发明内容

本发明的主题

根据本发明，此任务是通过开篇中提到的类型的方法来实现，在该方法中，为了产生具有第一激光脉冲与不同于第一激光脉冲的第二激光脉冲交替的激光脉冲序列，借助控制信号交替地分别不同地操控光调制器以产生相应的第一激光脉冲和相应的第二激光脉冲。

根据本发明提出，代替降低各个激光脉冲的波动(Fluktuationen)，通过以针对性方式交替操控光调制器，使激光谐振器进入强双稳态(starken bistabilen Zustand)，即激光谐振器在分别具有稳定的模式特性或稳定的脉冲能量的两个状态之间振荡。以上描述的时间波动特别发生在其周期持续时间与分别激发的激光水平的荧光寿命相对应的频率范围内(在Yb:YAG的情况下，典型地在几kHz的范围内)。在其他频率范围内，尤其是在<100Hz的非常低的频率或在>1MHz的非常高的频率下，由于两个不同的振荡的模式集，通常不会出现不受操控的波动，因此通常不需要在所述频率范围内以针对性方式交替操控光调制器。产生相应(第一和第二)激光脉冲时的典型(脉冲)频率在大约200Hz和大约1000kHz之间，优选地在大约1kHz和大约100kHz之间。

第一激光脉冲和第二激光脉冲的不同之处典型地在于不同的脉冲能量，尤其是不同的(最大)脉冲幅度。通过这里描述的交替操控光调制器，可以产生其中相应的第一激光脉冲和相应的第二激光脉冲具有小于大约1ns的时间抖动的脉冲序列。激光脉冲序列典型地包括一定数量的、例如高于1000个的激光脉冲，必要时高于大约100000个激光脉冲，这取决于特定于应用的运行持续时间，其例如在工件的激光加工时可以为10秒或更长。通过谐振器的双稳态的运行，即使在高平均功率的情况下，也可以设置：在相应的第一激光脉冲或相应的第二激光脉冲中包含多少能量。此外，相应的第一激光脉冲或相应的第二激光脉冲具有高能量稳定性。

不言而喻，激光脉冲序列附加地可以具有与第一、第二、...激光脉冲交替的第三、第四、...激光脉冲，其中第一、第二、第三、第四、...激光脉冲分别彼此不同。在这种情况下，同样地，用于产生相应的第一、第二、第三、第四、...激光脉冲的光调制器借助控制信号交替地分别不同地操控，并且进行稳定的激光运行，其中所述状态每三个、四个、...激光脉冲就重复。

在一种变型方案中，该方法包括：通过优选地借助布置在激光谐振器外部的另一光调制器抑制第二激光脉冲产生第一激光脉冲的序列。第一激光脉冲与第二激光脉冲之间的区别是任意的，因此上述措辞与措辞“通过抑制第一激光脉冲来产生第二激光脉冲的序列”是等效的。典型地具有更低最大脉冲能量的(第一或第二)激光脉冲的组或序列被抑制。通过抑制(第一或第二)激光脉冲的序列或组使得未被抑制的(第二或第一)激光脉冲的序列的频率减半。为了产生具有期望输出频率的这种激光脉冲序列，因此需要借助其频率对应于期望输出频率的两倍的控制信号来操控光调制器。对第二激光脉冲的抑制或掩蔽优选地通过另一(外部)光调制器来实现，但是也可以必要时以某种其他方式实现。不言而喻，第二激光脉冲的抑制仅仅是可选的，因为这仅当通常具有较低能量或功率的被抑制的激光脉冲在相应应用中具有干扰作用时才是需要的。

在另一变型方案中，光调制器借助具有恒定控制频率的控制信号操控，其中，在控制信号的周期持续时间期间分别产生第一激光脉冲和第二激光脉冲以及可选的第三激光脉冲、第四激光脉冲……。控制信号通常具有典型地在两个或更多个离散信号电平之间切换的信号分布，即信号分布典型地不具有连续分布。为了在周期持续时间期间产生两个激光脉冲要在第一运行状态与第二运行状态之间来回切换两次。对于交替的操控，在第一激光脉冲和第二激光脉冲产生时，可以将以下持续时间选择为不同：控制信号在该周期持续时间期间保持在相应信号电平下。替代地或附加地，为了交替地操控光调制器，也可以将用于产生第一激光脉冲和用于产生第二激光脉冲的相应信号电平选择为不同。光调制器的控制频率优选地在200Hz至1000kHz之间，尤其是在1kHz至100kHz之间。为了在周期持续时间期间产生多于两个的激光脉冲，也可以在第一运行状态与第二运行状态之间切换多于两次。如上文描述的，在这种情况下，信号电平或运行状态的相应品质因数也可以变化。

