dass nach dem Doppeldurchgang durch die Wellenplatte 17 (z. B. eine λ/8-Wellenplatte) und durch den Kristall 7 (z. B. schaltbar als + /8-Wellenplatte bzw. -λ/8-Wellenplatte) während des Polarisationsfensters keine Polarisationsänderung vorgenommen wird, während außerhalb des Polarisationsfensters (z. B. bei nicht angeregter Pockels-Zelle) der optische Schalter als λ/2-Wellenplatte wirkt. In letzterem Fall, d. h., außerhalb des Polarisationsfensters, wird die rückläufige Laserstrahlung im Strahlteiler 19 reflektiert. So kann unter Nutzung des elektrooptischen Effekts die Polarisa- tion eingestellt und Laserstrahlung nach einer gewünschten Verstärkung aus dem Lasersystem 1 ausgekoppelt werden. The excitation of the crystal 7 is for example designed such that after the double passage through the wave plate 17 (eg a λ / 8 wave plate) and through the crystal 7 (eg switchable as + / 8 wave plate or -λ / 8 wave plate), no polarization change is made during the polarization window, while outside the polarization window (eg, when the Pockels cell is not excited) the optical switch acts as a λ / 2 waveplate. In the latter case, ie outside the polarization window, the retrograde laser radiation is reflected in the beam splitter 19. Thus, using the electro-optical effect, the polarization tion set and laser radiation to a desired gain from the laser system 1 are coupled out.

Die in Pockels-Zellen verwendeten optischen Kristalle (z. B. BBO-, KDP-, KTP-Kristalle) weisen mehr oder weniger stark ausgeprägte piezoelektrische Eigenschaften auf. Diese führen dazu, dass das Anlegen einer elektrischen Spannung an den Kristall 7 abhängig von der Polarität zu einer Expansion oder Kontraktion des Kristalls 7 führt, allgemein zu einer Verformung des Kristalls 7. Erfolgt die Änderung der elektrischen Spannung schnell genug, können mechanische Eigenschwingungen (akustische Moden) im Kristall 7 angeregt werden. Dadurch wir der Kristall charakteristisch verformt und beginnt zu schwingen. The optical crystals used in Pockels cells (eg BBO, KDP, KTP crystals) have more or less pronounced piezoelectric properties. These lead to the fact that the application of an electrical voltage to the crystal 7, depending on the polarity, leads to an expansion or contraction of the crystal 7, generally to a deformation of the crystal 7. If the change in the electrical voltage is fast enough, mechanical natural oscillations (acoustic oscillations) can occur Modes) in the crystal 7 are excited. As a result, the crystal deforms characteristically and begins to vibrate.

Um auf die Verformung des Kristalls 7 dämpfend einzuwirken, können die Trägerelemente 11 insbesondere zusammen mit den Kleberschichten 23 jeweils ein (schwingungs-) dämpfendes System ausbilden. In order to have a damping effect on the deformation of the crystal 7, the carrier elements 11, in particular together with the adhesive layers 23, can each form a (vibration) damping system.

Im Folgenden werden zuerst zwei Arten von beispielhaften Ausführungsformen von gedämpften Pockels-Zellen in Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 7 näher beschrieben. Die erste Art basiert auf einer Kristall-Dünnschichtelektroden-Polymer-Baugruppe (Figuren 2 bis 4), die zweite Art basiert auf einer Kristall-Metamaterial-Baugruppe (Figuren 5 bis 7). In the following, two types of exemplary embodiments of damped Pockels cells will first be described in more detail in connection with FIGS. 2 to 7. The first type is based on a crystal thin film electrode polymer assembly (Figures 2 to 4), the second type is based on a crystal metamaterial assembly (Figures 5 to 7).

Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Pockels-Zelle 5' mit einem quaderförmig ausgebildeten elektrooptischen Kristall 7' in einer Schnittdarstellung. Beispielsweise weist der Kristall 7 Frontflächen 31 auf, durch die polarisiertes Licht, üblicherweise Laserstrahlung, in den Kristall 7 eintritt bzw. aus diesem austritt. Der Kristall 7 wird von der La- serstrahlung in Z-Richtung durchlaufen und ist üblicherweise in Z-Richtung länglich ausgebildet. Die Frontflächen 31 weisen beispielsweise eine quadratische Form mit einer Seitenlänge von einigen Millimetern z. B. 4 mm. Zur Verdeutlichung ist in Fig. 2 die Dicke des Kristalls 7 übergroß dargestellt. Die Länge des Kristalls 7 in Z-Richtung beträgt einige Millimeter, beispielsweise 5 mm bis 30 mm, z. B. 25 mm. FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a Pockels cell 5 'with a cuboid-shaped electrooptical crystal 7' in a sectional representation. For example, the crystal 7 has front surfaces 31 through which polarized light, usually laser radiation, enters or exits the crystal 7. The crystal 7 is traversed by the laser radiation in the Z direction and is usually elongated in the Z direction. The front surfaces 31 have, for example, a square shape with a side length of a few millimeters z. B. 4 mm. For clarity, in Fig. 2, the thickness of the crystal 7 is shown oversized. The length of the crystal 7 in the Z direction is a few millimeters, for example 5 mm to 30 mm, z. B. 25 mm.

Zwei gegenüberliegende Seitenflächen des Kristalls 7 sind mit einer dünnen, z. B. wenige Mikrometer dicken, Goldschicht 9' bedampft. Mit Hilfe einer Kleberschicht 23' wird auf jede der Goldschichten 9' ein Polymer-Trägerelement 11 ' befestigt, welches zusätzlich auch mit den nicht-beschichteten Seitenflächen verklebt werden kann. Mit Blick auf die Figuren 3 und 4 können sich Kantenlängen der Pockels-Zelle 5', d. h., eine Breite der Pockels-Zelle quer zur Z-Richtung, von einigen zehn Millimetern ergeben, z. B. 20 mm bis 30 mm. Two opposite side surfaces of the crystal 7 are with a thin, z. B. a few microns thick, gold layer 9 'vapor-deposited. With the aid of an adhesive layer 23 ', a polymer carrier element 11' is fastened to each of the gold layers 9 ', which can additionally be glued to the non-coated side surfaces. Looking at the figures 3 and 4, edge lengths of the Pockels cell 5 ', ie, a width of the Pockels cell transverse to the Z direction, may be several tens of millimeters, e.g. B. 20 mm to 30 mm.

Außen auf den Trägerelementen 11 ' können z. B. massive Elektroden 25 zur Anbindung an ein Hochspannungsschaltsystem zum Anlegen eines Hochspannungsverlaufs (Spannungsquelle in Fig. 2 nicht gezeigt) aufgebracht werden. Um die Elektroden 25 jeweils mit einer der Goldschichten 9' elektrisch leitend zu verbinden, kann auf jede der Goldschichten 9' eine wenige 10 μιη dicke Aluminiumfahne, die wenige Millimeter (z. B. 1 mm bis 3 mm) breit und lang ist, mit elastischem (elektrisch leitenden) Kontaktkleber aufgebracht werden. Alternativ kann man die Elektroden 25 (z. B. Kupfer-/ Alu-Stempel) direkt auf die Goldschicht kleben (Kleberlage 27). Outside on the support elements 11 'can z. B. solid electrodes 25 for connection to a high voltage switching system for applying a high voltage waveform (voltage source in Fig. 2 not shown) are applied. In order to connect the electrodes 25 to one of the gold layers 9 'in an electrically conductive manner, a few 10 μm thick aluminum lug, which is a few millimeters (eg 1 mm to 3 mm) wide and long, may be applied to each of the gold layers 9' elastic (electrically conductive) contact adhesive are applied. Alternatively, the electrodes 25 (eg copper / aluminum stamp) can be glued directly onto the gold layer (adhesive layer 27).

Durch Aussparungen in den Trägerelementen 11 ' ragen Kontaktfmger 29, um die Elektroden 25 über die Kleberlagen 27 mit der Goldschicht 9' elektrisch leitend zu verbinden. Die Kon- taktfmger 29 können beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer bestehen und zylinderförmigen, konisch, quaderförmig oder Obelisk-förmig ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die Verbindung der Kontaktfmger 29 mit der Goldschicht 9' auch als federndes System ausgelegt sein. Hierfür kann der Kontaktfmger 29 eine senkrecht zur Z- Richtung verlaufende Federvorrichtung enthalten, welche den Kontaktfmger 29 auf die Gold- schicht 9' drückt. Through recesses in the support elements 11 'project Kontaktfmger 29 to connect the electrodes 25 via the adhesive layers 27 with the gold layer 9' electrically conductive. The contact members 29 may be made, for example, of aluminum or copper and may be cylindrical, conical, cuboidal or obelisk-shaped. In an alternative embodiment, the connection of the contact elements 29 with the gold layer 9 'can also be designed as a resilient system. For this purpose, the contact element 29 may contain a spring device running perpendicular to the Z direction, which presses the contact element 29 onto the gold layer 9 '.

Der Durchmesser, allgemein das Volumen, der stempeiförmigen Kontaktfmger 29 wird bevorzugt so gering wie möglich gehalten, damit das thermische Ausdehnungsverhalten der Pockels-Zelle 5' möglichst wenig durch die Kontaktfmger 29 beeinflusst wird. Beispielsweise liegt eine Kontaktfingerdicke Df (z. B. in Z-Richtung in Fig. 2 angedeutet) bei einigen 100 μιη bis zu wenigen Millimetern, beispielsweise 500 μιη oder 1,5 mm. Die Verbindung der Kontaktfmger 29 zu der Goldschicht 9' weist durch die Verklebung eine gewisse Elastizität auf, um eine hinsichtlich thermischen Verspannungen ausreichend sichergestellte elektrische Verbindung zu gewährleisten. The diameter, generally the volume of the stem-shaped Kontaktfmger 29 is preferably kept as low as possible, so that the thermal expansion behavior of the Pockels cell 5 'is influenced as little as possible by the Kontaktfmger 29. For example, a contact finger thickness Df (eg indicated in the Z direction in FIG. 2) is up to a few millimeters, for example 500 μm or 1.5 mm, for a few 100 μm. The connection of the contact elements 29 to the gold layer 9 'has a certain elasticity due to the bonding, in order to ensure a sufficiently ensured electrical connection with respect to thermal stresses.

