DE102015106633B4

DE102015106633B4 - Faseroptischer Lasergenerator

Info

Publication number: DE102015106633B4
Application number: DE102015106633.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Jäger; Tobias Tieß
Original assignee: Leibniz Institut fuer Photonische Technologien eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Photonische Technologien eV
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2035-04-30
Also published as: DE102015106633A1; WO2016173917A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Lasergenerator zur Erzeugung von Laserpulsen bei einer oder mehreren aus einem Wellenlängenbereich ausgewählten Wellenlängen, mit ringförmiger Struktur und unidirektionalem Umlauf. Der Lasergenerator umfasst mindestens ein erstes Verstärkungsmodul (1) mit mindestens einer Pumpeinrichtung (3), sowie mindestens eine Auskoppeleinrichtung (5) zur Auskopplung von Laserpulsen. Außerdem umfasst der Lasergenerator mindestens eine faseroptische, wellenlängenselektive Gitterstruktur (6), welche für Licht jeder der ausgewählten Wellenlängen reflektierend ausgebildet ist, wobei jede der ausgewählten Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich an einem anderen Ort reflektiert wird, so dass Reflexionen unterschiedlicher Wellenlängen zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen. Der Lasergenerator umfasst zwei Kopplungs-Verzweigungspunkte, an denen jeweils mindestens drei Fasern zusammenlaufen, zwei Fasern sind dabei der ringförmigen Struktur zugeordnet und eine am ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt abzweigende Faser mit dem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt als dort abzweigende Faser verbunden ist, und in der abzweigenden Faser zwischen dem ersten und dem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt ist die wellenlängenselektive Gitterstrukturen (6) integriert. In Umlaufrichtung laufendes Licht wird an den Kopplungs-Verzweigungspunkten zunächst in die Faser mit der wellenlängenselektiven Gitterstruktur (6) geleitet und von dort reflektiertes Licht in Umlaufrichtung wieder in die ringförmige Struktur eingekoppelt.Erfindungsgemäß umfassen die Mittel zur Selektion dabei Mittel zur Modulation des Lichts derart, dass pro Umlauf eines Laserpulses dieser mindestens zweimal modulierbar und aufgrund von Laufzeitunterschieden abhängig von der Wellenlänge selektierbar ist, wobei die Modulation mithilfe eines Modulators erfolgt, der zwischen einem der Kopplungs-Verzweigungspunkte und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur (6) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Lasergenerator zur Erzeugung von Laserpulsen bei einer oder mehreren aus einem Wellenlängenbereich ausgewählten Wellenlängen, mit ringförmiger Struktur und unidirektionalem Umlauf in der ringförmigen Struktur. Ein solcher Lasergenerator umfasst mindestens ein erstes Verstärkungsmodul, welches mindestens eine optische oder elektrische Pumpeinrichtung umfasst, welche ihrerseits an die ringförmige Struktur angekoppelt ist. Der faseroptische Lasergenerator umfasst außerdem mindestens eine faseroptische, wellenlängenselektive Gitterstruktur, welche für Licht jeder der ausgewählten Wellenlängen reflektierend ausgebildet ist, wobei jede der ausgewählten Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich an einem anderen Ort reflektiert wird, so dass Reflexionen unterschiedlicher Wellenlängen zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen. Der faseroptische Lasergenerator umfasst weiter einen in Umlaufrichtung ersten und einen diesem nachgeordneten zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt, an denen jeweils mindestens drei Fasern zusammenlaufen, von denen jeweils zwei Fasern der ringförmigen Struktur zugeordnet sind und eine am ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt abzweigende Faser mit dem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt als dort abzweigende Faser verbunden ist, und in der abzweigenden Faser zwischen dem ersten und dem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt die wellenlängenselektive Gitterstruktur integriert ist, wobei die beiden Kopplungs-Verzweigungspunkte so ausgebildet sind, dass in Umlaufrichtung laufendes Licht zunächst in die Faser mit der wellenlängenselektiven Gitterstruktur geleitet wird und jeweils von der wellenlängenselektiven Gitterstruktur reflektiertes Licht in Umlaufrichtung wieder in die ringförmige Struktur eingekoppelt wird. So weisen unabhängig von der Wellenlänge am zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt wieder in die ringförmige Struktur eingekoppelte Laserpulse die gleiche Umlaufzeit im Resonator, d.h. der ringförmigen Struktur einschließlich der abzweigenden Faser, und damit eine konstante Pulswiederholungsfrequenz auf. Geringfügige Unterschiede in der Umlaufzeit kommen durch die Wellenlängenabhängigkeit der Material- bzw. Wellenleitereigenschaften der Faser, d.h. durch die Dispersion des Lichts in der Faser zustande, sind jedoch gegenüber den Laufzeitunterschieden, welche durch eine der wellenlängenselektiven Gitterstrukturen hervorgerufen wird, vernachlässigbar und um mehrere Größenordnungen geringer. Schließlich umfasst der faseroptische Lasergenerator auch Mittel zur Selektion von Laserpulsen einer Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen.
Im Stand der Technik ist eine Reihe von Verfahren zur Abstimmung der Emissionswellenlänge eines Lasers innerhalb eines Verstärkungsbereichs mit zum Teil großer spektraler Breite bekannt. Faserintegrierte Verfahren verwenden in der Regel Faser-Bragg-Gitter. In der US 5 169 601 A wird ein einzelnes Faser-Bragg-Gitter als schmalbandiger Filter eingesetzt. Zur Einstellung der Reflexionswellenlänge in einem kleinen Bereich wird hier die Temperatur mittels eines Heizelements variiert, wobei ausgenützt wird, dass sich die Faser bei Erwärmung in Längsrichtung ausdehnt. In einer anderen Ausgestaltung ist das Faser-Bragg-Gitter auf einem piezoelektrischen, keramischen Material montiert, beim Anlegen einer Spannung wird die Faser in Längsrichtung gedehnt oder gestaucht. Auch in der DE 695 06 273 T2 wird ein solches Verfahren beschrieben. Ein einzelnes Faser-Bragg-Gitter als Filter bietet jedoch nur eine geringe spektrale Freiheit, was sich aufgrund der mechanischen Belastbarkeit der Faser in einem stark limitierten spektralen Abstimmbereich wiederspiegelt.
Eine Erweiterung des spektralen Arbeitsbereichs basierend auf Faser-Bragg-Gittern ist bei der Verwendung von sogenannten gechirpten Gitterstrukturen möglich. Hierbei ändert sich die Gitterperiode entlang der Längsrichtung der Faser. Dies kann kontinuierlich unter Verwendung eines gechirpten Faser-Bragg-Gitters erfolgen, oder in diskreten Schritten unter Verwendung vieler Faser-Bragg-Gitter mit verschiedenen Reflexionswellenlängen, letztere Anordnung wird auch als Array von Faser-Bragg-Gittern bezeichnet. Die einzelnen Gitter im Array können ihrerseits nur für einzelne Wellenlängen wirksam oder gechirpt sein. Sie müssen jedoch nicht entsprechend ihrer Wellenlängen auf- oder absteigend angeordnet sein. Sofern die Gitter hinsichtlich einer aufsteigenden oder absteigenden Wellenlänge geordnet sind, spricht man auch von einem Array von stufengechirpten Faser-Bragg-Gittern.
Für den Laserbetrieb kann die wirksame Reflexionswellenlänge der gechirpten Gitterstruktur zeitlich gesteuert werden. Eine dafür geeignete Anordnung wird beispielsweise in der US 2009/0067456 A1 beschrieben. Durch das periodische Schalten von Resonatorverlusten in einem Fabry-Perot-Resonator oder Ringresonator kann dabei die Emissionswellenlänge variiert werden, basierend auf dem Prinzip, dass sich verschiedene spektrale Komponenten in ihrer Resonatorumlaufzeit unterscheiden. Variiert man mit einem Modulator die Verluste mit entsprechender Periode, so kann man die Emissionswellenlänge auf der Grundlage der Gittereigenschaften verändern. Limitierend für viele Anwendungen ist dabei jedoch die variierende Pulswiederholungsrate entlang des spektralen Abstimmbereichs, die eine Synchronisierung mit getakteten Prozessen - beispielsweise einer Überlagerung mit anderen Pulsquellen - verhindert und zudem zu sich verändernden Pulseigenschaften - dazu zählen u.a. Pulsenergie, Pulsspitzenleistung, Pulsdauer und Pulsform - über den spektralen Abstimmbereich führt.