在一个扩展方案中，将在第一激光脉冲产生时在第一运行状态下光调制器的停留持续时间和在第二激光脉冲产生时在第一运行状态下光调制器的停留持续时间(以及必要时在第三激光脉冲、第四激光脉冲等产生时在第一运行状态下光调制器的停留持续时间)选择为不同。在此变型方案中，将可用于在激光谐振器中建立相应的第一和第二(必要时第三、第四、...)激光脉冲的增益时间选择为不同。

在此变型方案中，尤其在第一激光脉冲产生时和第二激光脉冲产生时，可以将在第一运行状态和第二运行状态下光调制器的总停留持续时间选择为具有相同的长度，即，总停留持续时间分别对应于控制信号的周期持续时间的一半。在这种情况下，在第一激光脉冲/第二激光脉冲产生时在第一运行状态下光调制器的不同停留持续时间不可避免地产生在第一激光脉冲/第二激光脉冲产生时在第二运行状态下光调制器的不同停留持续时间。

在另一扩展方案中，将在第一激光脉冲产生时在第一运行状态和第二运行状态下光调制器的总停留持续时间与在第二激光脉冲产生时在第一运行状态和第二运行状态下光调制器的总停留持续时间选择为不同。在这种情况下，可供用于脉冲建立和相应激光脉冲的耦合输出的周期持续时间是交替的。同样，可以通过这种方式实现激光谐振器的双稳态。

在一个扩展方案中，将在第一激光脉冲产生时的第一品质因数和在第二激光脉冲产生时的第一品质因数选择为不同，和/或将在第一激光脉冲产生时的第二品质因数和在第二激光脉冲产生时的第二品质因数选择为不同。在此情况下，将在第一激光脉冲产生时和第二激光脉冲产生时在第一运行状态和/或第二运行状态下光调制器的损耗(或与损耗的倒数成比例的品质因数)选择为不同。为此目的，用于在相应的第一运行状态和第二运行状态下操控光调制器以产生第一激光脉冲和相应的第二激光脉冲的控制信号具有两个不同的信号电平。通常，如此选择用于产生具有较高脉冲能量的(第一或第二)激光脉冲的信号电平，使得激光谐振器的耦合输出度或损耗为0％，也就是说，激光谐振器在第一运行状态下具有最小损耗。在具有较低脉冲能量的激光脉冲产生时控制信号的信号电平可以根据谐振器的激光介质中的增益来定义。例如，在具有低增益的盘式激光器的情况下，小于大约5％的光调制器损耗足以明显降低腔倒空期间的脉冲能量，而在具有高增益的板条激光器的情况下，可能需要高于大约50％的损耗。

在另一变型方案中，在第一运行状态下产生谐振器的第一品质因数以便在谐振器中建立激光脉冲，并且在第二运行状态下产生更低的第二品质因数以便将激光脉冲从谐振器耦合输出。在此变型方案中，谐振器以腔倒空运行，即在第一运行状态下产生高品质因数以及因此谐振器的低损耗，使得能够建立在第二运行状态下从谐振器耦合输出的激光脉冲或激光功率。

在一个扩展方案中，当达到在谐振器中建立的激光功率的预给定功率阈值时，光调制器从第一运行状态切换到第二运行状态，其中，在第一激光脉冲产生时选择第一强度阈值并且在第二激光脉冲产生时选择不同于第一强度阈值的第二强度阈值。在此变型方案中，从第一运行状态到第二运行状态的切换是通过达到在激光谐振器中建立的激光脉冲的功率的阈值来触发，如引言中引用的US 5,365,532中所述，其全部内容通过援引并入本申请的内容中。在激光谐振器中建立的激光脉冲的功率可以例如借助探测器、例如借助光电二极管来测量。对于功率测量(或等效地在此对于激光谐振器中的激光辐射的强度的测量)，将在激光谐振器中传播的激光辐射功率的固定地预给定的小部分典型地从激光谐振器耦合输出。可以将无论如何都存在于谐振器中的光学部件、例如部分透射的端镜用于耦合输出。

