WO2009037031A1 - Laser device, and method for the operation thereof - Google Patents

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Heiko Ridderbusch
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01S3/1618—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth ytterbium

Definitions

  • the invention relates to a laser device having at least one passive laser circuit having laser-active solid.
  • the invention further relates to an operating method for a laser device of the aforementioned type in which pumping light is applied to the laser device in order to generate a laser pulse.
  • Such laser devices and operating methods are known and have, for example, a neodymium (Nd) -doped laser material.
  • the neodymium-doped laser material has the disadvantage of a relatively low fluorescence lifetime, so that the storage of energy supplied by pumping light is very limited.
  • laser devices with ytterbium (Yb) -doped laser material are known. These laser materials, in cooperation with a passively Q-switched laser system, have the disadvantage that relatively high pumping light intensities are required to emit a laser pulse after a desired period of time.
  • the laser-active solid has at least a first region and a second region, wherein the first region has a first cross section for the stimulated emission, which is different from a second cross section for the stimulated emission of the second area. That is, according to the invention, the probability that stimulated emission of photons occurs in the first region of the laser active material is different from a corresponding probability for the second region of the laser active material.
  • This deliberately induced asymmetry with regard to the cross section for the stimulated emission is advantageously exploited to store in the laser active region, which has a lower cross section for the stimulated emission, for example in the first region, a relatively large amount of energy, which is the first region in Form of a pump light is supplied. Since the laser-active material of the first region according to the invention has a relatively low cross section for the stimulated emission, the energy of a corresponding inversion density irradiated via the pump light can be stored without a saturable absorber of the passive Q-switching already fading thereby initiating the laser operation.
  • the laser-active material of the second region has a relatively large stimulated emission cross section, so that in contrast to the first region, stimulated emission is more likely to occur upon application of pump light. Accordingly, by the optical pumping of the second laser-active region, the laser operation in the laser device according to the invention can be triggered as it were, and as soon as the saturable absorber of the passive Q-circuit is faded, finally, the energy stored in the first region, which corresponds to a correspondingly high inversion density , degrade in the form of a laser pulse.
  • the first region has an ytterbium-doped host material, while the second region has a neodymium-doped host material.
  • the first region may have an ytterbium doping of up to 20 atomic percent
  • the second region may have a neodymium doping of up to 2.5 atomic percent.
  • At least one non-laser-active, in particular undoped, region which on the one hand is used for mechanical spacing, e.g. the sensitive coupling mirror and output mirror of the laser device of areas with laser-active material is used, which heats up accordingly when exposed to pump light.
  • the sensitive coupling mirror and output mirror of the laser device of areas with laser-active material is used, which heats up accordingly when exposed to pump light.
  • the provision of undoped regions according to the invention enables a further degree of freedom in the geometric design of the laser device according to the invention, which is reflected in FIG known manner also affects the pulse duration of the laser pulses generated.
  • the laser device can advantageously be monolithic, that is, all the laser-active regions and optionally the passive Q-switching and the undoped regions are integrally formed.
  • the laser device according to the invention may also have a plurality of discrete components.
  • a saturable absorber of the passive Q-switching is arranged between different laser-active regions and / or between a laser-active region and an undoped region.
  • This variant of the invention advantageously enables an individual direct irradiation of pump light into the respective laser-active region and a temporary optical separation of the regions from one another by the Q-switching. That is, the pumping light provided for a first area does not first have to pass through another area before it can act on the first area.
  • an operating method according to claim 9 is given.
  • the method according to the invention provides that a first region of the laser-active solid, which has a first cross-section for the stimulated emission, is optically pumped before a second region of the laser-active solid, which has a second cross-section for the stimulated emission, wherein the second cross-section is greater than the first cross-section, which at the same time an efficient storage of energy in the first region and a temporally flexible generation of a laser pulse is made possible.
  • a first pump start time which defines the start of a pumping operation of the first area, is preferably before a second pump start time, which defines the beginning of a pumping operation of the second area, so that a particularly high amount of energy can be supplied to the laser device according to the invention by the pumping operation of the first area. before the generation of the laser pulse is finally triggered by the pumping of the second region.
  • the time interval between the first pump start time and the second pump start time and / or further parameters of the pumping process in question, in particular an intensity and / or a temporal course of the pump light used can be selected such that the passive one Q-switching due to the pumping of the first area does not already undergo a significant change in their transmission properties, in particular does not allow a laser operation in the laser device.
  • pump light of different wavelengths can be used to optically pump the various laser active regions efficiently.
  • the laser device according to the invention can advantageously be used for the construction of a laser-based ignition device for an internal combustion engine of a motor vehicle or a stationary motor, or generally for all other applications in which laser pulses with high pulse energy must be provided temporally flexible.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the laser device according to the invention
  • FIG. 2a to 2c show a time course of different operating variables of the laser device according to the invention according to FIG. 1, FIG.
  • FIGS. 3a to 3c show different variants of a second embodiment of the laser device according to the invention
  • FIG. 5 shows an ignition device for an internal combustion engine with the invention
  • FIG. 1 schematically shows a first embodiment of the laser device 26 according to the invention.
  • the laser device 26 has a laser-active solid 44, which is also designated as a Q-switch passive Q-switching 46 is optically downstream.
  • the laser-active solid 44 forms here, together with the passive Q-switching circuit 46 and the coupling mirror 42 arranged on the left thereof in Figure 1 and the Auskoppelapt 48, a laser oscillator whose oscillatory behavior depends on the passive Q-switching 46 and thus at least indirectly controllable in a conventional manner is.
  • the laser device according to the invention or the laser-active solid 44 is acted upon by the coupling mirror 42 with pumping light 60a, 60b which is generated in a remotely located pumping light source 30 (FIG. 5) and by the optical waveguide device 28 to the laser device 26 is transmitted.
  • the pumping light 60a, 60b excites electrons in the laser-active solid 44 and thus leads to a known population inversion.
  • the coupling mirror 42 has a relatively large transmission coefficient for the pumping light 60a, 60b.
  • the passive Q-switching circuit 46 While the passive Q-switching circuit 46 has its basic state in which it has a relatively low transmission coefficient, laser operation is avoided in the laser-active solid 44 or in the solid 44, 46 bounded by the coupling-in mirror 42 and the output mirror 48. However, as the pumping time increases, that is to say during continued application of the pumping light 60a, 60b, the radiation intensity in the laser oscillator 42, 44, 46, 48 also increases, so that the passive Q-switching circuit 46 finally fades. That is, its transmission coefficient increases, and laser operation in the laser oscillator 42, 44, 46, 48 begins.
  • the laser pulse 24 is then decoupled from the laser oscillator 42, 44, 46, 48 by the outcoupling mirror 48 arranged on the right in FIG. 1 and is for example used in a laser-based ignition device 27 (FIG. 5) for an internal combustion engine 10 for igniting a combustion chamber 14 the internal combustion engine 10 located air / fuel mixture usable.
  • the laser pulse 24 can be coupled into the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10, for example, by a corresponding optical fiber device or directly by a combustion chamber window arranged downstream of the output mirror 48.
  • a focusing optics for focusing the laser pulse 24 on an ignition point may possibly also be present, in particular also integrally formed with the combustion chamber window.
  • the laser-active solid 44 of the laser device 26 has at least two regions 44a, 44b of laser-active material which have mutually different cross-sections ⁇ a, ⁇ b for the stimulated emission. That is to say, the probability that stimulated emission of photons occurs, for example when exposed to the pump light 60a, 60b, is different from a corresponding probability for the second region in the first region 44a, given otherwise identical boundary conditions such as pump light intensity, etc. 44b.
  • This particular difference of the regions 44a, 44b is used according to the invention to store in the first region 44a pumping energy in the form of a correspondingly high inversion density, the pumping energy being supplied to the region 44a in the form of the first pumping light 60a. Since the laser-active material of the first region 44a according to the invention has a relatively small cross-section ⁇ a for the stimulated emission, relatively much energy can be stored in the region 44a in this way without a saturable absorber of the passive Q-switching circuit 46 already fading thereby prematurely Laser operation initiates.
  • the laser-active material of the second region 44b has a relatively large effective cross-section ⁇ b> ⁇ a for the stimulated emission, so that, in contrast to the first region 44a, a stimulated emission is more likely to occur when the second region 44b is exposed to the second pump light 60b ,
  • the above-described combination of the laser materials used according to the invention for the two areas 44a, 44b advantageously makes it possible to store energy supplied by pumping light 60a in the first area 44a, while by acting on the second area 44b with pumping light 60b a short-term, targeted Bleaching of the saturable absorber of the passive Q-switching 46 is possible.
  • the application of pumping light 60b to the second region 44b is used according to the invention to specify the time of onset of the laser operation and thus the generation of the laser pulse 24.
  • the optical pumping of the second region 44b thus serves as a kind of "trigger" for the laser operation.
  • a first laser pulse first arises.
  • the inversion density built up to that point in the first region 44a can subsequently be reduced, which takes place in the form of a second laser pulse.
  • the time interval of the two laser pulses is comparatively small and is for example in the range of microseconds or less.
  • the first laser pulse generated by the second region 44b has a comparatively low pulse energy, while the laser pulse generated by the first region 44a has a comparatively high pulse energy.
  • FIGS. 2a, 2b, 2c illustrate the operating method according to the invention described above.
