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Die Erfindung betrifft eine Lichtquellenvorrichtung, die eine erste gewinnschaltbare oder gewinngeschaltete Laserlichtquelle und eine zweite Laserlichtquelle aufweist, wobei die erste und die zweite Laserlichtquelle dazu ausgebildet sind, elektromagnetische Strahlung in einem ersten bzw. zweiten Wellenlängenbereich zu emittieren.
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Zur Bearbeitung zahlreicher spektroskopischer und mikroskopischer Probleme benötigt man eine spektral möglichst breitbandige Anregungsquelle. Um auch dynamische Prozesse zu untersuchen, welche neben strukturellen Informationen auch die Gewinnung funktioneller Information ermöglicht, ist es vorteilhaft, wenn diese Anregungsquelle mit Pulsen im Bereich von einer Nanosekunde und kürzer arbeitet.
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Diese Forderung ist von traditionell eingesetzten Lampen mit breitem Anregungsspektrum als Anregungssystem nicht erfüllbar.
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Deswegen wurden in den letzten Jahren verstärkt sogenannte Weißlicht- oder Superkontinuum-Laserlichtquellen entwickelt. Für eine solche Laserlichtquelle benötigt man eine monochromatische Laserlichtquelle hoher Intensität – beispielsweise einen modengekoppelte Faserlaser oder einen diodengepumpten Festkörperlaser. Weiterhin arbeiten diese sogenannten Pumplaser typischerweise im gepulsten Betrieb. Die Pumplaser pumpen eine nichtlineare optische Faser, typischerweise eine photonische Kristallfaser (englisch: photonic crystal fibre, PCF), in der durch eine Vielzahl an nichtlinearen Prozessen eine spektrale Verbreiterung des eingekoppelten Lichtes stattfindet. Das Ausmaß der Verbreiterung wird unter anderem durch die Pumpleistung bzw. – die Pumpenergie bestimmt. Je höher die Pumpleistung bzw. – die Pumpenergie ist, desto mehr dehnt sich der Spektralbereich am Ende der PCF in den kurzwelligeren Wellenlängenbereich aus.
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Superkontinuum-Laserlichtquellen, die auf diesem Design beruhen, weisen in der praktischen Arbeit vier wesentliche Nachteile auf:
- (a) die eingesetzten Pumplaser erlauben oftmals keine freie Wahl der Laserpulsraten in einem breiten Wiederholfrequenzbereich bzw. keine Synchronisation mit anderen Lichtquellen im Bereich von kHz bis MHz.
- (b) auf Grund der hohen notwendigen Pumpleistung der Pumplaser altert die PCF vergleichsweise schnell, wenn man den Spektralbereich des Superkontinuums am Ausgang der PCF auf Wellenlängen ausdehnt, die kürzer als 550 nm sind;
- (c) Da in einer Superkontinuum-Laserlichtquelle alle Spektralanteile innerhalb ca. einer Nanosekunde und damit quasi gleichzeitig erzeugt werden, ist es sehr aufwendig, mehrere separate Wellenlängen am Ausgang der PCF alternierend im Abstand weniger Nanosekunden zu erzeugen, da mit jedem Puls stets das komplette verbreiterte Superkontinuumsspektrum erzeugt wird. Für die sogenannte Pulsed Interleaved Excitation (PIE) Methode werden allerdings Pulse im Abstand von ca. 5–50 ns auf zwei oder mehr diskreten Wellenlängen zur monochromatischen Anregung der Probe benötigt. Eine vergleichsweise aufwendige Lösung basiert auf der Aufteilung des Superkontinuumsspektrums mittels eines Strahlteilers auf zwei optische Wege, den Einsatz von 2 spektralen Filtern, ein optisches Delay für einen Strahl sowie die Re-Kombination der 2 Wellenlängen auf den gleichen Strahlengang. Dieser Ansatz ist sehr instabil und unflexibel.
