Prinzipskizze einer geregelten, internen Frequenzverdopplung
Durch einen Scheibenresonator und ein laseraktives Medium wird ein infraroter Hochleistungslaser erzeugt. In diesen Resonator wird ein nichtlinearer Kristall platziert, welcher durch den Effekt der Frequenzverdoppelung die infrarote in grüne Strahlung konvertiert. Da dieser Effekt exakte Bedingungen erfordert, wird u.a. der Laserstrahl durch deformierbare Spiegel und die Temperatur des Ofens geregelt.
Pneumatisch aktuierte Flächenlastspiegel
Über eine Druckkammer unter der Spiegelmembran kann die Krümmung der Spiegeloberfläche gezielt geregelt werden.
Motivation
Hochleistungslaser sind in verschiedenen Verfahren der Materialbearbeitung unverzichtbar geworden. Hierbei gibt es eine ganze Reihe von Anwendungen, die von Lasern im sichtbaren Spektralbereich profitieren. Beim Schweißen von Kupfer ist beispielsweise die Nutzung von grünem Licht durch die höhere Absorption (ca. 40%) im Vergleich zum infrarotem Licht (ca. 3-5%) deutlich effizienter. Außerdem kann durch die kürzere Wellenlänge in der Mikrobearbeitung z.B. das Bohren kleinerer Durchmesser ermöglicht werden.
Allerdings sind derzeit keine laseraktiven Materialien bekannt, welche die direkte Erzeugung von grüner Laserstrahlung im hohen Leistungsbereich ermöglichen. Deshalb wird für die effiziente Erzeugung grüner Dauerstrichstrahlung der Ansatz der resonatorinternen Frequenzverdopplung von infrarotem Licht mit Hilfe eines nichtlinearen Kristalls gewählt.
Resonatorinterne Frequenzverdopplung
Die Frequenzverdopplung (engl. second harmonic generation) ist ein nichtlinearer optischer Prozess, bei dem zwei Photonen derselben Frequenz mit einem nichtlinearen Material wechselwirken und ein neues Photon mit der doppelten Frequenz erzeugen. Hierzu müssen bestimmte Voraussetzungen, wie z.B. die Phasenanpassung und die Temperatur des Kristalls erfüllt sein.
Da dieser Konversionsprozess durch die Verkopplungen zwischen dem optischem und thermisch-mechanischem System hoch störempfindlich ist, sollen adaptive Optiken und neue Regelungskonzepte genutzt werden, um durch eine Kompensation die Stabilisierung des Betriebs zu ermöglichen.
Adaptive Optiken im Resonator
Im Rahmen des Projekts werden pneumatisch adressierte Spiegel zur Kompensation von Wellenfrontstörungen und zur Einstellung des Strahlradius an einer bestimmten Stelle eingesetzt. Hierbei kann durch eine Druckkammer hinter der Spiegelmembran die Deformation der Spiegeloberfläche gezielt geregelt werden. Diese Deformation ist durch die Dickenverteilung der Membran fest vorgegeben. Außerdem werden im Projekt u.a. piezo-gesteuerte Spiegelhalterungen eingesetzt um eine hochpräzise Regelung der Strahllage zu ermöglichen.
Projektpartner
Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW), Universität Stuttgart
Förderung
Dieses Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert.
Bearbeiter
Stephanie Mrzyglod
M.Sc.Wissenschaftliche Mitarbeiterin