WO2014095392A2 - Kurzpulslasersystem - Google Patents

Kurzpulslasersystem Download PDF

Info

Publication number
WO2014095392A2
WO2014095392A2 PCT/EP2013/075668 EP2013075668W WO2014095392A2 WO 2014095392 A2 WO2014095392 A2 WO 2014095392A2 EP 2013075668 W EP2013075668 W EP 2013075668W WO 2014095392 A2 WO2014095392 A2 WO 2014095392A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
resonator
short
pulse laser
laser system
polarization
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/075668
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2014095392A3 (de
Inventor
Daniel MOLTER
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority to US14/651,443 priority Critical patent/US9425578B2/en
Publication of WO2014095392A2 publication Critical patent/WO2014095392A2/de
Publication of WO2014095392A3 publication Critical patent/WO2014095392A3/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06704—Housings; Packages
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H01S3/06712—Polarising fibre; Polariser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06754—Fibre amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/082—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10061—Polarization control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1106—Mode locking
    • H01S3/1112—Passive mode locking
    • H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
    • H01S3/1118—Semiconductor saturable absorbers, e.g. semiconductor saturable absorber mirrors [SESAMs]; Solid-state saturable absorbers, e.g. carbon nanotube [CNT] based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057—Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H01S3/06729—Peculiar transverse fibre profile

