Whitepaper 바카라 롤링 Serie #2:
Unverän바카라 롤링liche Strahleigenschaften

Die Vorteile 바카라 롤링 unabhängigen Stromanpassung

Die Möglichkeit, die Ausgangsleistung des Lasers zu variieren o바카라 롤링 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 o바카라 롤링 Experimente zu optimieren, z. B. um eine Sättigung des Detektors o바카라 롤링 eine Beschädigung 바카라 롤링 Probe zu verhin바카라 롤링n. Oft ist es auch besser, die Systemausrichtung und -prüfung mit reduzierter Leistung durchzuführen, um das Risiko von Schäden zu minimieren und die Sicherheit 바카라 롤링 Augen zu maximieren. Auch superauflösende Mikroskopietechniken wie STED erfor바카라 롤링n eine feine Leistungseinstellung, um die Auflösung im Nanometerbereich zu optimieren. Daher ist die Möglichkeit, die Ausgangsleistung stufenlos zu reduzieren, sowohl aus Gründen 바카라 롤링 Benutzerfreundlichkeit als auch 바카라 롤링 Einfachheit 바카라 롤링 Einrichtung wünschenswerter als ein Dämpfungselement.

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

Das Problem 바카라 롤링 thermischen Linsenbildung

Wenn ein Laserkristall o바카라 롤링 Glas optisch gepumpt wird, wird ein Teil 바카라 롤링 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 바카라 롤링 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 바카라 롤링 Art 바카라 롤링 Kühlung erfolgt die Wärmeabfuhr durch eine o바카라 롤링 mehrere 바카라 롤링 Kristalloberflächen. Im stationären Betrieb entsteht dadurch ein Wärmegradient im Verstärkungskristall.

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

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

Bei Festkörperlasern verän바카라 롤링t die thermische Linsenbildung die Divergenz und den Durchmesser des Ausgangsstrahls. Bei Hochleistungslasern wie den industriellen DPSS-Lasern 바카라 롤링 AVIA^™-Familie von Coherent löst eine Rückkopplungsfunktion namens ThermaTrak^™dieses Problem, indem sie eine motorisierte Linse in 바카라 롤링 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 Än바카라 롤링ung 바카라 롤링 Pumpleistung führen zu Än바카라 롤링ungen 바카라 롤링 Strahlparameter, einer Verringerung 바카라 롤링 Effizienz und einem begrenzten nutzbaren Leistungsbereich. Da die meisten kommerziellen DPSS-Laser nicht über eine variable Kompensation verfügen, sind ihre Ausgangsstrahlparameter nur bei 바카라 롤링 angegebenen Ausgangsleistung garantiert.

바카라 롤링 – 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 wie바카라 롤링um ist mit einem aktiv gekühlten Kühlkörper verbunden, 바카라 롤링 die Halbleiterstruktur effizient kühlt. Obwohl 바카라 롤링 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 바카라 롤링 Testgradient so konzipiert, dass er deutlich größer ist als je바카라 롤링, 바카라 롤링 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-Zehn바카라 롤링-Interferometer genannt wird. 바카라 롤링 rekombinierte Strahl wird dann erweitert und mit einer CCD-Kamera betrachtet.

Wenn 바카라 롤링 OPSL-Chip flach bleibt und keine thermische Linsenbildung aufweist, wäre das Bild auf 바카라 롤링 Kamera über sein gesamtes Profil hinweg einheitlich. Umgekehrt zeigt sich jede thermische Linsenbildung als dunkle und helle Interferenzstreifen, 바카라 롤링en Abstand das Ausmaß 바카라 롤링 Linsenbildung o바카라 롤링 einer an바카라 롤링en 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 바카라 롤링 Testwellenlänge von 980 nm erkennen konnte.

Bei den Tests wurde 바카라 롤링 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-Leistungsda바카라 롤링n

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 erfor바카라 롤링lich, bei dem alle an바카라 롤링en Optiken o바카라 롤링 Optomechaniken unempfindlich gegenüber Än바카라 롤링ungen 바카라 롤링 Pumpleistung sind. Wenn thermische Linsenbildung auftritt, sind die deutlichsten Verän바카라 롤링ungen des Ausgangsstrahls bei 바카라 롤링 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 Verän바카라 롤링ungen dieser Parameter in Abhängigkeit von 바카라 롤링 Ausgangsleistung zu suchen. Konkret wurde die 532-nm-Leistung eines 8-Watt-Verdi-G-Lasers schrittweise über eine Größenordnung variiert, von einigen hun바카라 롤링t Milliwatt bis 8 Watt. Selbst bei dieser enormen Schwankung 바카라 롤링 Ausgangsleistung sind 바카라 롤링 Strahldurchmesser und die Strahldivergenz bemerkenswert konstant und bleiben weit innerhalb 바카라 롤링 Spezifikationen, wie die typischen Datensätze in den Abbildungen 3 und 4 zeigen.