- (d) Die Lebensdauer der PCF wird teilweise unnötig verkürzt, da bei Einstellung der Pumpleistung die vom Anwender gewünschte Wellenlänge nicht berücksichtigt wird. So werden oftmals vergleichsweise kurzwellige Spektralanteile (um 500 nm) erzeugt, auch wenn für die Anwendung nur Wellenlängen oberhalb 550 nm benötigt werden.
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In der
DE 10 2009 056 092 B4 wird der Nachteil (a) überwunden, indem ein gewinngeschalteter Diodenlaser, welcher in mehrstufigen Faserverstärkern auf die nötigen Pulsenergien nachverstärkt wird, als Pumplaser eingesetzt wird. Bei gewinngeschalteten Lasern kann prinzipiell die Laserpulsrate vergleichsweise frei gewählt werden und eine freie Triggerbarkeit ist gegeben.
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Allerdings weist die technische Lösung gemäß
DE 10 2009 056 092 B4 das unter (b) beschriebene Alterungsverhalten auf. Eine Ausdehnung des Spektralbereiches bis unter 400 nm mit einer ausreichenden Lebensdauer der nichtlinearen Faser ist bei diesem Design genauso schwierig wie bei anderen Designs.
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Der Nachteil (d) wiederum, kann durch die adaptive Pumpsteuerung gemäß
DE 10 2009 056 092 B4 überwunden werden.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2008 059 579 A1 ein optisches Auswertungsverfahren bekannt, bei dem erste Laserpulse einer ersten Art und zweite Laserpulse einer davon unterscheidbaren zweiten Art auf eine zu untersuchende Probe gerichtet werden, wobei bei gleichzeitigem oder zeitnahem oder zeitkorreliertem Auftreffen der beiden Laserpulse auf der Probe ein optisches Signal entsteht. Nach Detektion des erzeugten optischen Signals mit mindestens einem Detektor findet eine elektronische Differenzbildung zwischen den bei gleichzeitig oder zeitnah oder zeitkorreliert auf der Probe auftreffenden Laserpulsen im Detektor entstehenden Signalen und den bei nicht gleichzeitig oder zeitnah oder zeitkorreliert auftreffenden Laserspulen statt.
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Schließlich ist aus der
US 2013/0208739 A1 eine optische Pulsquelle zum Erzeugen optischer Superkontinuumpulse bekannt, wobei die Pulsquelle einen Mikroprozessor aufweist, der dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, wann Superkontinuumpulse abgegeben werden.
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Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, die im Hinblick auf die vorgenannte Problematik verbessert ist.
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Das erfindungsgemäße Problem wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind u. a. in den Unteransprüchen angegeben.
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Dabei ist gemäß Anspruch 1 vorgesehen, dass das Steuermittel dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem selektierten zweiten Wellenlängenbereich die zweite Laserlichtquelle so zu steuern, dass ein Bereich des Spektrums des Superkontinuums in einem Wellenlängenbereich liegt, der kürzere Wellenlängen umfasst als der zweite Wellenlängenbereich, wobei dieser kurzwelligere Wellenlängenbereich Wellenlängen umfasst, die weniger als 100 nm kürzer sind als eine kürzeste Wellenlänge des zweiten Wellenlängenbereichs, und wobei der erste Wellenlängenbereich außerhalb des Superkontinuums liegt.
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Als Superkontinuum wird hier insbesondere das Spektrum bezeichnet, das aus einer wie oben beschriebenen spektralen Verbeiterung, von insbesondere mindestens 60 nm eines insbesondere monochromatischen Eingangssignals insbesondere durch das optische Pumpen einer PCF erreicht wird. Die zweite Laserlichtquelle ist also eine Superkontinuumsquelle.
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Die erste Laserlichtquelle ist gewinnschaltbar oder wird gewinngeschaltet betrieben (im englischen gain-switchable bzw. gain-switched), was dann insbesondere eine freiwählbare Pulsrate der Laserlichtquelle gewährleistet.
