Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem einen Resonator aufweisenden Laser zur Auskopplung eines Laserstrahls sowie mit einem einen akusto-optischen Modulator aufweisenden akusto-optischen Schalter als Arbeitsschalter zur vorübergehenden Unterbrechung des Laserstrahls, wobei der akusto-optische Schalter einen im Strahlengang hinter dem akusto-optischen Modulator angeordneten Spiegel zur Ablenkung des Laserstrahls aufweist, welcher einem mehrfachen Durchgang des Laserstrahls durch den akusto-optischen Modulator dient, wobei der akusto-optische Modulator gegenüber der Strahlachse des eintretenden Laserstrahls um einen Winkel entsprechend der Braggbedingung geneigt angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen als Strahlschalter dienenden, einen akusto-optischen Modulator aufweisenden akusto-optischen Schalter.

Laser können mit Hilfe sogenannter akusto-optischer Modulatoren im optischen Resonator zur Erzeugung kurzer Pulse in ihrer Güte moduliert werden. Hierzu wird die Beugung von Licht an Brechungsindex-Gittern, die durch Einkopplung von akustischen Wellen in ein geeignetes Material erzeugt werden, ausgenutzt. Üblicherweise werden zur Erzeugung der Brechungsindex-Gitter Trägerfrequenzen im Bereich einiger 10 bis einiger 100 Megahertz verwendet. Zusätzlich zu dieser Trägerfrequenz werden dann zur Gütemodulation Frequenzen im Kilohertz-Bereich aufgeprägt, die zur Emission von gepulster Laserstrahlung führt.

Hierdurch kann im aktiven Medium durch den optischen Pumpprozess eine hohe Inversion aufgebaut werden, indem der Resonator durch den aktiven Schalter zunächst gesperrt wird. Nach dem öffnen des Schalters wird die gespeicherte Inversion in einem kurzen Impuls emittiert. Problematisch bei dieser Art der Güteschaltung ist, dass bei Lasern mit einer hohen Verstärkung die Beugungseffizienz des akusto-optischen Modulators oftmals nicht ausreicht, um den Laser zu sperren, was zu einem reduzierten Wirkungsgrad beziehungsweise zur unregelmäßigen Emission von Pulsen führt.

Zur Verbesserung des Sperrverhaltens eines akusto-optischen Modulators, der innerhalb des Resonators enthalten ist, schlägt die DE 197 32 759 C2 vor, die Anzahl der Durchgänge des Laserstrahls durch den akusto-optischen Modulator zu verdoppeln. Hierzu wird der Laserstrahl mit Hilfe zusätzlicher Spiegel erneut durch den akusto-optischen Modulator gelenkt. Das aktive Medium befindet sich in einem optischen Resonator, der durch die Resonator-Endspiegel gebildet wird. Ein weiterer Spiegel dient der Faltung des Resonators. Der akusto-optische Modulator wird so positioniert, dass er, bedingt durch die Faltung des Strahlenganges durch den weiteren Spiegel, bei einem vollständigen Resonatorumlauf viermal durchstrahlt wird. Dabei ergibt sich aus der Einhaltung der sogenannten Bragg- Bedingung für beide Strahlen ein sehr kleiner Faltungswinkel, der zu konstruktiven Problemen führen kann.

Die Beugungseffizienz erhöht sich dadurch entsprechend. Die Verwendung von passiven optischen Komponenten zur Erhöhung der Beugungseffizienz ist erheblich kostengünstiger und weniger aufwendig als die Verwendung mehrerer akusto-optischer Modulatoren im Resonator.

Eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung ist auch durch die JP 030 30 380 A bekannt, bei welcher ebenfalls bereits innerhalb des Resonators ein mehrfacher Durchgang durch einen akusto-optischen Modulator jeweils unter Braggwinkel erfolgt, um den Wirkungsgrad zu verbessern.

Ferner könnte man noch daran denken, mehrere akusto-optische Schalter in einer Reihenschaltung anzuordnen, um so den unbeeinflusst durch den ersten akusto-optischen Schalter hindurch tretenden Restanteil in dem zweiten akusto-optischen Schalter erneut erheblich zu reduzieren.

