DE102021127336A1

DE102021127336A1 - Laservorrichtung und Verfahren zum Formen eines Laserpulses

Info

Publication number: DE102021127336A1
Application number: DE102021127336.6A
Authority: DE
Inventors: Aleksander Budnicki; Florian Graf
Original assignee: Trumpf Laser GmbH
Current assignee: Trumpf Laser GmbH
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2023-04-27
Also published as: WO2023066986A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laservorrichtung (2), mit- einem Anregungslaser (14), der als passiv modengekoppelter Faseroszillator (1) ausgebildet ist, wobei- der passiv modengekoppelte Faseroszillator (1) eine bidirektionale Schleife (3) und eine unidirektionale Schleife (5) aufweist, wobei- die bidirektionale Schleife (3) und die unidirektionale Schleife (5) durch einen 3x3-Koppler (7) miteinander gekoppelt sind, wobei- die bidirektionale Schleife (3) eine erste Verstärkungsfaser (9) aufweist, und wobei- zumindest ein Betriebsparameter des Anregungslasers (14) derart eingestellt ist, dass ein aus einem Auskoppelport (10) des 3×3-Kopplers (7) austretender Laserpuls eine Pulsform aufweist, die bei einer Zentralwellenlänge (λc) eine Eintiefung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laservorrichtung und ein Verfahren zum Formen eines Laserpulses.
Bei einer Laservorrichtung, die das Verstärkungsschema der sogenannten „Chirped Pulse Amplification“ (CPA) nutzt, verschmälert sich typischerweise das Spektrum eines Anregungslasers (Seed-Laser) in den nachfolgenden Verstärkungsstufen sukzessive aufgrund der endlichen Verstärkungsbandbreite des Verstärkermediums. Dieser im Folgenden als Verstärkungsverengung bezeichnete Effekt wird auch als Gain-Narrowing bezeichnet. Durch die spektrale Verengung verlängert sich die bandbreitenbegrenzte zeitliche Pulsdauer der Ausgangspulse der Laservorrichtung.
Aus US 9 401 580 B1 ist es bekannt, zur Vermeidung dieses Effekts einen passiven Pulsformungsfilter hinter dem Anregungslaser und vor der optischen Verstärkerkette anzuordnen, um den vom Anregungslaser kommenden Eingangspuls derart zu formen, dass der in der nachfolgenden Verstärkerkette auftretende Gain-Narrowing-Effekt vorkompensiert wird. Die Verwendung des passiven Pulsformungsfilters bedingt eine zusätzliche optische Komponente und damit einen komplexen Aufbau der Laservorrichtung, sowie außerdem Leistungsverluste.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Laservorrichtung und ein Verfahren zum Formen eines Laserpulses zu schaffen, wobei die genannten Nachteile reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten bevorzugten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Laservorrichtung geschaffen wird, die einen Anregungslaser aufweist, der als passiv modengekoppelter Faseroszillator ausgebildet ist. Der passiv modengekoppelte Faseroszillator weist eine bidirektionale Schleife und eine unidirektionale Schleife auf, wobei die bidirektionale Schleife und die unidirektionale Schleife durch einen 3x3-Koppler miteinander gekoppelt sind. Die bidirektionale Schleife weist eine erste Verstärkungsfaser auf. Zumindest ein Betriebsparameter des Anregungslasers ist derart eingestellt, dass ein aus einem Auskoppelport des 3x3-Kopplers austretender Laserpuls eine Pulsform aufweist, die bei einer Zentralwellenlänge der Pulsform eine Eintiefung aufweist. Auf diese Weise wird vorteilhaft der von dem Anregungslaser erzeugte und vorzugsweise zur Einkopplung in eine Verstärkerkette bestimmte Eingangspuls in dem Anregungslaser selbst geformt, insbesondere derart, dass ein in der nachfolgenden Verstärkerkette auftretender Gain-Narrowing-Effekt vorkompensiert wird. Die erfindungsgemäße Laservorrichtung kann somit - auch in Zusammenhang mit einer Verstärkung insbesondere gemäß dem Prinzip der CPA - ohne eine zusätzliche optischen Komponente wie einem Pulsformungsfilter verwendet werden, sodass der Aufbau der Laservorrichtung einfach ist, wobei keine durch eine solche zusätzliche optische Komponente verursachten Verluste auftreten. Durch die Vorkompensation des Eingangspulses wird außerdem vorteilhaft vermieden, dass sich die bandbreitenbegrenzte Pulsdauer der Ausgangspulse einer mit der der Laservorrichtung verwendeten Verstärkerkette verlängert. Im Ergebnis wird so ein CPA-System mit zeitlich kürzerer Pulsdauer ermöglicht.
Insbesondere wird der zumindest eine Betriebsparameter des Anregungslasers derart eingestellt, dass der aus dem Auskoppelport austretende Laserpuls eine spektrale Pulsform aufweist, die bei der Zentralwellenlänge eine Eintiefung aufweist.
Unter einer Zentralwellenlänge wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Mittelwert der über der Wellenlängenskala abgetragenen Pulsform verstanden, wenn die Pulsform symmetrisch ist, oder - insbesondere bei symmetrischer Pulsform - ein Median des Spektrums und/oder der spektralen Leistungsdichte der Pulsform, oder ein anderes geeignetes Maß zur Bestimmung einer mittleren oder zentralen Wellenlänge der Pulsform, insbesondere eines Schwerpunkts der Pulsform auf der Wellenlängenskala.
Darunter, dass die Pulsform bei der Zentralwellenlänge eine Eintiefung aufweist, wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere verstanden, dass eine spektrale Leistungsdichte der Pulsform im Bereich der Zentralwellenlänge geringer ist als in Pulsflanken der Pulsform oberhalb und unterhalb des Bereichs der Zentralwellenlänge. Die Pulsform weist also insbesondere im Bereich der Zentralwellenlänge eine Delle auf. Insbesondere ist eine über der Wellenlängenskala abgetragene spektrale Leistungsdichte der Pulsform am Ort der Zentralwellenlänge geringer als an mindestens einem anderen Ort auf der Wellenlängenskala unterhalb der Zentralwellenlänge und an mindestens einem anderen Ort auf der Wellenlängenskala oberhalb der Zentralwellenlänge. Insbesondere liegt ein Maximum der spektralen Leistungsdichte der Pulsform nicht am Ort der Zentralwellenlänge. Insbesondere weist die spektrale Leistungsdichte bevorzugt zwei Maxima auf, nämlich ein erstes Maximum unterhalb der Zentralwellenlänge und ein zweites Maximum oberhalb der Zentralwellenlänge.
Unter einem Faseroszillator wird insbesondere ein Laseroszillator verstanden, der mindestens eine optische Komponente, insbesondere zur Lichtleitung und/oder Lichtbeeinflussung, aufweist, die eine Faser aufweist oder aus einer Faser besteht. In bevorzugter Ausgestaltung ist es möglich, dass alle optischen Komponenten des Faseroszillators Faserkomponenten sind, das heißt Komponenten, die die insbesondere eine Faser aufweisen oder aus einer Faser bestehen, insbesondere faserbasierte Komponenten oder fasergekoppelte Komponenten.
Unter einer Schleife wird ein optischer Teil des Faseroszillators verstanden, der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei sowohl das erste Ende als auch das zweite Ende mit einer selben Anschlusskomponente des Faseroszillators, hier insbesondere mit dem 3x3-Koppler, gekoppelt sind. Dies bedeutet insbesondere, dass Lichtpulse, die die Schleife ausgehend von der Anschlusskomponente durchlaufen, entlang der Schleife wieder zurück zu der Anschlusskomponente gelangen. Eine solche Schleife kann insgesamt als Ring ausgebildet sein; insbesondere besteht die Schleife in diesem Fall aus einem Ringteil. Es ist aber auch möglich, dass eine solche Schleife mindestens einen Ringteil und mindestens einen mit dem Ringteil lichtleitend verbundenen linearen Ast aufweist, insbesondere genau einen Ringteil und genau einen linearen Ast.
Unter einer bidirektionalen Schleife wird insbesondere eine Schleife verstanden, bei der Lichtpulse sowohl von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende hin, als auch von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende hin - also in beide Richtungen - propagieren können. Insbesondere weist die bidirektionale Schleife mit der ersten Verstärkungsfaser die Funktion eines sättigbaren Absorbers auf.
Unter einer unidirektionalen Schleife wird insbesondere eine Schleife verstanden, bei der Lichtpulse nur in einer ausgezeichneten Richtung, entweder von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende hin oder von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende hin, entlang der Schleife propagieren können. Bevorzugt ist in der unidirektionalen Schleife eine Isolatoreinrichtung, insbesondere ein Isolator, angeordnet, wobei die Isolatoreinrichtung eingerichtet ist, um Lichtpulse nur in einer Richtung durchzulassen, in der anderen Richtung aber zu blockieren, beispielsweise durch Ausnutzung des Faraday-Effekts, oder in anderer geeigneter Weise. Die Isolatoreinrichtung ist bevorzugt in einem Ringteil der unidirektionalen Schleife angeordnet.
Die bidirektionale Schleife ist bevorzugt eine erste Faserschleife.
Unter einer Faserschleife wird dabei eine Schleife verstanden, die zumindest bereichsweise eine Faser aufweist oder aus einer Faser besteht. In einer Ausführungsform besteht die Faserschleife insgesamt aus einer Faser oder ist aus einer Mehrzahl miteinander verbundener Fasern zusammengesetzt.
Die unidirektionale Schleife ist bevorzugt eine zweite Faserschleife. In einer Ausführungsform ist die unidirektionale Schleife als unidirektionaler Ring ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung weist die bidirektionale Schleife eine Asymmetrie auf. Insbesondere ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die bidirektionale Schleife für zwei die bidirektionale Schleife in entgegengesetzte Richtungen durchlaufende Lichtpulse asymmetrisch ausgestaltet ist.
Insbesondere weist die bidirektionale Schleife ein Asymmetrieelement auf, insbesondere ein asymmetrisch angeordnetes erstes Verstärkungselement für eine asymmetrische Verstärkung, und/oder ein asymmetrisch angeordnetes Abschwächelement für eine asymmetrische Abschwächung, der in entgegengesetzte Richtungen entlang der bidirektionalen Schleife propagierenden Lichtpulse. Das Asymmetrieelement ist allgemein eingerichtet und/oder angeordnet, um einen Unterschied in der jeweiligen Selbstphasenmodulation zwischen einem in einer bestimmten ersten Richtung entlang der bidirektionalen Schleife propagierenden Lichtpuls und einem in der anderen, zweiten Richtung entlang der bidirektionalen Schleife propagierenden Lichtpuls zu erzeugen. Das Asymmetrieelement kann aber in einer Ausführungsform auch als nicht-reziproker Phasenschieber ausgebildet sein.
Das asymmetrisch angeordnete erste Verstärkungselement ist bevorzugt bezüglich der Verstärkung variabel einstellbar. Insbesondere wenn die erste Verstärkungsfaser als das asymmetrisch angeordnete erste Verstärkungselement, das heißt Asymmetrieelement, ausgebildet ist, kann durch Variation der Pumpleistung eine variable Verstärkung verwirklicht werden.
Alternativ oder zusätzlich ist das asymmetrisch angeordnete Abschwächelement bevorzugt bezüglich der Abschwächung variabel einstellbar.
Allgemein kann über eine variable Einstellung des Asymmetrieelements eine variable nichtlineare Phasenverschiebung zwischen den beiden gegenläufigen Lichtpulsen in der bidirektionalen Schleife verwirklicht werden; insbesondere kann die Phasenverschiebung durch variable Ansteuerung des Asymmetrieelements eingestellt werden.
