DE4445244A1

DE4445244A1 - Gegenüber Umwelteinflüssen stabile passiv moden-verkoppelte Faserlaser-Impulsquelle

Info

Publication number: DE4445244A1
Application number: DE4445244A
Authority: DE
Inventors: Martin E Fermann; Donald J Harter
Original assignee: IMRA America Inc; University of Michigan
Current assignee: IMRA America Inc; University of Michigan
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2014-12-20
Also published as: US5923686A; DE4445244B4; US8548014B2; JPH0851246A; US20100074279A1; JP3803979B2; US8130799B2; US20120219020A1; US5689519A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Gerät und ein Verfahren zur Erzeugung von Laser-Energie und insbe sondere auf passiv moden-verkoppelte bzw. phasenverriegelte Laser, um ultrakurze Impulse mit verstärkter Stabilität be reitzustellen.

Sowohl aktiv moden-verkoppelte als auch passiv moden-verkop pelte Laser sind in der Laser-Technik wohlbekannt. Beispiels weise können moden-verkoppelte Laser als Quellen für ultra kurze Impulse unter Verwendung von Einmoden-Fasern, die mit seltenen Erden dotiert sind, gebildet werden, um eine kom pakte, ultraschnelle Technologie bereitzustellen. Eine beson ders nützliche Faser-Impulsquelle beruht auf passiver Moden- Verkopplung vom Kerr-Typ. Solch eine Impulsquelle kann unter Verwendung weithin erhältlicher Standard-Faserkomponenten zu sammengestellt werden, wobei Impulse an der Bandbreiten-Grenze von Seltenerd-Faserlasern mit Gigahertz-Wiederholungsraten be reitgestellt werden.

Jede praktisch verwendbare Ultrakurz-Impulsquelle auf Faserba sis muß gegenüber Umwelteinflüssen stabil sein, um kommerziell verwendbar zu sein. Wie nachstehend berichtet wird, bezieht sich der Ausdruck "gegenüber Umwelteinflüssen stabil" auf eine Impulsquelle, die im wesentlichen immun gegenüber einem Ver lust an Impulserzeugung aufgrund von Umwelteinflüssen wie bei spielsweise Temperaturveränderungen ist und die höchstens nur geringfügig empfindlich gegenüber Druckschwankungen ist. Im Gegensatz dazu sind herkömmliche Ultrakurz-Impulsquellen auf Faserbasis sowohl gegenüber Temperatur- als auch Druckschwan kungen anfällig, und es ist eine konstante Überwachung und Steuerung durch Bedienungspersonal erforderlich, um die Im pulserzeugung aufrecht zu erhalten.

Um die Stabilität eines Ultrakurz-Impulsquellenresonators ge genüber Umwelteinflüssen anzusprechen, ist Moden-Verkopplung vom Kerr-Typ in einer Erbium-dotierten Faser, die die Polari sation aufrechterhält, vorgeschlagen worden. Beispielsweise wird in einem Dokument mit dem Titel "Passive mode locking by using nonlinear polarization evolution in a polarization maintaining erbium-doped fiber", Fermann, M. E. et al., OPTICS LETTERS/Bd. 18, Nr. 11, 1. Juni 1993, S. 894-896, dessen Of fenbarung hiermit durch Bezugnahme enthalten ist, Moden-Ver kopplung vom Kerr-Typ beschrieben, welche eine differentielle Anregung von zwei linear polarisierten fundamentalen Eigenmo den der Erbium-dotierten Faser, die die Polarisation aufrecht erhält, umfaßt. Die zwei fundamentalen Eigenmoden speichern eine differentielle nichtlineare Phasenverzögerung nach einem bestimmten Fortpflanzungsabstand. Aufgrund der Interferenz der Eigenmoden an einem Polarisator wird die nichtlineare Phasen verzögerung in eine Amplituden-Modulation übertragen, die aus reichende Impuls-Verkürzung pro Rundlauf bereitstellen kann, wobei passive Moden-Verkopplung bereitgestellt wird.

Solche passive Moden-Verkopplung hat jedoch deutliche Nach teile. Beispielsweise ist die Amplitudenmodulation auch emp findlich gegenüber der linearen Phasenverzögerung zwischen den zwei interferierenden Eigenmoden. Da die lineare Phasenverzö gerung Temperatur- und Druckschwankungen in der die Polarisa tion aufrechterhaltenden Erbium-dotierten Faser unterworfen ist, ist eine kontinuierlich einstellbare Phasensteuerung nö tig, um stabile Moden-Verkopplungsvorgänge sicherzustellen.

Bei einem weiteren Versuch, den Instabilitätsproblemen eines Resonators als Quelle für ultrakurze Impulse zu begegnen, wird Moden-Verkopplung vom Kerr-Typ in einem sogenannten "achtförmigen Laser" (d. h. F8L) verwendet. Ein F8L wird in einem Dokument mit dem Titel "Polarization maintaining figure-8 laser", von D. Taverner et al., präsentiert bei dem Treffen der Optical Society of America über das Thema der Phä nomene nichtlinear geführter Wellen bei Cambridge, 1993, Paper WC No. 3 beschrieben. In diesem Dokument wird Amplitudenmodu lation in einem Faserlaser, der die Polarisation aufrechter hält, unter Verwendung von Moden-Verkopplung vom Kerr-Typ be schrieben. Wie dort beschrieben, wird aufgrund der Reziprozi tät des polarisationserhaltenden F8L die Verwendung einer Pha sensteuerung vermieden, denn die lineare Phasenverzögerung entlang zweier interferierender Polarisationsrichtungen des F8L ist immer 0.

Der beschriebene F8L hat jedoch deutliche Nachteile. Bei spielsweise wird die passive Phasenmodulation sehr ineffizient in die Amplitude übertragen. Es sind daher lange Längen der die Polarisation aufrechterhaltenden Faser (beispielsweise größer als 300 Meter) in dem Resonator erforderlich, um pas sive Moden-Verkopplung zu erhalten, und durch den F8L erzeugte Impulse haben relativ lange Dauer (z. B. größer als 2 Picose kunden). Ferner werden die Impulse mit einer relativ kleinen Impulsenergie erzeugt (beispielsweise kleiner als 10 Pico joule), und der F8L ist auf einen relativ kleinen Stabilitäts bereich beschränkt. Da hoch-doppelbrechende Fasern in dem Re sonator verwendet werden, ist eine genaue Justierung der Ver bindungsstellen zwischen den Faserbestandteilen erforderlich, womit Komplexität und Kosten der Laser-Anordnung steigen.