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Gain-switching, oder Gewinnschalten ist eine Technik für Laser und insbesondere halbleiterbasierte Laser, wie z. B. Laserdioden, die es erlaubt extrem kurze Lichtpulse, in der Größenordnung von Pikosekunden, zu erzeugen.
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Eine gewinngeschaltete Vorrichtung wird durch eine Injektion einer großen Zahl von Ladungsträgern, insbesondere Elektronen, in eine sogenannte aktive Zone des Halbleiters zur stimulierten Emission einer Vielzahl von Photonen und zum Abbau der Ladungsträger in der aktiven Zone angeregt. Wenn die Ladungsträgerdichte in der aktiven Zone unter einen kritischen Schwellwert fällt, stoppt die stimulierte Emission von kohärenten, monochromatischen Photonen, so dass ein Lichtpuls erzeugt wird. Das Verfahren und der Mechanismus des gain-switching wird in (K. Y. Lau, ”Gain switching of semiconductor injection lasers”; Appl. Phys. Lett., vol. 52, iss. 4, pp. 257–259 (1988), und P. Vasil'ev, ”Ultrafast Laser Diodes: Fundamentals and Applications”, Artech House, London, 1995) ausführlich beschrieben.
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Als Strahlengang wird hier insbesondere der geometrische Verlauf der elektromagnetischen Strahlung entlang durch optische Vorrichtungen gelenkter Ausbreitungsrichtungen der Photonen bezeichnet.
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Der spektrale Bereich, der nicht im Superkontinuum der zweiten Laserlichtquelle enthalten ist, kann insbesondere durch die erste Laserlichtquelle zumindest auf einigen Wellenlängen abgedeckt werden. Eine so beschaffene Lichtquellenvorrichtung, die eine frei wählbare Pulsrate aufweist und auch eine insbesondere gewinngeschaltete Superkontinuumsquelle, kann so betrieben werden, dass eine Schonung der PCF durch geringere Pumpleistung gewährleistet ist und gleichzeitig Spektralbereiche erschlossen sind, die insbesondere nicht mehr im Superkontinuum enthalten sind. Frei wählbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Pulsrate einen insbesondere durch einen Benutzer vordefinierten Wert annimmt bzw. durch ein extern angelegtes Signal bestimmt wird (frei triggerbar), wodurch eine Synchronisation mit einem externen Gerät, beispielsweise einer weiteren gepulsten Lichtquelle möglich wird. Die erste Laserlichtquelle kann so gewählt werden, dass der gewünschte Spektral- bzw. Wellenlängenbereich ergänzend zum Superkontinuum verfügbar ist bzw. mit diesem auch abschnittsweise übereinstimmt. Wenn die zweite Laserlichtquelle eine feste Pulsrate aufweist, weil es sich beispielsweise um eine modengekoppelte Laserlichtquelle handelt, so kann die erste Laserlichtquelle, wenn sie gewinngeschaltet betrieben wird, auf diese Pulsrate, gegebenenfalls phasenverschoben, synchronisiert werden.
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Ein Betrieb der Lichtquellenvorrichtung im PIE Verfahren ist insbesondere dadurch möglich, dass die erste und die zweite Laserlichtquelle alternierend (Einzelpulse oder Bursts) geschaltet bzw. synchronisiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und des zweiten Wellenlängenbereichs über einen Strahlkombinierer in den gemeinsamen Strahlengang geleitet werden. Der Strahlkombinierer ist insbesondere in einem Freistrahlaufbau angeordnet und weist insbesondere Einstellungsmöglichkeiten auf, um eine präzise Positionierung und damit eine präzise Lenkung der elektromagnetischen Strahlung zu gewährleisten. Als Strahlkombinierer sind insbesondere auch optische Bauelemente geeignet, die gewöhnlich als Strahlteiler eingesetzt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Strahlkombinierer ein frequenz- bzw. wellenlängenabhängiger Strahlkombinierer, insbesondere ein dichroitischer Spiegel oder Strahlteiler.