Insbesondere kann gemäß einer Ausführungsform die erste Verstärkungsfaser asymmetrisch in der bidirektionalen Schleife angeordnet sein. Dies bedeutet insbesondere, dass die erste Verstärkungsfaser näher an dem ersten Ende der bidirektionalen Schleife angeordnet ist als an dem zweiten Ende, oder umgekehrt. Alternativ kann gemäß einer anderen Ausführungsform vorgesehen sein, dass in der bidirektionalen Schleife ein asymmetrisch angeordnetes Abschwächelement, insbesondere ein asymmetrisch angeordnetes Auskoppelelement, beispielsweise ein Tap-Koppler, oder ein Filter, ein Polarisationsabschwächer oder dergleichen, angeordnet ist. Die genannten Ausführungsformen können auch miteinander kombiniert werden.
Insbesondere ist die bidirektionale Schleife bevorzugt als nichtlinearer, verstärkender Schleifenspiegel (Nonlinear Amplifying Loop Mirror - NALM) ausgebildet. In diesem Fall weist die bidirektionale Schleife eine Asymmetrie auf, sodass verschiedene Lichtpulse, welche die bidirektionale Schleife in verschiedenen Richtungen durchlaufen, abhängig von ihrer Umlaufrichtung einen längeren Teil der bidirektionalen Schleife mit verschiedenem Intensitätsniveau passieren, da sie - bezogen auf die Laufstrecke der bidirektionalen Schleife - früher oder später verstärkt und/oder abgeschwächt werden. Dies führt aufgrund der Selbstphasenmodulation in der bidirektionalen Schleife zu einer nichtlinearen Phasenverschiebung zwischen zwei die bidirektionale Schleife einander entgegengesetzt durchlaufenden Lichtpulsen, wobei diese Phasenverschiebung selbst wiederum intensitätsabhängig ist. Die Phasenverschiebung zwischen den beiden Lichtpulsen wiederum beeinflusst deren Koppelverhalten an dem 3x3-Koppler. Auf diese Weise werden Lichtpulse höherer Intensität bevorzugt in der passenden Propagationsrichtung über den 3x3-Koppler aus der bidirektionalen Schleife in die unidirektionale Schleife eingespeist, wodurch insbesondere die als NALM ausgebildete bidirektionale Schleife die Funktion eines sättigbaren Absorbers erfüllen kann.
Die Schleifenanordnung aus der bidirektionalen Schleife und der unidirektionalen Schleife, die über den 3x3-Koppler miteinander gekoppelt sind, und damit auch insgesamt der Faseroszillator, weist bevorzugt eine sogenannte Ziffer-8-Konfiguration (Figure-8-configuration) auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Laservorrichtung eine Verstärkervorrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um den von dem Anregungslaser erzeugten Laserpuls zu verstärken. Der zumindest eine Betriebsparameter des Anregungslasers ist derart auf die Verstärkervorrichtung abgestimmt, dass durch die Pulsform des Laserpulses, die die Eintiefung bei der Zentralwellenlänge aufweist, eine in der Verstärkervorrichtung auftretende Verstärkungsverengung (Gain narrowing) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert wird. Insoweit verwirklichen sich in besonderer Weise die zuvor bereits beschriebenen Vorteile, wenn die Laservorrichtung selbst die Verstärkervorrichtung aufweist. Insbesondere weist die Verstärkervorrichtung eine Mehrzahl von Verstärkern oder Verstärkerstufen auf. Insbesondere ist die Verstärkervorrichtung als Verstärkerkette ausgebildet. Insbesondere ist die Verstärkervorrichtung als CPA-System ausgebildet, das heißt die Verstärkung in der Verstärkervorrichtung erfolgt nach dem Prinzip der „Chirped Pulse Amplification“ (CPA).
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zumindest eine Betriebsparameter des Anregungslasers ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Faserlänge der bidirektionalen Schleife, einer Faserlänge der ersten Verstärkungsfaser, einer nichtlinearen Phasenverschiebung in der bidirektionalen Schleife, insbesondere der Anordnung oder Ausgestaltung eines nicht-reziproken Phasenschiebers in der bidirektionalen Schleife und/oder einer in die erste Verstärkungsfaser eingekoppelten Pumpleistung, einer Leistungsaufteilung in dem 3x3-Koppler, und einer Phasenverschiebung in dem 3x3-Koppler.
Unter einem Betriebsparameter wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre ein Parameter verstanden, der den Betrieb oder die Betriebsweise des Anregungslasers beeinflusst oder bestimmt. Dabei kann es sich um einen zeitlich konstanten, insbesondere durch die Bauweise oder die Materialwahl für den Anregungslaser festgelegten Parameter handeln; es kann sich aber auch um einen zeitlich variablen, insbesondere einstellbaren oder vorgebbaren Parameter handeln, der insbesondere im Betrieb des Anregungslasers verändert werden kann. Insbesondere ist ein Betriebsparameter des Anregungslasers ein solcher Parameter, der die nichtlineare Phasenverschiebung zwischen den beiden die bidirektionale Schleife in entgegengesetzte Richtungen durchlaufenden Laserpulse beeinflusst oder bestimmt. Durch geeignete Wahl eines solchen Betriebsparameters und dadurch geeignete Anpassung der nichtlinearen Phasenverschiebung kann die Pulsform für den Laserpuls, insbesondere die Eintiefung bei der Zentralwellenlänge, derart gewählt werden, dass eine in einer nachfolgenden Verstärkervorrichtung auftretende Verstärkungsverengung zumindest teilweise, vorzugweise vollständig, kompensiert wird.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist der zumindest eine Betriebsparameter ein Betriebsparameter des Asymmetrieelements. Insbesondere wird der zumindest eine Betriebsparameter bevorzugt durch Einstellen des Asymmetrieelements gewählt oder vorgegeben.
Der 3x3-Koppler weist insbesondere eine Mehrzahl von Ports, insbesondere sechs Ports, auf. In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist der 3x3-Koppler symmetrisch ausgebildet, was insbesondere bedeutet, dass Lichtpulse zu gleichen Anteilen auf die verschiedenen Ports des 3x3-Kopplers aufgeteilt werden. Insbesondere weist somit der 3x3-Koppler eine symmetrische Leistungsaufteilung auf. Unter einem Port wird dabei ein Anschluss des 3x3-Koppler verstanden, der als Eingang oder als Ausgang wirken, insbesondere mit einer Faser lichtleitend verbunden werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der 3x3-Koppler eine erste Kopplerseite und eine zweite Kopplerseite mit jeweils - pro Kopplerseite - drei Ports aufweist, wobei die unidirektionale Schleife mit der ersten Kopplerseite und die bidirektionale Schleife mit der zweiten Kopplerseite verbunden ist, und wobei der Auskoppelport ein freier Port der ersten Kopplerseite ist. Insbesondere auf diese Weise lässt sich die angestrebte Pulsform mit der Eintiefung bei der Zentralwellenlänge vorteilhaft erreichen. Unter einem freien Port wird im Kontext der vorliegenden technischen Lehre insbesondere ein Port verstanden, der nicht mit der unidirektionalen Schleife verbunden ist. Der Auskoppelport als freier Port ist also insbesondere ein nicht durch die unidirektionale Schleife belegter Port. Dies schließt nicht aus, dass der Auskoppelport mit mindestens einem anderen optischen Element verbunden und in diesem Sinn belegt ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der 3x3-Koppler auf der ersten Kopplerseite von zwei Kopplerseiten des 3x3-Kopplers einen ersten Port, einen zweiten Port und einen dritten Port aufweist, wobei der 3x3-Koppler auf der zweiten Kopplerseite der beiden Kopplerseiten einen vierten Port, einen fünften Port und einen sechsten Port aufweist. Der erste Port ist unmittelbar über einen Faserabschnitt mit dem vierten Port lichtleitend verbunden, wobei der zweite Port unmittelbar über einen Faserabschnitt mit dem fünften Port lichtleitend verbunden ist, wobei der dritte Port unmittelbar über einen Faserabschnitt mit dem sechsten Port lichtleitend verbunden ist. Lichtpulse, die zwischen zwei unmittelbar miteinander verbundenen Ports propagieren, erfahren insbesondere keinen Phasensprung. Der 3x3-Koppler ist insbesondere so eingerichtet, dass Lichtpulse zwischen den unmittelbaren Verbindungen der Ports übersprechen können, wobei sie eine Phasenverschiebung erfahren, die bevorzugt - unabhängig davon, zwischen welchen zwei Verbindungen ein Lichtpuls überspricht - 2π/3 beträgt.
In einer Ausführungsform des Faseroszillators ist der 3×3-Koppler allgemein eingerichtet, um Lichtpulsen, die zwischen verschiedenen unmittelbaren Verbindungen der Ports des 3×3-Kopplers übersprechen, eine Phasenverschiebung von 2π/3 zu vermitteln. Es ist auch eine andere Ausführungsform möglich, bei welcher der 3×3-Koppler asymmetrisch ausgestaltet ist, wobei sich dann andere Phasenverschiebungen für die zwischen verschiedenen unmittelbaren optischen Verbindungen der Ports übersprechenden Lichtpulse ergeben. Dieser Effekt kann gezielt genutzt werden, um die spektrale Pulsform insbesondere zur Kompensation einer nachfolgenden Verstärkungsverengung abzustimmen. Insbesondere kann dieser Effekt gezielt in Kombination mit einer geeigneten Abstimmung der Pumpleistung für die Verstärkung in der bidirektionalen Schleife zur Abstimmung der spektralen Pulsform genutzt werden.
In einer ersten Ausführungsform der Laservorrichtung ist ein erstes Ende der bidirektionalen Schleife mit dem vierten Port lichtleitend verbunden, wobei ein zweites Ende der bidirektionalen Schleife mit dem fünften Port lichtleitend verbunden ist, und wobei der Auskoppelport der zweite Port des 3x3-Kopplers ist. Der sechste Port kann bevorzugt verwendet werden, um zusätzlich Lichtpulse aus dem Faseroszillator auszukoppeln, sei es als weiteres Nutzlicht oder zur Überwachung.
In einer anderen, zweiten Ausführungsform der Laservorrichtung ist das erste Ende der bidirektionalen Schleife mit dem fünften Port lichtleitend verbunden, wobei das zweite Ende der bidirektionalen Schleife mit dem sechsten Port lichtleitend verbunden ist, und wobei der Auskoppelport der zweite Port des 3x3-Kopplers ist. Der vierte Port kann bevorzugt verwendet werden, um zusätzlich Lichtpulse aus dem Faseroszillator auszukoppeln, sei es als weiteres Nutzlicht oder zur Überwachung.
Ein erstes Ende der unidirektionalen Schleife ist mit dem dritten Port lichtleitend verbunden, wobei ein zweites Ende der unidirektionalen Schleife mit dem ersten Port lichtleitend verbunden ist. Die unidirektionale Schleife ist bevorzugt derart eingerichtet - insbesondere durch die Isolatoreinrichtung -, dass ein Lichtpuls entlang der unidirektionalen Schleife nur von dem dritten Port zu dem ersten Port gelangen kann - oder umgekehrt.
In der vorliegenden Beschreibung werden insbesondere bestimmte Ausführungsformen des 3x3-Kopplers unter Berücksichtigung bestimmter möglicher Anordnungen und Verknüpfungen von Ports des 3x3-Kopplers beschrieben. Der Fachmann erkennt dabei ohne weiteres, dass andere Ausführungsformen existieren, die zu den beschriebenen Anordnungen äquivalent, nahezu äquivalent oder zumindest funktionsgleich sind, jedenfalls aber denselben Zweck erfüllen.
Ohne an die Theorie und die konkrete Ausführungsform gebunden sein zu wollen, wird im Folgenden die Funktion des Faseroszillators in Zusammenhang mit der zuvor genannten zweiten Ausführungsform näher erläutert: Ein aus der unidirektionalen Schleife über den ersten Port in den 3x3-Koppler eintretender Lichtpuls wird dort in drei Lichtpulse mit gleicher Pulsenergie auf den vierten Port, den fünften Port und den sechsten Port aufgeteilt. Die Lichtpulse am fünften Port und am sechsten Port erfahren jeweils gegenüber dem am ersten Port eintretenden Lichtpuls die Phasenverschiebung von 2π/3. Der Lichtpuls am fünften Port wird im Folgenden als erster Lichtpuls bezeichnet, der Lichtpuls am sechsten Port als zweiter Lichtpuls. Der erste Lichtpuls durchläuft nun die bidirektionale Schleife ausgehend von dem ersten Ende hin zu dem zweiten Ende - nämlich vom fünften Port zum sechsten Port, wobei der zweite Lichtpulse die bidirektionale Schleife in umgekehrter Richtung durchläuft - nämlich vom sechsten Port zum fünften Port.