Insbesondere erweist sich als eine wesentliche qualitätsbestimmende Eigenschaft der

Kontrast des akusto-optischen Schalters, der sich als Verhältnis der Leistung des gebeugten Laserstrahls zur übrigen Leistung ergibt. Dabei wirkt sich in der Praxis nachteilig aus, dass sich kein 100 % Kontrast erreichen lässt, sodass der unbeeinflusst durch den akusto- optischen Schalter passierende Laseranteil im Bearbeitungspunkt des Werkstücks noch nachweisbar ist und dort zu einer unerwünschten Wirkung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen großen Kontrast des akusto-optischen Schalters bei zugleich kompakten Abmessungen zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Anordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist also eine Anordnung vorgesehen, bei welcher der akusto-optische Schalter im Strahlengang des aus dem Laser ausgekoppelten Laserstrahls außerhalb, also extern, des Resonators angeordnet ist und die Anordnung zusätzlich zu dem ersten Spiegel einen weiteren Spiegel aufweist, wobei der erste Spiegel derart geneigt angeordnet ist, dass der Umlenkwinkel des an dem ersten Spiegel abgelenkten Strahls in den akusto-optischen Modulator wesentlich von dem Braggwinkel abweicht und der weitere Spiegel derart geneigt angeordnet ist, dass der Umlenkwinkel des an dem weiteren Spiegel abgelenkten Strahls in den akusto-optischen Modulator unter dem Braggwinkel erfolgt. Dadurch, dass die Ablenkung des Laserstrahls an dem ersten Spiegel derart bestimmt ist, dass der erstmals abgelenkte Laserstrahl nicht etwa wie beim Stand der Technik unter der Bedingung des Braggwinkels erneut durch den akusto-optischen Modulator geleitet wird, sondern vielmehr unter einem seinem Betrag nach wesentlich abweichenden Winkel, trifft dieser ohne eine erneute Strahlbeugung auf den weiteren Spiegel. Dieser weitere Spiegel ist hingegen derart geneigt angeordnet, dass der Umlenkwinkel des an dem weiteren Spiegel abgelenkten Strahls in den akusto-optischen Modulator wiederum unter dem Braggwinkel erfolgt, sodass die Anordnung ihrem Wirkungsgrad nach einer Reihenanordnung von zwei akusto-optischen Modulatoren entspricht. Dabei entspricht der beschriebene Strahlengang des Laserstrahls jeweils dem von der gewünschten Beugung durch den akusto-optischen Modulator unbeeinflussten geringen Restanteil, welcher entsprechend dem Arbeitsstrahl bei einem ausgeschalteten akusto-optischen Modulator verläuft. Aufgrund der wesentlichen Abweichung des Umlenkwinkels des an dem ersten Spiegel abgelenkten Strahls von dem Braggwinkel wird zugleich ein vergleichsweise geringer Abstand der beiden Spiegel und somit eine bisher nicht erreichte kompakte Bauform realisierbar. Insbesondere können die beiden Spiegel mit geringem Abstand gegenüber den Eintrittsflächen des akusto-optischen Modulators angeordnet werden, sodass diese gemeinsam mit dem akusto-optischen Modulator den akusto-optischen Schalter bilden. Gegenüber dem Stand der Technik wird dabei eine Bauform des akusto-optischen Schalters mit einer großen Erstreckung in Richtung der Strahlachse, bedingt durch den sehr kleinen Winkel zwischen dem ausgekoppelten Laserstrahl und dem an dem ersten Spiegel abgelenkten Strahl vermieden. Selbstverständlich ist die Anordnung dabei weder auf zwei Spiegel noch auf einen dreimaligen Laserstrahldurchgang durch den akusto-optischen Modulator beschränkt. Vielmehr kann der vorteilhafte Effekt durch weitere Durchgänge entsprechend weiter verbessert werden.

Der an dem ersten Spiegel abgelenkte Strahl könnte derart abgelenkt werden, dass die Strahlachse des in den akusto-optischen Modulator eingekoppelten Laserstrahls von dem an dem ersten Spiegel abgelenkten Strahl und dem an dem weiteren Spiegel abgelenkten Strahl eingeschlossen ist. Der an dem ersten Spiegel abgelenkte Strahl wird dann nach seinem Durchtritt durch den akusto-optischen Modulator an einem oder mehreren Spiegeln reflektiert, um anschließend unter dem Braggwinkel erneut in den akusto-optischen Modulator einzutreten. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird insbesondere auch dadurch erreicht, dass der Umlenkwinkel des an dem ersten Spiegel abgelenkten Strahls in den akusto-optischen Modulator wesentlich größer ist als der ßraggwinkel, sodass ein möglichst großer Abstand des Reflexionspunktes des Laserstrahls auf dem weiteren Spiegel gegenüber der Strahlachse des eingekoppelten Laserstrahls bei zugleich geringem Abstand der Spiegel zueinander erreicht wird.