Definitions

  • the present invention relates to a short pulse laser system for generating electromagnetic pulses having a first resonator having a first beam path and a first resonator length, a second resonator having a second beam path and a second resonator length and a gain medium, wherein the gain medium both in the first beam path of the first Resonator, so that it amplifies electromagnetic radiation in the first resonator, as well as in the second beam path of the second resonator, so that it amplifies electromagnetic radiation in the second resonator, is arranged.
  • the present invention further relates to a method for generating electromagnetic pulses.
  • Short electromagnetic pulses can be used, for example, for material processing, whereby one makes use of the fact that the entire energy of a pulse is only distributed over a very short time interval, typically around 100 fs, so that very high powers per pulse can be achieved.
  • short-pulse laser systems have also gained particular significance in the field of spectroscopy, where short electromagnetic pulses are used for the realization of time-resolved excitation / interrogation experiments.
  • a physical system for example a semiconductor material
  • the effect of the exciting pulse is interrogated with the aid of a second pulse, which is then typically short compared to the reaction of the physical system.
  • An example of such an excitation / interrogation experiment is the measurement of charge carrier dynamics in a semiconductor material.
  • the material is excited with a first pulse, ie charge carriers are generated in the material which change the reflectivity or transmission of the material. If a second short electromagnetic pulse impinges on the material, it is reflected more or less strongly as a function of the number of charge carriers present in the material. If the time delay between the stimulating and can set the interrogating pulse, so the charge carrier dynamics in the semiconductor material can be measured time-resolved.
  • THz time domain spectroscopy short-pulse laser systems are used in terahertz (THz) time domain spectroscopy.
  • THz terahertz
  • an emitter emitting THz radiation is excited with a first pulse, while a detector gated with a second short pulse samples or detects the electromagnetic wave generated by the emitter in a time-resolved manner.
  • a detector gated with a second short pulse samples or detects the electromagnetic wave generated by the emitter in a time-resolved manner. It is particularly noteworthy that, in this way, the electric field strength of the THz radiation emitted by the emitter can actually be detected in a time-resolved manner.
  • the THz time domain spectroscopy can also be understood as an excitation / query experiment.
  • excitation / interrogation experiments are realized, for example, in that a short-pulse laser system emits a short electromagnetic pulse, which is then split at a beam splitter to an excitation pulse and an interrogation pulse, wherein the interrogation pulse has a pulse adjustable delay line is shifted in time relative to the excitation pulse.
  • Such a delay line is often realized by a linear translation stage with mirrors mounted thereon, which is a variable length optical path.
  • the delay line is often realized with the aid of a mechanically oscillating system for fast forward and backward movement of the mirror.
  • oscillating systems also come to higher sampling rates towards their (mechanical) limits.
  • a short-pulse laser system for THz time-domain spectroscopy which is based on two short-pulse lasers, one of which generates the stimulating or emitter-driving pulse and the other generates the scanning pulse or the detector gating pulse, the temporal Since the repetition rate or the time interval between two consecutive pulses, of a short-pulse laser, is tunable by the resonator length of one short pulse laser around the resonator length of the other short pulse laser. If the pulses generated are directly proportional to the resonator length, the time offset between the generating and the detecting electromagnetic pulses can be tuned in this way.
  • a short pulse laser system for generating electromagnetic pulses comprising a first resonator having a first beam path and a first resonator length, a second resonator having a second beam path and a second resonator length, and a gain medium, wherein the Ver - Strengthening medium both in the first beam path of the first resonator, so that it amplifies electromagnetic pulses in the first resonator, as well as in the second beam path of the second resonator, so that it amplifies electromagnetic pulses in the second resonator, is arranged, wherein the first resonator so arranged is that it supports exactly a first polarization state of the electromagnetic pulses, and the second resonator is arranged so that it supports exactly a second polarization state, wherein the first and the second polarization state are orthogonal to each other and wherein de R first and the second resonator are arranged so that the first and the second resonator are variable
  • the aim of such a short pulse laser system is to realize electromagnetic pulses from which a first pulse train can be used to excite a physical system and a second pulse train can be used to interrogate a physical system, the system providing a rapid change of a time offset between the first and the second pulse, while the system also uses as few components as possible.
  • the basic idea of the short-pulse laser system according to the invention is to use the amplification medium simultaneously in two resonators for generating electromagnetic pulses, so that two resonators manage with only one amplification medium.
  • the arrangement of the gain medium simultaneously in the first and the second medium means in one embodiment, in particular, that the first and the second beam path are spatially identical in the gain medium.
  • the short-pulse laser system itself is equipped such that the resonator lengths of the two resonators are variable relative to one another, so that a temporal offset between the pulses emitted by the two resonators can be set.
  • the two resonators are designed so that they support mutually orthogonal polarization states. Such mutually orthogonal polarization states are decoupled from each other in the gain medium.
  • mutually orthogonal or vertical states of polarization are used, they are preferably understood to mean mutually orthogonal linear polarization states, but alternatively also left-hand and right-hand circular polarization states.
  • Electromagnetic pulses in the sense of the present application can be pulses in the entire electromagnetic spectrum, but preferably in the visible or infrared spectral range.
  • electromagnetic pulses having a wavelength around 1310 nm or around 1550 nm ie. in telecommunication windows where optical components for fiber lasers are commercially available.
  • a short-pulse laser system or short electromagnetic pulses are mentioned, they are understood to mean, in particular, pulses with a duration of less than 500 fs, preferably less than 200 fs and particularly preferably less than 100 fs.
  • an embodiment of the present invention is expedient in which at least the first resonator has a section which lies only in the first beam path and not in the second beam path.
  • the first and / or the second resonator has a reflector which is driven so that the resonator length can be changed.
  • an end mirror of the first resonator or of the second resonator can be mounted on a vibrating mechanical system, which then changes the resonator length in an oscillating manner.
  • the reflector could be mounted on a piezoelectric element, which allows to change the mirror in a short time in its position, so that the resonator length is adjustable and changeable.
  • the first resonator and / or the second resonator at least in sections on an optical waveguide whose length is variable, so that the resonator length of the corresponding resonator is variable.
  • One possibility for changing an optical waveguide in its length is, for example, a mechanical device which stretches the optical waveguide.
  • Such devices typically include means on which a plurality of windings of the optical fiber are threaded, the device allowing for automatic stretching of the windings in one or more directions.
  • Optical waveguides in the sense of the present application are understood in particular to be optical optical fibers, preferably of glass. These will be referred to below as optical fibers.
  • the short pulse laser system comprises a fiber laser.
  • a fiber laser on the one hand has the advantage that its components are commercially available due to the widespread use in the field of optical telecommunications technology.
  • the two mutually orthogonal states of polarization of the two resonators can easily be guided in optical fibers with which such a fiber laser is realized without a crosstalk occurring between the two channels formed by the mutually orthogonal polarization states.
  • such a fiber laser is realized with the aid of a polarization-conserving optical fiber.
  • Polarization-maintaining optical fibers are optical fibers in which the polarization of linearly polarized light is maintained during the propagation of the electromagnetic wave through the fiber. So there is no loss of optical power in the other polarization modes. Such fibers are sometimes referred to as birefringent fibers.
  • the operating principle of polarization-maintaining optical fibers is typically based on the fact that the core of the polarization-maintaining fiber has in cross section no isotropic properties, but an excellent stress axis. If electromagnetic radiation having a polarization parallel to this voltage axis or also perpendicular to this voltage axis is coupled into the fiber, this electromagnetic radiation retains its polarization state during propagation in the fiber.
  • non-isotropic cores can be realized in particular by the fact that the sheath of the fiber is deliberately not constructed rotationally symmetrical and so tensile or compressive stresses are exerted on the core, which lead to an isotropy of the core in cross section.
  • polarization-maintaining optical fibers are so-called panda fibers, bow-tie fibers and elliptical-clad fibers.
  • the two modes of the first and second resonators of the short pulse laser system may propagate independently of each other.
  • the short pulse laser system comprises a fiber laser.
  • the gain medium is formed by the optical fiber itself.
  • the fiber laser on a polarization beam splitter, so that within the short pulse laser system, two spatially separated beam paths of the first or the second resonator are generated with mutually perpendicular polarization.
  • Such polarization beam splitters which are also available in particular as fiber-optic components, divide light fed into them in accordance with its polarization components. If two mutually orthogonal polarization states propagate independently of one another, a polarization beam splitter is able to divide them into two spatially separated channels. In this way, it is easy to realize sections of the first and of the second resonator, which lie only in the first beam path or only in the second beam path, in which case the two beam paths of the two resonators are spatially separated from each other. In these parts of the first and the second resonator, changes in the resonator length of one of the two resonators then lead to a relative change in length between the first resonator length and the second resonator length.
  • the short-pulse laser system has a fiber amplifier located in the first and / or the second beam path, wherein preferably an output of the fiber laser is connected to the fiber amplifier.
  • the electromagnetic pulses generated in the fiber laser of the short pulse laser system can be amplified by at least one of the resonators and thus their performance can be raised to a level which enables the effective performance of experiments or the operation of a THz spectrometer.
  • the pulses of the first resonator and the second resonator also propagate in the fiber amplifier spatially overlapping or spatially identical and are amplified independently of each other due to their orthogonal polarization states.
  • embodiments are also conceivable in which only the pulses from one of the resonators are post-amplified.
  • the short-pulse laser system has an output with a polarization beam splitter, so that outside the short-pulse laser system, two beam paths with mutually perpendicular polarization are generated.