Aufgrund der asymmetrischen Ausgestaltung der bidirektionalen Schleife erfahren nun der erste Lichtpuls und der zweite Lichtpuls verschiedene Phasenverschiebungen bzw. B-Integrale während ihrer Propagation entlang der bidirektionalen Schleife. Der Unterschied in den B-Integralen bzw. die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Lichtpuls und dem zweiten Lichtpuls hängt insbesondere ab von der Ursprungsintensität der Lichtpulse - vor Durchlaufen der bidirektionalen Schleife - und der Verstärkung und/oder Abschwächung in dem Asymmetrieelement, insbesondere der Verstärkung in der ersten Verstärkungsfaser, insbesondere also von einem Pumpniveau der ersten Verstärkungsfaser. Auch die Abschwächung kann gegebenenfalls variabel ausgestaltet sein, um die Phasenverschiebung zu beeinflussen.
An dem fünften Port angekommen spricht nun der zweite Lichtpuls teilweise über in die unmittelbare optische Verbindung zwischen dem sechsten Port und dem dritten Port und erfährt dabei erneut eine Phasenverschiebung von 2π/3. Der am sechsten Port ankommende erste Lichtpuls wird teilweise unmittelbar zu dem dritten Port weitergeleitet, ohne dabei eine Phasenverschiebung zu erfahren. Ein sich durch Superposition - insbesondere konstruktive Interferenz - des ersten Lichtpulses und des zweiten Lichtpulses ergebender Ausgangspuls am dritten Port hängt damit insbesondere von den B-Integralen ab, die die Lichtpulse bei ihrer Propagation entlang der bidirektionalen Schleife erfahren.
Dabei ist der 3x3-Koppler so eingerichtet, dass sich bereits bei verschwindender nichtlinearer Phasenverschiebung zwischen dem ersten Lichtpuls und dem zweiten Lichtpuls eine endliche Transmission von vorzugsweise ungefähr 10 % der Eingangspulsenergie sowie eine nicht verschwindende Steigung des phasenabhängigen Transmissionsverlaufs ergibt, was einen Laserpulsaufbau aus dem Rauschen heraus deutlich vereinfacht. Insbesondere erleichtert dies den Start, insbesondere einen Selbststart, des modengekoppelten Betriebs. Bei zunehmender Phasenverschiebung erhöht sich die Transmission. Somit favorisiert die bidirektionale Schleife Lichtpulse mit größerer Spitzenleistung und kann damit die Funktion eines sättigbaren Absorbers erfüllen.
Durch Variation der Pumpleistung für die erste Verstärkungsfaser in der bidirektionalen Schleife lässt sich die nichtlineare Phasenverschiebung zwischen dem ersten Lichtpuls und dem zweiten Lichtpuls variabel einstellen.
Zugleich wird der nicht in die unmittelbare optische Verbindung zwischen dem sechsten Port und dem dritten Port übersprechende Anteil des an dem fünften Port ankommenden zweiten Lichtpulses teilweise unmittelbar zu dem zweiten Port übergeleitet, wobei ein Teil des an dem sechsten Port ankommenden ersten Lichtpulses in die unmittelbare optische Verbindung zwischen dem fünften Port und dem zweiten Port überspricht und dabei wiederum eine Phasenverschiebung von 2π/3 erfährt. Aus der entsprechenden Superposition - insbesondere destruktiven Interferenz - der entsprechenden Anteile des ersten Lichtpulses und des zweiten Lichtpulses ergibt sich an dem zweiten Port die spektrale Pulsform mit der gewünschten Eintiefung, insbesondere in Abhängigkeit von der nichtlinearen Phasenverschiebung zwischen dem ersten Lichtpuls und dem zweiten Lichtpuls in der bidirektionalen Schleife. Insbesondere durch die Einstellung oder Vorgabe der nichtlinearen Phasenverschiebung kann demnach die spektrale Pulsform an dem zweiten Port eingestellt werden.
Die Funktionsweise der zuvor genannten ersten Ausführungsform ergibt sich analog.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Faseroszillator insgesamt eine normale Dispersion aufweist. Dass der Faseroszillator insgesamt eine normale Dispersion aufweist, oder dass - anders formuliert, jedoch gleichbedeutend - eine Gesamtdispersion des Faseroszillators im normalen Dispersionsbereich liegt, bedeutet insbesondere, dass ein den Faseroszillator durchlaufender Lichtpuls nach einem Durchlauf durch den Faseroszillator - das heißt jede Komponente des Faseroszillators wurde einmal passiert - eine normale Dispersion erfahren hat. Dies wiederum bedeutet, dass im Vergleich zu einer zeitlichen Form des Lichtpulses vor dem Durchlauf durch den Faseroszillator in der zeitlichen Form des Lichtpulses nach dem Durchlauf durch den Faseroszillator höhere Frequenzen nacheilen, während niedrigere Frequenzen voreilen. Höhere Frequenzen durcheilen den Faseroszillator also langsamer als niedrigere Frequenzen. Dies bedeutet nicht notwendig, dass jede optische Komponente des Faseroszillators eine normale Dispersion aufweist; vielmehr ergibt sich der Effekt zumindest für die Summe der optischen Komponenten. Während es also bei einer bevorzugten Ausgestaltung möglich ist, dass alle optischen Komponenten des Faseroszillators eine normale Dispersion aufweisen, ist es bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ebenso möglich, dass zumindest eine erste optische Komponente des Faseroszillators eine anomale Dispersion aufweist, wobei der Faseroszillator mindestens eine andere, zweite optische Komponente aufweist, die eine normale Dispersion aufweist, welche die anomale Dispersion der ersten optischen Komponente überkompensiert, sodass die Dispersion des Faseroszillators insgesamt normal ist.
Liegt die Wellenlänge des Faseroszillators im normalen Dispersionsbereich, beispielsweise bei der Verwendung von Ytterbium oder Neodym als Dotierungselement, bedarf es bevorzugt keiner weiteren zusätzlichen Maßnahmen, insbesondere keiner Dispersionskompensationselemente, um die Gesamtdispersion des Faseroszillators im normalen Bereich zu halten. Der Faseroszillator kann allerdings gemäß einer Ausführungsform auch in einem solchen Fall wenigstens ein Dispersionskompensationselement aufweisen, um die Dispersion in einen gewünschten Bereich innerhalb des normalen Dispersionsbereichs zu verlagern, insbesondere zur Feinabstimmung der Dispersion. Insbesondere kann mithilfe eines Dispersionskompensationselements die Gesamtdispersion betragsmäßig reduziert werden. Das Dispersionskompensationselement kann gemäß einer Ausführungsform insbesondere als gechirptes Gitter, insbesondere als gechirptes Faser-Bragg-Gitter, oder als Dispersionskompensationsfaser, insbesondere als Photonic Crystal Fiber (PCF), insbesondere mit geeignet angepasster, bevorzugt maßgeschneiderter Dispersion, ausgebildet sein.
Liegt die Wellenlänge des Faseroszillators dagegen im anomalen Dispersionsbereich, beispielsweise bei der Verwendung von Erbium, Thulium oder Holmium als Dotierungselement, weist der Faseroszillator bevorzugt wenigstens ein Dispersionskompensationselement auf, um die Gesamtdispersion in den normalen Bereich zu bringen. Das wenigstens eine Dispersionskompensationselement ist bevorzugt als Dispersionskompensationsfaser oder als gechirptes Gitter, insbesondere als gechirptes Faser-Bragg-Gitter, ausgebildet. Eine Dispersionskompensationsfaser wird auch als dispersionskompensierte Faser oder dispersionsangepasste Faser bezeichnet. Eine solche Dispersionskompensationsfaser kann beispielsweise einen Faserkern aufweisen, der Ringe mit unterschiedlichen Brechungsindices umfasst.
Alternativ ist vorgesehen, dass der Faseroszillator insgesamt eine anomale Dispersion aufweist. Dass der Faseroszillator insgesamt eine anomale, das heißt negative Dispersion aufweist, oder dass - anders formuliert, jedoch gleichbedeutend - eine Gesamtdispersion des Faseroszillators im anomalen Dispersionsbereich liegt, bedeutet insbesondere, dass ein den Faseroszillator durchlaufender Lichtpuls nach einem Durchlauf durch den Faseroszillator - das heißt jede Komponente des Faseroszillators wurde einmal passiert - eine anomale Dispersion erfahren hat. Dies wiederum bedeutet, dass im Vergleich zu einer zeitlichen Form des Lichtpulses vor dem Durchlauf durch den Faseroszillator in der zeitlichen Form des Lichtpulses nach dem Durchlauf durch den Faseroszillator dispersionsbedingt höhere Frequenzen voreilen, während niedrigere Frequenzen nacheilen. Höhere Frequenzen durcheilen den Faseroszillator also schneller als niedrigere Frequenzen. Dieser Effekt kann allerdings durch andere Effekte, insbesondere Nichtlinearitäten, insbesondere durch nichtlineare Selbstphasenmodulation, zumindest teilweise kompensiert sein. Dass der Faseroszillator insgesamt eine anomale Dispersion aufweist bedeutet nicht notwendig, dass jede optische Komponente des Faseroszillators eine anomale Dispersion aufweist; vielmehr ergibt sich der Effekt zumindest für die Summe der optischen Komponenten. Während es also bei einer bevorzugten Ausgestaltung möglich ist, dass alle optischen Komponenten des Faseroszillators eine anomale Dispersion aufweisen, ist es bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ebenso möglich, dass zumindest eine erste optische Komponente des Faseroszillators eine normale - positive - Dispersion aufweist, wobei der Faseroszillator mindestens eine andere, zweite optische Komponente aufweist, die eine anomale Dispersion aufweist, welche die normale Dispersion der ersten optischen Komponente überkompensiert, sodass die Dispersion des Faseroszillators insgesamt anomal ist.
Liegt die Wellenlänge des Faseroszillators im anomalen Dispersionsbereich, beispielsweise bei der Verwendung von Erbium, Thulium oder Holmium als Dotierungselementen, bedarf es bevorzugt keiner weiteren zusätzlichen Maßnahmen, insbesondere keiner Dispersionskompensationselemente, um die Gesamtdispersion des Faseroszillators im anomalen Bereich zu halten. Der Faseroszillator kann allerdings gemäß einer Ausführungsform auch in einem solchen Fall wenigstens ein Dispersionskompensationselement aufweisen, um die Gesamtdispersion betragsmäßig zu verringern, insbesondere in die Nähe des normalen Dispersionsbereichs zu bringen, und damit spektral breitere und somit zeitlich kürzere Pulse zu erhalten. Ein zu diesem Zweck verwendetes Dispersionskompensationselement kann gemäß einer Ausführungsform insbesondere als Dispersionskompensationsfaser oder als Gitter, insbesondere als Faser-Bragg-Gitter, ausgebildet sein. Eine solche Dispersionskompensationsfaser wird auch als dispersionskompensierte Faser oder dispersionsangepasste Faser bezeichnet. Eine solche Dispersionskompensationsfaser kann beispielsweise einen Faserkern aufweisen, der Ringe mit unterschiedlichen Brechungsindices umfasst.
Ist die Gesamtdispersion des Faseroszillators im anomalen Dispersionsbereich, bilden sich in dem Faseroszillator bevorzugt Solitonen oder im Fall des dispersionskompensierten Faseroszillators dispersionsgesteuerte Solitonen (dispersion-managed solitons) aus. Die anomale Dispersion einerseits und die nichtlineare Selbstphasenmodulation haben verschiedene Vorzeichen, sodass sich die Phasendifferenzen, welche durch Dispersion einerseits und Selbstphasenmodulation andererseits entstehen, zumindest weitgehend, vorzugsweise vollständig gegenseitig aufheben.