Ein weiterer Versuch, die Empfindlichkeit der Phasenverzöge rung gegenüber Umwelteinflüssen zwischen den zwei interferie renden Eigenmoden eines moden-verkoppelten Faser-Laserresona tors vom Kerr-Typ (oder in diesem speziellen Fall die Phasen verzögerung zwischen den Polarisations-Eigenmoden der Faser) zu beseitigen, wurde kürzlich von I. N. Duling III und R. D. Esnam in einem Dokument mit dem Titel "Single-Polarisa tion Fibre Amplifier", Electronics Letters, 4. Juni 1992, Bd. 28, Nr. 12 beschrieben. Darin wird ein Faraday-Drehspiegel in Verbindung mit einem Polarisator verwendet, um sicherzustel len, daß der ausgegebene Polarisationszustand eines Faserver stärkers von umweltbedingten Störungen unabhängig ist. Wie be schrieben, ist die Technik aus mehreren Gründen nicht für die Verwirklichung in einem moden-verkoppelten Faser-Laser vom Kerr-Typ geeignet. 1. Die lineare Phasenverzögerung zwischen den Polarisationseigenmoden wird auf exakt Null nach einem Um lauf kompensiert und kann nicht eingestellt werden. 2. Der Faraday-Drehspiegel dreht den Polarisationszustand um 90° nach einem Umlauf, was zu einem vollständigen Verlust des Signal lichts bei dem Polarisator führt, wobei das Einsetzen von Laser-Oszillation verhindert wird. 3. Die Entwicklung nichtli nearer Polarisation wird durch dieses einfache Verfahren nicht gesteuert, was für den Betrieb eines moden-verkoppelten Faserlasers notwendig wäre.

Demgemäß wäre es wünschenswert, eine gegenüber Umwelteinflüs sen stabile Quelle für ultrakurze Impulse zur Verfügung zu stellen, bei der keine Eingabe von Bedienungspersonal und/oder kontinuierliche Phasensteuerung erforderlich ist, um Stabili tät aufrecht zu erhalten. Ferner wäre es wünschenswert, solch eine Impulsquelle in einer kosteneffektiven Weise bereitzu stellen, um eine kommerziell verwendbare Quelle für ultrakurze Impulse zur Verfügung zu stellen, die für solche Verwendungen wie beispielsweise Kommunikationsumgebungen geeignet ist.

Die vorliegende Erfindung richtet sich darauf, eine gegenüber Umwelteinflüssen stabile Quelle für ultrakurze Impulse bereit zustellen. Beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf passiv moden-verkoppelte Quellen für ultrakurze Impulse, die im wesentlichen unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen sind und die nur vernachlässigbare Empfindlichkeit gegenüber Druckschwankungen besitzen. Ferner können beispielhafte Aus führungsformen in einer kosteneffektiven Weise verwirklicht werden, die sie kommerziell verwendbar machen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Überwachung und Steue rung durch Bedienungspersonal unter Verwendung von zusätzli chen Phasen-Einstellungseinrichtungen unnötig. Faserlängen in der Größenordnung von 1 bis 2 Metern können verwendet werden, um ultrakurze Impulse in einer kosteneffektiven Architektur bereitzustellen, die kommerziell verwendbar ist. Relativ hohe Wiederholungsraten können erreicht werden, ohne daß die kom plexen Modulationsverfahren der aktiven Techniken erforderlich sind, und ohne daß sie anfällig für Instabilitäten werden, die typischerweise mit den anderen bekannten passiven Techniken verbunden sind.

Allgemein gesagt beziehen sich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf einen passiv moden-verkoppelten Laser mit Einrichtungen zur Erzeugung von Laser-Energie und Einrichtungen zum Pumpen der Erzeugungseinrichtungen von Laser-Energie. Die Erzeugungseinrichtungen für Laser-Energie umfassen einen Resonator. Gemäß beispielhaften Ausführungsfor men umfaßt der Resonator ein Verstärkungsmaterial, um Energie in dem Resonator zu verstärken, Einrichtungen zum Reflektieren von Energie entlang einer Achse, die durch das Verstärkungsma terial durchgeht, und Einrichtungen zum Ausgeben von Laser energie, die in dem Resonator erzeugt wurde. Der Resonator um faßt ferner mindestens eine Faraday-Dreheinrichtung, um li neare Phasenverschiebungen zwischen den Polarisationseigenmo den der Faser zu kompensieren, und Einrichtungen, um die li neare Polarisation der Energie in dem Resonator umzuwandeln. In alternativen Ausführungsformen sind Faserkomponenten, die die Polarisation nicht aufrechterhalten, in dem Resonator ent halten, um die Resonator-Architektur zu vereinfachen und die Kosten der Anordnung zu verringern.

Die vorliegende Erfindung kann ferner unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen ver standen werden, worin ähnliche Elemente mit denselben Bezugs zeichen versehen sind. In den Zeichnungen

zeigt Fig. 1 eine beispielhafte Ausführungsform der vorlie genden Erfindung, die die Verwendung der passiven Moden-Ver kopplung vom Kerr-Typ eines mit mit Erbium dotierten Faserlasers umfaßt;

zeigt Fig. 2 eine beispielhafte Ausführungsform eines Koordi natensystems, um die Entwicklung der Polarisation in einem Re sonator zu beschreiben;

zeigen Fig. 3A und 3B Impulsspektren, die an jedem Ende ei nes beispielhaften Stabilitätsbereichs eines Lasers erhalten wurden;

zeigt Fig. 4 das Autokorrelationsverhalten eines erzeugen Im pulses;

zeigt Fig. 5 eine alternative Ausführungsform eines passiv moden-verkoppelten Lasers gemäß der vorliegenden Erfindung;

zeigt Fig. 6 eine alternative Ausführungsform, die einen zu sätzlichen Faserkoppler zum Auskoppeln oder zum Auskoppeln an einem Faraday-Drehspiegel umfaßt; und

zeigt Fig. 7 eine alternative Ausführungsform, die einen sät tigbaren Absorber oder eine Faser-Streckvorrichtung zum Initi ieren eines Moden-Verkopplungsvorgangs umfaßt.

In der Ausführungsform von Fig. 1 wird eine gegenüber Um welteinflüssen stabile lineare Phasenverzögerung zwischen zwei interferierenden Polarisations-Eigenmoden eines moden-verkop pelten Faserlasers vom Kerr-Typ bereitgestellt. In der Ausfüh rungsform von Fig. 1 wird ein passiv moden-verkoppelter Laser im allgemeinen mit 100 bezeichnet und umfaßt eine Einrichtung zum Erzeugen von Laser-Energie, die im allgemeinen als ein Laser-Resonator 200 bezeichnet wird. Die Einrichtung zum Erzeugen von Laser-Energie kann beispielsweise ein Fabry-Perot Resonator sein. Der passiv moden-verkoppelte Laser 100 umfaßt ferner eine Einrichtung zum Pumpen der Einrichtung zum Erzeu gen-von Laser-Energie, wobei die Pumpeinrichtung im allgemei nen mit 300 bezeichnet wird.

