Entwurf deformierbarer Spiegel für den Einsatz in Hochleistungslasern
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Kevin Schmidt
Kevin Schmidt, M.Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Systemdynamik der Universität Stuttgart. Arbeitsgebiete: Modellierung, Steuerung und Regelung örtlich-verteilter dynamischer Systeme sowie deren Anwendung in der Optomechatronik und Lasertechnik.
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Stefan Piehler
Dr.-Ing. Stefan Piehler war bis 2017 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart. Seit 2018 arbeitet er bei Trumpf, Ditzingen. Arbeitsgebiete: Strahlformung und Charakterisierung hochbrillianter Hochleistungslaser.
Dipl.-Ing. Benjamin Dannecker war bis 2018 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart. Ab 2019 arbeitet er bei Trumpf Laser, Schramberg. Arbeitsgebiete: Ultrakurzpuls Scheibenlaser Oszillatoren und Laserverstärker.
Tom Dietrich, M.Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Leiter der Arbeitsgruppe „Strahlformung und Strahlcharakterisierung“ am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart. Hauptarbeitsgebiete: Laserentwicklung, Strahlformung und Charakterisierung, Scheibenlaser.
Adrian Raisch, M.Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Systemdynamik der Universität Stuttgart. Arbeitsgebiete: Modellierung und Regelung pneumatischer und elektrischer Antriebssysteme mit Fokus auf Energieeffizienz.
Prof. Dr. phil. nat. Thomas Graf ist Direktor des Instituts für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart. Hauptarbeitsgebiete: Laserstrahlquellen, Laseroptik, laserbasierte Materialbearbeitung, Systemtechnik für laserbasierte Fertigung.
Dr. Marwan Abdou Ahmed ist Leiter der Laserentwicklung und Laseroptik am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart. Hauptarbeitsgebiete: Laserentwicklung, Strahlformung und Charakterisierung, Scheibenlaser, Faseroptik und Faserlaser.
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Oliver Sawodny ist Direktor des Instituts für Systemdynamik der Universität Stuttgart. Hauptarbeitsgebiete: Modellbildung, Identifikation dynamischer Systeme, Systemanalyse und Systemsynthese.
Zusammenfassung
Thermische Effekte limitieren die Leistungsskalierbarkeit in Hochleistungsscheibenlasern und können durch konstruktive Maßnahmen nur bedingt reduziert werden. Ein neuartiger Ansatz zur Kompensation der thermisch induzierten Effekte wird durch den resonatorinternen Einsatz hochleistungstauglicher adaptiver Spiegel ermöglicht. In diesem Beitrag werden hierfür zwei mögliche Technologien vorgestellt und charakterisiert: Während pneumatisch aktuierte Flächenlastspiegel eine gezielte Kompensation bekannter Wellenfrontstörungen erlauben, bieten optisch adressierte deformierbare Spiegel die Möglichkeit nahezu arbiträre Deformationen zu realisieren. Jene Bauform nutzt thermoelastische Effekte infolge der lokalen Erwärmung des Spiegels um gewünschte Deformationen zu erzielen.
Abstract
Thermal effects limit the power scalability in high-power thin-disk lasers and can only be reduced to a limited extent by design measures. Besides the compensation of these disturbances, the use of intra-cavity adaptive optical devices also allows beam shaping. In this article, two suitable designs of deformable mirrors (DMs) are presented, characterized and compared. While pneumatically actuated DMs allow a compensation of known disturbing profiles, optically addressed DMs allow to deal with almost arbitrary deformations. This design uses thermoelastic effects due to local heating of the mirror to achieve desired deformations.
Funding source: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Award Identifier / Grant number: GR 3172/15-2
Funding statement: Die Untersuchungen wurden im Rahmen des DFG-Vorhabens SA 847/19-2 bzw. GR 3172/15-2 durchgeführt.
About the authors
Kevin Schmidt, M.Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Systemdynamik der Universität Stuttgart. Arbeitsgebiete: Modellierung, Steuerung und Regelung örtlich-verteilter dynamischer Systeme sowie deren Anwendung in der Optomechatronik und Lasertechnik.
Dr.-Ing. Stefan Piehler war bis 2017 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart. Seit 2018 arbeitet er bei Trumpf, Ditzingen. Arbeitsgebiete: Strahlformung und Charakterisierung hochbrillianter Hochleistungslaser.
Dipl.-Ing. Benjamin Dannecker war bis 2018 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart. Ab 2019 arbeitet er bei Trumpf Laser, Schramberg. Arbeitsgebiete: Ultrakurzpuls Scheibenlaser Oszillatoren und Laserverstärker.
Tom Dietrich, M.Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Leiter der Arbeitsgruppe „Strahlformung und Strahlcharakterisierung“ am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart. Hauptarbeitsgebiete: Laserentwicklung, Strahlformung und Charakterisierung, Scheibenlaser.
Adrian Raisch, M.Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Systemdynamik der Universität Stuttgart. Arbeitsgebiete: Modellierung und Regelung pneumatischer und elektrischer Antriebssysteme mit Fokus auf Energieeffizienz.
Prof. Dr. phil. nat. Thomas Graf ist Direktor des Instituts für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart. Hauptarbeitsgebiete: Laserstrahlquellen, Laseroptik, laserbasierte Materialbearbeitung, Systemtechnik für laserbasierte Fertigung.
Dr. Marwan Abdou Ahmed ist Leiter der Laserentwicklung und Laseroptik am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart. Hauptarbeitsgebiete: Laserentwicklung, Strahlformung und Charakterisierung, Scheibenlaser, Faseroptik und Faserlaser.
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Oliver Sawodny ist Direktor des Instituts für Systemdynamik der Universität Stuttgart. Hauptarbeitsgebiete: Modellbildung, Identifikation dynamischer Systeme, Systemanalyse und Systemsynthese.
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© 2019 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston
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