Eine statische Pulswiederholungsrate über den spektralen Abstimmbereich lässt sich beispielsweise mit Hilfe eines zweiten Filters, der invers zum ersten verbaut ist, erzielen. Dies ist beispielsweise in der WO 03/043149 A1 offenbart. Der zweite spektrale Filter muss bezüglich der Reflexionswellenlänge und der Gitterposition identisch zum ersten sein, damit sich die zeitlichen Verschiebungen verschiedener spektraler Komponenten über einen Resonatorumlauf aufhebt und eine gleichbleibende Umlaufzeit verschiedener Wellenlängen garantiert ist. Die in der WO 03/043149 A1 beschriebene Lösung basiert auf einem Fabry-Perot-Resonator, der verschiedene Nachteile aufweist. Dieser Resonator wird - auch in einer Variante, welche als Ringstruktur realisiert ist - bidirektional betrieben, d.h. Pulse können und müssen in beiden Richtungen umlaufen. Das Feedback des spektralen Filters ist daher nicht von der spektralen Verstärkung isoliert, was durch Rückkopplungen sowohl die spektrale Signalqualität als auch die Effizienz vermindert. Darüber hinaus tendieren Resonatoren, in welchen die Pulse in beiden Richtungen laufen, aufgrund der Interferenz vorwärts und rückwärts propagierender longitudinaler Moden zum sogenannten „spatial hole burning“, was die Effizienz weiter limitiert.
In der US 6 081 640 A werden Breitband-Faser-Bragg-Gitter sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben. Dabei wechseln sich im Gitter Bereiche mit hohem und niedrigem Brechungsindex ab. Die Gitterbereiche weisen jeweils eine Gitterperiode P auf und sind außerdem auf eine Weise strukturiert, die periodisch mit einer Modulationsperiode L > P variiert. Dabei ist mindestens eine der beiden Perioden über die gesamte Länge des Gitters gechirpt.
Die US 5 561 546 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Modulation optischer Träger, die relativ schwache Signale elektrischer, akustischer, magnetischer oder ähnlicher Energiequellen übertragen. Dabei wird der nicht modulierte Trägeranteil reduziert, so dass das optische Signal durch optische Verstärker besser verstärkt werden kann. Dazu wird Ringlaser-Aufbau verwendet, der u.a. einen elektro-optischen Modulator, einen frequenzselektiven Ausgangskoppler und einen optischen Isolator verwendet.
Die CA 2 576 328 A1 offenbart eine gepulste Laserlichtquelle zur Erzeugung verstärkter Lichtpulse. Sie umfasst einen optischen Zirkulator mit drei Ports, an welche drei Lichtleiterzweige angeschlossen sind. Gepulstes Licht wird in einer entsprechenden Lichtquelle erzeugt und in den ersten Lichtleiterzweig eingekoppelt, über den Zirkulator in den zweiten Zweig eingekoppelt, dort verstärkt und reflektiert und über den Zirkulator in den dritten Zweig eingekoppelt, von wo aus es ausgekoppelt wird. Die Verstärkung im zweiten Zweig erfolgt mittels eines dort angeordneten Verstärkungsmoduls. Im dritten Zweig ist außerdem ein optischer Modulator zur Modulation der Lichtpulse angeordnet.
In dem Artikel „Self-Compensated Dispersion Tuning of a Mode-Locked Fiber Laser Using a Linearly Chirped Fiber Grating" von K. L. Lee et al., erschienen in IEEE Phot. Tech. Lett., Vol. 13 (2) im Jahr 2001, S. 106-108 ist in 1 ein ringförmiger Lasergenerator dargestellt, bei dem zwischen zwei Kopplungs-Verzweigungspunkten, die durch optische Zirkulatoren OC1 und OC2 gebildet werden, eine wellenlängenselektive Faser, welche die beiden Kopplungs-Verzweigungspunkte verbindet, angeordnet ist. Die Wellenlängenselektion erfolgt mit Hilfe eines gechirpten Gitters. Mit Hilfe der Zirkulatoren wird die Umlaufrichtung (im Uhrzeigersinn) vorgegeben. In der ringförmigen Struktur, d.h. im Umlauf sind zwei Intensitätsmodulatoren MOD1 und MOD2 angeordnet, wobei beim Umlauf des Lichts die wellenlängenselektive Struktur zwischen den beiden Modulatoren liegt. Zur Selektion bestimmter Wellenlängen sind die Modulatoren mit einer Steuerung gekoppelt.
In einem Artikel von S. Li et al. „A Novel Configuration for Multiwavelength Actively Mode-Locked Fiber Lasers Using Cascaded Fiber Bragg Gratings", erschienen in IEEE Phot. Tech. Lett., Vol. 11 (2) im Jahr 1999, S. 179-181 wird ein für den Betrieb mit zwei auskoppelbaren Wellenlängen ausgelegter Ringlaser-Aufbau beschrieben, bei dem die Auswahl der Wellenlängen mittels Faser-Bragg-Gittern erfolgt. Zur Umschaltung zwischen Ein- und Zweiwellenlängenbetrieb wird ein Modul zur Kontrolle der Polarisation verwendet. Mehrere einzelne Wellenlängen können nicht diskret ausgewählt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen faseroptischen, bevorzugt wellenlängenabstimmbaren Lasergenerator der eingangs beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, dass zum einen eine konstante Pulswiederholungsrate gewährleistet und zum anderen die bestmögliche spektrale Signalqualität und Effizienz erhalten wird.
Diese Aufgabe wird bei einem solchen faseroptischen Lasergenerator dadurch gelöst, dass die Mittel zur Selektion von Laserpulsen einer Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen ihrerseits Mittel zur Modulation des Lichts derart umfassen, dass pro Umlauf eines Laserpulses dieser mindestens zweimal modulierbar ist und aufgrund von Laufzeitunterschieden abhängig von der Wellenlänge selektierbar ist. Auf diese Weise lassen sich auch in einem unidirektionalen Betrieb konstante Pulswiederholungsraten unabhängig von der Wellenlänge erzielen, der unidirektionale Betrieb sorgt außerdem für eine hohe spektrale Reinheit und eine hohe Effizienz. Mit Hilfe der Modulation lässt sich die Emissionswellenlänge oder ein Emissionswellenlängenbereich bzw. die Teilmenge von ausgewählten Wellenlängen steuern.
Die zweifache Modulation des Laserpulses pro Umlauf lässt sich auf verschiedene Weise realisieren.
In einer ersten Ausgestaltung umfassen die Mittel zur Selektion entweder einen mit einem ersten Funktionsgenerator angesteuerten ersten Modulator oder einen mit einem zweiten Funktionsgenerator angesteuerten zweiten Modulator. Bei Verwendung eines ersten Modulators ist dieser zwischen dem ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur der dort abzweigenden Faser, bei Verwendung eines zweiten Modulators ist dieser zwischen dem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur der dort abzweigenden Faser angeordnet. Über den zugeordneten Funktionsgenerator ist der jeweilige Modulator zwischen Transmission für zu selektierende Wellenlängen und Verlust für zu unterdrückenden Wellenlängen umschaltbar.
Die Emissionswellenlänge lässt sich dabei anhand einer angepassten Schaltung des ersten bzw. zweiten Modulators basierend auf unterschiedlichen Laufzeiten für verschiedene Wellenlängen in der Gitterstruktur steuern, der Modulator gibt die Wechselwirkungszeit des Signals mit der Gitterstruktur vor. Durch die unidirektionale Ringstruktur wird eine effiziente Auskopplung ermöglicht, Feedback von der Gitterstruktur einerseits und Verstärkung im aktiven Medium andererseits können voneinander optimal getrennt werden, so dass Rückkopplungen und damit verbundene Effizienzeinbußen unterdrückt werden.
Die Schaltung des Modulators erfolgt also in diesem Fall so, dass zu den Zeitpunkten, an denen Licht mit Wellenlängen aus der Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen den ersten bzw. den zweiten Modulator passiert, dieser auf Transmission geschaltet ist, und ansonsten, d.h. bei Wellenlängen nicht aus dieser Teilmenge, auf Verluste eingestellt ist. In letzterem Fall wird die Transmission blockiert, beispielsweise durch Absorption oder Streuung. Die reflektierten Signale durchlaufen den ersten bzw. den zweiten Modulator-je nachdem, welcher im Lasergenerator verbaut ist-jeweils zweimal, so dass die eingangs genannte Bedingung erfüllt ist.
Während der Betrieb des faseroptischen Lasergenerators grundsätzlich mit zwei möglichst identisch aufgebauten, wellenlängenselektiven Gitterstrukturen erfolgen kann, ist erfindungsgemäß die am ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt abzweigende Faser mit dem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt als dort abzweigender Faser verbunden und die wellenlängenselektive Gitterstruktur zwischen den beiden Kopplungs-Verzweigungspunkten in der - einzigen - zur wellenlängenselektiven Gitterstruktur abzweigenden Faser ausgebildet. Es wird also nur eine abzweigende Faser verwendet, welche die beiden Kopplungs-Verzweigungspunkte miteinander verbindet und welcher die wellenlängenselektive Gitterstruktur aufgeprägt ist. Dies erhöht die Genauigkeit, da nur eine wellenlängenselektive Gitterstruktur verwendet werden muss, also die Laserpulse in jedem Falle auf die identische Gitterstruktur während eines Umlaufs treffen, jedoch beim zweiten Auftreffen von der anderen Seite. Dieser Aufbau erfordert weniger Teile als der vorangehend beschriebene, verfügt automatisch über die geforderte Identität der Gitterstruktur(en), ist kompakt und kostengünstig zu realisieren.