通过对用于从第一运行状态切换到第二运行状态的相应功率或强度阈值的不同选择，激光谐振器同样可以在双稳态下运行，因为在第一激光脉冲和相应的第二激光脉冲的建立期间，选择两个不同的功率阈值导致两个不同的增益持续时间。在这种情况下，也可以借助具有恒定控制频率的控制信号(即，控制信号的周期持续时间是恒定的)来操控光调制器，仅有在不仅第一激光脉冲而且第二激光脉冲产生时从第一运行状态切换到第二运行状态的相应时刻没有被精确地预给定并且分别可能略微波动。不言而喻，原则上还存在以下可能性：当产生第一激光脉冲时，在达到功率阈值时从第一运行状态切换到第二运行状态，并且当产生第二激光脉冲时，固定地预给定从第一运行状态切换到第二运行状态的时刻，或者相反。在此情况下，可以如此选择强度阈值，使得在产生第一激光脉冲时在第一运行状态下的相关停留持续时间与在产生第二激光脉冲时在第一运行状态下的停留持续时间不同。此外，如果从第一运行状态切换到第二运行状态的时刻在产生第二激光脉冲时固定地预给定，则当产生第一激光脉冲时在第一运行状态和第二运行状态下的总停留持续时间(其中通过达到强度阈值来触发从第一运行状态到第二运行状态的切换)可以与当产生第二激光脉冲时在第一运行状态和第二运行状态下的总停留持续时间不同。

在一种替代的变型方案中，在第一运行状态下产生第一品质因数以用于在谐振器的激光活性介质中建立(aufbauen)增益，并且在第二运行状态下产生第二更高的品质因数以用于降低(abbauen)激光活性介质中的增益并且将激光脉冲耦合输出。在此变型方案中，在谐振器中实现传统的品质因数开关，其中，在第一运行状态下在激光活性介质中建立增益直到在激光活性介质中达到最大增益。在第二运行状态下，通过将激光脉冲从谐振器耦合输出而降低增益。

在另一变型方案中，以基频传播的激光功率(Laserleistung)的一部分借助谐振器中的倍频装置被转换成具有两倍基频的激光功率。倍频装置通常涉及构造用于二次谐波产生(SHG)的光学的、典型地双折射的晶体。光学晶体可以涉及例如三硼酸锂(LiB₃O₅)、β硼酸钡(BaB₂O₄)、铌酸钡钠(Ba₂Na(NbO₃)₅)或一些其他合适的光学晶体。二次谐波产生已被证明有利于提高能量稳定性。

本发明的另一方面涉及在引言中提到的类型的设备，其中为了产生具有第一激光脉冲与不同于第一激光脉冲的第二激光脉冲交替的激光脉冲序列，控制装置构造或配置/编程用于借助控制信号交替地分别不同地操控光调制器以产生相应的第一激光脉冲和相应的第二激光脉冲。例如，控制装置可以涉及产生期望的控制信号的控制计算机或电子控制电路(IC、可编程门阵列等)。控制信号(更准确地说其信号分布)为产生第一激光脉冲和产生第二激光脉冲而被不同地构造，如以上结合该方法描述的。控制装置尤其可以构造用于产生呈控制电压形式的控制信号，该控制电压施加到例如呈普克尔斯盒形式的电光调制器的电极。

在一种实施方式中，该设备另外包括用于抑制第二激光脉冲的另一光调制器，所述另一光调制器布置在激光谐振器的外部。光调制器可以构造用于例如使第二激光脉冲从第一激光脉冲的光束路径偏转，如声光调制器的情况。不言而喻，为此目的，第一激光脉冲或第一激光脉冲的光束路径也可以被光调制器偏转，而第二激光脉冲不偏转地穿过该光调制器。必要时，第二激光脉冲也可以通过可快速切换的滤光器、或借助另一电光调制器与用于使第一激光脉冲和第二激光脉冲分离到不同光束路径之间的偏振器的组合的来抑制。仅当第二激光脉冲在需要激光脉冲的相应应用中具有干扰作用时，才需要该另一光调制器。如果是这种情况，则由设备产生的激光脉冲序列的频率减半。在这种情况下，需要以其控制频率是激光脉冲序列的期望频率的两倍的控制信号来操控光调制器。

优选地，控制装置构造或配置/编程用于借助具有恒定控制频率的控制信号来操控光调制器，该控制信号用于在控制信号的周期持续时间期间产生第一激光脉冲和第二激光脉冲。如果控制信号的控制频率在大约1kHz和大约1000kHz之间，优选地在大约1kHz和大约100kHz之间，则是有利的。

在一种实施方式中，控制装置构造用于在第一运行状态下产生谐振器的第一品质因数以便在谐振器中建立激光脉冲，以及在第二运行状态下产生更低的第二品质因数以便将激光脉冲从谐振器耦合输出。如上文结合该方法描述的，在这种情况下谐振器以腔倒空运行。

