KR101470321B1 - 상이한 스펙트럼 투과율을 갖는 2개의 출력 커플러를 구비한 위상 안정형 모드락 레이저 - Google Patents

상이한 스펙트럼 투과율을 갖는 2개의 출력 커플러를 구비한 위상 안정형 모드락 레이저 Download PDF

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Abstract

모드락 단펄스 레이저 공진기(2)는, 펌프 레이저 빔 입력(12), 비선형 레이저 매체(13), 복수의 공진기 미러(M) 및 제1 아웃 커플러 미러(OC1)와 제2 아웃 커플러 미러(OC2)를 포함하고, 제1 아웃 커플러 미러(OC1)는 제1 스펙트럼 특성을 갖는 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치되고, 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 제1 스펙트럼 특성과 상이한 제2 스펙트럼 특성을 갖는 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치된다.

Description

상이한 스펙트럼 투과율을 갖는 2개의 출력 커플러를 구비한 위상 안정형 모드락 레이저{PHASE STABILIZED MODE-LOCKED LASER WITH TWO OUTPUT COUPLERS HAVING DIFFERENT SPECTRAL TRANSMISSION}
본 발명은 펌프 레이저 빔 입력, 레이저 크리스탈, 예를 들어 선형 공진기의 경우의 적어도 제1 엔드 미러(end mirror) 및 제2 엔드 미러, 또는 링(ring) 공진기의 경우 복수의 캐비티 미러로서의 미러를 갖는 모드락(mode-locked) 단펄스(short pulse) 레이저 공진기에 관한 것이다. 바람직하게는, 레이저 크리스탈은 비선형 레이저 이득 매체이다.
또한, 본 발명은 이러한 모드락 단펄스 레이저 공진기와, 레이저 방사(laser radiation)를 위상 잠금(phase locking)하기 위하여 단펄스 레이저 공진기에 결합된 CEP(Carrier Envelope Phse) 안정화 장치를 포함하는 단펄스 레이저 장치에 관한 것이다.
모드락 단펄스 레이저 공진기(오실레이터), 특히 펨토초(femtosecond) 레이저 공진기가 예를 들어 US 5,709,772 A와 같이 본 발명이 속하는 기술분야에 알려져 있다. 이러한 레이저 공진기에 의해 생성된 레이저 방사는 대략 650 nm 내지 대략 1050 nm의 파장 범위 내인 광대역 방사이다. 또한, 이러한 레이저 공진기와 조합하여 레이저 증폭기를 사용하는 것도 알려져 있으며, 이러한 레이저 증폭기는, 예를 들어, 개시 내용이 본 명세서에 참조로서 편입되는 D. Strickland, G. Mourou "Compression of amplified chirped optical pulses", Optics Communication, 55 (6), 1985. 10. 15, p. 447 - 449에 개시된다. 이러한 모드락 단펄스 레이저 공진기가 갖는 한 문제점은 위상 및 주파수의 안정화이며, 이러한 안정화 개념은 US 6,724,788 B1과 US 6,785,303 B1에서 다루어진다. 특히, 위상 매칭에 대하여, 분리되고 상대적으로 복잡한 인터페로미터형(interferometer-type) 유닛이 제안된다.
한편, US 3,772,609 A는 2중 출력 시스템을 갖는 레이저 캐비티 구성을 제안한다. 더욱 상세하게는, 능동 레이저 매체를 포함하고 2개의 뚜렷한 주파수(파장)를 생성하는 레이저 캐비티 구조와 연결된 2개의 출력 커플링 미러를 구비한 레이저가 개시된다. 한 엔드 미러는 이 2개의 파장 중 제1 파장에서 고도로 반사성이며, 제2 파장에서 부분적으로 투과성이다; 다른 엔드 미러는 제2 파장에서 고도로 반사성이며, 제1 파장에서 부분적으로 투과성이다. 따라서, 제1 미러는 제2 파장을 갖는 레이저 빔을 커플링 아웃(couple out)하고 제1 파장을 반사하도록 배치되며, 반면, 제2 미러는 제1 파장을 갖는 레이저 빔을 커플링 아웃하고 제2 파장을 반사하도록 배열된다. 이러한 2개의 레이저 파장의 생성을 위한 원리는 예를 들어 브루스터 창(Brewster's window)을 엔드 미러로서 갖는 플라즈마 튜브인 레이저 캐비티가 이러한 별개의 레이저 파장을 생성한다는 것이다. 상이한 레이저 파장은 상이한 목적을 위하여 사용될 수 있으며, 이것은 레이저 공진기를 한 동작 모드에서 다른 동작 모드로 스위칭오버(swithcing over)하지 않는다.