In der Ausführungsform von Fig. 1 umfaßt der Laser-Resonator 200 ein Verstärkungsmaterial 202, um Energie in dem Resonator 200 zu verstärken. Das Verstärkungsmaterial kann jede mit Sel tenen Erden dotierte Faser sein, die die Eigenschaft hat, Lichtverstärkung (d. h. Verstärkung) bereitzustellen. Für die Zwecke der folgenden Diskussion wird Bezug auf einen optisch gepumpten Laser mit einer aktiven Faser, die mit Erbium-Ionen dotiert ist, als das Verstärkungsmaterial 202 genommen. Fach leute werden jedoch einschätzen, daß mit anderen Seltenen Er den dotierte Fasern, beispielsweise mit Neodym-Ionen dotierte Fasern verwendet werden können. Ferner ist die vorliegende Er findung nicht auf Faser-Laser beschränkt, sondern kann auch mit anderen Laser-Typen verwendet werden, beispielsweise Volu men-Festkörperlasern mit einem Verstärkungsmaterial aus Volu men-Festkörpermaterialien, und Halbleiterlasern. Optisches oder elektrisches Pumpen kann verwendet werden, obwohl opti sches Pumpen im allgemeinen für die Verwendung mit Volumen- Festkörperlasern bevorzugt ist, während elektrisches Pumpen im allgemeinen für die Verwendung mit Halbleiterlasern bevorzugt ist.

Der Laser-Resonator 200 umfaßt ferner Einrichtungen zum Re flektieren von Energie entlang einer Achse, die durch das Ver stärkungsmaterial durchgeht, wobei die Achse im allgemeinen durch den Pfeil 204 bezeichnet wird. Die Einrichtung zum Re flektieren von Energie umfaßt einen ersten Resonatorspiegel 206, der sich an einem ersten Ende des Resonators 200 befin det. Der Resonatorspiegel 206 reflektiert Signallicht in dem Resonator 200. Der Resonatorspiegel kann jeder Standard-Laser spiegel sein, der leicht erhältlich ist und den Fachleuten be kannt ist.

In einer beispielhaften Ausführungsform wirkt der Resonator spiegel 206 auch als eine Einrichtung zum Ausgeben von Laser- Energie. In solch einer Ausführungsform hat der Resonatorspie gel 206 zwei Funktionen; er reflektiert einen Teil der auf ihn eintreffenden Energie zurück in den Laser-Resonator 200, und er läßt den verbleibenden Teil durch den Resonator-Spiegel 206 entweichen, wobei Energie-Auskopplung bereitgestellt wird. Al ternativ kann der erste Resonatorspiegel 206 eine von einer Auskoppeleinrichtung separate Reflexionseinrichtung sein, falls erwünscht.

Die Ausführungsform von Fig. 1 enthält zwei interferierende Polarisationsrichtungen von einem moden-verkoppelten Faserlaser vom Kerr-Typ. Diese interferierenden Polarisationsrichtungen umfassen zwei linear polarisierte Eigenmoden einer hoch-doppelbrechenden Faser (HBF). In der beispielhaften Ausführungsform von Fig. 1 kann die als das Verstärkungsmaterial 202 verwendete, mit Erbium dotierte Faser eine hoch-doppelbrechende Faser sein.

Die interferierenden Polarisationsrichtungen können unter Be zugnahme auf Fig. 2 besser verstanden werden. Fig. 2 veran schaulicht einen Querschnitt 203 der hoch-doppelbrechenden, mit Erbium dotierten Faser in dem Verstärkungsmaterial 202. In dem Koordinatensystem von Fig. 2 können die mit x und y be zeichneten Achsen als die zwei interferierenden Polarisations richtungen betrachtet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Resonator 200 von Fig. 1 auch niedrig-doppelbrechende Fasern (LBF) umfassen. In beispielhaften Ausführungsformen ist die Länge der in dem Re sonator 200 verwendeten niedrig-doppelbrechenden Faser 220 re lativ kurz im Vergleich zu der Länge der hoch-doppelbrechenden Faser (z. B. in der Größenordnung von acht bis zehn Mal kür zer). Bei der hoch-doppelbrechenden Faser dominiert dadurch die nichtlineare Impulsformung, wobei solch eine Impulsformung in der niedrig-doppelbrechenden Faser vernachlässigbar ist.

Durch Verwendung sowohl der hoch-doppelbrechenden als auch der niedrig-doppelbrechenden Faser in dem Resonator können Kopp lungseinrichtungen, die die Polarisation nicht aufrechterhal ten, verwendet werden, um Licht in den Laser-Resonator ein- und aus ihm auszukoppeln. Solch ein Merkmal vereinfacht die Laser-Anordnung und -Einbettung, und verringert deutlich die Gesamtkosten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt der Laser-Resonator 200 ferner Einrichtungen zum Kompensieren linearer Phasenver schiebungen des Verstärkungsmaterials 202. Beispielsweise um faßt eine Einrichtung 210 zum Kompensieren von Phasenverschie bungen mindestens eine Vorrichtung, um in dem Resonator er zeugtes polarisiertes Licht zu steuern und kompensiert dadurch lineare Phasenverschiebungen des Verstärkungsmaterials 202.

Beispielsweise sind Faraday-Drehspiegel bekannte Vorrichtun gen, die jeden Polarisationszustand, der auf sie eintrifft, um 90° drehen und reflektieren. Die Einrichtung zum Kompensieren von Phasenverschiebungen kann daher mindestens einen Faraday- Drehspiegel umfassen, um lineare Phasenverschiebungen zwischen den Polarisations-Eigenmoden eines Verstärkungsmaterials 202 wie beispielsweise der mit Erbium dotierten Faser zu kompen sieren.

In einer beispielhaften Ausführungsform beseitigt die Einrich tung zum Ausgleichen von Phasenverschiebungen lineare Phasen verschiebungen zwischen den zwei Polarisationseigenmoden des Laser-Resonators 200 durch Verwendung eines angeschlossenen Faraday-Drehspiegels 210 als einen zweiten Resonatorspiegel der Reflexionseinrichtung. Der Faraday-Drehspiegel 210 kann eine 45°-Dreheinrichtung sein, die die Polarisation des re flektierten Lichts um 90° relativ zum einfallenden Licht dreht. Reflektiertes Licht bewegt sich daher das Verstärkungs material 202 herunter zurück in einem exakt orthogonalen Pola risationszustand fort.

Aufgrund des Faraday-Drehspiegels 210 und einer später be schriebenen Faraday-Dreheinrichtung ist die gesamte Phasenver zögerung zwischen den Polarisations-Eigenmoden der Faser nach einem Umlauf exakt Null. Nichtlineare Phasenveränderungen bleiben unkompensiert und sammeln sich entlang den Polarisati ons-Eigenmoden der hoch-doppelbrechenden Faser nach Reflexion durch den Faraday-Drehspiegel 210 an. Da bei der hoch-doppel brechenden Faser zufällige Moden-Verkopplung beseitigt ist, und da die niedrig-doppelbrechende Faser eine relativ kurze Länge hat, werden die nichtlinearen Phasenveränderungen durch die relative Leistung in den Polarisations-Eigenmoden be herrscht und sind nicht anfällig gegenüber umweltbedingten Einflüssen.

