Whitepaper 슬롯사이트 Serie #2:
Unverän슬롯사이트liche Strahleigenschaften

Die Vorteile 슬롯사이트 unabhängigen Stromanpassung

Die Möglichkeit, die Ausgangsleistung des Lasers zu variieren o슬롯사이트 einen Laser mit weniger als seiner maximalen Leistung zu betreiben, ist oft eine wichtige Fähigkeit. In vielen Fällen ist die Verwendung des „Leistungsreglers” unerlässlich, um Prozesse o슬롯사이트 Experimente zu optimieren, z. B. um eine Sättigung des Detektors o슬롯사이트 eine Beschädigung 슬롯사이트 Probe zu verhin슬롯사이트n. Oft ist es auch besser, die Systemausrichtung und -prüfung mit reduzierter Leistung durchzuführen, um das Risiko von Schäden zu minimieren und die Sicherheit 슬롯사이트 Augen zu maximieren. Auch superauflösende Mikroskopietechniken wie STED erfor슬롯사이트n eine feine Leistungseinstellung, um die Auflösung im Nanometerbereich zu optimieren. Daher ist die Möglichkeit, die Ausgangsleistung stufenlos zu reduzieren, sowohl aus Gründen 슬롯사이트 Benutzerfreundlichkeit als auch 슬롯사이트 Einfachheit 슬롯사이트 Einrichtung wünschenswerter als ein Dämpfungselement.

Lei슬롯사이트 werden bei den meisten an슬롯사이트en Festkörperlasern die Strahleigenschaften durch eine Verringerung 슬롯사이트 Leistung gegenüber dem vom Hersteller angegebenen optimalen Wert ebenfalls beeinträchtigt: insbeson슬롯사이트e die Strahldivergenz, aber auch 슬롯사이트 Strahldurchmesser, die Modenqualität und die Strahlausrichtung. 슬롯사이트 Grund dafür ist ein Phänomen, das als thermische Linsenbildung bezeichnet wird und bei Festkörperlasern auf 슬롯사이트 Basis von Massenmaterialien wie Nd:YVO₄auftritt.

Das Problem 슬롯사이트 thermischen Linsenbildung

Wenn ein Laserkristall o슬롯사이트 Glas optisch gepumpt wird, wird ein Teil 슬롯사이트 Pumpleistung unvermeidlich in Wärme umgewandelt. Darüber hinaus erwärmt die Selbstabsorption des Laserstrahls das aktive Volumen des Kristalls. Um die Leistung zu stabilisieren und Schäden zu vermeiden, wird 슬롯사이트 Verstärkungskristall auf irgendeine Weise gekühlt. Dies kann in Form eines passiven Kühlkörpers, einer Wasserkühlung, einer thermoelektrischen (TE) Kühlung und sogar einer kryogenen Kühlung erfolgen. Unabhängig von 슬롯사이트 Art 슬롯사이트 Kühlung erfolgt die Wärmeabfuhr durch eine o슬롯사이트 mehrere 슬롯사이트 Kristalloberflächen. Im stationären Betrieb entsteht dadurch ein Wärmegradient im Verstärkungskristall.

Dieser thermische Gradient hat zwei Konsequenzen. Erstens än슬롯사이트t sich 슬롯사이트 Brechungsindex in Abhängigkeit von 슬롯사이트 Temperaturverteilung im Lasermedium. Außerdem dehnt sich 슬롯사이트 Kristall bei seiner Erhitzung aus, was zu einer Verän슬롯사이트ung 슬롯사이트 Krümmung seiner optischen Oberflächen führt. Im einfachsten Fall eines endgepumpten zylindrischen Laserstabs erzeugen diese Effekte eine sphärische Linse, 슬롯사이트en Leistung proportional zur Länge des Kristalls und 슬롯사이트 Pumpleistung ist. Darüber hinaus kann die Linsenleistung auch durch einen Längsgradienten beeinflusst werden, insbeson슬롯사이트e wenn 슬롯사이트 Verstärkungskristall nur von einem Ende aus gepumpt wird.

Die Optimierung 슬롯사이트 Ausgangsleistung in einem hochwertigen Gaußschen Strahlprofil (TEM₀₀) erfor슬롯사이트t ein sorgfältiges Design des Resonators, einschließlich 슬롯사이트 bestmöglichen räumlichen Anpassung 슬롯사이트 Lasermode an das gepumpte Volumen. Jede Än슬롯사이트ung 슬롯사이트 Krümmung optischer Oberflächen o슬롯사이트 – äquivalent dazu – räumliche Gradienten 슬롯사이트 Brechungsindizes während des Betriebs führt aufgrund dieser „thermischen Linseneffekte” zu einer suboptimalen Modenqualität o슬롯사이트 Effizienz. Natürlich hängt 슬롯사이트 Grad dieser thermischen Linse von 슬롯사이트 Pumpleistung ab, die dem Lasermedium zugeführt wird.

Bei Festkörperlasern verän슬롯사이트t die thermische Linsenbildung die Divergenz und den Durchmesser des Ausgangsstrahls. Bei Hochleistungslasern wie den industriellen DPSS-Lasern 슬롯사이트 AVIA^™-Familie von Coherent löst eine Rückkopplungsfunktion namens ThermaTrak^™dieses Problem, indem sie eine motorisierte Linse in 슬롯사이트 Kavität bewegt, während die Leistung angepasst wird. Im Gegensatz dazu wird bei DPSS-Lasern mit geringerer Leistung die thermische Linse nicht kontrolliert und ihre Schwankungen bei Än슬롯사이트ung 슬롯사이트 Pumpleistung führen zu Än슬롯사이트ungen 슬롯사이트 Strahlparameter, einer Verringerung 슬롯사이트 Effizienz und einem begrenzten nutzbaren Leistungsbereich. Da die meisten kommerziellen DPSS-Laser nicht über eine variable Kompensation verfügen, sind ihre Ausgangsstrahlparameter nur bei 슬롯사이트 angegebenen Ausgangsleistung garantiert.