  • a polarization beam splitter serves to control the two mutually perpendicular polarization states that occur within the short pulse laser system, i. in particular spatially separated from each other in front of the output, along which spatially overlapping first and second optical paths of the first and second resonators propagate, so that the one pulse for exciting and the other pulses for querying a physical system can be used.
  • the first and the second resonator each have a saturable absorber in order to be able to generate short and in particular ultrashort electromagnetic pulses.
  • at least one of the above-mentioned objects is also achieved by an optical pickup / interrogation arrangement with a short pulse laser system as described above.
  • the optical pickup / interrogator arrangement is arranged so that pulses generated in the first resonator are directed thereto for exciting a physical system and pulses generated in the second resonator for interrogating the physical one Systems are directed to this.
  • such an optical pickup / interrogator arrangement is a THz time domain spectrometer configured to direct pulses generated in the first resonator to an electromagnetic radiation generator in the THz frequency range and pulses are generated in the second resonator, are directed to an electromagnetic radiation detector in the THz frequency range.
  • Such generators and detectors for electromagnetic radiation in the THz frequency range which are either driven with optical pulses or gated by these, are in particular non-linear optical crystals and so-called photoconductive or photoconductive switches based on semiconductor components.
  • At least one of the above objects is also achieved by a method for generating electromagnetic pulses comprising the steps of: providing a first resonator having a first beam path and a first resonator length, providing a second resonator having a second beam path and a second resonator length, and providing exactly one gain medium both in the first beam path of the first resonator such that an electromagnetic pulse is amplified in the first resonator and in the second beam path of the second resonator so that an electromagnetic pulse is amplified in the second resonator, supporting exactly one first one Polarization state in the first resonator and supporting exactly a second polarization state in the second resonator, wherein the first and the second polarization state are orthogonal to each other and changing the first and the second resonator length relative zue inander.
  • short-pulse laser system As far as in the following aspects of the invention have been described with regard to the short-pulse laser system, these also apply to the corresponding method for generating electromagnetic pulses and vice versa. As far as the method is carried out with a short-pulse laser system according to this invention, this has the corresponding facilities for this purpose. In particular, embodiments of the short-pulse laser system are suitable for carrying out the method for generating electromagnetic pulses.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of a short pulse laser system according to the present invention.
  • Figures 2a to 2b show embodiments of polarization-maintaining optical fibers.
  • the short-pulse laser system according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is based on optical fibers which are designed for operation at a wavelength of 1.55 ⁇ .
  • the optical fibers used are so-called polarization-maintaining fibers with a core on which stresses are applied in a targeted direction by a special design of the sheath of the fibers.
  • electromagnetic radiation which is coupled into these fibers parallel or perpendicular to the direction of the marking propagates without significant portions of the radiation being transmitted from one to the other polarization state during the propagation through the fiber.
  • left-handed or right-handed polarization states In other words, in such polarization-maintaining fibers, there is no crosstalk between the two channels formed by the mutually orthogonal polarization states.
  • FIGS. 2 a to 2 c show examples of such polarization-maintaining fibers as may alternatively be used to construct the fiber laser system of FIG. 1.
  • Figure 2a shows a so-called bow-tie fiber 1, in which in the fiber cladding 2, two structures 3 are introduced, which together with the core 4 in the sectional view of a fly (garment) remember.
  • the two structures 3 in the cladding 2 of the fiber 1 result in that the core 4, which is embedded centrally in the cladding 2, has an excellent axis, into which, for example, linearly polarized electromagnetic radiation can be coupled in to preserve polarization.
  • FIG. 2b shows an alternative embodiment of such a polarization-maintaining optical fiber 1 ', which is referred to as panda fiber.
  • a polarization-maintaining optical fiber 1 ' which is referred to as panda fiber.
  • two glass strands 5 are embedded in the shell 2 of the optical fiber 1 ', which have approximately the same effect as the fly-like structures 3 of the fiber 1 of Figure 2a.
  • Figure 2c shows a third embodiment of a polarization-maintaining optical fiber 1 ", in which the core 4 is embedded within the shell 2 in an elliptical structure 6 which imposes the necessary anisotropic stress on the core 4.
  • a polarization-maintaining optical fiber 1" becomes also called Elliptical Clad fiber.
  • the short-pulse laser system from FIG. 1 has two partially copropagating optical channels, which are formed by two mutually orthogonal polarizations. These two channels, although at least partially copropagate, are so separated that they do not experience mutual interference and crosstalk between the two channels. That both channels are basically independent lasers in a single system. In particular, both channels are amplified independently.
  • the two channels are formed by linearly polarized electromagnetic radiation, the two channels having mutually orthogonal linear polarizations.
  • these mutually orthogonal linear polarizations are identified by an arrow 10 or a point 1 1 arranged centrally in a circle. Where the arrow and the point located in the circle are both shown together, this means that both channels are copropagating in the same fiber section, while elsewhere in the short pulse laser system there is only one of the two polarizations in the respective fiber section.
  • the illustrated short-pulse laser system consists of two sections, namely the fiber laser 14 and a downstream amplifier 15.
  • the laser 14 itself has two resonators, the common beam splitter 28 as a decoupler, a common end mirror 29 and a respective end mirror 17a, 17b for the two Have polarization channels of the laser 14.
  • the beam splitter 28 is set up such that only a small proportion of the power of the laser pulses oscillating in the resonators, in the present case 3% of the pulses coupled into the beam splitter 28, is present. tion, is coupled out of the fiber laser 14. The majority of the power remains in the resonators and is reflected back by the end mirror 29.
  • the gain medium is formed by a fiber section 12, which is pumped by means of an optical see pump 13 in order to provide the necessary amplification of the oscillating in the laser 14 radiation can.
  • the pumping radiation 13 is coupled into the reinforcing fiber section 12 with the aid of a wavelength-division multiplex fiber coupler 27.
  • the two polarization channels behind the polarization beam splitter 18 are spatially separated from each other, i. they are guided there in two different fiber sections 19 and 20, respectively. Since the fiber portion between the polarizing beam splitter 18 and the end mirror 29 is exactly equal in polarization channels, the difference in length between the fiber portions 19, 20 in which the polarization modes are spatially separated determines the difference in the repetition rate of the pulses of the two Resonators behind the output coupler28.
  • the oscillator in which both polarization modes 10, 11 propagate simultaneously in the same fiber and which is pumped by an optical pump 13, so that the electromagnetic radiation in the fiber undergoes an amplification.
  • the fiber section 12 is at least partially doped with rare earth ions.
  • the fiber portion 12 erbiumdotiert, so that there is an emission wavelength of the fiber laser of about 1, 55 ⁇ .
  • the aim of the short-pulse laser system according to the invention is to be able to quickly tune the length difference and thus the repetition rate of one resonator with respect to the other resonator.
  • the fiber section 19, in which in the illustrated embodiment a polarization mode 1 1 is guided which is perpendicular to the sheet of the illustration of Figure 1, a fiber expander 21.
  • This fiber expander 21 consists of two support posts 22 which are adjustable and variable by means of a piezoelectric element in their distance.
  • Several fiber loops of the section 19 are placed around the two support posts 22, so that a movement of the two support posts 22 apart from one another results in a significant change in length of the fiber section 19 and thus a change in the repetition rate of that resonator.
  • whose polarization mode propagates behind the polarization beam splitter 18 in the fiber section 19.
  • Both end mirrors 17a, 17b of the resonators for the two mutually perpendicular polarization modes are designed as saturable absorbers in order to support the generation of short electromagnetic pulses.
  • the saturable absorbers 17a, 17b serve as passive optical switching elements and thus for passive Q-switching of the two laser resonators.
  • the saturable absorbers are made of a material having an intensity-dependent absorption coefficient.
  • the saturable absorbers are semiconductor devices, namely a Semiconductor Saturable Absorber Mirror (SESAM), which serves both as a saturable absorber and as a reflector or mirror.
  • SESAM Semiconductor Saturable Absorber Mirror
  • the material of the saturable absorber only becomes reflective upon reaching a certain intensity threshold, so that the laser only starts to oscillate within the amplification medium when a high inversion is reached, and then the entire inversion is cleared with a short pulse of high power.
  • the saturable absorber then switches the quality of the resonator back below the laser threshold so that again a high population inversion in the gain medium 12 can be built up.
  • an optical diode 16 is also arranged, which prevents a feedback of electromagnetic radiation from the amplifier 15 in the laser 14.
  • the output of the fiber amplifier 15 and thus of the short pulse laser system is formed by a polarization beam splitter 24 which divides the two polarization channels of the short pulse laser system into two spatially separated channels. These two outputs 25, 26 of the Kurzpulsla- sersystems can then be used to provide an optical system with a start pulse and a query pulse 26.
  • a photoconductive switch (not shown) for generating electromagnetic radiation in the THz frequency range is switched by means of the first output 25 and the second output 26 of the short pulse laser system gatet an associated receiving antenna for the THz radiation, so that the electric field of from the pulse of the first output 25 generated THz radiation is sampled time-resolved.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse mit einem ersten Resonator mit einem ersten Strahlengang und einer ersten Resonatorlänge, einem zweiten Resonator mit einem zweiten Strahlengang und einer zweiten Resonatorlänge und einem Verstärkungsmedium, wobei das Verstärkungsmedium sowohl in dem ersten Strahlengang des ersten Resonators, sodass es elektromagnetische Strahlung in dem ersten Resonator verstärkt, als auch in dem zweiten Strahlengang des zweiten Resonators, sodass es elektromagnetische Strahlung in dem zweiten Resonator verstärkt, angeordnet ist. Gegenüber einem solchen System ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kurzpulslasersystem sowie ein Verfahren zum Erzeugen optischer Pulse bereitzustellen, welche die Erzeugung eines ersten und eines zweiten Pulses mit einer einstellbaren zeitlichen Verzögerung mit hohen Abtastraten ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, das eingangs genannte System derart weiterzuentwickeln, dass der erste Resonator so eingerichtet ist, dass er genau einen ersten Polarisationszustand der elektromagnetischen Pulse unterstützt, und der zweite Resonator so eingerichtet ist, dass er genau einen zweiten Polarisationszustand unterstützt, wobei der erste und der zweite Polarisationszustand zueinander orthogonal sind und wobei der erste und der zweite Resonator so eingerichtet sind, dass die erste und die zweite Resonatorlänge relativ zueinander veränderbar sind.

