DE112012002271T5 - Kompakte optische Frequenzkammsysteme - Google Patents

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Ingmar Hartl
Thomas R. SCHIBLI
Martin E. Fermann
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IMRA America Inc
University of Colorado
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Abstract

Es werden kompakte optische Frequenzquellen beschrieben. Die Kammquelle kann ein resonatorinternes optisches Element umfassen, das eine integrierte Struktur aus mehreren Materialien mit einem elektrisch steuerbaren aktiven Bereich aufweist. Der aktive Bereich kann eine dünne Schicht umfassen. Z. B. können die dünne Schicht und ein isolierendes dielektrisches Material, welches zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, eine schnelle Verlustmodulation bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann die dünne Schicht Graphen umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen eines Frequenzkammlasers kann eine schnelle Modulation der CEO-Frequenz implementiert werden über eine elektrische Modulation des Transmissions- oder Reflektionsverlusts eines zusätzlichen optischen Elements, welches der sättigbare Absorber selbst sein kann. In einer anderen Ausführungsform kann die dünne Schicht auch als ein sättigbarer Absorber verwendet werden, um passives Modenkoppeln zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen kann das optische Element auf einem gespaltenen oder polierten Ende einer optischen Faser gebildet werden.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf kompakte optische Frequenzkammsysteme und exemplarische Anwendungen derselben.
  • HINTERGRUND
  • Breitbandige optische Frequenzkamm-Quellen mit großer Helligkeit haben viele Anwendungen in der Medizin, der Spektroskopie, der Mikroskopie, der Abstandsmessung (ranging), der Sensorik und der Messtechnik. Solche Quellen müssen sehr robust sein, eine langfristige Stabilität besitzen und für Massenmarkt-Anwendungen auch eine minimale Anzahl von Komponenten mit einem hohen Grad von optischer Integration umfassen. Insbesondere haben breitbandige optische Frequenzkamm-Quellen, die auf passiv modengekoppelten Lasern (passively modelocked lasers) in Verbindung mit Frequenzverbreiterung oder Superkontinuum-Erzeugung in hochgradig nichtlinearen Fasern oder Wellenleitern basieren, ein großes Interesse erzeugt. Insbesondere wenn sie in Verbindung mit kurzpulsigen Faserlasern verwendet werden, ist eine Konstruktion eines ausschließlich faserbasierten Systems zur Superkontinuum-Erzeugung möglich, was zu Vorteilen führt wie z. B. stark vereinfachten Herstellungsverfahren, niedrigen Kosten und hohen Graden von thermisch-mechanischer Stabilität.
  • Faserbasierte Superkontinuum-Quellen können eine spektralen Output vom UV-Licht bis zum mittleren Infrarot erzeugen und haben in den letzten Jahren eine große Aktivität von Forschung ausgelöst, siehe z. B. J. M. Dudley et al., „Superkontinuum generation in optical fibers”, Cambridge University Press (2010). Um den mittleren Infrarotbereich zu erreichen, z. B. den Wellenlängenbereich von ungefähr 2,5–10,0 μm, können weiche Gläser (soft glasses) oder Schwermetalloxidgläser zur Superkontinuum-Erzeugung verwendet werden, wie es kürzlich von J. H. V. Price et al., „Supercontinuum generation and nonlinearity in soft glass fibers” in Kapitel VI von J. M. Dudley et al., „Supercontinuum generation in optical fibers”, Cambridge University Press (2010) zusammengefasst wurde. Solche faserbasierten Mittlere-Infrarot-Quellen, die im mittleren Infrarot arbeiten, haben das Potenzial, etablierte optisch parametrische Oszillatoren (optical parametic oscillators, OPOs), Verstärker (OPAS) und Generatoren (OPGs) zu ersetzen und werden deshalb sehr intensiv studiert.
  • Optische faserbasierende Frequenzkämme werden bequemerweise aus modengekoppelten Lasern konstruiert durch Steuern von sowohl der Wiederholrate als auch der Phasenschlupffrequenz (carrier envelope Offset frequency, CEO) innerhalb des Laserresonators, wie z. B. im US-Patent 61785,303 von Holzwarth et al. offenbart ist. Die Wiederholrate eines Resonators kann bei MHz-Wiederholraten unter Verwendung von piezoelektrischen Wandlern oder elektrooptischen Wandlern moduliert werden, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Im Gegensatz dazu wird in der US 61785,303 vorgeschlagen, viel langsamere Modulationsmechanismen zur Steuerung der Phasenschlupf-(CEO)-Frequenz zu verwenden, z. B. eine Modulation der optischen Pumpleistung, die in den Laserresonator eingekoppelt wird.
  • Verfahren zur schnellen Steuerung der Phasenschlupf-(CEO)-Frequenz wurden in der US-Patentanmeldung Nr. 2010/0195677, ('677) „Pulsed Laser Sources” von Fermann et al. offenbart, in der die Hinzufügung einer ansteuerbaren resonatorinternen Komponente zur Steuerung der Trägerwellenphase vorgeschlagen wurde. Zum Beispiel umfassten verschiedene Konfigurationen die schnelle Steuerung des Drucks eines Faser-Bragg-Gitters, die Steuerung der Temperatur des Faser-Bragg-Gitters und/oder eine Mehrzahl von Rückkopplungsschleifen, um jede Abhängigkeit zwischen der Wiederholrate und der Phasenschlupffrequenz zu entkoppeln. Andere Techniken, um eine steuerbare Phasenvariation einzuführen, wurden ebenfalls vorgeschlagen.
  • Weiterhin wurde in der US-Patentanmeldung Nr. 2010/0225897 mit dem Titel „Optical scanning and imaging systems based on dual pulsed laser systems” von Fermann et al. eine schnelle Kontrolle der Phasenschlupffrequenz über die Steuerung des resonatorinternen Verlusts innerhalb eines Resonators eines modengekoppelten Lasers vorgeschlagen. Insbesondere ermöglicht die Hinzufügung eines akustooptischen Modulators die Steuerung der Phasenschlupffrequenz bei MHz-Modulationsraten, was viele Größenordnungen schneller ist als es mit einer Modulation des optischen Pumpens möglich ist. Der Inhalt der '677- und '897-Anmeldungen wird hiermit durch Bezugnahme in seiner Gänze eingeschlossen.
  • Passiv modengekoppelte Laser erfordern im Allgemeinen einen resonatorinternen sättigbaren Absorber, um den Kurzpulsbetrieb gegenüber einem Dauerstrichbetrieb zu bevorzugen, wobei zusätzliche Designkriterien erfüllt werden müssen, um Instabilitäten bezüglich Güteschalten (Q-switching) zu unterdrücken. Kürzlich wurden auf Graphen basierende sättigbare Absorber, um Modenkoppeln zu erleichtern, in J. M. Dawlaty et al., „Probing Ultrafast Dynamics of Electrons and Holes in Graphene”, Optical Society of America Conf. on Lasers and Electro-Optics, Paper CFU7 (2008) vorgeschlagen. Auf Graphen basierende sättigbare Absorber können direkt auf optischen Gain-Materialien wie z. B. optischen Fasern abgeschieden (deposited) werden, wie es in A. Martinez et al., „Optical Deposition of graphene and carbon nanotubes in a fiber ferrule for passive mode-locked lasing”, Opt. Express, vol. 18, S. 23054 (2010) diskutiert wird und sind deswegen von großem Interesse.
  • Jedoch sind auch noch heutzutage passiv modengekoppelte Laser und optische Frequenzkämme oder insbesondere passiv modengekoppelte Faserlaser und faserbasierte Frequenzkämme relativ schwierig herzustellen, haben eine große Anzahl von Komponenten und ihre hohen Kosten verhindern ihre Verwendung in Massenmarkanwendungen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Kompakte optische Frequenzkammsysteme, die auf passiv modengekoppelten Lasern und Faserlasern basieren, werden beschrieben. In mindestens einer Ausführungsform kann ein kompaktes Systemdesign erhalten werden durch Abscheiden (deposition) eines Mediums für einen sättigbaren Absorber direkt auf der gespaltenen (cleaved) oder polierten Oberfläche einer optischen Faser. Der sättigbare Absorber kann demnach direkt an andere Faserkomponenten gespleißt werden, um einen kompakten Faserlaser-Resonator zu konstruieren. Die Quellen für optische Frequenzkämme können entworfen werden, um bei GHz-Wiederholraten zu arbeiten, um optische Frequenzkämme mit großem Kammabstand zu ermöglichen.
