DE19642925B4

DE19642925B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung ultrakurzer Impulse mit einstellbaren Repetitionsraten von passiv modenverkoppelten Faserlasern

Info

Publication number: DE19642925B4
Application number: DE19642925A
Authority: DE
Inventors: Martin E. Dr. Ann Arbor Fermann
Original assignee: IMRA America Inc
Current assignee: IMRA America Inc
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2016-10-18
Also published as: JPH09199777A; DE19642925A1; US5701319A

Abstract

Passiv modenverkoppelter Laser, umfassend:
Einrichtungen zum optischen Pumpen des modenverkoppelten Lasers;
einen optischen Resonator zum Einstellen der Energie des Lasers;
Einrichtungen zum Starten und zum Aufrechterhalten der Erzeugung von kurzen optischen Impulsen in dem Resonator;
ein optisches Faser-Verstärkungsmaterial zum Transmittieren der optischen Impulse, wobei die optischen Impulse eine Repetitionsrate von ganzzahligen Vielfachen der fundamentalen Resonatorfrequenz haben;
Einrichtungen zum Ausgeben der Laserenergie von dem Resonator;
Einrichtungen zum Maximieren der Trennung der Impulse innerhalb des Resonators, die mindestens einen sättigbaren Halbleiter-Absorber mit einer Ladungsträger-Lebensdauer umfassen, die kürzer als die fundamentale Resonator-Umlaufzeit und länger als ein Hundertstel der Resonator-Umlaufzeit ist; und
Einrichtungen zum Bereitstellen einer optischen Begrenzung in dem Resonator, um Impulsamplitudenfluktuationen zu minimieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der passiv modenverkoppelten Faserlaser und insbesondere die Erzeugung ultrakurzer Impulse mit einstellbaren Repetitionsraten von passiv modenverkoppelten Faserlasern.
Anwendungen von passiv modenverkoppelten Faserlasern wie beispielsweise den Lasern, die von Fermann in Appl. Phys. B, B58, 197 (1994) beschrieben sind, für die Meßtechnik und zur Erkennung würden in großem Maße von der Verfügbarkeit von hohen Durchschnittsleistungen oder hohen Repetitionsraten profitieren. Unglücklicherweise leiden insbesondere Erbium-Faserlaser typischerweise an starken Einschränkungen auf diesen beiden Gebieten aufgrund der langen Faserlängen, die in den Resonatoren zu verwenden sind. Obwohl durch den Einbau von chirp-modulierten Fasergittern in Faseroszillatoren die Einschränkung der Leistung beseitigt werden kann, wie von Fermann et al., Opt. Lett., 20, 172 (1995) beschrieben, (auf Kosten einer erhöhten Impulsbreite) herrschen die Beschränkungen hinsichtlich der Repetitionsrate noch immer vor. Dieselben Einschränkungen sind in Fasersystemen vorhanden, die auf chirp-modulierter Impulsverstärkung beruhen, wie man in der US-Patentanmeldung Nr. 08/445 287 sieht, die auch dem Lasersystem ein großes Maß an Komplexität hinzufügt.
Die Durchschnittsleistungen von Faserlasern können jedoch erhöht werden, indem man die Resonator-Repetitionsraten durch Verwendung von harmonischer Modenverkopplung erhöht. Frühe Ausführungen von passiv harmonisch modenverkoppelten Systemen wie beispielsweise solchen, die von Yoshida et al., Appl. Phys. Lett., 60, 932 (1992) und Dennis et al., Electron. Lett., 28, 1894 (1992) gezeigt worden sind, bauen einen Unter-Resonator in einen passiv modenverkoppelten Faserlaser ein, um die Repetitionsrate des Lasers zu erhöhen. Unter-Resonatoren führen jedoch zu intrinsisch instabilen Designs, da die Phase zwischen dem Unter- und Hauptresonator gesteuert werden muß. Ferner ist eine Einstellung der Repetitionsrate auch nicht ohne eine Veränderung der Länge des Unter-Resonators möglich. Alternativ konnten die Impuls-Repetitionsraten stabilisiert werden, indem man einen elektro-optischen Modulator in dem Resonator verwendet (C.R. Doerr et al., Opt. Lett., Bd. 19, S. 31-33, 1994). Bei Vorhandensein von optischer Begrenzung bzw. Einschränkung konnten Pulsamplitudenfluktuationen unterdrückt werden und stabile harmonische Modenverkopplung konnte ohne Verwendung von Unter-Resonatoren erhalten werden. Man beachte jedoch, daß die Verwendung von Modulatoren typischerweise eine teure Antriebselektronik und Stabilisationsverfahren für die Resonatorlänge erfordert, da die Resonatorlänge elektronisch an die Repetitionsrate des Modulators angepaßt werden muß.

Kürzlich zeigten Fermann et al. in der US-Patentschrift Nr. 5 414 725 A ein System ohne einen phasenempfindlichen Unter-Resonator, bei dem ein sättigbarer Absorber asymmetrisch innerhalb des Resonators angeordnet war. Das Arbeitsprinzip ist ähnlich dem System mit einem Unter-Resonator, da die Position des Absorbers ebenfalls im wesentlichen einen "Unter-Resonator" definiert. Da jedoch die Wechselwirkung der zwei Impulse in dem sättigbaren Absorber durch Amplitudeneffekte dominiert wird (d.h. der sättigbare Absorber wird vorzugsweise ausgebleicht, wenn zwei Impulse innerhalb seiner Grenzen zusammenstoßen), muß die Phase des "Unter-Resonators" nicht gesteuert werden. Eine Beschränkung des von Fermann et al. vorgeschlagenen Systems liegt jedoch darin, daß die Repetitionsrate mit der Auswahl der Position des sättigbaren Absorbers festgelegt wird und nur eingestellt werden kann, indem man die Elemente im Inneren des Resonators physikalisch bewegt.

Eine Teillösung für das Problem, eine einstellbare Repetitionsrate zu erhalten, wurde kürzlich von Grudinin et al., in Electron. Lett., 29, 1860 (1993) vorgeschlagen, der entdeckte, daß Solitonen-Wechselwirkungen stabile passive harmonische Modenverkopplung in Faserlasern bewirken kann. Wie Grudinin in seiner Originalarbeit postulierte, wird nun allgemein geglaubt (siehe A. N. Pilipetskii et al., Opt. Lett., 20, 189 (1995), S. Gray et al., Opt. Lett., 20, 189 (1995)), daß langlebige akusto-optische Wechselwirkungen zu einer Solitonen-Abstoßung zwischen den Impulsen in einem Faserlaser führen kann; dies führt wiederum zu einem Aufbau eines stabilen harmonisch modenverkoppelten Impulszugs innerhalb einer Zeitdauer von einigen wenigen 10 Millisekunden bis zu einigen wenigen Sekunden.