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Bevorzugt ist eine Variante der Erfindung, bei der die erste Laserlichtquelle dazu ausgebildet ist, die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs linear polarisiert zu emittieren und/oder die zweite Laserlichtquelle dazu ausgebildet ist, die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs linear polarisiert zu emittieren.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtquellenvorrichtung ein Mittel zum Polarisieren der elektromagnetischen Strahlung der ersten und/oder zweiten Lichtquelle aufweisen, das dazu ausgebildet ist, die elektromagnetische Strahlung der beiden Wellenlängenbereiche vor dem Auftreffen auf den Strahlkombinierer linear zu polarisieren, wobei bevorzugt die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs orthogonal zu der elektromagnetischen Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs polarisiert ist, und wobei bevorzugt der Strahlkombinierer ein polarisationsabhängiger Strahlkombinierer ist.
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Man unterscheidet die beiden linearen und orthogonal zueinander stehenden Polarisationsrichtungen auch als s- bzw. p-polarisiert. Die meisten Laserlichtquellen emittieren bereits linear polarisiertes Licht. Das Mittel zum Polarisieren ist insbesondere auch dazu ausgebildet, die Polarisationsrichtung (p- oder s-polarisiert) oder auch die Polarisationsart (beispielsweise zirkular, elliptisch oder linear polarisierte elektromagnetische Strahlung) der elektromagnetischen Strahlungen zu verändern. Dies geschieht bevorzugt mittels sogenannter λ/2 und/oder λ/4 Plättchen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtquellenvorrichtung eine optische Faser aufweist, wobei die Lichtquellenvorrichtung dazu ausgebildet ist, die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und des zweiten Wellenlängenbereichs in die optische Faser einzukoppeln, wobei die optische Faser insbesondere eine optische Monomodenfaser ist, insbesondere eine polarisationserhaltende optische Monomodenfaser.
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Dies gewährleistet eine komfortable und flexible Weiterleitung der elektromagnetischen Strahlung zu einem gewünschten Ort, beispielsweise zu einem Mikroskop oder einen Spektrometer.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtquellenvorrichtung eine optische Faser aufweist (hierbei kann es sich um die oben beschriebene optische Faser handeln), wobei die Lichtquellenvorrichtung dazu ausgebildet ist, die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und des zweiten Wellenlängenbereichs mittels eines integriert optischen Faserkombinierers in die optische Faser einzukoppeln, wobei die optische Faser insbesondere eine optische Monomodenfaser ist, insbesondere eine polarisationserhaltende optische Monomodenfaser.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichtquellenvorrichtung einen optische Faserschalter aufweist, wobei die Lichtquellenvorrichtung dazu ausgebildet ist, entweder die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs oder die zweiten Wellenlängenbereichs (oder auch weitere Wellenlängenbereiche) in die optische Faser (hierbei kann es sich um die oben beschriebene optische Faser handeln) einzukoppeln, wobei die optische Faser insbesondere eine optische Monomodenfaser ist, insbesondere eine polarisationserhaltende optische Monomodenfaser (siehe auch oben).
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Bevorzugt weist die Lichtquellenvorrichtung ein Steuermittel auf, das dazu ausgebildet ist, die erste und die zweite Laserlichtquelle zur Emission von Pulsen elektromagnetischer Strahlung einer vordefinierten Intensität und/oder Pulsrate und/oder Pulsabfolge und/oder Wellenlänge und insbesondere den zeitlichen Verlauf der Pulsform unabhängig voneinander anzuregen, und insbesondere die erste und die zweite Laserlichtquelle alternierend anzusteuern, was insbesondere einen Betrieb im PIE Modus erlaubt. Unabhängig ansteuern bedeutet hierbei insbesondere, dass Intensität, Pulsrate, Wellenlänge und Pulsfolge und insbesondere der zeitliche Verlauf der Pulsform für jede Laserlichtquelle separat angesteuert werden und sich die Ansteuerung der Laserlichtquellen nicht gegenseitig bedingt. Insbesondere sind die genannten Parameter (Intensität, Pulsfolge, Wellenlänge und Pulsrate) durch einen Benutzer über das Steuermittel für jede Laserlichtquelle einstellbar und oder vordefinierbar. Ferner ist das Steuermittel insbesondere dazu ausgebildet, die erste Laserlichtquelle so anzusteuern, dass die erste Laserlichtquelle kontinuierlich (continous wave Betrieb) elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs emittiert.