2중 주파수 레이저 시스템에 비하여, 통상의 모드락 단펄스 레이저 공진기는 전술한 바와 같이 광대역 레이저 방사를 생성한다. 그럼에도, 상이한 특성을 갖는 레이저 방사가 유용할 수 있고, 예를 들어, 다른 단펄스 동작 모드에 비하여 더 낮은 출력을 갖는 레이저 방사가 생성되는 단펄스 동작 모드를 사용하는 것이 가능한 US 7,172,588 B2에 개시된 레이저 장치에서와 같이 한 모드에서 다른 모드로 스위칭 오버할 필요가 없는 것이 바람직한 애플리케이션이 안출될 수 있다. 특히, 펄스 안정화 장치를 구비한 레이저 장치, 특히, 공진기에 커플링된 레이저 증폭기를 구비한 레이저 장치에서 서로 상이한 특성을 갖는 레이저 방사를 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 상이한 특성을 갖는 레이저 방사가 즉시 그리고 구축에 많은 노력이 필요하지 않으며 레이저 공진기를 한 동작 모드에서 다른 동작 모드로 스위칭 오버하지 않고서도 획득될 수 있는 모드락 단펄스 레이저 공진기 및 이러한 모드락 단펄스 레이저 공진기를 포함하는 단펄스 레이저 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 다른 목적에 따르면, 한편으로는 레이저 위상 안정화 수단에, 다른 한편으로는 단펄스 레이저 증폭기에 이러한 레이저 방사를 공급하기 위하여 상이한 스펙트럼 특성을 갖는 레이저 방사를 동시에 출력하는 것이 가능한 레이저 수단을 제공하도록 의도된다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 독립항에 정의된 바와 같은 모드락 단펄스 레이저 공진기와 단펄스 레이저 장치를 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항에 정의된다.
본 발명에 따르면, 펌프 레이저 빔 입력, 바람직하게는 예를 들어 Ti:사파이어(Ti:Al2O3) 크리스탈과 같은 비선형 레이저 매체인 레이저 매체, 및 공진기 미러를 포함하는 모드락 단펄스 레이저 공진기가 제공된다; 특히, 오실레이터는 레이저 방사를 커플링 아웃하기 위한 2개의 아웃 커플러 미러를 포함하며, 이러한 아웃 커플러 미러 중 제1 아웃 커플러 미러는 제1 스펙트럼 특성을 갖는 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치되고, 반면 제2 아웃 커플러 미러는 제1 스펙트럼 특성과 상이한 제2 스펙트럼 특성을 갖는 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치된다. 예를 들어, 공진기의 레이저 방사의 상이한 스펙트럼 부분은 2개의 아웃 커플러 미러를 통해 커플링 아웃될 수 있다; 또한, 동일한 중심 파장에도 불구하고, 상이하고 그리고/또는 동일한 출력으로 상이한 대역폭의 방사를 커플링 아웃하거나, 또는 상이하거나 동일한 대역폭을 구비하고 상이하거나 동일한 출력을 구비한 스펙트럼을 갖는 상이한 중심 파장을 갖는 방사 부분을 커플링 아웃하는 것이 가능하다. 이것은 특정 투과율 및 스펙트럼 밀도 특성을 갖는 적합한 아웃 커플러 미러를 선택함으로써 달성될 수 있으며, 특정 투과율 및 스펙트럼 밀도 특성은 알려진 바와 같이 미러의 층 구조에 의존한다.