Description

Kurzpulslasersystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse mit einem ersten Resonator mit einem ersten Strahlengang und einer ersten Resonator- länge, einem zweiten Resonator mit einem zweiten Strahlengang und einer zweiten Resonatorlänge und einem Verstärkungsmedium, wobei das Verstärkungsmedium sowohl in dem ersten Strahlengang des ersten Resonators, sodass es elektromagnetische Strahlung in dem ersten Resonator verstärkt, als auch in dem zweiten Strahlengang des zweiten Resonators, sodass es elektromagnetische Strahlung in dem zweiten Resonator verstärkt, angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Erzeugen elektromagnetischer Pulse.
Die Erzeugung kurzer und ultrakurzer elektromagnetischer Pulse gewinnt eine immer größere Bedeutung in Wissenschaft und Technik. Kurze elektromagnetische Pulse können dabei beispielsweise zur Materialbearbeitung eingesetzt werden, wobei man sich zunutze macht, dass die gesamte Energie eines Pulses nur über ein sehr kurzes Zeitintervall, typischerweise um 100 fs, verteilt ist, sodass sehr hohe Leistungen pro Puls erreicht werden können. Besondere Bedeutung haben Kurzpulslasersysteme aber auch im Bereich der Spektroskopie erlangt, wo kurze elektromagnetische Pulse zur Realisierung von zeitaufgelösten Anrege- /Abfrageexperimenten verwendet werden. Dabei macht man sich grundsätzlich zunutze, dass man ein physikalisches System, beispielsweise ein Halbleitermaterial, mit einem ersten Puls anregt und die Wirkung des anregenden Pulses mit Hilfe eines zweiten Pulses, der dann typischer- weise kurz gegenüber der Reaktion des physikalischen Systems ist, abfragt.
Ein Beispiel für ein solches Anrege-/Abfrageexperiment ist die Vermessung von Ladungsträgerdynamiken in einem Halbleitermaterial. Dabei wird das Material mit einem ersten Puls angeregt, d.h. es werden im Material Ladungsträger erzeugt, welche die Reflektivität oder Transmission des Materials ändern. Trifft nun ein zweiter kurzer elektromagnetischer Puls auf das Material, so wird dieser in Abhängigkeit von der Anzahl der im Material vorhandenen Ladungsträger mehr oder weniger stark reflektiert. Wenn sich die zeitliche Verzögerung zwischen dem anregenden und dem abfragenden Puls einstellen lässt, so lässt sich die Ladungsträgerdynamik im Halbleitermaterial zeitaufgelöst vermessen.
Darüber hinaus kommen Kurzpulslasersysteme bei der Terahertz-(THz- )Zeitbereichsspektroskopie zum Einsatz. Dabei wird mit einem ersten Impuls ein THz-Strahlung emittierender Emitter angeregt, während ein mit einem zweiten kurzen Puls gegateter Detektor die von dem Emitter erzeugte elektromagnetische Welle zeitaufgelöst abtastet bzw. erfasst. Besonders bemerkenswert ist dabei, dass sich auf diese Weise tatsächlich die elektrische Feldstärke der von dem Emitter emittierten THz-Strahlung zeitaufgelöst erfassen lässt. Dabei kann die THz-Zeitbereichsspektroskopie auch als Anrege-/Abfrageexperiment verstanden werden.
Voraussetzung für die Durchführung sowohl von Anrege-/Abfrageexperimenten als auch der THz- Zeitbereichsspektroskopie ist, dass kurze optische Pulse verfügbar sind, von denen jeweils ein erster zum Anregen verwendet wird und ein zweiter gegenüber dem ersten Puls zeitlich verzö- gerbarer Puls zum Abfragen verfügbar ist.
Im Stand der Technik werden solche Anrege-/Abfrageexperimente beispielsweise dadurch realisiert, dass ein Kurzpulslasersystem einen kurzen elektromagnetischen Puls emittiert, der dann an einem Strahlteiler auf einen Anrege-Puls und einen Abfrage-Puls aufgeteilt wird, wobei der Ab- frage-Puls über eine einstellbare Verzögerungsstrecke zeitlich gegenüber dem Anrege-Puls verschoben wird.
Eine solche Verzögerungsstrecke wird häufig durch einen linearen Verschiebetisch mit auf diesem angebrachten Spiegeln, der einen in der Länge variablen optischen Weg darstellt, realisiert. Um höhere Abtastraten bereitstellen zu können, wird zudem häufig die Verzögerungsstrecke mit Hilfe eines mechanisch schwingenden Systems zum schnellen Vor- und Zurückbewegen des Spiegels realisiert. Allerdings geraten auch solche Schwingsysteme zu höheren Abtastraten hin an ihre (mechanischen) Grenzen. Um noch höhere Abtastraten realisieren zu können, ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus Y. Kim und D. Yee:„High-speed terahertz time-domain spectroscopy based on electroni- cally controlled optical sampling", Optics Letters, Band 35, Nr. 22, November 2010 ein Kurzpulslasersystem für die THz-Zeitbereichsspektroskopie bekannt, welches auf zwei Kurzpulslasern beruht, von denen der eine den anregenden bzw. den Emitter treibenden Puls generiert und der andere den abtastenden bzw. den Detektor gatenden Puls generiert, wobei der zeitliche Versatz zwischen den beiden Pulsen dadurch realisiert ist, dass die Resonatorlänge des einen Kurzpulslasers um die Resonatorlänge des anderen Kurzpulslasers herum abstimmbar ist. Da die Repeti- tionsrate bzw. der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden, von einem Kurzpulsla- ser erzeugten Pulsen unmittelbar proportional zur Resonatorlänge ist, lässt sich auf diese Weise der zeitliche Versatz zwischen den generierenden und den detektierenden elektromagnetischen Puls abstimmen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein derartiges Kurzpulslasersystem deutlich erhöhte Kosten verursacht, da zwei Kurzpulslaser vorhanden sein müssen. Zudem treten weitere Komplikationen dadurch auf, dass zwei völlig unabhängige Resonatoren bzw. deren Resonatorlängen aufeinander abgestimmt und gegebenenfalls stabilisiert werden müssen. Dem gegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kurzpulslasersystem sowie ein Verfahren zum Erzeugen optischer Pulse bereitzustellen, welche die Erzeugung eines ersten und eines zweiten Pulses mit einer einstellbaren zeitlichen Verzögerung mit hohen Abtastraten ermöglicht. Zudem sollen die optischen Pulse mit möglichst geringem Aufwand bereitgestellt werden.
Zumindest eine der vorgenannten Aufgaben wird durch ein Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse gelöst mit einem ersten Resonator, der einen ersten Strahlengang und eine erste Resonatorlänge aufweist, einem zweiten Resonator, der einen zweiten Strahlengang und eine zweite Resonatorlänge aufweist, und einem Verstärkungsmedium, wobei das Ver- Stärkungsmedium sowohl in dem ersten Strahlengang des ersten Resonators, sodass es elektromagnetische Pulse in dem ersten Resonator verstärkt, als auch in dem zweiten Strahlengang des zweiten Resonators, sodass es elektromagnetische Pulse in dem zweiten Resonator verstärkt, angeordnet ist, wobei der erste Resonator so eingerichtet ist, dass er genau einen ersten Polarisationszustand der elektromagnetischen Pulse unterstützt, und der zweite Resonator so eingerichtet ist, dass er genau einen zweiten Polarisationszustand unterstützt, wobei der erste und der zweite Polarisationszustand zueinander orthogonal sind und wobei der erste und der zweite Resonator so eingerichtet sind, dass die erste und die zweite Resonatorlänge relativ zueinander veränderbar sind. Ziel eines derartigen Kurzpulslasersystems ist es, elektromagnetische Pulse, von denen ein erster Pulszug zum Anregen eines physikalischen Systems verwendet werden kann und ein zweiter Pulszug zum Abfragen eines physikalischen Systems verwendet werden kann, zu realisieren, wobei das System eine schnelle Änderung eines Zeitversatzes zwischen dem ersten und dem zweiten Puls ermöglicht, während das System zudem mit möglichst wenigen Komponenten aus- kommt. Die Grundidee des erfindungsgemäßen Kurzpulslasersystems ist es dabei, das Verstärkungsmedium gleichzeitig in zwei Resonatoren zur Erzeugung von elektromagnetischen Pulsen zu verwenden, sodass zwei Resonatoren mit nur einem Verstärkungsmedium auskommen. Die Anordnung des Verstärkungsmediums gleichzeitig in dem ersten und dem zweiten Medium bedeutet in einer Ausführungsform insbesondere, dass der erste und der zweite Strahlengang in dem Verstärkungsmedium räumlich identisch sind.
Zudem ist das Kurzpulslasersystem selbst so ausgestattet, dass die Resonatorlängen der beiden Resonatoren relativ zueinander veränderbar sind, sodass sich ein zeitlicher Versatz zwischen den von den beiden Resonatoren emittierten Pulsen einstellen lässt. Damit gleichzeitig eine größtmögliche Unabhängigkeit der beiden Resonatoren voneinander erzielt wird, und sich die Pulse insbesondere nicht gegenseitig im Verstärkungsmedium beeinflussen, sind die beiden Resonatoren so ausgestaltet, dass sie zueinander orthogonale Polarisationszustände unterstützen. Solche zueinander orthogonale Polarisationszustände sind im Verstärkungsmedium voneinander entkoppelt.
Wenn im Sinne der vorliegenden Anmeldung von zueinander orthogonalen oder senkrechten Polarisationszuständen gesprochen wird, so werden damit vorzugsweise zueinander orthogonale lineare Polarisationszustände, aber alternativ auch links- und rechtszirkulare Polarisationszustände verstanden.
Elektromagnetische Pulse im Sinne der vorliegenden Anmeldung können Pulse im gesamten elektromagnetischen Spektrum sein, bevorzugt jedoch im sichtbaren oder infraroten Spektralbe- reich. Bewährt haben sich insbesondere elektromagnetische Pulse mit einer Wellenlänge um 1310 nm oder um 1550 nm, d.h. in den Telekommunikationsfenstern, bei welchen optische Komponenten für Faserlaser kommerziell verfügbar sind.
Wenn im Sinne der vorliegenden Erfindung von einem Kurzpulslasersystem oder kurzen elektro- magnetischen Pulsen die Rede ist, so werden darunter insbesondere Pulse mit einer Dauer von weniger als 500 fs, vorzugsweise von weniger als 200 fs und besonders bevorzugt von weniger als 100 fs verstanden.
Um die erste und die zweite Resonatorlänge relativ zueinander veränderbar zu realisieren, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zweckmäßig, bei welcher zumindest der erste Resonator einen Abschnitt aufweist, der nur im ersten Strahlengang und nicht im zweiten Strahlengang liegt. In einer Ausführungsform der Erfindung weist der erste und/oder der zweite Resonator einen Reflektor auf, der angetrieben bewegbar ist, sodass die Resonatorlänge veränderbar ist. Dazu kann beispielsweise ein Endspiegel des ersten Resonators oder des zweiten Resonators auf ein schwingendes mechanisches System montiert werden, welches die Resonatorlänge dann oszil- lierend ändert. Alternativ könnte der Reflektor auf ein piezoelektrisches Element montiert werden, welches es erlaubt, den Spiegel in kurzer Zeit in seiner Position zu verändern, sodass die Resonatorlänge einstellbar und veränderbar ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der erste Resonator und/oder der zweite Resonator zumindest abschnittsweise einen Lichtwellenleiter auf, dessen Länge veränderbar ist, sodass die Resonatorlänge des entsprechenden Resonators veränderbar ist.