Die Dimensionierung der Pockels-Zelle 5', insbesondere des zugeordneten dämpfenden Systems, hängt von folgenden Parametern ab: Dicke Dk des Klebespaltes (d. h., Dicke der Kleberschicht 23'), Elastizitätsmodul und thermischer Ausdehnungskoeffizient des Klebers, Elastizitätsmodul und thermischer Ausdehnungskoeffizient des die Trägerelemente 11 ' bildenden Polymeres, Geometrie des verwendeten elektrooptischen Kristalls, thermischer Ausdehnungskoeffizient des elektrooptischen Kristalls und Elastizitätsmodul des elektrooptischen Kristalls und der mechanischen Bruchspannung des elektrooptischen Kristalls. Für die Trägerelemente 11 ' verwendbare Polymermaterialien oder zuvor erwähnten Metamate- rialien weisen beispielsweise Elastizitätsmodule (bei 20°C) von 1 GPa bis 50 GPa und thermische Ausdehnungskommission von 10 ppm/K bis 60 ppm/K auf. Mögliche Kleber weisen im ausgehärteten Zustand beispielsweise Elastizitätsmodule (bei 20°C) von kleiner oder gleich 1 GPa und thermische Ausdehnungskommission von größer 30 ppm/K auf. Mögliche Dicken Dk der Kleberschicht 23' (des Klebespalts) liegen im Bereich von 5 μιη bis 300 μιη. Übliche Dicken für ausreichend dämpfende Systeme liegen im Bereich von 30 μιη bis 200 μιη, beispielsweise im Bereich von 50 μιη bis 100 μιη. Dabei sind aufgrund von Fertigungsungenau- igkeiten Schwankungen im Bereich von bis zu ±30 μιη möglich. Für ein Trägerelement 11 ' mit einem Material, das im thermischen Verhalten an den Kristall 5' angepasst ist, kann das dämpfende System beispielsweise durch Variation der Parameter des Klebers und der Spaltdicke mittels einer finite-Elemente-Simulation analysiert werden. Dabei stehen für die Materialien des Trägerelements 11 ' und die Materialien des Klebers aufgrund der Voraussetzung eines angepassten thermischen Ausdehnungsverhaltens nicht immer alle Materialkombinationen zur Verfügung. The dimensioning of the Pockels cell 5 ', in particular the associated damping system, depends on the following parameters: thickness Dk of the adhesive gap (ie, thickness of the adhesive layer 23'), modulus of elasticity and thermal expansion coefficient of the adhesive, modulus of elasticity and thermal expansion coefficient of the support elements 11 'forming Polymer, geometry of the used electro-optic crystal, thermal expansion coefficient of the electro-optical crystal and modulus of elasticity of the electro-optic crystal and the mechanical fracture stress of the electro-optical crystal. Polymer materials or aforementioned metamaterials which can be used for the support elements 11 'have, for example, elastic moduli (at 20 ° C.) of 1 GPa to 50 GPa and thermal expansion of 10 ppm / K to 60 ppm / K. Possible adhesives have in the cured state, for example, elastic moduli (at 20 ° C) of less than or equal to 1 GPa and thermal expansion of greater than 30 ppm / K. Possible thicknesses Dk of the adhesive layer 23 '(of the adhesive gap) are in the range from 5 μιη to 300 μιη. Usual thicknesses for sufficiently damping systems are in the range of 30 μιη to 200 μιη, for example in the range of 50 μιη to 100 μιη. Due to manufacturing inaccuracies, fluctuations in the range of up to ± 30 μm are possible. For a carrier element 11 'with a material that is adapted to the crystal 5' in the thermal behavior, the damping system can be analyzed, for example, by varying the parameters of the adhesive and the gap thickness by means of a finite element simulation. In this case, all the material combinations are not always available for the materials of the carrier element 11 'and the materials of the adhesive due to the requirement of an adapted thermal expansion behavior.

Es wurde festgestellt, dass insbesondere für eine ausreichende Dämpfung in üblichen Betriebssituationen einer Pockels-Zelle mit einem BBO-Kristall das Verhältnis des Elastizitätsmoduls (bei 20°C) des Dämpfungsmaterials des Trägerelements 11 ' zum Elastizitätsmodul (bei 20°C) der Kleberschicht 23' im Bereich von 10 bis 200, insbesondere im Bereich von 20 bis 100 oder im Bereich von 30 bis 70, liegt. In einigen vorteilhaften Ausführungsformen ergab sich ein Verhältnis des Elastizitätsmoduls (bei 20°C) des Dämpfungsmaterials des Trägerelements 11 ' zum Elastizitätsmodul (bei 20°C) der Kleberschicht 23' im Bereich von 50 bis 70 bei einer Dicke der Kleberschicht im Bereich von 30 μιη bis 100 μιη. Ein bevorzugtes Verhältnis liegt z. B. bei ungefähr 60 bei einer Dicke der Kleberschicht 23' im Bereich von ungefähr 50 μιη bis ungefähr 60 μιη. Bezüglich des Elastizitätsmoduls wird auf die Standardmessung nach ISO-Norm von Polymeren/Kunststoffen/Elastischen Werkstoffen - z. B. ISO 527 - verwiesen. Vergleichbare Parameterwerte ergeben sich auch für andere Kristall- Arten, die in Pockels- Zellen eingesetzt werden. It has been found that, in particular for sufficient damping in normal operating situations of a Pockels cell with a BBO crystal, the ratio of the modulus of elasticity (at 20 ° C.) of the damping material of the carrier element 11 'to the elastic modulus (at 20 ° C.) of the adhesive layer 23' in the range of 10 to 200, in particular in the range of 20 to 100 or in the range of 30 to 70, lies. In some advantageous embodiments, a ratio of the modulus of elasticity (at 20 ° C.) of the damping material of the carrier element 11 'to the modulus of elasticity (at 20 ° C.) of the adhesive layer 23' in the range of 50 to 70 at a thickness of the adhesive layer in the range of 30 μιη resulted up to 100 μιη. A preferred ratio is z. B. at about 60 at a thickness of the adhesive layer 23 'in the range of about 50 μιη to about 60 μιη. With regard to the modulus of elasticity is the standard measurement according to ISO standard of polymers / plastics / elastic materials -. B. ISO 527 - referenced. Comparable parameter values also apply to other types of crystal used in Pockels cells.

Dabei werden allgemein Materialien für ein Verhältnis des thermischen Ausdehnungskoeffi- zienten des Kristalls zum thermischen Ausdehnungskoeffizient des Trägerelements im Bereich von 0.5 bis 1.5, beispielsweise im Bereich von 0.8 bis 1.3, vorausgesetzt. Des Weiteren wurde ein Verhältnis des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Kleberschicht zum thermischen Ausdehnungskoeffizient des Trägerelements und/oder des Kristalls im Bereich von 0,5 bis 5 vorausgesetzt. Bezüglich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird auf die Standardmessung nach ISO-Norm von Polymeren/Kunststoffen/Elastischen Werkstoffen - z. B. ISO 11359 - verwiesen. In general, materials for a ratio of the coefficient of thermal expansion of the crystal to the thermal expansion coefficient of the carrier element in the range of 0.5 to 1.5, for example in the range of 0.8 to 1.3, are assumed. Further, a ratio of the coefficient of thermal expansion of the adhesive layer to the coefficient of thermal expansion of the support member and / or the crystal in the range of 0.5 to 5 has been assumed. With regard to the thermal expansion coefficient is based on the standard measurement according to ISO standard of polymers / plastics / elastic materials -. B. ISO 11359 - referenced.

So ergab sich ein beispielhaftes dämpfendes System für die Kombination aus einem Kleber mit einem E-Modul von 58 MPa und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 40 ppm/K für die Kleberschicht 23', einer Dicke D der Kleberschicht 23' von 50 μιη und dem Polymer Polyetheretherketon als Beispiel für ein reines Polymer für die Trägerelemente 11 '. Das Polymer zeichnet sich durch ein E-Modul von circa 3.5 GPa aus und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 46 ppm/K. Die mit einem derartigen dämpfenden System verwirklichte Pockels-Zelle zeigt eine sehr gute mechanische Dämpfung und eine hohe thermi- sehe Robustheit. Thus, an exemplary damping system for the combination of an adhesive with an E-modulus of 58 MPa and a thermal expansion coefficient of 40 ppm / K for the adhesive layer 23 ', a thickness D of the adhesive layer 23' of 50 μιη and the polymer polyetheretherketone as an example of a pure polymer for the carrier elements 11 '. The polymer is characterized by an E-modulus of about 3.5 GPa and a thermal expansion coefficient of 46 ppm / K. The realized with such a damping system Pockels cell shows a very good mechanical damping and high thermal see Robustheit.

Fig. 3 zeigt eine schematische Frontansicht einer Pockels-Zelle 33 mit einem quaderförmigen elektrooptischen Kristall 7. Der quaderförmige Kristall 7 weist eine quadratische Frontfiäche 31 auf, die zentral in der Frontansicht zu erkennen ist. Entsprechend weist der Kristall 7 vier in die Zeichenebene hineinragende Seitenflächen und eine (analog zur Frontfiäche 31) quadratische rückseitige (Front-)Fläche auf. 3 shows a schematic front view of a Pockels cell 33 with a cuboid electro-optical crystal 7. The cuboid crystal 7 has a square front face 31, which can be seen centrally in the front view. Correspondingly, the crystal 7 has four side surfaces projecting into the plane of the drawing and a square (front side) surface (analogous to the front surface 31).