  • Der Frequenzkammabstand kann gesteuert werden unter Verwendung von gewöhnlichen Wandlern wie z. B. piezoelektrischen oder herkömmlichen elektrooptischen Elementen. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine schnelle Modulation der Phasenschlupffrequenz implementiert werden über eine elektrische Modulation des Transmissions- oder Reflektionsverlusts eines zusätzlichen optischen Elements, welches der sättigbare Absorber selbst sein kann.
  • Zum Beispiel können eine dünne Graphenschicht und ein isolierendes dielektrisches Material, das zwischen zwei Elektroden eingeklemmt ist, eine schnelle Verlustmodulation bereitstellen. Alternativ kann die Graphen-Dünnschicht (graphene thin film) als eine transparente Elektrode verwendet werden. Das Verlustmodulationselement kann als ein Resonator-Endspiegel oder in Transmission verwendet werden.
  • Darüber hinaus kann der Verlustmodulator direkt auf der Oberfläche einer Faser abgeschieden werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Graphenschicht weggelassen werden und eine Wiederholrate innerhalb eines Resonators kann über elektrooptische Modulation des Brechungsindex des dielektrischen Materials implementiert werden. Das kann in Verbindung mit einer Präzisionstemperatursteuerung des Faserresonators verwendet werden.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Graphenschicht auch als ein sättigbarer Absorber verwendet werden, um passives Modenkoppeln (passive mode locking) zu erleichtern. Ein selbststartender Betrieb des Modenkoppelns (mode locking) kann weiterhin erleichtert werden und ein Güteschalten (Q-switching) innerhalb des Laserresonators kann unterdrückt werden durch Verwendung von Verlustmodulation der Graphenschicht.
  • Um kurze Pulse mit modengekoppelten Faserlasern zu erzeugen, können dispersionskompensierende Elemente wie gechirpte Faser-Bragg-Gitter oder Faserlängen mit verschiedenen Dispersionsparametern innerhalb des Resonators eingefügt werden. Zusätzlich kann gleichzeitige Dispersionskompensation zweiter und dritter Ordnung implementiert werden, die besonders nützlich für den Betrieb von passiv modengekoppelten Faserlasern bei Wellenlängen > 1700 nm ist. Die optische Bandbreite der erzeugten Pulse kann weiterhin vergrößert werden durch das Verwenden von Fasern mit positiver Dispersion, die kleine Kerndurchmesser besitzen, in Verbindung mit Fasern mit negativer Dispersion, die große Kerndurchmesser besitzen, wodurch die Oszillation von Similariton- oder parabolischen Pulsen innerhalb des Oszillators erleichtert wird.
  • Eine Oktave überspannende Superkontinuum-Spektren können erzeugt werden durch Spleißen von hochgradig nichtlinearen Fasern direkt an den Output der passiv modengekoppelten Faseroszillatoren, bei denen stromaufwärts von den hochgradig nichtlinearen Fasern zusätzliche Faserverstärker oder Pulskompressionsstufen ebenfalls verwendet werden können.
  • In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Raman-Verschieben (Raman shifting) in Verbindung mit einer Differenzfrequenz-Erzeugung ebenfalls implementiert werden, um die spektrale Abdeckung des Frequenzkammsystems zu erhöhen.
  • Die einzelnen Kammlinien sind schnell durchstimmbar durch die Implementierung von Resonatorlänge-Durchstimmen (cavity length tuning). Der Faserlaser-Output kann weiterhin an einen Einzelfrequenz-Laser gekoppelt werden (locked) wie z. B. einen Quantenkaskade-Laser, um einen schnell durchstimmbaren optischen Frequenz-Synthesizer zu produzieren, der im Spektralbereich des mittleren Infrarots arbeitet. Schnell durchstimmbare Frequenz-Synthesizer können weiterhin in der Absorptionsspektroskopie verwendet werden.
  • Ein großer Abstand der Kammlinien (large comb spacing), der erreichbar ist bei der Verwendung von Frequenzkammlasern mit einem Kammlinienabstand von mehreren GHz, liefert die Auflösung von einzelnen Kammlinien bei der Verwendung von Standard-Spektroskopie-Techniken und der Implementierung von breitbandiger Absorptionsspektroskopie. Faserlaser mit großen Kammlinienabständen können außerdem für die Kalibrierung von astronomischen Spektrographen verwendet werden.
  • Mikrowellen-Quellen mit niedrigem Phasenrauschen können konstruiert werden durch Verwendung von faserbasierten Kammlasern mit großem Kammlinienabstand, indem der Kammlaser mit einer präzisen optischen Referenzfrequenz unter Verwendung eines Mikrowellen-Schwebungssignals zwischen der optischen Referenz und dem Kammlaser gekoppelt wird.
  • Mindestens eine Ausführungsform umfasst einen Laser, der ein resonatorinternes optisches Element aufweist, das extern zu dem Laser-Gainmedium ist. Das optische Element kann eine integrierte Struktur aus mehreren Materialien umfassen, z. B. ein Mehrschicht-Gerät (multilayer device), das einen elektrisch steuerbaren aktiven Bereich aufweist, der eine Dünnschicht sein kann. Der aktive Bereich kann in Kombination mit verschiedenen leitenden, dielektrischen und/oder Halbleiter-Materialien angeordnet sein und kann konfiguriert sein, entweder bei Transmission oder Reflektion zu arbeiten. Das Element kann als ein sättigbarer Absorber arbeiten, während es fähig ist, den Verlust des Laserresonators und/oder die Resonator-Weglänge über eine externe elektrische Steuerung zu modulieren. In einigen Ausführungsformen kann das optische Element auf einem gespaltenen oder polierten Ende einer optischen Faser gebildet werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 stellt schematisch einen passiv modengekoppelten Faserlaser dar, welcher einen auf Graphen basierenden Verlustmodulator zur Kontrolle der Phasenschlupffrequenz umfasst.
  • 2a stellt schematisch einen auf Graphen basierenden Verlustmodulator dar.
  • 2b stellt schematisch eine alternative Ausführungsform eines auf Graphen basierenden Verlustmodulators dar.
  • 2c stellt schematisch eine alternative Ausführungsform eines auf Graphen basierenden Verlustmodulators dar.
  • 3 stellt schematisch einen passiv modengekoppelten Faserlaser dar, welcher einen auf Graphen basierenden sättigbaren Absorber umfasst, der auch eine schnelle Modulation des internen Verlusts erlaubt.
  • 4 stellt schematisch eine kompakte faserbasierte Frequenzkamm-Quelle dar, die auf einem passiv modengekoppelten Faserlaser basiert, welcher einen auf Graphen basierenden sättigbaren Absorber aufweist, der auch eine schnelle Modulation des internen Verlusts in Verbindung mit einer Superkontinuum-Erzeugung erlaubt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Mehrere Komponenten eines passiv modengekoppelten Faseroszillators 100, die für die Erzeugung von kurzen Pulsen und breiten kohärenten Spektren optimiert sind, werden in 1 gezeigt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Tm-dotierte Quarzglasfaser als das Gain-Medium verwendet werden, obwohl eine andere Seltenerd-Dotierung ebenfalls möglich sind. Eine Tm-dotierte Aluminiumsilikatfaser mit einer numerischen Apparatur von NA = 0,25, welche eine negative Dispersion bei 1900 nm besitzt, kann verwendet werden. Die negative (ein Soliton unterstützende) Dispersion der Tm-Faser und der Faser-Pigtail, die durch den Pumpkoppler C1 erzeugt wird, wird durch eine Faser mit normaler Dispersion kompensiert. Zum Pumpen kann bequemerweise eine Pumpquelle, die im 1500–1650 nm Wellenlängenbereich oder nahe 790 nm emittiert, verwendet werden. Das System umfasst eine Fabry-Perot-Konfiguration mit einem gewöhnlichen halbleiterbasierten Sättigbarer-Absorber-Spiegel SA an dem einen Ende des Resonators und einen ebenen Goldspiegel oder einen den Verlust modulierenden Spiegel LN an dem zweiten entgegengesetzten Ende. Hier wird nur LM gezeigt. Jedoch kann ein gewöhnlicher Spiegel LM ersetzen und kann an exakt demselben Ort platziert werden.
  • Ähnliche Laser-Designs wurden in der US Patentanmeldung Nummer 13/026,762 ('762) mit dem Titel „Compact, coherent and high brightness light sources for the mid and far IR” diskutiert, die am 14. Februar 2011 eingereicht wurde. Der Inhalt der '762-Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme in seiner Gänze eingeschlossen.