Es versteht sich, dass alternativ zu Ausführungsformen, bei welchen die Länge des erste oder des zweiten Resonators veränderbar ist, Ausführungsformen denkbar sind, bei welchen beide Resonatorlängen gleichzeitig veränderbar sind.
Eine Möglichkeit, einen Lichtwellenleiter in seiner Länge zu verändern, ist beispielsweise eine mechanische Vorrichtung, welche den Lichtwellenleiter streckt. Solche Vorrichtungen weisen typischerweise eine Einrichtung auf, auf der mehrere Windungen des Lichtwellenleiters aufgewi- ekelt sind, wobei die Vorrichtung eine automatische Dehnung der Windungen in einer oder mehreren Richtungen ermöglicht.
Alternativ kann eine Veränderung der Länge eines Lichtwellenleiters beispielsweise durch thermisches Einwirken erfolgen.
Unter Lichtwellenleitern im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden insbesondere optische Lichtleitfasern, vorzugsweise aus Glas, verstanden. Diese werden nachfolgend verkürzt als optische Fasern bezeichnet. In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kurzpulslasersystem einen Faserlaser. Ein solcher Faserlaser weist zum Einen den Vorteil auf, dass seine Komponenten aufgrund der weiten Verbreitung im Bereich der optischen Telekommunikationstechnik kommerziell erhältlich sind. Zum Anderen lassen sich aber in optischen Fasern, mit welchen ein solcher Faserlaser realisiert wird, die beiden zueinander orthogonalen Polarisationszustände der beiden Resonatoren einfach führen, ohne dass ein Übersprechen zwischen den beiden, von den zueinander orthogonalen Polarisationszuständen gebildeten Kanälen stattfindet. Dazu ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein solcher Faserlaser mit Hilfe einer polarisati- onserhaltenden optischen Faser realisiert.
Polarisationserhaltende optische Fasern sind optische Fasern, bei denen die Polarisation von linear polarisiertem Licht während der Ausbreitung der elektromagnetischen Welle durch die Faser erhalten bleibt. Es findet also kein Verlust von optischer Leistung in die andere Polarisationsmoden statt. Derartige Fasern werden manchmal auch als doppelbrechende Fasern bezeichnet. Das Funktionsprinzip polarisationserhaltender optischer Fasern basiert typischerweise darauf, dass der Kern der polarisationserhaltenden Faser im Querschnitt keine isotropen Eigenschaften, sondern eine ausgezeichnete Spannungsachse aufweist. Wird elektromagnetische Strahlung mit einer Polarisation parallel zu dieser Spannungsachse oder auch senkrecht zu dieser Spannungsachse in die Faser eingekoppelt, so behält diese elektromagnetische Strahlung ihren Polarisati- onszustand während der Ausbreitung in der Faser bei.
Solche nicht isotropen Kerne können insbesondere dadurch realisiert werden, dass der Mantel der Faser gezielt nicht rotationssymmetrisch aufgebaut ist und so Zug- oder Druckspannungen auf den Kern ausgeübt werden, die zu der eine Isotropie des Kerns im Querschnitt führen. Bei- spiele für polarisationserhaltende optische Fasern sind sogenannte Panda-Fasern, Bow-Tie- Fasern und Elliptical-Clad-Fasern.
In einer solchen polarisationserhaltenden Faser können sich die beiden Moden der ersten und zweiten Resonatoren des Kurzpulslasersystems unabhängig voneinander ausbreiten.
In einer Ausführungsform umfasst das Kurzpulslasersystem einen Faserlaser. In einem Faserlaser wird das Verstärkungsmedium von der optischen Faser selbst gebildet.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Faserlaser einen Polarisationsstrahlteiler auf, sodass innerhalb des Kurzpulslasersystems zwei voneinander räumlich getrennte Strahlengänge des erste oder des zweiten Resonators mit zueinander senkrechter Polarisation erzeugt werden.
Derartige Polarisationsstrahlteiler, die insbesondere auch als faseroptische Komponenten verfügbar sind, teilen in sie eingespeistes Licht entsprechend seinen Polarisationskomponenten auf. Breiten sich zwei zueinander orthogonale Polarisationszustände unabhängig voneinander aus, so ist ein Polarisationsstrahlteiler in der Lage, diese in zwei räumlich getrennte Kanäle aufzuteilen. Auf diese Weise können einfach Abschnitte des ersten und des zweiten Resonators realisiert werden, die nur im ersten Strahlengang oder nur im zweiten Strahlengang liegen, in denen also die beiden Strahlengänge der beiden Resonatoren räumlich voneinander getrennt sind. In diesen Teilen des ersten und des zweiten Resonators führen Änderungen der Resonatorlänge einer der beiden Resonatoren dann zu einer relativen Längenänderung zwischen der ersten Resonatorlänge und der zweiten Resonatorlänge.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Kurzpulslasersystem einen in dem ersten und/oder dem zweiten Strahlengang liegenden Faserverstärker auf, wobei vorzugsweise ein Ausgang des Faserlasers mit dem Faserverstärker verbunden ist. Auf diese Weise können die in dem Faserlaser des Kurzpulslasersystems erzeugten elektromagnetischen Pulse zumindest einer der Resonatoren nachverstärkt und damit in ihrer Leistung auf ein Niveau angehoben werden, welches d ie effektive Durchfü hrung von Experi menten oder das Treiben ei nes THz- Spektrometers ermöglichen.
Dabei ist es möglich, dass sich die Pulse des ersten Resonators und des zweiten Resonators auch in dem Faserverstärker räumlich überlappend bzw. räumlich identisch ausbreiten und aufgrund ihrer orthogonalen Polarisationszustände unabhängig voneinander nachverstärkt werden. Allerdings sind auch Ausführungsformen denkbar, bei welchen nur die Pulse aus einem der Resonatoren nachverstärkt werden. Beispielsweise kann es für ein THz-Zeitbereichsspektrometer zweckmäßig sein, wenn Pulse, die in dem ersten Resonator erzeugt wurden und die auf einen Generator für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich geleitet werden, nachverstärkt werden, während Pulse, die in dem zweiten Resonator erzeugt wurden und auf einen Detektor für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich geleitet werden, nicht nachverstärkt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Kurzpulslasersystem einen Ausgang mit einem Polarisationsstrahlteiler auf, sodass außerhalb des Kurzpulslasersystems zwei Strahlengänge mit zueinander senkrechter Polarisation erzeugt werden.
An dieser Stelle, d.h. am Ausgang des Kurzpulslasersystems, dient ein Polarisationsstrahlteiler dazu, die beiden zueinander senkrechten Polarisationszustände, die sich innerhalb des Kurzpulslasersystems, d.h. insbesondere vor dem Ausgang, entlang der sich räumlich überlappenden ersten und zweiten Strahlengänge der ersten und zweiten Resonatoren ausbreiten, räumlich voneinander zu trennen, sodass die einen Pulse zum Anregen und die anderen Pulse zum Abfragen eines physikalischen Systems verwendet werden können.
In einer Ausführungsform der Erfindung weisen der erste und der zweite Resonator jeweils einen sättigbaren Absorber auf, um kurze und insbesondere ultrakurze elektromagnetische Pulse erzeugen zu können. Darüber hinaus wird zumindest eine der oben genannten Aufgaben auch durch eine optische Anrege-/Abfrageanordnung mit einem Kurzpulslasersystem, so wie es zuvor beschrieben wurde, gelöst.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die optische Anrege-/Abfrageanordnung so eingerichtet, dass Pulse, die in dem ersten Resonator erzeugt wurden, zum Anregen eines physikalischen Systems auf diese geleitet werden und Pulse, die in dem zweiten Resonator erzeugt wurden, zum Abfragen des physikalischen Systems auf dieses geleitet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine solche optische Anrege-/Abfrageanordnung ein THz-Zeitbereichsspektrometer, das so eingerichtet ist, dass Pulse, die in dem ersten Resonator erzeugt wurden, auf einen Generator für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich geleitet werden und Pulse, die in dem zweiten Resonator erzeugt wurden, auf einen Detektor für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich geleitet werden.
Solche Generatoren und Detektoren für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich, welche entweder mit optischen Pulsen getrieben oder von diesen gegatet werden, sind insbesondere nichtlineare optische Kristalle und sogenannte photokonduktive oder photoleitfähige Schalter auf Basis von Halbleiterbauelementen.
Zumindest eine der oben genannten Aufgaben wird auch durch ein Verfahren zum Erzeugen elektromagnetischer Pulse gelöst mit den Schritten: Bereitstellen eines ersten Resonators, der einen ersten Strahlengang und eine erste Resonatorlänge aufweist, Bereitstellen eines zweiten Resonators, der einen zweiten Strahlengang und eine zweite Resonatorlänge aufweist, und Bereitstellen genau eines Verstärkungsmedium sowohl in dem ersten Strahlengang des ersten Resonators, sodass ein elektromagnetischer Puls in dem ersten Resonator verstärkt wird, als auch in dem zweiten Strahlengang des zweiten Resonators, sodass ein elektromagnetischer Puls in dem zweiten Resonator verstärkt wird, Unterstützen genau eines ersten Polarisationszustandes in dem ersten Resonator und Unterstützen genau eines zweiten Polarisationszustandes in dem zweiten Resonator, wobei der erste und der zweite Polarisationszustand zueinander orthogonal sind und Verändern der ersten und der zweiten Resonatorlänge relativ zueinander.
Soweit im folgenden Aspekte der Erfindung im Hinblick auf das Kurzpulslasersystem beschrieben wurden, so gelten diese auch für das entsprechende Verfahren zum Erzeugen elektromagnetischer Pulse und umgekehrt. Soweit das Verfahren mit einem Kurzpulslasersystem gemäß dieser Erfindung ausgeführt wird, so weist diese die entsprechenden Einrichtungen hierfür auf. Insbe- sondere sind Ausführungsformen des Kurzpulslasersystems zum Ausführen des Verfahrens zum Erzeugen elektromagnetischer Impulse geeignet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kurzpulslasersystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figuren 2a bis 2b zeigen Ausführungsformen von polarisationserhaltenden optischen Fasern.
In den Figuren sind identische Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Das in Figur 1 gezeigte Kurzpulslasersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert auf optischen Fasern, welche für den Betrieb bei einer Wellenlänge von 1 ,55 μιη ausgelegt sind.