Durch den Faraday-Drehspiegel 210 wird auch räumliches Loch brennen in dem Laser-Resonator 200 beseitigt, wobei die In itiation von Impulserzeugung weitere verbessert wird. Durch den Faraday-Drehspiegel wird eine zweite Polarisationsrichtung be reitgestellt, die um 90° gedreht ist, wodurch eine relativ konstante Intensität entlang der Resonatorlänge bereitgestellt wird. Zusätzlich unterdrückt der Faraday-Drehspiegel unechte Rückreflexionen von resonatorinternen Faserenden (z. B. Fasern mit dem Verstärkungsmaterial 202, die in dem Resonator 200 enthalten sind) und beseitigt konsistent kontinuierlichen Laser-Hintergrund. Beispielsweise wird gestreutes Licht, das zurück zu dem Faraday-Drehspiegel 210 reflektiert wird, in dem Drehspiegel gedreht und von einem Polarisator 216 absorbiert werden.

Der Faraday-Drehspiegel kompensiert ferner Wegwandern der Po larisations-Eigenmoden von der mittleren Gruppengeschwindig keit, was in einer hoch-doppelbrechenden Faser signifikant sein kann. Fachleute werden einschätzen, daß die unterschied lichen Brechungsindizes der die Polarisation aufrechterhalten den Faser dazu führen, daß Licht sich schneller entlang einer Achse der Faser (z. B. x-Achse) als entlang der anderen Achse (z. B. y-Achse) fortbewegt. Innerhalb jedes Umlaufs von Licht in dem Resonator breiten sich Impulse des Lichtsignals weiter hin aus. Der Faraday-Drehspiegel 210 verhindert jedoch solch ein Wegwandern von der mittleren Gruppengeschwindigkeit, indem er mit jeder Reflexion das Lichtsignal um 90° dreht, so daß Impulse des Lichtsignals, die sich während eines Umlaufs aus breiten, während eines darauffolgenden Umlaufs dichter zusam men kommen.

Der Faraday-Drehspiegel kann an einem Punkt in dem Laser-Reso nator 200 eingebaut sein, an dem das Wegwandern zwischen Pola risations-Eigenmoden maximal ist. Somit kann die Nichtlineari tät von Faserkomponenten vor dem Faraday-Drehspiegel verrin gert werden, um ungewollte Nichtlinearität der niedrig-doppel brechenden Faser zu minimieren. Mit diesen Eigenschaften kann gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung relativ lan ger Längen der niedrig-doppelbrechenden Faser gegenüber Um welteinflüssen stabiler Betrieb erzielt werden.

Die Einrichtung zum Kompensieren von Phasenverschiebungen kann ferner eine zweite Faraday-Dreheinrichtung 212 umfassen. Der zweite Faraday-Drehspiegel 212 ist auch eine 45°-Faraday-Dreh einrichtung, die sich in einer beispielhaften Ausführungsform an zentraler Stelle in dem Resonator befinden kann, um die Po larisationsdrehung des Faraday-Drehspiegels 210 zu kompensie ren.

Obwohl durch die Einrichtung zum Kompensieren von Phasenver schiebung Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen bereitgestellt wird, ist eine Umwandlung- der Polarisation nötig, damit die Entwicklung nichtlinearer Polarisation für Moden-Verkopplung optimiert wird. Dieser Vorgang wird durchgeführt, indem man eine Einrichtung zum Umwandeln der linearen Polarisation von Energie einschließt, beispielsweise eine oder mehrere Volumen- Wellenplatten 214 in den Laser-Resonator 200 einbaut, um eine lineare Phasenverzögerung einzuführen. Der Resonator von Fig. 1 umfaßt auch den Polarisator 216. Polarisations-Eigenmoden interferieren an dem Polarisator 216 in dem Resonator. Der Po larisator 216 kann jedes optische Polarisator-Element sein.

Die durch die Wellenplatte 214 induzierte Veränderung der Po larisation hängt von der Neigung und Drehung der Wellenplatte oder Wellenplatten ab. Obwohl durch die Verwendung einer ein zelnen Wellenplatte die Streuung von Licht minimiert wird, können zwei Wellenplatten verwendet werden, um unabhängige Steuerung der Elliptizität und des Drehwinkels des elliptisch polarisierten Lichts bereitzustellen. Die durch die Wellen platte oder eine beliebige Anzahl an Wellenplatten oder jede beliebige Polarisations-Umwandlungseinrichtung induzierte Veränderung der Polarisation wird hinsichtlich der Polarisa tionsachse des Polarisators 216 betrachtet. Die mit Erbium do tierte Faser aus Verstärkungsmaterial 202 kann an jeder Achse hinsichtlich des Polarisators ausgerichtet sein. Die Umwand lung der Polarisation wird dann einzig durch sein Gesamtergeb nis definiert; d. h., bei der Umwandlung der Polarisation wird das von dem Polarisator 216 entkommende linear polarisierte Licht in elliptisch polarisiertes Licht mit einer Elliptizität Ψ umgewandelt, wobei die Ellipse um einen Winkel α hinsicht lich der x-Achse der Faser gedreht ist, und wobei der Tangens von Ψ b/a ist; wobei b und a die kleinere und größere Achse der Polarisationsellipse sind.

Die Darstellung dieser Umwandlung der Polarisation auf der Poincar´-Kugel (die in dem Gebiet wohlbekannt ist) ist (0,0) → (2Ψ,2α). In der Anwesenheit der zwei Faraday- Dreheinrichtungen 210 und 212 wird das nichtlineare Reflexionsvermögen R(P) als eine Funktion der resonatoreigenen Leistung P in dem Resonator vollständig durch diese Umwandlung der Polarisation definiert (d. h. durch die Werte für Ψ und α), und ein effektives, nichtlineares Reflexionsvermögen R(P) des Resonatorspiegels 206 kann wie folgt definiert werden:

R(P) = f(α,Ψ,Φ_n1(α,Ψ,P)) (1)

worin f(α,Ψ,Φ_n1(α,Ψ,Φ_n1)) eine Funktion von α,Ψ,Φ_n1(α,Ψ,P) dar stellt, und Φ_n1(α,Ψ,P) eine differentielle, nichtlineare Pha senverzögerung ist, die sich zwischen den Polarisations-Eigen moden der hoch-doppelbrechenden Faser als eine Funktion der resonatoreigenen Leistung P angesammelt hat. Der Bereich von R(P) ist zwischen 0 und 1. Passive Moden-Verkopplung wird er halten, wenn R(P) mit einem Ansteigen von P ansteigt.

Der passiv moden-verkoppelte Laser der beispielhaften Ausfüh rungsform von Fig. 1 umfaßt ferner eine Laser-Pumpeinrichtung 300. Die Pumpeinrichtung umfaßt eine Energiequelle (z. B. elektrische oder optische Energiequelle, hängt von dem Laser typ ab), die allgemein als eine Pumpe 302 dargestellt wird. In der Ausführungsform von Fig. 1, bei der eine Erbium-Faser als das Verstärkungsmaterial 202 verwendet wird, kann die Pumpe 302 eine optische Pumpe sein.

