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Resonanz-Killer für Pockelszellen

Dr.-Ing. Matthias Häfner

Dr.-Ing. Matthias Haefner

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Pockelszellen finden häufig Verwendung als optische Schalter in verschiedensten Arten von Lasersystemen. So werden sie z.B. als Pulspicker eingesetzt, oder auch als Ein-/Auskoppelelement in regenerativen Verstärkern. Dabei wird eine gepulste Hochspannung an einen doppelbrechenden optischen Kristall angelegt, wodurch die Polarisationsebene einzelner Laserpulse gezielt gedreht werden kann. Mit Hilfe eines Polarisationsfilters wird ein optischer Schalter realisiert werden, der die Laserpulse in unterschiedliche optische Pfade lenkt.


Die verwendeten Kristalle wie z.B. Beta-Barium-Borat (BBO) besitzen piezoelektrische Eigenschaften, was dazu führt dass sich die Kristalle bei Änderung der angelegten Spannung expandieren bzw. kontrahieren. Dies hat die Entstehungen von Schallwellen im Kristall zur Folge. Abhängig von Materialeigenschaften und Abmessungen des Kristalls besitzt dieser eine oder mehrerer akustische Resonanzfrequenz, typischerweise im Bereich einiger 10 bzw. 100 kHz. Diese Resonanzen können durch die elektrische Schaltvorgänge angeregt werden. Mögliche Folgen sind z.B. eine Reduktion des Modulationskontrasts (durch die piezoelektrisch induzierte elektrische Spannung im Kristall und damit einhergehender unerwünschter Doppelbrechung) oder sogar die Zerstörung des Kristall durch die resultierenden mechanischen Spannungen.


Im Rahmen diese Projekts wurde eine Ansteuerungsmethode für die Verwendung in regenerativen Verstärkern und Pulspickern entwickelt, welche durch die Erzeugung von Antischall im Kristall die Anregung von Resonanzen zuverlässig verhindert. Das in einem FPGA implementiert Modul erlaubt eine flexible Programmierung der Pockelszellen-Schaltfenster und die Dämpfung einer oder mehrerer einstellbarer Resonanzfrequenzen.

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