Dabei erweist sich eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung als besonders einfach, wenn der erste Spiegel und der weitere Spiegel parallel zueinander angeordnet sind, sodass also der an dem zweiten Spiegel abgelenkte Strahl parallel zu dem aus dem Laser ausgekoppelten, in den akusto-optischen Modulator eintretenden Laserstrahl verläuft. Hierdurch erfährt also der Laserstrahl bei seinem mehrfachen Durchgang durch den akusto- optischen Modulator lediglich einen parallelen Versatz, sodass der akusto-optische Schalter mit geringem konstruktiven Aufwand im Strahlengang hinter dem Laser angeordnet und in einfacherWeise gemeinsam mit diesem in die Anordnung integriert werden kann.

Eine andere ebenfalls besonders Erfolg versprechende Abwandlung wird auch dadurch realisiert, dass der erste Spiegel und der zweite Spiegel relativ zueinander geneigt angeordnet sind, wobei die Umlenkwinkel des Laserstrahls in den akusto-optischen Modulator sowie der Umlenkwinkel des an dem zweiten Spiegel abgelenkten Strahls in den akusto-optischen Modulator jeweils unter dem Braggwinkel mit demselben Betrag aber unterschiedlichen Vorzeichen erfolgt. Hierdurch verläuft also beispielsweise der erstmals in den akusto-optischen Modulator eintretende Laserstrahl in Bezug auf den akusto-optischen Modulator geneigt von unten nach oben, während der an dem weiteren Spiegel reflektierte Laserstrahl umgekehrt, also von oben nach unten, und zwar jeweils unter Einschluss des Braggwinkels verläuft. Mit anderen Worten tritt der Laserstrahl zunächst unter einem "positiven" Braggwinkel in den akusto-optischen Modulator ein, um dann nach der Reflexion an dem weiteren Spiegel unter einem "negativen" Braggwinkel in den akusto-optischen Modulator einzutreten. Hierdurch wird einerseits erreicht, dass der beim ersten Strahleintritt gebeugte Anteil, also der Hauptanteil, nach einer möglichen Reflexion an den beiden Spiegeln keine weitere Beugung und damit Aufspaltung erfährt. Andererseits weisen alle erzeugten Strahlen, nämlich der beim ersten Durchgang durch den akusto-optischen Modulator gebeugte und an den beiden Spiegeln abgelenkte Strahl, der nach der Ablenkung an dem weiteren Spiegel erneut gebeugte Hauptanteil sowie der ungebeugte Restanteil jeweils unterschiedliche Orientierungen auf, die mit geringem Aufwand separiert werden können. Eine unerwünschte Strahlauskopplung insbesondere bei anderenfalls parallel verlaufenden Strahlanteilen kann somit problemlos vermieden werden.

Hierzu sind der erste Spiegel und der weitere Spiegel relativ zueinander um den Braggwinkel geneigt angeordnet, sodass die Beugung des Laserstrahls einerseits um einen positiven, andererseits nach der Umlenkung an den beiden Spiegeln um einen negativen Braggwinkel erfolgt.

Die Bemessung des Ablenkwinkels an dem ersten Spiegel kann erfindungsgemäß in Abhängigkeit konstruktiver beziehungsweise praktischer Überlegungen nahezu beliebig erfolgen. Besonders praxisnah ist es hingegen, wenn der Umlenkwinkel des an dem ersten Spiegel abgelenkten Strahls derart bemessen ist, dass einerseits ein ausreichender Abstand des zweiten Spiegels von der Strahlachse des ausgekoppelten Laserstrahls sichergestellt ist, andererseits der Durchtrittsbereich des ausgekoppelten Laserstrahls sowie des an dem zweiten Spiegel abgelenkten Strahls in den akusto-optischen Modulator einem optimalen Arbeitsbereich des akusto-optischen Modulators entspricht. Dabei erstreckt sich der optimale Arbeitsbereich in der Praxis lediglich wenige Millimeter von dem die Schallwellen anregenden Piezoelement beabstandet, um so einen optimalen Wirkungsgrad zu realisieren. Zugleich wird aber auch ein ausreichender Abstand des weiteren Spiegels von der Strahlachse ermöglicht, um so eine zuverlässige Ablenkung des Laserstrahls ohne Beeinträchtigung des aus dem Laser ausgekoppelten Laserstrahls zu ermöglichen.