특히, 제1 아웃 커플러 미러에서 커플링 아웃된 레이저 방사는 모드락 단펄스 레이저 공진기의 위상 안정화를 위하여 제공하기 위하여 CEP 안정화 장치에 공급될 수 있으며, 이러한 장치는 원칙적으로 그 자체로 공지된 것이다. 특히, 이 CEP 안정화 장치는 입력 스테이지로서 차이 주파수 생성기(DFG) 수단 또는 f:2f 인터페로미터 수단을 포함하고, 제1 엔드 미러는 CEP 안정화 장치의 이러한 DFG(또는 인터페로미터) 수단에 제1 스펙트럼 특성을 갖는 레이저 방사를 제공한다. 여기에서, CEP 안정화 장치에 공급되는 상대적으로 넓은 대역의 레이저 방사 및 상대적으로 낮은 출력의 레이저 방사를 갖는 것이 유용할 수 있다; 이와 반대로, 제2 엔드 미러에서 커플링 아웃되는 레이저 방사는 상대적으로 좁은 대역이지만 상대적으로 높은 출력을 갖는 방사이어야 하며, 이러한 레이저 방사는 기본적으로 알려진 바와 같이 레이저 방사를 시딩(seeding)하는 것으로서 레이저 증폭기에 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명은 제1 스펙트럼 특성을 갖는 레이저 방사를 공급받기 위한 제1 아웃 커플러 미러에 커플링된 CEP 안정화장치와 결합하고 제2 아웃 커플러 미러로부터 제2 스펙트럼 특성을 갖는 레이저 방사를 공급받는 레이저 증폭기와 결합하는, 앞에서 논의한 바와 같은 모드락 단펄스 레이저 공진기를 포함하는 단펄스 레이저 장치를 제공한다.
예를 들어, 제1 엔드 미러를 통해 커플링 아웃된 상대적으로 낮은 출력의 제1 레이저 방사는 스펙트럼 밀도가 1 mW/nm보다 더 작다. 이와 반대로, 제2 엔드 미러를 통해 커플링 아웃되고 제1 엔더 미러에 비교될 때 상대적으로 높은 출력을 갖는 제1 레이저 방사는 스펙트럼 밀도가 1 mW/nm보다 더 크다.
본 발명의 다른 범위의 애플리케이션은 출력 펄스의 완전 동기(perfect synchronism)의 이점을 갖는다. 2개의 출력 펄스가 동일한 레이저 공진기에서 생성된다는 사실 때문에, 비록 대역폭, 중심 파장, 및/또는 펄스 지속 시간에 있어서 상이하더라도, 이들은 여전히 완전히 동기화된다. 서로 동기화된 2개의 독립적인 공진기는 대안일 수 있다. 상이한 안정화 시스템이 가능하더라도, 동기화는 1개가 아닌 2개의 레이저 공진기와 추가적인 잠금(locking) 일렉트로닉스를 필요로 한다. 이러한 2개의 동기화된 공진기 사이에 결과에 따른 지터는 결코 0에 같아질 수는 없을 것이다. 반대로, 본 명세서에서 설명된 공진기로부터, 2개의 상이한 공진기에서 생성되는 펄스에 비하여, 그 펄스는 타이밍 지터가 없거나 또는 매우 작은 타이밍 지터를 가질 것이라는 점이 추측될 수 있다. 이러한 동기화된 펄스에 대한 애플리케이션의 예는 예를 들어 푸리에 변환 CARS(coherent anti-Strokes Raman scattering)이며, Meng Cui 등의 "Interferometric Fourier transform coherent anti-Strokes Raman scattering", Optics Express, 2006. 9. 4, Vol. 14, No. 18, p. 8448 - 8458을 참조하라.