Abzweigende Fasern sind dabei von auskoppelnden zu unterscheiden: In erstere wird Strahlung eingekoppelt und auch wieder in die ringförmige Struktur zurückgekoppelt, ohne den Resonator - die Kombination aus Ringstruktur und abzweigenden Fasern - zu verlassen. Im Gegensatz dazu dienen auskoppelnde Fasern der Auskopplung beispielsweise von Laserpulsen, und einkoppelnde Fasern dem Zuführen von Strahlung. Ein- und auskoppelnde Faser werden in der Regel über Faserkoppler mit dem faseroptischen Lasergenerator verbunden.
Die Kopplungs-Verzweigungspunkte können beispielsweise als Zirkulatoren ausgebildet sein, an denen mindestens drei Fasern zusammenlaufen, und/oder als Faserkoppler mit mindestens drei zusammenlaufenden Fasern. Eine vierte Faser im Faserkoppler kann beispielsweise der Auskopplung von Laserpulsen dienen. Auch eine Freistahlkopplung ist grundsätzlich möglich. Außerdem kann der erste und/oder zweite Kopplungs-Verzweigungspunkt auch als polarisationsabhängiger Zirkulator ausgebildet sein, zwischen Zirkulator und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur kann dann z.B. ein polarisationsmodifizierendes Element angeordnet sein, beispielsweise ein λ/2-Plättchen. Die wellenlängenselektive Gitterstruktur kann beispielsweise als Faser-Bragg-Gitter, als Array von Faser-Bragg-Gittern, als gechirptes Faser-Bragg-Gitter oder als Kombination davon, d.h. als Kombination verschiedener Gittertypen und Arrays ausgebildet sein. Insbesondere kann die wellenlängenselektive Gitterstruktur auch als Array von gechirpten und diskreten Faser-Bragg-Gittern ausgestaltet sein.
Der faseroptische Lasergenerator umfasst zweckmäßig Mittel zur Vorgabe der Umlaufrichtung. Bei Verwendung von Zirkulatoren als Kopplungs-Verzweigungspunkte können diese bereits zur Vorgabe der Umlaufrichtung verwendet werden. Verwendet man Faserkoppler oder eine Freistrahlkopplung als Kopplungs-Verzweigungspunkt, so umfassen die Mittel zur Vorgabe der Umlaufrichtung vorteilhaft mindestens einen Isolator.
In einer zweiten und einer weiteren Ausgestaltung des faseroptischen Lasergenerators umfassen die Mittel zur Modulation eine Ansteuerung zur Modulation der Verstärkung, bevorzugt im mindestens einen ersten Verstärkungsmodul. Anders als in den vorangehend beschriebenen Ausführungen werden hier also nicht die Verluste moduliert, sondern die Verstärkung. Der Aufbau erfolgt analog zu den vorangehend beschriebenen Ausführungen und umfasst auch diese Varianten, mit dem Unterschied, dass anstelle der Modulatoren mit Funktionsgeneratoren an deren Positionen im Resonator nun entsprechend ausgestaltete Verstärkungsmodule - ein zweites oder ein drittes Verstärkungsmodul - mit entsprechenden Ansteuerungen oder einer gemeinsamen Ansteuerung verwendet werden. Die Verstärkung kann elektronisch über Halbleiterstrukturen oder optisch durch stimulierte Emission, stimulierte Raman-Streuung oder andere, nichtlineare optische Verstärkungsmechanismen erreicht werden. Dabei können für die Modulation der Verstärkung gesonderte Verstärkungsmodule verwendet werden, bei entsprechender Positionierung im Resonator kann auch ein zur Einspeisung der Strahlung verwendetes Verstärkungsmodul verwendet werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Erzeugung von Laserpulsen in einem faseroptischen Lasergenerator mit unidirektionaler, ringförmiger Struktur. Bei einem solchen Verfahren wird mit einer Pumpeinrichtung in einem Lasermedium durch optische Verstärkung, z.B. durch verstärkte spontane Emission, stimulierte Raman-Streuung oder andere, nichtlineare optische Verstärkungsmechanismen Strahlung in einem breitbandigen Wellenlängenbereich erzeugt und in einer Umlaufrichtung in eine faseroptische, ringförmige Struktur eingekoppelt. An einem ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt wird die Strahlung - d.h. das Wellenpaket, welches Licht des gesamten, in der Regel breitbandigen Emissionsspektrums umfasst - in eine abzweigende optische Faser eingekoppelt. Dort wird die Strahlung für ausgewählte Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich an einer wellenlängenselektiven Gitterstruktur ein erstes Mal reflektiert. Auf diese Weise wird für jede der ausgewählten Wellenlängen ein Einzelsignal erzeugt, ein Einzelsignal entspricht einem Wellenpaket um eine einzelne Wellenlänge, wobei die Gitterstruktur so ausgelegt ist, dass sie Licht dieser Wellenlänge reflektiert. Die erzeugten Einzelsignale werden jeweils wieder in Umlaufrichtung in die ringförmige Struktur eingekoppelt, wobei die Reflexion an unterschiedlichen, von der Wellenlänge abhängigen Orten in der abzweigenden Faser erfolgt, so dass die Einzelsignale abhängig von der Wellenlänge zu unterschiedlichen Zeiten in die ringförmige Struktur eingekoppelt werden. An einem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt werden die Einzelsignale von der anderen Richtung in die abzweigende Faser eingekoppelt und dort an der wellenlängenselektiven Gitterstruktur ein zweites Mal reflektiert und im Wesentlichen - abgesehen von einer systematischen Dispersion aufgrund der Fasereigenschaften - gleichzeitig wieder in Umlaufrichtung in die ringförmige Struktur eingekoppelt. Einzelsignale einer Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen werden durch zweimalige, auf Laufzeitunterschieden für verschiedene Wellenlängen basierende Modulation selektiert, wobei die eine Modulation zwischen der ersten und zweiten Reflexion durch Umschaltung eines zwischen einem der Kopplungs-Verzweigungspunkte und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur angeordneten Modulators während eines in Abhängigkeit von der zu selektierenden Wellenlänge vorgegebenen Zeitfensters von Verlust auf Transmission erfolgt und die andere Modulation vor der ersten oder nach der zweiten Reflexion durch Umschaltung des Modulators von Verlust auf Transmission während eines weiteren Zeitfensters, welches unabhängig von der zu selektierenden Wellenlänge und in Abhängigkeit von einer Modulationsperiode vorgegeben wird, erfolgt. Die zeitliche Modulation der Einzelsignale führt dabei dazu, dass aus den Einzelsignalen über mehrere Umläufe im Resonator auch Laserpulse gebildet werden, zusätzlich zu der Selektion der Wellenlängen. Schließlich werden diese Laserpulse mit Wellenlängen in der Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen an im Prinzip frei wählbaren Positionen im Resonator - sowohl in der ringförmigen Struktur als auch in der abzweigenden Faser - aus dem Resonator ausgekoppelt. Die Auskopplung kann auch nach einer abermaligen Verstärkung erfolgen, oder nach nochmaligem Durchlauf durch einen Teil der ringförmigen Struktur. Das Verfahren lässt sich insbesondere mit den oben beschriebenen Ausführungen eines faseroptischen Lasergenerators durchführen, die in diesem Zusammenhang beschriebenen Vorgehensweisen sind auch mögliche Ausgestaltungen des Verfahrens.
Es versteht sich daher, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Ausgestaltung eines faseroptischen Lasergenerators mit zwei wellenlängenselektiven Gitterstrukturen,
2 eine Ausgestaltung eines faseroptischen Lasergenerators mit nur einer wellenlängenselektiven Gitterstruktur,
3 a-c die spektralen Verhältnisse in der Faser an verschiedenen Stellen beim Umlauf im Lasergenerator,
4 a-b den Signalverlauf eines Funktionsgenerators für eine bzw. zwei auszukoppelnde Wellenlängen,
5 a-c weitere Ausgestaltungen für einen faseroptischen Lasergenerator mit einer wellenlängenselektiven Gitterstruktur,
6 einen faseroptischen Lasergenerator mit zwei Modulatoren,
7 a-b Signalschemata für die beiden Modulatoren des Lasergenerators aus 6,
8 eine alternative Ausgestaltung eines faseroptischen Lasergenerators mit zwei Modulatoren,
9 Signalschemata für die Anordnung aus 8,
10 eine alternative Ausgestaltung eines faseroptischen Lasergenerators, und
11 eine weitere Ausgestaltung eines faseroptischen Lasergenerators.