  • Wieder bezugnehmend auf 1 kompensierte eine Faser mit normaler Dispersion sowohl die Dispersion zweiter als auch die Dispersion dritter Ordnung des Resonators. Die Wellenplatten W1 und W2 wurden zur Steuerung der Polarisation verwendet, wobei bequemerweise eine Viertel- und eine Halbwellenplatte verwendet werden. Eine Viertel-Wellenplatte W3 wird verwendet zum anpassbaren Auskoppeln des Outputs, wobei der Output aus dem Resonator von einer Reflektion des resonatorinternen Polarisationsstrahlteilers genommen wird, wie es in 1 angezeigt wird.
  • Wenn die Resonatordispersion auf einen positiven Wert angepasst wird, können bei einer richtigen Anordnung der resonatorinternen Wellenplatten hochenergetische Similariton- oder parabolische Pulse erzeugt werden, was die Pulsverkürzung über nichtlineare Polarisationsentwicklung (nonlinear polarization evolution) erleichtert und zur Erzeugung von Pulsen mit einer Pulsenergie von wenigen nJ bei Wiederholraten von 100 MHz und Pulsbreiten < 100 fs führt.
  • Um eine Steuerung der Phasenschlupffrequenz (carrier envelope Offset frequency) in dem Resonator bereitzustellen, wird ein auf Graphen basierender Verlustmodulator am zweiten Ende des Resonators eingefügt. Die Wiederholrate des Oszillators kann über das Ausdehnen eines Faserabschnitts oder durch das Montieren des SA auf einen piezoelektrischen Wandler gesteuert werden. Solche Schemata sind in dem technischen Gebiet bekannt und werden hier nicht weiter erklärt.
  • Ein Beispiel eines geeigneten Verlustmodulators (LM) wird in 2a gezeigt. Der LM wird z. B. auf einem Spiegel aus Gold oder einem geeigneten Metall, die aus einem Substrat 210-a und einer dünnen Goldschicht bzw. einer Schicht aus einem geeigneten Metall 203-a bestehen, abgeschieden. Das Reflektionsvermögen des Spiegels wird dann durch eine dünne Graphenschicht 201-a moduliert, die zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. In diesem Beispiel umfassen die Elektroden zwei äußere Schichten: eine Schicht aus Indiumzinnoxid (indium tin Oxide, ITO) oder eine optisch transparente Elektrode 209-a und die dünne Gold- oder Metallschicht 203-a, wobei die letztere Schicht direkt auf dem Substrat 210-a abgeschieden wird. Alternativ kann die Graphenschicht 201-a als mindestens ein Teil einer Elektrode und ohne die optionale ITO-Schicht 209-a implementiert werden. Als noch eine andere Alternative kann die Position des Graphens und der transparenten Elektrode auch vertauscht werden. Eine geeignete elektrische Verbindung (nicht gezeigt) verbindet den Verlustmodulator mit einer elektrischen Quelle, um ein zeitlich variables elektrisches Feld zur Modulation anzulegen. In diesem Beispiel wird ein Dielektrikum 205-a auf der Gold- oder Metallschicht 203-a abgeschieden, wobei das Dielektrikum z. B. SiO2 oder Al2O3 umfassen kann. Andere Dielektrika, die als High-k-Dielektrika bekannt sind, können ebenfalls verwendet werden. Vorzugsweise haben diese High-k-Dielektrika hohe dielektrische Konstanten und sind z. B. aus fortgeschrittenen Designs für MOSFET-Elektronik bekannt. Geeignete Materialien können z. B. Hafniumsilicat umfassen. Die Graphenschicht 201-a wird auf dem Dielektrikum 205-a abgeschieden, z. B. durch chemische Gasphasenabscheidung. Wie oben diskutiert kann die Mehrschichtstruktur ebenfalls ein optionales transparentes Elektrodenmaterial 209-a wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO) umfassen. Ein elektrisches Feld kann an das Graphen angelegt werden durch die Verbindung einer externen Quelle (nicht gezeigt) mit der ITO-Schicht 209-a und der Gold- oder Metallschicht 203-a.
  • Zusätzliche Pufferschichten oder andere Materialien können ebenfalls abgeschieden werden. Ebenfalls kann die schichtweise Anordnung der Graphenschicht und des Dielektrikums umgedreht werden. Solche Spiegel, die eine Modulation des Reflektionsvermögens erlauben, wurden in der '677 diskutiert, und andere Implementierungen sind ebenfalls möglich.
  • Mit einer exemplarischen einzelnen Graphenschicht und einer Dicke der dielektrischen Schicht von ungefähr 100 nm kann eine angelegte Spannung von ungefähr 100 V das relative Reflektionsvermögen der Graphenschicht um ungefähr 1% modulieren, was mehr als ausreichend ist, um die Phasenschlupffrequenz (carrier envelope Offset frequency, CEO) innerhalb des Laseroszillators präzise zu steuern. Ein zusätzliches Dotieren der Graphenschicht z. B. mit Salpetersäure kann weiterhin implementiert werden, um die mit dem Graphen-Modulator erreichbare Modulationstiefe zu erhöhen. Sowohl eine p- als auch eine n-Dotierung kann eingeschlossen werden. Ebenfalls kann mehr als eine Graphenschicht eingefügt werden, um die Leistung des Verlustmodulators zu optimieren. Die Dicken der verschiedenen anderen Schichten können weiterhin kontrolliert werden, um die Feldstärke innerhalb der Graphenschicht zu maximieren oder zu minimieren, um ihre Leistung als Verlustmodulator zu optimieren.
  • Andere Designs für einen Verlustmodulator sind auch möglich. Z. B. kann die ITO-Elektrode weggelassen werden und eine zweite Elektrode kann direkt an die Graphen-Schicht angebracht werden. Alternativ können die Positionen der ITO-Elektrode und der Graphen-Schicht vertauscht werden. Solche Implementierungen werden nicht separat gezeigt.
  • In einer anderen Implementierung kann die Graphenschicht direkt auf einem gespaltenen (cleaved) oder polierten Faserende abgelagert werden, welches vorzugsweise in einer Ferrule gehalten wird. Die dielektrische und die Goldschicht werden dann auf dem Graphen abgeschieden, so dass die Notwendigkeit für ein separates Substrat entfällt. Mit solch einer Konfiguration kann ein sehr kompaktes Design implementiert werden. Solch eine Implementierung wird nicht separat gezeigt, aber ein ähnliches Gerät wird unten mit Bezug auf die 2b und 2C diskutiert.
  • Eine andere alternative Konfiguration für einen Verlustmodulator wird in 2b gezeigt. In dieser Konfiguration wird der Verlustmodulator in Reflektion betrieben, indem Licht durch das Substrat 210-b hindurchläuft. Die Richtung des Lichts wird durch dicke Pfeile angezeigt. Vorzugsweise breitet sich das Licht durch die Probe in einem Winkel aus, um unerwünschte Fabry-Perot-Resonanzen von dem Substrat zu vermeiden. Das Substrat 210-b wird außerdem vorzugsweise antireflexbeschichtet bei der Betriebswellenlänge des Lasers. Das Licht wird durch die dielektrische Schicht 205-b geschickt und wird von einer geeigneten Metallschicht 207-b reflektiert. Hier kann das Substrat die gespaltene oder polierte Oberfläche eines Faserendes sein, und die einzelnen Schichten können direkt auf dem Faserende abgeschieden werden. In diesem Fall lief das Licht bei einem senkrechten Eintritt durch die Graphenschicht 201-b hindurch. In solch einer Implementierung wird keine Antireflexbeschichtung wird benötigt.
  • In noch einer anderen alternativen Konfiguration kann ein Verlustmodulator auch in Transmission verwendet werden, wie es in 2c gezeigt wird. In dieser Konfiguration ist der Verlustmodulator konfiguriert, um das Licht durch das Substrat 210-c hindurch zu lassen, sodass ein Goldspiegel nicht benötigt wird. In diesem Beispiel umfasst der Verlustmodulator auch eine transparente Elektrode 208-c, ein Dielektrikum 205-c und eine Graphenschicht 201-c. Die Richtung der Lichtausbreitung wird mit einem Pfeil angezeigt. Um unerwünschte Oberflächenreflektion zu vermeiden, können beide äußeren Oberflächen des Verlustmodulators antireflexbeschichtet werden, und Lichtausbreitung durch die Geräte kann bei dem Brewsterwinkel oder weg vom senkrechten Eintritt durchgeführt werden. Wie in 2b kann die Struktur auch direkt auf einer Faseroberfläche abgeschieden werden, sodass die Notwendigkeit für ein Substrat entfällt. Solche Verlustmodulatoren sind besonders nützlich beim Design von integrierten faserbasierten Ringresonatoren.
  • Alle in den 2a–2c gezeigten Strukturen können ebenfalls zusätzliche Schichten enthalten, um die Leistung des Systems weiter zu verbessern. Geeignete Ringlaser-Designs, die die Hinzufügung einer Struktur, wie sie in 2c gezeigt wird, erlauben, wurden z. B. in der '677 diskutiert und werden hier nicht weiter beschrieben.