본 발명의 추가적 상세 및 이점은 다음의 도면과 관련하여 주어진 이어지는 설명으로부터 명백하게 나타날 것이다:
도 1 및 2는 모드락 레이저 공진기, 레이저 증폭기 및 각각 DFG 입력 스테이지를 갖고(도 1) 인터페로미터 입력 스테이지(도 2)를 갖는 CEP 장치를 갖는 본 발명에 따른 단펄스 레이저 장치에 대한 2가지 실시예의 유사한 개략도를 도시한다;
도 3 및 4는 각각 이른바 폴딩된 구조(도 3)와 링 구조(도 4)를 가지며, 펌프 레이저 방사가 공급되는 단펄스 레이저 공진기의 구조에 대한 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한다;
도 5는 도 3(또는 도 4)의 단펄스 레이저 공진기의 제1 출력에서의 투과율 및 스펙트럼 세기(spectral intensity)를 나타내는 도면이다;
도 6은 도 3(또는 도 4)의 단펄스 레이저 공진기의 제2 출력에서의 투과율 및 스펙트럼 세기를 나타내는 도면이다; 그리고,
도 7은 파장(㎛ 단위)에 대한 세기(임의 단위)인 레이저 공진기에 사용되는 예를 들어 Ti:사파이어 크리스탈인 일반적인 레이저 크리스탈의 증폭 특성을 도시한다.
도 1 및 2에서, 특히 도 3 또는 4에 도시된 레이저 공진기와 같은 CEP(carrier envelope phase) 안정화를 갖는 모드락 단펄스 레이저 공진기인 2중 출력 펨토초 오실레이터(2)를 포함하는 단펄스 레이저 장치(1)가 도시된다. 여기에서 간단히 말해서 공진기(2)인 레이저 공진기 또는 오실레이터는, 상대적으로 넓은 대역폭을 갖는 레이저 방사를 위한 제1 출력(3)과, 제1 출력(3)에 비교될 때 상대적으로 좁은 대역폭을 갖는 레이저 방사를 위한 제2 출력(4)을 갖는다. 예를 들어, 제1 출력(3)에서의 레이저 방사는 80 MHz의 펄스 레이트(pulse rate)와 1.4 nJ의 펄스 에너지를 가지며, 공진기(2)에서 오실레이팅하는 레이저 방사의 대략 5%는 커플링 아웃된다. 제2 출력(4)에서, 다시, 레이저 방사는 80 MHz의 펄스 레이트를 가지지만, 펄스 에너지는 대략 6 nJ이며, 이 레이저 펄스는 레이저 증폭기(5), 특히 그 자체로 알려진 구조의 펨토초 레이저 증폭기를 시딩하는데 사용된다. 이 레이저 증폭기(5)의 출력(6)에서, 1 - 10 KHz의 펄스 레이트를 갖는 레이저 방사가 획득되며 대략 수 mJ, 예를 들어, 1 - 5mJ의 펄스 에너지를 갖는다. 따라서, 이 레이저 증폭기(5)는 더 높은 레이저 펄스 에너지를 획득하기 위하여 공급된 레이저 펄스를 증폭하는 기능을 갖는다.
레이저 공진기(2)의 제1 출력(3)은 여기에서 짧게는 CEP 안정화 장치 또는 더 짧게는 CEP 장치(7)인 캐리어-포락선 위상(carrier-envelope phase) 안정화 장치(7)에 커플링된다. 이 CEP 장치(7)는 출력 스테이지, 즉, 차이 주파수 생성(줄여서 DFG(difference frequency generation) 수단(8)(도 1), 또는 f:2f 인터페로미터 수단(8')(도 2)을 포함한다; 이 입력 스테이지(8 또는 8')는 각각 공진기(2)의 제1 출력(3)에 커플링된 입력을 가지며, 예를 들어 차이 주파수 출력을 위상 잠금 일렉트로닉스(9)에 제공한다. 후자는 인트라 캐비티 펄스 에너지를 변조하고 따라서 공진기(2)의 비선형 이득 매체 내에서 아래에서 설명되는 그 자체로 알려진 바와 같은 광학 커 효과를 통해 광 경로를 변조하데 사용되는 AOM(accusto-optic modulator)(10)에 공급되는 제어 신호를 생성하는 역할을 한다.