  • FIG. 2 a shows the time profile of the transmission coefficient T of the saturable absorber contained in the passive Q-switching circuit 46 (FIG. 1).
  • the optical pumping of the laser-active material of the first region 44a begins first with the pump light 60a provided for this purpose (FIG. 1).
  • FIG. 1 A corresponding increase in the inversion density Na in the region 44a can also be seen from FIG. 2c.
  • optical pumping of the laser-active material of the second region 44b begins with the pumping light 60b (FIG. 1) provided for this purpose at the second pump start time t ⁇ 'according to FIG. A corresponding increase in the inversion density Nb in the region 44b can be seen from FIG. 2b.
  • the transmission coefficient T maintains its output value TO until approximately the time t1. From the time t1, the intensity of the stimulated emitted radiation in the second region 44b is sufficiently large to cause the saturable absorber to fade and thus increase the transmission coefficient T (FIG. 2a), so that the inversion density Nb degrades as shown in FIG. 2b which results in the generation of the first laser pulse 24 1 at time t2.
  • the inversion density Na which has since been built up in the first region 44a, can also be reduced, which leads to the generation of the second laser pulse 24 2 at the time t3.
  • the time interval between the first pump start time t ⁇ and the second pump start time t ⁇ 'and / or further parameters of the relevant pumping operation in particular an intensity and / or generally a time profile of the pumping light 60a used, 60b, chosen such that the passive Q-switching 46 does not already undergo a significant change in its transmission properties as a result of the pumping of the first region 44a, in particular does not permit laser operation in the laser device 26, so that a maximum amount of energy can be stored in the first region 44a, before the corresponding laser pulse 24 2 ( Figure 2c) is generated.
  • FIG. 3 a shows an embodiment comparable to the laser device 26 already illustrated in FIG.
  • the laser-active material of the first region 44a is an ytterbium-doped host material, while the second region 44b is a neodymium-doped host material.
  • the ytterbium doping of the first region 44a can advantageously be up to 20 atomic percent, while the second region 44b has a neodymium doping of up to 2.5 atomic percent.
  • FIG. 3b An alternative embodiment of the laser device 26 according to the invention is shown in FIG. 3b.
  • the laser device 26 shown in FIG. 3b has a different sequence of the regions 44a, 44b.
  • the second region 44b is now arranged directly downstream of the coupling-in mirror 42, and the second region 44b is followed, according to FIG. 3b, by the first region 44a.
  • FIG. 3c Another very advantageous variant of the invention is illustrated in FIG. 3c.
  • the passive Q-switching 46 is located between the regions 44a, 44b.
  • This configuration advantageously makes it possible for the pump light 60a, 60b provided for the respective region 44a, 44b to be irradiated longitudinally, in particular on opposite end sides of the laser device 26, such that the respective region 44a, 44b is directly illuminated by the pumping light 60a, 60b associated therewith can be applied.
  • a corresponding pumping light supply is symbolized in Figure 3c by the arrows 60a, 60b.
  • generated laser pulses can be coupled out either to the right or to the left depending on the design of the mirrors 42, 48.
  • the mirror in question must be designed to be partially reflective of the wavelength of the laser pulses.
  • FIG. 4a shows a further advantageous embodiment of the laser device 26 according to the invention, in which, in addition to the regions 44a, 44b of laser-active material, an undoped region 50a is also provided, which accordingly is not laser-active.
  • the insertion of such an undoped region 50a into the laser device 26 according to the invention advantageously provides, firstly, a degree of freedom with regard to the geometric length of the device 26 to be achieved.
  • the pulse duration of the generated laser pulses 24 1, 24 2 is directly associated with this in a manner known to those skilled in the art.
  • a further advantage of the undoped region 50a between the coupling-in mirror 42 and the second region 44b is that the region 44b which heats up under the influence of pumping light 60b is spaced from the coupling-in mirror 42 by the thickness of the undoped region 50a, for example as a thin dielectric layer is formed and, accordingly, is sensitive to high temperatures.
  • the undoped region 50a may advantageously be arranged such that it effects an at least partial thermal decoupling or an influencing of the heat conditions in the laser device 26.
  • FIG. 4b shows a further advantageous variant of the laser device 26 according to the invention, in which two undoped regions 50a, 50b are provided in such a way that they are optically arranged upstream and downstream of the second laser-active region 44b.
  • FIG. 4 c shows a further variant of the invention, in which a total of three undoped regions 50 a, 50 b, 50 c are provided.
  • a saturable absorber provided in the passive Q-switching circuit 46 of the laser device 26 according to the invention can comprise, for example, Cr 4+ or V 3+ -doped garnets such as YAG, GGG, GSGG, LuAG, YSGG and have an initial transmission TO (FIG is less than 5%, and less than 99.5%.
  • the coupling-in mirror 42 has, for example, antireflection coatings for the wavelengths around 808 nm and around 940 nm, so that the corresponding pump light 60a, 60b can be coupled into the laser device 26.
  • the coupling-in mirror 42 further comprises highly reflective coatings for the wavelengths around 1030 nm and around 1064 nm.
  • the outcoupling mirror 48 can advantageously have, for example, dielectric layers with a partial reflectivity of around 1030 nm and around 1064 nm of from approximately 20% to approximately 99%.
  • the output mirror 48 is further preferably highly reflective for wavelengths of about i nm and about 940 nm. According to the invention, such a configuration is advantageously optically pumped with pumping light 60a, 60b of the wavelengths around 808 nm and around 940 nm. As already described above, it is not necessary for the realization of the principle according to the invention that a pump start time t ⁇ , t ⁇ 'of the two pumping light wavelengths coincide ,
  • the associated coupling-in mirror 42 is to be provided with an antireflection layer of approximately 885 nm in order to enable coupling of the pumping light 60b into the laser device 26.
  • the output mirror 48 optionally has a highly reflective layer for about 885 nm in the present configuration.
  • the invention it is also conceivable to integrate a plurality of saturable absorbers (not shown) into the laser device 26 in order to realize the functionality of the passive Q-switch 46.
  • the saturable absorbers may be provided at different locations of the laser device 26, the aggregate initial transmission TO again corresponding to the initial transmission specified above by way of example.
  • FIG. 5 schematically shows an ignition device 27 for an internal combustion engine 10, in which the laser device 26 according to the invention and the operating method according to the invention described above are used to generate laser pulses 24 which serve to ignite an air / fuel mixture located in the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 comprises a plurality of cylinders, of which only one is designated by the reference numeral 12 in FIG.
  • a combustion chamber 14 of the cylinder 12 is limited by a piston 16.
  • Fuel enters the combustion chamber 14 directly through an injector 18, which is connected to a designated also as a rail or common rail fuel pressure accumulator 20.
  • injected fuel 22 is ignited by means of the above-described high-energy laser pulse 24 and 24 2, which is radiated from the laser device 26 of the ignition device 27 according to the invention in the combustion chamber 14, see. also Figure 2c.
  • the laser device 26 is fed via an optical waveguide device 28 with the pumping light 60a, 60b (FIG. 1) of different wavelengths, which is provided by the pumping light source 30.
  • the pump light source 30 is controlled by a control and regulating device 32, which also controls the injector 18.
  • the pumping light source 30 may comprise one or more semiconductor diodes (not shown), which output pumping light 60a, 60b of corresponding intensity to the laser device 26 via the optical waveguide device 28 as a function of a control current.
  • semiconductor laser diodes and other small-sized pump light sources are preferably used for use in the automotive field, any type of pump light source is principally usable for the operation of the ignition device 27 according to the invention.
  • the laser device 26 can advantageously be used to construct a laser-based ignition device 27 for an internal combustion engine of a motor vehicle or a stationary engine / large gas engine, or generally for all other applications in which laser pulses 24 2 must be provided flexibly in time with high pulse energy.
  • the materials for the laser-active regions 44a, 44b are selected such that their cross-sections ⁇ a, ⁇ b for the stimulated emission differ significantly, in particular by up to one order of magnitude.
  • the laser material having the smaller stimulated emission cross section has i.d.R. a correspondingly large fluorescence lifetime and vice versa. Accordingly, the laser material having the smaller stimulated emission cross section can be ideally used as the energy storage which enables the generation of high pulse energy laser pulses 24 2.
  • the laser pulses 24 2 are preferably used as ignition pulses.
  • the laser material which has the larger cross section for the stimulated emission is advantageously used as a trigger for initiating the laser operation as described, since it can cause almost instantaneously required for laser operation state change of the passive Q-switching with appropriate Pumplichtbeetzschlagung.
  • vanadates such as, for example, is also possible.
  • YVO, GdVO and other host materials possible.

Abstract

The invention relates to a laser device (26) comprising at least one laser-active solid-state material (44) that has a passive Q-switch (46). According to the invention, the laser-active solid-state material (44) encompasses at least one first area (44a) and a second area (44b). The first area (44a) has a first effective cross-section (σa) for stimulated emission, said cross-section (σa) being different from a second effective cross-section (σb) for stimulated emission of the second area (44b).

Description

Beschreibung description
Titeltitle
Lasereinrichtung und Betriebsverfahren hierfürLaser device and operating method for this
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Lasereinrichtung mit mindestens einem eine passive Güteschaltung aufweisenden laseraktiven Festkörper.The invention relates to a laser device having at least one passive laser circuit having laser-active solid.