Bis jetzt sind die von Grudinin et al. vorgeschlagenen Systeme jedoch nicht praktisch verwendbar gewesen, da sie in hohem Maße polarisationsempfindlich sind und nur in Ring-Resonatoren mit sehr langen Fasern mit Resonatorlängen von 15m und länger arbeiten. Der Polarisationszustand des Lasers bei solch langen Faserlängen wird natürlich großen umweltbedingten Schwankungen unterzogen, und somit ist eine maximale stabile Arbeitszeit für diese Laser von nur wenigen Stunden möglich. Ferner wurde von Grudinin et al. keine Vorkehrung getroffen, um eine optische Begrenzung bzw. Einschränkung in dem Resonator zu ermöglichen, welche erforderlich ist, um Impulsamplitudenfluktuationen in harmonisch modenverkoppelten Lasern zu stabilisieren (siehe C.R. Doerr et al.). Da bei passiver harmonischer Modenverkopplung die Abstoßungskräfte innerhalb des Impulses amplitudenabhängig sind, wird die Erzeugung von passiven harmonisch modenverkoppelten Impulsen mit niedrigem Impuls-Flackern am nützlichsten durch eine Vorrichtung zur optischen Begrenzung bzw. Einschränkung unterstützt.

Ferner besteht die Neigung, da die akusto-optischen Wechselwirkungen sehr schwach sind, daß alle kleinen Rest-Reflektionen in dem Resonator den Effekt vollständig verwässern, d.h. bei der Anwesenheit von kleinen Resonator-Reflexionen verteilen sich die Impulse nicht gleichmäßig in dem Resonator, sondern bleiben eher in Impuls-Bündeln zusammen. Da die Resonatoren mit stehenden Wellen intrinsisch an höheren Reflexionen innerhalb des Resonators leiden (siehe K. Tamura et al., Opt. Lett., 18, 220 (1993)) konnte somit passive harmonische Modenverkopplung nicht in Resonatoren mit stehenden Wellen erhalten werden.

Obwohl die Systeme, die von Grudinin et al. vorgeschlagen worden sind, die Eigenschaft haben, Leistungsniveaus von einigen 10 mW zu erzeugen, müssen teure und unpraktische Pumpquellen verwendet werden. Da die Anforderungen an die Pumpleistung von Systemen, die bei Repetitionsraten von einigen hundert MHz arbeiten, leicht Pump-Niveaus von einigen hundert Milliwatt erfordern können, müssen die von Grudinin et al. beschriebenen Systeme voluminöse Ti:Saphir-Laser als Pumpquellen verwenden. Selbst wenn die Ti:Saphir-Laser durch Diodenlaser-Leistungsverstärker des Steuersenders (MOPAs) ersetzt werden, sind die Systemkosten noch immer sehr hoch, da die Herstellung von MOPAs sehr teuer ist.

Im US Patent 5 450 427 A wird ein modenverkoppelter Laser offenbart, der stark dispersive optische Elemente einschließt. Die dispersiven optischen Elemente erhöhen die Pulsbreite der Oszillation innerhalb der Laser-Oszillatoren, was die Nichtlinearität des Laser-Resonators für eine gegebene Pulsenergie reduziert. Als Beispiel wird die offenbarte Technik auf einen mit Erbium dotierten Faserlaser angewendet, bei dem ein gechirptes Faser-Bragg-Gitter als dispersives Element verwendet wird. Durch das Verwenden. einer Kerr-Modeverkoppelungstechnik kann eine hohe Nichtlinearität innerhalb des Resonators des Faserlasers aufrechterhalten werden, was zu einer Erzeugung von Impulsen mit Breiten von Pikosekunden und Energien bis zu 2 nJ führt.

In der DE 195 10 432 A1 wird ein Laser offenbart, bei dem die Emissionswellenlänge durch nichtlineare Effekte gesteuert wird, beispielsweise ein Soliton-Faserlaser. Obwohl die Emissionswellenlängen von solchen Lasern typischerweise auf das Zentrum des Verstärkungsprofils beschränkt ist, wird gemäß der Technik dieses Dokuments unter Ausnutzung von nichtlinearen Effekten eine relativ breite Bandbreitensteuerung durch Erzeugung von signifikantem Verziehen der Verstärkung bereitgestellt. Alle nichtlinearen Effekte in einem Laser-Resonator können verwendet werden, um ein signifikantes Verziehen der Verstärkung und einen breitbandigen Wellenlänge-Abstimmbereich bereitzustellen.

Die DE 44 45 244 A1 offenbart einen gegenüber Umwelteinflüssen stabilen passiv modenverkoppelten Laser. Der Laser gemäß diesem Dokument des Standes der Technik hat die Eigenschaft, Laserenergie in Form von kürzen Pulsen bei einer festen Wiederholungsrate zu erzeugen. Ein besonderes Merkmal eines solchen Lasers ist eine Kompensationseinrichtung zum Kompensieren von Phasenverschiebungen in dem Verstärkungsmaterial und dem Resonator. Durch den Einbau der Kompensationseinrichtung in den Resonator wird erreicht, dass die Laserleistung eines solchen Lasers gegenüber umweltbedingten Störungen unempfindlich ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Faserlaser bereit zu stellen, der die Eigenschaft hat, harmonische Modenverkopplung zu bewirken, die in einer sehr stabilen Weise wiederholbar ist. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen passiv modenverkoppelten Faserlaser bereitzustellen, der die Eigenschaft hat, stabil ultrakurze Impulse mit einstellbaren Repetitionsraten zu erzeugen.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein sättigbarer Absorber in dem Laserresonator bereitgestellt, mit einer Ladungsträger-Lebensdauer, die zehnmal kürzer als die Resonator-Umlaufzeit ist. Bei Vorhandensein von optischer Begrenzung bzw. Einschränkung läßt der sättigbare Absorber harmonische Modenverkopplung in Resonatoren mit stehenden Wellen zu, welche wiederum die Verwendung von gegenüber Umwelteinflüssen stabilen Resonatordesigns zuläßt (siehe Fermann et al., Opt. Lett., 19, 43 (1994)), die auf der Verwendung von einer polarisationserhaltenden Faser als Teil des Faserresonatars beruhen. Somit ist die vorliegende Erfindung in hohem Maße zuverlässig und kann im wesentlichen ohne Bedienungspersonal betrieben werden.

Es ist weitere Zielsetzung vorliegenden Erfindung, den Bedarf an Festkörper-Pumplasern oder MOPAs zu beseitigen, indem man doppelmantelige Fasern in den Oszillator einbaut, wie von Maurer in der US-Patentschrift Mr. 3 808 549 gezeigt. Als Ergebnis kann das gesamte System mit preiswerten Anordnungen von Diodenlasern Mantel-gepumpt werden. Ein optimiertes Lasersystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Erzeugung von durchschnittlichen Ausgangsleistungen von mehreren zehn Milliwatt bei Repetitionsraten von bis zu mindestens 1 GHz zulassen.

