Adaptive Laserresonatoren

Bearbeiter M.Sc. Kevin Schmidt

Projektpartner Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW), Universität Stuttgart

 

 

Beschreibung

Hochleistungslaser sind bei zahlreichen Materialbearbeitungsverfahren von zentraler Bedeutung und heute aus der industriellen Fertigung nicht mehr wegzudenken. Die Verwendung adaptiver optischer Elemente innerhalb des Resonators verspricht großes Potenzial insbesondere bei der Kompensation resonatorinterner Störungen, welche Strahlqualität und Effizienz beeinflussen und mittels außerhalb des Resonators angeordneter Elemente nicht oder nur unzureichend korrigiert werden können. Für Hochleistungslaser existieren bislang noch keine Methoden zur Regelung adaptiver optischer Komponenten innerhalb des Resonators.

Die sog. „thermische Linse“, hervorgerufen durch die Erwärmung des laseraktiven Mediums, ist die entscheidende Quelle resonatorinterner Störungen. Die Erwärmung führt einerseits zu thermomechanischen Verformung des laseraktiven Mediums sowie zu einer temperaturabhängigen Änderung des Brechungsindex. Die hierdurch hervorgerufenen Wellenfrontstörungen bewirken eine Veränderung der Resonator-eigenschaften und insbesondere eine leistungsabhängige Beeinflussung der Strahlqualität. Im Grundmodebetrieb wirken sich die hierdurch hervorgerufenen Beugungsverluste stark auf die Effizienz aus. Dieses Verhalten ist in den meisten Fällen unerwünscht und kann nur innerhalb des Resonators korrigiert werden. Neben dem Einstellen der Grundmode (TEM00) soll durch resonatorinterne adaptive Optik auch die Vorgabe und das gezielte Einstellen von Resonatormoden mit definierbaren Eigenschaften, sogenannten „Designermoden“, ermöglicht werden. Dies ermöglicht die Umsetzung von durch konkrete Anwendungen vorgegebenen Laserstrahleigenschaften. Hierzu wird der Spiegel mit einem separaten Laserstrahl anderer Wellenlänge beaufschlagt, für welche der Spiegel absorbierend wirkt und sich somit lokal erwärmt. Durch die Verwendung eines DLP-Chips (Digital Light Processing) kann die Erwärmung mit hoher lokaler Auflösung gesteuert werden.

Projektpartner

Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW), Universität Stuttgart

Publikationen
 Beiträge in Zeitschriften
  • S. Piehler, T. Dietrich, P. Wittmuess, O. Sawodny, M. A. Ahmed & T. Graf“Deformable mirrors for intra-cavity use in high-power thin disk lasers”Optics Express25pp. 4254-42672016doi:10.1364/OE.25.004254
  • P. Wittmuess, S. Piehler, T. Dietrich, M. A. Ahmed, T. Graf & O. Sawodny“Numerical Modelling of Multimode Laser Resonators”Journal of the Optical Society of America B33pp. 2278-22872016doi:10.1364/JOSAB.33.002278
  • P. Wittmuess, C. Tarín, A. Keck, E. Arnold & O. Sawodny“Parametric Model Order Reduction via Balanced Truncation with Taylor Series Representation”IEEE Transactions on Automatic Control (TAC)2016doi:10.1109/TAC.2016.2521361
 
Konferenzbeiträge
  • K. Schmidt, P. Wittmuess & O. Sawodny“Spectral Shift of Cylindrical Heat Equations by Full-State Boundary Feedback”IFAC World CongressToulouse, France2017