Der Kristall 5 wird von zwei Trägerelementen 35 eingefasst, die jeweils einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen und sich über die gesamte Länge des Kristalls 7 er- strecken. Jedes der Trägerelemente 35 weist zur Aufnahme einer Hälfte des Kristalls 7 eine Vertiefung mit zwei rechtwinklig aneinander grenzenden Flächen 37A, 37B auf, die in ihren Ausmaßen an zwei benachbarte Seitenflächen des quaderförmigen Kristalls 5 angepasst sind. Neben den Flächen 37A, 37B erstrecken sich Verbindungsflächen 37C. Im zusammengesetzten Zustand der Pockels-Zelle 33 steht eine Verbindungsfläche 37C eines Trägerelements 35 in Verbindung mit einer Verbindungsfläche 37C des anderen Trägerelements 35. Die beiden Vertiefungen sind so ausgebildet, dass sich im zusammengesetzten Zustand der Pockels-Zelle 33 eine quaderförmige Aussparung ergibt, die im Wesentlichen formschlüssig an den Kristall 7 zur Aufnahme desselben angepasst ist. The crystal 5 is bordered by two carrier elements 35 which each have a substantially triangular cross-section and extend over the entire length of the crystal 7. Each of the support elements 35 has a recess for receiving one half of the crystal 7 with two perpendicularly adjacent surfaces 37A, 37B, which are adapted in their dimensions to two adjacent side surfaces of the cuboidal crystal 5. In addition to the surfaces 37A, 37B, connecting surfaces 37C extend. In the assembled state of the Pockels cell 33 is a connection surface 37 C of a support member 35th in conjunction with a connecting surface 37C of the other support member 35. The two recesses are formed so that in the assembled state of the Pockels cell 33 results in a cuboidal recess which is adapted substantially in a form-fitting manner to the crystal 7 for receiving the same.

Auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Kristalls 7 (in Fig. 3 oben und unten) ist eine elektrisch leitende Beschichtung 39 vorgesehen, die es erlaubt, ein homogenes elektrisches Feld im Kristall 7 (in Fig. 3 z. B. von oben nach unten verlaufend) zu erzeugen. Diese stehen über Kontaktfmger 29 (gestrichelt dargestellt) mit externen Elektroden 25 in elektrisch leiten- der Verbindung. Die Elektroden 25 können mit einer schaltbaren Spannungsquelle verbunden werden. Die Kontaktfmger 29 in Fig. 3 sind beispielhaft konisch ausgebildet und beispielsweise in Z-Richtung mittig in den Trägerelementen 35 angeordnet. On two opposite side surfaces of the crystal 7 (top and bottom in Fig. 3) an electrically conductive coating 39 is provided, which allows a homogeneous electric field in the crystal 7 (in Fig. 3, for example, running from top to bottom) to create. These are on Kontaktfmger 29 (shown in phantom) with external electrodes 25 in electrically conductive connection. The electrodes 25 can be connected to a switchable voltage source. The Kontaktfmger 29 in Fig. 3 are exemplified conical and arranged for example in the Z direction in the middle of the carrier elements 35.

Die beiden Trägerelemente 35 sind an den Verbindungsflächen 37C miteinander verklebt. Ferner sind die beiden Trägerelemente 35 jeweils mit einer beschichteten und einer unbeschichteten Seitenflächen des Kristalls 7 verklebt. In Fig. 3 ist eine Kleberschicht 41 gestrichelt verdeutlicht, die sich in verschiedene Abschnitte von links oben nach rechts unten einteilen lässt. Zwei Abschnitte 41 A erstrecken sich zwischen den Verbindungsflächen 37C der Trägerelemente 35, zwei Abschnitte 41B erstrecken sich zwischen jeweils einer Vertiefungs- seite des Trägerelements 35 und einer unbeschichteten Seite des Kristalls 5 und zwei Abschnitte 41C erstrecken sich zwischen jeweils der anderen Vertiefungsseite des Trägerelements 35 und der Beschichtung 39 des Kristalls 7. The two support elements 35 are glued together at the connecting surfaces 37C. Furthermore, the two carrier elements 35 are each glued to a coated and an uncoated side surfaces of the crystal 7. In Fig. 3, an adhesive layer 41 is illustrated by dashed lines, which can be divided into different sections from top left to bottom right. Two portions 41A extend between the connecting surfaces 37C of the support members 35, two portions 41B extend between each recess side of the support member 35 and an uncoated side of the crystal 5, and two portions 41C extend between each of the other recess sides of the support member 35 and the coating 39 of the crystal 7th

Die Kleberschicht 41 weist eine Dicke Dk auf, die zusammen mit den Elastizitätsmodulen des Klebers und der Trägerelemente 35 das zuvor beschriebene dämpfende System definiert. The adhesive layer 41 has a thickness Dk which, together with the moduli of elasticity of the adhesive and the carrier elements 35, defines the damping system described above.

Die Trägerelemente 35 werden zusätzlich von einem Gehäuse 43 in ihrer Position gesichert. Das Gehäuse 43 ermöglicht die Positionierung der Pockels-Zelle 33 im Strahlengang und kann zusätzlich zur Kühlung mit einem Kühlsystem verbunden sein. Entsprechend können wassergekühlt z. B. Betriebstemperaturen im Bereich von 40 °C bis 50 °C stabilisiert werden. The support members 35 are additionally secured by a housing 43 in position. The housing 43 allows the positioning of the Pockels cell 33 in the beam path and may be connected in addition to cooling with a cooling system. Accordingly, water-cooled z. B. operating temperatures in the range of 40 ° C to 50 ° C can be stabilized.

Fig. 4 verdeutlicht eine weitere Ausführungsform einer Pockels-Zelle 45, bei der Trägerelemente 47 aus einem Polymer bestehen, in das ca. 25 % Glasfaseranteil eingebettet wurde. Durch die willkürliche Ausrichtung der Glasfasern 49 erhöht sich das Elastizitätsmodul. Ferner wird der thermische Ausdehnungskoeffizient der Trägerelemente 47 reduziert. FIG. 4 illustrates another embodiment of a Pockels cell 45 in which carrier elements 47 consist of a polymer in which approximately 25% of glass fiber content has been embedded. The arbitrary orientation of the glass fibers 49 increases the modulus of elasticity. Further, the thermal expansion coefficient of the support members 47 is reduced.

Die Trägerelemente 47 sind in dieser Ausführungsform nur mit den unbeschichteten Seiten des Kristalls 7 verklebt (Kleberschicht 41), wobei die Materialien und die Spaltdicke zur Ausbildung eines dämpfenden Systems aufeinander abgestimmt wurden. Beispielhaft zeigt Fig. 4 im Querschnitt trapezförmig ausgebildete Trägerelemente 47. The support elements 47 are glued in this embodiment only with the uncoated sides of the crystal 7 (adhesive layer 41), wherein the materials and the gap thickness were coordinated to form a damping system. By way of example, FIG. 4 shows carrier elements 47 of trapezoidal design in cross section.

Alternativ zu den in Fig. 3 gezeigten leitenden Beschichtungen können Flächenelektroden 50 an den freien Seiten des Kristalls angeordnet werden, die wiederum mit einer schaltbaren Spannungsversorgung verbindbar sind. As an alternative to the conductive coatings shown in FIG. 3, surface electrodes 50 can be arranged on the free sides of the crystal, which in turn can be connected to a switchable power supply.

Allgemein wird angemerkt, dass verschiedene Aspekte der einzelnen beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen auch in anderen Ausführungsformen umgesetzt werden können. Dies betrifft z. B. die Formgebung des Trägerelements und die Kontaktierung. It is generally noted that various aspects of the individual exemplary embodiments described may also be implemented in other embodiments. This concerns z. B. the shape of the support member and the contact.

Fig. 5 zeigt eine Metamaterial-basierte Ausführungsform einer Pockels-Zelle 5" in einer Schnittdarstellung. Wie in Fig. 3 weist die Pockels-Zelle 5" einen quaderförmig ausgebildeten elektrooptischen Kristall 7" auf. Mindestens einer der vier Seitenflächen des Kristalls ist ent- lang der Längsachse des Kristalls 7" flächig mit einer Metamaterial-Elektrode 51 verklebt. Zwischen der Metamaterial-Elektrode 51 und dem Kristall befindet sich somit wiederum eine Kleberschicht 53, so dass sich ein dämpfendes System ausbildet. 5 shows a metamaterial-based embodiment of a Pockels cell 5 "in a sectional view: As in FIG. 3, the Pockels cell 5" has a cuboid-shaped electro-optical crystal 7 ". long bonded to the longitudinal axis of the crystal 7 "flat with a metamaterial electrode 51. Between the metamaterial electrode 51 and the crystal is thus again an adhesive layer 53, so that forms a damping system.

Die Metamaterial-Elektrode 51 besteht als Kombinationsmaterial aus sich entlang der Kristall- längsrichtung abwechselnden Metallschichten 51 A und Polymerschichten 5 IB. Entsprechend erstrecken sich die Metallschichten 51A und die Polymerschichten 51B quer zur Kristalllängsachse. Das Verhältnis der jeweiligen Schichtdicken Dm, Dp definiert die resultierende thermische Gesamtausdehnung des Materials. So kann das Verhältnis in Abhängigkeit des Polymers und Metalls derart gewählt werden, dass die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Metamaterial-Elektrode 51 und des Kristalls 7" in etwa gleich sind. The metamaterial electrode 51 consists of a combination material of metal layers 51 A alternating with one another along the crystal longitudinal direction and polymer layers 5 IB. Accordingly, the metal layers 51A and the polymer layers 51B extend transversely to the crystal longitudinal axis. The ratio of the respective layer thicknesses Dm, Dp defines the resulting total thermal expansion of the material. Thus, the ratio depending on the polymer and metal can be selected such that the thermal expansion coefficients of the metamaterial electrode 51 and the crystal 7 "are approximately equal.