Die verwendeten optischen Fasern sind sogenannte polarisationserhaltende Fasern mit einem Kern, auf den durch eine spezielle Ausgestaltung des Mantels der Fasern in einer Richtung gezielt Spannungen aufgebracht sind. Auf diese Weise breitet sich elektromagnetische Strahlung, welche parallel oder senkrecht zur Auszeichnungsrichtung in diese Fasern eingekoppelt wird, aus, ohne dass nennenswerte Anteile der Strahlung während der Ausbreitung durch die Faser von dem einen in den anderen Polarisationszustand übertragen werden. Das Gleiche gilt auch für die Ausbreitung von links- oder rechtszirkularen Polarisationszuständen. Mit anderen Worten ausgedrückt, gibt es in solchen polarisationserhaltenden Fasern kein Übersprechen zwischen den beiden von den zueinander orthogonalen Polarisationszuständen gebildeten Kanälen.
Figuren 2a bis 2c zeigen Beispiele für derartige polarisationserhaltende Fasern, wie sie zum Auf- bau des Faserlasersystems aus Figur 1 alternativ verwendet werden können. Dabei zeigt Figur 2a eine sogenannte Bow-Tie-Faser 1 , bei welcher in den Fasermantel 2 zwei Strukturen 3 eingebracht sind, welche zusammen mit dem Kern 4 in der Schnittansicht an eine Fliege (Kleiderstück) erinnern. Die beiden Strukturen 3 im Mantel 2 der Faser 1 führen dazu, dass der Kern 4, welcher zentrisch in den Mantel 2 eingebettet ist, eine ausgezeichnete Achse aufweist, in welche bei- spielsweise linearpolarisierte elektromagnetische Strahlung polarisationserhaltend eingekoppelt werden kann. Figur 2b zeigt eine alternative Ausführungsform einer solchen polarisationserhaltenden optischen Faser 1 ', welche als Panda-Faser bezeichnet wird. Um eine entsprechende Spannung in dem Kern 4 aufzubauen, sind in den Mantel 2 der optischen Faser 1 ' zwei Glasstränge 5 eingelassen, welche in etwa die gleiche Wirkung haben wie die fliegenartigen Strukturen 3 der Faser 1 aus Figur 2a.
Figur 2c zeigt eine dritte Ausführungsform einer polarisationserhaltenden optischen Faser 1 ", bei welcher der Kern 4 innerhalb des Mantels 2 in eine elliptische Struktur 6 eingebettet ist, die dem Kern 4 die notwendige anisotrope Spannung aufprägt. Eine solche polarisationserhaltende opti- scher Faser 1 " wird auch als Elliptical-Clad-Faser bezeichnet.
Durch die Ausbildung aller Faserkomponenten des Kurzpulslasersystems aus Figur 1 als polarisationserhaltende Fasern weist das Kurzpulslasersystem aus Figur 1 zwei zum Teil kopropagie- rende optische Kanäle auf, welche von zwei zueinander orthogonalen Polarisationen gebildet werden. Diese beiden Kanäle sind, obwohl sie zumindest abschnittsweise kopropagieren, derart voneinander getrennt, dass sie keine gegenseitige Beeinflussung und kein Übersprechen zwischen den beiden Kanälen erfahren. D.h. beide Kanäle bilden im Prinzip voneinander unabhängige Laser in einem einzigen System. Insbesondere werden beide Kanäle unabhängig voneinander verstärkt.
Der Einfachheit halber wird im Folgenden davon ausgegangen, dass die beiden Kanäle von linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung gebildet werden, wobei die beiden Kanäle zueinander orthogonale lineare Polarisationen aufweisen. In der Figur 1 sind diese zueinander orthogonalen linearen Polarisationen durch einen Pfeil 10 bzw. einen zentrisch in einem Kreis ange- ordneten Punkt 1 1 gekennzeichnet. Dort wo der Pfeil und der in dem Kreis angeordnete Punkt beide zusammen dargestellt sind, bedeutet dies, dass beide Kanäle im gleichen Faserabschnitt kopropagieren, während an anderer Stelle in dem Kurzpulslasersystem nur eine der beiden Polarisationen in dem jeweiligen Faserabschnitt vorhanden ist. Das dargestellte Kurzpulslasersystem besteht aus zwei Abschnitten, nämlich dem Faserlaser 14 und einem nachgeschalteten Verstärker 15. Der Laser 14 selbst wiederum verfügt über zwei Resonatoren, die einen gemeinsamen Strahlteiler 28 als Auskoppler, einen gemeinsamen Endspiegel 29 sowie jeweils einen Endspiegel 17a, 17b für die beiden Polarisationskanäle des Lasers 14 aufweisen.
Der Strahlteiler 28 ist so eingerichtet, dass nur ein geringer Anteil der Leistung der in den Resonatoren oszillierenden Laserpulse, vorliegend 3 % der in den Strahlteiler 28 eingekoppelten Leis- tung, aus dem Faserlaser 14 ausgekoppelt wird. Der überwiegende Anteil der Leistung verbleibt in den Resonatoren und wird vom Endspiegel 29 zurückreflektiert.
Das Verstärkungsmedium wird von einem Faserabschnitt 12 gebildet, der mit Hilfe einer opti- sehen Pumpe 13 gepumpt wird, um die notwendige Verstärkung der in dem Laser 14 oszillierenden Strahlung bereitstellen zu können. Die Pumpstrahlung 13 wird mit Hilfe eines Wellenlängen- multiplexfaserkoppler 27 in den verstärkenden Faserabschnitt 12 eingekoppelt.
Während innerhalb eines Faserabschnitts zwischen dem Endspiegel 29 und einem polarisieren- den Strahlteiler 18 beide Polarisationsmoden in der gleichen Faser des Lasers 14 kopropagieren, sind die beiden Polarisationskanäle hinter dem Polarisationsstrahlteiler 18 voneinander räumlich getrennt, d.h. sie werden dort in zwei voneinander verschiedenen Faserabschnitten 19 bzw. 20 geführt. Da der Faserabschnitt zwischen dem polarisierenden Strahlteiler 18 und dem Endspiegel 29 beide Polarisationskanäle exakt gleich lang ist, bestimmt der Längenunterschied zwischen den Faserabschnitten 19, 20, in welchen die Polarisationsmoden räumlich getrennt voneinander vorliegen, den Unterschied in der Repetitionsrate bzw. Wiederholfrequenz der Pulse der beiden Resonatoren hinter dem Auskoppler28.
Herzstück des dargestellten Faserlasers 14 ist der Oszillator, in welchem sich beide Polarisati- onsmoden 10, 1 1 gleichzeitig in der gleichen Faser ausbreiten und der von einer optischen Pumpe 13 gepumpt wird, sodass die elektromagnetische Strahlung in der Faser eine Verstärkung erfährt.
Um eine Verstärkung der in der Faser oszillierenden Strahlung zu erzielen, ist der Faserabschnitt 12 zumindest abschnittsweise mit Seltenerdionen dotiert. In der dargestellten Ausführungsform ist der Faserabschnitt 12 erbiumdotiert, sodass sich eine Emissionswellenlänge des Faserlasers von ungefähr 1 ,55 μιη ergibt.
Ziel des erfindungsgemäßen Kurzpulslasersystems ist es, die Längendifferenz und damit die Re- petitionsrate des einen Resonators gegenüber dem anderen Resonator schnell abstimmen zu können. Dazu weist der Faserabschnitt 19, in welchen in der dargestellten Ausführungsform eine Polarisationsmode 1 1 geführt wird, welche senkrecht zu dem Blatt der Darstellung aus Figur 1 steht, einen Faserstrecker 21 auf. Dieser Faserstrecker 21 besteht aus zwei Stützpfosten 22, die mit Hilfe eines Piezoelements in ihrem Abstand einstellbar und variierbar sind. Um die beiden Stützpfosten 22 herum sind mehrere Faserschlaufen des Abschnitts 19 gelegt, sodass eine Bewegung der beiden Stützpfosten 22 auseinander zu einer nennenswerten Längenänderung des Faserabschnitts 19 und damit zu einer Änderung der Repetitionsrate desjenigen Resonators er- folgt, dessen Polarisationsmode sich hinter dem Polarisationsstrahlteiler 18 in dem Faserabschnitt 19 ausbreitet.
Beide Endspiegel 17a, 17b der Resonatoren für die beiden zueinander senkrechten Polarisati- onsmoden sind als sättigbare Absorber ausgestaltet, um die Erzeugung kurzer elektromagnetischer Pulse zu unterstützen. Dabei dienen die sättigbaren Absorber 17a, 17b als passive optische Schaltelemente und damit zur passiven Güteschaltung der beiden Laserresonatoren. Die sättigbaren Absorber bestehen aus einem Material mit einem intensitätsabhängigen Absorptionskoeffizienten. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei den sättigbaren Absor- bern um Halbleiterbauelemente, nämlich einen SESAM (engl. Semiconductor Saturable Absorber Mirror), welcher sowohl als sättigbarer Absorber dient als auch als Reflektor bzw. Spiegel. Das Material des sättigbaren Absorbers wird erst bei Erreichen einer bestimmten Intensitätsschwelle reflektierend, sodass der Laser erst bei Erreichen einer hohen Inversion innerhalb des Verstärkungsmediums anschwingt und dann die gesamte Inversion mit einem kurzen Puls hoher Leis- tung abgeräumt wird. Der sättigbare Absorber schaltet dann die Güte des Resonators wieder unter die Laserschwelle, sodass erneut eine hohe Besetzungsinversion in dem Verstärkungsmedium 12 aufgebaut werden kann.
Der dem eigentlichen Laser 14 nachgestaltete Verstärker 15, welcher ebenfalls mit einer opti- sehen Pumpe 23 gepumpt ist, verstärkt die in den Resonatoren des Lasers 14 erzeugten kurzen Pulse in einem als Verstärkungsmedium realisierten Faserabschnitt 30 nach, sodass diese noch eine höhere Leistung erlangen. Auch in dem Faserverstärker 14 bzw. dessen Verstärkungsmedium 30 kopropagieren beide Polarisationsmoden in der gleichen Faser. Wie im Faselaser 14 wird auch im Faserverstärker 15 die Pumpstrahlung 23 über zwei Wellen- längenmultiplexfaserkoppler 31 in die verstärkende Faser 30 ein- bzw. aus dieser ausgekoppelt.
Zwischen dem Faserlaser 14 und dem Faserverstärker 15 ist zudem eine optische Diode 16 angeordnet, welche eine Rückkopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Verstärker 15 in den Laser 14 verhindert.
Der Ausgang des Faserverstärkers 15 und damit des Kurzpulslasersystems wird von einem Polarisationsstrahlteiler 24 gebildet, welcher die beiden Polarisationskanäle des Kurzpulslasersystems auf zwei räumlich getrennte Kanäle aufteilt. Diese beiden Ausgänge 25, 26 des Kurzpulsla- sersystems können dann dazu verwendet werden, ein optisches System mit einem Anregepuls und einem Abfragepuls 26 zu versehen. In der dargestellten Ausführungsform wird mit Hilfe des ersten Ausgangs 25 ein photokoduktiver Schalter (nicht dargestellt) zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung im THz- Frequenzbereich geschaltet und der zweite Ausgang 26 des Kurzpulslasersystems gatet eine zugehörige Empfangsantenne für die THz-Strahlung, sodass das elektrische Feld der von dem Puls des ersten Ausgangs 25 erzeugten THz-Strahlung zeitaufgelöst abgetastet wird.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung we- gen verzichtet.
Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche defi- niert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort„aufweisen" nicht andere Elemente oder Schritte aus und der unbestimmte Artikel„eine" oder„ein" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.
Bezugszeichenliste
1 , 1 ', 1 " polarisationserhaltende Faser
2 Mantel
3 Strukturen
4 Kern
5 Glasstränge
6 elliptische Struktur
10 erster Polarisationszustand
1 1 zweiter Polarisationszustand
12 verstärkender Faserabschnitt des Faserlasers 14
13. 23 Pumpe
14 Faserlaser
15 Faserverstärker
16 optische Diode
17a, 17b Endspiegelr
18. 24 Polarisationsstrahlteiler
19, 20 Faserabschnitte
21 Faserstrecker
22 Stützpfosten
25 erster Ausgang (Anregepuls)
26 zweiter Ausgang (Abfragepuls)
27 Wellenlängenmultiplexfaserkoppler des Faserlasers 14
28 Strahlteiler als Auskoppler des Faserlasers 14
29 Endspiegel des Faserlasers 14
30 verstärkender Faserabschnitt des Faserverstärkers 15
31 Wellenlängenmultiplexfaserkoppler des Faserverstärkers 15