Eine Wellenlängenmultiplex-Kopplungseinrichtung 304 wird zum Ankoppeln der Pumpeinrichtung an den Resonator 200 be reitgestellt. Die Wellenlängenmultiplex-Kopplungseinrichtung kann jeder Multiplexer sein, der Pumpen des Laser-Resonators 200 ohne Verlust an Signallicht zuläßt; d. h. einer, der dif ferentielle Kopplung zwischen der Pumpe 302 und dem Signal licht zuläßt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Pumpe 302 Energie in dem 980 Nanometer-Wellenlängenbereich er zeugen, und die Wellenlängenmultiplex-Kopplungseinrichtung kann ein Aster WDM 1550/980 zum Aufnehmen eines 980 Nanometer- Pumpstrahls und eines 1550 Nanometer-Signalstrahls sein.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfassen der erste Faraday-Drehspiegel 210 und die Wellenlängenmultiplex-Kopp lungseinrichtung 304 niedrig-doppelbrechende Fasern. Fachleute werden jedoch einschätzen, daß solche eine Konfiguration nur als Beispiel vorliegt. Es ist in den hier beschriebenen bei spielhaften Ausführungsformen nur wichtig, daß die Gesamtlänge der hoch-doppelbrechenden Faser in dem Resonator 200 relativ lang im Vergleich mit den niedrig-doppelbrechenden Faserab schnitten ist.

Gemäß der beispielhaften Ausführungsform von Fig. 1 startet der hoch-doppelbrechende Faserabschnitt an dem resonatorinter nen Faserende des Verstärkungsmaterials 202 (d. h. direkt ne ben einer ersten Linse 208) im Resonator oder so dicht wie möglich an diesem Ende, um sicherzustellen, daß eine Menge an Leistung in den Polarisations-Eigenmoden der hoch-doppelbre chenden Faser absolut konstant bleibt. Der erste Faraday-Dreh spiegel 210, die Wellenlängenmultiplex-Kopplungseinrichtung 304 und die hoch-doppelbrechende Faser 218 können in einer beispielhaften Ausführungsform miteinander unter Verwendung von Schmelz-Verbindungsstellen verbunden sein.

Die beispielhafte Ausführungsform von Fig. 1 umfaßt ferner Einrichtungen zum Fokussieren von erzeugter Energie entlang der Achse 204. Die Fokussiereinrichtung von Fig. 1 umfaßt mindestens die erste Linse 228, um von dem Verstärkungsmate rial 202 erhaltene Energie auf den ersten Resonatorspiegel 206 zu fokussieren und um Energie von dem Resonatorspiegel 206 auf das Verstärkungsmaterial 202 zu richten. Die Linse kann jedes optische Element sein, das zum Fokussieren von Licht von dem Verstärkungsmaterial erhältlich ist. In beispielhaften Ausfüh rungsformen sollte der Brennpunkt der Linse so ausgewählt sein, daß er mit dem ersten Resonatorspiegel 206 zusammen fällt, so daß die Leistungsdichte auf dem Resonatorspiegel 206 maximal ist. In ähnlicher Weise sollte der Brennpunkt der Linse ausgewählt sein, so daß er mit der maximalen Leistungs dichte auf dem Verstärkungsmaterial 202 zusammenfällt.

In einer beispielhaften Verwirklichung eines Resonators wurden 2,6 Meter (m) hoch-doppelbrechende Faser mit 0,6 m niedrig doppelbrechender Faser vom Standard-Kommunikationstyp verwen det. Die hoch-doppelbrechende Faser hatte eine Polarisations- Überlagerungslänge von 10 Zentimeter (cm) bei der Laser-Wel lenlänge von 1,567 Mikrometern (µm). Sie hatte eine effektive Kernfläche von 28 µm, und die numerische Apertur war 0,19. Die hoch-doppelbrechende Faser war mit ∼5 × 10¹⁸ Erbium-Ionen/cm³ dotiert.

Fachleute werden einschätzen, daß die Konfiguration des Laser systems der Ausführungsform von Fig. 1 nur als Beispiel vor liegt und daß alternative Ausführungsformen gemäß der vorlie genden Erfindung verwendet werden können. Beispielsweise kann die ganze Konfiguration von Fig. 1 umgedreht werden, so daß der Faraday-Drehspiegel auf der linken Seite des Resonators ist und der Resonatorspiegel 206 auf der rechten Seite des Re sonators ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die exakten Orte des Faraday-Drehspiegels 210 und der Faraday-Dreheinrichtung 212 leicht durch die Fachleute bestimmt werden. Gemäß beispielhaf ten Ausführungsformen definieren jedoch der Faraday-Drehspie gel 210 und die Faraday-Dreheinrichtung 212 einen resonatorin ternen Bereich des Resonators 200, in dem sich alle Fasern (d. h. hoch-doppelbrechende Fasern und niedrig-doppelbre chende) befinden.

Ferner werden Fachleute einschätzen, daß sich in einer alter nativen Ausführungsform die niedrig-doppelbrechende Faser 220, die die Polarisation nicht aufrechterhält, sich zwischen der Linse 228 und dem Verstärkungsmaterial 202 befinden kann. In solch einer Ausführungsform kann die Erbium-dotierte hoch-dop pelbrechende Faser in der Wellenlängenmultiplex-Kopplungsein richtung 304 und/oder dem Faraday-Drehspiegel 210 enthalten sein. Noch einmal werden die Fachleute einschätzen, daß wei tere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung leicht ver wirklicht werden können, wobei die relativen Längen der nied rig-doppelbrechenden Faser und der hoch-doppelbrechenden Faser in dem resonatorinternen Teil des Resonators 200 wichtig sind. Gleichermaßen können Abschnitte der Faser mit unterschiedli chen Größen der Dispersion der Gruppengeschwindigkeit aneinan dergehängt werden, um die Energie der oszillierenden Impulse zu maximieren.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform können ein 80% re flektierender Resonatorspiegel 206 und ein mit einer Anti-Re flexionsbeschichtung versehender (nachstehend AR-beschichte ter) Prismenpolarisator 216 verwendet werden. Ferner können eine AR-beschichtete 45°-Faraday-Dreheinrichtung 212 mit einer 4 mm-Blende und eine AR-beschichtete Quarz-Wellenplatte null ter Ordnung 214 verwendet werden. Die Wellenplatte 214 kann mit einer Dicke von 3 mm in optischer Verbindung sein. Das re sonatorinterne Faserende, das mit der hoch-doppelbrechenden Faser 218 in Kontakt steht, kann bei einem Winkel von 10° ge schnitten sein und muß nicht AR-beschichtet sein. Ein bewegli cher Resonatorspiegel 206 kann in einer beispielhaften Ausfüh rungsform für die Verschiebung entlang der Achse 204 und zum Starten des Moden-Verkopplungs-Vorgangs verwendet werden.