더욱 상세하게는, 예를 들어 주파수가 2배로 된 단일 주파수 Nd:YVO4 레이저(예를 들어 "Coherent Verdi" 레이저와 같은)인 펌프 레이저(11)(연속파(continuous wave, cw)-레이저)가 단일 주파수에서 펌프 레이저 방사를 AOM 유닛(10)을 통해 fs(femtosecond) 공진기(2)에 공급하는데 사용된다.
도 3 및 4에 따르면, 공진기(2)는 이른바 렌즈(L1)와 레이저 펌프 빔을 투과시키지만 공진기(2)에서 형성된 레이저 펄스를 반사하기에(공지의 커(Kerr) 렌즈 모드 잠금 효과에 따라) 적합한 오목 이색성 미러(M1)을 통해 비선형 Ti:Al2O3 크리스탈(Ti:사파이어 크리스탈)(13)의 형태로 능동 레이저 매체(이른바 이득 매체)에 공급되는 펌프 레이저 빔을 12에서 공급받는다. 또한, 도 3에 따르면, 미러(M2, M3 및 M4)는 레이저 공진기(2)를 구축하는데 사용되고, 이러한 미러(M)는 이른바 처핑된 미러(chirped mirror)일 수 있다. 2개의 분리된 엔드 미러(OC1, OC2)가 공진기(2)에 제공되며, 이러한 엔드 미러(OC1, OC2)에서, 레이저 방사의 해당 부분이, 예를 들어, 엔드 미러(OC1)에서 5% 및 엔드 미러(OC2)에서 29%가 커플링 아웃된다. 따라서, 엔드 미러(OC1)는 제1 출력(3)을 형성하는 반면, 엔드 미러(OC2)는 제2 출력(4)을 형성한다. "OC"라는 용어는 일반적으로 이러한 아웃 커플러(outcoupler) 미러(OC - outcoupler)를 지칭하는 것으로 사용된다. 링 오실레이터가 공진기(2)로서 도시된 도 4의 실시예에서, 미러(M3, M4)는 아웃 커플러 미러(OC1, OC2)이다. 이 외에, 도 3과 동일한 도면 부호를 갖는 도 4에서의 구성요소는 서로 대응하는 구성요소이다.
아웃 커플러 미러(OC1, OC2)는 다음과 같은 구조에 따른 간단한 브라그(Bragg) 다층 미러일 수 있다: 기판 + (HL)n. 여기에서, H는 고반사율을 갖는 층을 말하며, L은 저반사율을 갖는 층을 말한다. 예를 들어, H 층은 800 nm의 파장에서 λ/4의 광학 두께를 갖는 TiO2를 포함하는 반면, L층은 800 nm에서 λ/4의 동일한 광학 두께를 갖는 SiO2층이다. 여기에서, n은 층의 개수이며, 따라서, 투과 특성에 의존하는 주기의 개수이다. 예를 들어, 투과율 T=5%, n=5에 대하여, 이는 엔드 미러(제1 아웃 커플러 미러(OC1))가 다음의 구조를 갖는 것을 말한다: 기판 + (HLHLHLHLHL). 반면, 투과율 T=29%, n=3에 대하여, 이는 엔드 미러(제2 아웃 커플러 미러(OC2))가 다음의 구조를 갖는 것을 말한다: 기판 + (HLHLHL).
투과율 백분율, 파장 및 층의 개수에 대한 상기 값들은 단지 예일 뿐이며, 다른 값들도 다른 실시예에 대하여 적합할 수 있다는 것이 명백하여야만 한다.