  • In allen in den 2a–2c gezeigten Strukturen kann die Verlustmodulationsfunktion auch mit einem sättigbaren Verlust kombiniert werden, um die Geräte als sättigbare Absorber zu betreiben. Mit Bezug auf 1 kann das in 2a gezeigte Gerät demnach an dem einen Ende des Resonators verwendet werden, sodass die Notwendigkeit für einen separaten Sättigbaren-Absorber-Spiegel entfällt. Z. B. ist die typische Sättigungsintensität (saturation intensity) von auf Graphen basierenden sättigbaren Absorbern in der Größenordnung von 50–300 MW/cm2, was ideal für den Betrieb als ein sättigbarer Absorber in einem passiv modengekoppelten Faserlaser ist. Zusätzlich kann die Relaxationszeit des sättigbaren Absorbers für einen auf Graphen basierenden sättigbaren Absorber so kurz sein wie 10 fs mit einer sekundären Zeitkonstante von ungefähr 1 ps wie auch einigen längeren Zeitkonstanten. Diese kurze Relaxationszeit von Graphen lässt demnach die Notwendigkeit von nichtlinearer Polarisationsentwicklung zur Erzeugung von sehr kurzen Pulsen in einem passiv modengekoppelten Faserlaser wegfallen.
  • Wie oben diskutiert können Geräte aus mehreren Materialien, wie sie in den Beispielen der 2a–2c gezeigt werden, als resonatorinterne optische Elemente zur Verlustmodulation und/oder zur Modulation der optischen Weglänge verwendet werden. Die Geräte können als ein sättigbarer Absorber zum passiven Modenkoppeln (passive mode locking) verwendet werden und können mit einer optischen Faser verbunden werden, um so eine sehr kompakte Laserquelle zu bilden.
  • Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen eine Anordnung zum aktiven Modenkoppeln verwendet werden, z. B. durch Verlustmodulation mit der Graphenschicht bei einer Wiederholrate, die präzise mit der Umlaufzeit des Laserresonators synchronisiert ist, wobei der Fachmann ohne Probleme erkennt, wie dies implementiert werden kann. Solch eine Anordnung liefert eine Steuerung des modengekoppelten Betriebs durch eine externe Quelle und in einer kompakten Konfiguration.
  • Ein exemplarisches Design eines modengekoppelten Faserlasers 300, welcher einen auf Graphen basierenden sättigbaren Absorber und Verlustmodulator umfasst, wird in 3 gezeigt. Das Design ist ähnlich zu dem in 1 gezeigten Design, jedoch wird der separate Sättigbare-Absorber-Spiegel weggelassen und durch das Verlustmodulator-/Sättigbare-Absorber-Element LMSA, wie es mit Bezug auf die 2a–2C diskutiert wird, ersetzt. Das LMSA wird am zweiten Resonatorende platziert. Der Spiegel, der am ersten Resonatorende angeordnet ist, wird weiterhin auf einem piezoelektrischen Wandler montiert, um eine schnelle Steuerung der Resonatorlänge zu ermöglichen. Die resonatorinterne Linse fokussiert auf den ebenen Spiegel. Der Output des Lasers wird über den Koppler C2 ausgekoppelt, welcher typischerweise einen Koppler mit einem Teilungsverhältnis zwischen 1:9 und 9:1 umfasst. Auch polarisationserhaltene Komponenten und resonatorinterne Polarisatoren können eingefügt werden, um Polarisationsfluktuationen im Output aus dem Laser zu minimieren.
  • Ein beispielhaftes Design eines modengekoppelten Lasers 400 mit einer GHz-Wiederholrate, welcher einen auf Graphen basierenden sättigbaren Absorber aufweist und weiterhin zur Erzeugung eines Superkontinuums konfiguriert ist, wird in 4 gezeigt. Ein Fabry-Perot-Resonatordesign wird gezeigt, obwohl Ring-Resonatordesigns oder andere Resonatorkonfigurationen ebenfalls möglich sind. Der Resonator erstreckt sich von einem auf Graphen basierenden sättigbaren Absorber (SA) bis zum Zentrum eines Fasersteckers (fiber connector). Der Faserstecker umfasst einen dichroitischen Spiegel, der direkt auf ein Ende einer Faser-Ferrule geschichtet ist, um das Pumplicht hindurchzulassen und das Signallicht teilweise zu transmittieren. Tm-Faserlaser, Er- oder Yb-Faserlaser oder irgendwelche anderen dotierten Fasermaterialien können verwendet werden, um Gain bereitzustellen. Die Pumpe ist über einen Wellenlängen-Multiplex-Koppler (wavelength division multiplexing coupler) C1 auf den Resonator gerichtet. Die Dispersion innerhalb des Resonators wird begrenzt durch das Verwenden von z. B. einer Gain-Faser mit negativer Dispersion in Verbindung mit einer undotierten Faser mit positiver Dispersion. Im Fall von Tm- oder Yb-Fasern können Gain-Werte von mehreren dB/cm erreicht werden, sodass Resonator-Längen mit einer Länge von 1 cm und kürzer implementiert werden können, was Wiederholraten > 10 GHz erlaubt. Auch die dispersionskompensierende Faser kann weggelassen werden, wenn die Erzeugung von Pulsen, die länger als 100 fs bis in den ps-Bereich sind, erlaubt ist. Für solche kurzen Resonatorlängen ist Polarisationssteuerung nicht erforderlich, obwohl polarisationserhaltene Fasern auch verwendet werden können.
  • Der Sättigbare-Absorber-Spiegel wird vorzugsweise auf einem Ende der resonatorinternen Faser unter Verwendung eines in 2b gezeigten Designs abgeschieden, wobei in diesem Beispiel das Substrat aus der Faser besteht und Licht bei senkrechtem Eintritt durch den Graphen-Absorber hindurchläuft.
  • Um ein Kontinuum zu erzeugen, wird der Output des Faserlasers in eine Superkontinuum-Faser gelenkt, die vorzugsweise so entworfen wird, dass sie eine nahezu verschwindende oder leicht negative Dispersion bei der Emission der Wellenlänge des Oszillators aufweist. Wenn ein Tm-Faseroszillator verwendet wird, kann eine Superkontinuum-Faser, die z. B. auf Fluorid-, Tellurit- oder Chalkogenid-Glas basiert, implementiert werden, um spektrale Strahlung von 1000 bis 10000 nm zu erzeugen. Verjüngungen (tapers) innerhalb der Superkontinuum-Fasern können weiterhin verwendet werden, um die spektrale Abdeckung zu maximieren. Zusätzliche Pulskompression, Pulsverbreiterung und Verstärkerstufen können ebenfalls stromaufwärts von der Superkontinuum-Faser eingefügt werden. Zusätzlich zu Superkontinuum-Fasern können auch hochgradig nichtlineare Wellenleiter zur Superkontinuum-Erzeugung verwendet werden. Das in 4 gezeigte Faserlaser-Gerät kann auf einfache Weise in Serie gefertigt werden bei niedrigen Kosten und kann eine attraktive Quelle zur Erzeugung von mittlerem Infrarotlicht sein. Wenn Yb-Fasern statt Tm-Fasern verwendet werden, kann eine attraktive Superkontinuum-Quelle, die das sichtbare und den nahen Infrarot-Spektralbereich abdeckt, konstruiert werden.
  • Als eine Alternative zur Superkontinuum-Erzeugung in einer optischen Faser kann eine Superkontinuum-Erzeugung in einem hochgradig nichtlinearen Wellenleiter ebenfalls verwendet werden. Die spektrale Abdeckung der Quelle kann weiterhin vergrößert werden durch Hinzufügung von Differenzfrequenz-Stufen nach der Superkontinuum-Erzeugung. Die spektrale Leistungsdichte in Spektralbereichen kann weiterhin vergrößert werden durch Verwenden von Raman- oder Selbstfrequenz-Verschieben (self-frequency shifting) in den hochgradig nichtlinearen Fasern oder Wellenleitern. Solche Implementierungen werden nicht separat gezeigt.