Die Erfindung betrifft ferner ein Betriebsverfahren für eine Lasereinrichtung der vorstehend genannten Art, bei dem die Lasereinrichtung mit Pumplicht beaufschlagt wird, um einen Laserimpuls zu erzeugen.The invention further relates to an operating method for a laser device of the aforementioned type in which pumping light is applied to the laser device in order to generate a laser pulse.
Derartige Lasereinrichtungen und Betriebsverfahren sind bekannt und weisen beispielsweise ein Neodym (Nd)-dotiertes Lasermaterial auf. Das Neodym-dotierte Lasermaterial besitzt den Nachteil einer verhältnismäßig geringen Fluoreszenzlebensdauer, so dass die Speicherung von mittels Pumplicht zugeführter Energie stark begrenzt ist. Darüberhinaus sind Lasereinrichtungen mit Ytterbium (Yb)- dotiertem Lasermaterial bekannt. Diese Lasermaterialien besitzen in Zusammenwirkung mit einem passiv gütegeschalteten Lasersystem den Nachteil, dass verhältnismäßig hohe Pumplichtintensitäten erforderlich sind, um einen Laserimpuls nach einer gewünschten Zeitdauer zu emittieren.Such laser devices and operating methods are known and have, for example, a neodymium (Nd) -doped laser material. The neodymium-doped laser material has the disadvantage of a relatively low fluorescence lifetime, so that the storage of energy supplied by pumping light is very limited. In addition, laser devices with ytterbium (Yb) -doped laser material are known. These laser materials, in cooperation with a passively Q-switched laser system, have the disadvantage that relatively high pumping light intensities are required to emit a laser pulse after a desired period of time.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lasereinrichtung und ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine verbesserte Möglichkeit zur Speicherung von mittels Pumplicht zugeführter Energie gegeben ist, ohne den Betrieb, insbesondere die flexible Erzeugung und die kurzfristige Bereitstellung, von Laserimpulsen, zu beeinträchtigen.Accordingly, it is an object of the present invention to improve a laser device and an operating method of the type mentioned in that an improved possibility for storing energy supplied by pumping light is given, without the operation, in particular the flexible generation and the short-term provision of laser pulses to affect.
Diese Aufgabe wird bei der Lasereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der laseraktive Festkörper mindestens einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich einen ersten Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission aufweist, der verschieden ist von einem zweiten Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission des zweiten Bereichs. Das heißt, erfindungsgemäß ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine stimulierte Emission von Photonen auftritt, in dem ersten Bereich des laseraktiven Materials verschieden von einer entsprechenden Wahrscheinlichkeit für den zweiten Bereich des laseraktiven Materials. Diese bewusst herbeigeführte Unsymmetrie hinsichtlich des Wirkungsquerschnitts für die stimulierte Emission wird erfindungsgemäß vorteilhaft dazu ausgenutzt, um in demjenigen laseraktiven Bereich, der einen geringeren Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission aufweist, beispielhaft im ersten Bereich, eine verhältnismäßig hohe Energiemenge zu speichern, die dem ersten Bereich in Form eines Pumplichts zugeführt wird. Da das laseraktive Material des ersten Bereichs erfindungsgemäß einen verhältnismäßig geringen Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission aufweist, kann die über das Pumplicht eingestrahlte Energievermögen einer entsprechenden Inversionsdichte gespeichert werden, ohne dass hierbei bereits ein sättigbarer Absorber der passiven Güteschaltung ausbleicht und dadurch den Laserbetrieb einleitet. Das laseraktive Material des zweiten Bereichs weist erfindungsgemäß einen verhältnismäßig großen Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission auf, so dass im Gegensatz zu dem ersten Bereich eine stimulierte Emission bei der Beaufschlagung mit Pumplicht mit größerer Wahrscheinlichkeit auftritt. Dementsprechend kann durch das optische Pumpen des zweiten laseraktiven Bereichs der Laserbetrieb in der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung gleichsam angetriggert werden, und sobald der sättigbare Absorber der passiven Güteschaltung ausgeblichen ist, kann sich schließlich auch die in dem ersten Bereich gespeicherte Energie, die mit einer entsprechend hohen Inversionsdichte korrespondiert, in Form eines Laserimpulses abbauen.This object is achieved in the laser device of the aforementioned type according to the invention that the laser-active solid has at least a first region and a second region, wherein the first region has a first cross section for the stimulated emission, which is different from a second cross section for the stimulated emission of the second area. That is, according to the invention, the probability that stimulated emission of photons occurs in the first region of the laser active material is different from a corresponding probability for the second region of the laser active material. This deliberately induced asymmetry with regard to the cross section for the stimulated emission is advantageously exploited to store in the laser active region, which has a lower cross section for the stimulated emission, for example in the first region, a relatively large amount of energy, which is the first region in Form of a pump light is supplied. Since the laser-active material of the first region according to the invention has a relatively low cross section for the stimulated emission, the energy of a corresponding inversion density irradiated via the pump light can be stored without a saturable absorber of the passive Q-switching already fading thereby initiating the laser operation. According to the invention, the laser-active material of the second region has a relatively large stimulated emission cross section, so that in contrast to the first region, stimulated emission is more likely to occur upon application of pump light. Accordingly, by the optical pumping of the second laser-active region, the laser operation in the laser device according to the invention can be triggered as it were, and as soon as the saturable absorber of the passive Q-circuit is faded, finally, the energy stored in the first region, which corresponds to a correspondingly high inversion density , degrade in the form of a laser pulse.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung weist der erste Bereich ein Ytterbium-dotiertes Wirtsmaterial auf, während der zweite Bereich ein Neodymdotiertes Wirtsmaterial aufweist.In a particularly advantageous embodiment of the laser device according to the invention, the first region has an ytterbium-doped host material, while the second region has a neodymium-doped host material.
Insbesondere kann der erste Bereich eine Ytterbium-Dotierung von bis zu 20 Atomprozent aufweisen, und der zweite Bereich kann eine Neodym-Dotierung von bis zu 2,5 Atomprozent aufweisen.In particular, the first region may have an ytterbium doping of up to 20 atomic percent, and the second region may have a neodymium doping of up to 2.5 atomic percent.
Erfindungsgemäß kann ferner vorteilhaft vorgesehen sein, mindestens einen nicht laseraktiven, insbesondere undotierten, Bereich vorzusehen, der einerseits zur mechanischen Beabstandung z.B. der empfindlichen Einkoppelspiegel und Auskoppelspiegel der Lasereinrichtung von Bereichen mit laseraktivem Material dient, das sich bei der Beaufschlagung mit Pumplicht entsprechend erwärmt. Somit wird vorteilhaft eine gewisse thermische Entkopplung der empfindlichen Komponenten Einkoppelspiegel, Auskoppelspiegel von den laseraktiven Bereichen erzielt.According to the invention, it can also be advantageously provided to provide at least one non-laser-active, in particular undoped, region which on the one hand is used for mechanical spacing, e.g. the sensitive coupling mirror and output mirror of the laser device of areas with laser-active material is used, which heats up accordingly when exposed to pump light. Thus, a certain thermal decoupling of the sensitive components Einkoppelspiegel, Auskoppelspiegel is advantageously achieved by the laser-active areas.
Darüberhinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Vorsehung undotierter Bereiche einen weiteren Freiheitsgrad bei geometrischen Auslegung der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, was sich in bekannter Weise auch auf die Impulsdauer der erzeugten Laserimpulse auswirkt.Moreover, the provision of undoped regions according to the invention enables a further degree of freedom in the geometric design of the laser device according to the invention, which is reflected in FIG known manner also affects the pulse duration of the laser pulses generated.
Die Lasereinrichtung kann vorteilhaft monolithisch ausgebildet sein, das heißt, alle laseraktiven Bereiche sowie gegebenenfalls die passive Güteschaltung und die undotierten Bereiche sind einstückig ausgebildet. Alternativ hierzu kann die erfindungsgemäße Lasereinrichtung auch mehrere diskrete Komponenten aufweisen.The laser device can advantageously be monolithic, that is, all the laser-active regions and optionally the passive Q-switching and the undoped regions are integrally formed. Alternatively, the laser device according to the invention may also have a plurality of discrete components.
Bei einer ganz besonders vorteilhaften weiteren Erfindungsvariante ist vorgesehen, dass ein sättigbarer Absorber der passiven Güteschaltung zwischen verschiedenen laseraktiven Bereichen und/oder zwischen einem laseraktiven Bereich und einem undotierten Bereich angeordnet ist. Diese Erfindungsvariante ermöglicht vorteilhaft eine individuelle direkte Einstrahlung von Pump licht in den jeweiligen laseraktiven Bereich und eine temporäre optische Trennung der Bereiche voneinander durch die Güteschaltung. D.h., das für einen ersten Bereich vorgesehene Pumplicht muss nicht zunächst durch einen anderen Bereich hindurchtreten, bevor es auf den ersten Bereich wirken kann.In a particularly advantageous further variant of the invention, it is provided that a saturable absorber of the passive Q-switching is arranged between different laser-active regions and / or between a laser-active region and an undoped region. This variant of the invention advantageously enables an individual direct irradiation of pump light into the respective laser-active region and a temporary optical separation of the regions from one another by the Q-switching. That is, the pumping light provided for a first area does not first have to pass through another area before it can act on the first area.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Betriebsverfahren gemäß Patentanspruch 9 angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass ein erster Bereich des laseraktiven Festkörpers, der einen ersten Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission aufweist, zeitlich vor einem zweiten Bereich des laseraktiven Festkörpers optisch gepumpt wird, der einen zweiten Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission aufweist, wobei der zweite Wirkungsquerschnitt größer ist als der erste Wirkungsquerschnitt, wodurch gleichzeitig eine effiziente Speicherung von Energie in dem ersten Bereich und ein zeitlich flexibles Erzeugen eines Laserimpulses ermöglicht ist.As a further solution of the object of the present invention, an operating method according to claim 9 is given. The method according to the invention provides that a first region of the laser-active solid, which has a first cross-section for the stimulated emission, is optically pumped before a second region of the laser-active solid, which has a second cross-section for the stimulated emission, wherein the second cross-section is greater than the first cross-section, which at the same time an efficient storage of energy in the first region and a temporally flexible generation of a laser pulse is made possible.
