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Rein optische Depolarisations-Kompensation in beidseitig gekühlten Hochenergie-Scheibenlaser-Systemen

Kurzfassung

Durch eine geschickte Gestaltung der Laserscheibe selbst kann die Depolarisation durch die beidseitig anliegenden Wärmespreizer neutralisiert werden. So entsteht ein sehr effizientes Kühlsystem für Scheibenlaser-Systeme.

Hintergrund

Die Kühlung von Scheibenlasern kann mittlerweile sehr effizient über einen symmetrischen Aufbau der Wärmespreizer realisiert werden.

Problemstellung

Bei der Verwendung symmetrischer Kühlsysteme gibt es Hürden, wie eine Depolarisation in den Diamant-Wärmespreizern im Bereich von 0,3 bis 0,7 % – ein entscheidender Faktor in Bezug auf die Leistung und die Flexibilität bzgl. verwendbarer Lasermedien (wie bspw. Titan-Saphir-Laser). Die Depolarisation wird durch die thermischen sowie mechanischen Spannungen hervorgerufen, die beim Anlegen der beidseitigen Wärmespreizer zwangsläufig auftreten.

Lösung

Durch die auftretenden Spannungen wird aus den beiden natürlicherweise isotropen Diamanten (primären Wärmespreizern) doppeltbrechende Elemente. In Kombination mit der inhärent doppeltbrechenden Laserscheibe kommt es also nach vollständigem Strahldurchgang zu einer Depolarisation. Die effizienteste Art und Weise, diesen Effekt zu kompensieren, ist die Nutzung der bereits vorhandenen optischen Elemente, in diesem Fall der Laser-Scheibe selbst. Dazu wird diese durch die Wahl ihrer Dicke als lambda/2-Verzögerungsplatte ausgelegt. Die passierende Strahlung wird also um die halbe Wellenlänge verzögert; die Hauptachsen der Brechung orientieren sich dabei parallel bzw. senkrecht zum linear polarisierten Strahl, der auf diese Weise in unverändertem Polarisationszustand die Scheibe passiert, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen. Durch das Passieren des zweiten primären Elements wird die Polarisation erneut umgekehrt. Nach beiden Durchgängen durch die drei Elemente ist die Depolarisation praktisch vollständig kompensiert.
Voraussetzung für diese Methode ist eine präzise Fertigung der drei Elemente; erste Funktionsmuster wurden bereits erfolgreich hergestellt und getestet.

Schematische Darstellung des Strahldurchgangs bzw. Polarisationseigenschaften der drei transparenten Elemente Wärmespreizer (1 und 2) und Laser-Scheibe (L).
Schematische Darstellung des Strahldurchgangs bzw. Polarisationseigenschaften der drei transparenten Elemente Wärmespreizer (1 und 2) und Laser-Scheibe (L).

Vorteile

  • Effizienzsteigerung von symmetrisch gekühlten Scheibenlasern
  • Nutzung bereits vorhandener optischer Komponenten (gezielte Nutzung der Eigenschaften vorhandener Elemente)
  • Depolarisations-Kompensation > 90 %

Anwendungsbereiche

Zur Erweiterung des Spektrums nutzbarer laseraktiver Materialien für die kompakten Scheibenlaser-Systeme konnten bereits erhebliche Fortschritte durch die Implementierung einer symmetrischen Kühlung erzielt werden. Nun sorgt zusätzlich eine Depolarisations-Kompensation dafür, dass Verluste durch Brechungseffekte in den Diamant-Wärmespreizern vermieden werden.

Exposé
Kontakt
Dr.-Ing. Michael Ott
TLB GmbH
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Telefon +49 721-79004-0
ott(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Validierung / TRL4
Patentsituation
EP 3309914 A1 anhängig
US 2018/0219347 A1 anhängig
Referenznummer
15/058TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.