Gemäß einem beispielhaften Betrieb der Ausführungsform von Fig. 1 können Impulse so kurz wie 360 Femtosekunden oder weni ger mit einem Energiegehalt von annähernd 60 Picojoule erzeugt werden. Schwankungen der Pumpleistung von beispielsweise plus oder minus sieben Prozent werden keine Instabilitäten wie bei spielsweise das Einsetzen eines kontinuierlichen Laser-Hinter grunds (d. h. eines Laser-Ausgangssignals, das nicht vollstän dig moden-verkoppelt ist) oder Vielfach-Impulserzeugung ein führen.

Stabile Moden-Verkopplung kann mit beispielhaften Werten von δ = 130° und α = 10° erhalten werden, wobei δ die Einzeldurchlauf-Phase entlang den Achsen der Wellenplatte darstellt. Wenn die Wellenplatte 214 und der Polarisator 216 einmal eingestellt sind, ist zusätzliche Einstellung unnötig, und sie können dauerhaft fest bleiben. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist der Laser unempfindlich gegenüber Störungen der niedrig-doppelbrechenden Faser und den zulässigen Störungen der hoch-doppelbrechenden Faser, wenn die Störungsperiode groß verglichen mit seiner Interferenzlänge ist. Selbst, wenn eine starke Störung angelegt wird (z. B. durch Anlegen einer starken Verdrillung an die Faser) und Moden-Verkopplung verloren geht, springt die Faser, wenn sie einmal freigesetzt wird, zu ihrer Originalposition und ihren Moden-Verkopplungseigenschaften zurück. Ferner sind solche beispielhaften Ausführungsformen unempfindlich gegenüber verbleibenden resonatorinternen Rest-Reflexionen.

Ferner kann eine Moden-Verkopplungs-Schwelle erreicht werden, die beispielsweise 50% höher als das Pumpleistungsniveau von 70 mW ist (gemessen vor der Wellenlängenmultiplex-Kopplungs einrichtung), bei der reine Einzelimpulse ohne kontinuierliche Wellen in dem Resonator erhalten werden können. In einer al ternativen Ausführungsform kann die Moden-Verkopplungs- Schwelle verringert werden, indem man ein AR-beschichtetes re sonatorinternes Faserende einbaut.

Beispielhafte Impulsspektren an den Rändern eines beispielhaf ten Stabilitätsbereichs sind in den Fig. 3A und 3B gezeigt. Wenn die Pumpleistung erhöht wird, werden die Impulse kürzer und ihre Spektralbreite verbreitert sich, was zu einer erhöh ten Anzahl von Solitonenperioden pro Resonatorlänge und einem entsprechend erhöhten Verlust an Energie in eine dispersive Welle (wie durch die erhöhte Höhe der spektralen Resonanzen angedeutet) führt.

Ein typisches Autokorrelationsverhalten von beispielhaften Im pulsen ist in Fig. 4 gezeigt. Die erzeugten Impulse sind ge zeigt, wobei sie eine typische FWHM (d. h. Halbwertsbreite) von 360 fsek. mit einem Zeit-Bandbreitenprodukt von ∎ 0,30 für eine exponentiell abfallende (z. B. sech²) Impulsform umfas sen, und sie sind vollständig frei von Rausch-Hintergrund mit niedrigem Pegel. Die Wiederholungsrate der Impulse beträgt 27 MHz, und die durchschnittliche Impulsenergie, die hinter der Auskoppeleinrichtung gemessen wird, ist 10 Picojoule. Man beachte, daß eine Impulsenergie von 60 Picojoule oder höher entzogen werden kann, wenn das von dem Polarisator zurückgeworfene Licht verwendet wird. Diese Werte verschieben sich in eine beispielhafte durchschnittliche resonatorinterne Impulsenergie von 55 Picojoule, was eine nichtlineare Umlaufs- Phasenverzögerung von ungefähr 1,1 π ergibt, was mit Ergebnissen vergleichbar ist, die in die Polarisation nicht aufrechterhaltenden moden-verkoppelten Standard-Faserlasern vom Kerr-Typ erhalten wurden.

Fachleute werden einschätzen, daß alternative Ausführungsfor men der vorliegenden Erfindung möglich sind. Beispielsweise können Veränderungen an der grundlegenden Laser-Resonatorge staltung, zusätzlich zu den bereits erwähnten, gemäß der vor liegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann, eher als Volumen-Komponenten für einen Polarisator, eine Wel lenplatte, eine Faraday-Dreheinrichtung, einen Resonatorspie gel und eine Linse zu verwenden, integrierte oder angeschlos sene Komponenten verwendet werden, um dieselben Funktionen auszuführen.

Ferner können alternative Resonatorgestaltungen verwendet wer den, um Laserenergie auszugeben. In Fig. 5 umfaßt ein alter nativer Resonator einen leicht erhältlichen angeschlossenen, All-Faserpolarisator oder -Polarisationsstrahlteiler (FPBS) 502 und zwei leicht erhältliche Faserkollimatoren 504 (FC). Auskoppelung kann an dem All-Faserpolarisator oder -Polarisa tionsstrahlteiler 502 erhalten werden, und zusätzliche Faser isolatoren (FI) 506 können verwendet werden, um unerwünschte Rückreflexionen von dem Faser-Ausgang zu unterdrücken.

In Fig. 6 umfaßt eine alternative Ausführungsform eines Reso nators eine Auskopplungseinrichtung 603 an dem Faraday-Dreh spiegel 210 oder eine zusätzliche Faser-Auskopplungseinrich tung über den Faserisolator 602 anstelle der Auskopplungsein richtung bei den Polarisatoren.

In Fig. 7 umfaßt eine alternative Ausführungsform eines Reso nators einen sättigbaren Halbleiter-Absorber 702 oder eine Fa ser-Streckvorrichtung 704, um den Moden-Verkopplungsprozeß an zuregen. Durch solche Merkmale wird es unnötig, den Resonator spiegel 206 zu bewegen, um den Moden-Verkopplungsprozeß in Be wegung zu bringen.

Der sättigbare Absorber 702 kann jeder sättigbare Halbleiter- Absorber sein, der auf einem Substrat gebildet ist, und dessen Bandkante sich in der Nähe der durch den Resonator erzeugten Laser-Wellenlängen befindet. Für die Zwecke der folgenden Dis kussion wird jedoch Bezug auf einen sättigbaren Vielfach-Quan tentopf (MQW)-Absorber genommen, der beispielsweise auf All nAs-Barrieren und GaInAs-Töpfen beruhen kann. Die Sättigungs energie des sättigbaren Absorbers kann an die Solitonenenergie des Faserlasers angepaßt sein, und die gesamte Resonatorlänge kann an die Solitonenperiode angepaßt sein, um Impulserzeugung mit hoher Qualität ohne Rausch-Hintergrund mit niedrigem Pegel sicherzustellen.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der sät tigbare Absorber als das Haupt-Moden-Verkopplungselement ver wendet werden. In diesem Fall gibt es keinen Bedarf an hoch doppelbrechender Faser, und der Resonator kann vollständig mit die Polarisation nicht aufrechterhaltenden Fasern zusammenge stellt sein. Die Faraday-Elemente dienen somit nur, um den Po larisationszustand in dem Resonator zu stabilisieren.