Die vorliegende Erfindung ist aus der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen klarer zu verstehen, in denen:
1 ein Diagramm eines gegenüber Umwelteinflüssen stabilen passiv harmonisch modenverkoppelten Faserlasers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine graphische Darstellung eines typischen Impulsspektrums ist, welches durch die Ausführungsform von 1 erzeugt wird;
3 eine graphische Darstellung eines RF-Spektrums eines Impulszugs ist, der bei 150,5 MHz durch die Ausführungsform von 1 erzeugt wird;
4 ein Diagramm ist, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die einen Mantel-gepumpten passiv harmonisch modenverkoppelten Faseroszillator umfaßt;
5 eine graphische Darstellung ist, die die Anzahl von Impulsen in dem Resonator (#pc) zeigt, die gemessen wird, wenn man den Pump-Strom in der Ausführungsform von 4 herauf- und hinunterfährt;
6 ein Diagramm des Resonator-Aufbaus für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, in der der Resonator mit stehender Welle durch einen Ringresonator ersetzt ist und ein sättigbarer Absorber in Transmission arbeitet, und codirektionaler oder unidirektionaler Betrieb mit einem Faserisolator ausgewählt wird;
7 ein Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von optischen Schleifen in dem Resonator ist;
8 ein Diagramm eines gegenüber Umwelteinflüssen stabilen, harmonisch unterteilten Faserlasers ist;
9 ein Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer chirpmodulierten Bragg-Gitterfaser zur Dispersionskompensation innerhalb des Resonators ist;
10 ein Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Elementen zur Abstimmung der Wellenlänge ist, die in den Resonator eingebaut sind;
11 ein Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit nichtlinearen Ganzfaserschleifen für die passive harmonische Modenverkopplung ist.
Eine Ausführungsform eines gegenüber Umwelteinflüssen stabilen passiv harmonisch modenverkoppelten Faserlasers ist in 1 gezeigt. Es wird eine ungefähr 14m lange polarisationserhaltende Erbium-dotierte Faser 1a gezeigt, mit einem Er-Dotierniveau von ungefähr 900 parts per million (ppm, auf das Gewicht bezogen). Durch Verwendung einer weiteren nicht-polarisationserhaltenden undotierten Faser mit angemessener Länge wird die Resonator-Dispersion so eingestellt, daß sie geringfügig negativ ist. Der Resonator enthält auch einen Aufbau wie in Fermann et al., Opt. Lett. 19, 43 (1994) gezeigt, für die Kompensation linearer Polarisationverschiebungen in dem Resonator und zur Stabilisierung der nichtlinearen Polarisationsentwicklung innerhalb des Resonators. In dieser Ausführungsform wird passive Modenverkopplung durch nichtlineare Polarisationsentwicklung durch eine Einstellung der Viertelwellen- und Halbwellenplatten 2 und 3 innerhalb des Resonators sichergestellt, die sich zwischen dem Faserende und dem Polarisator 4 innerhalb des Resonators befinden. Das Ausgangssignal in diesem Laser wird an dem Polarisator 4 innerhalb des Resonators erhalten, wo eine einstellbare Menge des ausgekoppelten Signals durch die Viertelwellenplatte 5 erhalten wird, die sich zwischen dem Polarisator 4 und dem Resonatorspiegel 6 befindet. Der Faserlaser kann entweder mit einer Leistung bis zu 110 mW bei 980 nm von einer ("pigtailed") Einzelmoden-Laserdiode mit Pigtail-Anschluß oder mit einer Leistung bis zu 500 mW von einem MOPA-Laser gepumpt werden. Um passive Modenverkopplung zu starten, kann ein sättigbarer Halbleiter-Absorber 7 an einem Ende des Resonators eingeschoben werden, alternativ kann ein beweglicher Spiegel an einem Ende des Resonators verwendet werden. Der sättigbare Halbleiter-Absorber beruht auf einem epitaktisch gewachsenen 2 μm-Film aus InGaAsP, der sich auf einem reflektierenden Kühlkörper mit Ladungsträger-Lebensdauern zwischen < 1 ns und ungefähr 20 ns befindet. Die Ladungsträger-Lebensdauer der so gewachsenen Proben ist ungefähr 20 ns und kann auf kleinere Werte durch Protonen-Beschuß verkürzt werden. Die Lebensdauer des sättigbaren Absorbers kann mit einer Pump-Probe-Technik gemessen werden.
Bei einer geeigneten Einstellung des Polarisationszustands des Lasers und für ein Pumpleistungsniveau von ungefähr 15mW führt die Verwendung von sättigbaren Absorbern mit Lebensdauern im Bereich von weniger als 1 ns bis 20 ns zu einer selbststartenden passiven Modenverkopplung bei der fundamentalen Resonator-Repetitionsrate.
2 zeigt ein Impulsspektrum, das gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt worden ist. Die erzeugten Impulse haben eine Impulsbreite von ungefähr 200 fs (die eine Gauß'sche-Form annehmen) wie aus Autokorrelationskurven bestimmt und sie sind annähernd bandbreitenbeschränkt. Typischerweise ist eine maximale Impulsenergie von ungefähr 30 pJ aus dem Oszillator erhältlich, ohne Einschränkung seines selbststartenden Betriebs und seiner Zuverlässigkeit.
Um zu bestätigen, daß sättigbare Absorber einer bestimmten Art passive harmonische Modenverkopplung stabilisieren können, wurden die folgenden Experimente erfolgreich durchgeführt.