In 1 ist ein erstes Beispiel für einen - nicht von der Erfindung umfassten - faseroptischen Lasergenerator gezeigt, welcher zur Erzeugung von Laserpulsen bei einer oder mehreren aus einem Wellenlängenbereich ausgewählten Wellenlängen ausgebildet ist. Der faseroptische Lasergenerator ist mit ringförmiger Struktur ausgebildet und unidirektionalen Umlauf in der ringförmigen Struktur, welche im Folgenden auch als Ringstruktur bezeichnet wird. Laserpulse - auch als Lichtpulse bezeichnet - laufen daher nur in einer Richtung durch die Ringstruktur, hier im Uhrzeigersinn. Ein solcher faseroptischer Lasergenerator umfasst mindestens ein Verstärkungsmodul 1, welches hier eine aktive optische Faser 2 als Teil einer an die Ringstruktur angekoppelten optischen Pumpeinrichtung 3 umfasst. Alternativ kann -je nach gewähltem Verstärkungsmechanismus - auch eine andere Art der optischen Verstärkung verwendet werden.
Im gezeigten Beispiel umfasst der faseroptische Lasergenerator genau ein Verstärkungsmodul 1, es können aber auch mehrere Verstärkungsmodule 1 in Reihe oder parallel angeordnet sein, auch kann ein einziges Verstärkungsmodul mehrere, seriell oder parallel angeordnete aktive optische Fasern 2 enthalten, wenn beispielsweise die Anordnung im Multipuls-Modus betrieben werden soll. Die elektromagnetische Strahlung aus einzelnen, parallel angeordneten aktiven optischen Fasern 2 kann dann beispielsweise über entsprechende wellenlängenselektive Koppler, beispielsweise WDM-Koppler (WDM - Wavelength Division Multiplexing) in die Ringstruktur eingekoppelt werden.
Die optische Pumpeinrichtung 3 wird hier durch den Pfeil, welcher auf die Ringstruktur weist, symbolisiert. Die in einem breiten Wellenlängenbereich erzeugte Strahlung wird auf diese Weise in eine passive optische Faser 4 eingespeist, welche die Ringstruktur bildet. Außerdem umfasst der faseroptische Lasergenerator mindestens eine Auskoppeleinrichtung 5 zur Auskopplung von Laserpulsen. Die Auskoppeleinrichtung ist bei dem in 1 gezeigten Beispiel im oberen Segment der Ringstruktur angeordnet, sie kann aber auch an anderen Stellen, beispielsweise in Umlaufrichtung direkt vor dem Verstärkungsmodul 1 angeordnet sein, wie es beispielsweise in 2 gezeigt ist. Außerdem kann der faseroptische Lasergenerator auch mehrere Auskoppeleinrichtungen 5 umfassen.
Des Weiteren umfasst der faseroptische Lasergenerator mindestens eine faseroptische, wellenlängenselektive Gitterstruktur 6, welche für Licht jeder der ausgewählten Wellenlängen reflektierend ausgebildet ist. Jede der ausgewählten Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich wird dabei an einem anderen Ort in der Gitterstruktur 6 reflektiert, so dass Reflexionen unterschiedlicher Wellenlängen zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen. Im in 1 gezeigten Beispiel umfasst der faseroptische Lasergenerator zwei solcher faseroptischen, im Wesentlichen identischer wellenlängenselektiven Gitterstrukturen 6, welche jeweils von der die Ringstruktur bildenden passiven optischen Faser 4 abzweigen. Bei entsprechender Ausgestaltung ist es jedoch möglich, mit einer einzigen faseroptischen, wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 auszukommen.
Der faseroptische Lasergenerator umfasst außerdem einen in Umlaufrichtung ersten und einen diesem nachgeordneten zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt, an beiden Kopplungs-Verzweigungspunkten laufen jeweils mindestens drei Fasern zusammen, von denen jeweils zwei Fasern der ringförmigen Struktur zugeordnet sind und in einer abzweigenden Faser eine der wellenlängenselektiven Gitterstrukturen integriert ist. Beide Kopplungs-Verzweigungspunkte sind dabei so ausgebildet, dass in Umlaufrichtung laufendes Licht zunächst in die Faser mit der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 geleitet wird und jeweils von der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 reflektiertes Licht in Umlaufrichtung wieder in die ringförmige Struktur eingekoppelt wird. Im in 1 gezeigten Beispiel ist der erste Kopplungs-Verzweigungspunkt als erster Zirkulator 7 und der zweite Kopplungs-Verzweigungspunkt als zweiter Zirkulator 8 ausgebildet. Die faseroptische Gitterstruktur ist hier als Array von Faser-Bragg-Gittern ausgebildet, kann jedoch ebenso gut als einzelnes Faser-Bragg-Gitter ausgebildet sein, wenn beispielsweise nur eine Wellenlänge ausgekoppelt werden soll, oder als gechirptes Faser-Bragg-Gitter, um die zur Verfügung stehende Bandbreite an Wellenlängen optimal auszunutzen zu können.
Der zweite Kopplungs-Verzweigungspunkt muss dabei dem ersten nicht unmittelbar nachgeordnet sein, vielmehr umfasst der Begriff „nachgeordnet“ auch, dass ggf. weitere optische Elemente zwischen diesen beiden Kopplungs-Verzweigungspunkten angeordnet sein können, beispielswiese eine Auskoppeleinrichtung 5 und/oder ein Verstärkungsmodul 1. Je nach Sichtweise und Standort auf der ringförmigen Struktur kann man auch den ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt als dem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt nachgeordnet auffassen. Allgemein umfasst der faseroptische Lasergenerator daher zwei Kopplungs-Verzweigungspunkte, die über die Ringstruktur miteinander in Verbindung stehen.
Je nach Ausgestaltung der Kopplungs-Verzweigungspunkte ist dabei nicht in jedem Falle ausgeschlossen, dass Licht auch entgegen der Umlaufrichtung wieder in die passive optische Faser 4 eingekoppelt wird, diese Anteile lassen sich jedoch durch geeignete Maßnahmen unterdrücken. Im hier gezeigten Beispiel in 1 sind die Kopplungs-Verzweigungspunkte als erster Zirkulator 7 und als zweiter Zirkulator 8 ausgestaltet. Durch die Verwendung von Zirkulatoren wird in diesem Fall verhindert, dass von der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 reflektiertes Licht entgegen der Umlaufrichtung in die ringförmige Struktur eingekoppelt wird.
Die wellenlängenselektive Gitterstruktur 6 in der am zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt abzweigenden Faser ist im Wesentlichen identisch zu derjenigen in der am ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt abzweigenden Faser aufgebaut, jedoch so mit den zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt verbunden, dass sie im Vergleich zu der Gitterstruktur 6 in der am ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt abzweigenden Faser spiegelverkehrt durchlaufen wird, was voraussetzt, dass sie spiegelverkehrt an den zweiten Kopplungs- und Verzweigungspunkt ankoppelt. Auf diese Weise haben unabhängig von der Wellenlänge die von der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 am zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt reflektierten und wieder in die Ringstruktur in Umlaufrichtung eingekoppelten Laserpulse im Wesentlichen die gleiche Umlaufzeit und weisen damit eine konstante Pulswiederholungsfrequenz auf. „Im Wesentlichen“ bedeutet dabei, dass geringfügige, natürliche Dispersionen aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen, die im Material unterschiedlich transportiert werden, selbstverständlich nicht ausgeschlossen werden können, so dass es in der Regel zu geringfügigen Laufzeitunterschieden kommt, die jedoch innerhalb der Toleranz liegen und wesentlich kleiner sind als Laufzeitunterschiede, die durch Reflexion verschiedener Wellenlängen in einer der beiden wellenlängenselektiven Gitterstrukturen 6 verursacht werden.
Schließlich umfasst der faseroptische Lasergenerator auch Mittel zur Selektion von Laserpulsen einer Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen. Diese Mittel zur Selektion umfassen dabei ihrerseits Mittel zur Modulation des Lichts abhängig von der Wellenlänge derart, dass pro Umlauf eines Laserpulses dieser mindestens zweimal modulierbar und aufgrund von Laufzeitunterschieden abhängig von der Wellenlänge selektierbar ist.
Zur Modulation des Lichts werden dabei üblicherweise Funktionsgeneratoren mit von diesen angesteuerten Modulatoren, beispielsweise akusto-optischen Modulatoren (AOM) verwendet. Es gibt dabei verschiedene Möglichkeiten, diese im faseroptischen Lasergenerator anzuordnen, so dass diese Bedingung der zweimaligen Modulierbarkeit pro Umlauf erfüllt wird.