도 5에서, 도 3 또는 4의 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 대하여, 즉, 출력(3)에서의, %로의 투과율(점선)과 함께 임의 단위의 스펙트럼 세기(평균 모드락 출력/대역폭(FWHM))(실선)를 나타내는 도면을 도시한다. 전술한 바와 같이, 레이저 방사의 5% 부분은 여기에서 커플링 아웃되고, 구체적으로 선택된 아웃 커플러 미러(OC1)는, 700 - 900 nm(스펙트럼의 중심)의 범위에 비하여 예를 들어 600 및 700 nm 사이의 파장과 900 및 1000 nm 사이의 파장에서 더 높은 투과율을 가진다는 것을 의미하는 스펙트럼 밴드의 날개 부분에서의 파장이 강조된 투과 특성을 가진다. 따라서, 제2 아웃 커플러 미러(OC2)에 관한 도 6의 도면과 비교할 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 0.5 세기, 즉, FWHM(full width half maximum)에 대응하는 세기에서 670 - 900 nm의 대역폭을 갖는, 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에서 커플링 아웃된 상대적으로 넓은 대역폭의 레이저 방사가 획득된다: FWHM이란 곡선 또는 함수에서 "범프(bump)"의 폭을 설명하는데 일반적으로 사용되는 파라미터이다. 이는 함수가 그 최대값의 절반에 도달하는 곡선의 점들 사이의 거리에 의해 주어진다.
이에 비하여, 도 6에 따르면, 제2 아웃 커플러 미러(OC2)가 예를 들어 700 - 900 nm로부터의 관심 파장 대역에서 더 높은 전체 투과율을 가지지만, 제2 출력 아웃 커플러 미러(OC2)는 제1 엔드 미러(OC1)(도 5 참조)와 같은 방식으로 스펙트럼 대역의 날개 부분을 강화하지 않는 투과율(점선으로 도시됨)을 가진다. 따라서, 0.5 (FWHM)의 스펙트럼 세기를 특징짓는 선에서, 제2 아웃 커플러 미러(OC2)를 통해 투과되는 방사는 도 5의 미러(OC1)의 대역폭에 비교할 때 대략 725 - 800 nm의 더 좁은 대역폭을 갖는다. 전술한 바와 같이, 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 29%의 아웃 커플링율을 제공한다.
도 3에 따른 펨토초 공진기와 같은 공진기로 획득된 레이저 방사의 주요 스펙트럼을 더 도시하기 위하여, 도 7은 중심 파장이 대략 0.8 ㎛ (800 nm)인 파장(㎛)에 대한 레이저 방사의 세기(임의 단위)를 도시하며, 600 - 750 nm의 범위(증가하는 기울기)와 780 - 1000 nm의 범위(감소하는 기울기)에서 해당하는 기울기를 가진다. 이러한 세기 특성을 스펙트럼의 날개 부분에서의 파장을 다소 강조하는 도 5 또는 6의 투과율 특성과 결합하면, 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 획득된 스펙트럼이 분명해질 것이다.
또한, CEP 장치(7)는 WO 2006/008135 A2에 개시된 것과 같은 방법, 즉, 주기적인 극을 갖는 마그네슘 산화 도핑된 리튬 니오베이트(niobate)와 같은 비선형 광학 매체를 포함하는 광학 DFG 수단(8)을 구비하는 방법으로 구성될 수 있다; 위상 잠금 수단(9)은 그 내용이 여기에 참조로서 편입되는 WO 2006/008135 A2에 개시된 포토 다이오드와 같은 감광 장치를 포함할 수 있다. 한편, 도 3의 인터페로미터 수단(8')은 원칙적으로 그 내용이 여기에 참조로서 편입되는 US 6,724,788 B1에 도시된 바와 같이 구성될 수 있으며, Rudiger Paschotta, "Frequenzkamme und optishe Frequenzmetrologie" (Frequency combs and optical frequency metrology), Optische Messtechnik, Photonik 3/2006, p. 60 - 63 뿐만 아니라 WO 206/008135 A2의 도입부를 비교할 수 있다.