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse mit
einem ersten Resonator, der einen ersten Strahlengang und eine erste Resonatorlänge aufweist,
einem zweiten Resonator, der einen zweiten Strahlengang und eine zweite Resonatorlänge aufweist, und
einem Verstärkungsmedium (12),
wobei das Verstärkungsmedium (12) sowohl in dem ersten Strahlengang des ersten Resonators, sodass es elektromagnetische Pulse in dem ersten Resonator verstärkt, als auch in dem zweiten Strahlengang des zweiten Resonators, sodass es elektromagnetische Pulse in dem zweiten Resonator verstärkt, angeordnet ist,
wobei der erste Resonator so eingerichtet ist, dass er genau einen ersten Polarisationszustand (1 1 ) der elektromagnetischen Pulse unterstützt, und der zweite Resonator so eingerichtet ist, dass er genau einen zweiten Polarisationszustand (12) unterstützt, wobei der erste und der zweite Polarisationszustand (1 1 , 12) zueinander orthogonal sind und wobei der erste und der zweite Resonator so eingerichtet sind, dass die erste und die zweite Resonatorlänge relativ zueinander veränderbar sind.
Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Resonator oder der zweite Resonator einen Abschnitt (19, 20) aufweist, der nur in dem einen Strahlengang und nicht in dem anderen Strahlengang liegt, sodass eine der Resonatorlängen unabhängig von der anderen Resonatorlänge veränderbar ist.
Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Resonator oder der zweite Resonator einen Reflektor aufweist, der angetrieben bewegbar befestigt ist, sodass die Resonatorlänge veränderbar ist.
Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Resonator oder der zweite Resonator zumindest abschnittsweise einen Lichtleiter aufweist, dessen Länge veränderbar ist, sodass die erste Resonatorlänge veränderbar ist.
Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzpulslasersystem einen Faserlaser (14) mit einer polarisationserhaltenden optischen Faser umfasst. Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserlaser (14) einen Polarisationsstrahlteiler (18) aufweist, sodass innerhalb des Kurzpulslasersystems zwei voneinander räumlich getrennte Strahlengänge (19, 20) des ersten und des zweiten Resonators mit zueinander senkrechter Polarisation (10, 1 1 ) erzeugt werden.
Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzpulslasersystem einen in dem ersten und/oder in dem zweiten Strahlengang liegenden Faserverstärker (15) aufweist.
Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzpulslasersystem einen Ausgang mit einem Polarisationsstrahlteiler (24) aufweist, sodass außerhalb des Kurzpulslasersystems zwei Strahlengänge (25, 26) mit zueinander orthogonaler Polarisation (10, 1 1 ) erzeugt werden.
Kurzpulslasersystem zur Erzeugung elektromagnetischer Pulse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Resonator jeweils einen sättigbaren Absorber (17a, 17b) aufweisen.
Optische Anrege-/Abfrageanordnung mit einem Kurzpulslasersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Optische Anrege-/Abfrageanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anrege-/Abfrageanordnung so eingerichtet ist, dass Pulse, die in dem ersten Resonator erzeugt wurden, zum Anregen eines physikalischen Systems auf dieses geleitet werden und Pulse, die in dem zweiten Resonator erzeugt wurden, zum Abfragen des physikalischen Systems auf dieses geleitet werden.
Optische Anrege-/Abfrageanordnung nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anrege-/Abfrageanordnung so eingerichtet ist, dass Pulse, die in dem ersten Resonator erzeugt wurden, auf einen Generator für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich geleitet werden und Pulse, die in dem zweiten Resonator erzeugt wurden, auf einen Detektor für elektromagnetische Strahlung im THz- Frequenzbereich geleitet werden. Verfahren zum Erzeugen elektromagnetischer Pulse mit den Schritten Bereitstellen eines ersten Resonators, der einen ersten Strahlengang und eine erste Resonatorlänge aufweist,
Bereitstellen eines zweiten Resonators, der einen zweiten Strahlengang und eine zweite Resonatorlänge aufweist, und
Bereitstellen genau eines Verstärkungsmedium (12) sowohl in dem ersten Strahlengang des ersten Resonators, sodass ein elektromagnetischer Puls in dem ersten Resonator verstärkt wird, als auch in dem zweiten Strahlengang des zweiten Resonators, sodass ein elektromagnetischer Puls in dem zweiten Resonator verstärkt wird,
Unterstützen genau eines ersten Polarisationszustandes (1 1 ) in dem ersten Resonator und
Unterstützen genau eines zweiten Polarisationszustandes (12) in dem zweiten Resonator, wobei der erste und der zweite Polarisationszustand (1 1 , 12) zueinander orthogonal sind und
Verändern der ersten und der zweiten Resonatorlänge relativ zueinander.
PCT/EP2013/075668 2012-12-21 2013-12-05 Kurzpulslasersystem WO2014095392A2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/651,443 US9425578B2 (en) 2012-12-21 2013-12-05 Short-pulse laser system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012113029.9 2012-12-21
DE102012113029.9A DE102012113029A1 (de) 2012-12-21 2012-12-21 Kurzpulslasersystem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014095392A2 true WO2014095392A2 (de) 2014-06-26
WO2014095392A3 WO2014095392A3 (de) 2014-08-14