  • Der in 4 gezeigte Laser erlaubt auch den Betrieb eines Frequenzkamms, wenn eine zusätzliche Steuerung der Resonatorlänge implementiert wird. Z. B. kann solch eine Steuerung der Resonatorlänge mit piezoelektrischen Wandlern, die an die Faser angefügt werden, mit zusätzlicher Steuerung der Trägerwellenphase über die Steuerung der Pumpleistung oder über eine Steuerung des Feldes in dem auf Graphen basierenden sättigbaren Absorber implementiert werden oder mit einer Kombination davon. Zusätzliche elektronische Rückkopplungsschleifen können weiterhin in Verbindung mit einem f – 2f-Interferometer verwendet werden, um die Wiederholrate des Frequenzkamms an ein externes Radiofrequenz-Referenzsignal oder an einen optischen Frequenzstandard zu koppeln und um ebenfalls die CEO-Frequenz an ein externes Radiofrequenz-Signal zu koppeln. Solche Schemata sind in dem technischen Gebiet bekannt und wurden z. B. in der '807 wie auch im US Patent 7,809,222 : „Laser based frequency standards and their applications” von Hartl et al. diskutiert und werden hier nicht weiter diskutiert.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein Gerät, wie es in 2b gezeigt wird, auch zur Steuerung der Resonator-Länge verwendet werden, indem die Änderung des Brechungsindizes, die durch das angewandte elektrische Feld innerhalb des Dielektrikums oder des Graphens induziert wird, verwendet wird. Zur schnellen Längensteuerung kann die Graphenschicht weggelassen werden. Eine andere Variation für einen kompakten Frequenzkamm-Laser ist möglich, wenn ein auf Graphen basierender sättigbarer Absorber an dem einen Ende des Resonators und ein Resonatorlängen-Modulator an dem anderen Ende des Resonators verwendet wird. Solch eine Implementierung wird nicht separat gezeigt. Um die Steuerung der Resonator-Länge zu vereinfachen, kann der – sehr kompakte – Faserresonator weiterhin bezüglich der Temperatur präzise kontrolliert werden, was die zur Kontrolle der Wiederholrate erforderlichen Brechungsindexänderungen in dem Dielektrikum minimiert.
  • Das in 3 gezeigte System erlaubt auch die Konstruktion von schnell abstimmbaren Frequenzsynthesizern. Hier erlaubt der Resonatorspiegel, der sich am ersten Resonatorende befindet, die Verwendung eines Piezo-Wandlers, der die Wiederholrate des Lasers modifiziert. Indem ein externer Einzelfrequenz-Laser mit einer einzelnen Kammlinie gekoppelt wird, kann ein schnell abstimmbarer Frequenzsynthesizer konstruiert werden. Solche Systeme wurden in der US-Patentanmeldung Nummer 12/955,759 ('759) mit dem Titel „Frequency comb source with large comb spacing”, die am 29. November 2010 eingereicht wurde, beschrieben und werden hier nicht weiter beschrieben. Der Inhalt der '759-Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme in seiner Gänze eingeschlossen.
  • Frequenzkammlaser mit großem Kammlinienabstand, wie sie mit Bezug auf 4 diskutiert werden, können weiterhin implementiert werden in Spektroskopieanwendungen mit hoher Auflösung in Kombination mit gewöhnlichen spektroskopischen Elementen. In solch einer Anwendung durchläuft der Output aus einer Pulsquelle eine Probe, z. B. eine Gaszelle, bevor er mit einem Gitter-Spektrometer und einem virtually imaged phase array (VIPA) in einer oder zwei Dimensionen zerlegt wird, wie es in dem Fachgebiet bekannt ist. Mit ausreichendem Kammlinienabstand können einzelne Kammlinien dann in einer oder zwei Dimensionen aufgelöst werden und auf eine ein- bzw. zweidimensionale Detektoranordnung abgebildet werden. Eine optische Auflösung von ungefähr 1–10 GHz pro Pixel des Detektors ist demnach erreichbar. Spektrometer mit ultrahoher Auflösung, die auf solchen Schemata basieren, wurden auch in der '759 beschrieben und werden hier nicht weiter diskutiert.
  • Eine andere attraktive Anwendung von faserbasierten Frequenzkammlasern mit großem Kammlinienabstand sind Mikrowellen-Quellen mit niedrigem Phasenrauschen. Hier wird der Output des Kammlasers mit einem Detektor detektiert und in ein Radiofrequenzsignal bei der Laser-Wiederholrate oder einem Vielfachen davon (one of its harmonics) umgewandelt. Ein resonatorinterner Verlustmodulator kann hier verwendet werden, um die Ausgangsleistung des Faserkammlasers über eine elektronische Rückkopplungsschleife, die mit dem Verlustmodulator verbunden ist, zu stabilisieren, sodass die Amplitudenfluktuation des Lasers minimiert wird und das Phasenrauschen der Mikrowellen-Quelle minimiert wird. Wegen der großen möglichen Modulationsbandbreite bei einer resonatorinternen Verlustmodulation kann eine Minimierung von Amplitudenrauschen über einen internen Verlustmodulator viel effektiver sein im Vergleich zu einer Steuerung der Pumpleistung, wie sie typischerweise in diesem Gebiet verwendet wird. Vorzugsweise wird für eine 10-GHz-Mikrowellenreferenz ein optischer Kammlaser mit einem 10-GHz-Kammlinienabstand verwendet, wobei ungefähr 1 GHz oder mehr geeignet ist. Andere Details einer Referenz mit niedrigem Phasenrauschen werden in der '759 diskutiert und werden hier nicht weiter beschrieben. Resonatorinterne Verlustmodulatoren, wie sie hier beschrieben werden, können verwendet werden, um Güteschalten-Instabilitäten in einem passiv modengekoppelten Laser zu unterdrücken und zu verstärken. Die Unterdrückung/Verstärkung von Güteschalten (Q-switching) über eine elektronische Rückkopplungssteuerung wird in T. R. Schibli et al., „Control of Q-switching instabilities in passively mode-locked lasers, Optical Society of America, TOPS Band 68 Advanced Solid State Lasers, S. 498 (2002), T. R. Schibli, U. Morgner, und F. X. Kärtner, „Control of Q-switched mode locking by active feedback”, Opt. Lett. 26, 148–150 (2001) und im US Patent 6,819,690 von Kärtner et al. beschrieben. Ein Teil der Ausgangsleistung wird detektiert und eine Steuerungsschleife, die den Verlustmodulator ansteuert, stabilisiert die Ausgangsleistung auf einen gegebenen Wert. Wie in den obigen Veröffentlichungen beschrieben wird, muss für eine erfolgreiche Güteschalten-Unterdrückung die Bandbreite der Rückkopplungssteuerschleife die Relaxations-Oszillations-Frequenz des Lasers signifikant überschreiten.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Verstärkung von Relaxations-Oszillationen oder ein Güteschalten mit niedrigem Rauschen weiterhin induziert werden durch Modulieren des Resonatorverlusts eines Laserresonators bei einer gewünschten Modulationsfrequenz. Solch ein Laserresonator kann einen sättigbaren Absorber enthalten, um die Erzeugung von kurzen optischen Pulsen zu erleichtern. Z. B. kann ein gütegeschalteter Laser mit niedrigem Rauschen ein Festkörper-Microchip-Gainmedium mit einem dielektrischen Spiegel auf einer Seite eines Fabry-Perot-Resonators enthalten und einen auf Graphen basierenden Modulator und einen Sättigbaren-Absorber-Spiegel auf der anderen Resonatorseite. Der sättigbare Absorber und der Graphen-Modulator können in einem einzigen Element kombiniert werden. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen können alle optischen Elemente in einer integrierten Anordnung aneinander befestigt werden, um so das Konstruieren eines kompakten Systems zu erleichtern. Optisches Klebematerial oder eine direkte Beschichtung können hinzugefügt werden, um solche Zusammenfügungen zu erleichtern.
  • Frequenzkammlaser mit einem großen Kammlinienabstand können weiterhin bei der Kalibrierung von astronomischen Spektrographen verwendet werden, bei denen im allgemeinen Kammlinienabstände > 10 GHz gewünscht sind. Abhängig von den Erfordernissen der Anwendung kann die spektrale Bandbreite des Kammes irgendwo im sichtbaren oder nahen Infrarot-Spektralbereich liegen. Wenn sichtbarer spektraler Output erforderlich ist, können durch Verwenden von geeigneten frequenzverdoppelnden, -verdreifachenden oder -vervierfachenden Kristallen die oben diskutierten Frequenzkamm-Quellen verwendet werden. Mit Bezug auf 4 können solche frequenzerhöhenden Kristalle z. B. nach dem Output der Superkontinuum-Faser eingefügt werden. Einige Prinzipien der Kalibrierung von optischen Spektrographen unter Verwendung von Frequenzkämmen werden in S. Osterman, S. Diddams, M. Beasley, C. Froning, L. Hollberg, P. MacQueen, V. Mbele und A. Weiner, „A proposed laser frequency comb-based wavelength reference for high resolution spectroscopy”, Proc. SPIE 6693, 66931G (2007) beschrieben. Insbesondere muss bei der Kalibrierung eines astronomischen Teleskops der Frequenzkamm sowohl bzgl. fo als auch bzgl. frep auf eine GPS-synchronisierte Mikrowellenuhr stabilisiert werden, z. B. auf eine GPS-synchronisierte Rubidium-Uhr. Wenn erforderlich kann der Kammlinienabstand weiter vergrößert werden durch Filter-Resonatoren vor und/oder nach den nichtlinearen Wandlern.