Liegt die Wellenlänge des Faseroszillators im normalen Dispersionsbereich, beispielsweise bei der Verwendung von Ytterbium oder Neodym als Dotierungselementen, weist der Faseroszillator in einer Ausführungsform wenigstens ein Dispersionskompensationselement auf, um die Gesamtdispersion in den anomalen Bereich zu bringen. Das wenigstens eine Dispersionskompensationselement ist bevorzugt als gechirptes Gitter, insbesondere als gechirptes Faser-Bragg-Gitter, ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Verstärkungsfaser mit wenigstens einem Element dotiert ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus Ytterbium, Neodym, Erbium, Thulium, und Holmium, oder mit einer Kombination aus wenigstens zwei dieser Elemente, insbesondere Er/Yb oder Tm/Ho. Insbesondere ist die erste Verstärkungsfaser in einer Ausführungsform mit genau einem der genannten Elemente dotiert. In einer anderen Ausführungsform ist die erste Verstärkungsfaser mit einer Kombination von wenigstens zwei der genannten Elemente, insbesondere mit einer Kombination von genau zwei der genannten Elemente, dotiert. In einer anderen Ausführungsform ist die erste Verstärkungsfaser mit Erbium und Ytterbium (Er/Yb) dotiert. In einer anderen Ausführungsform ist die erste Verstärkungsfaser mit Thulium und Holmium (Tm/Ho) dotiert. Das Dotierungselement oder gegebenenfalls die Kombination von Dotierungselementen bestimmt dabei insbesondere eine optische Wellenlänge für den Faseroszillator: Umfasst die erste Verstärkungsfaser Ytterbium oder Neodym als Dotierungselement, liegt die Wellenlänge ungefähr bei 900 nm bis 1100 nm. Umfasst die erste Verstärkungsfaser Erbium als Dotierungselement, liegt die Wellenlänge ungefähr bei 1500 nm. Umfasst die erste Verstärkungsfaser Thulium oder Holmium als Dotierungselement, liegt die Wellenlänge ungefähr bei 1900 nm bis 2100 nm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anregungslaser mindestens ein Dispersionskompensationselement aufweist.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist das Dispersionskompensationselement ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem gechirpten Faser-Bragg-Gitter und einer dispersionskompensierenden Faser.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der 3x3-Koppler als symmetrischer Koppler ausgebildet ist, wobei die bidirektionale Schleife eingerichtet ist, um eine nichtlineare Phasenverschiebung von 1 rad bis 3 rad - zwischen den gegenläufigen Lichtpulsen - zu vermitteln. Insbesondere auf diese Weise kann die gewünschte Pulsform mit der Eintiefung bei der Zentralwellenlänge erhalten werden. Alternativ ist es - wie oben bereits ausgeführt - auch möglich, dass der 3x3-Koppler asymmetrisch ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist vorgesehen, dass die unidirektionale Schleife kein Verstärkungselement aufweist. In diesem Fall ist vorteilhaft die erste Verstärkungsfaser als das erste Verstärkungselement das einzige Verstärkungselement des Faseroszillators, insbesondere die einzige Verstärkungsfaser. Der Faseroszillator kann somit einen sehr einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweisen.
In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die unidirektionale Schleife ein - zusätzliches - zweites Verstärkungselement, insbesondere eine zweite Verstärkungsfaser, aufweist, wobei ein Isolatorelement - in bevorzugter Ausgestaltung die ohnehin vorgesehene Isolatoreinrichtung der unidirektionalen Schleife - in Propagationsrichtung eines Lichtpulses in der unidirektionalen Schleife zwischen dem zweiten Verstärkungselement und der ersten Verstärkungsfaser angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt ein Isolatorelement in Propagationsrichtung des Lichtpulses zwischen der ersten Verstärkungsfaser und dem zweiten Verstärkungselement angeordnet. Auf diese Weise können vorteilhaft insbesondere Verluste ausgeglichen werden, indem eine Verstärkung von Lichtpulsen in dem Faseroszillator nicht nur in der ersten Verstärkungsfaser, sondern auch in dem zweiten Verstärkungselement erfolgt. Zugleich ermöglicht dies eine größere Freiheit in der Wahl der Verstärkung für die erste Verstärkungsfaser und damit eine freiere Anpassung der Phasenverschiebung zwischen dem ersten Lichtpuls und dem zweiten Lichtpuls, da eine Veränderung der Gesamtverstärkung des Faseroszillators bei Variation der Verstärkung in der ersten Verstärkungsfaser entsprechend mittels des zweiten Verstärkungselements ausgeglichen werden kann. Das Isolatorelement kann in bevorzugter Ausgestaltung als Isolator oder als Zirkulator ausgebildet sein.
Die zweite Verstärkungsfaser ist vorzugsweise mit demselben Element dotiert wie die erste Verstärkungsfaser.
Bevorzugt weist die bidirektionale Schleife eine Einkoppeleinrichtung auf, die eingerichtet ist, um Pumplicht in die erste Verstärkungsfaser einzukoppeln. Die in der bidirektionalen Schleife angeordnete Einkoppeleinrichtung kann zugleich auch zur Einkopplung von Pumplicht in das zusätzliche zweite Verstärkungselement, insbesondere in die zweite Verstärkungsfaser, dienen. Außerdem kann die bevorzugt asymmetrisch angeordnete Einkoppeleinrichtung als Asymmetrieelement, insbesondere als asymmetrisch angeordnetes Abschwächelement, dienen.
Alternativ ist es bevorzugt möglich, dass in der unidirektionalen Schleife eine Einkoppeleinrichtung angeordnet ist, die eingerichtet ist, um Pumplicht in das zusätzliche zweite Verstärkungselement, insbesondere die zweite Verstärkungsfaser, einzukoppeln. Bevorzugt dient die Einkoppeleinrichtung zugleich auch zur Einkopplung von Pumplicht in die erste Verstärkungsfaser.
Alternativ ist es bevorzugt auch möglich, dass die bidirektionale Schleife eine erste Einkoppeleinrichtung zur Einkopplung von Pumplicht in die erste Verstärkungsfaser aufweist, wobei die unidirektionale Schleife eine zweite Einkoppeleinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um Pumplicht in das zweite Verstärkungselement einzukoppeln.
Die Einkoppeleinrichtung, sei es die erste Einkoppeleinrichtung oder die zweite Einkoppeleinrichtung oder eine einzige Einkoppeleinrichtung, ist bevorzugt als Wellenlängenmultiplex-Koppler ausgebildet (Wavelength Division Multiplexer - WDM).
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist vorgesehen, dass die unidirektionale Schleife einen reflektierenden Arm aufweist, wobei ein Reflektorelement in dem reflektierenden Arm angeordnet ist. Über das Reflektorelement können gemäß einer Ausführungsform auch zusätzliche optische Funktionen verwirklicht werden, insbesondere die Funktion eines Bandbreitenbegrenzungselements und/oder eines Dispersionskompensationselements. Der reflektierende Arm bietet Vorteile insbesondere mit Blick auf die Anordnung und beidseitige Isolation eines zusätzlichen zweiten Verstärkungselements in dem reflektierenden Arm.
Der reflektierende Arm weist bevorzugt wenigstens eine Faser auf oder besteht bevorzugt aus wenigstens einer Faser.
Das Reflektorelement ist bevorzugt an einem Reflexionsende des reflektierenden Arms angeordnet. Der reflektierende Arm ist bevorzugt als linearer Ast der unidirektionalen Schleife ausgebildet, der mit einem Ringteil der unidirektionalen Schleife lichtleitend verbunden ist. Der reflektierende Arm, insbesondere der lineare Ast, weist an dem Reflexionsende das Reflektorelement auf und ist an einem dem Reflexionsende gegenüberliegenden Anschlussende mit dem Ringteil lichtleitend verbunden. Ein die unidirektionale Schleife durchlaufender Lichtpuls durchläuft den reflektierenden Arm zweifach, einmal von dem Anschlussende zu dem Reflexionsende, und dann zurück von dem Reflexionsende zu dem Anschlussende.
Das Reflektorelement ist bevorzugt teiltransparent - bzw. umgekehrt formuliert teilreflektierend - ausgebildet, sodass ein vorbestimmter Anteil von Licht über das Reflektorelement aus dem Faseroszillator ausgekoppelt wird.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist vorgesehen, dass das Reflektorelement als Wellenlängenfixierelement ausgebildet ist, das heißt insbesondere als ein Element, das eingerichtet ist, um die Zentralwellenlänge für den Faseroszillator festzulegen. Somit ermöglicht das Reflektorelement vorteilhaft eine eindeutige Festlegung der Zentralwellenlänge, mit welcher der Faseroszillator betrieben wird. Dies bietet den großen Vorteil einer hohen Reproduzierbarkeit bei gleichzeitig erhöhter Variabilität, um eine bestimmte, gewünschte Wellenlänge als Zentralwellenlänge zu erhalten. Dies kann insbesondere in nachfolgenden Prozessen, deren Effizienz von der Wellenlänge abhängt, entscheidend sein, beispielsweise bei Materialbearbeitungsprozessen, in einer Verstärkungskette, und/oder bei der Frequenzkonversion.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist vorgesehen, dass das Reflektorelement als Faser-Bragg-Gitter ausgebildet ist. Das Faser-Bragg-Gitter kann bevorzugt als Dispersionskompensationselement, als Wellenlängenfixierelement, und/oder als Bandbreitenbegrenzungselement fungieren. Um als Dispersionskompensationselement fungieren zu können, ist das Faser-Bragg-Gitter bevorzugt als gechirptes Faser-Bragg-Gitter ausgebildet. Als Wellenlängenfixierelement oder als Bandbreitenbegrenzungselement kann das Faser-Bragg-Gitter auch wirken, wenn es als ungechirptes Faser-Bragg-Gitter ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist vorgesehen, dass der Faseroszillator ein Dispersionskompensationselement aufweist. Das Dispersionskompensationselement ist vorzugsweise durch das Reflektorelement gebildet, indem das Reflektorelement als gechirptes Faser-Bragg-Gitter ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist das Dispersionskompensationselement eine dispersionskompensierende Faser. Alternativ oder zusätzlich ist die erste Verstärkungsfaser dispersionskompensiert ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist vorgesehen, dass der reflektierende Arm über ein Zirkulatorelement mit dem Ringteil der unidirektionalen Schleife lichtleitend verbunden ist. Das Zirkulatorelement dient dabei bevorzugt zugleich als Isolatoreinrichtung der unidirektionalen Schleife. Der Ringteil weist einen ersten Ringast auf, der an einem ersten Ringastende mit dem 3x3-Koppler - insbesondere mit dem dritten Port - und an einem zweiten Ringastende mit dem reflektierenden Arm, insbesondere mit dem Zirkulatorelement, lichtleitend verbunden ist. Der Ringteil weist außerdem einen zweiten Ringast auf, der an einem ersten Ringastende mit dem reflektierenden Arm, insbesondere mit dem Zirkulatorelement, und an einem zweiten Ringastende mit dem 3x3-Koppler - insbesondere mit dem ersten Port - lichtleitend verbunden ist. Insbesondere bezüglich der zuvor genannten zweiten Ausführungsform ergibt sich - ohne an die Theorie und die konkrete Ausführungsform gebunden sein zu wollen - folgende Funktionsweise: Ein über den dritten Port des 3x3-Kopplers in den ersten Ringast eintretender Lichtpuls durchläuft diesen bis zu dem Zirkulatorelement, wird von diesem in das Anschlussende des reflektierenden Arms eingekoppelt, durchläuft den reflektierenden Arm bis zu dem an dem Reflexionsende angeordneten Reflektorelement, wird dort zumindest teilweise reflektiert, läuft entlang des reflektierenden Arms zurück zu dem Anschlussende, wird dort durch das Zirkulatorelement in den zweiten Ringast eingekoppelt, und durchläuft diesen bis zu dem ersten Port des 3x3-Kopplers. Somit werden der erste Ringast und der zweite Ringast von dem Lichtpuls jeweils einmal durchlaufen, während der reflektierende Arm - hin und zurück - zweifach durchlaufen wird.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist vorgesehen, dass in der unidirektionalen Schleife eine zweite Verstärkungsfaser angeordnet ist, insbesondere als das oben bereits erwähnte zusätzliche zweite Verstärkungselement. Bevorzugt ist die zweite Verstärkungsfaser in dem reflektierenden Arm angeordnet. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft, da so die zweite Verstärkungsfaser durch einen in der unidirektionalen Schleife propagierenden Lichtpuls zweifach durchlaufen wird, sodass der Lichtpuls doppelt verstärkt wird. Des Weiteren ist die zweite Verstärkungsfaser vorteilhaft durch das Zirkulatorelement - insbesondere in beide Richtungen - von der ersten Verstärkungsfaser getrennt, sodass sich die beiden Verstärkungsfasern nicht nachteilig gegenseitig beeinflussen.