Family

ID=49726765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/075668 WO2014095392A2 (de) 2012-12-21 2013-12-05 Kurzpulslasersystem

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9425578B2 (de)
DE (1) DE102012113029A1 (de)
WO (1) WO2014095392A2 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015108602B4 (de) 2014-06-05 2022-10-27 Toptica Photonics Ag Optische Abtastung
DE102016118391B4 (de) * 2016-09-28 2019-03-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Kurzpulslasersystem
US11462881B2 (en) * 2017-06-06 2022-10-04 Vescent Photonics LLC Method and device for altering repetition rate in a mode-locked laser
US20200295521A1 (en) * 2019-03-11 2020-09-17 Vescent Photonics LLC All Polarization-Maintaining, Passively Mode-Locked Linear Fiber Laser Oscillator

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002023683A2 (en) * 2000-09-13 2002-03-21 Powerlase Limited Pulse laser resonator
WO2002047216A2 (en) * 2000-12-06 2002-06-13 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Apparatus for the generation of variable duration laser pulses

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0545682A (ja) 1991-08-14 1993-02-26 Fujitsu Ltd 光増幅器
EP1226637B1 (de) * 1999-09-15 2006-12-27 Yeda Research And Development Co. Ltd. Optische resonatoren mit orthogonal polarisierten modi
EP1241746A1 (de) * 2001-03-14 2002-09-18 Europäische Organisation für astronomische Forschung in der südlichen Hemisphäre Schmalbandige Hochleistungsfaserlaser
US6954575B2 (en) * 2001-03-16 2005-10-11 Imra America, Inc. Single-polarization high power fiber lasers and amplifiers
DE10130845A1 (de) * 2001-06-28 2003-01-16 Keming Du Anordnungen zur Frequenzkonversion mit doppelbrechendem Strahlversetzer
US8759778B2 (en) 2007-09-27 2014-06-24 Anis Rahman Terahertz time domain and frequency domain spectroscopy
DE102005042073B4 (de) * 2005-08-31 2010-11-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Faserlaser
JP4834718B2 (ja) 2008-01-29 2011-12-14 キヤノン株式会社 パルスレーザ装置、テラヘルツ発生装置、テラヘルツ計測装置及びテラヘルツトモグラフィー装置
WO2012121920A2 (en) 2011-03-07 2012-09-13 Imra America, Inc. Optical pulse source with increased peak power
DE102011085614B4 (de) * 2011-11-02 2013-06-13 HighFinesse GmbH Lasersystem mit Resonator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002023683A2 (en) * 2000-09-13 2002-03-21 Powerlase Limited Pulse laser resonator
WO2002047216A2 (en) * 2000-12-06 2002-06-13 Consiglio Nazionale Delle Ricerche Apparatus for the generation of variable duration laser pulses

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHENG ET AL: "Intensity modulation of VCSELs under feedback with two reflectors and self-mixing interferometer", OPTICS COMMUNICATIONS, NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO. AMSTERDAM, NL, Bd. 272, Nr. 2, 24. Februar 2007 (2007-02-24), Seiten 420-424, XP005905041, ISSN: 0030-4018, DOI: 10.1016/J.OPTCOM.2006.11.031 *
Instruments: Original Russian Text Copyright 2003 by B. Tyushkevich, 1. Januar 2003 (2003-01-01), Seiten 687-689, XP055120287, Gefunden im Internet: URL:http://link.springer.com/content/pdf/10.1023/A:1026054108301.pdf [gefunden am 2014-05-27] *
PAJAROLA S ET AL: "Dual-polarization optical pulse generation using a mode-locked two-arm external cavity diode laser", OPTICS COMMUNICATIONS, NORTH-HOLLAND PUBLISHING CO. AMSTERDAM, NL, Bd. 154, Nr. 1-3, 15. August 1998 (1998-08-15), Seiten 39-42, XP004146287, ISSN: 0030-4018, DOI: 10.1016/S0030-4018(98)00297-1 *
XIU-WEI FAN ET AL: "An Intermittent Oscillation Dual-Wavelength Diode-Pumped Nd:YAG Laser", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, USA, Bd. 43, Nr. 10, 1. Oktober 2007 (2007-10-01), Seiten 884-888, XP011191748, ISSN: 0018-9197, DOI: 10.1109/JQE.2007.904310 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014095392A3 (de) 2014-08-14
US9425578B2 (en) 2016-08-23
DE102012113029A1 (de) 2014-06-26
US20150318658A1 (en) 2015-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006023601B4 (de) Lasersystem
DE19531059B4 (de) Optische Impulsverstärkung mittels eines chirp-modulierten Faser-Bragg-Gitters
DE69935648T2 (de) Wellenlängenvariabler laser und verfahren zu seinem betrieb
EP3724720B1 (de) Ultrakurz-impulslasersystem mit schnell abstimmbarer zentralwellenlänge
WO2012150149A2 (de) Laserbearbeitungssystem mit einem in seiner brillanz einstellbaren bearbeitungslaserstrahl
DE112005000710T5 (de) Modulares faserbasiertes Chirped-Puls-Verstärkersystem
DE102008026190A1 (de) Vorrichtung zum Erzeugen oder Empfangen von Terahertz-Strahlung
DE102012219977A1 (de) Mit nichtlinear erzeugtem Licht gepumpte oder angeregte optische Verstärkungseinrichtung
DE102004009066B4 (de) Vorrichtung zur Erzeugung abstimmbarer Lichtimpulse
WO2014095392A2 (de) Kurzpulslasersystem
EP4264754A1 (de) Passiv modengekoppelter faseroszillator und lasereinrichtung mit einem solchen faseroszillator
EP3011648A1 (de) Optoelektronischer oszillator
DE102016118391B4 (de) Kurzpulslasersystem
WO2011128087A2 (de) Lasersystem mit nichtlinearer kompression
DE102011122232A1 (de) System zum Erzeugen eines Schwebungssignals
DE102012222460A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von zumindest einem Faser-Bragg-Gitter
DE10052461B4 (de) Vorrichtung zum Erzeugen von Laserlicht
DE10009380B4 (de) Faserverstärker
DE112004000935T5 (de) Abstimmbarer optischer Verstärker oder optischer parametrischer Oszillator
DE102008025823A1 (de) Miniaturisierte Laserverstärkeranordnung mit Pumpquelle
DE10220871A1 (de) Optisch-Parametrischer Oszillator und Verstärker
WO2011063777A2 (de) Miniaturisierte laserverstärkeranordnung mit pumpquelle
DE102016102781A1 (de) Erzeugung von zwei synchronisierten Laserimpulszügen
DE102008028037A1 (de) Verfahren zur Erzeugung gepulster Laserstrahlung mit einem Faserlaser
EP3985808A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum erzeugen einer elektromagnetischen nutzstrahlung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13802341

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14651443

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13802341

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2