차이 주파수 생성에 대하여, 광대역폭을 갖는 레이저 방사가 유익하며, 반면, 더 낮은 출력의 방사가 충분하다; 한편, 방사의 더 큰 부분(예를 들어, 29%)이 펨토초 레이저 증폭기(5)를 시딩(seeding)하기 위하여 제2 엔드 미러(OC2)에서 커플링 아웃되고, 더 좁은 대역폭이 이러한 증폭기의 제한된 대약폭에 더 잘 매칭된다. 한편, 더 많은 스펙트럼 밀도(제한된 대역폭에서 더 높은 출력)은 펄스와 이러한 증폭기의 백그라운드 사이에서 콘트라스트를 개선한다.
앞에서, 본 발명은 특정한 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었다; 그러나, 다양한 변경 및 수정이 특히 첨부된 청구항에 정의된 바와 같은 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 예를 들어, OC 미러에서의 투과율 백분율과 스펙트럼 밀도 등에 대한 다른 값이 본 발명에 대한 해당 애플리케이션에 따라 선택될 수 있다. 아울러, 출력된 펄스의 완전 동기(perfect synchronism)의 관점에서, 적합하거나 또는 필수적이라면, 적어도 하나의 추가 미러를 아웃 커플러 미러로서 제공하는 것이 고려될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 3 또는 4의 각각에 대하여, 미러(M2)가 추가 아웃 커플러 미러로서 사용될 수 있다.

Claims (26)

  1. 펌프 레이저 빔 입력(12), 레이저 매체(13) 및 빔 아웃 커플러 수단(OC1, OC2)을 포함하는 모드락 단펄스 레이저 공진기(2)에 있어서,
    상기 아웃 커플러 수단은 적어도 제1 아웃 커플러 미러(OC1) 및 제2 아웃 커플러 미러(OC2)를 포함하고,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)는 제1 다층 구조를 가지고, 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 제2 다층 구조를 가지며,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)의 제1 다층 구조는 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 입사하는 제1 부분의 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치되고, 상기 제1 부분의 레이저 방사는 제1 스펙트럼 대역폭을 가지고, 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)의 제1 다층 구조는 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 입사하는 제2 부분의 레이저 방사를 반사하도록 배치되며,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)의 제2 다층 구조는 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)에 입사하는 제3 부분의 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치되고, 상기 제3 부분의 레이저 방사는 제2 스펙트럼 대역폭을 가지고, 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)의 제2 다층 구조는 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)에 입사하는 제4 부분의 레이저 방사를 반사하도록 배치되며,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1) 및 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 공진기 미러이고, 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 의해 커플링 아웃되는 상기 제1 부분의 레이저 방사는 상기 레이저 공진기의 제1 출력이고, 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)에 의해 커플링 아웃되는 상기 제3 부분의 레이저 방사는 상기 레이저 공진기의 제2 출력이며,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)로부터 반사되는 상기 제2 부분의 레이저 방사는 상기 레이저 공진기로 다시 반사되고, 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)로부터 반사되는 상기 제4 부분의 레이저 방사는 상기 레이저 공진기로 다시 반사되며,
    상기 제1 스펙트럼 대역폭은 상기 제2 스펙트럼 대역폭보다 더 넓은 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)는 상기 모드락 단펄스 레이저 공진기를 위한 CEP 안정화 장치(7)에 커플링되도록 배치된 출력(3)을 정의하는 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)는 상기 CEP 안정화 장치(7)의 차이 주파수 생성기 수단(8)에 커플링되도록 배치된 출력(3)을 정의하는 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)는 상기 CEP 안정화 장치(7)의 f:2f 인터페로미터 수단(8')에 커플링되도록 배치된 출력(3)을 정의하는 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)는 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)에 비하여 상대적으로 낮은 스펙트럼 밀도의 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치된 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)를 통해 커플링 아웃된 상기 레이저 방사는 1 mW/nm보다 더 작은 스펙트럼 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 레이저 증폭기에 커플링되도록 배치된 출력을 정의하는 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 비하여 상대적으로 좁은 대역의 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치된 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  12. 삭제