在另一实施方式中，该设备具有探测器，用于探测在光调制器的第一运行状态下在激光谐振器中建立的激光脉冲的功率。如上面已经描述的，探测器可以涉及例如光电二极管等，其探测在第一运行状态期间从激光谐振器耦合输出的激光辐射的功率。测得的功率可以用于适当地选择耦合输出时刻，即从第一运行状态切换到第二运行状态的时刻(见下文)。

在另一实施方式中，控制装置构造用于在达到在激光谐振器中建立的激光功率的预给定功率阈值时使光调制器在第一运行状态与第二运行状态之间切换，并且控制装置构造用于为了产生第一激光脉冲而预给定第一功率阈值，以及为了产生第二激光脉冲而预给定不同于第一功率阈值的第二功率阈值。在此实施方式中，将当前存在于激光谐振器中的功率的值(该值可以例如以上面结合该方法描述的方式测量)与在第一激光脉冲和第二激光脉冲产生时不同的功率阈值进行比较。通过这种方式也可以产生激光运行的强双稳态。

在另一实施方式中，控制装置构造用于在第一运行状态下产生第一品质因数以用于在谐振器的激光活性介质中建立增益、并且在第二运行状态下产生第二更高的品质因数以用于降低激光活性介质中的增益并且将激光脉冲耦合输出。如上文结合该方法描述的，在这种情况下谐振器以传统品质因数开关来运行。

在另一实施方式中，在谐振器中布置倍频装置，该倍频装置用于将在谐振器中以基频传播的激光辐射的一部分转换为两倍基频下的激光辐射。倍频装置尤其可以涉及非线性晶体，例如双折射晶体。正如在频率转换的情况下通常常见的，在这种情况下对于频率转换也需要相位匹配，所述相位匹配可能需要对光学晶体进行适当的温度调节。

在另一实施方式中，谐振器附加地包括：激光活性介质、尤其偏振选择的耦合输出装置(例如偏振器，用于将激光脉冲从谐振器耦合输出)、以及优选地用于产生固定相位延迟的相位延迟装置。激光活性介质典型地涉及固态介质，例如呈激光晶体的形式，例如呈Yb:YAG、Nd:YAG、Nd:YVO₄…的形式。激光活性(固态)介质可以构造为激光盘、激光棒、激光板条等形式。为了激发激光活性介质，后者典型地借助泵辐射被泵浦，为此目的该设备可以包括泵浦光源，例如泵浦激光源。

腔倒空和品质因数开关也可以在没有相位延迟装置的情况下实现，例如如果声光调制器用作光调制器。但是，由光学调制器和必要时附加延迟板组成的延迟装置通常用于腔倒空。在此，调制器产生随时间可变的相位延迟，而延迟板产生固定地预给定的相位延迟。延迟板可以涉及例如λ/4延迟板(或在环形激光器的情况下为λ/2板)，但其他延迟也是符合目的的。延迟装置通常在第二运行状态下产生其最大相位延迟，这导致激光辐射在两次穿越通过延迟装置时被最大延迟，使得激光脉冲可以在偏振选择的耦合输出装置处从激光谐振器耦合输出。在具有λ/4延迟板的线性谐振器的情况下，激光辐射的偏振在两次通过该延迟时可以旋转90°，这对应于最大耦合输出。偏振选择的耦合输出装置可以涉及例如薄膜偏振器，其透射具有第一偏振方向的激光辐射并且反射具有垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的激光辐射。其他类型的偏振器也可以用作激光谐振器中的偏振选择的耦合输出装置，例如由双折射介质组成的偏振器，该偏振器能够实现双折射介质中的偏振分量(s偏振和相应的p偏振)的射束偏移，从而能够实现偏振分量的分离等。用于产生固定相位延迟的延迟装置防止谐振器在故障情况下(即在光调制器故障的情况下)关闭，使得激光脉冲不能被耦合输出并被进一步放大，直到它损坏谐振器中的部件。在此如此选择延迟装置的固定相位延迟，使得在故障的情况下(即在光开关故障的情况下)，激光脉冲自动耦合输出。

具有偏振选择的耦合输出装置和必要时具有固定相位延迟的延迟装置的谐振器也可以以传统的品质因数开关来运行。在此情况下，激光脉冲可以在没有偏振选择的情况下从谐振器耦合输出，其方式例如是：将激光脉冲在呈部分透射耦合输出镜(例如部分透射端镜)形式的耦合输出装置处从谐振器耦合输出。在此情况下，谐振器中的损耗由光调制器和偏振选择性元件产生。

本发明的其他优点从描述和附图中显现。同样，上述特征和下文进一步呈现的特征可以自身分别单独使用或以任何期望的组合作为多个使用。所示出和描述的实施例不应被理解为详尽的列表，而是具有用于概述本发明的示例性特征。