  • Demnach wurde die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich, dass die Ausführungsformen sich nicht gegenseitig ausschließen und dass Elemente, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, auch mit anderen Ausführungsformen in geeigneter Weise kombiniert werden können oder aus diesen weggelassen werden können, um die gewünschten Designziele zu erreichen.
  • Mindestens eine Ausführungsform umfasst einen Laser, der einen Output erzeugt. Der Laser umfasst einen Laserresonator, der ein festkörper- oder faserbasiertes Gainmedium und eine Pumpquelle zum optischen Pumpen des Gainmediums aufweist. Das Gainmedium erzeugt in Kombination mit der Pumpquelle einen resonatorinternen optischen Strahl in dem Laserresonator. Ein resonatorinternes optisches Element ist außerhalb des Gainmediums angeordnet. Das optische Element wird konfiguriert, um den Verlust des Laserresonators, der optischen Weglänge des Resonators oder beides zu modulieren. Das resonatorinterne optische Element umfasst mindestens eine Materialschicht, die mit einer elektrischen Quelle operativ verbunden ist. Die Resonatorverlust- und/oder die optische Weglängenmodulation werden mit einem elektrischen Feld induziert, das von der Quelle erzeugt wird und an das Material angelegt wird. Die mindestens eine Materialschicht ist zwischen Elektroden angeordnet, und ein resonatorinterner optischer Strahl ist konfiguriert, um durch mindestens eine der Elektroden hindurchzulaufen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne optische Element eine integrierte Mehrmaterial-Struktur aufweisen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne optische Element konfiguriert sein, um eine optische Weglänge des Laserresonators über die Steuerung eines elektrischen Felds, das an das Material angelegt wird, zu modulieren.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne optische Element konfiguriert sein, um den Verlust und die optische Weglänge des Laserresonators zu modulieren.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das Material eine Schicht eines Dielektrikums umfassen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das Material eine Schicht eines Halbleiters umfassen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das Material eine Schicht eines Halbleiters und eine Schicht eines Dielektrikums umfassen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das Material eine Schicht eines Dielektrikums und mindestens eine Schicht aus Graphen umfassen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das Material eine Schicht eines Dielektrikums und mehr als eine Schicht aus Graphen umfassen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann eine Graphenschicht als mindestens ein Teil von einer der Elektroden konfiguriert werden.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann der Laserresonator konfiguriert werden, um optische Pulse über optisches Modenkoppeln (mode locking) zu erzeugen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann der Laserresonator zum aktiven oder passiven Modenkoppeln konfiguriert werden.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann der Laserresonator einen sättigbaren Absorber umfassen, um Modenkoppel zu induzieren.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne optische Element so konfiguriert werden, dass es als sättigbarer Absorber arbeitet.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne optische Element so konfiguriert werden, dass Relaxations-Oszillationen in dem Laserresonator unterdrückt werden.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne optische Element so konfiguriert werden, dass Relaxations-Oszillationen in dem Laserresonator verstärkt werden.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne optische Element konfiguriert werden, um die Ausgangsleistung des Laserresonators zu stabilisieren.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das Faser-Gainmedium umfassen: eine Nd-, Yb-, Bi-, Er-, Er/Yb-, Tm-, Tm/Ho- oder Yb/Tm-dotierte Faser.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das Faser-Gainmedium ein Seltenerd- oder eine Übergangsmetalldotierte Faser umfassen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann der Laserresonator als ein Teil eines optischen Frequenzkammlasers konfiguriert werden, wobei der Frequenzkammlaser eine Folge von kurzen optischen Pulsen erzeugt, wobei der Frequenzkammlaser weiterhin durch eine Puls-Wiederholrate und eine Phasenschlupffrequenz gekennzeichnet ist.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne optische Element weiterhin so konfiguriert sein, dass die Phasenschlupffrequenz eines Frequenzkammlasers moduliert wird.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne optische Element so konfiguriert sein, dass die Wiederholrate eines Frequenzkammlasers moduliert wird.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne optische Element so konfiguriert sein, dass die Phasenschlupffrequenz und die Wiederholrate des Faserkammlasers moduliert werden.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen können optische Pulse auf eine hochgradig nichtlineare Faser oder Wellenleiter zur Superkontinuum-Erzeugung gelenkt werden.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann ein Output einer hochgradig nichtlinearen Faser oder Wellenleiters auf mindestens einen Kristall gelenkt werden, welcher zur Frequenzwandlung nach oben oder nach unten (frequency up-conversion or down-conversion) konfiguriert ist.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann ein Verfahren zur Frequenzwandlung nach unten ein Differenzfrequenz-Mischen umfassen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen können optische Pulse auf eine hochgradig nichtlineare Faser oder Wellenleiter zur Frequenzwandlung der optischen Pulse nach unten oder nach oben gelenkt werden.
  • Mindestens eine Ausführungsform umfasst einen Laser, welcher ein Gainmedium und ein resonatorinternes optische Element aufweist, das eine integrierte Struktur aus mehreren Materialien umfasst, die einen elektrisch steuerbaren aktiven Bereich, der eine Schicht umfasst, aufweist. Das resonatorinterne optische Element ist fähig, den Verlust des Resonators und/oder die optische Weglänge zu modulieren als Antwort auf ein elektrisches Signal, das an mindestens einen Teil des aktiven Bereichs angelegt wird.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann die integrierte Struktur aus mehreren Materialien mehrere Schichten umfassen, die leitende, dielektrische und/oder Halbleiter-Materialien umfassen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne Element in Reflektion arbeiten.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne Element in Transmission arbeiten.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne Element mit einer optischen Faser verbunden werden.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann die Schicht zwischen zwei Elektroden angeordnet werden, wobei jede Elektrode mit einer Signalquelle, die ein elektrisches Signal liefert, verbunden ist.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann die Schicht Graphen aufweisen, und die Elektrode kann zumindest einen Teil des Graphens umfassen.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne Element als ein sättigbarer Absorber konfiguriert werden.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann der Laser für ein aktives Modenkoppeln konfiguriert sein, und das resonatorinterne optische Element kann so angeordnet sein, dass Verlustmodulation bei einer Wiederholrate, die mit der Umlaufzeit des Laserresonators synchronisiert ist, bereitgestellt wird.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das Gain-Medium ein Festkörper- oder Faser-Gainmedium sein, und das resonatorinterne optische Element kann außerhalb des Gainmediums sein.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann ein Gainmedium ein Festkörper- oder Faser-Gainmedium umfassen, und das resonatorinterne optische Element kann an das Gain-Medium angefügt oder optisch angeklebt sein.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resonatorinterne optische Element konfiguriert sein, um Güteschalten in dem Laserresonator zu induzieren.
  • In irgendeiner oder allen Ausführungsformen kann das resontorinterne optische Element konfiguriert sein, um Güteschalten in dem Laserresonator zu stabilisieren.
  • Um die vorliegende Erfindung zusammenzufassen, werden bestimmte Aspekte, Vorteile und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung hier beschrieben. Es soll sich jedoch verstehen, dass gemäß einer besonderen Ausführungsform nicht notwendigerweise alle diese Vorteile erhalten werden können. Demnach kann die vorliegende Erfindung verkörpert oder ausgeführt werden in einer Weise, die einen oder mehrere Vorteile erreicht, ohne dass notwendigerweise andere Vorteile, die hier gelehrt oder vorgeschlagen werden, erreicht werden.
  • Somit wird deutlich, dass, während hier nur bestimmte Ausführungsformen spezifisch beschrieben worden sind, hieran zahlreiche Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass sich die Anordnungen nicht gegenseitig ausschließen. Elemente können unter den Ausführungsformen in geeigneter Weise kombiniert werden, um bestimmte Designziele zu erreichen. Weiterhin werden Abkürzungen nur verwendet, um die Lesbarkeit der Beschreibung und der Ansprüche zu erhöhen. Es sollte bemerkt werden, dass diese Abkürzungen nicht beabsichtigt sind, um die Allgemeinheit der verwendeten Begriffe zu verringern und sie sollten nicht so verstanden werden, dass sie den Umfang der Ansprüche auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränken.