Bevorzugt liegt ein erster Pumpstartzeitpunkt, der den Beginn eines Pumpvorgangs des ersten Bereichs definiert, zeitlich vor einem zweiten Pumpstartzeitpunkt, der den Beginn eines Pumpvorgangs des zweiten Bereichs definiert, so dass der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung durch den Pumpvorgang des ersten Bereichs eine besonders hohe Energiemenge zuführbar ist, bevor die Erzeugung des Laserimpulses schließlich durch den Pumpvorgang des zweiten Bereichs angetriggert bzw. ausgelöst wird.A first pump start time, which defines the start of a pumping operation of the first area, is preferably before a second pump start time, which defines the beginning of a pumping operation of the second area, so that a particularly high amount of energy can be supplied to the laser device according to the invention by the pumping operation of the first area. before the generation of the laser pulse is finally triggered by the pumping of the second region.
Ganz besonders vorteilhaft kann weiter erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Pumpstartzeitpunkt und dem zweiten Pumpstartzeitpunkt und/oder weitere Parameter des betreffenden Pumpvorgangs, insbesondere eine Intensität und/oder ein zeitlicher Verlauf des verwendeten Pumplichts, so gewählt werden, dass die passive Güteschaltung infolge des Pumpens des ersten Bereichs nicht bereits eine wesentliche Änderung ihrer Transmissionseigenschaften erfährt, insbesondere nicht einen Laserbetrieb in der Lasereinrichtung zulässt. Erfindungsgemäß kann Pumplicht unterschiedlicher Wellenlänge verwendet werden, um die verschiedenen laseraktiven Bereiche effizient optisch zu Pumpen.According to the invention, the time interval between the first pump start time and the second pump start time and / or further parameters of the pumping process in question, in particular an intensity and / or a temporal course of the pump light used, can be selected such that the passive one Q-switching due to the pumping of the first area does not already undergo a significant change in their transmission properties, in particular does not allow a laser operation in the laser device. In accordance with the invention, pump light of different wavelengths can be used to optically pump the various laser active regions efficiently.
Die erfindungsgemäße Lasereinrichtung kann vorteilhaft zum Aufbau einer laserbasierten Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder eines Stationärmotors verwendet werden, oder generell auch für alle anderen Anwendungsbereiche, bei denen Laserimpulse mit hoher Impulsenergie zeitlich flexibel bereitgestellt werden müssen.The laser device according to the invention can advantageously be used for the construction of a laser-based ignition device for an internal combustion engine of a motor vehicle or a stationary motor, or generally for all other applications in which laser pulses with high pulse energy must be provided temporally flexible.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency and regardless of their formulation or representation in the description or in the drawing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung,FIG. 1 shows a first embodiment of the laser device according to the invention,
Figur 2a bis 2c einen zeitlichen Verlauf verschiedener Betriebsgrößen der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung gemäß Figur 1 ,2a to 2c show a time course of different operating variables of the laser device according to the invention according to FIG. 1, FIG.
Figur 3a bis 3c unterschiedliche Varianten einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung,FIGS. 3a to 3c show different variants of a second embodiment of the laser device according to the invention,
Figur 4a bis 4c unterschiedliche Varianten einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung, und4a to 4c different variants of a third embodiment of the laser device according to the invention, and
Figur 5 eine Zündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßenFigure 5 shows an ignition device for an internal combustion engine with the invention
Lasereinrichtung gemäß Figur 1.Laser device according to FIG. 1.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Figur 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 26. Die Lasereinrichtung 26 weist einen laseraktiven Festkörper 44 auf, dem eine auch als Q-switch bezeichnete passive Güteschaltung 46 optisch nachgeordnet ist. Der laseraktive Festkörper 44 bildet hierbei zusammen mit der passiven Güteschaltung 46 sowie dem in Figur 1 links hiervon angeordneten Einkoppelspiegel 42 und dem Auskoppelspiegel 48 einen Laser-Oszillator aus, dessen Schwingverhalten von der passiven Güteschaltung 46 abhängt und damit zumindest mittelbar in an sich bekannter Weise steuerbar ist.FIG. 1 schematically shows a first embodiment of the laser device 26 according to the invention. The laser device 26 has a laser-active solid 44, which is also designated as a Q-switch passive Q-switching 46 is optically downstream. The laser-active solid 44 forms here, together with the passive Q-switching circuit 46 and the coupling mirror 42 arranged on the left thereof in Figure 1 and the Auskoppelspiegel 48, a laser oscillator whose oscillatory behavior depends on the passive Q-switching 46 and thus at least indirectly controllable in a conventional manner is.
Bei der in Figur 1 abgebildeten Konfiguration wird die erfindungsgemäße Lasereinrichtung 26 beziehungsweise der laseraktive Festkörper 44 durch den Einkoppelspiegel 42 hindurch mit Pumplicht 60a, 60b beaufschlagt, das in einer entfernt angeordneten Pumplichtquelle 30 (Figur 5) erzeugt und mittels der Lichtleitereinrichtung 28 zu der Lasereinrichtung 26 übertragen wird. Das Pumplicht 60a, 60b regt Elektronen in dem laseraktiven Festkörper 44 an und führt damit zu einer an sich bekannten Besetzungsinversion. Der Einkoppelspiegel 42 besitzt für das Pumplicht 60a, 60b einen verhältnismäßig großen Transmissionskoeffizienten.In the configuration shown in FIG. 1, the laser device according to the invention or the laser-active solid 44 is acted upon by the coupling mirror 42 with pumping light 60a, 60b which is generated in a remotely located pumping light source 30 (FIG. 5) and by the optical waveguide device 28 to the laser device 26 is transmitted. The pumping light 60a, 60b excites electrons in the laser-active solid 44 and thus leads to a known population inversion. The coupling mirror 42 has a relatively large transmission coefficient for the pumping light 60a, 60b.
Während die passive Güteschaltung 46 ihren Grundzustand aufweist, in dem sie einen verhältnismäßig geringen Transmissionskoeffizienten besitzt, wird ein Laserbetrieb in dem laseraktiven Festkörper 44 beziehungsweise in dem durch den Einkoppelspiegel 42 und den Auskoppelspiegel 48 begrenzten Festkörper 44, 46 vermieden. Mit steigender Pumpdauer, das heißt während einer fortgesetzten Beaufschlagung mit dem Pumplicht 60a, 60b, steigt jedoch auch die Strahlungsintensität in dem Laser- Oszillator 42, 44, 46, 48 an, so dass die passive Güteschaltung 46 schließlich ausbleicht. Das heißt, ihr Transmissionskoeffizient steigt, und ein Laserbetrieb in dem Laser-Oszillator 42, 44, 46, 48 beginnt.While the passive Q-switching circuit 46 has its basic state in which it has a relatively low transmission coefficient, laser operation is avoided in the laser-active solid 44 or in the solid 44, 46 bounded by the coupling-in mirror 42 and the output mirror 48. However, as the pumping time increases, that is to say during continued application of the pumping light 60a, 60b, the radiation intensity in the laser oscillator 42, 44, 46, 48 also increases, so that the passive Q-switching circuit 46 finally fades. That is, its transmission coefficient increases, and laser operation in the laser oscillator 42, 44, 46, 48 begins.