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Das Steuermittel ist weiterhin insbesondere dazu ausgebildet, die erste und/oder die zweite Laserlichtquellen jeweils unabhängig voneinander im gewinngeschalteten Modus zu betreiben, was insbesondere durch vom Steuermittels an die jeweilige Laserlichtquelle gesendeten Triggersignal erreicht wird, so dass die Möglichkeit gegeben ist, die Laserlichtquelle mit einem sehr geringen Jitter, der insbesondere kleiner als 10 ps, 20 ps, 50 ps, 100 ps oder kleiner als 500 ps mit weiteren Laserlichtquellen zu synchronisieren und dabei den nötigen zeitlichen Abstand zwischen den Laserpulsen unterschiedlicher Laserlichtquellen und damit den Wellenlängenbereichen insbesondere mittels einer elektrischen Verzögerung zu definieren.
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Weiterhin ist das Steuermittel insbesondere dazu ausgebildet, über einen Computer oder ein ähnliches elektronische Gerät programmiert bzw. angesteuert zu werden. Auch ist bei dem Steuermittel insbesondere vorgesehen, dass ein externes Triggersignal, beispielsweise von einem nicht gewinnschaltbaren oder gewinngeschalteten Laser, wie beispielsweise einem modengekoppelten Laser, eingespeist wird, und die Emission der Laserlichtquellen mit diesem Triggersignal zu synchronisieren.
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Bevorzugt weist die zweite Laserlichtquelle, zumindest eine insbesondere gewinngeschaltete Laserdiode auf, wobei die zweite Laserlichtquelle insbesondere dazu ausgebildet ist, eine von der Laserdiode emittierte Strahlung optisch zu verstärken, insbesondere durch zumindest einen optischen Verstärker, wobei insbesondere die von der Laserdiode emittierte und durch den mindestens einen optischen Verstärker verstärkte elektromagnetische Strahlung in eine nichtlineare optische Faser und insbesondere eine PCF zur spektralen Verbreiterung eingekoppelt wird. Insbesondere ist die zweite Laserlichtquelle gemäß der in
DE 10 2009 056 092 B4 offenbarten Lichtquelle mit Diodenlaser ausgeführt.
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Wie bereits dargelegt ist vorgesehen, dass das Steuermittel in Abhängigkeit von dem selektierten zweiten Wellenlängenbereich die zweite Laserlichtquelle so steuert, dass ein Bereich des Spektrums des Superkontinuums in einem Wellenlängenbereich liegt, der kürzere Wellenlängen umfasst als der zweite Wellenlängenbereich, wobei dieser kurzwelligere Wellenlängenbereich insbesondere Wellenlängen umfasst, die bevorzugt weniger als 50 nm und besonders bevorzugt weniger als 20 nm kürzer sind als eine kürzeste Wellenlänge des zweiten Wellenlängenbereichs.
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So wird insbesondere ein schonender Betrieb einer PCF der zweiten Laserlichtquelle gewährleistet, so dass Alterungsprozesse der PCF gemindert werden. Die Veränderung des Superkontinuums erfolgt insbesondere über die mittlere optische Pumpleistung, die in die PCF der zweiten Laserlichtquelle gegeben wird. Durch eine angepasste Pumpleistung (die insbesondere durch das Steuermittel geregelt wird) wird insbesondere das Superkontinuum, das aus der PCF austritt, so angepasst, dass der zweite Wellenlängenbereich noch umfasst wird, das Superkontinuum sich aber nur wenige (siehe voriger Absatz) Nanometer weiter in den kurzwelligen Bereich des Spektrums ausdehnt.