1. Wenn man das Pumpleistungsniveau des Oszillators auf Niveaus erhöht, die beliebig höher als 15 mW sind, den sättigbaren Absorber 7 entfernt und einen beweglichen Spiegel verwendet, um die passive Modenverkopplung zu starten, kann eine große Anzahl von Impulsen innerhalb einer Resonator-Umlaufzeit erzeugt werden, die Impuls-Trennung war jedoch nicht gleichförmig, sondern die Impulse kamen immer eher in chaotischen Bündeln.
2. Wenn man das Pumpleistungsniveau des Oszillators auf Niveaus erhöht, die beliebig höher als 15 mW sind, und jeden sättigbaren Absorber mit Ladungsträger-Lebensdauern ≤ 5 ns verwendet, führte dies zu selbststartender passiver Modenverkopplung wiederum mit einer hohen Anzahl von Impulsen innerhalb einer Resonator-Umlaufzeit, in der jedoch keine stabilen Repetitionsraten erhältlich waren, und die Impulse kamen in chaotischen Bündeln. Man beachte jedoch, daß für eine Probe mit einer Ladungsträger-Lebensdauer von ungefähr 5 ns eine Trennung der Impulse manchmal möglich war, obwohl das Flackern zwischen den Impulsen in einer Resonator-Umlaufzeit in der Größenordnung von einigen wenigen ns war.
3. Wenn man das Pumpleistungsniveau des Oszillators auf Niveaus erhöhte, die beliebig höher als 15 mW waren und sättigbare Absorber mit Ladungsträger-Lebensdauern > 5 ns verwendete, führte dies wiederum zu selbststartender passiver Modenverkopplung mit hohen Anzahlen von Impulsen innerhalb einer Resonator-Umlaufzeit. Dieses Mal wurde jedoch innerhalb einer Zeitdauer von wenigen Sekunden stabile passive harmonische Modenverkopplung erhalten. In der Tat wurde stabile passive harmonische Modenverkopplung in einem Frequenzbereich von 25 bis 250 MHz erhalten (in Stufen von 4,7 MHz), wobei die höhere Repetitionsrate einfach durch das maximale Pumpleistungsniveau beschränkt war, das von dem MOPA-Laser erhältlich war.

Da das dominierende Impuls-Flackern in einem passiven harmonisch modenverkoppelten Laser in der Tat die Unsicherheit bei der relativen Positionierung der Impulse in Bezug aufeinander innerhalb einer Resonator-Umlaufzeit ist, zeigt sich das Impuls-Flackern als Seitenbanden in dem RF-Spektrum bei der fundamentalen Resonatorfrequenz. In der Tat wurde eine Unterdrückung der RF-Seitenbande von mehr als –30 dB im gesamtem Frequenzbereich von 25 bis 250 MHz erhalten.
Ein RF-Spektrum eines Impulszugs, der bei 150,5 MHz erzeugt worden ist, ist in 3 gezeigt, in der die Seitenbanden bei der fundamentalen Resonator-Umlaufzeit um ungefähr –47 dB unterdrückt sind. Das entsprechende maximale Impuls-Impuls-Flackern innerhalb einer Resonator-Umlaufzeit (PPJC) war, wie man in einem schnellen Oszilloskop beobachtete, kleiner als 100 ps in diesem Fall. Man beachte, daß für Repetitionsraten irgendwo zwischen 25 und 250 MHz stabile passive harmonische Modenverkopplung mit einem ähnlichen Flacker-Verhalten (d.h., einer PPJC < 300 ps) erhalten werden kann. Die PPJC verringert sich mit einer Verringerung des Auskoppelsignals, d.h, für eine Ausgangsimpulsenergie von weniger als 10 pJ kann eine Unterdrückung der Seitenbande von mehr als 50 dB erhalten werden. Die Verwendung von aktiver Stabilisierung der Pumpleistung ergibt eine Unterdrückung der Seitenbande in einer Höhe von 70 dB.
All diese Repetitionsraten können erhalten werden, ohne den Polarisationszustand in dem Laser zu verändern, und sie sind perfekt stabil für ein gegebenes stabiles Pumpleistungsniveau. Auch können mechanische Störungen an den Laser angewendet werden, ohne die Impulsrepetitionsrate zu beeinträchtigen. Mechanische Störungen konnten jedoch zu einer kurzlebigen Erhöhung des Impuls-Flackern führen. Da akusto-optische Impulswechselwirkungen typischerweise starken Resonanzen bei wohldefininierten Impulsrepetitionsraten unterliegen, glaubt man, daß akusto-optische Wechselwirkungen typischerweise stabile passive harmonische Modenverkopplung nur in der Nähe solcher Resonanzen bewirken können (siehe Pilipetskii et al, Opt. Lett. 20, 907, (1995)) und nicht in dem gesamten Frequenzbereich, der mit den sättigbaren Absorbern möglich ist. Somit kann die Verwendung von akustooptischen Wechselwirkungen allein nicht zu wirklich einstellbaren Impulsrepetitionsraten führen, wie hier gezeigt worden ist.

4. Die Dispersion in dem vorstehenden Laser wurde auch eingestellt (indem man die Länge der undotierten Faser veränderte), und es wurde gefunden, daß passive harmonische Modenverkopplung für alle Werte der gesamtem negativen Resonatordispersion möglich war, aber passive harmonische Modenverkopplung war nicht für große Werte (> 50000 fs²) der positiven Resonatordispersion möglich.
5. Schließlich wurden auch Experimente durch Ersetzen der Erbium-dotierten Faser mit einer Faser mit höheren Erbium-Dotierniveaus durchgeführt. Ein sättigbarer Absorber mit einer Ladungsträger-Lebensdauer von ≥ 10 ns konnte typischerweise keine passive harmonische Modenverkopplung für Resonatoren mit fundamentalen Repetitionsraten > 20 MHz bewirken und eher wurde ein kontinuierlicher Q-Switch-Betrieb des Lasers beobachtet. Somit sollte die Ladungsträger-Lebensdauer des sättigbaren Absorbers ungefähr eine Größenordnung kleiner als die Resonator-Umlaufzeit sein, um passive Modenverkopplung zu ermöglichen. Ähnliche Beobachtungen sind auch in anderen Lasersystemen gemacht worden, die durch sättigbare Halbleiter-Absorber modenverkoppelt sind, in denen das Einsetzen des Q-Switch-Betriebs für besonders lange Ladungsträger-Lebensdauern mit der Stabilität des Lasers gegenüber dem Anwachsen von Leistungsschwankungen innerhalb des Resonators verbunden war (z.B. U. Keller et al., Opt. Lett., 18, 217 (1993)).

Daher wird hierdurch gezeigt, daß die Verwendung von sättigbaren Absorbern mit Ladungsträger-Lebensdauern von ungefähr einer Größenordnung kürzer als der Resonator-Umlaufzeit nicht nur die passive Modenverkopplung starten kann, sondern auch die passive harmonische Modenverkopplung stabilisieren kann.
Die Auswahl eines bestimmten sättigbaren Absorbers für die passive harmonische Modenverkopplung wird durch zwei Stabilitätsgrenzen beherrscht:

1. Absorber mit Lebensdauern, die mit der Resonator-Umlaufzeit vergleichbar sind, können keine Art der passiven Modenverkopplung starten, da der Laser dann kontinuierlich den Q-Switch-Betrieb startet.
2. Absorber mit Lebensdauern << der Resonator-Umlaufzeit können passive Modenverkopplung nicht starten, da die Impulse in dem Resonator in Bündeln zusammen bleiben.