Die Funktionsfähigkeit der Gesamtbaugruppe hängt von der Dimensionierung folgender Eigenschaften und Größen ab: Elastizitätsmodul und thermischer Ausdehnungskoeffizient des Klebers, Klebespaltbreite, Dicke der einzelnen Schichten der Metamaterial-Elektrode 51. Für Metallschichten aus Aluminium können somit Elastizitätsmodule z. B. im Bereich von 10 GPa bis 50 GPa für das Metamaterial bewirkt werden. Bei Verwendung von Kupfer in den Metallschichten können für das Metamaterial auch höhere Elastizitätsmodule im Bereich von z. B. 50 GPa bis 80 GPa erreicht werden. The functionality of the entire assembly depends on the dimensioning of the following properties and sizes: Young's modulus and coefficient of thermal expansion of the adhesive, adhesive gap width, thickness of the individual layers of the metamaterial electrode 51. For Metal layers of aluminum can thus elastic moduli z. In the range of 10 GPa to 50 GPa for the metamaterial. When using copper in the metal layers and higher moduli of elasticity in the range of z. B. 50 GPa to 80 GPa can be achieved.

Hierbei gilt, dass alle Parameter zusammenhängen und sich gegenseitig beeinflussen. Durch Evaluierung dieser Parameter beispielsweise in einer Finite-Elemente- Simulation und unter Betrachtung verfügbarer Werkstoffe kann ein möglicher Parametersatz wie folgend lauten: Kleber mit einem E-Modul von 1 ,2 GPa und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 40 ppm/K mit 10 μιη Klebespaltbreite; 20 μιη dicke Kupferstreifen wechseln sich mit 10 μιη dicken PEEK-Streifen in der Metamaterial-Elektrode 51 ab. In this case, all parameters are connected and influence each other. By evaluating these parameters, for example in a finite element simulation and considering available materials, a possible parameter set may be as follows: adhesive having an E modulus of 1.2 GPa and a thermal expansion coefficient of 40 ppm / K with a 10 μm adhesive gap width; 20 μιη thick copper strips alternate with 10 μιη thick PEEK strips in the metamaterial electrode 51 from.

Die Metamaterial-Elektrode 51 kann dadurch eine resultierende thermische Ausdehnung von 36 ppm/K und ein Elastizitätsmodul von circa 70 GPa aufweisen, sodass eine hervorragende mechanische Dämpfung gewährleistet wird und gleichzeitig eine sehr hohe thermische Robustheit der Gesamtbaugruppe vorliegt. The metamaterial electrode 51 can thereby have a resulting thermal expansion of 36 ppm / K and a modulus of elasticity of approximately 70 GPa, so that an excellent mechanical damping is ensured and at the same time there is a very high thermal robustness of the overall assembly.

In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform sind gegenüberliegende äußere Randflächen 52 der Metamaterial-Elektroden 51 mit den Elektroden 25 über dünne Stege 54 (nicht zu ver- wechseln mit den Stegelementen der in Zusammenhang mit den Figuren 8 bis 14 beschriebenen Trägerelementen) verbunden. Die Elektroden 25 sind wiederum mit einer schaltbaren Spannungsversorgung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Kristall 7" verbindbar. Die Metamaterial-Elektrode 51 ist dabei so ausgebildet, dass an gegenüberliegenden Seiten des Kristalls entlang der gesamten Länge des Kristalls elektrisch kontaktierte Metallschichten angeordnet sind, die bevorzugt bis zur Kleberschicht 53 ragen. Beispielsweise können die beiden anderen Seiten freigelassen werden oder mit einem Polymer verklebt werden. In the embodiment shown in FIG. 5, opposite outer edge surfaces 52 of the metamaterial electrodes 51 are connected to the electrodes 25 via thin webs 54 (not to be confused with the web elements of the support elements described in connection with FIGS. 8 to 14). The electrodes 25 can in turn be connected to a switchable voltage supply for generating an electric field in the crystal 7 "The metamaterial electrode 51 is designed so that electrically contacted metal layers are arranged on opposite sides of the crystal along the entire length of the crystal extend to the adhesive layer 53. For example, the other two sides may be left blank or bonded with a polymer.

Fig. 6 zeigt eine Frontansicht einer weiteren auf einer Metamaterial-Elektrode 5 basierenden Pockels-Zelle 57. Im Gegensatz zur Ausführungsform der Fig. 5 erstrecken sich die Metall- schichten 51 A und die Polymerschichten 51B entlang der Kristalllängsachse. Ferner sind die Metamaterial-Elektroden 5 nur mit zwei gegenüberliegenden Seiten des Kristalls 7" verklebt. Wie in Fig. 5 erstrecken sich die Metallschichten 51A im gesamten Bereich der Seitenflächen bis zur Kleberschicht 53. Die Gesamtbaugruppe wird in einem Gehäuse 43 fixiert, wobei wiederum Randflächen 52 der Metamaterial-Elektroden 51 mit Elektroden 25 in elektrischer Verbindung stehen. FIG. 6 shows a front view of another Pockels cell 57 based on a metamaterial electrode 5. In contrast to the embodiment of FIG. 5, the metal layers 51 A and the polymer layers 51 B extend along the crystal longitudinal axis. Further, the metamaterial electrodes 5 are bonded only to two opposite sides of the crystal 7 ". As in Fig. 5, the metal layers 51A extend in the entire region of the side surfaces to the adhesive layer 53. The entire assembly is fixed in a housing 43, in turn, edge surfaces 52 of the metamaterial electrodes 51 are in electrical connection with electrodes 25.

Fig. 7 zeigt eine Frontansicht einer weiteren auf einer Metamaterial-Elektrode 51" basierenden Pockels-Zelle 59. In der Ausführungsform der Fig. 7 erstrecken sich die Metallschichten 51 A und die Polymerschichten 51B parallel zur Seitenfläche des Kristalls 7". Die Metallschichten 51A sind nicht zur Formung des elektrischen Feldes vorgesehen. Dies erfolgt z. B. wie in Fig. 4 mithilfe von separat vorgesehenen Elektroden 50. Alternativ kann die Kontaktschicht zwischen Kristall und Metamaterial eine elektrisch leitfähige Metallschicht sein, welche z.B. wie in Fig. 4 beschrieben durch separate Elektroden kontaktiert werden kann. Fig. 7 shows a front view of another Pockels cell 59 based on a metamaterial electrode 51 ". In the embodiment of Fig. 7, the metal layers 51A and the polymer layers 51B extend parallel to the side surface of the crystal 7". The metal layers 51A are not provided for shaping the electric field. This is done z. Alternatively, the contact layer between crystal and metamaterial may be an electrically conductive metal layer, which may be e.g. as described in Fig. 4 can be contacted by separate electrodes.

Wie zuvor erläutert sind in den Ausführungsformen der Figuren 2 bis 7 die mechanischen Eigenschaften der Pockels-Zelle, insbesondere ihr Schwingungsverhalten, durch die spezifische Selektion der Elastizitätsmodule auf eine Dämpfung des eingebundenen Kristalls ausge- legt, wobei zusätzlich auf die Bruchspannung durch Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten eingegangen wird. As explained above, in the embodiments of FIGS. 2 to 7, the mechanical properties of the Pockels cell, in particular its vibration behavior, are determined by the specific selection of the moduli of elasticity for damping of the embedded crystal, in addition to the breaking stress by adaptation of the thermal expansion coefficients will be received.

Nachfolgend werden Konzepte eines weiteren Ansatzes zum Aufbau einer Pockels-Zelle u. a. mit Bezug auf die Figuren 8 bis 14 näher erläutert. Derartig aufgebaute Pocke ls-Zellen können beispielsweise in dem in Figur 1 gezeigten Lasersystem eingesetzt werden. Dabei sind die mechanischen Eigenschaften der Pockels-Zelle, insbesondere das Schwingungs verhalten, durch die spezifische Formgebung der verwendeten Trägerelemente festgelegt. Below are concepts of another approach to building a Pockels cell u. a. explained in more detail with reference to the figures 8 to 14. Such constructed Pocke ls cells can be used for example in the laser system shown in Figure 1. The mechanical properties of the Pockels cell, in particular the vibration behavior, determined by the specific shape of the carrier elements used.

Wird ein Metall als Dämpfungsmaterial eines Kristalls eingesetzt, können die Differenzen in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem z. B. BBO-Kristall und dem metallischen Dämpfungsmaterial durch eine mechanische Beweglichkeit von Abschnitten des Trägerelements kompensiert werden. Insbesondere nehmen dabei in einer Kammstruktur angeordnete Stegelemente in einem Bereich des Übergangs zu einer Basisstruktur des Trägerelements die Funktion eines Festkörpergelenks wahr. Hierzu können die Übergänge zwischen den Stegelementen und der Basisstruktur speziell zu diesem Zweck ausgebildet und geformt sein. Kritische Parameter für die mechanische Beweglichkeit sind die Stegbreite in Richtung der Längsachse Z des Kristalls, die Steghöhe und das Ausmaß der Kontaktfläche zwischen dem Kristall und den Stegelementen. Es werden beispielhafte Ausführungsformen erläutert, bei denen die Trägerelemente aus Metall sind und insbesondere als Elektroden eingesetzt werden können. Dazu sind die Elektroden/Trägerelemente an den Seitenflächen des Kristalls angeordnet und setzen den Kristall als spannungsführende Komponenten im Betrieb einem angestrebten elektrischen Feld aus. If a metal is used as the damping material of a crystal, the differences in the thermal expansion coefficients between the z. B. BBO crystal and the metallic damping material can be compensated by a mechanical mobility of portions of the support element. In particular, web elements arranged in a comb structure perceive the function of a solid-state joint in a region of the transition to a basic structure of the carrier element. For this purpose, the transitions between the web elements and the base structure may be specially designed and shaped for this purpose. Critical parameters for the mechanical mobility are the web width in the direction of the longitudinal axis Z of the crystal, the web height and the extent of the contact surface between the crystal and the web elements. Exemplary embodiments are explained in which the carrier elements are made of metal and in particular can be used as electrodes. For this purpose, the electrodes / carrier elements are arranged on the side surfaces of the crystal and expose the crystal as voltage-carrying components in operation to a desired electric field.