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In einer weiteren Variante der Erfindung weist die Lichtquellenvorrichtung eine insbesondere gewinnschaltbare oder gewinngeschaltete dritte Laserlichtquelle auf, wobei die dritte Laserlichtquelle dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung in einem dritten Wellenlängenbereich zu emittieren, und wobei die Lichtquellenvorrichtung bevorzugt dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung des ersten, zweiten und des dritten Wellenlängenbereichs in den gemeinsamen Strahlengang einzuleiten, und wobei bevorzugt das Steuermittel dazu ausgebildet ist, Intensität, Wellenlänge, Pulsrate und/oder Pulsfolge der dritten Laserlichtquelle zu steuern.
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Die dritte Laserlichtquelle ist insbesondere analog zur ersten Laserlichtquelle ausgebildet. Der dritte Wellenlängenbereich ist insbesondere vom zweiten Wellenlängenbereich verschieden. Generell lässt sich die erfindungsgemäße Lichtquellenvorrichtung auch mit vier oder noch mehr separaten Lasern betreiben, die insbesondere alle über das Steuermittel angesteuert werden.
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Die erfindungsgemäße Lichtquellenvorrichtung weist im Vergleich zur Kombination mehrerer einzelner Laser im diskreten Aufbau folgende Vorteile auf:
- 1. Ein vergleichsweise „monolithischer” Aufbau gewährleistet ein gute optische Stabilität und ist gleichzeitig vergleichsweise kompakt zu realisieren.
- 2. Gleiches gilt auch für die elektrische Stabilität, da weitgehende Jitterfreiheit und Einstellung variabler Delays zwischen den Lichtpulsen möglich ist.
- 3. Die Bedienung der erfindungsgemäßen Lichtquellenvorrichtung ist vergleichsweise Nutzerfreundlich, da nur ein Steuermittel/Gerät vorgesehen ist.
- 4. die Lebensdauer der PCF kann gesteigert werden, da bei angenommener alternierender Nutzung aller im Spektrum enthaltenen Wellenlängen zeitlich kumuliert eine geringere Leistung in die PCF eingetragen wird. Insbesondere da die kurzwelligen Wellenlängenbereiche durch diskrete Laserlichtquellen, wie die erste und dritte Laserlichtquelle, abgedeckt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in den nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des Strahlengangs der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 ein schematisches Diagramm, bei dem die Intensität der elektromagnetischen Strahlung gegen die Wellenlänge aufgetragen ist; und
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3 ein schematisches Diagramm, bei dem zwei Superkontinua dargestellt sind.
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1 zeigt einen Strahlengang (gestrichelte Linien), bei dem eine erste Laserlichtquelle 10, die insbesondere einen ersten Diodenlaser umfasst, eine zweite Laserlichtquelle 20, die ein Superkontinuum S bzw. S' erzeugt, und eine dritte Laserlichtquelle 30, die insbesondere einen Diodenlaser umfasst, jeweils mit einem Steuermittel 6 elektrisch verbunden sind. Alle drei Laserlichtquellen 10, 20, 30 sind dabei gewinngeschaltet und sind dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung, insbesondere im sichtbaren, infraroten und/oder ultravioletten Spektralbereich und insbesondere in Form von kurzen Pulsen, deren Pulslänge typischerweise im Nano- oder Pikosekundenbereich liegen, abzugeben. Die erste und die dritte Laserlichtquelle 10, 30 emittieren dabei jeweils in einem ersten bzw. einem dritten Wellenlängenbereich 100, 300, wobei diese Wellenlängenbereiche insbesondere nicht breiter als 1 nm–20 nm sind und typischerweise zwischen 375 nm und 2000 nm liegen.