In einer ersten Alternative umfassen die Mittel zur Selektion bzw. die Mittel zur Modulation des Lichts entweder einen mit einem ersten Funktionsgenerator angesteuerten ersten Modulator oder einen mit einem zweiten Funktionsgenerator angesteuerten zweiten Modulator. Erster bzw. zweiter Modulator - je nachdem, welcher Modulator verwendet wird - sind dabei zwischen dem ersten bzw. zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 der dort abzweigenden Faser angeordnet. Im vorliegenden, in 1 gezeigten Beispiel, ist ein zweiter Funktionsgenerator 9 mit einem zweiten Modulator 10 in der beim zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt, den zweiten Zirkulator 8 abzweigenden Faser angeordnet. Die beiden in 1 gezeigten Gitterstrukturen 6 sollten dabei möglichst identisch aufgebaut sein. Aufgrund der Laufzeitunterschiede für Pulse verschiedener Wellenlängen, die an der am ersten Zirkulator 7 abzweigenden Gitterstruktur 6 erzeugt werden, welche in der beim zweiten Zirkulator abzweigenden Gitterstruktur 6 kompensiert werden, und aufgrund der Tatsache, dass jeder der Laserpulse eine von der Wellenlänge abhängige Verweildauer in der zweiten Gitterstruktur, d.h. in der Zeichnung links des zweiten Modulators 10 aufweist, verursacht durch den räumlichen Abstand der Gitter für die einzelnen Wellenlängen in der Gitterstruktur 6, lassen sich durch entsprechende, vom Funktionsgenerator 9 gesteuerte Umschaltungen des Modulators 10 zwischen einem Zustand, in welchem das Licht nahezu vollständig transmittiert wird, und einem anderen Zustand, in welchem die auf den Modulator 10 treffende elektromagnetische Strahlung hohe Verluste erleidet und blockiert wird, gezielt Laserpulse bestimmter Wellenlängen selektieren, die über den zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt wieder in die passive optische Faser 4 der Ringstruktur eingekoppelt werden. Diese können bereits im Umlauf nach dem zweiten Zirkulator 8 ausgekoppelt werden, oder aber auch an anderer Stelle in der Ringstruktur, so wie hier in 1 gezeigt. Auch ist es möglich, anstelle des zweiten Funktionsgenerators 9 mit dem zweiten Modulator 10 einen entsprechenden ersten Funktionsgenerator mit einem ersten Modulator zwischen dem ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt, d.h. dem ersten Zirkulator 7 und der dort abzweigenden Gitterstruktur 6 anzuordnen.
Üblicherweise sind die faseroptischen Gitterstrukturen 6 so konzipiert, dass sie aus einem breitbandigen, kontinuierlichen Spektrum eine Anzahl N von Wellenlängen selektieren, wobei N üblicherweise zwischen 2 und 100 liegt, je nach Art der Anwendung. Bei der in 1 gezeigten Anordnung ist es jedoch auch möglich, Gitterstrukturen 6 zu verwenden, die exakt die Anzahl von Wellenlängen auswählen, die die Teilmenge festlegen, welche später auch ausgekoppelt werden soll. In diesem Fall kann auf einen Modulator, welcher durch einen Funktionsgenerator angesteuert wird, auch verzichtet werden. Außerdem ist es immer auch möglich, einen wellenlängenselektiven Filter nach Auskopplung der Laserpulse im Strahlengang vorzusehen. In diesem Fall kann ebenfalls auf einen Modulator verzichtet werden, und die Gitterstruktur 6 kann für mehr Wellenlängen, als tatsächlich der Anwendung - beispielsweise einem Fluoreszenzmikroskop - zugeführt werden, ausgelegt werden.
Die Verwendung von zwei faseroptischen Gitterstrukturen 6 ist jedoch in der Herstellung aufwendig, da diese möglichst identisch aufgebaut sein sollen, bei der Verwendung eines Arrays von Faser-Bragg-Gittern also darauf geachtet werden muss, dass die räumlichen und spektralen Eigenschaften insbesondere im Hinblick auf die Wellenlängenselektivität identisch sind. Kleine Abweichungen können hier dazu führen, dass die Modulation nicht mehr korrekt durchgeführt wird, bzw. machen eine individuelle Eichung jedes faseroptischen Lasergenerators, der nach diesem Prinzip aufgebaut ist, notwendig.
Vorteilhaft ist daher die am ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt abzweigende Faser mit dem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt als dort abzweigende Faser verbunden, wobei die wellenlängenselektive Gitterstruktur 6 zwischen den beiden Kopplungs-Verzweigungspunkten in der abzweigenden Faser ausgebildet ist. Eine solche - zur Erfindung gehörige - Konfiguration ist in 2 dargestellt. Es wird also nur eine faseroptische Gitterstruktur 6 verwendet. Die Faser, welche diese wellenlängenselektive Gitterstruktur 6 enthält, ist mit ihrem einen Ende mit dem ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt - hier dem Zirkulator 7 - verbunden und mit ihrem zweiten Ende mit dem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt - hier dem zweiten Zirkulator 8.
Sie ist zwar Teil des Umlaufs, da die Lichtpulse auch einen Weg in der abzweigenden Faser zurücklegen, jedoch nicht Teil der eigentlichen Ringstruktur, da das Licht für ausgewählte Wellenlängen in der faseroptischen wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 jeweils reflektiert wird, egal von welcher Seite es auf diese trifft. Durch diesen Aufbau ist sichergestellt, dass die Laufwege der Einzelsignale und Laserpulse für verschiedene Wellenlängen kompensiert werden und die Pulsschussrate spektral unabhängig ist.
Das Funktionsprinzip des faseroptischen Lasergenerators soll im Folgenden beispielhaft anhand der 2 - 4 näher erläutert werden. Über die Pumpeinrichtung 3 wird die aktive optische Faser 2 gepumpt und emittiert in einem spezifischen, von dem Material und ggf. der Dotierung der aktiven optischen Faser 2 abhängigen, breitbandigen spektralen Bereich Strahlung, beispielsweise sogenannte verstärkte spontane Emission (ASE - amplified spontaneous emission). In Rückwärtsrichtung eingekoppelte, d.h. entgegen dem Uhrzeigersinn laufende Strahlung erfährt am zweiten Zirkulator 8 hohe Verluste und wird somit in dieser Richtung im Wesentlichen unterdrückt. Der in Vorwärtsrichtung, d.h. im Uhrzeigersinn propagierende Teile des Spektrums, welcher in 3a dargestellt ist, koppelt über den ersten Zirkulator 7 in die dort abzweigende Faser ein und wechselwirkt mit der hier als Array von Faser-Bragg-Gittern aufgebauten faseroptischen, wellenlängenselektiven Struktur 6, die wie ein Filter wirkt: Während die spektralen Komponenten, die keine Überlappung mit dem Filter aufweisen, transmittiert werden und am Modulator absorbiert werden bzw. dort hohe Verluste erleiden, reflektiert jedes Faser-Bragg-Gitter des Arrays, welches die Gitterstruktur 6 bildet, auch eine schmalbandige Komponente, welche anschließend über den ersten Zirkulator 7 in Umlaufrichtung wieder in die ringförmige Struktur eingekoppelt wird. Umfasst die Gitterstruktur 6 beispielsweise N Faser-Bragg-Gitter, so werden für N Wellenlängen - diese bilden die ausgewählten Wellenlängen - wieder Laserpulse in die ringförmige Struktur eingekoppelt. Dies ist in 3b dargestellt. Da die Gitter an diskreten Positionen entlang der Faser verteilt sind, und jedes eine andere Reflexionswellenlänge aufweist, zeigen die verschiedenen spektralen Komponenten, welche wieder in Umlaufrichtung in die ringförmige Struktur eingekoppelt wurden, eine zeitliche Verschiebung relativ zueinander auf.
Im weiteren Verlauf werden die Wellenpakete am zweiten Zirkulator 8 wieder in die dort ebenfalls abzweigende Faser mit der faser-optischen wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 eingekoppelt und treffen nach einem ersten Durchlauf durch den zweiten Modulator 10, welcher von dem zweiten Funktionsgenerator 9 angesteuert wird, abermals auf die Faser-Bragg-Gitter der Gitterstruktur 6. Die jeweiligen spektralen Komponenten, die zuvor reflektiert wurden, interagieren nun wieder mit dem jeweils zugehörigen Gitter. Da sie die spektralen Filter jedoch von der anderen Seite durchlaufen, wird die wellenlängenabhängige Verzögerungszeit umgekehrt, so dass die einzelnen spektralen Komponenten im nun reflektierten Signal wieder synchron propagieren, der zeitliche Abstand der einzelnen spektralen Komponenten zueinander kompensiert sich also während des Umlaufs. Nach einem abermaligen Durchlauf durch den zweiten Modulator 10 werden die Laserpulse wieder in Umlaufrichtung in die ringförmige Struktur eingekoppelt und propagieren in Richtung der Auskoppeleinrichtung 5. Somit haben alle Wellenlängen die gleiche Umlaufzeit im Resonator, so dass die Pulswiederholungsfrequenz über den gesamten spektralen Abstimmbereich konstant ist. Mit Hilfe des über den zweiten Funktionsgenerator 9 angesteuerten zweiten Modulators 10 kann nun eine Teilmenge der ausgewählten Wellenlänge selektiert werden, in 3c ist genau eine einzelne Wellenlänge i ausgewählt. Mit Hilfe des zweiten Funktionsgenerators 9 werden Resonatorverluste mit einer festen Periode T_MP geschaltet, die Periode T_MP entspricht der Signalumlaufzeit bei zweimaligem Durchlauf durch die wellenlängenselektive Gitterstruktur 6. Die Selektion der Teilmenge geschieht nun durch zwei kurze Transmissionsfenster pro Periode am zweiten Modulator 10, die anhand ihres zeitlichen Abstandes t_1-2 bestimmen, wie lange das vom zweiten Zirkulator 8 in die dort abzweigende Faser eingekoppelte Signal im Array von Faser-Bragg-Gittern benötigen darf, um zurück reflektiert zu werden.