Auf die vorstehend beschriebene Weise entsteht ein auch als Riesenimpuls bezeichneter Laserimpuls 24, der eine verhältnismäßig hohe Spitzenleistung aufweist. Der Laserimpuls 24 wird anschließend durch den in Figur 1 rechts angeordneten Auskoppelspiegel 48 aus dem Laser-Oszillator 42, 44, 46, 48 ausgekoppelt und ist beispielsweise in einer laserbasierten Zündeinrichtung 27 (Figur 5) für eine Brennkraftmaschine 10 zur Entzündung eines in einem Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 befindlichen Luft-/Kraftstoffgemischs verwendbar. Hierzu kann der Laserimpuls 24 beispielsweise durch eine entsprechende Lichtleitereinrichtung oder auch direkt durch ein dem Auskoppelspiegel 48 nachgeordnetes Brennraumfenster in den Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 eingekoppelt werden. Eine Fokussieroptik zur Fokussierung des Laserimpulses 24 auf einen Zündpunkt kann ggf. ebenfalls vorhanden sein, insbesondere auch einstückig ausgebildet mit dem Brennraumfenster.In the manner described above, a laser pulse 24, also referred to as a giant pulse, which has a relatively high peak power. The laser pulse 24 is then decoupled from the laser oscillator 42, 44, 46, 48 by the outcoupling mirror 48 arranged on the right in FIG. 1 and is for example used in a laser-based ignition device 27 (FIG. 5) for an internal combustion engine 10 for igniting a combustion chamber 14 the internal combustion engine 10 located air / fuel mixture usable. For this purpose, the laser pulse 24 can be coupled into the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10, for example, by a corresponding optical fiber device or directly by a combustion chamber window arranged downstream of the output mirror 48. A focusing optics for focusing the laser pulse 24 on an ignition point may possibly also be present, in particular also integrally formed with the combustion chamber window.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der laseraktive Festkörper 44 der Lasereinrichtung 26 mindestens zwei Bereiche 44a, 44b laseraktiven Materials aufweist, die voneinander verschiedene Wirkungsquerschnitte σa, σb für die stimulierte Emission aufweisen. D.h., die Wahrscheinlichkeit, dass, z.B. unter Beaufschlagung mit dem Pumplicht 60a, 60b, eine stimulierte Emission von Photonen auftritt, ist - bei ansonsten gleichen Randbedingungen wie z.B. Pumplichtintensität usw. - in dem ersten Bereich 44a verschieden von einer entsprechenden Wahrscheinlichkeit für den zweiten Bereich 44b.According to the invention, the laser-active solid 44 of the laser device 26 has at least two regions 44a, 44b of laser-active material which have mutually different cross-sections σa, σb for the stimulated emission. That is to say, the probability that stimulated emission of photons occurs, for example when exposed to the pump light 60a, 60b, is different from a corresponding probability for the second region in the first region 44a, given otherwise identical boundary conditions such as pump light intensity, etc. 44b.
Dieser besondere Unterschied der Bereiche 44a, 44b wird erfindungsgemäß dazu ausgenutzt, um in dem ersten Bereich 44a Pumpenergie in Form einer entsprechenden hohen Inversionsdichte zu speichern, wobei die Pumpenergie dem Bereich 44a in Form des ersten Pumplichts 60a zugeführt wird. Da das laseraktive Material des ersten Bereichs 44a erfindungsgemäß einen verhältnismäßig geringen Wirkungsquerschnitt σa für die stimulierte Emission aufweist, kann auf diese Weise verhältnismäßig viel Energie in dem Bereich 44a gespeichert werden, ohne dass hierbei bereits ein sättigbarer Absorber der passiven Güteschaltung 46 ausbleicht und dadurch vorzeitig den Laserbetrieb einleitet.This particular difference of the regions 44a, 44b is used according to the invention to store in the first region 44a pumping energy in the form of a correspondingly high inversion density, the pumping energy being supplied to the region 44a in the form of the first pumping light 60a. Since the laser-active material of the first region 44a according to the invention has a relatively small cross-section σa for the stimulated emission, relatively much energy can be stored in the region 44a in this way without a saturable absorber of the passive Q-switching circuit 46 already fading thereby prematurely Laser operation initiates.
Das laseraktive Material des zweiten Bereichs 44b weist erfindungsgemäß einen verhältnismäßig großen Wirkungsquerschnitt σb > σa für die stimulierte Emission auf, so dass im Gegensatz zu dem ersten Bereich 44a mit größerer Wahrscheinlichkeit eine stimulierte Emission bei der Beaufschlagung des zweiten Bereichs 44b mit dem zweiten Pumplicht 60b eintritt.According to the invention, the laser-active material of the second region 44b has a relatively large effective cross-section σb> σa for the stimulated emission, so that, in contrast to the first region 44a, a stimulated emission is more likely to occur when the second region 44b is exposed to the second pump light 60b ,
Die vorstehend beschriebene Kombination der für die beiden Bereiche 44a, 44b erfindungsgemäß verwendeten Lasermaterialien bzw. ihrer Eigenschaften ermöglicht vorteilhaft die Speicherung von mittels Pumplicht 60a zugeführter Energie in dem ersten Bereich 44a, während durch eine Beaufschlagung des zweiten Bereichs 44b mit Pumplicht 60b ein kurzfristiges, gezieltes Ausbleichen des sättigbaren Absorbers der passiven Güteschaltung 46 möglich ist. D.h., die Beaufschlagung des zweiten Bereichs 44b mit Pumplicht 60b wird erfindungsgemäß dazu verwendet, den Zeitpunkt des Einsetzens des Laserbetriebs und damit die Erzeugung des Laserimpulses 24 vorzugeben. Das optische Pumpen des zweiten Bereichs 44b dient demnach gleichsam als „Trigger" für den Laserbetrieb.The above-described combination of the laser materials used according to the invention for the two areas 44a, 44b advantageously makes it possible to store energy supplied by pumping light 60a in the first area 44a, while by acting on the second area 44b with pumping light 60b a short-term, targeted Bleaching of the saturable absorber of the passive Q-switching 46 is possible. In other words, the application of pumping light 60b to the second region 44b is used according to the invention to specify the time of onset of the laser operation and thus the generation of the laser pulse 24. The optical pumping of the second region 44b thus serves as a kind of "trigger" for the laser operation.
Genauer gesagt entsteht durch den Abbau der infolge des optischen Pumpens mit dem Pumplicht 60b in dem zweiten Bereich 44b aufgebauten Inversionsdichte zunächst ein erster Laserimpuls. Durch das Ausbleichen des sättigbaren Absorbers der passiven Güteschaltung 46 kann anschließend jedoch auch die bis dahin in dem ersten Bereich 44a aufgebaute Inversionsdichte abgebaut werden, was in Form eines zweiten Laserimpulses erfolgt. Der zeitliche Abstand der beiden Laserimpulse ist vergleichsweise gering und liegt beispielsweise im Bereich von Mikrosekunden oder kleiner.More specifically, by breaking down the inversion density built up in the second region 44b due to the optical pumping with the pumping light 60b, a first laser pulse first arises. By fading the saturable absorber of the passive Q-switching circuit 46, however, the inversion density built up to that point in the first region 44a can subsequently be reduced, which takes place in the form of a second laser pulse. The time interval of the two laser pulses is comparatively small and is for example in the range of microseconds or less.
Da das laseraktive Material des zweiten Bereichs 44b aufgrund seines größeren Wirkungsquerschnitts σb für die stimulierte Emission im Vergleich zu dem laseraktiven Material des ersten Bereichs 44a eine verhältnismäßig geringe Fluoreszenzlebensdauer aufweist, besitzt der durch den zweiten Bereich 44b erzeugte, erste Laserimpuls eine vergleichsweise geringe Impulsenergie, während der durch den ersten Bereich 44a erzeugte Laserimpuls eine vergleichsweise hohe Impulsenergie aufweist.Since the laser-active material of the second region 44b due to its larger cross-section σb for the stimulated emission compared to the laser-active material of the first region 44a a has relatively low fluorescence lifetime, the first laser pulse generated by the second region 44b has a comparatively low pulse energy, while the laser pulse generated by the first region 44a has a comparatively high pulse energy.
Die Diagramme der Figuren 2a, 2b, 2c veranschaulichen das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Betriebsverfahren.The diagrams of FIGS. 2a, 2b, 2c illustrate the operating method according to the invention described above.
Figur 2a gibt den zeitlichen Verlauf des Transmissionskoeffizienten T des in der passiven Güteschaltung 46 (Figur 1) enthaltenen sättigbaren Absorbers wieder. Der Transmissionskoeffizient T weist anfangs bei t = tθ (Figur 2c), d.h. vor einer Beaufschlagung der Lasereinrichtung 26 mit Pumplicht 60a, 60b, einen Ausgangswert TO auf.FIG. 2 a shows the time profile of the transmission coefficient T of the saturable absorber contained in the passive Q-switching circuit 46 (FIG. 1). The transmission coefficient T is initially at t = tθ (Figure 2c), i. before an exposure of the laser device 26 with pumping light 60a, 60b, an output value TO.
Zu dem ersten Pumpstartzeitpunkt tθ gemäß Figur 2c beginnt zunächst das optische Pumpen des laseraktiven Materials des ersten Bereichs 44a mit dem hierfür vorgesehenen Pump licht 60a (Figur 1). Ein entsprechender Anstieg der Inversionsdichte Na in dem Bereich 44a ist aus Figur 2c ebenfalls ersichtlich.At the first pump start time tθ according to FIG. 2c, the optical pumping of the laser-active material of the first region 44a begins first with the pump light 60a provided for this purpose (FIG. 1). A corresponding increase in the inversion density Na in the region 44a can also be seen from FIG. 2c.
Zu dem zweiten Pumpstartzeitpunkt tθ' gemäß Figur 2b beginnt schließlich auch das optische Pumpen des laseraktiven Materials des zweiten Bereichs 44b mit dem hierfür vorgesehenen Pumplicht 60b (Figur 1). Ein entsprechender Anstieg der Inversionsdichte Nb in dem Bereich 44b ist aus Figur 2b ersichtlich.Finally, optical pumping of the laser-active material of the second region 44b begins with the pumping light 60b (FIG. 1) provided for this purpose at the second pump start time tθ 'according to FIG. A corresponding increase in the inversion density Nb in the region 44b can be seen from FIG. 2b.
