Störgrößenkompensation und Strahlformung in adaptiven Hochleistungslasern durch deformierbare Spiegel

Hochleistungslaser sind ein essentieller Bestandteil zahlreicher Materialbearbeitungsverfahren in industriellen Fertigungsprozessen. Bei hohen Ausgangsleistungen beeinflussen thermisch-induzierte Störeffekte alle beteiligten Komponenten und verschlechtern die erreichbare Strahlqualität, den Wirkungsgrad und die Flexibilität des Gesamtsystems. Da einige der genannten Störungen von außerhalb nicht korrigiert werden können, dienen in der Laserstrahlquelle verbaute deformierbare Spiegel als Aktoren des adaptiven optischen Systems.
Die in diesem Kontext stehenden regelungstechnischen Fragestellungen werden im Rahmen der vorliegenden Dissertation mit Hilfe eines modellbasierten Ansatzes untersucht. Dabei muss der domänenübergreifende Charakter des Systems, der sich von Quantendynamik bis Wärmeleitung erstreckt, berücksichtigt werden. Als Lösungsansatz werden zwei komplementäre Aktortechnologien verfolgt: pneumatisch aktuierte und optisch adressierte deformierbare Spiegel. Deren Regelung und Steuerung stellt einen Schwerpunkt der Arbeit dar. Abschließend wird das allgemeine Konzepts adaptiver Laserresonatoren anhand eines fokussierten Beispiels illustriert, wobei die Größe des Laserstrahls auf dem Laserkristall als Regelgröße betrachtet wird. Sie determiniert die Strahlqualität und den Gesamtwirkungsgrad des Lasers maßgeblich und wird für unterschiedliche Ausgangsleistungen durch thermisch-induzierte Brechkräfte beeinflusst. Mit Hilfe der vorgestellten Methodik lässt sich durch die betrachteten deformierbaren Spiegel eine adaptive Brechkraft realisieren, die neben der Störgrößenkompensation auch verschiedene Intensitätsprofile der Laserstrahlung gezielt einstellen kann.