Während die vorstehenden Ausführungsformen wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, werden Fachleute leicht einschätzen, daß alternative Ausführungsformen der Er findung leicht verwirklicht werden können. Beispielsweise kann die in der Ausführungsform von Fig. 1 veranschaulichte Linse die Laser-Energie auf einen Punkt mit einem Strahldurchmesser von weniger als ungefähr 10 Mikrometer fokussieren. Die er wünschte Genauigkeit für eine gegebene Anwendung kann jedoch durch den Konstrukteur ausgewählt werden. Ferner werden, wäh rend die Linse 228 für die Verbindung zwischen zahlreichen Elementen aus Fig. 1 veranschaulicht ist, Fachleute einschät zen, daß direkte Kopplung an die Faser so verwirklicht werden kann, daß diese Linse entfernt werden kann. Alternativ können zusätzliche Linsen auf Wunsch verwendet werden. Ferner kann, während nur ein einzelner sättigbarer Absorber in der Ausfüh rungsform von Fig. 7 veranschaulicht ist, mehr als ein sät tigbarer Absorber auf Wunsch verwendet werden.

In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Leistung der Pumpe 302 bis zu 400 Milliwatt oder größer sein (z. B. typi scherweise geringer als 1 Watt). Beispielsweise kann die Pumpe eine 980 Nanometer Titan-Saphirquelle sein, die eine Signal wellenlänge von 1,55 µm erzeugt. Eingabe-/Ausgabe-Leitungen (oder -Anschlüsse) der Wellenlängenmultiplex-Kopplungseinrich tung sind mit 1-4 bezeichnet, wobei die Leitung 1 mit der Pumpe 302 verbunden ist, die Leitung 3 zu einer Auskoppelein richtung über das Verstärkungsmaterial 262 gerichtet ist, die Ausgangsleitung 2 abgeschlossen ist, wobei alle Faser-Enden unter einem Winkel geschnitten sind, um unerwünschte Reflexio nen zu minimieren, und die Leitung 4 mit dem Faraday-Drehspie gel 210 verbunden ist.

Die Wellenlängenmultiplex-Kopplungseinrichtung kann beispiels weise eine Aster Wellenlängenmultiplex-Kopplungseinrichtung mit zwei Eingangs-Anschlüssen und zwei Ausgangs-Anschlüssen sein, wobei Licht von dem ersten Eingangs-Anschluß (d. h. von der Pumpe) zu der Auskoppeleinrichtung über das Verstärkungs material gerichtet wird. Licht, das von dem Ver stärkungsmaterial (z. B. der Erbiumfaser) zu dem Faraday-Dreh spiegel 210 geht, wird durch die Wellenlängenmultiplex-Kopp lungseinrichtung zu dem dritten Eingangs-Anschluß 3 der Wel lenlängenmultiplex-Kopplungseinrichtung 304 zurückreflektiert. Natürlich können alternative Ausführungsformen der Erfindung veränderte Verbindungen der Wellenlängenmultiplex-Einrichtung umfassen, die den Fachleuten sofort offensichtlich sein werden (siehe beispielsweise Fig. 6, bei der Anschluß 4 der Wellen längenmultiplex-Einrichtung mit der Auskoppeleinrichtung ver bunden ist).

Der Laser 100 von Fig. 1 kann in einer kontinuierlichen Weise betrieben werden, oder er kann in einer gepulsten Oszillati onsweise (POM)) betrieben werden. Ein typischer Faserlaser kann eine Ausgangsleistung in einem Bereich von 1 bis 50 Mil liwatt oder größer (z. B. bei weniger als 1 Watt Eingangslei stung) erzeugen.

Man beachte, daß der Resonator 200 auch zusätzliche die Band breite begrenzende Elemente wie beispielsweise Etalons oder doppelbrechende Abstimmplatten umfassen kann, die zur Wellen längen-Abstimmung des Laser-Ausgangssignals verwendet werden können. Der Resonator kann auch wahlweise Solitonen-Formgebung oder keine Solitonen-Formgebung umfassen, wenn Wegwandern von der Gruppengeschwindigkeit zwischen den Polarisations-Eigenmo den der Faser vorliegt oder wenn Solitonen-Einfang zwischen den Polarisations-Eigenmoden der Faser vorliegt. Diese Vor gänge können gleichzeitig oder in jeder Kombination auftreten, und sie können die Impulsbildung stabilisieren.

Somit sind im vorstehenden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, die sich auf die Verwendung eines moden-verkoppelten Faserlasers vom Kerr-Typ beziehen, der eine gegenüber Umwelteinflüssen stabile Phasen verzögerung zwischen seinen interferierenden Polarisations-Ei genmoden enthält. Der Resonator hat großen praktischen und kommerziellen Wert, da er ohne kontinuierlich einstellbare "Knöpfe" arbeitet, um Phaseneinstellung bereitzustellen. Der Laser kann daher leicht in einer vollständig umschlossenen und versiegelten Kiste angeordnet sein.

Fachleute werden finden, daß die vorliegende Erfindung in wei teren spezifischen Formen ausgeführt werden kann, ohne vom Geist oder den wesentlichen Eigenschaften der vorliegenden Er findung abzuweichen. Die vorliegend beschriebenen Ausführungs formen werden daher in jeder Hinsicht als Veranschaulichung und nicht als Beschränkung angesehen. Der Umfang der Erfindung wird eher durch die beigefügten Patentansprüche als die vor stehende Beschreibung angegeben, und es ist beabsichtigt, daß alle Veränderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Um fangs und der Entsprechung der Patentansprüche liegen, darin enthalten sind.

Die Erfindung richtet sich auf einen gegenüber Umwelteinflüs sen stabilen passiv moden-verkoppelten Laser. Der erfindungs gemäße Laser hat die Eigenschaft, Laser-Energie in Form von kurzen Pulsen bei einer festen Wiederholungsrate zu erzeugen. Ein Laser-Resonator von diesem Laser umfaßt ein Verstärkungs material zum Verstärken der Laser-Energie in dem Resonator, Reflexionseinrichtungen zum Reflektieren der Laser-Energie entlang einer Achse, die durch das Verstärkungsmaterial durch geht, und eine Kompensationseinrichtung zum Kompensieren von Phasenverschiebungen in dem Verstärkungsmaterial und dem Reso nator. Eine gegenüber umweltbedingten Störungen unempfindliche Laser-Leistung des Lasers wird durch Einbau der Kompensations einrichtung in den Resonator erreicht. In den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist der Laser unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen und hat nur vernachlässigbare Empfindlichkeit gegenüber Druckschwankungen. Da beliebige Fa serlängen (z. B. in der Größenordnung weniger Meter, obwohl im Prinzip Längen zwischen 1 Millimeter oder mehreren Kilometern auch möglich sind) verwendet werden können, um ultrakurze Im pulse zu erzeugen, ist die Erfindung sehr kosteneffektiv und in zahlreichen Anwendungen kommerziell verwendbar.