Nach dem Einsetzen des optischen Pumpens behält der Transmissionskoeffizient T seinen Ausgangswert TO etwa bis zu dem Zeitpunkt tl bei. Ab dem Zeitpunkt tl ist die Intensität der stimuliert emittierten Strahlung in dem zweiten Bereich 44b hinreichend groß, um ein Ausbleichen des sättigbaren Absorbers und damit einen Anstieg des Transmissionskoeffizienten T (Figur 2a) zu bewirken, so dass die Inversionsdichte Nb wie aus Figur 2b ersichtlich abgebaut werden kann, was zu der Erzeugung des ersten Laserimpulses 24 1 zu dem Zeitpunkt t2 führt.After the onset of optical pumping, the transmission coefficient T maintains its output value TO until approximately the time t1. From the time t1, the intensity of the stimulated emitted radiation in the second region 44b is sufficiently large to cause the saturable absorber to fade and thus increase the transmission coefficient T (FIG. 2a), so that the inversion density Nb degrades as shown in FIG. 2b which results in the generation of the first laser pulse 24 1 at time t2.
Durch den Anstieg des Transmissionskoeffizienten T kann schließlich auch die seither in dem ersten Bereich 44a aufgebaute Inversionsdichte Na abgebaut werden, was zu der Erzeugung des zweiten Laserimpulses 24 2 zu dem Zeitpunkt t3 führt.Finally, due to the increase in the transmission coefficient T, the inversion density Na, which has since been built up in the first region 44a, can also be reduced, which leads to the generation of the second laser pulse 24 2 at the time t3.
Erfindungsgemäß wird der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Pumpstartzeitpunkt tθ und dem zweiten Pumpstartzeitpunkt tθ' und/oder weitere Parameter des betreffenden Pumpvorgangs, insbesondere eine Intensität und/oder generell ein zeitlicher Verlauf des verwendeten Pumplichts 60a, 60b, so gewählt, dass die passive Güteschaltung 46 infolge des Pumpens des ersten Bereichs 44a nicht bereits eine wesentliche Änderung ihrer Transmissionseigenschaften erfahrt, insbesondere nicht einen Laserbetrieb in der Lasereinrichtung 26 zulässt, so dass eine maximale Energiemenge in dem ersten Bereich 44a gespeichert werden kann, bevor der entsprechende Laserimpuls 24 2 (Figur 2c) erzeugt wird.According to the invention, the time interval between the first pump start time tθ and the second pump start time tθ 'and / or further parameters of the relevant pumping operation, in particular an intensity and / or generally a time profile of the pumping light 60a used, 60b, chosen such that the passive Q-switching 46 does not already undergo a significant change in its transmission properties as a result of the pumping of the first region 44a, in particular does not permit laser operation in the laser device 26, so that a maximum amount of energy can be stored in the first region 44a, before the corresponding laser pulse 24 2 (Figure 2c) is generated.
Figur 3 a zeigt eine zu der bereits in Figur 1 abgebildeten Lasereinrichtung 26 vergleichbare Ausführungsform.FIG. 3 a shows an embodiment comparable to the laser device 26 already illustrated in FIG.
Erfindungsgemäß ist das laseraktive Material des ersten Bereichs 44a ein Ytterbium-dotiertes Wirtsmaterial, während es sich bei dem zweiten Bereich 44b um ein Neodym-dotiertes Wirtsmaterial handelt. Die Ytterbium-Dotierung des ersten Bereichs 44a kann vorteilhaft bis zu 20 Atomprozent betragen, während der zweite Bereich 44b eine Neodym-Dotierung bis zu 2,5 Atomprozent aufweist.According to the invention, the laser-active material of the first region 44a is an ytterbium-doped host material, while the second region 44b is a neodymium-doped host material. The ytterbium doping of the first region 44a can advantageously be up to 20 atomic percent, while the second region 44b has a neodymium doping of up to 2.5 atomic percent.
Eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 26 ist in Figur 3b abgebildet. Im Unterschied zu der in Figur 3a abgebildeten Variante weist die in Figur 3b dargestellt Lasereinrichtung 26 eine andere Reihenfolge der Bereiche 44a, 44b auf. Anstelle des ersten Bereichs 44a ist nunmehr der zweite Bereich 44b direkt dem Einkoppelspiegel 42 nachgeordnet, und an den zweiten Bereich 44b schließt sich gemäß Figur 3b der erste Bereich 44a an.An alternative embodiment of the laser device 26 according to the invention is shown in FIG. 3b. In contrast to the variant depicted in FIG. 3a, the laser device 26 shown in FIG. 3b has a different sequence of the regions 44a, 44b. Instead of the first region 44a, the second region 44b is now arranged directly downstream of the coupling-in mirror 42, and the second region 44b is followed, according to FIG. 3b, by the first region 44a.
Eine weitere sehr vorteilhafte Erfindungsvariante ist in Figur 3c veranschaulicht. Bei dieser Variante befindet sich die passive Güteschaltung 46 zwischen den Bereichen 44a, 44b. Diese Konfiguration ermöglicht vorteilhaft, dass für den jeweiligen Bereich 44a, 44b vorgesehenes Pump licht 60a, 60b longitudinal, insbesondere an gegenüberliegenden Stirnseiten der Lasereinrichtung 26, so eingestrahlt werden kann, dass der jeweilige Bereich 44a, 44b direkt durch das ihm zugeordnete Pumplicht 60a, 60b beaufschlagt werden kann.Another very advantageous variant of the invention is illustrated in FIG. 3c. In this variant, the passive Q-switching 46 is located between the regions 44a, 44b. This configuration advantageously makes it possible for the pump light 60a, 60b provided for the respective region 44a, 44b to be irradiated longitudinally, in particular on opposite end sides of the laser device 26, such that the respective region 44a, 44b is directly illuminated by the pumping light 60a, 60b associated therewith can be applied.
Eine dementsprechende Pumplichtzuführung ist in Figur 3c durch die Pfeile 60a, 60b symbolisiert.A corresponding pumping light supply is symbolized in Figure 3c by the arrows 60a, 60b.
Bei der Konfiguration nach Figur 3c können erzeugte Laserimpulse je nach Ausbildung der Spiegel 42, 48 entweder rechts oder links ausgekoppelt werden. Der betreffende Spiegel ist in diesem Fall teilreflektierend für die Wellenlänge der Laserimpulse auszulegen.In the configuration according to FIG. 3c, generated laser pulses can be coupled out either to the right or to the left depending on the design of the mirrors 42, 48. In this case, the mirror in question must be designed to be partially reflective of the wavelength of the laser pulses.
Figur 4a zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 26, bei der zusätzlich zu den Bereichen 44a, 44b aus laseraktivem Material auch ein undotierter Bereich 50a vorgesehen ist, der dementsprechend nicht laseraktiv ist. Das Einfügen eines derartigen undotierten Bereichs 50a in die erfindungsgemäße Lasereinrichtung 26 schafft vorteilhaft erstens einen Freiheitsgrad hinsichtlich der zu erzielenden geometrischen Länge der Anordnung 26. Damit geht in dem Fachmann bekannter Weise auch direkt die Impulsdauer der erzeugten Laserimpulse 24 1, 24 2 einher. Ein weiterer Vorteil des undotierten Bereichs 50a zwischen dem Einkoppelspiegel 42 und dem zweiten Bereich 44b besteht darin, dass der sich unter Beaufschlagung mit Pumplicht 60b erwärmende Bereich 44b um die Dicke des undotierten Bereichs 50a von dem Einkoppelspiegel 42 beabstandet ist, der beispielsweise als dünne dielektrische Schicht ausgebildet ist und dementsprechend empfindlich gegenüber hohen Temperaturen ist.FIG. 4a shows a further advantageous embodiment of the laser device 26 according to the invention, in which, in addition to the regions 44a, 44b of laser-active material, an undoped region 50a is also provided, which accordingly is not laser-active. The insertion of such an undoped region 50a into the laser device 26 according to the invention advantageously provides, firstly, a degree of freedom with regard to the geometric length of the device 26 to be achieved. Thus, the pulse duration of the generated laser pulses 24 1, 24 2 is directly associated with this in a manner known to those skilled in the art. A further advantage of the undoped region 50a between the coupling-in mirror 42 and the second region 44b is that the region 44b which heats up under the influence of pumping light 60b is spaced from the coupling-in mirror 42 by the thickness of the undoped region 50a, for example as a thin dielectric layer is formed and, accordingly, is sensitive to high temperatures.
Das heißt, der undotierte Bereich 50a kann erfindungsgemäß vorteilhaft so angeordnet sein, dass er eine zumindest teilweise thermische Entkopplung beziehungsweise eine Beeinflussung der Wärmeverhältnisse in der Lasereinrichtung 26 bewirkt.That is, according to the invention, the undoped region 50a may advantageously be arranged such that it effects an at least partial thermal decoupling or an influencing of the heat conditions in the laser device 26.
Figur 4b zeigt eine weitere vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 26, bei der zwei undotierte Bereiche 50a, 50b derart vorgesehen sind, dass sie dem zweiten laseraktiven Bereich 44b optisch vor- und nachgeordnet sind.FIG. 4b shows a further advantageous variant of the laser device 26 according to the invention, in which two undoped regions 50a, 50b are provided in such a way that they are optically arranged upstream and downstream of the second laser-active region 44b.
Figur 4c zeigt eine weitere Erfindungsvariante, bei der insgesamt drei undotierte Bereiche 50a, 50b, 50c vorgesehen sind.FIG. 4 c shows a further variant of the invention, in which a total of three undoped regions 50 a, 50 b, 50 c are provided.