Für den Fall, dass der Kristall mit einer Kontaktierungsschicht, z. B. einer Goldschicht, versehen ist, ist eine Kontaktierung mindestens eines Stegelements eines Trägerelements mit der Kontaktierungsschicht erforderlich. Beispielsweise kann an einer Stelle der Seitenfläche ein Kleber mit hoher Leitfähigkeit eingesetzt werden, mit dem das mindestens eine Stegelement mit der Kontaktierungsschicht verbunden wird. Die verbleibenden Stegelemente können dann mit einem nichtleitenden Kleber mit der Kontaktierungsschicht stoffschlüssig verbunden werden. In the event that the crystal with a contacting layer, for. As a gold layer is provided, a contacting of at least one web element of a carrier element with the contacting layer is required. For example, at one point of the side surface, an adhesive with high conductivity can be used, with which the at least one web element is connected to the contacting layer. The remaining web elements can then be materially bonded to the contacting layer with a non-conductive adhesive.

Alternativ können alle Stegelemente auf der gesamten Länge des Kristalls mit dem leitfähigen Kleber stoffschlüssig mit dem Kristall bzw. der Kontaktierungsschicht verbunden werden. Insbesondere in diesem Fall sollte die Auslegung von mechanischen Parametern der Stegelemente an die Eigenschaften des Klebers derart angepasst werden, dass bei einer Temperaturänderung keine kritischen mechanischen Spannungen im Kristall entstehen. In weiteren Ausführungsformen können die verbleibenden Seitenflächen des Kristalls mit nicht leitfähigem Dämpfungsmaterial über eine Klebeverbindung stoffschlüssig mit dem Kristall gefügt werden. Alternatively, all web elements over the entire length of the crystal with the conductive adhesive can be firmly bonded to the crystal or the contacting layer. In particular, in this case, the interpretation of mechanical parameters of the web elements should be adapted to the properties of the adhesive so that when a temperature change no critical mechanical stresses in the crystal. In further embodiments, the remaining side surfaces of the crystal with non-conductive damping material can be joined via an adhesive bond with the crystal.

Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform einer Pockels-Zelle 105 mit einem z. B. quaderförmig ausgebildeten elektrooptischen Kristall 107. Durch Endflächen 131 des Kristalls 107 wird im Betrieb polarisiertes Licht, üblicherweise Laserstrahlung, in den Kristall 107 ein- bzw. ausgekoppelt. Der Kristall 107 wird von der Laserstrahlung in Z- Richtung durchlaufen und ist üblicherweise in Z-Richtung länglich ausgebildet (Kristalllänge in Z-Richtung beispielsweise 5 mm bis 30 mm, z. B. 25 mm). Wie bereits angesprochen kön- nen die Endflächen 131 eine quadratische Form mit einer Seitenlänge von einigen Millimetern (z. B. 4 mm) aufweisen. Fig. 8 shows a longitudinal section through an exemplary embodiment of a Pockels cell 105 with a z. B. cuboid-shaped electro-optical crystal 107. By end surfaces 131 of the crystal 107 is polarized during operation polarized light, usually laser radiation, in the crystal 107 or coupled out. The crystal 107 is traversed by the laser radiation in the Z direction and is usually elongated in the Z direction (crystal length in the Z direction, for example 5 mm to 30 mm, for example 25 mm). As already mentioned, the end faces 131 may have a square shape with a side length of a few millimeters (eg 4 mm).

Der Kristall 107 wird an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen von Trägerelementen 111 gehalten. Diese weisen eine wie nachfolgend beschriebene Kammstruktur mit einer Mehrzahl sich von einer Basisstruktur 161 aus erstreckenden Stegelementen 163 auf. Die Trägerelemente 111 dienen als Elektroden, die zum Anlegen eines Hochspannungsverlaufs (Spannungsquelle in Fig. 8 nicht gezeigt) mit einem Hochspannungsschaltsystem elektrisch verbunden werden können. Die Trägerelemente 111 können beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer beste- hen. The crystal 107 is held on two opposite side surfaces of support members 111. These have a comb structure as described below with a plurality itself from a base structure 161 extending from web elements 163. The support members 111 serve as electrodes that can be electrically connected to a high voltage switching system to apply a high voltage waveform (voltage source not shown in FIG. 8). The carrier elements 111 may be made of aluminum or copper, for example.

Zur Erzeugung eines möglichst homogenen elektrischen Feldverlaufs im Kristall 107 (in Fig. 8 z. B. von oben nach unten verlaufend) können zwei gegenüberliegende Seitenflächen 108 des Kristalls 107 mit einer dünnen, z. B. wenige Mikrometer dicken, Goldschicht 109 be- dampft sein. An die Goldschichten 109 werden im Betrieb über die als Elektroden ausgebildeten Trägerelemente 111 zeitlich variierende Hochspannungen angelegt. Dazu sind die Trägerelemente 111 jeweils mit einer der Goldschichten 109 elektrisch leitend über zumindest eines der Stegelemente verbunden. Hierzu kann beispielsweise ein elastischer (elektrisch leitender) Kontaktkleber verwendet werden. In order to generate as homogeneous an electric field course as possible in the crystal 107 (eg running from top to bottom in FIG. 8), two opposite side surfaces 108 of the crystal 107 may be provided with a thin, e.g. B. few micrometers thick, gold layer 109 be evaporated. In operation, time-varying high voltages are applied to the gold layers 109 during operation via the carrier elements 111 configured as electrodes. For this purpose, the carrier elements 111 are each connected to one of the gold layers 109 in an electrically conductive manner via at least one of the web elements. For this purpose, for example, an elastic (electrically conductive) contact adhesive can be used.

Beispielhaft wird in Fig. 8 für das mittlere Stegelement 163m eine räumlich begrenzte elektrisch leitende Kontaktkleberfläche 123 angedeutet, die den elektrischen Kontakt zwischen der Goldschicht 109 und dem Trägerelement 111 herstellt. Die verbleibenden Stegelemente 163 können mit einem nicht-leitenden Kleber stoffschlüssig mit der Goldschicht 109 (nicht-leitend) verbunden werden. Die entsprechenden Kleberbereiche sind in Fig. 8 nicht explizit gezeigt. By way of example, in FIG. 8, a spatially limited, electrically conductive contact adhesive surface 123 is indicated for the middle web element 163m, which produces the electrical contact between the gold layer 109 and the carrier element 111. The remaining web elements 163 can be bonded to the gold layer 109 (non-conductive) with a non-conductive adhesive. The corresponding adhesive areas are not explicitly shown in FIG. 8.

Die Trägerelemente 111 sind in der Ausführungsform der Fig. 8 mit den beschichteten Seiten des Kristalls 107 verklebt, wobei das Material der Trägerelemente 111 und die Formgebung der Kammstruktur zur Ausbildung eines mechanisch dämpfenden Systems vorgesehen sind.The support elements 111 are glued in the embodiment of Fig. 8 with the coated sides of the crystal 107, wherein the material of the support elements 111 and the shape of the comb structure are provided for forming a mechanically damping system.

Fig. 8 zeigt beispielhaft einen schematischen Längsschnitt durch die Basisstruktur 161 und dieFIG. 8 shows by way of example a schematic longitudinal section through the base structure 161 and FIGS

Mehrzahl von Stegelementen 163. Die Basisstruktur 161 erstreckt sich plattenförmig entlang der Längsachse Z des Kristalls 107 (parallel zu einer zu kontaktierenden Seitenfläche) und weist beispielsweise eine Basisdicke Db auf. Die Stegelemente 163 sind nebeneinander in einer Kammstruktur 165 angeordnet. Sie erstrecken sich von der Basisstruktur 161 bis zumA plurality of web members 163. The base structure 161 extends in a plate shape along the longitudinal axis Z of the crystal 107 (parallel to a side surface to be contacted) and has, for example, a base thickness Db. The web elements 163 are arranged side by side in a comb structure 165. They extend from the base structure 161 to

Kristall 107. In einem Übergangsbereich zwischen der Basisstruktur 161 und den Stegelementen 163, bzw. mindestens einem der Stegelemente 163, ist eine Festkörpergelenkstruktur 171 als mechanisches Ausgleichselement vorgesehen. Ausgehend von der Basisstruktur 161 umfasst ein Stegelement 163 einen Federgelenkbereich, hierin auch als Festkörpergelenkstruktur 171 be- zeichnet, der die mechanische Anbindung zwischen Stegelement und Basisstruktur definiert, und einen Kontaktstegbereich, dessen Endfläche mit den Kristall 107 in Kontakt steht. Im Beispiel der Fig. 8 schließt sich der Festkörpergelenkbereich (Federgelenkbereich) direkt an die Basisstruktur 161 an; alternativ kann er von der Basisstruktur 161 beabstandet im Stegelement 163 (z. B. im ersten Drittel oder mittig) vorgesehen werden. Crystal 107. In a transition region between the base structure 161 and the web elements 163, or at least one of the web elements 163, a solid-body joint structure 171 is provided as a mechanical compensation element. Starting from the base structure 161, a web element 163 comprises a spring joint region, also referred to herein as a solid-body joint structure 171, which defines the mechanical connection between web element and base structure, and a contact web region whose end face is in contact with the crystal 107. In the example of FIG. 8, the solid-body joint region (spring joint region) connects directly to the base structure 161; alternatively, it may be provided spaced apart from the base structure 161 in the web member 163 (eg, in the first third or in the middle).