Durch den zeitlichen Abstand t_1-2 der beiden Transmissionsfenster ist eine gewisse Antwortzeit der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 vorgegeben, die eindeutig einer spezifischen Gitterposition und damit einer reflektierten Wellenlänge zugeordnet werden kann, wie in 3c gezeigt. Alle anderen spektralen Komponenten, die nach dem ersten Passieren der wellenlängenselektiven Gitterstruktur am ersten Zirkulator 7 im Antwortsignal vertreten waren, werden nach dem zweiten Passieren der Gitterstruktur 6 am Modulator absorbiert, da ihre jetzige Verweildauer im Filter nicht mit t_1-2 übereinstimmt. Die Schaltung des zweiten Modulators 10 dafür ist in 4a dargestellt. Entsprechend kann bei konstanter Modulationsperiode, d.h. Pulsumlaufzeit, eine Wellenlänge oder können mehrere Wellenlängen der Teilmenge zugeordnet werden, indem die Zeit t_1-2 variiert wird. Aufgrund der periodischen Modulation bildet sich über mehrere Resonatorumläufe ein sich reproduzierender Puls bei der Zielwellenlänge λ_i aus, welcher in der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 und am zweiten Modulator 10 verlustarm transmittiert wird und in bei jedem Umlauf im Lasergenerator effektiv Verstärkung in der aktiven optischen Faser 2 erfährt. An der Auskoppeleinrichtung 5, welche an verschiedenen Positionen im Lasergenerator bzw. Resonator eingebaut werden kann, wird das Signal dann abgegriffen und kann ggf. nachverstärkt werden.
Die Teilmenge kann im Allgemeinen mehrere Wellenlängen umfassen, über eine entsprechende Schaltung des zweiten Modulators 10, welche in 4b beispielhaft für zwei Wellenlängen dargestellt ist, lässt sich eine Einstellung auf jede beliebige Teilmenge, welche in der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 vertreten ist, einstellen, auch auf eine einzelne Wellenlänge. Zusammenfassend erfolgt die Selektion, indem zu den Zeitpunkten, an denen Licht mit Wellenlängen aus der Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen den ersten Modulator 13 bzw. den zweiten Modulator 10 passiert, dieser auf Transmission und bei Wellenlängen nicht aus der Teilmenge auf Verluste eingestellt ist.
Die Auskoppeleinrichtung 5 kann an verschiedenen Stellen der ringförmigen Struktur angeordnet sein, 5a zeigt eine Ausführung, bei der die Auskoppeleinrichtung im oberen Teil der ringförmigen Struktur, zwischen erstem und zweitem Kopplungs-Verzweigungspunkt angeordnet ist. Ebenso kann die wellenlängenselektive Gitterstruktur 6 auch anders aufgebaut sein, beispielsweise kann es sich um ein einzelnes Faser-Bragg-Gitter handeln, wenn nur eine Wellenlänge selektiert werden soll, oder aber auch um ein gechirptes Faser-Bragg-Gitter 11, wie es in 5b dargestellt ist. Neben einer Anzahl diskreter Wellenlängen in der Teilmenge erlaubt ein gechirptes Faser-Bragg-Gitter auch die Auswahl von Wellenlängenbereichen als Teilmenge. Auch die Kombination eines Faser-Bragg-Gitters oder eines Arrays solcher Gitter mit einem gechirpten Faser-Bragg-Gitter ist denkbar. 5c schließlich zeigt eine weitere Variante, bei der zwei Verstärkungsmodule 1 mit zwei aktiven optischen Fasern 2 und zwei Pumpeinrichtungen 3 vorgesehen sind. Diese sind hier seriell angeordnet, eine Parallelschaltung ist ebenso denkbar. Die Ausgestaltungen gemäß 5a - 5c werden sämtlich von der Erfindung umfasst.
In einer alternativen, nicht zur Erfindung gehörigen Ausgestaltung werden zwei Modulatoren verwendet. Die Mittel zur Modulation umfassen dann einen mit einem ersten Funktionsgenerator 12 angesteuerten ersten Modulator 13 und einen mit einem zweiten Funktionsgenerator 9 angesteuerten zweiten Modulator 10, wobei in Bezug auf den Umlauf eines Lichtpulses jeweils mindestens ein Kopplungs-Verzweigungspunkt zwischen den beiden Modulatoren 13, 10 angeordnet ist. Der Umlauf schließt den in den wellenlängenselektiven Gitterstrukturen 6 zurückgelegten Weg ein. Auch hier sind erster Modulator 13 und zweiter Modulator 10 zwischen Transmission und Verlust umschaltbar.
Ein Beispiel für eine solche, nicht zur Erfindung gehörige Ausgestaltung zeigt 6. Der dort gezeigte faseroptische Lasergenerator umfasst im Unterschied zu der in 2 gezeigten Konfiguration zusätzlich zu dem zweiten Funktionsgenerator 9, mit welchem der zweite Modulator 10 angesteuert wird, auch einen mit einem ersten Funktionsgenerator 12 angesteuerten ersten Modulator 13. Erster Modulator 13 und zweiter Modulator 10 sind dabei zwischen dem ersten bzw. zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt - hier wieder als erster Zirkulator 7 und zweiter Zirkulator 8 ausgestaltet - und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 der dort abzweigenden Faser angeordnet.
Bei dieser Ausführung sind die Anforderungen an die Geschwindigkeit beim Umschalten des Modulators geringer, zudem lässt sich, wenn beispielsweise akusto-optische Modulatoren verwendet werden, ASE-Feedback, welches durch den mittleren Arm transmittiert und spektral ungefiltert zur aktiven optischen Faser 2 koppeln würde, komplett unterdrücken. Allerdings müssen die beiden Modulatoren über eine Steuerung gekoppelt betrieben werden, das heißt, dass der erste Funktionsgenerator 9 und der zweite Funktionsgenerator 12 über eine Steuerung gekoppelt sind.
Diese Steuerung soll anhand von 7a und b näher erläutert werden. Der zweite Funktionsgenerator 9 ist abhängig vom ersten Funktionsgenerator 12 mit einer Verzögerungszeit T_D angesteuert, wobei der erste Modulator 13 während eines ersten Zeitraums t₁ für einen ersten Teilbereich der ausgewählten Wellenlängen und der zweite Modulator 10 während eines zweiten Zeitraums t₂ für einen zweiten Teilbereich der ausgewählten Wellenlängen auf Transmission geschaltet ist und beide Modulatoren 10, 13 ansonsten auf Verluste. Die Längen des ersten Zeitraums t₁, des zweiten Zeitraums t₂ und die Verzögerungszeit T_D sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass der Schnittbereich der beiden Teilbereiche der Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen entspricht, im in 7b gezeigten Beispiel der Übersicht halber nur einer Wellenlänge i bzw. λ_i, wobei einer der beiden Teilbereiche oder beide Teilbereiche ohne weiteres so modifiziert werden können, dass der Schnittbereich mehrere Wellenlängen umfasst. Auf diese Weise wird nur Licht der Wellenlängen in der Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen von dem zweiten Modulator 10 in die ringförmige Struktur transmittiert, d.h. über den zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt wieder in die ringförmige Struktur eingekoppelt. Dies ist in 7a dargestellt, im oberen Diagramm ist das Schaltverhalten des zweiten Funktionsgenerators 9 für den zweiten Modulator 10 und im unteren Diagramm das Schaltverhalten des ersten Funktionsgenerators 12 für den ersten Modulator 13 dargestellt. Das Schaltverhalten beider Modulatoren 10, 13 ist über die Verzögerungszeit T_D miteinander in Verbindung gesetzt.