Ein in der passiven Güteschaltung 46 der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 26 vorgesehener sättigbarer Absorber kann beispielsweise Cr4+- oder V3+-dotierten Granat wie beispielsweise YAG, GGG, GSGG, LuAG, YSGG aufweisen und eine Anfangstransmission TO (Figur 2a) aufweisen, die größer ist als 5 %, und die kleiner ist als 99,5 %.A saturable absorber provided in the passive Q-switching circuit 46 of the laser device 26 according to the invention can comprise, for example, Cr 4+ or V 3+ -doped garnets such as YAG, GGG, GSGG, LuAG, YSGG and have an initial transmission TO (FIG is less than 5%, and less than 99.5%.
Der Einkoppelspiegel 42 weist beispielsweise Antireflexbeschichtungen für die Wellenlängen um 808 nm und um 940 nm auf, so dass das entsprechende Pumplicht 60a, 60b in die Lasereinrichtung 26 einkoppelbar ist. Um das Austreten von spontan oder stimuliert emittierter Strahlung aus der Lasereinrichtung 26 zu verhindern, weist der Einkoppelspiegel 42 ferner hochreflektierende Beschichtungen für die Wellenlängen um 1030 nm und um 1064 nm auf.The coupling-in mirror 42 has, for example, antireflection coatings for the wavelengths around 808 nm and around 940 nm, so that the corresponding pump light 60a, 60b can be coupled into the laser device 26. In order to prevent the escape of spontaneously or stimulated emitted radiation from the laser device 26, the coupling-in mirror 42 further comprises highly reflective coatings for the wavelengths around 1030 nm and around 1064 nm.
Der Auskoppelspiegel 48 kann vorteilhaft beispielsweise dielektrische Schichten mit einer Teilreflektivität für um 1030 nm und um 1064 nm von etwa 20 % bis etwa 99 % aufweisen. Der Auskoppelspiegel 48 ist des weiteren ggf. bevorzugt hoch reflektierend für Wellenlängen von etwa um i nm und etwa um 940 nm. Eine derartige Konfiguration wird erfindungsgemäß vorteilhaft optisch gepumpt mit Pumplicht 60a, 60b der Wellenlängen um 808 nm und um 940 nm. Wie bereits vorstehend beschrieben, ist es für die Realisierung des erfindungsgemäßen Prinzips nicht erforderlich, dass ein Pumpstartzeitpunkt tθ, tθ' der beiden Pumplichtwellenlängen zusammenfällt.The outcoupling mirror 48 can advantageously have, for example, dielectric layers with a partial reflectivity of around 1030 nm and around 1064 nm of from approximately 20% to approximately 99%. The output mirror 48 is further preferably highly reflective for wavelengths of about i nm and about 940 nm. According to the invention, such a configuration is advantageously optically pumped with pumping light 60a, 60b of the wavelengths around 808 nm and around 940 nm. As already described above, it is not necessary for the realization of the principle according to the invention that a pump start time tθ, tθ 'of the two pumping light wavelengths coincide ,
Alternativ ist es ferner möglich, denjenigen laseraktiven Bereich 44b, der Neodym-dotiert ist, mit einem Pump licht 60b der Wellenlänge von etwa 885 nm zu pumpen. Dementsprechend ist der zugehörige Einkoppelspiegel 42 mit einer Antireflexschicht von etwa 885 nm zu versehen, um eine Einkopplung des Pumplichts 60b in die Lasereinrichtung 26 zu ermöglichen. Der Auskoppelspiegel 48 besitzt bei der vorliegenden Konfiguration optional eine hoch reflektierende Schicht für etwa 885 nm.Alternatively, it is also possible to pump the laser active region 44b, which is neodymium-doped, with a pump light 60b of the wavelength of about 885 nm. Accordingly, the associated coupling-in mirror 42 is to be provided with an antireflection layer of approximately 885 nm in order to enable coupling of the pumping light 60b into the laser device 26. The output mirror 48 optionally has a highly reflective layer for about 885 nm in the present configuration.
Erfindungsgemäß ist es ferner denkbar, mehrere sättigbare Absorber (nicht gezeigt) in die Lasereinrichtung 26 zu integrieren, um die Funktionalität des passiven Güteschalters 46 zu realisieren. Die sättigbaren Absorber können an unterschiedlichen Stellen der Lasereinrichtung 26 vorgesehen sein, wobei die aggregierte Anfangstransmission TO wiederum der vorstehend beispielhaft spezifizierten Anfangstransmission entspricht.According to the invention, it is also conceivable to integrate a plurality of saturable absorbers (not shown) into the laser device 26 in order to realize the functionality of the passive Q-switch 46. The saturable absorbers may be provided at different locations of the laser device 26, the aggregate initial transmission TO again corresponding to the initial transmission specified above by way of example.
Figur 5 zeigt schematisch eine Zündeinrichtung 27 für eine Brennkraftmaschine 10, bei der die erfindungsgemäße Lasereinrichtung 26 und das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Betriebsverfahren dazu verwendet werden, Laserimpulse 24 zu erzeugen, die zur Entzündung eines in dem Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10 befindlichen Luft7Kraftstoffgemischs dienen.FIG. 5 schematically shows an ignition device 27 for an internal combustion engine 10, in which the laser device 26 according to the invention and the operating method according to the invention described above are used to generate laser pulses 24 which serve to ignite an air / fuel mixture located in the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10.
Die Brennkraftmaschine 10 umfasst mehrere Zylinder, von denen in Figur 5 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Ein Brennraum 14 des Zylinders 12 wird von einem Kolben 16 begrenzt. Kraftstoff gelangt in den Brennraum 14 direkt durch einen Injektor 18, der an einen auch als Rail beziehungsweise Common-Rail bezeichneten Kraftstoffdruckspeicher 20 angeschlossen ist.The internal combustion engine 10 comprises a plurality of cylinders, of which only one is designated by the reference numeral 12 in FIG. A combustion chamber 14 of the cylinder 12 is limited by a piston 16. Fuel enters the combustion chamber 14 directly through an injector 18, which is connected to a designated also as a rail or common rail fuel pressure accumulator 20.
In den Brennraum 14 eingespritzter Kraftstoff 22 wird mittels des vorstehend beschriebenen hochenergetischen Laserimpulses 24 bzw. 24 2 entzündet, der von der erfindungsgemäßen Lasereinrichtung 26 der Zündeinrichtung 27 in den Brennraum 14 abgestrahlt wird, vgl. auch Figur 2c.In the combustion chamber 14 injected fuel 22 is ignited by means of the above-described high-energy laser pulse 24 and 24 2, which is radiated from the laser device 26 of the ignition device 27 according to the invention in the combustion chamber 14, see. also Figure 2c.
Die Lasereinrichtung 26 wird erfindungsgemäß über eine Lichtleitereinrichtung 28 mit dem Pumplicht 60a, 60b (Figur 1) unterschiedlicher Wellenlängen gespeist, welches von der Pumplichtquelle 30 bereitgestellt wird. Die Pumplichtquelle 30 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 32 gesteuert, die auch den Injektor 18 ansteuert. Beispielsweise kann die Pumplichtquelle 30 eine oder mehrere nicht abgebildete Halbleiter-Laserdioden aufweisen, die in Abhängigkeit eines Steuerstroms Pumplicht 60a, 60b entsprechender Intensität über die Lichtleitereinrichtung 28 an die Lasereinrichtung 26 ausgeben. Obwohl Halbleiter-Laserdioden und andere kleinbauende Pumplichtquellen bevorzugt für einen Einsatz in dem Kraftfahrzeugbereich verwendet werden, ist für den Betrieb der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung 27 prinzipiell jede Art von Pumplichtquelle verwendbar.According to the invention, the laser device 26 is fed via an optical waveguide device 28 with the pumping light 60a, 60b (FIG. 1) of different wavelengths, which is provided by the pumping light source 30. The pump light source 30 is controlled by a control and regulating device 32, which also controls the injector 18. For example, the pumping light source 30 may comprise one or more semiconductor diodes (not shown), which output pumping light 60a, 60b of corresponding intensity to the laser device 26 via the optical waveguide device 28 as a function of a control current. Although semiconductor laser diodes and other small-sized pump light sources are preferably used for use in the automotive field, any type of pump light source is principally usable for the operation of the ignition device 27 according to the invention.
Die erfindungsgemäße Lasereinrichtung 26 kann vorteilhaft zum Aufbau einer laserbasierten Zündeinrichtung 27 für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder eines Stationärmotors/Großgasmotors verwendet werden, oder generell auch für alle anderen Anwendungsbereiche, bei denen Laserimpulse 24 2 mit hoher Impulsenergie zeitlich flexibel bereitgestellt werden müssen.The laser device 26 according to the invention can advantageously be used to construct a laser-based ignition device 27 for an internal combustion engine of a motor vehicle or a stationary engine / large gas engine, or generally for all other applications in which laser pulses 24 2 must be provided flexibly in time with high pulse energy.