Da ein passiv harmonisch modenverkoppelter Faserlaser ein hochkomplexes nichtlineares System ist, spielt eine Vielzahl von Effekten eine Rolle bei der Stabilisierung der Impuls-Repetitionsraten. Eine langlebige Impuls-Abstoßungskraft scheint direkt von den sättigbaren Absorbern herzustammen, da die Stabilisierung von der Ladungsträger-Lebensdauer abhängt. Ferner kann die nichtlineare Polarisationsentwicklung zu einer optischen Begrenzung bzw. Einschränkung in dem Resonator führen (C.R. Doerr et al., Opt. Lett., 19, 31 (1994)), welche bei Anwesenheit des sättigbaren Absorbers zu einer Impulstrennung führen kann.
In der Tat ist eine optische Begrenzung bzw. Einschränkung immer vorhanden, wenn passive harmonische Modenverkopplung erhalten wird, wie durch Verändern der Pumpleistung an den Laser und Überwachen der Ausgangs-Impulsenergie des Lasers und der Impulsenergie des Signals, das an dem Polarisator innerhalb des Resonators zurückgeworfen worden ist, (unter Verwendung eines schnellen Fotodetektors) verifiziert.
Während eine Veränderung der angelegten Pumpleistung zu entsprechenden Veränderungen der zurückgeworfenen Impulsenergie an dem Polarisator führt, bleibt die Ausgangs-Impulsenergie annähernd konstant (d.h. eine Veränderung der Energie des zurückgeworfenen Impulses von ±50% wird von einer Veränderung der Ausgangs-Impulsenergie von weniger als ±5% begleitet). Da sich eine optische Begrenzung bzw. Einschränkung aus der sinusförmigen Reaktion des nichtlinearen Reflexionsvermögen auf die differentielle nichtlineare Phasenverzögerung zwischen den zwei linearen Polarisations-Eigenmaden des Lasers ergibt (siehe C.R. Doerr et al.), kann somit eine Sättigung des Reflexionsvermögens bei einer gegebenen Impulsenergie erhalten werden (d.h. für eine gegebene nichtlineare Phasenverzögerung der Impulse, die in dem Laser oszillieren). Daher werden alle Veränderungen der Pumpleistung absorbiert, und eine stabile Amplitude aller Impulse innerhalb einer Resonator-Umlaufzeit wird erhalten. In der Tat ist es, um passive harmonische Modenverkopplung zu erhalten, in hohem Maße nützlich, daß ein Polarisationszustand ausgewählt ist, der eine optische Begrenzung bzw. Einschränkung zuläßt.
Da vorstehend optimierte sättigbare Absorbergestaltungen für passive harmonische Modenverkopplung beschrieben worden sind, ist es gleichermaßen möglich, solche Absorber für die Stabilisierung von Impulsrepetitionsraten in Mantel-gepumptem passiv harmonisch modenverkoppelten Faserlasern zu verwenden, die somit die Ersetzung der MOPA-Pumplaser mit preiswerten Diodenlaser-Arrays zulassen.
Eine Ausführungsform eines Mantel-gepumpten passiv harmonisch modenverkoppelten Faseroszillators ist in 4 gezeigt. Eine einzelne 4m lange Er³⁺-dotierte Faser 8, die mit Yb³⁺ sensibilisiert werden ist, wird als ein Verstärkungsmaterial verwendet (J.D. Minelly et al., IEEE Photonics Technology Lett., 5, 301 (1993)), wobei das Pumpen von Er³⁺ über Energie-Übertragung von Yb³⁺ zugelassen ist. Die Faser 8 ist mit ungefähr 800 ppm (pro Mol) Er und ungefähr 8000 ppm (pro Mol) Yb dotiert. Der Kerndurchmesser ist 6 μm und die numerische Apertur ist NA = 0,16. Um sättigbare Absorber mit Ladungsträger-Lebensdauern von 20 ns verwenden zu können, ist die Resonatorlänge so eingestellt, daß sich eine fundamentale Resonator-Umlaufzeit von ungefähr 100 ns ergibt. Daher ist eine 6,6m lange undotierte Corning SMF-28 Faser 9 dem Resonator hinzugefügt. Da eine 0,6m lange undotierte Corning DC-Faser (Faser mit positiver Dispersion, nicht gezeigt) auch Teil des Resonators ist, ist die gesamte Resonatorumlaufzeit 120 ns, was eine fundamentale Impulsrepetitionsrate von 8,33 MHz ergibt. Die Umlauf-Dispersion des Resonators wurde auf D₂ = –0,26 ps² geschätzt.
Die aktive Faser 8 wird mit einem breitflächigen Standard-Diodenarray 11 mit 1W, einer Fläche von 100 × 1μm, der bei 973 nm arbeitet, über einen dichroitischen Spiegel 10 gepumpt. Unter Verwendung eines Abbildungssystems mit einem Abbildungsmaßstab von 1 kann eine Kopplungseffizienz von bis zu 60% in den Innenmantel der aktiven Faser erhalten werden. Wie in den vorstehend beschriebenen Experimenten wird die nichtlineare Polarisationsentwicklung bei Fermann et al, Opt. Lett. 19, 43 (1994), verwendet, als der Modenverkopplungsmechanismus im statischen Zustand und zur optischen Begrenzung bzw. Einschränkung, bei dem ein gegenüber Umwelteinflüssen stabiler Resonator ähnlich dem vorstehend beschriebenen verwendet wird. Für das Starten des Impulses und um eine passive harmonische Modenverkopplung zu ermöglichen, kann ein sättigbarer InGaAsP-Absorber 12 mit einer gemessenen Ladungsträger-Lebensdauer von 15 ns verwendet werden. Für die Bequemlichkeit des Experiments befindet sich der Absorber 12 an dem der Pumpvorrichtung gegenüberliegenden Ende.
Aufgrund der großen Anzahl an Elementen innerhalb des Resonators und der relativ ineffizienten Faser wird eine maximale cw-Ausgangsleistung von nur 7,5 mW von dem Laser in 4 erhalten. Bei modenverkoppeltem Betrieb war die maximale Ausgangsleistung 2,5 mW. Bei der maximalen Impulsrepetitionsrate von 128,6 Mhz entspricht dies einer Impulsenergie von 20 nJ.