Die zweite Verstärkungsfaser ist vorzugsweise mit demselben Element dotiert wie die erste Verstärkungsfaser.
Der Faseroszillator weist bevorzugt außerhalb der unidirektionalen Schleife, insbesondere außerhalb der Schleifenanordnung, - in Propagationsrichtung eines durch das Reflektorelement ausgekoppelten Lichtpulses - hinter dem ersten Reflektorelement eine Koppeleinrichtung zur Einkopplung von Pumplicht in den Faseroszillator, insbesondere in die unidirektionale Schleife auf. Auf diese Weise kann vorteilhaft Pumplicht über das Reflektorelement in die unidirektionale Schleife eingekoppelt werden. Die Koppeleinrichtung kann aber auch innerhalb der unidirektionalen Schleife, insbesondere in dem reflektierenden Arm, angeordnet sein.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist vorgesehen, dass der Faseroszillator ein Bandbreitenbegrenzungselement aufweist. Insbesondere ist das Bandbreitenbegrenzungselement in der unidirektionalen Schleife angeordnet. Mit dem Bandbreitenbegrenzungselement ist es insbesondere vorteilhaft möglich, die Zentralwellenlänge für den Faseroszillator festzulegen. Das Bandbreitenbegrenzungselement weist insbesondere eine Bandbreite von mindestens 1 pm bis höchstens 20 nm, vorzugsweise von mindestens 10 pm bis höchstens 15 nm auf.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist das Reflektorelement, insbesondere das Faser-Bragg-Gitter, als das Bandbreitenbegrenzungselement ausgebildet. Insbesondere kann das Faser-Bragg-Gitter auch dann als Bandbreitenbegrenzungselement wirken, wenn es als ungechirptes Gitter ausgebildet ist.
Alternativ oder zusätzlich weist der Faseroszillator einen Bandpassfilter als das Bandbreitenbegrenzungselement auf.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist bevorzugt vorgesehen, dass das Bandbreitenbegrenzungselement, insbesondere das Reflektorelement oder der Bandpassfilter, bezüglich seiner Zentralwellenlänge verstellbar ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine besonders hohe Flexibilität in der Wahl der Zentralwellenlänge des Faseroszillators. Bei einer Ausführungsform ist das Bandbreitenbegrenzungselement als temperaturabhängiges Gitter ausgebildet, oder als Gitter, das gegenüber Dehnung oder Stauchung bezüglich seiner Zentralwellenlänge empfindlich ist.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist vorgesehen, dass in der unidirektionalen Schleife eine zusätzliche Verstärkungsfaser angeordnet ist, die hier zum Zweck der sprachlichen Unterscheidung als dritte Verstärkungsfaser bezeichnet wird, unabhängig davon, ob zusätzlich eine zweite Verstärkungsfaser vorhanden ist. Diese Ausgestaltung wird insbesondere bevorzugt bei einem Ausführungsbeispiel des Faseroszillators, bei welchem die unidirektionale Schleife aus einem Ringteil besteht, wobei die unidirektionale Schleife insbesondere keinen linearen Ast, insbesondere keinen reflektierenden Arm, aufweist. Somit ist die dritte Verstärkungsfaser insbesondere in dem Ringteil der unidirektionalen Schleife angeordnet. Mit der dritten Verstärkungsfaser können vorteilhaft Verluste des Faseroszillators ausgeglichen werden
Es ist aber gemäß einer anderen Ausführungsform vorgesehen, dass die dritte Verstärkungsfaser zusätzlich zu einer in dem reflektierenden Arm vorgesehenen zweiten Verstärkungsfaser vorgesehen ist, wobei auch in diesem Fall die dritte Verstärkungsfaser bevorzugt in dem Ringteil der unidirektionalen Schleife angeordnet ist.
Die dritte Verstärkungsfaser ist insbesondere mit demselben Element dotiert wie die erste Verstärkungsfaser - und insbesondere wie die zweite Verstärkungsfaser.
Insbesondere weist der Faseroszillator in der unidirektionalen Schleife eine Auskoppeleinrichtung zur Auskopplung von Lichtpulsen auf. Auf diese Weise ist es möglich, Lichtpulse - sei es als Nutzlicht oder zur Überprüfung des Faseroszillators - nicht nur über den zweiten Port oder den vierten Port des 3x3-Kopplers auszukoppeln, sondern zusätzlich oder alternativ über die Auskoppeleinrichtung.
Die Auskoppeleinrichtung ist bevorzugt als Tap-Koppler ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist vorgesehen, dass alle optischen Komponenten des Faseroszillators polarisationserhaltend ausgebildet sind. Dies erweist sich als besonders vorteilhafte Ausgestaltung für den Faseroszillator.
In einer Ausführungsform der Laservorrichtung ist vorgesehen, dass alle optischen Komponenten des Faseroszillators durch Fasern gebildet sind oder aus Fasern bestehen, wobei sie insbesondere faserbasierte Komponenten oder fasergekoppelte Komponenten sind. Insbesondere weist der Faseroszillator bevorzugt keine Freistrahlkomponenten auf. In diesem Fall ergibt sich kein Justieraufwand in Zusammenhang mit dem Faseroszillator.
Es ist aber in einer anderen Ausführungsform auch möglich, dass der Faseroszillator mindestens eine optische Komponente aufweist, die als Freistrahlkomponente ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform weist der Faseroszillator eine Pulsrepetitionsrate von 1 MHz bis 150 MHz auf.
In einer Ausführungsform weist die Laservorrichtung eine Pumplichtquelle auf. Die Pumplichtquelle und der Faseroszillator sind lichtleitend miteinander verbunden, sodass Pumplicht der Pumplichtquelle in den Faseroszillator eingekoppelt werden kann.
Insbesondere ist die Pumplichtquelle mit der ersten Verstärkungsfaser lichtleitend verbunden, sodass Pumplicht der Pumplichtquelle zum Pumpen der ersten Verstärkungsfaser verwendet werden kann.
In einer Ausführungsform weist die Laservorrichtung eine Steuereinrichtung auf.
Die Steuereinrichtung ist insbesondere mit einem variabel ansteuerbaren Asymmetrieelement der bidirektionalen Schleife wirkverbunden, um das variable Asymmetrieelement einzustellen, insbesondere um die nichtlineare Phasenverschiebung zwischen den die bidirektionale Schleife in umgekehrter Richtung durchlaufenden Lichtpulsen einzustellen, insbesondere derart, dass die Phasenverschiebung 1 bis 3 rad beträgt.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um den zumindest einen Betriebsparameter des Anregungslasers, insbesondere einen Betriebsparameter des variablen Asymmetrieelements, derart zu wählen, dass der aus dem Auskoppelport des 3x3-Kopplers austretende Laserpuls die vorbestimmte Pulsform mit der Eintiefung bei der Zentralwellenlänge aufweist. Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet zur Durchführung des im Folgenden noch beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer oder mehrerer der im Folgenden noch beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung bevorzugt mit einem variabel ansteuerbaren ersten Verstärkungselement wirkverbunden, um das variabel ansteuerbare erste Verstärkungselement bezüglich seiner Verstärkung einzustellen.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung mit der Pumplichtquelle wirkverbunden und eingerichtet, um eine Pulsdauer des Faseroszillators durch Wahl der Pumpleistung der Pumplichtquelle einzustellen. Die Steuereinrichtung ist insbesondere eingerichtet, um die Pumpleistung der Pumplichtquelle so zu wählen, dass die nichtlineare Phasenverschiebung zwischen den die bidirektionale Schleife in umgekehrter Richtung durchlaufenden Lichtpulsen 1 bis 3 rad beträgt, insbesondere derart, dass die vorbestimmte Pulsform erreicht wird.
Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung mit einem variabel ansteuerbaren Abschwächelement wirkverbunden, um das variabel ansteuerbare Abschwächelement bezüglich seiner Abschwächung einzustellen, insbesondere derart, dass die nichtlineare Phasenverschiebung zwischen den die bidirektionale Schleife in umgekehrter Richtung durchlaufenden Lichtpulsen 1 bis 3 rad beträgt, insbesondere derart, dass die vorbestimmte Pulsform erreicht wird.
Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung mit dem bezüglich seiner Zentralwellenlänge verstellbaren Bandbreitenbegrenzungselement wirkverbunden und eingerichtet, um die Zentralwellenlänge des Bandbreitenbegrenzungselements einzustellen. Dies erlaubt in besonders vorteilhafter Weise eine flexible Wahl und insbesondere auch Variation der Zentralwellenlänge des Faseroszillators.
In einer Ausführungsform weist der Faseroszillator zusätzlich zu dem verstellbaren Bandbreitenbegrenzungselement noch ein weiteres Filterelement auf, wobei durch Verstellen der Bandbreite oder Zentralwellenlänge des verstellbaren Bandbreitenbegrenzungselements ein Überlappungsbereich zwischen dem Bandbreitenbegrenzungselement und dem Filterelement eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann sehr effizient eine effektive Bandbreite der Kombination aus dem Bandbreitenbegrenzungselement und dem Filterelement und damit wiederum hochgenau die Zentralwellenlänge eingestellt werden.
Das Bandbreitenbegrenzungselement kann insbesondere thermisch oder mechanisch verstellbar sein, beispielsweise durch Erwärmen oder Abkühlen, oder durch Dehnen oder Stauchen.