In Fig. 8 wird die Festkörpergelenkstruktur 171 durch eine Verjüngung 173 einer Stegdicke in Richtung der Längsachse Z gebildet. Die Verjüngung 173 erhöht die mechanische Beweglichkeit der Stegelemente 163 in Z-Richtung. Die Verjüngung 173 erstreckt sich über eine Festkörpergelenkhöhe Hg. Im Bereich der Festkörpergelenkstruktur 171 reduziert sich die Dicke des Stegelements 163 auf eine Festkörpergelenkdicke Dg. Im Kontaktstegbereich liegt eineIn FIG. 8, the solid-body joint structure 171 is formed by a taper 173 of a web thickness in the direction of the longitudinal axis Z. The taper 173 increases the mechanical mobility of the web elements 163 in the Z direction. The taper 173 extends over a solid joint height Hg. In the region of the solid-body joint structure 171, the thickness of the stake element 163 is reduced to a solid-state joint thickness Dg. In the contact bridge area is a

Stegdicke Ds vor, die die Lagerung des Kristalls und im Fall einer elektrischen Kontaktierung auch das Ausmaß der spannungsführenden Fläche bestimmt. Im Kontaktstegbereich liegt eine Steghöhe Hs vor und zwischen den Stegelementen 163 ein Kontaktabstand a. Allgemein können die Stegdicken Ds nebeneinander angeordneter Stegelemente 163 variieren (oder konstant sein - siehe Fig. 11). Die Stegdicken Ds können insbesondere in Richtung eines Mittenbereichs M des Kristalls 107 hin zunehmen. Beispielsweise kann eine zentrale Stegdicke Dz des mittleren Stegelements 163m im zentralen Bereich des Kristalls 107 größer sein als die Stegdicke Ds von Stegelementen 163 in Endbereichen E des Kristalls 107. Dadurch kann die Stabilität der Lagerung im Mittenbereich M des Kristalls 107 erhöht werden. Web thickness Ds, which determines the storage of the crystal and in the case of an electrical contact also the extent of the live surface. In the contact land area, there is a web height Hs and a contact spacing a between the web elements 163. Generally, the web thicknesses Ds of juxtaposed web elements 163 may vary (or be constant - see FIG. 11). The ridge thicknesses Ds may increase in particular in the direction of a central region M of the crystal 107. For example, a central ridge thickness Dz of the central pillar element 163m in the central region of the crystal 107 may be larger than the ridge thickness Ds of web elements 163 in end regions E of the crystal 107. Thus, the stability of the storage in the center region M of the crystal 107 can be increased.

Beispielhafte Maße und Größen des Trägerelements 111 sind eine Steghöhe Hs im Kontaktbereich von mindestens 1 mm, eine Stegdicke Ds im Kontaktbereich von mindestens 2 mm und kleiner 5 mm, eine Dicke Db der Basisstruktur (Rückwand der Kammstruktur) von mindes- tens 1 mm, eine Steghöhe (Festkörpergelenkhöhe Hg) im Federgelenkbereich im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm, z. B. 1 mm, eine Stegdicke Dg im Festkörpergelenkbereich von maximal 1 mm (z. B. maximal 0,5 mm oder maximal 0,1 mm) und Kontaktabstände a zwischen den Stegelementen von mindestens 0,1 mm (z. B. mindestens 0,5mm oder mindestens 1 mm). Mittig positionierte (Kontakt-)Stegelemente können dicker sein, z.B. mindestens 3 mm (oder mindestens 5 mm oder mindestens 7 mm). Obere Grenzwerte für die Parameter der Exemplary dimensions and sizes of the carrier element 111 are a web height Hs in the contact region of at least 1 mm, a web thickness Ds in the contact region of at least 2 mm and less than 5 mm, a thickness Db of the base structure (rear wall of the comb structure) of at least 1 mm, a Web height (solid joint height Hg) in the spring joint range in the range of 0.1 mm to 2 mm, z. 1 mm, a web thickness Dg in the solid-body joint region of a maximum of 1 mm (eg maximum 0.5 mm or a maximum of 0.1 mm) and contact distances a between the web elements of at least 0.1 mm (eg at least 0 , 5mm or at least 1mm). Centered (contact) web elements may be thicker, eg at least 3 mm (or at least 5 mm or at least 7 mm). Upper limits for the parameters of

Kammstruktur ergeben sich aus den Dimensionen des Kristalls, der Anzahl der gewünschten Stegelemente sowie dem Ausmaß der zu kontaktierenden Seitenflächenbereiche. Wie in Fig. 3 können die Trägerelemente 11 1 zusätzlich von einem Gehäuse (siehe auch Fig. 9) in ihrer Position gesichert werden. Das Gehäuse ermöglicht ferner die Montage und Positionierung der Pockels-Zelle 105 im Strahlengang und kann zusätzlich zur Kühlung mit einem Kühlsystem verbunden sein. So können wassergekühlt z. B. Betriebstemperaturen im Bereich von 40 °C bis 50 °C stabilisiert werden. Comb structure result from the dimensions of the crystal, the number of desired web elements and the extent of the side surface areas to be contacted. As in FIG. 3, the carrier elements 11 1 can additionally be secured in their position by a housing (see also FIG. 9). The housing further allows the mounting and positioning of the Pockels cell 105 in the beam path and may be connected in addition to the cooling with a cooling system. So can water cooled z. B. operating temperatures in the range of 40 ° C to 50 ° C can be stabilized.

Fig. 9 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Pockels-Zelle 105A, die eine Anordnung gemäß Fig. 8 einsetzt. Die Anordnung ist in einem beidseitig offenen Gehäuse 43 vorgesehen und kann in den Strahlengang eines Laserstrahls eingebracht werden. Das Gehäuse 43 weist entsprechend eine Öffnung für eine Lichteinkopplung in den Kristall 107 und eine Öffnung für eine Lichtauskopplung aus dem Kristall 107 auf. In der Aufsicht auf die Endfläche 131 erkennt man ferner schematisch die Festkörpergelenkstruktur 171 des äußersten Stegelements 163. Die Basisstruktur 161 ist schematisch durch dicke Linien angedeutet. Die Goldbeschich- tung 109 (schraffierter Bereich) ist zwischen dem Kristall 107 und dem Stegelement 163 vergrößert hervorgehoben. Das Gehäuse 43 fixiert die Trägerelemente 111 und den Kristall 107. 9 shows a schematic side view of a Pockels cell 105A, which uses an arrangement according to FIG. The arrangement is provided in a housing 43 which is open on both sides and can be introduced into the beam path of a laser beam. The housing 43 has correspondingly an opening for a light coupling into the crystal 107 and an opening for a light extraction from the crystal 107. In the plan view of the end face 131, the solid-state joint structure 171 of the outermost stake element 163 can also be seen schematically. The base structure 161 is indicated schematically by thick lines. The gold coating 109 (shaded area) is highlighted between the crystal 107 and the ridge member 163. The housing 43 fixes the support members 111 and the crystal 107.

In der in Fig. 9 dargestellten beispielhaften Ausführungsform einer Pockels-Zelle 105A weisen die Stegelemente 163 eine Stegbreite Bs quer zur Längsachse Z des Kristalls 107 auf. Die Stegbreite Bs entspricht an einem kristallseitigen Ende 163A der Stegelemente 163 einer Kristallbreite Bk des Kristalls 107; d. h., der Kristall wird auf seiner gesamten Breite gelagert. Die Stegbreite Bs bleibt über die Höhe des Stegelements konstant bis zur Basisstruktur 161. In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Stegbreite Bs kristallseitig eine Breite von 20% bis 90% der Kristallbreite Bk aufweisen. In the exemplary embodiment of a Pockels cell 105A shown in FIG. 9, the web elements 163 have a web width Bs transverse to the longitudinal axis Z of the crystal 107. The land width Bs corresponds to a crystal-side end 163A of the land elements 163 of a crystal width Bk of the crystal 107; d. h., the crystal is stored over its entire width. The ridge width Bs remains constant over the height of the ridge member to the base structure 161. In alternative embodiments, the ridge width Bs may have a crystal width of 20% to 90% of the crystal width Bk.

Eine Aufsicht auf eine Endfläche eines Kristalls 107 einer Pockels-Zelle 105B wird in Fig. 10 gezeigt, wobei eine alternative trapezförmige Geometrie der Stegelemente 163 verdeutlicht wird. Bei dieser gehen die Stegelemente 163 von der Basisstruktur 161 aus. Jedoch ist die Breite Bs der Basisstruktur 161 größer als die Breite des Kristalls Bk. Zur Verdeutlichung ist in Fig. 10 die Festkörpergelenkstruktur 171 angedeutet. In der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform werden die Stegelemente 163 der Trägerelemente 111 nur zur reinen mechanischen Lagerung des Kristalls 107 genutzt. Dazu werden die Stegelemente 163 über eine nicht leitende Klebeschicht 123' mit den gegenüberliegenden Seitenflächen des Kristalls 107 stoffschlüssig verbunden. A plan view of an end surface of a crystal 107 of a Pockels cell 105B is shown in FIG. 10, illustrating an alternative trapezoidal geometry of the web elements 163. In this case, the web elements 163 start from the base structure 161. However, the width Bs of the base structure 161 is larger than the width of the crystal Bk. For clarification, the solid-state joint structure 171 is indicated in FIG. In the embodiment shown in FIG. 10, the web elements 163 of the carrier elements 111 are only used for purely mechanical storage of the crystal 107. For this purpose, the web elements 163 via a non-conductive adhesive layer 123 'with the opposite side surfaces of the crystal 107 are materially connected.

Analog zur Ausführungsform der Fig. 4 kann somit die spezifische Formgebung der Trägerelemente auch mit den elektrisch nicht kontaktierten Seiten der Pockels-Zelle genutzt werden; d.h., die Trägerelemente dienen nicht als Elektroden. Wie in Fig. 10 gezeigt wird kann für die Erzeugung des elektrischen Feldes jeweils eine Elektrode 50 auf den zwei verbleibenden sich ebenfalls gegenüberliegenden Seitenflächen 110 des Kristalls 107 vorgesehen werden. Die Elektroden 50 sind im Betrieb mit einem Hochspannungsschaltsystem zum Anlegen eines Hochspannungsverlaufs verbunden. Die hierin offenbarten Geometrie -Beispiele der Trägerelemente können in beiden Anwendungsfällen, d. h., als den Kristall fixierende Elektroden oder nur zu spannungsarmen Halterung, eingesetzt werden. Weitere Geometrie-Modifikationen sind dem Fachmann ersichtlich. Analogous to the embodiment of FIG. 4, the specific shape of the carrier elements can thus also be used with the electrically non-contacted sides of the Pockels cell; that is, the support members do not serve as electrodes. As shown in FIG. 10, for generating the electric field, one electrode 50 may be provided on the two remaining side surfaces 110 of the crystal 107, which are also opposite to each other. The electrodes 50 are operatively connected to a high voltage switching system for applying a high voltage waveform. The geometry examples of the support members disclosed herein may be used in both applications, i. h., Are used as the crystal-fixing electrodes or only low-voltage holder. Other geometry modifications will be apparent to those skilled in the art.