Die Anzahl der Impulse in dem Resonator (#pc), die gemessen wird, wenn man den Pumpstrom herauf- und hinunterfährt, ist in 5 gezeigt. Ein Pumpstrom von 1400 mA entspricht einer eingekoppelten Pumpleistung von ungefähr 500mW. In diesem Experiment wurde die Pumpleistung von Hand herauf- und hinuntergefahren, wobei darauf geachtet wurde, ein Stabilitätsregime für eine bestimmte Anzahl von Impulsen in dem Resonator nicht zu "verpassen". Eine beträchtliche Menge an Hysterese wird zwischen dem Herauf- und Hinunterfahren der Pumpleistung beobachtet. Während beim Herauffahren des Lasers dem Resonator gelegentlich mehr als ein Impuls zu der vorhergehenden Impulsanzahl #pc hinzugefügt wird, fällt die Impulsanzahl #pc beim Hinunterfahren zuverlässig nach und nach ab (mindestens für diese relativ niedrigen Impulsanzahlen #pc). Somit ist die untere Stabilitätsgrenze für eine bestimmte Impulsanzahl #pc besser definiert.
Ferner wird, wenn die Pumpleistung schnell heraufgefahren wird (durch Einschalten der Laserdiode), typischerweise eine höhere Impulsanzahl #pc als bei einer langsamen Herauffahrgeschwindigkeit erhalten. Mindestens für diese relativ niedrigen Impulsanzahlen #pc ist die Impulsanzahl #pc eine sehr reproduzierbare Funktion von sowohl der Pumpleistung als auch der Herauffahrgeschwindigkeit. Eine Langzeitverschiebung kann ferner durch Verringern der relativ langen Länge der Faser mit niedriger Doppelbrechung ausgeschlossen werden.
Typischerweise wurde das niedrigste Impuls-Flackern in der Mitte von jedem Stabilitätsplateau erhalten, wobei eine PPJC von weniger als 300 ps für alle Frequenzen ≥ 33 MHz erhalten wurde. Eine Abnahme des Impuls-Flackerns wurde bei einem Anstieg der Repetitionsrate beobachtet, und eine PPJC von 50 bis 100 ps wurde bei Impulsraten von ungefähr 100 MHz erhalten. Für eine PPJC von weniger als 100 ps ist eine Unterdrückung der Seitenbande von ≥ 50 dB erhalten worden.
In dieser Ausführungsform sollten die Impulse eine Halbwerts-Impulsbreite von ungefähr 600 fs haben. Impulse mit Breiten zwischen 200 bis 300 fs können leicht erhalten werden, indem man eine Dispersions-Kompensation des Resonators mit einer längeren Länge der Faser mit positiver Dispersion in dem Resonatar durchführt.
Schließlich kann die vorliegende Erfindung auch verwendet werden, um zu ermöglichen, daß Mantel-gepumpte Faserlaser bei höheren Repetitionsraten mit höheren Durchschnittsleistungen arbeiten. Außer einer Reduzierung der Verluste innerhalb des Resonators kann die Ausgangsleistung erhöht werden, indem man doppelmantelige Fasern mit größeren Primär-Manteln verwendet, welche die Verwendung von breiteren Dioden mit höherer Pumpleistung zulassen. Daher sind Impulsrepetitionsraten von bis zu mindestens 1 GHz mit ensprechenden cw-Ausgangsleistungen bis zu 20 mW gut erreichbar.
Daher sorgt die vorliegende Erfindung zum ersten Mal für passive harmonische Modenverkopplung, die durch sättigbare Absorber in Faserlasern bewirkt wird. Entsprechend können sättigbare Absorber nicht nur für das Starten der passiven Modenverkopplung und für die Impulsformung bei passiver Modenverkopplung verwendet werden, sondern auch für die Minimierung des Impuls-Flackerns bei passiver harmonischer Modenverkopplung. Somit läßt die Verwendung von sättigbaren Absorbern den Aufbau von passiv modenverkoppelten Lasern mit Repetitionsraten zu, die einstellbar sind, indem man das Pumpleistungsniveau des Lasers verändert. Die Verwendung von gegenüber Umwelteinflüssen stabilen Resonatorgestaltungen läßt auch die Ausnutzung von Nichtlinearitäten von Kerr-Typ und optischer Begrenzung bzw. Einschränkung für einen weiteren Anstieg der Stabilität dieser Laser zu. Die Verwendung von doppelmanteligen Fasern läßt die Verwendung von preiswerten Diodenlaser-Arrays zum Pumpen der Faserlaser zu.
Obwohl die hier beschriebenen Ausführungsformen ein System umfassen, das auf Erbium-dotierten Fasern als Verstärkungsmaterial beruhen, kann natürlich jede andere seltenerddotierte Faser statt dessen verwendet werden.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Resonator mit stehender Welle durch einen Ringresonator 16 und einem sättigbaren Absorber 17, der in Transmission arbeitet, ersetzt werden, wobei codirektionaler oder unidirektionaler Betrieb mit einem Faserisolator 18 ausgewählt wird. Ein gattungsbildender Resonatoraufbau für solch ein System ist in 6 gezeigt. Wieder können hier auch doppelmantelige und Dispersionskompensations-Fasern verwendet werden. Zusätzliche Auskopplung kann mit einem separaten Ganz-Faserkoppler ("all-fiber coupler") (nicht gezeigt) erhalten werden.
7 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform, bei der die zwei Resonator-Gestaltungen, die vorstehend beschrieben worden sind, modifiziert werden können, indem man optische oder Faserschleifen in dem Resonator verwendet. Wieder können sättigbare Absorber die entweder in Transmission oder Reflexion arbeiten, verwendet werden. Hier könnte die Anordnung mit dem Polarisator P und den Resonatorspiegeln M4, M5 mit einer Ganzfaserversion ("all-fiber version") ersetzt werden. Alternativ könnte eine Ganzfaserschleife auf beiden Seiten der Verstärkungsfaser verwendet werden. Für den Fall einer Einzelmoden- bzw. Monomoden-Ganzfaser könnte der Spiegel M2 mit einem Ganzfaser-Wellenlängenmultiplexkoppler ersetzt werden; im Fall einer doppelmanteligen Faser könnte ein Multimoden-Wellenlängenmultiplex-Koppler verwendet werden.
Gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann harmonische Unterteilung verwendet werden, um das Impuls-Flackern in den vorstehenden Systemen zu minimieren. Ein Beispiel für eine harmonisch unterteilte Resonatorgestaltung ist in 8 gezeigt. In 8 ist ein Resonator mit stehender Welle mit einem sättigbaren Absorber SA gezeigt, bei dem sich der Absorber nicht an einem Resonatorende befindet, um harmonische Unterteilung zu ermöglichen (wie in der US-Patentschrift Nr. 5 414 725 von Fermann et al. erklärt). Die Resonatorlänge L und nL sind auch in dieser Patentschrift beschrieben worden. Wiederum konnte Auskopplung erhalten werden, in dem man einen zusätzlichen Faserkoppler (nicht gezeigt) verwendete.
Wie auch in 8 gezeigt, ist harmonische Unterteilung mit einem gegenüber Umwelteinflüssen stabilen Resonatordesign verträglich, bei dem nichtlineare Polarisationsentwicklung die Impulsformung durchführt und für eine optische Begrenzung bzw. Einschränkung sorgt.
In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann eine chirpmodulierte Bragg-Gitterfaser CFBG ("chirped fiber Bragg grating") für die Dispersionskompensation innerhalb des Resonators verwendet werden. Die chirpmodulierte Bragg-Gitterfaser kann an den Resonator gespleißt werden oder direkt in die Verstärkungsfaser geschrieben werden, wie in 9 gezeigt. Eine Faser mit Doppelmantel oder Einzelmantel kann hier verwendet werden, wobei natürlich für die Einmoden-Faser das Dioden-Array mit einem Einmoden-Diodenlaser ersetzt werden sollte.
Gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform, die in 10 gezeigt ist, können Elemente zur Abstimmung der Wellenlänge wie beispielsweise Etalons, Filter, doppelbrechende Abstimmplatten oder Volumengitter in die vorstehend beschriebenen Resonatoren eingebaut werden. Wie in den vorstehenden Beispielen können Fasern mit Einzelmantel oder Doppelmantel verwendet werden, und M2 kann mit einem Ganzfaser-Wellenlängenmultiplex-Koppler ersetzt werden. Wie in 10 gezeigt kann mehr als ein sättigbarer Absorber in dem Resonator verwendet werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 11 gezeigt ist, werden nichtlineare Ganzfaserschleifen ("all-fiber loop") für die passive harmonische Modenverkopplung verwendet. Hier bewegt sich das Licht im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn rund um die Schleife auf der rechten Seite des Resonators (siehe I. M. Duling III, Opt. Lett., 16, 539 (1991)). Da die Intensitätsniveaus für die zwei Lichtwege typischerweise unterschiedlich sind, kann eine nichtlineare Impulsverkürzung und optische Begrenzung bzw. Einschränkung erhalten werden, sobald die Impulse an dem Koppler interferieren. Die ganze Faser kann polarisationserhaltend sein und eine lineare gegenüber Umwelteinflüssen unempfindliche Phasenverschiebung kann zwischen dem sich im Uhrzeigersinn und dem sich entgegen dem Uhrzeigersinn fortbewegenden Licht bewirkt werden, indem man die Polarisationssteuerungsvorrichtung PC2 mit einer nichtreziproken ("nonreciprocal") linearen Phasenverschiebungsvorrichtung wie in dem Einschub in 11 gezeigt ersetzt. Anstatt eine Schleife auf der linken Seite des Resonators zu verwenden, kann ein einzelner Anschluß bzw. eine einzelne Führung des Kopplers verwendet werden und an dem sättigbaren Absorberspiegel angebracht werden. Gleichermaßen kann, wenn nur einer der Koppleranschlüsse auf der linken Seite des Resonators verwendet wird, ein Polarisator zwischen dem Ende des Koppleranschlusses und dem sättigbaren Absorber eingeschoben werden. Ferner kann, um den Koppler zusätzlich vorzuspannen, eine Faraday-Drehvorrichtung zwischen dem Ende des Koppler-Anschlusses und dem Polarisator eingeschoben werden.
Alle hier zitierten Zeitschriftenartikel und US-Patentschriften sind hierdurch ausdrücklich durch Bezugnahme eingeschlossen. Da viele Ausführungsformen der Erfindung hier beschrieben worden sind, ist es für die Fachleute klar, daß weitere Modifikationen innerhalb des Umfang der Erfindung gemacht werden können, und es ist beabsichtigt, daß das vollständige Ausmaß der Erfindung durch die folgenden Patentansprüche bestimmt wird.
Die Erzeugung von ultrakurzen Impulsen mit einstellbaren Repetitionsraten von passiv modenverkoppelten Faserlasern wird gezeigt. Durch Einschieben von sättigbaren Halbleiter-Absorbern mit Lebensdauern in der Größenordnung von 10 ns in Faserlaser mit Resonator-Umlaufzeiten in der Größenordnung von 100 ns wird passive harmonische Modenverkopplung erhalten, die zu der stabilen Erzeugung von Impulsen bei ganzzahligen Vielfachen der fundamentalen Resonatorfrequenz führt. Für Polarisationszustände, die eine optische Begrenzung der Laser zulassen, werden Impulse in einem Frequenzbereich zwischen 20 und 500 MHz erhalten, bei denen unterschiedliche Repetitionsraten einfach ausgewählt werden können, indem man das Pumpleistungsniveau an dem Resonator verändert. Das Impuls-Flackern innerhalb einer Resonator-Umlaufzeit wird gemessen, wobei es zwischen 300 ps und 50 ps liegt, wobei Seitenbanden in der Frequenzdomäne um bis zu 70 dB unterdrückt werden können. Der sättigbare Absorber wirkt sowohl, um die Resonatorrepetitionsrate zu stabilisieren als auch um die passive Modenverkopplung zu starten, wobei die nichtlineare Polarisationsentwicklung verwendet wird, um die Modenverkopplung aufrecht zu erhalten und um Amplitudenfluktuationen der Impulse zu unterdrücken, indem er für eine optische Begrenzung sorgt. Praktische Ausführungsformen können erhalten werden, indem man gegenüber Umwelteinflüssen stabile Resonatorgestaltungen in polarisationserhaltenden Einzelmantel- und Doppelmantelfasern verwendet, wobei die Doppelmantel-Fasergestaltung das Pumpen der Faserlaser mit breitflächigen Diodenlaser-Arrays zulassen.