Eine verstellbare Bandbreitenbegrenzung kann auch mit einem Fabry-Perot-Filter bewirkt werden, bei dem ein Abstand zwischen zwei Flächen, die für die Fabry-Perot-Eigenschaft verantwortlich sind, verändert wird.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um in einer Startbetriebsart durch Ansteuerung des variabel ansteuerbaren Asymmetrieelements eine erste, höhere Asymmetrie in der bidirektionalen Schleife zu erzeugen, um ein schnelles Starten der Laseraktivität in dem Faseroszillator zu begünstigen, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um in einer Dauerbetriebsart das variabel ansteuerbare Asymmetrieelement anzusteuern, um eine zweite, geringere Asymmetrie in der bidirektionalen Schleife zu erzeugen, um einen stabilen Dauerbetrieb des Faseroszillators zu gewährleisten. Insbesondere ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um ein variabel ansteuerbares Abschwächelement entsprechend anzusteuern, insbesondere um in der Startbetriebsart eine erste, höhere Abschwächung einzustellen, und um in der Dauerbetriebsart eine zweite, geringere Abschwächung einzustellen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Formen eines Laserpulses geschaffen wird, wobei eine vorbestimmte Pulsform für den Laserpuls bereitgestellt, insbesondere vorgegeben wird. Der Laserpuls wird mittels eines Anregungslasers erzeugt, der als passiv modengekoppelter Faseroszillator ausgebildet ist. Der passiv modengekoppelte Faseroszillator weist eine bidirektionale Schleife und eine unidirektionale Schleife auf, wobei die bidirektionale Schleife und die unidirektionale Schleife durch einen 3x3-Koppler miteinander gekoppelt sind, wobei die bidirektionale Schleife eine erste Verstärkungsfaser aufweist. Zumindest ein Betriebsparameter des Anregungslasers wird derart auf die vorbestimmte Pulsform abgestimmt, dass der aus einem Auskoppelport des 3x3-Kopplers austretende Laserpuls die vorbestimmte Pulsform aufweist. Insbesondere wird im Rahmen des Verfahrens die erfindungsgemäße Laservorrichtung oder eine Laservorrichtung nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet, um den Laserpuls zu erzeugen und zu formen. Insbesondere ergeben sich in Zusammenhang mit dem Verfahren die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Laservorrichtung erläutert wurden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laserpuls in einer Verstärkervorrichtung verstärkt wird, wobei die vorbestimmte Pulsform derart ermittelt oder vorgegeben wird, dass eine in der Verstärkervorrichtung auftretende Verstärkungsverengung zumindest teilweise kompensiert wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eine Laservorrichtung mit einem als passiv modengekoppelten Faseroszillator ausgebildeten Anregungslaser;
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Laservorrichtung;
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Laservorrichtung;
4 eine diagrammatische Erläuterung der Funktionsweise eines Bandbreitenbegrenzungselements bei einem Faseroszillator;
5 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Laservorrichtung, und
6 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der Laservorrichtung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Laservorrichtung 2 mit einem als passiv modengekoppelten Faseroszillator 1 ausgebildeten Anregungslaser 14. Der Faseroszillator 1 weist eine bidirektionale Schleife 3 und eine unidirektionale Schleife 5 auf, wobei die bidirektionale Schleife 3 und die unidirektionale Schleife 5 durch einen 3x3-Koppler 7 miteinander gekoppelt, insbesondere lichtleitend verbunden, sind. In der bidirektionalen Schleife 3 ist eine erste Verstärkungsfaser 9 angeordnet. Zumindest ein Betriebsparameter des Anregungslasers 14 ist derart eingestellt, dass ein aus einem Auskoppelport 10 des 3x3-Kopplers 7 austretender Laserpuls eine - spektrale - Pulsform aufweist, die bei einer Zentralwellenlänge eine Eintiefung aufweist. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, eine gegebenenfalls in einer nachgeschalteten - hier nur schematisch dargestellten - Verstärkervorrichtung 12 auftretende Verstärkungsverengung durch die entsprechend geeignete Pulsverformung in dem Anregungslaser 14 selbst zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, zu kompensieren. Für diese Kompensation bedarf es dann vorteilhaft keiner zusätzlichen optischen Bauteile, sodass die Laservorrichtung 2 einen einfachen Aufbau bei zugleich geringen optischen Verlusten aufweisen kann.
Vorzugsweise weist die Laservorrichtung 2 die Verstärkervorrichtung 12 auf, wobei die Verstärkervorrichtung 12 eingerichtet ist, um den von dem Anregungslaser 14 erzeugten Laserpuls zu verstärken. Der zumindest eine Betriebsparameter des Anregungslasers 14 ist dabei derart auf die Verstärkervorrichtung abgestimmt, dass durch die Pulsform des Laserpulses die in der Verstärkervorrichtung 12 auftretende Verstärkungsverengung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert wird.
Der zumindest eine Betriebsparameter des Anregungslasers 14 ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Faserlänge der bidirektionalen Schleife 3, einer nichtlinearen Phasenverschiebung in der bidirektionalen Schleife 3, insbesondere der optionalen Anordnung oder Ausgestaltung eines - hier nur schematisch dargestellten - nicht-reziproken Phasenschiebers 16 in der bidirektionalen Schleife und/oder einer in die Verstärkungsfaser 9 eingekoppelten Pumpleistung, einer Leistungsaufteilung in dem 3x3-Koppler 7, und einer Phasenverschiebung in dem 3x3-Koppler 7.
In vorteilhafter Weise übernimmt die bidirektionale Schleife 3 die Funktion eines sättigbaren Absorbers, sodass der Faseroszillator 1 insbesondere auf einen halbleiterbasierten sättigbaren Absorber-Spiegel (Semiconductor Saturable Absorber Mirror), kurz SESAM, verzichten kann. Somit wird auch das ansonsten bestehende Problem einer Degradation und Dejustage in Verbindung mit einem SESAM vollständig vermieden. Insbesondere treten in Zusammenhang mit der bidirektionalen Schleife 3 keine Probleme mit Degradation und/oder Dejustage auf. Durch geeignete Wahl der ersten Verstärkungsfaser 9, insbesondere eines Elements, mit dem die erste Verstärkungsfaser 9 dotiert ist, können geeignete Wellenlängen für den Faseroszillator 1 bereitgestellt werden, insbesondere im Bereich von ungefähr 900 nm bis 1100 nm (Ytterbium, Neodym) über 1500 nm (Erbium) bis ungefähr 1900 bis 2100 nm (Thulium, Holmium). Durch spezifische Abstimmung der Gesamtdispersion des Faseroszillators 1 im anomalen oder normalen Bereich werden vorteilhaft wohldefinierte Dispersionseigenschaften bereitgestellt. In bevorzugter Ausgestaltung ist die Verstärkungsfaser 9 als Bandbreitenbegrenzungselement 59 und/oder als Dispersionskompensationselement 60 ausgebildet. Insbesondere kann die Verstärkungsfaser 9 die Funktion der Bandbreitenbegrenzung aufgrund ihrer Gain-Bandbreite übernehmen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Faseroszillator 1 insgesamt eine anomale Dispersion auf. Der Faseroszillator 1 weist in einer anderen bevorzugten Ausgestaltung insgesamt eine normale Dispersion auf.
Die erste Verstärkungsfaser 9 ist bevorzugt mit wenigstens einem Element dotiert, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Ytterbium, Neodym, Erbium, Holmium, und Thulium. Die erste Verstärkungsfaser 9 kann auch mit einer Kombination von wenigstens zwei der genannten Elemente dotiert sein, insbesondere mit einer Kombination von genau zwei dieser Elemente, insbesondere Er/Yb oder Tm/Ho.
Vorzugsweise weist die bidirektionale Schleife 3 eine Asymmetrie für zwei Lichtpulse auf, welche die bidirektionale Schleife 3 in entgegengesetzte Richtungen durchlaufen, insbesondere in Form eines Asymmetrieelements 4. Diese Asymmetrie kann insbesondere durch ein asymmetrisch angeordnetes erstes Verstärkungselement 6 und/oder ein asymmetrisch angeordnetes Abschwächelement 8 in der bidirektionalen Schleife 3 bewirkt werden. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Verstärkungsfaser 9 als erstes Verstärkungselement 6 asymmetrisch in der bidirektionalen Schleife 3 angeordnet. Insbesondere ist die bidirektionale Schleife 3 als nichtlinearer, verstärkender Schleifenspiegel (NALM) ausgebildet.
Vorzugsweise ist in der bidirektionalen Schleife 3 eine Einkoppeleinrichtung 11 zur Einkopplung von Pumplicht angeordnet. Die Einkoppeleinrichtung 11 ist bevorzugt als Wellenlängenmultiplex-Koppler (WDM) ausgebildet. Die Einkoppeleinrichtung 11 kann hier auch als Abschwächelement 8 wirken. Es kann als Abschwächelement 8 auch beispielsweise ein Tap-Koppler in der bidirektionalen Schleife 3 angeordnet sein.
In der unidirektionalen Schleife 5 ist vorzugsweise eine Isolatoreinrichtung 13, insbesondere ein Isolator 15, angeordnet.
Der 3x3-Koppler 7 ist bevorzugt eingerichtet, um Lichtpulsen, die zwischen verschiedenen unmittelbaren Verbindungen einer Mehrzahl von Ports 17 des 3×3-Kopplers 7 übersprechen, eine Phasenverschiebung von 2π/3 zu vermitteln. Insbesondere weist der 3×3-Koppler 7 eine erste Kopplerseite 18 und eine zweite Kopplerseite 20 mit jeweils drei Ports 17 auf. Die unidirektionale Schleife 5 ist bevorzugt mit der ersten Kopplerseite 18 verbunden, wobei die bidirektionale Schleife 3 mit der zweiten Kopplerseite 20 verbunden ist. Der Auskoppelport 10 ist bevorzugt ein freier Port 17, das heißt ein nicht durch die unidirektionale Schleife 5 belegter Port 17, der ersten Kopplerseite 18.
Der 3x3-Koppler 7 ist vorzugsweise als symmetrischer Koppler ausgebildet, und die bidirektionale Schleife 3 ist bevorzugt eingerichtet, um zwischen den gegenläufigen Lichtpulsen eine Phasenverschiebung von 1 rad bis 3 rad zu vermitteln. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der 3x3-Koppler 7 asymmetrisch ausgebildet ist.
Im Folgenden wird anhand von 1 eine bestimmte Ausführungsform des 3x3-Kopplers 7 unter Berücksichtigung einer bestimmten möglichen Anordnung und Verknüpfung der Ports 17 des 3x3-Kopplers 7 beschrieben. Es sind zahlreiche andere Ausführungsformen möglich, die zu der beschriebenen Anordnung äquivalent, nahezu äquivalent oder zumindest funktionsgleich sind, jedenfalls aber denselben Zweck erfüllen.
Der 3x3-Koppler 7 weist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel auf der ersten Kopplerseite 18 insbesondere einen ersten Port 17.1, einen zweiten Port 17.2, und ein dritten Port 17.3, sowie auf der zweiten Kopplerseite 20 einen vierten Port 17.4, einen fünften Port 17.5 und einen sechsten Port 17.6 auf. Der erste Port 17.1 ist unmittelbar über einen ersten Faserabschnitt 22.1 mit dem vierten Port 17.4 lichtleitend verbunden, der zweite Port 17.2 ist unmittelbar über einen zweiten Faserabschnitt 22.2 mit dem fünften Port 17.5 lichtleitend verbunden, und der dritte Port 17.3 ist unmittelbar über einen dritten Faserabschnitt 22.3 mit dem sechsten Port 17.6 lichtleitend verbunden. Ein erstes Ende 19 der unidirektionalen Schleife 5 ist mit dem dritten Port 17.3 lichtleitend verbunden. Ein zweites Ende 21 der unidirektionalen Schleife 5 ist mit dem ersten Port 17.1 lichtleitend verbunden. Durch die Ausgestaltung und Anordnung der Isolatoreinrichtung 13 können Lichtpulse entlang der unidirektionalen Schleife 5 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nur von dem dritten Port 17.3 zu dem ersten Port 17.1 propagieren. Ein erstes Ende 23 der bidirektionalen Schleife 3 ist mit dem fünften Port 17.5 lichtleitend verbunden. Ein zweites Ende 25 der bidirektionalen Schleife 3 ist mit dem sechsten Port 17.6 lichtleitend verbunden. Der nicht mit der unidirektionalen Schleife 5 verbundene, das heißt freie zweite Port 17.2 ist der Auskoppelport 10. Der vierte Port 17.4 kann bevorzugt verwendet werden, um zusätzlich Lichtpulse aus dem Faseroszillator 1 auszukoppeln, sei es als weiteres Nutzlicht oder zur Überwachung.
Ein aus der unidirektionalen Schleife 5 über den ersten Port 17.1 in den 3x3-Koppler 7 eintretender Lichtpuls wird durch den 3x3-Koppler 7 in drei Lichtpulse mit gleicher Pulsenergie auf den vierten Port 17.4, den fünften Port 17.5 und den sechsten Port 17.6 aufgeteilt. Die Lichtpulse am fünften Port 17.5 und am sechsten Port 17.6 erfahren jeweils gegenüber dem am ersten Port 17.1 eintretenden Lichtpuls eine Phasenverschiebung von 2π/3. Der Lichtpuls am fünften Port 17.5 wird im Folgenden als erster Lichtpuls bezeichnet, der Lichtpuls am sechsten Port 17.6 als zweiter Lichtpuls. Der erste Lichtpuls durchläuft nun die bidirektionale Schleife 3 ausgehend von deren ersten Ende 23 hin zu deren zweiten Ende 25, wobei der zweite Lichtpulse die bidirektionale Schleife 3 in umgekehrter Richtung durchläuft.