Claims

1. Passiv moden-verkoppelter Laser, umfassend:
Einrichtungen zum Erzeugen von Laser-Energie, wobei die Ein richtungen zum Erzeugen von Laser-Energie einen Resonator ha ben, der
ein Verstärkungsmaterial zum Verstärken von Energie in dem Re sonator;
Einrichtungen zum Reflektieren von Energie entlang einer Achse, die durch das Verstärkungsmaterial durchgeht;
Einrichtungen zum Kompensieren linearer Phasenverschiebungen zwischen Polarisations-Eigenmoden in dem Resonator und dem Verstärkungsmaterial; und
Einrichtungen zum Ausgeben von in dem Resonator erzeugter La ser-Energie enthält.

2. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Kompensieren von Phasenverschiebungen fer ner Einrichtungen zum Steuern von in dem Resonator erzeugtem pola risierten Licht umfaßt.

3. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 2, bei dem die Steuereinrichtung ferner
eine erste Faraday-Dreheinrichtung; und
eine zweite Faraday-Dreheinrichtung umfaßt, wobei die erste und die zweite Faraday-Dreheinrichtung sich in dem Resonator befinden und einen resonatorinternen Faserbereich des Resona tors definieren.

4. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Reflektieren von Energie ferner
einen ersten Resonatorspiegel, der sich an einem ersten Ende des Resonators befindet;
einen zweiten Resonatorspiegel enthält, der sich an einem zweiten Ende des Resonators gegenüber dem ersten Ende befin det, wobei der zweite Resonatorspiegel ferner eine Faraday- Dreheinrichtung umfaßt.

5. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem der Resonator ferner:
eine hoch-doppelbrechende Faser; und
eine niedrig-doppelbrechende Faser enthält, die betriebsfähig mit der hoch-doppelbrechenden Faser verbunden ist, um Laser- Energie entlang der Achse des Resonators zu übertragen.

6. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 5, bei dem das Verstärkungsmaterial hoch-doppelbrechende Fasern umfaßt.

7. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem der Resonator ferner Einrichtungen zum Umwandeln der linearen Polarisation von En ergie in dem Resonator umfaßt.

8. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 7, bei dem die Umwandlungseinrichtung für lineare Polarisation eine Wellenplatte umfaßt, die sich entlang der Achse befindet, um eine lineare Phasenverzögerung einzuführen.

9. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 8, umfassend:
einen entlang der Achse angeordneten Polarisator.

10. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 3, wobei der Resonator ferner Einrichtungen zum Fokussieren von erzeugter Energie entlang der Achse umfaßt.

11. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Ausgeben von Laser-Energie ferner eine Auskoppeleinrichtung zum Emittieren von Laser-Energie von dem Resonator enthält, wobei die Auskoppeleinrichtung ein er ster Resonatorspiegel der Energie reflektierenden Einrichtung ist.

12. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend:
Einrichtungen zum Pumpen der Einrichtungen zur Erzeugung von Laser-Energie, wobei die Pumpeinrichtungen ferner
eine Energiequelle; und
eine Wellenlängenmultiplex-Kopplungseinrichtung enthalten, um die Pumpeinrichtung an den Resonator zu koppeln.

13. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 12, bei dem die Wellenlängenmultiplex-Kopplungseinrichtung niedrig-doppel brechende Fasern enthält.

14. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem das Verstärkungsmaterial eine hoch-doppelbrechende, Seltenerd- Faser ist.

15. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 14, bei dem die Seltenerd-Faser eine beliebige Faserlänge hat.

16. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem der Resonator ein linearer Resonator ist.

17. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Ausgeben von Laser-Energie einen Polarisations-Strahlteiler und einen Faser-Isolator um faßt.

18. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Kompensieren von Phasenverschiebungen fer ner mindestens eine Faraday-Dreheinrichtung zum Drehen von polari siertem Licht entlang der Achse enthält, wobei die Faraday- Dreheinrichtung auch als eine Auskoppeleinrichtung der Ausga beeinrichtung für Laser-Energie wirkt.

19. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend:
einen sättigbaren Absorber, der als ein auf einer Substrat struktur gewachsener Halbleiter gebildet ist, um Moden-Ver kopplung des Lasers zu initiieren.

20. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend:
eine Faser-Streckvorrichtung zum Initiieren der Moden-Verkopp lung des Lasers.

21. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend:
einen beweglichen Spiegel, um Moden-Verkopplung des Lasers zu initiieren.

22. Passiv moden-verkoppelter Laser, umfassend:
Einrichtungen zum Erzeugen von Laser-Energie, wobei die Ein richtungen zum Erzeugen von Laser-Energie einen Resonator ha ben, der ferner
eine niedrig-doppelbrechende Faser; und
eine hoch-doppelbrechende Faser enthält, die mit der niedrig doppelbrechenden Faser entlang einer Achse, durch die Laser- Energie in den Resonator übertragen wird, verbunden ist.

23. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 22, bei dem die Einrichtung zur Erzeugung von Laser-Energie ein Faserlaser zur Erzeugung ultrakurzer Impulse ist.

24. Passiv moden-verkoppelter Laser, umfassend:
Einrichtungen zum Erzeugen von Laser-Energie, wobei die Ein richtungen zum Erzeugen von Laser-Energie einen Resonator ha ben, der
ein Verstärkungsmaterial zum Verstärken von Energie entlang einer Achse in dem Resonator;
Einrichtungen zum Reflektieren von Energie entlang der Achse, die durch das Verstärkungsmaterial durchgeht;
Einrichtungen zum Umwandeln der linearen Polarisation der En ergie entlang der Achse in dem Resonator;
Einrichtungen zum Kompensieren von linearen Phasenverschiebun gen entlang der Achse des Verstärkungsmaterials; und
Einrichtungen zum Ausgeben von in dem Resonator von dem Ver stärkungsmaterial erzeugter Laser-Energie umfaßt.

25. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 24, bei dem der Resonator ferner Einrichtungen zum Steuern von polarisiertem Licht enthält, das in dem Resonator erzeugt wurde, unter Verwendung von minde stens einer Faraday-Dreheinrichtung.

26. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 25, bei dem die Umwandlungseinrichtung für lineare Polarisation mindestens eine Wellenplatte zum Einführen einer linearen Pha senverzögerung entlang der Achse enthält.

27. Passiv moden-verkoppelter Laser nach Anspruch 26, ferner umfassend:
einen Polarisator, der sich entlang der Achse in dem Resonator befindet.