Claims (40)

  1. Ein Laser, der einen Output erzeugt, wobei der Laser umfasst: einen Laserresonator, der ein Festkörper- oder ein Faser-Gainmedium aufweist; eine Pumpquelle zum optischen Pumpen des Gainmediums, wobei das Gainmedium in Kombination mit der Pumpquelle in dem Laserresonator einen resonatorinternen optischen Strahl erzeugt; und ein resonatorinternes optisches Element, das außerhalb des Gainmediums angeordnet ist, wobei das optische Element konfiguriert ist, um den Verlust des Laserresonators oder die optische Weglänge des Resonators oder beides zu modulieren, wobei das optische Element mindestens eine Materialschicht aufweist, die operativ mit einer elektrischen Quelle verbunden ist, wobei die Modulation von Resonatorverlust und/oder optischer Weglänge mit einem elektrischen Feld induziert wird, welches von der Quelle erzeugt wird und an das Material angelegt wird, wobei die mindestens eine Materialschicht zwischen Elektroden angeordnet ist und ein resonatorinterner optischer Strahl konfiguriert ist, um durch mindestens eine der Elektroden hindurchzulaufen.
  2. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das optische Element eine integrierte Struktur aus mehreren Materialien aufweist.
  3. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das resonatorinterne optische Element konfiguriert ist, um eine optische Weglänge des Laserresonators über eine Steuerung eines elektrischen Feldes, welches an das Material angelegt wird, zu modulieren.
  4. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das resonatorinterne optische Element konfiguriert ist, um den Verlust und die optische Weglänge des Laserresonators zu modulieren.
  5. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das Material eine Schicht eines Dielektrikums aufweist.
  6. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das Material eine Schicht eines Halbleiters aufweist.
  7. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das Material eine Schicht eines Halbleiters und eine Schicht eines Dielektrikums aufweist.
  8. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das Material eine Schicht eines Dielektrikums und mindestens eine Schicht aus Graphen aufweist.
  9. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das Material eine Schicht eines Dielektrikums und mindestens mehr als eine Schicht aus Graphen aufweist.
  10. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei eine Graphenschicht als zumindest ein Teil von einer der Elektroden konfiguriert ist.
  11. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei der Laserresonator weiterhin konfiguriert ist, um über optisches Modenkoppeln optische Pulse zu erzeugen.
  12. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei der Laserresonator für aktives oder passives Modenkoppeln konfiguriert ist.
  13. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei der Laserresonator weiterhin einen sättigbaren Absorber umfasst, um Modenkoppeln zu induzieren.
  14. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das resonatorinterne optische Element weiterhin konfiguriert ist, um als ein sättigbarer Absorber zu arbeiten.
  15. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das resonatorinterne optische Element konfiguriert ist, um Relaxationsoszillationen in dem Laserresonator zu unterdrücken.
  16. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das resonatorinterne optische Element konfiguriert ist, um Relaxationsoszillationen in dem Laserresonator zu vergrößern.
  17. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das resonatorinterne optische Element konfiguriert ist, um die Ausgangsleistung des Laserresonators zu stabilisieren.
  18. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das Faser-Gainmedium eine mit Nd, Yb, Bi, Er, Er/Yb, Tm, Tm/Ho oder Yb/Tm dotierte Faser aufweist.
  19. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei das Faser-Gainmedium eine mit einer Seltenen Erde oder einem Übergangsmetall dotierte Faser aufweist.
  20. Laser gemäß Patentanspruch 1, wobei der Laserresonator als ein Teil eines optischen Frequenzkammlasers konfiguriert ist, wobei der Frequenzkammlaser eine Folge von kurzen optischen Pulsen erzeugt, wobei der Frequenzkammlaser weiterhin durch eine Pulswiederholrate und eine Phasenschlupffrequenz gekennzeichnet ist.
  21. Laser gemäß Patentanspruch 20, wobei das resonatorinterne optische Element weiterhin konfiguriert ist, um die Phasenschlupffrequenz des Frequenzkammlasers zu modulieren.
  22. Laser gemäß Patentanspruch 20, wobei das resonatorinterne optische Element konfiguriert ist, um die Wiederholrate des Frequenzkammlasers zu modulieren.
  23. Laser gemäß Patentanspruch 20, wobei das resonatorinterne optische Element konfiguriert ist, um die Phasenschlupffrequenz und die Wiederholrate des Frequenzkammlasers zu modulieren.
  24. Laser gemäß Patentanspruch 20, wobei die optischen Pulse auf eine hochgradig nichtlineare Faser oder Wellenleiter zur Superkontinuum-Erzeugung gelenkt werden.
  25. Laser gemäß Patentanspruch 24, wobei ein Output der hochgradig nichtlinearen Faser oder des Wellenleiters auf mindestens einen Kristall gelenkt wird, der zur Frequenzwandlung nach oben oder nach unten konfiguriert ist.
  26. Laser gemäß Patentanspruch 25, wobei der Prozess zur Frequenzwandlung nach unten ein Differenzfrequenz-Mischen umfasst.
  27. Laser gemäß Patentanspruch 20, wobei die optischen Pulse auf eine hochgradig nichtlineare Faser oder Wellenleiter geleitet werden zur Frequenzwandlung der optischen Pulse nach unten oder nach oben.
  28. Laser, umfassend: ein Gainmedium; und ein resonatorinternes optisches Element, welches eine integrierte Struktur aus mehreren Materialien umfasst, die einen elektrisch steuerbaren aktiven Bereich umfasst, welcher eine Schicht aufweist, wobei das resonatorinterne optische Element fähig ist, den Verlust des Resonators und/oder die optische Weglänge als Antwort auf ein elektrisches Signal, welches an mindestens einen Teil des aktiven Bereichs angelegt wird, zu modulieren.
  29. Laser gemäß Patentanspruch 28, wobei die integrierte Struktur aus mehreren Materialien mehrere Schichten aufweist, die leitende, dielektrische und/oder Halbleiter-Materialien aufweisen.
  30. Laser gemäß Patentanspruch 28, wobei das resonatorinterne Element in Reflektion arbeitet.
  31. Laser gemäß Patentanspruch 28, wobei das resonatorinterne Element in Transmission arbeitet.
  32. Laser gemäß Patentanspruch 28, wobei das resonatorinterne Element mit einer optischen Faser verbunden ist.
  33. Laser gemäß Patentanspruch 28, wobei die Schicht zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, wobei jede Elektrode mit einer Signalquelle verbunden ist, die das elektrische Signal bereitstellt.
  34. Laser gemäß Patentanspruch 33, wobei die Schicht Graphen aufweist und wobei die Elektrode mindestens einen Bereich des Graphens umfasst.
  35. Laser gemäß Patentanspruch 28, wobei das resonatorinterne optische Element als ein sättigbarer Absorber konfiguriert ist.
  36. Laser gemäß Patentanspruch 28, wobei der Laser für ein aktives Modenkoppeln konfiguriert ist und wobei das resonatorinterne optische Element angeordnet ist, um eine Verlustmodulation bei einer Wiederholrate, die mit der Umlaufzeit des Laserresonators synchronisiert ist, bereitzustellen.
  37. Laser gemäß Patentanspruch 28, wobei das Gainmedium ein Festkörper- oder Faser-Gainmedium aufweist und das resonatorinterne optische Element sich außerhalb des Gain-Medium befindet.
  38. Laser gemäß Patentanspruch 28, wobei das Gainmedium ein Festkörper- oder Faser-Gainmedium ist und wobei das resonatorinterne optische Element an dem Gainmedium befestigt oder optisch angeklebt wird.
  39. Laser gemäß Patentanspruch 28, wobei das resonatorinterne optische Element konfiguriert ist, um ein Güteschalten in dem Laserresonator zu induzieren.
  40. Laser gemäß Patentanspruch 28, wobei das resonatorinterne optische Element konfiguriert ist, um ein Güteschalten in dem Laserresonator zu stabilisieren.