Fig. 11 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Pockels-Zelle 106 mit Trägerelementen 111', deren Stegelemente 163' eine konstante Stegdicke Ds in Richtung der Längsachse Z zwischen der Basisstruktur 161 und dem Kristall 107 aufweisen. Um eine vergleichbare Mechanik im Übergangsbereich 171 zu erhalten, liegen die Stegdicken Ds beispielsweise im Bereich der Festkörpergelenkdicken Dg der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform. Die Basisstruktur 161 weist wie in Fig. 8 eine in Z-Richtung konstante Dicke Db auf. Beispielhaft ist in Fig. 11 eine elektrisch leitende Verklebung der (aller) Stegelemente 163' mit goldbeschichteten Seiten des Kristalls 107 mit einer schematisierten Verklebungs-/Beschichtungsschicht 109/123 angedeutet. 11 shows an alternative embodiment of a Pockels cell 106 with support elements 111 ', whose web elements 163' have a constant web thickness Ds in the direction of the longitudinal axis Z between the base structure 161 and the crystal 107. In order to obtain a comparable mechanism in the transition region 171, the web thicknesses Ds are, for example, in the region of the solid-state joint thicknesses Dg of the embodiment shown in FIG. The base structure 161 has, as in FIG. 8, a constant thickness Db in the Z direction. By way of example, FIG. 11 indicates an electrically conductive bonding of the (all) web elements 163 'with gold-coated sides of the crystal 107 with a schematized bond / coating layer 109/123.

Beispielhafte Maße und Größen des Trägerelements 111' sind eine Steghöhe Hs im Kontakt- bereich von mindestens 1 mm (entspricht im Wesentlichen der gesamten Steghöhe), eineExemplary dimensions and sizes of the support element 111 'are a web height Hs in the contact region of at least 1 mm (corresponds essentially to the entire web height), a

Stegdicke Ds im Kontaktbereich von mindestens 0,1 mm (z. B. mindestens 0,2 mm oder mindestens 0,5 mm oder mindestens 1 mm), meist kleiner 5 mm (beispielsweise im Bereich von 0,5 mm bis 4 mm), eine Dicke Db der Basisstruktur (Rückwand der Kammstruktur) von mindestens 1 mm, eine Steghöhe (Festkörpergelenkhöhe Hg) im Federgelenkbereich im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm, z. B.l mm (entspricht im Wesentlichen der gesamten Steghöhe), eine Stegdicke Dg im Festkörpergelenkbereich von maximal 1 mm (z. B. maximal 0,5 mm oder maximal 0,2 mm oder maximal 0,1 mm - kann evtl. breiter sein als die Stegdicke im Kontaktbereich) und Kontaktabstände a zwischen den Stegelementen 163 von mindestens 0,1 mm (z. B. mindestens 0,5 mm oder mindestens 1 mm). Mittig positionierte (Kontakt-)Stegelemente können dicker sein, z.B. mindestens 3 mm (oder mindestens 5 mm oder mindestens 7 mm). Obere Grenzwerte für die Stegstruktur ergeben sich aus den Dimensionen des Kristalls 107 und der Anzahl der gewünschten Stegelemente 163' sowie dem Ausmaß der zu kontaktierenden Seitenflächenbereiche. Allgemein ist die Anzahl der Stegelemente 163' (und damit die Anzahl der Kontaktpunkte) derart gewählt, dass der Kristall 107 möglichst gleichmäßig kontaktiert/gehalten wird. Web thickness Ds in the contact region of at least 0.1 mm (eg at least 0.2 mm or at least 0.5 mm or at least 1 mm), usually smaller than 5 mm (for example in the range from 0.5 mm to 4 mm), a thickness Db of the basic structure (back wall of the comb structure) of at least 1 mm, a ridge height (solid joint height Hg) in the spring joint area in the area from 0.1 mm to 2 mm, z. Bl mm (corresponds essentially to the entire web height), a web thickness Dg in the solid joint area of a maximum of 1 mm (for example, a maximum of 0.5 mm or a maximum of 0.2 mm or a maximum of 0.1 mm - may possibly be wider than that Web thickness in the contact region) and contact distances a between the web elements 163 of at least 0.1 mm (eg at least 0.5 mm or at least 1 mm). Centered (contact) web elements may be thicker, eg at least 3 mm (or at least 5 mm or at least 7 mm). Upper limit values for the web structure result from the dimensions of the crystal 107 and the number of desired web elements 163 'as well as the extent of the side surface areas to be contacted. In general, the number of web elements 163 '(and thus the number of contact points) is selected such that the crystal 107 is contacted / held as uniformly as possible.

Fig. 12 zeigt eine beispielhafte Aufsicht auf die Endfläche 131 der Pockels-Zelle 106, wobei zusätzlich zu den Trägerelementen 111' Dämpfungsmaterialien 181 an den beiden verbleiben- den Seiten vorgesehen sind. Auch diese werden vom Gehäuse 43 fixiert und sind mit dem12 shows an exemplary plan view of the end face 131 of the Pockels cell 106, wherein damping materials 181 are provided on the two remaining sides in addition to the carrier elements 111 '. These are fixed by the housing 43 and are with the

Kristall 107 (nichtleitende Klebeschichten 123') verklebt. Zu möglichen Beispielen derartiger Dämpfungsmaterialien wird u. a. auf die vorausgehende Beschreibung verwiesen. Crystal 107 (non-conductive adhesive layers 123 ') glued. Possible examples of such damping materials u. a. refer to the previous description.

Allgemein ergibt sich Anzahl der eine Seitenfläche haltenden/kontaktierenden Stegelemente aus dem abgedeckten Bereich entlang des Kristalls sowie dem Abstand zwischen den Stegeelementen a und der Stegdicke(n) Ds. Z. B. 100 % oder mindestens 80 % oder mindestens 60% oder mindestens 40% der Gesamtlänge des Kristalls können in Z-Richtung mit Stegelementen gehalten/gedämpft/kontaktiert werden. Beispielsweise weist ein Trägerelement (mindestens) 5 oder (mindestens) 10 oder (mindestens) 20 oder (mindestens) 50 oder mehr Stegelemente auf. In general, the number of webs holding / contacting a side surface results from the covered area along the crystal as well as the distance between the web elements a and the web thickness (s) Ds. For example, 100% or at least 80% or at least 60% or at least 40% of the total length of the crystal may be held / damped / contacted in the Z direction with web elements. For example, a carrier element has (at least) 5 or (at least) 10 or (at least) 20 or (at least) 50 or more web elements.

Mit Bezug zu den in den Figuren 13 und 14 gezeigten Pockels-Zellen 105' und 106' erkennt man alternative Formgebungen der Basisstruktur 161. In den Ausführungsformen der Figuren 8 und 11 ist die Basisstruktur 161 plattenförmig ausgebildet und erstreckt sich parallel zur benachbarten Seitenfläche 108 des Kristalls 107. Sie weist eine in Z-Richtung konstante Basisdicke Db in einer Richtung senkrecht zur Seitenfläche 108 auf. With reference to the Pockels cells 105 'and 106' shown in FIGS. 13 and 14, alternative shapes of the base structure 161 are seen. In the embodiments of FIGS. 8 and 11, the base structure 161 is plate-shaped and extends parallel to the adjacent side surface 108 of the base structure It has a constant base thickness Db in the Z direction in a direction perpendicular to the side surface 108.

Im Unterschied dazu nimmt in den Ausführungsformen der Figuren 13 und 14 die Basisdicke Db in Richtung der Längsachse Z hin zum Mittenbereich M des Kristalls 107 zu. Entspre- chend weisen insbesondere die mittleren Stegelemente 163m, 163'm eine geringere Steghöhe Hs m auf als die Steghöhe Hs e der in den Endbereichen E liegenden Stegelemente 163, 163'. Mit anderen Worten ist die Basisdicke Db m im Mittenbereich M größer als die Basis dicke Db e in den Endbereichen E. In contrast, in the embodiments of FIGS. 13 and 14, the base thickness Db increases in the direction of the longitudinal axis Z toward the center region M of the crystal 107. correspond In particular, the middle web elements 163m, 163'm have a smaller web height Hs m than the web height Hs e of the web elements 163, 163 'lying in the end regions E'. In other words, the base thickness Db m in the center region M is larger than the base thickness Db e in the end regions E.

Die Verkürzung der Stegelementhöhe von der Mitte nach außen kann z.B. als ein Verhältnis beschrieben werden zwischen Stegelementhöhe in der Mitte zu Stegelementhöhe außen. Mögliche Verhältnisse sind z. B. 1 :2 oder 1 :2.5 oder 1 :3 oder 1 : 1.5. Hier sind grundsätzlich verschiedenste Möglichkeiten offen. The shortening of the web element height from the center to the outside can e.g. be described as a ratio between web element height in the middle to web element height outside. Possible conditions are z. 1: 2 or 1: 2.5 or 1: 3 or 1: 1.5. Here are basically a variety of options open.

Vorteil einer derart variierten Geometrie der Basisstruktur ist, dass das Dämpfungsmaterial/das Trägerelement mehr Masse besitzt und dadurch besser mechanisch dämpfen kann. Gleichzeit ist die Oberfläche des Dämpfungsmaterials erhöht und kann entsprechend mehr Wärme abgeben. The advantage of such a varied geometry of the base structure is that the damping material / the carrier element has more mass and thereby can mechanically better dampen. At the same time the surface of the damping material is increased and can deliver correspondingly more heat.

Bezüglich weiterer Parameter der in den Figuren 13 und 14 gezeigten Pockels-Zellen 105' und 106' wird u. a. auf die Beschreibung der Figuren 8 und 11 verwiesen. Hinsichtlich Verklebung und/oder leitende Beschichtung der Kristallseitenflächen wird auf die vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen verwiesen. With regard to further parameters of the Pockels cells 105 'and 106' shown in FIGS. 13 and 14, u. a. refer to the description of Figures 8 and 11. With regard to bonding and / or conductive coating of the crystal side surfaces, reference is made to the embodiments described above.

Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe. It is explicitly pointed out that all features disclosed in the description and / or the claims are considered separate and independent of each other for the purpose of original disclosure as well as for the purpose of limiting the claimed invention independently of the feature combinations in the embodiments and / or the claims should. It is explicitly stated that all range indications or indications of groups of units disclose every possible intermediate value or subgroup of units for the purpose of the original disclosure as well as for the purpose of restricting the claimed invention, in particular also as the limit of a range indication.

Claims

Patentansprüche claims

1. Pockels-Zelle ( 105 , 106) mit 1. Pockels cell (105, 106) with

einem sich entlang einer Längsachse (Z) erstreckenden elektrooptischen Kristall (107) mit zwei sich entlang der Längsachse (Z) erstreckenden und gegenüberliegenden Seitenflächen (108) und  an electro-optic crystal (107) extending along a longitudinal axis (Z) and having two opposite side surfaces (108) and extending along the longitudinal axis (Z) and

zwei an den Seitenflächen (108) des Kristalls (107) angeordneten Trägerelementen two support elements arranged on the side surfaces (108) of the crystal (107)

(i n), (in),

wobei mindestens eines der Trägerelemente (111) aufweist wherein at least one of the support elements (111)

eine Basisstruktur (161), die sich entlang der Längsachse (Z) erstreckt, und  a base structure (161) extending along the longitudinal axis (Z), and

eine Mehrzahl von Stegelementen (163), die entlang der Längsachse (Z) nebeneinander in einer Kammstruktur (165) angeordnet sind und sich von der Basisstruktur (161) bis zum Kristall (107) erstrecken.  a plurality of web members (163) disposed side by side along the longitudinal axis (Z) in a comb structure (165) and extending from the base structure (161) to the crystal (107).

2. Pockels-Zelle (105, 106) nach Anspruch 1, wobei die Trägerelemente (111) als Elektroden aus Aluminium oder Kupfer ausgebildet sind. 2. Pockels cell (105, 106) according to claim 1, wherein the carrier elements (111) are formed as electrodes made of aluminum or copper.

3. Pockels-Zelle (105, 106) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stegelemente (163) eine Stegbreite (Bs) quer zur Längsachse (Z) aufweisen, die an einem kristallseitigen Ende (163A) der Stegelemente (163) einer Kristallbreite (Bk) des Kristalls (107) entspricht und wobei die Stegbreite (Bs) insbesondere in Richtung der Basisstruktur (161) konstant ist oder zunimmt. 3. Pockels cell (105, 106) according to claim 1 or 2, wherein the web elements (163) have a web width (Bs) transverse to the longitudinal axis (Z), at a crystal-side end (163A) of the web elements (163) of a crystal width (Bk) of the crystal (107) and wherein the ridge width (Bs) is constant or increases in particular in the direction of the base structure (161).

4. Pockels-Zelle (105, 106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Übergangsbereich zwischen der Basisstruktur (161) und mindestens einem der Stegelemente (163) eine Festkörpergelenkstruktur (171) als mechanisches Ausgleichselement vorgesehen ist, die eine Verjüngung (173) einer Stegdicke (Ds) in Richtung der Längsachse (Z), insbesondere über einen Bereich einer Festkörpergelenkhöhe (Hg) von 0,1 mm bis zu 2mm, aufweist. 4. Pockels cell (105, 106) according to any one of the preceding claims, wherein in a transition region between the base structure (161) and at least one of the web elements (163) a solid-body joint structure (171) is provided as a mechanical compensation element, the a taper (173 ) has a web thickness (Ds) in the direction of the longitudinal axis (Z), in particular over a range of a solid joint height (Hg) of 0.1 mm to 2mm.

5. Pockels-Zelle (105, 106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eines der Stegelemente (163) eine konstante Stegdicke (Ds) in Richtung der Längsachse (Z) zwischen der Basisstruktur (161) und dem Kristall (107) aufweist. 5. Pockels cell (105, 106) according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the web elements (163) has a constant web thickness (Ds) in the direction of the longitudinal axis (Z) between the base structure (161) and the crystal (107) ,

6. Pockels-Zelle (105, 106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Stegdicken (Ds) nebeneinander angeordneter Stegelemente (163) variieren und die Stegdicken (Ds) insbe- sondere in Richtung eines Mittenbereichs (M) des Kristalls (107) hin zunehmen oder eine Dicke (Dm) eines mittleren Stegelements (163m) größer ist als die Dicke von Stegelementen (163) in Endbereichen (E) des Kristalls (107). 6. Pockels cell (105, 106) according to one of the preceding claims, wherein web thicknesses (Ds) of juxtaposed web elements (163) vary and the web thicknesses (Ds) in particular especially in the direction of a center region (M) of the crystal (107) or a thickness (Dm) of a central land element (163m) is greater than the thickness of land elements (163) in end regions (E) of the crystal (107).

7. Pockels-Zelle (105, 106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basisstruktur (161) als plattenförmige Struktur ausgebildet ist, die sich parallel zur benachbarten Seitenfläche (108) erstreckt und deren Basisdicke (Db) in einer Richtung senkrecht zur Seitenfläche (108) konstant ist oder in Richtung einer in Richtung der Längsachse (Z) liegenden Mittenposition (M) des Kristalls (107) hin zunimmt, sodass mittlere Stegelemente (163m) insbesondere eine geringere Steghöhe (Hs) aufweisen. 7. Pockels cell (105, 106) according to any one of the preceding claims, wherein the base structure (161) is formed as a plate-shaped structure which extends parallel to the adjacent side surface (108) and the base thickness (Db) in a direction perpendicular to the side surface (108) is constant or increases in the direction of the longitudinal axis (Z) lying center position (M) of the crystal (107) out, so that mean web elements (163m) in particular have a smaller web height (Hs).

8. Pockels-Zelle (105, 106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit 8. Pockels cell (105, 106) according to any one of the preceding claims, further comprising

mindestens einer sich zwischen einer der Seitenflächen (108) des Kristalls (107) und mindestens einem der Mehrzahl von Stegelementen (163) des mindestens einen Trägerele- ments (111) erstreckenden Kleberschicht (123) zum stoffschlüssigen Verbinden des Kristalls (107) oder einer Kontaktierungsschicht (109) des Kristalls (107) mit einer oder mehreren Kontaktflächen der Stegelemente (163) des mindestens einen Trägerelements (111).  at least one adhesive layer (123) extending between one of the side surfaces (108) of the crystal (107) and at least one of the plurality of web elements (163) of the at least one carrier element (111) for materially connecting the crystal (107) or a contacting layer (109) of the crystal (107) having one or more contact surfaces of the web elements (163) of the at least one carrier element (111).

9. Pockels-Zelle (105, 106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Seiten- flächen (108) als Kontaktierungsseiten des Kristalls (107) eine Kontaktierungsschicht (109), insbesondere eine Goldbeschichtung, aufweisen, die jeweils mit mindestens einem Stegelement (163) des aus einem Elektrodenmaterial ausgebildeten Trägerelements (111) elektrisch kontaktiert ist und mit einem Hochspannungsschaltsystem zum Anlegen eines Hochspannungsverlaufs verbindbar ist. 9. Pockels cell (105, 106) according to any one of the preceding claims, wherein the side surfaces (108) as contacting sides of the crystal (107) a contacting layer (109), in particular a gold coating, each with at least one web element ( 163) of the carrier element (111) formed from an electrode material is electrically contacted and can be connected to a high-voltage switching system for applying a high-voltage characteristic.

10. Pockels-Zelle (105, 106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines der Mehrzahl von Stegelementen (163) rechteckig, beispielsweise mit einer Stegbreite (Bs) von 20% bis 90%) der Kristallbreite Bk und einer Stegdicke (Ds) von 0,5 mm bis 4 mm ausgebildet ist. 10. Pockels cell (105, 106) according to one of the preceding claims, wherein one of the plurality of web elements (163) rectangular, for example, with a web width (Bs) of 20% to 90%) of the crystal width Bk and a web thickness (Ds) is formed from 0.5 mm to 4 mm.

11. Pockels-Zelle (105, 106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kristall (107) ein BBO-Kristall ist. 11. Pockels cell (105, 106) according to any one of the preceding claims, wherein the crystal (107) is a BBO crystal.

12. Pockels-Zelle (105, 106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kristall (107) quaderförmig ausgebildet ist und zwei Trägerelemente (111) aus einem nichtleitenden Material vorgesehen sind, wobei die Trägerelemente (111) mit den zwei gegenüberliegenden Seitenflächen (108) des Kristalls (107) stoffschlüssig verbunden sind und auf zwei verblei- benden sich gegenüberliegenden Seitenflächen (110) des Kristalls (107) jeweils eine Elektrode (50) eines Hochspannungsschaltsystems zum Anlegen eines Hochspannungsverlaufs vorgesehen wird. 12. Pockels cell (105, 106) according to any one of the preceding claims, wherein the crystal (107) is cuboidal and two support elements (111) are provided of a non-conductive material, wherein the support elements (111) with the two opposite side surfaces ( 108) of the crystal (107) are connected in a material-locking manner and an electrode (50) of a high-voltage circuit system for applying a high-voltage characteristic is provided on two remaining opposite side surfaces (110) of the crystal (107).

13. Pockels-Zelle (105, 106) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem Gehäuse (43), das das mindestens eine Trägerelement (111) und den Kristall (107) fixiert und mindestens eine Öffnung für eine Lichteinkopplung in den Kristall (107) und eine Lichtauskopplung aus dem Kristall (107) aufweist. 13. Pockels cell (105, 106) according to any one of the preceding claims, further comprising a housing (43) which fixes the at least one support element (111) and the crystal (107) and at least one opening for a light coupling into the crystal ( 107) and a light outcoupling from the crystal (107).