Das Ergebnis übertragen auf die Modulatorschaltung ist in 7b dargestellt. Die Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen besteht hier nur aus der Wellenlänge λ_i, nur für diese Wellenlänge erfolgt eine erneute Einkopplung in die Ringstruktur am zweiten Zirkulator 8. Die schraffierten Bereiche entsprechen dabei einer auf Verluste gestellten Modulatorschaltung. Der erste Funktionsgenerator 12 kontrolliert dabei die Verweilzeit des gesamten Anfangssignals in der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6, die hier wieder beispielhaft als Array von Faser-Bragg-Gittern aufgebaut ist. Basierend auf der Laufzeit in dem Array kann nur das Feedback von der ersten Wellenlänge λ₁ bis zur Wellenlänge λ_i den Filter in Reflexion passieren. Die größte durchzulassende Wellenlänge wird über die Länge des ersten Zeitraums t₁ gesteuert. Die spektralen Antworten werden wieder über den ersten Zirkulator 7 in die passive Faser 4 der ringförmigen Struktur des faseroptischen Lasergenerators eingekoppelt und durchlaufen den oberen Ast. Am zweiten Zirkulator 8 werden sie abermals in den faseroptischen Zweig mit der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 geleitet und durchlaufen nun das erste Mal den zweiten Modulator 10, bevor sie auf die wellenlängenselektive Gitterstruktur 6 treffen. Dabei muss die Verzögerungszeit T_D entsprechend gewählt werden, wobei in der Verzögerungszeit T_D unter anderem die Länge des Weges eines Pulses vom ersten Auftreffen auf das entsprechende Gitter in dem Array der Faser-Bragg-Gitter bis zum zweiten Auftreffen auf dieses Gitter von der anderen Seite berücksichtigt wird. Die Länge des zweiten Zeitraums t₂ ist auf die Laufzeit des Signals vom zweiten Modulator 10 zum Gitter für die Wellenlänge λ_i und zurück abgestimmt, so dass die spektralen Komponenten für Wellenlängen oberhalb von λ_i, d.h. ab λ_i+1 am zweiten Modulator 10 abgeblockt werden. Der Laser spricht aufgrund der Antwort der faseroptischen, wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6 im Folgenden bei der Auskopplung daher nur die Wellenlänge λ_i an. Die einzelnen Gitter des Arrays müssen dabei nicht so ausgebildet sein, dass sie den Längen der Wellenlängen λ_i entsprechend sortiert sind, vielmehr können gerade Gitter für solche Wellenlängen gruppiert sein, die für bestimmte Anwendungen gemeinsam verwendet werden sollen. Auch die Verwendung eines Arrays von gechirpten Gittern ist möglich.
Mit diesem Aufbau lässt sich auch die erste Alternative realisieren, wenn einer der beiden Modulatoren permanent auf Transmission geschaltet ist, so dass nur einer der Modulatoren wirksam ist; das Schaltschema muss dann entsprechend 4 angepasst werden. Für eine bessere zeitliche Filterung können auch beide Modulationen entsprechend dem in 4 gezeigten Schaltschema betrieben werden.
Ein weiteres, nicht zur Erfindung gehöriges Beispiel für einen Aufbau mit zwei Modulatoren, mit welchem sich die Bedingung realisieren lässt, dass pro Umlauf eines Laserpulses dieser zweimal modulierbar ist und in Bezug auf den Umlauf eines Lichtpulses jeweils mindestens ein Kopplungs-Verzweigungspunkt zwischen den beiden Modulatoren 13, 10 angeordnet ist, zeigt 8. Die dort gezeigte Anordnung umfasst ebenfalls einen mit einem ersten Funktionsgenerator 12 angesteuerten ersten Modulator 13 und einem mit einem zweiten Funktionsgenerator 9 angesteuerten zweiten Modulator 10. Erster Modulator 13 und zweiter Modulator 10 sind dabei beiderseits eines der beiden Kopplungs-Verzweigungspunkte auf der ringförmigen Struktur angeordnet, d.h. auf der passiven optischen Faser 4 und nicht in der abzweigenden Faser mit der wellenlängenselektiven Gitterstruktur 6. Hier wie auch in den anderen Ausgestaltungen sind erster und zweiter Modulator 13, 10 über den zugeordneten Funktionsgenerator 12, 9 jeweils zwischen Transmission und Verlustschaltung, beispielsweise Absorption, umschaltbar. Das Steuerverhalten ist in 9 dargestellt. Die Steuerung erfolgt ähnlich wie in 4a, wobei die Verzögerungszeit T_D hier die Funktion der Zeit t_1-2 übernimmt, da zwei Modulatoren anstelle von einem verwendet werden. Bei der hier gezeigten Variante wird jeder Modulator pro Umlauf nur einmal durchlaufen, sie entspricht also von der Funktionsweise her einer der Varianten mit nur einem Modulator in einem von einem Kopplungs-Verzweigungspunkt abzweigenden Ast. Die Modulatoren müssen in diesem Fall nicht so schnell schaltbar sein wie bei der Variante, welche in 2 gezeigt ist. Wesentlich ist, dass das Lichtsignal mindestens einen Modulator vor dem ersten Filterdurchgang oder nach dem zweiten Filterdurchgang durchläuft und den anderen Modulator zwischen dem ersten und dem zweiten Filtervorgang durchläuft.
Während bei den bisherigen Ausführungsbeispielen die Kopplungs-Verzweigungspunkte als Zirkulatoren 7 und 8 ausgebildet waren, an denen drei Fasern zusammenlaufen, können die Kopplungs-Verzweigungspunkte auch anders ausgestaltet sein, beispielsweise als Faserkoppler mit drei oder vier zusammenlaufenden Fasern. Die vierte Faser kann der Auskopplung von Laserpulsen dienen. Zur Vorgabe der Umlaufrichtung können Isolatoren verwendet werden.
Eine erste solche, von der Erfindung umfasste Ausgestaltung eines faseroptischen Lasergenerators ist in 10 gezeigt, umfassend einen ersten Faserkoppler 14 und einen zweiten Faserkoppler 15 anstelle des ersten Zirkulators 7 und des zweiten Zirkulators 8. Zur Vorgabe der Umlaufrichtung ist auf der ringförmigen Struktur ein Isolator 16 angeordnet. An den hier gezeigten ersten und zweiten Faserkopplern 14 und 15 laufen vier Fasern zusammen, die optionale vierte Faser dient der Auskopplung, diese Fasern sind jeweils mit Auskoppeleinrichtungen 5 verbunden. Faserkoppler bieten gegenüber Zirkulatoren den Vorteil eines günstigeren Koppelverhältnisses von bevorzugt 50%. Es können auch mehrere Isolatoren verwendet werden, wodurch die Signalqualität weiter verbessert wird. Auch können Faserkoppler und Zirkulatoren gemischt verwendet werden, beispielsweise kann der erste Kopplungs-Verzweigungspunkt als Zirkulator und der zweite Kopplungs-Verzweigungspunkt als Faserkoppler ausgestaltet sein. Faserkoppler sind darüber hinaus in der Regel kostengünstiger als Zirkulatoren. Der Aufbau kann mit Faserkopplern vollständig faserintegriert erfolgen und mit höherer spektraler Bandbreite realisiert werden. Auch eine Freistrahlkopplung ist denkbar. Wie bei den anderen Ausgestaltungen des faseroptischen Lasergenerators auch lassen sich andere Arten von wellenlängenselektiven Gitterstrukturen 6 verwenden, beispielsweise gechirpte Faser-Bragg-Gitter anstelle eines Arrays oder in Kombination mit diesen. Ebenso lassen sich auch mehrere Verstärkungsmodule 1 verwenden, die parallel oder in Reihe angeordnet sein können. Auf diese Weise wird der Spektralbereich erweitert, auch ist es möglich, den Laser so beispielsweise in einem Zwei-Puls-Modus zu betreiben. Bei der Reihenschaltung muss dabei auf Kompatibilität der Verstärkungsmodule 1 hinsichtlich ihrer spektralen Eigenschaften geachtet werden, so dass sie nicht auf der jeweils anderen Signalwellenlänge absorbieren. Bei einer Parallelschaltung entfällt dieses Problem, dafür werden jedoch zusätzliche WDM-Koppler zum Aufspalten der Signalwellenlängen benötigt.
In 11 schließlich ist eine nicht zur Erfindung gehörige Abwandlung der in 10 gezeigten Ausführung mit Faserkopplern gezeigt, welche über einen ersten Modulator 13 und einen zweiten Modulator 10 verfügt, mit entsprechenden ersten und zweiten Funktionsgeneratoren 12 bzw. 9. Einer der beiden Modulatoren kann dabei auch außerhalb des mittleren Armes verbaut werden, die Steuerung kann beispielsweise analog zu der in 6 gezeigten Variante erfolgen. Alternativ kann die Ansteuerung auch ähnlich dem in 4 gezeigten Beispiel für zwei Modulatoren erfolgen, mit einer zeitlichen Verzögerung in der Schaltung beider Modulatoren, um auf diese Weise entgegen der vorgegebenen Umlaufrichtung laufende Pulse zu unterdrücken. Bei dieser Ausführung kann auf einen Isolator 16 grundsätzlich verzichtet werden, er ist in diesem Falle kein wesentlicher Bestandteil der Anordnung, kann jedoch zur Verbesserung der Signalqualität auch weiterhin verwendet werden. Für die Vorgabe der Umlaufrichtung reicht die entsprechende Schaltung der beiden Modulatoren 13 und 10.
Die Verwendung von Faserkopplern ermöglicht hier, auch wie bei der in 10 gezeigten Anordnung, einen komplett monolithischen Aufbau, der auch in die Infrastruktur integrierter optische Schaltkreise verbaut werden kann.