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Die zweite Laserlichtquelle 20 kann beispielsweise durch einen oben erwähnten, in eine PCF 22 gekoppelten, gewinngeschalteten und nachverstärkten Diodenlaser 23 realisiert werden. Als Steuermittel 6 kommt insbesondere ein mehrkanaliger Diodenlasertreiber der Firma PicoQuant GmbH, Deutschland zum Einsatz (PDL 828 ”SEPIA II”, PicoQuant GmbH).
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Über einen Wellenlängenselektor 2 wird aus dem Superkontinuum S, S' der zweiten Laserlichtquelle 20 ein zweiter Wellenlängenbereich 200 ausgewählt. So ein Wellenlängenselektor 2 ist beispielsweise ein AOTF (acusto-optical tunable filter), ein AOM (acousto-optic modulator), ein Prisma, eine Bragg-Zelle, ein optisches Gitter, ein Interferenzfilter, ein dielektrischer Filter, ein Verlaufsfilter oder ein einfacher Farbglasfilter oder eine Kombination der vorgenannten Bauteile. Der Wellenlängenselektor 2 ist insbesondere mit dem Steuermittel 6 verbunden und wird insbesondere durch das Steuermittel 6 oder einen Computer gesteuert, insbesondere so, dass über das Steuermittel 6 der zweite Wellenlängenbereich 200 auswählbar ist. Der Bereich des Superkontinuums, der nicht im zweiten Wellenlängenbereich 200 liegt, wird nicht in einen gemeinsamen Strahlengang 7 eingeleitet, wofür insbesondere der Wellenlängenselektor 2 vorgesehen und ausgebildet ist. Für jede Laserlichtquelle 10, 20, 30 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Mittel zum Einstellen der Polarisation 11, 21, 31 vorgesehen, wobei dieses Mittel je nach Ausführung nicht zwingend notwendig ist, da gegebenenfalls die Polarisation der Laserlichtquellen 10, 20, 30 bereits passend eingestellt ist.
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Ein solches Mittel zur Änderung der Polarisation 11, 21, 31 ist typischerweise eine sogenannte Verzögerungsplatte, insbesondere ein λ/2 oder ein λ/4 Plättchen oder eine Kombination beider. Ein dichroitischer oder polarisationsabhängiger Strahlteiler bzw. Kombinierer 5 ist dazu vorgesehen und ausgebildet, die elektromagnetische Strahlung der ersten und der dritten Laserlichtquelle 10, 30 auf einen gemeinsamen Strahlengang 7a zu leiten. Alternativ kann dies durch integriert-optische Faserkombinierer oder auch Faserschalter erfolgen. Es bleibt festzuhalten, dass der erste und der dritte Wellenlängenbereich 100, 300 nicht notwendigerweise unterschiedlich sein müssen. Für einige Anwendung mag es sinnvoll sein, Licht der gleichen Wellenlänge, aber mit unterschiedlicher Polarisation im PIE Betrieb bereitzustellen. Der Strahlkombinierer 5 ist so beschaffen, dass er für die elektromagnetische Strahlung der ersten Laserlichtquelle 100 transparent ist und für die elektromagnetische Strahlung der dritten Laserlichtquelle 300 reflektierend ist. Anschließend leitet ein weiterer Strahlkombinierer 3 die elektromagnetische Strahlung der ersten und der dritten Laserlichtquelle 10, 30 und die elektromagnetische Strahlung (bzw. ein Teilspektrum 200 davon, das durch den Wellenlängenselektor 2 selektiert wird und den zweiten Wellenlängenbereich 200 umfasst) der zweiten Laserlichtquelle 20 auf den gemeinsamen Strahlengang 7. Bevorzugt wird ein Strahlkombinierer 3 eingesetzt, der eine polarisationsabhängige Transmission-/Reflexionscharakteristik aufweist. Alternativ dazu kann auch ein frequenz- bzw. wellenlängenabhängiger Strahlkombinierer 5 (dichroitischer Spiegel) eingesetzt werden, insbesondere dann, wenn der zweite Wellenlängenbereich 200 keine Überlappung mit dem ersten und dem dritten Wellenlängenbereich 100, 300 aufweist. Alternativ kann dies auch durch integriert-optische Faserkombinierer oder auch Faserschalter erfolgen. Die so überlagerten Strahlengänge der Laserlichtquellen 10, 20, 30 werden dann in eine insbesondere polarisationserhaltende Monomodenfaser 4 eingekoppelt, um die elektromagnetische Strahlung der so konstruierten erfindungsgemäßen Lichtquelle an einen gewünschten Ort, beispielsweise einen Spektrometer- oder Mikroskopeingang, zu leiten.