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Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8571075B2 (en) 2010-11-29 2013-10-29 Imra America, Inc. Frequency comb source with large comb spacing
US9772305B2 (en) * 2011-09-15 2017-09-26 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University System and method for small molecule detection
CN102545022A (zh) * 2012-01-20 2012-07-04 上海交通大学 一种宽波段石墨烯可饱和吸收镜
US9354485B2 (en) 2012-05-01 2016-05-31 Imra America, Inc. Optical frequency ruler
JP6119121B2 (ja) * 2012-06-14 2017-04-26 ソニー株式会社 調光器、撮像素子および表示装置
US8805133B1 (en) * 2013-01-18 2014-08-12 Np Photonics, Inc. Low-loss UV to mid IR optical tellurium oxide glass and fiber for linear, non-linear and active devices
US8818160B2 (en) * 2013-01-18 2014-08-26 Np Photonics, Inc. IR supercontinuum source using low-loss heavy metal oxide glasses
US20140264031A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Imra America, Inc. Trace gas detection system
US9680287B2 (en) * 2013-10-01 2017-06-13 Université De Neuchâtel Opto-optical modulation of a saturable absorber for high bandwidth CEO stabilization of a femtosecond laser frequency comb
US10324317B2 (en) 2013-10-24 2019-06-18 Sony Semiconductor Solutions Corporation Light control device, imaging element, and imaging device, and light transmittance control method for light control device
DE112014005158B4 (de) 2013-11-12 2022-02-17 Imra America, Inc. Kompakte faserbasierte Kurzpuls-Laserquellen
CN103676130B (zh) * 2013-12-18 2016-09-21 清华大学 显微成像系统
US10381395B2 (en) 2013-12-24 2019-08-13 Sony Semiconductor Solutions Corporation Light control device with stacked light control layers
WO2015153391A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-08 Ipg Photonics Corporation Mid-ir kerr lens mode locked laser with normal incidence mounting of polycrystalline tm:ii-vi materials and method for controlling parameters of polycrystalline tm:ii-vi kerr lens mode locked laser
US9557625B2 (en) 2014-05-20 2017-01-31 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Fiber frequency comb article
CN104184037B (zh) * 2014-07-28 2017-09-22 中国科学院西安光学精密机械研究所 全保偏主动跟踪型光纤光梳光源
CN104218443A (zh) * 2014-08-20 2014-12-17 鲍小志 基于二维层状材料的实用化可饱和吸收器件及其制备方法
JP2017528925A (ja) * 2014-09-22 2017-09-28 イムラ アメリカ インコーポレイテッド 低キャリア位相ノイズファイバ発振器
CN104807545B (zh) * 2015-04-17 2017-06-16 天津大学 时空协同高精度的光谱测量装置及方法
US11953427B2 (en) 2015-08-03 2024-04-09 Endress+Hauser Optical Analysis, Inc. Reconstruction of frequency registration for quantitative spectroscopy
CN107923794B (zh) * 2015-08-03 2020-11-10 光谱传感器公司 用于定量光谱的频率配准偏差的重构
CN105423943B (zh) * 2015-10-30 2017-12-15 南京巨鲨显示科技有限公司 高速三维显微成像系统及方法
US10097281B1 (en) 2015-11-18 2018-10-09 Hypres, Inc. System and method for cryogenic optoelectronic data link
US9977311B2 (en) * 2016-03-14 2018-05-22 AOSense, Inc. Optical comb carrier envelope frequency control using a rotating waveplate frequency shifter
US10816828B2 (en) 2016-11-02 2020-10-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Multi-stack graphene structure and device including the same
JP6369528B2 (ja) * 2016-12-14 2018-08-08 ソニー株式会社 調光器、撮像素子および表示装置
US9891500B1 (en) 2017-01-05 2018-02-13 City University Of Hong Kong Systems and methods for optical frequency comb generation using a microring resonator
WO2018129297A1 (en) * 2017-01-05 2018-07-12 Ipg Photonics Corporation Optical frequency comb generator with carrier envelope offset frequency detection
EP3361583B1 (de) * 2017-02-13 2019-12-11 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Erzeugung von laserpulsen und spektroskopie mittels des zeitlichen talboteffekts und zugehörige vorrichtungen
US10224688B2 (en) 2017-05-31 2019-03-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical dual-comb source apparatuses including optical microresonator
US11462881B2 (en) 2017-06-06 2022-10-04 Vescent Photonics LLC Method and device for altering repetition rate in a mode-locked laser
WO2019005824A1 (en) 2017-06-30 2019-01-03 Imra America, Inc. PRECISION FREQUENCY COMBINED
WO2019053487A1 (en) 2017-09-12 2019-03-21 Université De Neuchâtel LASER OR STABILIZED OPTICAL AMPLIFIER AND METHOD OF STABILIZATION
CN111180990B (zh) * 2020-02-24 2021-01-15 华东师范大学重庆研究院 一种光学频率梳自动锁模控制方法及控制系统
JP7149618B2 (ja) * 2020-03-27 2022-10-07 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 可飽和吸収体およびレーザ発振器

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5440573A (en) 1994-03-22 1995-08-08 Imra America, Inc. Method and apparatus for controlling laser emmision wavelength using non-linear effects
US5796761A (en) 1996-09-11 1998-08-18 Trw Inc. High efficiency solid state raman laser system
SE9702175D0 (sv) * 1997-06-06 1997-06-06 Geotronics Ab A laser
US6252892B1 (en) 1998-09-08 2001-06-26 Imra America, Inc. Resonant fabry-perot semiconductor saturable absorbers and two photon absorption power limiters
DE19911103B4 (de) 1999-03-12 2005-06-16 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Erzeugung stabilisierter, ultrakurzer Lichtpulse und deren Anwendung zur Synthese optischer Frequenzen
DE19962047A1 (de) 1999-12-22 2001-06-28 Univ Karlsruhe Vorrichtung zur Stabilisierung der Dynamik von Laser-Systemen
US7190705B2 (en) 2000-05-23 2007-03-13 Imra America. Inc. Pulsed laser sources
FI113719B (fi) 2002-04-26 2004-05-31 Nokia Corp Modulaattori
JP5017765B2 (ja) * 2004-03-30 2012-09-05 日本電気株式会社 光変調器とその製造方法並びに変調光学系とこれを用いた光インターコネクト装置並びに光通信装置
JP2005322864A (ja) * 2004-05-11 2005-11-17 Shinji Yamashita 短パルス光源
US20060114946A1 (en) 2004-11-30 2006-06-01 Yunlong Sun Nonlinear crystal modifications for durable high-power laser wavelength conversion
US20060222024A1 (en) 2005-03-15 2006-10-05 Gray Allen L Mode-locked semiconductor lasers with quantum-confined active region
US7809222B2 (en) 2005-10-17 2010-10-05 Imra America, Inc. Laser based frequency standards and their applications
GB0523522D0 (en) * 2005-11-18 2005-12-28 Sosabowski Jeremy Optical comb frequency source
US8498046B2 (en) * 2008-12-04 2013-07-30 Imra America, Inc. Highly rare-earth-doped optical fibers for fiber lasers and amplifiers
US8120778B2 (en) 2009-03-06 2012-02-21 Imra America, Inc. Optical scanning and imaging systems based on dual pulsed laser systems
US8571075B2 (en) 2010-11-29 2013-10-29 Imra America, Inc. Frequency comb source with large comb spacing
US20080192780A1 (en) * 2007-02-13 2008-08-14 Fei Luo Q-switched all-fibre laser
US20100207520A1 (en) 2007-04-04 2010-08-19 Furong Zhu Light emissive device structure and a method of fabricating the same
US7593606B2 (en) * 2007-07-30 2009-09-22 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical modulator including waveguide grating structure and multiple quantum well layer
FR2920538B1 (fr) * 2007-09-04 2009-11-20 Centre Nat Rech Scient Dispositif de detection heterodyne pour l'imagerie d'un objet par retroinjection
US8194709B2 (en) * 2008-06-11 2012-06-05 Massachusetts Institute Of Technology High-repetition-rate guided-mode femtosecond laser
US8488639B1 (en) * 2009-02-04 2013-07-16 Stc.Unm Systems and methods having a frequency comb
EP2419973A4 (de) * 2009-04-13 2016-03-23 Univ Singapore Auf graphen basierende sättigungsfähige absorber und verfahren
US20110006837A1 (en) 2009-06-02 2011-01-13 Feng Wang Graphene Device, Method of Investigating Graphene, and Method of Operating Graphene Device
US8279900B2 (en) * 2009-07-24 2012-10-02 Advalue Photonics, Inc. Mode-locked two-micron fiber lasers
US7957433B2 (en) * 2009-07-24 2011-06-07 Advalue Photonics, Inc. Mode-locked two micron fiber lasers
US8554022B1 (en) * 2009-12-21 2013-10-08 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Silicon-graphene waveguide photodetectors, optically active elements and microelectromechanical devices
US8705983B2 (en) 2011-03-25 2014-04-22 Emcore Corporation Radio frequency optical communication system

Also Published As

Publication number Publication date
JP6290077B2 (ja) 2018-03-07
US9787051B2 (en) 2017-10-10
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US8792525B2 (en) 2014-07-29
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US20140321483A1 (en) 2014-10-30
CN103563189A (zh) 2014-02-05

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