Schließlich ist es auch möglich, ersten und/oder zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt als polarisationsabhängige Zirkulatoren auszubilden, wobei zwischen einem der Zirkulatoren und der wellenselektiven Gitterstruktur 6 ein polarisationsmodifizierendes Element angeordnet sein kann. Bei dem polarisationsmodifizierenden Element kann es sich beispielsweise um ein λ/2-Plättchen handeln, welches die Polarisation bei jedem Durchgang dreht. Reflektierte Anteile werden also wieder in die ursprüngliche Polarisationsrichtung gedreht, wohingegen transmittierte Anteile, solche Anteile, auf die das Gittern nicht reflektierend wirkt, unterdrückt werden, da sie den Zirkulator auf der anderen Seite nicht passieren können.
Bezugszeichenliste

1: Verstärkungsmodul
2: aktive optische Faser
3: Pumpeinrichtung
4: passive optische Faser
5: Auskoppeleinrichtung
6: Gitterstruktur
7: erster Zirkulator
8: zweiter Zirkulator
9: zweiter Funktionsgenerator
10: zweiter Modulator,
11: Gitterstruktur
12: erster Funktionsgenerator
13: erster Modulator
14: erster Faserkoppler
15: zweiter Faserkoppler
16: Isolator

Claims

Faseroptischer Lasergenerator zur Erzeugung von Laserpulsen bei einer oder mehreren aus einem Wellenlängenbereich ausgewählten Wellenlängen, mit ringförmiger Struktur und unidirektionalem Umlauf in der ringförmigen Struktur, umfassend - mindestens ein erstes Verstärkungsmodul (1) mit mindestens einer optischen oder elektrischen, an die ringförmige Struktur angekoppelten Pumpeinrichtung (3), - mindestens eine Auskoppeleinrichtung (5) zur Auskopplung von Laserpulsen, - mindestens eine faseroptische, wellenlängenselektive Gitterstruktur (6), welche für Licht jeder der ausgewählten Wellenlängen reflektierend ausgebildet ist, wobei jede der ausgewählten Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich an einem anderen Ort reflektiert wird, so dass Reflexionen unterschiedlicher Wellenlängen zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen, - Mittel zur Selektion von Laserpulsen einer Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen, - einen in Umlaufrichtung ersten und einen diesem nachgeordneten zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt, an denen jeweils mindestens drei Fasern zusammenlaufen, von denen jeweils zwei Fasern der ringförmigen Struktur zugeordnet sind und eine am ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt abzweigende Faser mit dem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt als dort abzweigende Faser verbunden ist, und in der abzweigenden Faser zwischen dem ersten und dem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt die wellenlängenselektive Gitterstruktur (6) integriert ist, wobei die beiden Kopplungs-Verzweigungspunkte so ausgebildet sind, dass in Umlaufrichtung laufendes Licht zunächst in die Faser mit der wellenlängenselektiven Gitterstruktur (6) geleitet wird und jeweils von der wellenlängenselektiven Gitterstruktur (6) reflektiertes Licht in Umlaufrichtung wieder in die ringförmige Struktur eingekoppelt wird, - so dass unabhängig von der Wellenlänge am zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt wieder in die ringförmige Struktur eingekoppelte Laserpulse die gleiche Umlaufzeit und damit eine konstante Pulswiederholungsfrequenz aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass - die Mittel zur Selektion Mittel zur Modulation des Lichts abhängig von der Wellenlänge umfassen, welche i. in einer ersten Ausgestaltung entweder einen mit einem ersten Funktionsgenerator (12) angesteuerten ersten Modulator (13) oder einen mit einem zweiten Funktionsgenerator (9) angesteuerten zweiten Modulator (10) umfassen, wobei der erste bzw. der zweite Modulator (13, 10) zwischen dem ersten bzw. zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur (6) der dort abzweigenden Faser angeordnet ist und über den zugeordneten Funktionsgenerator (12, 9) zwischen Transmission für zu selektierende Wellenlängen und Verlust für zu unterdrückende Wellenlängen umschaltbar ist, ii. oder in einer zweiten Ausgestaltung entweder ein zweites Verstärkungsmodul mit einer zweiten Ansteuerung oder ein drittes Verstärkungsmodul mit einer dritten Ansteuerung umfassen, wobei das zweite bzw. dritte Verstärkungsmodul zwischen dem ersten bzw. zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur (6) der dort abzweigenden Faser angeordnet ist und über die zugeordnete Ansteuerung zwischen Transmission für zu unterdrückende Wellenlängen und Verstärkung für zu selektierende Wellenlängen umschaltbar ist, - wodurch ein Laserpuls pro Umlauf in der ringförmigen Struktur mindestens zweimal modulierbar und aufgrund von Laufzeitunterschieden abhängig von der Wellenlänge selektierbar ist.
Faseroptischer Lasergenerator nach Anspruch 1, umfassend Mittel zur Vorgabe der Umlaufrichtung, welche mindestens einen als ersten oder zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt ausgebildeten Zirkulator (7, 8) und/oder mindestens einen Isolator (16) umfassen.
Faseroptischer Lasergenerator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungs-Verzweigungspunkte als Zirkulatoren (7, 8), an denen mindestens drei Fasern zusammenlaufen, und / oder als Faserkoppler (14, 15) mit mindestens drei zusammenlaufenden Fasern ausgebildet sind, wobei ggf. über eine vierte Faser Laserpulse auskoppelbar sind.
Faseroptischer Lasergenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und / oder der zweite Kopplungs-Verzweigungspunkt als polarisationsabhängiger Zirkulator ausgebildet ist, und zwischen Zirkulator und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur ein polarisationsmodifizierendes Element angeordnet ist.
Faseroptischer Lasergenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenlängenselektive Gitterstruktur (6) als Faser-Bragg-Gitter, als Array von Faser-Bragg-Gittern, als gechirptes Faser-Bragg-Gitter, oder als Kombination davon ausgebildet ist.
Faseroptischer Lasergenerator nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Selektion Mittel zur Modulation des Lichts abhängig von der Wellenlänge umfassen und die Mittel zur Modulation eine Ansteuerung zur Modulation der Verstärkung im mindestens einen ersten Verstärkungsmodul (1) umfassen, wobei das mindestens eine erste Verstärkungsmodul zwischen dem ersten oder zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur (6) der dort abzweigenden Faser angeordnet ist und über die zugeordnete Ansteuerung zwischen Transmission für zu unterdrückende Wellenlängen und Verstärkung für zu selektierende Wellenlängen umschaltbar ist, wodurch ein Laserpuls pro Umlauf in der ringförmigen Struktur mindestens zweimal modulierbar und aufgrund von Laufzeitunterschieden abhängig von der Wellenlänge selektierbar ist.
Verfahren zur Erzeugung von Laserpulsen in einem faseroptischen Lasergenerator mit unidirektionaler, ringförmiger Struktur, bei dem - mit einer Pumpeinrichtung in einem Lasermedium durch optische Verstärkung Strahlung in einem breitbandigen Wellenlängenbereich erzeugt und in einer Umlaufrichtung in eine faseroptische, ringförmige Struktur eingekoppelt wird, - die Strahlung an einem ersten Kopplungs-Verzweigungspunkt in eine abzweigende Faser eingekoppelt wird, - in der abzweigenden Faser die Strahlung für ausgewählte Wellenlängen aus dem Wellenlängenbereich an einer wellenlängenselektiven Gitterstruktur ein erstes Mal reflektiert wird, wodurch für jede der ausgewählten Wellenlängen ein Einzelsignal erzeugt wird, welches jeweils wieder in Umlaufrichtung in die ringförmige Struktur eingekoppelt wird, wobei die Reflexion an unterschiedlichen, von der Wellenlänge abhängigen Orten in der abzweigenden Faser erfolgt, so dass die Einzelsignale abhängig von der Wellenlänge zu unterschiedlichen Zeiten in die ringförmige Struktur eingekoppelt werden, - die Einzelsignale an einem zweiten Kopplungs-Verzweigungspunkt von der anderen Richtung in die abzweigende Faser eingekoppelt und dort an der wellenlängenselektiven Gitterstruktur ein zweites Mal reflektiert und im Wesentlichen gleichzeitig wieder in Umlaufrichtung in die ringförmige Struktur eingekoppelt werden, - Einzelsignale einer Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen durch mindestens zweimalige, auf Laufzeitunterschieden für verschiedene Wellenlängen basierende Modulation selektiert werden, wobei die eine Modulation zwischen der ersten und zweiten Reflexion durch Umschaltung eines zwischen einem der Kopplungs-Verzweigungspunkte und der wellenlängenselektiven Gitterstruktur angeordneten Modulators während eines in Abhängigkeit von der zu selektierenden Wellenlänge vorgegebenen Zeitfensters von Verlust auf Transmission erfolgt und die andere Modulation vor der ersten oder nach der zweiten Reflexion durch Umschaltung des Modulators von Verlust auf Transmission während eines weiteren Zeitfensters, welches unabhängig von der zu selektierenden Wellenlänge und in Abhängigkeit von einer Modulationsperiode vorgegeben wird, erfolgt, so dass aus den Einzelsignalen Laserpulse erzeugt werden, und - Laserpulse für die Teilmenge der ausgewählten Wellenlängen ausgekoppelt werden.