Claims

Passiv modenverkoppelter Laser, umfassend: Einrichtungen zum optischen Pumpen des modenverkoppelten Lasers; einen optischen Resonator zum Einstellen der Energie des Lasers; Einrichtungen zum Starten und zum Aufrechterhalten der Erzeugung von kurzen optischen Impulsen in dem Resonator; ein optisches Faser-Verstärkungsmaterial zum Transmittieren der optischen Impulse, wobei die optischen Impulse eine Repetitionsrate von ganzzahligen Vielfachen der fundamentalen Resonatorfrequenz haben; Einrichtungen zum Ausgeben der Laserenergie von dem Resonator; Einrichtungen zum Maximieren der Trennung der Impulse innerhalb des Resonators, die mindestens einen sättigbaren Halbleiter-Absorber mit einer Ladungsträger-Lebensdauer umfassen, die kürzer als die fundamentale Resonator-Umlaufzeit und länger als ein Hundertstel der Resonator-Umlaufzeit ist; und Einrichtungen zum Bereitstellen einer optischen Begrenzung in dem Resonator, um Impulsamplitudenfluktuationen zu minimieren.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, in dem die kurzen Impulse durch eine schnelle Kerr-Nichtlinearität aufrechterhalten werden.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, in dem die optische Begrenzung durch eine schnelle Kerr-Nichtlinearität bewirkt wird.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend Einrichtungen zum Kompensieren von linearen Phasenverschiebungen des Verstärkungsmaterials.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 4, ferner umfassend eine Viertel- und eine Halbwellenplatte zum Steuern der linearen Phasenverzögerung zwischen zwei Polarisations-Eigenmoden der Faser.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Polarisator, mindestens einen Resonatorspiegel und eine zweite Viertelwellenplatte, die sich zwischen dem Polarisator und dem Resonatorspiegel befindet, der am dichtesten am Polarisator liegt, für eine einstellbare Auskopplung.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend Einrichtungen zum Steuern der Dispersion in dem Resonator, bestehend aus einer Dispersionskompensations-Faser oder einer chirpmodulierten Bragg-Gitterfaser.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem das Verstärkungsmaterial eine mit einem Seltenerdmaterial dotierte Glasfaser ist.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem das Verstärkungsmaterial eine Glasfaser, die mit einem Seltenerdmaterial dotiert ist, und einen Doppelmantel umfaßt, und der durch ein Dioden-Array gepumpt wird.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 7, bei dem die chirpmodulierte Bragg-Gitterfaser direkt in das Verstärkungsmaterial geschrieben ist und das Verstärkungsmaterial durch die chirpmodulierte Bragg-Gitterfaser gepumpt wird.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem mindestens einer der sättigbaren Absorber an ein Ende des Resonators angefügt ist.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem ein Faserkoppler zum Auskoppeln verwendet wird.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend einen teilweise reflektierenden sättigbaren Absorber zum Auskoppeln.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem die Faser eine Doppelbrechung < 5 × 10^–7 hat.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 4, bei dem das Verstärkungsmaterial eine Doppelbrechung > 1 × 10^–7 hat, um die nichtlineare Impulsformung durch nichtlineare Polarisationsentwicklung zu stabilisieren.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 4, ferner umfassend: einen Polarisator, der sich an einem Ende des Resonators befindet; eine Doppelmantel-Faser, die an der optischen Faser angebracht ist; wobei die Einrichtung zum Reflektieren einen Resonatorendspiegel umfaßt, der sich an einem zweiten Ende des Resonators befindet, und wobei die Einrichtungen zum Kompensieren; eine erste Faraday-Dreheinrichtung, die sich vor dem Resonatorendspiegel befindet; und eine zweite Faraday-Dreheinrichtung umfassen.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 16, ferner umfassend eine Viertel- und eine Halbwellenplatte, um die lineare Phasenverzögerung zwischen den zwei Polarisations-Eigenmoden der Faser zu steuern.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 17, ferner umfassend mindestens einen Resonatorspiegel und eine zweite Viertelwellenplatte, die sich zwischen dem Polarisator und dem Resonatorspiegel befindet, der am dichtesten am Polarisator liegt, für eine einstellbare Auskopplung.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 16, bei dem eine der Faraday-Dreheinrichtungen mit einem Resonatorspiegel kombiniert ist, um einen Faraday-Drehspiegel darzustellen.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 16, bei dem ein Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung > 1 × 10^–7 hat und ein weiterer Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung von < 1 × 10^–7 hat und die optische Faser mit niedrigerer Doppelbrechung sich vor dem Resonatorendspiegel befindet.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 17, bei dem ein Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung von > 1 × 10^–7 und ein weiterer Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung von < 1 × 10^–7 hat und die optische Faser mit niedrigerer Doppelbrechung sich vor dem Resonatorendspiegel befindet.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 18, bei dem eine der Faraday-Dreheinrichtungen mit einem Resonatorspiegel kombiniert ist, um einen Faraday-Drehspiegel darzustellen.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 18, bei dem ein Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung von > 1 × 10^–7 und ein weiterer Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung von < 1 × 10^–7 hat und die optische Faser mit niedrigerer Doppelbrechung sich vor dem Resonatorendspiegel befindet.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 15, ferner umfassend eine Viertel- und eine Halbwellenplatte, um die lineare Phasenverzögerung zwischen zwei Polarisations-Eigenmoden der Faser zu steuern.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 15, ferner umfassend einen Polarisator, mindestens einen Resonatorspiegel und eine zweite Viertelwellenplatte, die sich zwischen dem Polarisator und dem Resonatorspiegel befindet, der am dichtesten am Polarisator liegt, für eine einstellbare Auskopplung.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 24, ferner umfassend einen Polarisator, mindestens einen Resonatorspiegel und eine zweite Viertelwellenplatte, die sich zwischen dem Polarisator und dem Resonatorspiegel befindet, der am dichtesten am Polarisator liegt, für eine einstellbare Auskopplung.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, wobei die optische Faser zur Bildung eines Ringresonators angeordnet ist.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, wobei der Resonator eine Faserschleife umfaßt.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, wobei der Resonator eine optische Schleife umfaßt.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend Elemente zur Wellenlängenabstimmung, umfassend Etalons, optische Filter, doppelbrechende Abstimmplatten und/oder Volumengitter.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, wobei sich einer der sättigbaren Absorber bei einem Abstand eines Umlaufs L von dem Resonatorspiegel entfernt befindet, und der Rest des Resonators eine Umlauflänge nL (n = ganze Zahl) hat, so daß ein harmonisch unterteilter Fabry-Perot-Resonator erhalten wird.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 16, wobei sich mindestens einer der sättigbaren Absorber bei einem Abstand von L von einem der zwei Resonatorspiegel entfernt befindet, wobei ein harmonisch unterteilter Resonator erzeugt wird.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 2, wobei mindestens einer der sättigbaren Absorber an ein Ende des Resonators angefügt ist, ferner umfassend einen teilweise reflektierenden sättigbaren Absorber zum Auskoppeln.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 2, ferner umfassend einen teilweise reflektierenden sättigbaren Absorber zum Auskoppeln.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 4, bei dem mindestens einer der sättigbaren Absorber an ein Ende des Resonators angefügt ist.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 4, ferner umfassend einen teilweise reflektierenden sättigbaren Absorber zum Auskoppeln.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 7, bei dem mindestens einer der sättigbaren Absorber an ein Ende des Resonators angefügt ist.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 7, ferner umfassend einen teilweise reflektierenden sättigbaren Absorber zum Auskoppeln.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtungen zum Pumpen einen Halbleiter-Diodenlaser umfassen.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 39, bei dem der Halbleiter-Diodenlaser ein Einzelmoden-Diodenlaser oder ein Laserdioden-Array ist.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem die Faser eine Doppelbrechung > 1 × 10^–7 hat.
Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 29, ferner umfassend: ein Einzelmoden- oder ein Doppelmantel-Faserverstärkungsmaterial; einen Faraday-Drehspiegel mit einer Faraday-Dreheinrichtung und einem Spiegel, zum Kompensieren von linearen Phasenverschiebungen in der Doppelmantel-Faser und der optischen Faser; einen Polarisator; und eine Halbwellenplatte, die mit dem Polarisator zusammenwirkt, um jegliche Drehung der Polarisationsrichtung, die durch den Faraday-Drehspiegel bewirkt worden ist, zu kompensieren.