Aufgrund der in der bidirektionalen Schleife 3 asymmetrisch angeordneten ersten Verstärkungsfaser 9 erfahren nun der erste Lichtpuls und der zweite Lichtpuls verschiedene Phasenverschiebungen bzw. B-Integrale während ihrer Propagation entlang der bidirektionalen Schleife 3. Der Unterschied in den B-Integralen bzw. die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Lichtpuls und dem zweiten Lichtpuls hängt insbesondere ab von der Ursprungsintensität der Lichtpulse - vor Durchlaufen der bidirektionalen Schleife 3 - und der Verstärkung in der ersten Verstärkungsfaser 9, insbesondere also von einem Pumpniveau der ersten Verstärkungsfaser 9. Insbesondere beträgt die nichtlineare Phasenverschiebung bevorzugt 1 rad bis 3 rad.
An dem fünften Port 17.5 angekommen spricht nun der zweite Lichtpuls teilweise über in die unmittelbare optische Verbindung zwischen dem sechsten Port 17.6 und dem dritten Port 17.3 und erfährt dabei erneut eine Phasenverschiebung von 2π/3. Der am sechsten Port 17.6 ankommende erste Lichtpuls wird teilweise unmittelbar zu dem dritten Port 17.3 weitergeleitet, ohne dabei eine Phasenverschiebung zu erfahren. Ein sich durch Superposition - insbesondere konstruktive Interferenz - des ersten Lichtpulses und des zweiten Lichtpulses ergebender Ausgangspuls am dritten Port 17.3 hängt damit insbesondere von den B-Integralen ab, die die Lichtpulse bei ihrer Propagation entlang der bidirektionalen Schleife 3 erfahren.
Lichtanteile, die zurück in den ersten Port 17.1 gelangen, werden durch die Isolatoreinrichtung 13 getilgt. Es werden nur Lichtpulse in die unidirektionale Schleife 5 durchgelassen, die über den dritten Port 17.3 in die unidirektionale Schleife 5 eintreten. Die bidirektionale Schleife 3 fungiert als sättigbarer Absorber.
Ein Anteil des an dem fünften Port 17.5 ankommenden zweiten Lichtpulses, der nicht in die unmittelbare optische Verbindung zwischen dem sechsten Port 17.6 und dem dritten Port 17.3 überspricht, wird seinerseits wiederum teilweise unmittelbar zu dem zweiten Port 17.2 weitergeleitet. Außerdem spricht ein Teil des an dem sechsten Port 17.6 ankommenden ersten Lichtpulses in die unmittelbare optische Verbindung zwischen dem fünften Port 17.5 und dem zweiten Port 17.2 über und erfährt dabei eine Phasenverschiebung von 2π/3. Die Pulsform des an dem Auskoppelport 10, das heißt dem zweiten Port 17.2, austretenden Lichtpuls ergibt sich nun aus der Superposition - insbesondere destruktiven Interferenz - der entsprechenden Anteile des ersten Lichtpulses und des zweiten Lichtpulses an dem zweiten Port 17.2.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Laservorrichtung 2 ist das erste Ende 23 der bidirektionalen Schleife 3 mit dem vierten Port 17.4 lichtleitend verbunden. Das zweite Ende 25 der bidirektionalen Schleife 3 ist mit dem fünften Port 17.5 lichtleitend verbunden. Die Funktionsweise dieses anderen Ausführungsbeispiels ergibt sich analog zu der zuvor erläuterten Funktionsweise.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Faseroszillators 1 weist die unidirektionale Schleife 5 kein Verstärkungsmedium auf. Insbesondere ist hier die erste Verstärkungsfaser 9 das einzige Verstärkungsmedium, insbesondere die einzige Verstärkungsfaser des Faseroszillators 1.
Die Laservorrichtung 2 weist außerdem bevorzugt eine Pumplichtquelle 29 auf, wobei die Pumplichtquelle 29 mit dem Faseroszillator 1, insbesondere mit der Einkoppeleinrichtung 11, lichtleitend verbunden ist, sodass Pumplicht der Pumplichtquelle 29 in den Faseroszillator 1 eingekoppelt werden kann.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Laservorrichtung 2.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die unidirektionale Schleife 5 einen reflektierenden Arm 31 auf, in dem bei dem hier dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ein als Faser-Bragg-Gitter 33 ausgebildetes Reflektorelement 35 angeordnet ist. Der reflektierende Arm 31 ist über ein Zirkulatorelement 37 lichtleitend mit einem Ringteil 39 der unidirektionalen Schleife 5 verbunden. Insbesondere weist der Ringteil 39 einen ersten Ringast 41 auf, der mit einem ersten Ringastende 43 mit dem dritten Port 17.3 des 3x3-Kopplers 7 verbunden ist, wobei er mit einem zweiten Ringastende 45 mit dem Zirkulatorelement 37 verbunden ist. Der Ringteil 39 weist außerdem einen zweiten Ringast 47 auf, der mit einem ersten Ringastende 49 mit dem Zirkulatorelement 37 und mit einem zweiten Ringastende 51 mit dem ersten Port 17.1 des 3x3-Kopplers 7 verbunden ist. Das Zirkulatorelement 37 wirkt hier als Isolatoreinrichtung 13. Ein die unidirektionale Schleife 5 ausgehend von dem dritten Port 17.3 zu dem ersten Port 17.1 durchlaufender Lichtpuls durchläuft die Ringäste 41, 47 jeweils einmal, den reflektierenden Arm 31 jedoch zweimal, nämlich einmal zu dem Reflektorelement 35 hin, und einmal von dem Reflektorelement 35 zurück.
In dem reflektierenden Arm 31 ist als ein zusätzliches zweites Verstärkungselement 52 eine zweite Verstärkungsfaser 53 angeordnet, die vorzugsweise mit demselben Element dotiert ist, mit dem auch die erste Verstärkungsfaser 9 dotiert ist. Das zweite Verstärkungselement 52, insbesondere die zweite Verstärkungsfaser 53, kann aber auch an anderer Stelle in dem Faseroszillator 1 angeordnet sein.
Das Reflektorelement 35 ist bevorzugt teiltransmittierend oder teilreflektierend ausgebildet, wobei zum einen ein vorbestimmter Anteil von Licht über das Reflektorelement 35 aus dem Faseroszillator 1 ausgekoppelt wird, wobei zum anderen bevorzugt Pumplicht für die zweite Verstärkungsfaser 53 über das Reflektorelement 35 in die unidirektionale Schleife 5 eingekoppelt wird.
Das Zirkulatorelement 37 wirkt insbesondere als Isolatorelement 57 in der unidirektionalen Schleife 5.
Das Reflektorelement 35 ist bevorzugt als Bandbreitenbegrenzungselement 59 ausgebildet; insbesondere ist das - gemäß einer Ausgestaltung ungechirpte - Faser-Bragg-Gitter 33 bevorzugt als Bandbreitenbegrenzungselement 59 ausgebildet. In bevorzugter Ausgestaltung ist es möglich, dass das Bandbreitenbegrenzungselement 59 - insbesondere thermisch oder mechanisch - bezüglich seiner Bandbreite verstellbar ausgebildet ist.
Das Bandbreitenbegrenzungselement 59 weist bevorzugt eine Bandbreite von mindestens 1 pm bis höchstens 20 nm, vorzugsweise von mindestens 10 pm bis höchstens 15 nm auf.
Insbesondere wenn das Faser-Bragg-Gitter 33 als gechirptes Faser-Bragg-Gitter 33 ausgebildet ist, kann es zusätzlich oder alternativ als Dispersionskompensationselement 60 fungieren.
Alternativ oder zusätzlich ist es optional möglich, dass in der bidirektionalen Schleife 3 eine dispersionskompensierende Faser 71 als Dispersionskompensationselement 60 angeordnet ist.
Die Laservorrichtung 2 weist in bevorzugter Ausgestaltung eine Steuereinrichtung 61 auf, wobei die Steuereinrichtung 61 mit der Pumplichtquelle 29 wirkverbunden und eingerichtet ist, insbesondere um die nichtlineare Phasenverschiebung in der bidirektionalen Schleife 3 und damit insbesondere zugleich die vorbestimmte Pulsform durch Wahl der Pumpleistung der Pumplichtquelle 29 einzustellen.
Die Steuereinrichtung 61 ist alternativ oder zusätzlich mit dem vorzugsweise bezüglich seiner Bandbreite - insbesondere thermisch oder mechanisch - verstellbar ausgebildeten Bandbreitenbegrenzungselement 59 wirkverbunden und eingerichtet, um eine Bandbreite des Bandbreitenbegrenzungselements 59 einzustellen, insbesondere um bevorzugt einen größeren Pulsdauerbereich abdecken zu können, als - gegebenenfalls nur - durch Wahl der Pumpleistung.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Laservorrichtung 2.
Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel besteht die unidirektionale Schleife 5 aus dem Ringteil 39 - sie weist entsprechend keinen reflektierenden Arm 31 auf - und weist in dem Ringteil 39 das zusätzliche zweite Verstärkungselement 52, hier eine dritte Verstärkungsfaser 63, auf, wobei die dritte Verstärkungsfaser 63 bevorzugt mit demselben Element dotiert ist wie die erste Verstärkungsfaser 9. Die Isolatoreinrichtung 13 ist als das Isolatorelement 57 in Propagationsrichtung hinter der dritten Verstärkungsfaser 63 angeordnet.
Die Isolatoreinrichtung 13 ist hier zugleich als eine zweite Einkoppeleinrichtung 65 - zusätzlich zu der Einkoppeleinrichtung 11, die insofern eine erste Einkoppeleinrichtung ist - zur Einkopplung von Pumplicht für die dritte Verstärkungsfaser 63 ausgebildet, insbesondere als Wellenlängenmultiplex-Koppler.
Außerdem ist optional in der unidirektionalen Schleife 5 in Propagationsrichtung vor der dritten Verstärkungsfaser 63 ein - vorzugsweise verstellbarer - Bandpassfilter 67 als das Bandbreitenbegrenzungselement 59 angeordnet.
Weiterhin ist optional in der unidirektionalen Schleife 5 eine Auskoppeleinrichtung 69 angeordnet, die vorzugsweise Tap-Koppler ausgebildet ist. Über die Auskoppeleinrichtung 69 kann insbesondere wahlweise Nutzlicht oder Licht zur Überwachung des Faseroszillators 1 ausgekoppelt werden.
4 zeigt eine diagrammatische Erläuterung der Funktionsweise des Bandbreitenbegrenzungselements 59. Dabei ist bei a) eine Auftragung einer spektralen Leistungsdichte eines Lichtpulses gegen die Wellenlänge dargestellt; bei b) ist eine Auftragung einer zeitlichen Leistungsdichte des Laserpulses gegen die Zeit dargestellt. Eine erste, gestrichelte Kurve K1 zeigt jeweils in den Auftragungen gemäß a) und b) eine spektrale bzw. zeitliche Form des Lichtpulses vor dem Durchlaufen des Bandbreitenbegrenzungselements 59, und eine zweite, durchgezogene Kurve K2 zeigt jeweils die entsprechende Form des Lichtpulses nach Durchlaufen des Bandbreitenbegrenzungselements 59.
Weist der Faseroszillator 1 insgesamt eine normale Dispersion auf, werden durch das Zusammenspiel aus normaler Dispersion und Selbstphasenmodulation stark gechirpte Lichtpulse im Faseroszillator 1 erzeugt, die sich bei ihrer Propagation spektral und zeitlich verbreitern. Das Bandbreitenbegrenzungselement 59 schneidet vorteilhaft Anteile auf beiden Seiten des Spektrums ab und verkürzt damit - aufgrund des starken Chirps - die Lichtpulse nicht nur spektral, sondern auch zeitlich. Insbesondere auf diese Weise lässt sich die Randbedingung der Periodizität für einen im Faseroszillator 1 umlaufenden Lichtpuls erfüllen.