Hierzu eignen sich in der Praxis beispielsweise solche Ausgestaltungen, bei denen der Umlenkwinkel des an dem ersten Spiegel abgelenkten Strahls in den akusto-optischen Modulator größer als 5°, insbesondere zwischen 10° und 30° bemessen ist, um so die gewünschte kompakte Bauform realisieren zu können. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch einen als Strahlschalter für einen Laser dienenden und einen akusto-optischen Modulator aufweisenden akusto-optischen Schalter, welcher im Strahlengang des aus dem Laser austretenden Laserstrahls außerhalb des Resonators positionierbar ist und einen ersten Spiegel sowie zumindest einen weiteren Spiegel aufweist, wobei der erste Spiegel derart geneigt angeordnet ist, dass der nach dem Durchgang unter dem Braggwinkel durch den akusto-optischen Modulator abgelenkte und an dem ersten Spiegel reflektierte Strahl mit einem Umlenkwinkel in den akusto-optischen Modulator eintritt, der wesentlich größer als der Braggwinkel bemessen ist, und wobei der weitere Spiegel geneigt angeordnet ist, sodass der Eintritt des an dem weiteren Spiegel abgelenkten Strahls in den akusto-optischen Modulator unter dem Braggwinkel erfolgt. Hierdurch wird ein in der Praxis unabhängig von dem Laser einsetzbarer und positionierbarer Strahlschalter geschaffen, welcher als eine kompakte Baueinheit ausgeführt ist und zugleich einen hohen Kontrast aufgrund der doppelten Beugung des jeweils unter dem Braggwinkel von derselben Seite in den akusto-optischen Modulator eintretenden Laserstrahls gestattet. Insbesondere können die Spiegel in einem geringen Abstand zueinander angeordnet werden, sodass ein lediglich geringer Bauraum erforderlich ist.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in

Fig. 1 einen für eine Anordnung bestimmten akusto-optischen Schalter;

Fig. 2 einen weiteren, für eine Anordnung bestimmten akusto-optischen Schalter.

Nachstehend werden zwei für eine erfindungsgemäße Anordnung bestimmte akusto- optische Schalter 1 , 2 anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung betrifft einen akusto-optischen Modulator 3 mit einem Piezoelement 8 des jeweiligen akusto-optischen Schalters 1 , 2, welcher zur Steigerung der Effizienz, insbesondere also des Kontrastes als Verhältnis der Leistungsanteile des ungebeugten Laserstrahls gegenüber dem gebeugten Laserstrahl, mehrfach von einem dem akusto- optischen Modulator 3 zugeführten Laserstrahl 4 durchlaufen wird. Der akusto-optische Schalter 1, 2 dient dabei als Arbeitsschalter der vorübergehenden Unterbrechung des Laserstrahls 4 und ist außerhalb eines Resonators eines nicht dargestellten Lasers angeordnet. In einer an sich bekannten Weise ist der akusto-optische Modulator 3 gegenüber der Strahlachse 5 des eintretenden Laserstrahls 4 um den Braggwinkel Θ _B entsprechend der Braggbedingung geneigt angeordnet. Entsprechend seiner bestimmungsgemäßen Funktion als Strahlschalter wird der Hauptleistungsanteil des aus dem Laser ausgekoppelten Laserstrahls 4 in Richtung der gegenüber der Anregungsebene bzw. der dazu parallelen Ebene 6 des akusto-optischen Modulators 3 um den Braggwinkel Θ _B geneigten Strahlachse 5 in den akusto-optischen Modulator 3 eingeleitet und der größte Leistungsanteil entsprechend des strichpunktiert dargestellten gebeugten Laserstrahls 7 gebeugt. Ein geringer, jedoch für den Einsatz der Anordnung unerwünschter Restanteil trifft als ungebeugter Laserstrahl 9 entsprechend dem Verlauf bei ausgeschaltetem akusto- optischen Modulator 3 ebenso wie der gebeugte Laserstrahl 7 auf einen ersten Spiegel 10. Dieser erste Spiegel 10 ist um einen im Vergleich zum Braggwinkel Θ _B großen Winkel α gegenüber der zu der Strahlachse senkrechten Ebene 11 geneigt. Insbesondere ist also der erste Spiegel 10 derart geneigt angeordnet, dass der Umlenkwinkel 2α der an dem ersten Spiegel 10 abgelenkten gebeugten und ungebeugten Laserstrahlen 7, 9 in den akusto- optischen Modulator 3 wesentlich größer ist als der Braggwinkel Θ _B . Sowohl der gebeugte als auch der ungebeugte, jeweils an dem ersten Spiegel 10 abgelenkte Laserstrahl 7, 9 passieren den akusto-optischen Modulator 3 somit praktisch unbeeinflusst und treffen mit einem entsprechenden Versatz auf einen weiteren Spiegel 12. Von diesem Spiegel 12 werden die Laserstrahlen 7, 9 reflektiert und erneut auf den akusto-optischen Modulator 3 abgelenkt.