Erfindungsgemäß werden die Materialien für die laseraktiven Bereiche 44a, 44b so ausgewählt, dass sich ihre Wirkungsquerschnitte σa, σb für die stimulierte Emission deutlich unterscheiden, insbesondere um bis zu eine Größenordnung. Das Lasermaterial, das den kleineren Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission aufweist, besitzt i.d.R. eine entsprechend große Fluoreszenzlebensdauer und umgekehrt. Dementsprechend kann das Lasermaterial, das den kleineren Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission aufweist, ideal als Energiespeicher verwendet werden, der die Erzeugung von Laserimpulsen 24 2 mit hoher Impulsenergie ermöglicht. Die Laserimpulse 24 2 werden bevorzugt als Zündimpulse verwendet. Das Lasermaterial, das den größeren Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission aufweist, wird wie beschrieben vorteilhaft als Trigger zur Einleitung des Laserbetriebs verwendet, da es bei entsprechender Pumplichtbeaufschlagung nahezu instantan die für den Laserbetrieb erforderliche Zustandsänderung der passiven Güteschaltung 46 bewirken kann.According to the invention, the materials for the laser-active regions 44a, 44b are selected such that their cross-sections σa, σb for the stimulated emission differ significantly, in particular by up to one order of magnitude. The laser material having the smaller stimulated emission cross section has i.d.R. a correspondingly large fluorescence lifetime and vice versa. Accordingly, the laser material having the smaller stimulated emission cross section can be ideally used as the energy storage which enables the generation of high pulse energy laser pulses 24 2. The laser pulses 24 2 are preferably used as ignition pulses. The laser material, which has the larger cross section for the stimulated emission is advantageously used as a trigger for initiating the laser operation as described, since it can cause almost instantaneously required for laser operation state change of the passive Q-switching with appropriate Pumplichtbeaufschlagung.
Insbesondere bei den vorstehend beschriebenen Neodym-dotierten laseraktiven Bereichen ist neben den genannten Granaten auch die Verwendung von Vanadaten wie z.B. YVO, GdVO und anderen Wirtsmaterialien möglich. In particular, in the case of the above-described neodymium-doped laser-active regions, in addition to the abovementioned garnets, the use of vanadates, such as, for example, is also possible. YVO, GdVO and other host materials possible.

Claims

Ansprüche claims
1. Lasereinrichtung (26), mit mindestens einer passiven Güteschaltung (46) und einem laseraktiven Festkörper (44), dadurch gekennzeichnet, dass der laseraktive Festkörper (44) mindestens einen ersten Bereich (44a) und einen zweiten Bereich (44b) aufweist, wobei der erste Bereich (44a) einen ersten Wirkungsquerschnitt (σa) für die stimulierte Emission aufweist, der verschieden ist von einem zweiten Wirkungsquerschnitt (σb) für die stimulierte Emission des zweiten Bereichs (44b).1. laser device (26), with at least one passive Q-circuit (46) and a laser-active solid (44), characterized in that the laser-active solid (44) at least a first region (44 a) and a second region (44 b), wherein the first region (44a) has a first stimulated emission cross-section (σa) different from a second stimulated emission cross-section (σb) of the second region (44b).
2. Lasereinrichtung (26) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (44a) ein Ytterbium-dotiertes Wirtsmaterial aufweist, und dass der zweite Bereich (44b) ein Neodym-dotiertes Wirtsmaterial aufweist.2. Laser device (26) according to claim 1, characterized in that the first region (44a) comprises an ytterbium-doped host material, and that the second region (44b) comprises a neodymium-doped host material.
3. Lasereinrichtung (26) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (44a) eine Ytterbium-Dotierung von bis zu 20 Atomprozent aufweist und/oder dass der zweite Bereich (44b) eine Neodym-Dotierung von bis zu 2,5 Atomprozent aufweist.3. Laser device (26) according to claim 2, characterized in that the first region (44a) has an ytterbium doping of up to 20 atomic percent and / or that the second region (44b) has a neodymium doping of up to 2.5 Atomic percent.
4. Lasereinrichtung (26) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (26) mindestens einen nicht laseraktiven, insbesondere undotierten, Bereich (50a, 50b, 50c) aufweist.4. Laser device (26) according to one of the preceding claims, characterized in that the laser device (26) has at least one non-laser-active, in particular undoped, region (50a, 50b, 50c).
5. Lasereinrichtung (26) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Einkoppelspiegel (42) und/oder einem Auskoppelspiegel (48) der Lasereinrichtung (26) und einem der laseraktiven Bereiche (44a, 44b) ein undotierter Bereich (50a, 50b, 50c) angeordnet ist.5. laser device (26) according to claim 4, characterized in that between an input mirror (42) and / or a Auskoppelspiegel (48) of the laser device (26) and one of the laser-active regions (44a, 44b) an undoped region (50a, 50b , 50c) is arranged.
6. Lasereinrichtung (26) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen verschiedenen laseraktiven Bereichen (44a, 44b) ein undotierter Bereich (50a, 50b, 50c) angeordnet ist.6. laser device (26) according to one of claims 4 to 5, characterized in that between different laser-active regions (44a, 44b) an undoped region (50a, 50b, 50c) is arranged.
7. Lasereinrichtung (26) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sättigbarer Absorber der passiven Güteschaltung (46) zwischen verschiedenen laseraktiven Bereichen (44a, 44b) und/oder zwischen einem laseraktiven Bereich (44a, 44b) und einem undotierten Bereich (50a, 50b, 50c) angeordnet ist.7. Laser device (26) according to one of the preceding claims, characterized in that a saturable absorber of the passive Q-circuit (46) between different laser-active regions (44a, 44b) and / or between a laser-active region (44a, 44b) and an undoped region (50a, 50b, 50c) is arranged.
8. Zündeinrichtung (27) für eine Brennkraftmaschine (10), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Lasereinrichtung (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.8. Ignition device (27) for an internal combustion engine (10), in particular of a motor vehicle, with a laser device (26) according to one of claims 1 to 7.
9. Verfahren zum Betreiben einer Lasereinrichtung (26) mit mindestens einem eine passive Güteschaltung (46) aufweisenden laseraktiven Festkörper (44), bei dem die Lasereinrichtung (26) mit Pumplicht (60a, 60b) beaufschlagt wird, um einen Laserimpuls (24) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich (44a) des laseraktiven Festkörpers (44), der einen ersten Wirkungsquerschnitt (σa) für die stimulierte Emission aufweist, zeitlich vor einem zweiten Bereich (44b) des laseraktiven Festkörpers (44) optisch gepumpt wird, der einen zweiten Wirkungsquerschnitt (σb) für die stimulierte Emission aufweist, wobei der zweite Wirkungsquerschnitt (σb) größer ist als der erste Wirkungsquerschnitt (σa).9. A method for operating a laser device (26) with at least one passive passive circuit (46) having laser-active solid (44), wherein the laser device (26) Pumplicht (60a, 60b) is applied to generate a laser pulse (24), characterized in that a first portion (44a) of the laser-active solid (44), which has a first cross-section (σa) for the stimulated emission, in front of time a second region (44b) of the laser-active solid (44) is optically pumped, which has a second cross section (σb) for the stimulated emission, wherein the second cross section (σb) is greater than the first cross section (σa).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Pumpstartzeitpunkt (tθ), der den Beginn eines Pumpvorgangs des ersten Bereichs (44a) definiert, zeitlich vor einem zweiten Pumpstartzeitpunkt (tθ') liegt, der den Beginn eines Pumpvorgangs des zweiten Bereichs (44b) definiert.10. The method according to claim 9, characterized in that a first pump start time (tθ), which defines the beginning of a pumping operation of the first area (44a), is prior to a second pump start time (tθ '), which is the beginning of a pumping operation of the second area (44b).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Pumpstartzeitpunkt (tθ) und dem zweiten Pumpstartzeitpunkt (tθ') und/oder weitere Parameter des betreffenden Pumpvorgangs, insbesondere eine Intensität und/oder ein zeitlicher Verlauf des verwendeten Pumplichts (60a, 60b), so gewählt werden, dass die passive Güteschaltung (46) infolge des Pumpens des ersten Bereichs (44a) nicht bereits eine wesentliche Änderung ihrer Transmissionseigenschaften erfährt, insbesondere nicht einen Laserbetrieb in der Lasereinrichtung (26) zulässt.11. The method according to claim 10, characterized in that the time interval between the first pump start time (tθ) and the second pump start time (tθ ') and / or other parameters of the pumping process in question, in particular an intensity and / or a time course of the pump light used (60a, 60b) are selected so that the passive Q-switching (46) does not already undergo a significant change in its transmission properties due to the pumping of the first region (44a), in particular does not permit laser operation in the laser device (26).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Pump licht (60a, 60b) unterschiedlicher Wellenlänge verwendet wird, um die verschiedenen laseraktiven Bereiche (44a, 44b) optisch zu Pumpen.12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that pump light (60a, 60b) of different wavelength is used to optically pump the different laser-active regions (44a, 44b).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein sättigbarer Absorber der passiven Güteschaltung (46) zwischen verschiedenen laseraktiven Bereichen (44a, 44b) angeordnet ist, und dass das für den jeweiligen Bereich (44a, 44b) vorgesehene Pumplicht (60a, 60b) longitudinal, insbesondere an gegenüberliegenden Stirnseiten der Lasereinrichtung (26), eingestrahlt wird. 13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that a saturable absorber of the passive Q-circuit (46) between different laser-active areas (44a, 44b) is arranged, and that for each area (44a, 44b) provided pumping light (60a, 60b) is irradiated longitudinally, in particular on opposite end sides of the laser device (26).
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