Je nach - vorzugsweise insbesondere thermisch oder mechanisch einstellbarer - Bandbreite des Bandbreitenbegrenzungselements 59 werden insbesondere spektral breitere oder schmälere Lichtpulse erhalten. Abhängig davon können zeitlich kürzere oder längere Lichtpulse mittels der Laservorrichtung 2 erzeugt werden.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Laservorrichtung 2. Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel ist in der unidirektionalen Schleife 5 eine dispersionskompensierende Faser 71 als Dispersionskompensationselement 60 angeordnet.
Insbesondere mithilfe des Dispersionskompensationselements 60, unabhängig von dessen Ausgestaltung - insbesondere gemäß 2 oder 5 - ist es möglich, die - insbesondere normale - Gesamtdispersion des Faseroszillators 1 so einzustellen, dass diese reduziert, insbesondere nahe null ist.
Bevorzugt ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Bandbreitenbegrenzungselement 59 vorgesehen. Insbesondere kann die erste Verstärkungsfaser 9 als Bandbreitenbegrenzungselement 59 ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch beispielsweise ein Bandpassfilter als Bandbreitenbegrenzungselement 59 vorgesehen sein.
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Faseroszillators 1 - insbesondere gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele -, sind vorzugsweise alle optischen Komponenten des Faseroszillators 1 polarisationserhaltend ausgebildet.
Bevorzugt sind alle optischen Komponenten des Faseroszillators 1 Faserkomponenten, oder faserbasierte Komponenten, oder fasergekoppelte Komponenten. Insbesondere weist der Faseroszillator 1 bevorzugt keine Freistrahlkomponente auf.
6 zeigt eine schematische Darstellung der Funktionsweise der Laservorrichtung 2. Bei a) ist ein erstes Diagramm dargestellt, bei dem auf der Ordinate die normierte spektrale Leistungsdichte S(λ) in beliebigen Einheiten und auf der Abszisse die Wellenlänge λ abgetragen sind, wobei in dem ersten Diagramm Laserpulse als Eingangspulse für die Verstärkervorrichtung 12 eines CPA-Systems dargestellt sind. Bei b) ist ein zweites Diagramm dargestellt, bei dem ebenfalls auf der Ordinate die normierte spektrale Leistungsdichte S(λ) in beliebigen Einheiten und auf der Abszisse die Wellenlänge λ - auf derselben Skala wie bei a) - abgetragen sind, wobei in dem zweiten Diagramm Laserpulse als den Eingangspulsen jeweils zugeordnete Ausgangspulse der Verstärkervorrichtung 12 dargestellt sind.
Die Verstärkervorrichtung 12 weist eine endliche Verstärkungsbandbreite auf, woraus für die Verstärkervorrichtung 12 durchlaufende Laserpulse eine Verstärkungsverengung resultiert.
In dem ersten Diagramm bei a) bezeichnet K3 eine dritte, gestrichelte Kurve, die einen nicht kompensierten, insbesondere gaußförmigen Laserpuls darstellt. Diesem Eingangspuls ist in dem zweiten Diagramm bei b) eine mit K5 bezeichnete fünfte, gestrichelte Kurve zugeordnet, die den entsprechenden Ausgangspuls der Verstärkervorrichtung 12 zeigt, der sich ergibt, wenn der Eingangspuls gemäß der dritten Kurve K3 die Verstärkervorrichtung 12 durchläuft. Dabei ist deutlich der Effekt der spektralen Verstärkungsverengung erkennbar, wobei nämlich die fünfte Kurve K5 eine deutlich kleinere spektrale Bandbreite aufweist als die dritte Kurve K3. Nachteilig verlängert sich dadurch im Ergebnis insbesondere die bandbreitenbegrenzte zeitliche Pulsdauer des komprimierten Laserpulses des CPA-Systems.
In dem ersten Diagramm bei a) bezeichnet wiederum K4 eine vierte, durchgezogene Kurve, die einen auf die in der Verstärkervorrichtung 12 auftretende Verstärkungsverengung abgestimmten, kompensierten Laserpuls darstellt, der insbesondere bei einer Zentralwellenlänge λ_c eine Eintiefung 24 aufweist. Durch diese Pulsform wird vorteilhaft die Verstärkungsverengung der Verstärkervorrichtung 12 kompensiert, sodass der in dem zweiten Diagramm bei b) mit einer sechsten, durchgezogenen Kurve K6 dargestellte, entsprechende Ausgangspuls der Verstärkervorrichtung 12 keine oder nur eine geringe spektrale Verengung aufweist. Vorteilhaft ergibt sich dadurch insbesondere im Vergleich zu dem durch die fünfte Kurve K5 dargestellten Laserpuls eine deutlich kürzere bandbreitenbegrenzte zeitliche Pulsdauer des komprimierten Laserpulses des CPA-Systems.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Formen eines Laserpulses wird bevorzugt eine vorbestimmte Pulsform für einen Laserpuls bereitgestellt, insbesondere wird die vorbestimmte Pulsform derart ermittelt, dass eine in der Verstärkervorrichtung 12 auftretende Verstärkungsverengung zumindest teilweise, vorzugweise vollständig, kompensiert wird. Der Laserpuls wird dann mittels des als passiv modengekoppelter Faseroszillator 1 ausgebildeten Anregungslasers 14 erzeugt, wobei zumindest ein Betriebsparameter des Anregungslasers 14 derart auf die vorbestimmte Pulsform abgestimmt wird, dass der aus dem Auskoppelport 10 des 3x3-Kopplers 7 austretende Laserpuls die vorbestimmte Pulsform aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9401580 B1 [0003]

Claims

Laservorrichtung (2), mit - einem Anregungslaser (14), der als passiv modengekoppelter Faseroszillator (1) ausgebildet ist, wobei - der passiv modengekoppelte Faseroszillator (1) eine bidirektionale Schleife (3) und eine unidirektionale Schleife (5) aufweist, wobei - die bidirektionale Schleife (3) und die unidirektionale Schleife (5) durch einen 3x3-Koppler (7) miteinander gekoppelt sind, wobei - die bidirektionale Schleife (3) eine erste Verstärkungsfaser (9) aufweist, und wobei - zumindest ein Betriebsparameter des Anregungslasers (14) derart eingestellt ist, dass ein aus einem Auskoppelport (10) des 3x3-Kopplers (7) austretender Laserpuls eine Pulsform aufweist, die bei einer Zentralwellenlänge (λ_c) eine Eintiefung aufweist.
Laservorrichtung (2) nach Anspruch 1, mit einer Verstärkervorrichtung (12), die eingerichtet ist, um den von dem Anregungslaser (14) erzeugten Laserpuls zu verstärken, wobei der zumindest eine Betriebsparameter des Anregungslasers (14) derart auf die Verstärkervorrichtung (12) abgestimmt ist, dass durch die Pulsform des Laserpulses eine in der Verstärkervorrichtung (12) auftretende Verstärkungsverengung zumindest teilweise kompensiert wird.
Laservorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Betriebsparameter des Anregungslasers (14) ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Faserlänge der bidirektionalen Schleife (3), einer Faserlänge der ersten Verstärkungsfaser (9), einer nichtlinearen Phasenverschiebung in der bidirektionalen Schleife (3), insbesondere der Anordnung oder Ausgestaltung eines nicht-reziproken Phasenschiebers (16) in der bidirektionalen Schleife (3) und/oder einer in die erste Verstärkungsfaser (9) eingekoppelten Pumpleistung, einer Leistungsaufteilung in dem 3x3-Koppler (7), und einer Phasenverschiebung in dem 3x3-Koppler (7).
Laservorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der 3x3-Koppler (7) eine erste Kopplerseite (18) und eine zweite Kopplerseite (20) mit jeweils drei Ports (17) aufweist, wobei die unidirektionale Schleife (5) mit der ersten Kopplerseite (18) und die bidirektionale Schleife (3) mit der zweiten Kopplerseite (20) verbunden ist, und wobei der Auskoppelport (10) ein freier Port (17) der ersten Kopplerseite (18) ist.
Laservorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der 3x3-Koppler (7) auf einer ersten Kopplerseite (18) von zwei Kopplerseiten (18,20) des 3x3-Kopplers (7) einen ersten Port (17.1), einen zweiten Port (17.2) und einen dritten Port (17.3) aufweist, wobei der 3x3-Koppler (7) auf einer zweiten Kopplerseite (20) der beiden Kopplerseiten (18,20) einen vierten Port (17.4), einen fünften Port (17.5) und einen sechsten Port (17.6) aufweist, wobei der erste Port (17.1) unmittelbar über einen ersten Faserabschnitt (22.1) mit dem vierten Port (17.4) lichtleitend verbunden ist, wobei der zweite Port (17.2) unmittelbar über einen zweiten Faserabschnitt (22.2) mit dem fünften Port (17.5) lichtleitend verbunden ist, wobei der dritte Port (17.3) unmittelbar über einen dritten Faserabschnitt (22.3) mit dem sechsten Port (17.6) lichtleitend verbunden ist, wobei ein erstes Ende (19) der unidirektionalen Schleife (5) mit dem dritten Port (17.3) lichtleitend verbunden ist, wobei ein zweites Ende (21) der unidirektionalen Schleife (5) mit dem ersten Port (17.1) lichtleitend verbunden ist, wobei - ein erstes Ende (23) der bidirektionalen Schleife (3) mit dem vierten Port (17.4) lichtleitend verbunden ist, wobei ein zweites Ende (25) der bidirektionalen Schleife (3) mit dem fünften Port (17.5) lichtleitend verbunden ist, und wobei der Auskoppelport (10) der zweite Port des 3x3-Kopplers (7) ist, oder wobei - das erste Ende (23) der bidirektionalen Schleife (3) mit dem fünften Port (17.5) lichtleitend verbunden ist, wobei das zweite Ende (25) der bidirektionalen Schleife (3) mit dem sechsten Port (17.6) lichtleitend verbunden ist, und wobei der Auskoppelport (10) der zweite Port (17.2) des 3x3-Kopplers (7) ist.
Laservorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Faseroszillator (1) insgesamt eine normale Dispersion aufweist, oder wobei - der Faseroszillator (1) insgesamt eine anomale Dispersion aufweist.
Laservorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Verstärkungsfaser (9) mit wenigstens einem Element dotiert ist, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus Ytterbium, Neodym, Erbium, Thulium, und Holmium, oder mit einer Kombination aus wenigstens zwei dieser Elemente, insbesondere Er/Yb oder Tm/Ho.
Laservorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anregungslaser (14) mindestens ein Dispersionskompensationselement (60) aufweist, vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem gechirpten Faser-Bragg-Gitter (33) und einer dispersionskompensierenden Faser (71).
Laservorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der 3x3-Koppler (7) als symmetrischer Koppler ausgebildet ist, wobei die bidirektionale Schleife (3) eingerichtet ist, um eine nichtlineare Phasenverschiebung von 1 rad bis 3 rad zu vermitteln.
Verfahren zum Formen eines Laserpulses, wobei - eine vorbestimmte Pulsform für den Laserpuls bereitgestellt wird, wobei - der Laserpuls mittels eines Anregungslasers (14) erzeugt wird, der als passiv modengekoppelter Faseroszillator (1) ausgebildet ist, wobei - der passiv modengekoppelte Faseroszillator (1) eine bidirektionale Schleife (3) und eine unidirektionale Schleife (5) aufweist, wobei die bidirektionale Schleife (3) und die unidirektionale Schleife (5) durch einen 3x3-Koppler (7) miteinander gekoppelt sind, wobei die bidirektionale Schleife (3) eine erste Verstärkungsfaser (9) aufweist, und wobei - zumindest ein Betriebsparameter des Anregungslasers (14) derart auf die vorbestimmte Pulsform abgestimmt wird, dass der aus einem Auskoppelport des 3x3-Kopplers (7) austretende Laserpuls die vorbestimmte Pulsform aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Laserpuls in einer Verstärkervorrichtung (12) verstärkt wird, wobei die vorbestimmte Pulsform derart ermittelt wird, dass eine in der Verstärkervorrichtung (12) auftretende Verstärkungsverengung zumindest teilweise kompensiert wird.