Bei der in der Figur 1 gezeigten Variante entspricht der Winkel α des ersten Spiegels 10 dem Winkel α des weiteren Spiegels 12, sodass diese parallel zueinander angeordnet sind. Dementsprechend führt der gewünschte erneute Eintritt des ungebeugten Laserstrahls 9 unter dem Braggwinkel Θ _B unmittelbar dazu, dass auch der gebeugte Laserstrahl 7 annähernd unter dem Braggwinkel Θ _B in den akusto-optischen Modulator 3 eintritt. Der bereits gebeugte Laserstrahl 7 wird demnach in einen nochmals gebeugten Laserstrahl 14 und einen entsprechend verminderten Restanteil 13 aufgespalten. Dasselbe gilt für den an dem weiteren Spiegel 12 reflektierten, ungebeugten Laserstrahl 9, der mittels des akusto- optischen Modulators 3 in einen weiter verminderten Restanteil als weiterhin ungebeugter Laserstrahl 16 und in einen Laserstrahl 15 als gebeugten Hauptanteil aufgespalten wird. Der wiederholte Durchlauf der an dem weiteren Reflektor 12 abgelenkten Strahlen 7, 9 durch den akusto-optischen Modulator 3 führt demnach zu den jeweils paarweise parallelen Strahlen 16 und 14 sowie 13 und 15 mit unterschiedlichen Leistungsanteilen.

Demgegenüber ist bei der in der Figur 2 gezeigten Variante des akusto-optischen Schalters 2 der weitere Spiegel 12 nicht parallel zu dem ersten Spiegel 10, sondern relativ zu diesem um den Betrag des Braggwinkels Θ _B geneigt angeordnet. Dementsprechend tritt der beim ersten Durchgang gebeugte Leistungsanteil des Laserstrahls 7 nach seiner Reflexion an den beiden Spiegeln 10, 12 nicht unter dem Braggwinkel Θ _B , sondern unter einem größeren Winkel 3Θ _B in den akusto-optischen Modulator 3 ein und daher ohne weitere Beugung aus diesem aus. Im Gegensatz dazu tritt der bei seinem ersten Durchgang durch den akusto- optischen Modulator 3 ungebeugte und an den beiden Spiegeln 10, 12 reflektierte Restanteil des Laserstrahls 9 unter einem negativen Braggwinkel -Θ _B , also in der Darstellung von links oben nach rechts unten verlaufend, in den akusto-optischen Modulator 3 ein. Da die Beugung lediglich von dem Betrag des Braggwinkels Θ _B , nicht jedoch von dessen Vorzeichen abhängig ist, tritt für den so abgelenkten Laserstrahl 9 daher eine gewünschte Beugung ein, sodass der Hauptanteil als gebeugter Laserstrahl 15 im Gegensatz zu dem ersten Durchlauf nach oben abgelenkt wird, während ein geringer Restanteil des Laserstrahls 16 ungebeugt und somit im Verhältnis zu der Strahlachse 5 des ursprünglich in den akusto-optischen Modulator 3 eintretenden Laserstrahls 4 um den Braggwinkel Θ _B geneigt austritt. Bei dieser Variante weichen die Orientierungen aller ausgekoppelten Laserstrahlen 7, 15, 16 voneinander ab, sodass diese sich in einfacher Weise separieren lassen.