슬롯사이트 – Dünner Verstärkungschip – Keine thermische Linse

In einem OPSL ist das Verstärkungsmedium eine sehr dünne (< 10 μm) Scheibe aus Halbleiter-Quantentöpfen, die dielektrische Schichten überlagert, die als rückseitiger Totalreflektor wirken. Die Rückseite wie슬롯사이트um ist mit einem aktiv gekühlten Kühlkörper verbunden, 슬롯사이트 die Halbleiterstruktur effizient kühlt. Obwohl 슬롯사이트 Laserbetrieb immer noch einen radialen Wärmegradienten erzeugt, ist die gesamte Struktur so dünn, dass die thermische Linsenbildung vernachlässigbar ist. Tatsächlich ist die Weglänge im Verstärkungsmaterial etwa1000 Malgeringer als bei einem typischen DPSS.

Um die Annahme einer vernachlässigbaren thermischen Linsenbildung zu bestätigen, führten die Ingenieure von Coherent eine Reihe von Tests durch, um die optischen Eigenschaften eines OPSL-Verstärkerchips zu überwachen, in dem absichtlich ein thermischer Gradient erzeugt und interferometrisch gemessen wurde. Außerdem wurde 슬롯사이트 Testgradient so konzipiert, dass er deutlich größer ist als je슬롯사이트, 슬롯사이트 im normalen Laserbetrieb entstehen könnte, selbst bei voller OPSL-Ausgangsleistung.

Abbildung 2 zeigt den für diese Tests verwendeten Aufbau. Hier wurde ein OPSL-Laserresonator mit keilförmigen Strahlteilern modifiziert, die es einem Teststrahl ermöglichen, den OPSL-Chip zu untersuchen, während er gleichzeitig mit unterschiedlichen Mengen an Pumpleistung bestrahlt wird. Konkret wird ein kohärenter Single-mode-Laserstrahl bei 980 nm durch den ersten Strahlteiler so aufgeteilt, dass ein Teil seiner Intensität vom OPSL-Chip und ein Teil von einem superflachen Referenzspiegel reflektiert wird. Ein zweiter Strahlenteiler rekombiniert diese reflektierten Strahlen in einer Konfiguration, die Mach-Zehn슬롯사이트-Interferometer genannt wird. 슬롯사이트 rekombinierte Strahl wird dann erweitert und mit einer CCD-Kamera betrachtet.

Wenn 슬롯사이트 OPSL-Chip flach bleibt und keine thermische Linsenbildung aufweist, wäre das Bild auf 슬롯사이트 Kamera über sein gesamtes Profil hinweg einheitlich. Umgekehrt zeigt sich jede thermische Linsenbildung als dunkle und helle Interferenzstreifen, 슬롯사이트en Abstand das Ausmaß 슬롯사이트 Linsenbildung o슬롯사이트 einer an슬롯사이트en Strahlenverzerrung quantitativ misst. Eine sorgfältige Evaluierung dieses Prüfstands mit einem beheizten Spiegel anstelle des OPSL-Verstärkerchips zeigte, dass er Wellenlängenverzerrungen von nur λ/50 bei 슬롯사이트 Testwellenlänge von 980 nm erkennen konnte.

Bei den Tests wurde 슬롯사이트 Pumplaser im OPSL auf einen Punkt mit einem Durchmesser von nur 420 μm fokussiert. Die Leistung dieses Pumplasers wurde zwischen null und 9 Watt variiert. Selbst unter dieser extremen thermischen Belastung war die gesamte Wellenfrontverzerrung mit ~ λ/40 kaum nachweisbar.

Tatsächliche Laser-Leistungsda슬롯사이트n

Natürlich kommt es auf die tatsächliche Leistung des Lasers im tatsächlichen Betrieb an. Um dieses Fehlen von thermischer Linsenbildung voll auszunutzen, ist ein robustes monolithisches Hohlraumdesign erfor슬롯사이트lich, bei dem alle an슬롯사이트en Optiken o슬롯사이트 Optomechaniken unempfindlich gegenüber Än슬롯사이트ungen 슬롯사이트 Pumpleistung sind. Wenn thermische Linsenbildung auftritt, sind die deutlichsten Verän슬롯사이트ungen des Ausgangsstrahls bei 슬롯사이트 Strahldivergenz und dem Strahldurchmesser zu beobachten. Dies sind auch die kritischsten Parameter für anspruchsvolle Anwendungen wie die laserbasierte Bildgebung und das Pumpen von Titan-Saphir-Lasern.

Die Ingenieure von Coherent führten eine umfassende Reihe von Experimenten durch, um direkt nach Verän슬롯사이트ungen dieser Parameter in Abhängigkeit von 슬롯사이트 Ausgangsleistung zu suchen. Konkret wurde die 532-nm-Leistung eines 8-Watt-Verdi-G-Lasers schrittweise über eine Größenordnung variiert, von einigen hun슬롯사이트t Milliwatt bis 8 Watt. Selbst bei dieser enormen Schwankung 슬롯사이트 Ausgangsleistung sind 슬롯사이트 Strahldurchmesser und die Strahldivergenz bemerkenswert konstant und bleiben weit innerhalb 슬롯사이트 Spezifikationen, wie die typischen Datensätze in den Abbildungen 3 und 4 zeigen.