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Durch das Steuermittel 6 können nun Pulsfolgen für jede Laserlichtquelle 10, 20, 30 eingestellt werden, die insbesondere für den PIE (pulsed interleaved excitation) Betrieb geeignet sind. Je nach Ausführung der ersten und dritten Laserlichtquelle 10, 30 ist es allerdings auch möglich, die erste Laserlichtquelle 10 und/oder die dritte Laserlichtquelle 30 im sogenannten continuous wave (cw) Betrieb zu fahren, d. h., nicht gepulst, sondern mit zeitlich durchgehender Emission von elektromagnetischer Strahlung. Das Steuermittel 6 ist in diesem Fall insbesondere dazu ausgebildet, ein Hin- und Herschalten zwischen den beiden Betriebsarten (cw und gepulst) zu gewährleisten und die Laserlichtquellen auch in diesem Betriebsmodus zu steuern.
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Der Aufbau der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere ein optischer Freistrahlaufbau, der stabil und quasi monolithisch auf eine dafür vorgesehene Aufbauplattform aufgebaut ist.
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In 2 sind Spektren (x-Achse: Wellenlänge aufsteigend in Richtung des Pfeils, y-Achse: Intensität, jeweils in arbiträren Einheiten) der ersten, zweiten und dritten Laserlichtquelle 10, 20, 30 schematisch dargestellt. Der zweite Wellenlängenbereich 200 wird aus dem von der zweiten Laserlichtquelle 20 erzeugten Superkontinuum S durch den Wellenlängenselektor 2 ausgewählt. Alle anderen Wellenlängen des Superkontinuums S werden nicht in den gemeinsamen Strahlengang 7 der Laserlichtquellen 10, 20, 30 geleitet. Die Wellenlängenbereiche 100 (der ersten Laserlichtquelle 10) und 300 (der dritten Laserlichtquelle 30) sind bei diesem Ausführungsbeispiel im kurzwelligen Bereich verortet.
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Das durch die PCF 22 erzeugte Spektrum S wird insbesondere so angepasst, dass das Spektrum den gewünschten zweiten Wellenlängenbereich 200 vergleichsweise nah am kurzwelligen Ende aufweist (vgl. 2 und 3). Je nach Wellenlänge und PCF Charakteristik erstreckt sich dieser Bereich 200b insbesondere ca. 20 nm bis 100 nm weiter (vom zweiten Wellenlängenbereich 200 aus gesehen) in den kurzwelligeren Bereich. So kann je nach gewünschtem zweiten Wellenlängenbereich 200 das Superkontinuum S, S' mehr (dargestellt durch S in 2 und 3) und/oder weniger (dargestellt durch S' in 3) weit in den kurzwelligeren Spektralbereich ausgedehnt werden – und zwar so, dass das Superkontinuum S, S' den zweiten Wellenlängenbereich 200 gerade noch umfasst. Dadurch wird in einigen Fällen durch die verminderte Pumpleistung der PCF 22 eine Schonung derselben erreicht.