  13. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 비하여 상대적으로 높은 스펙트럼 밀도의 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치된 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)를 통해 커플링 아웃된 상기 레이저 방사는 1 mW/nm보다 더 큰 스펙트럼 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 비하여 상대적으로 높은 스펙트럼 밀도의 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치된 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)를 통해 커플링 아웃된 상기 레이저 방사는 1 mW/nm보다 더 큰 스펙트럼 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는,
    모드락 단펄스 레이저 공진기.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 모드락 단펄스 레이저 공진기(2), 펌프 레이저 방사를 상기 단펄스 레이저 공진기에 공급하는 펌프 레이저(11), 및 상기 레이저 방사를 위상 잠금하기 위하여 상기 단펄스 레이저 공진기에 커플링된 CEP 안정화 장치(7)를 포함하는 단펄스 레이저 장치(1)에 있어서,
    상기 단펄스 레이저 공진기(2)는 적어도 제1 아웃 커플러 미러(OC1) 및 제2 아웃 커플러 미러(OC2)를 포함하고,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)는 제1 다층 구조를 가지고, 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 제2 다층 구조를 가지며,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)의 제1 다층 구조는 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 입사하는 제1 부분의 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치되고, 상기 제1 부분의 레이저 방사는 제1 스펙트럼 대역폭을 가지고, 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)의 제1 다층 구조는 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 입사하는 제2 부분의 레이저 방사를 반사하도록 배치되며,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)의 제2 다층 구조는 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)에 입사하는 제3 부분의 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치되고, 상기 제3 부분의 레이저 방사는 제2 스펙트럼 대역폭을 가지고, 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)의 제2 다층 구조는 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)에 입사하는 제4 부분의 레이저 방사를 반사하도록 배치되며,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1) 및 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 공진기 미러이고, 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 의해 커플링 아웃되는 상기 제1 부분의 레이저 방사는 상기 레이저 공진기의 제1 출력이고, 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)에 의해 커플링 아웃되는 상기 제3 부분의 레이저 방사는 상기 레이저 공진기의 제2 출력이며,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)로부터 반사되는 상기 제2 부분의 레이저 방사는 상기 레이저 공진기로 다시 반사되고, 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)로부터 반사되는 상기 제4 부분의 레이저 방사는 상기 레이저 공진기로 다시 반사되며,
    상기 제1 스펙트럼 대역폭은 상기 제2 스펙트럼 대역폭보다 더 넓은 것을 특징으로 하는,
    단펄스 레이저 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 CEP 안정화 장치(7)는 상기 제1 아웃 커플러 미러에 커플링된 차이 주파수 생성기 수단(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    단펄스 레이저 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)는 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)에 비하여 상대적으로 넓은 대역의 레이저 방사를 상기 차이 주파수 생성기 수단(8)에 제공하도록 배치된 것을 특징으로 하는,
    단펄스 레이저 장치.
  22. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)는 상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)에 비하여 상대적으로 낮은 스펙트럼 밀도의 레이저 방사를 상기 차이 주파수 생성기 수단(8)에 제공하도록 배치된 것을 특징으로 하는,
    단펄스 레이저 장치.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)의 출력(4)은 레이저 증폭기(5)에 커플링되는 것을 특징으로 하는,
    단펄스 레이저 장치.
  24. 제19항 또는 제23항에 있어서,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 비하여 상대적으로 좁은 대역의 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치된 것을 특징으로 하는,
    단펄스 레이저 장치.
  25. 제19항 또는 제23항에 있어서,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 비하여 상대적으로 높은 스펙트럼 밀도의 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치된 것을 특징으로 하는,
    단펄스 레이저 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 제2 아웃 커플러 미러(OC2)는 상기 제1 아웃 커플러 미러(OC1)에 비하여 상대적으로 높은 스펙트럼 밀도의 레이저 방사를 커플링 아웃하도록 배치된 것을 특징으로 하는,
    단펄스 레이저 장치.
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