Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Verstärkung von Lichtpulsen.
Optische Verstärkung durch optisches Pumpen, z.B. mit intensiven Pumppulsen im Bereich von 10 ns bis 50 ns, und dadurch hervorgerufene stimulierte Emission findet sowohl im wissenschaftlichen als auch im technischen Bereich immer mehr Anwendung.
Das Hauptproblem bei der direkten optischen Verstärkung auf hohe Energien ist das Auftreten von parasitären Nichtlinearitäten (hohes B-Integral), welche die Energieskalierbarkeit begrenzen.
Einen Lösungsansatz, um zu hohe Leistungen in einem verstärkenden optischen Element zu gelangen, bietet die "Chirped Pulse Amplification'-Methode. Dabei wird das Spektrum eines kurzen Laserpulses, z.B. an einer Sequenz von Beugungsgittern gebeugt und auf diese Weise der Puls zeitlich gestreckt. Der nun deutlich längere Puls kann vergleichsweise einfach mit herkömmlichen Kristallen verstärkt und der verstärkte Puls mit Hilfe einer zweiten Sequenz von Beugungsgittern wieder komprimiert werden. Die Energie des Pulses bleibt dabei annähernd unverändert, was in einer deutlich höheren Pulsleistung resultiert. Durch Nichtlinearitäten in der Verstärkung sind auch in diesem Fall die erzielbaren Leistungen limitiert. Um dem entgegen zu wirken, wurden die Strahl- und Verstärkerkristallquerschnitte erhöht.
Der erreichbaren Verstärkungsleistung sind aber auch hier durch die maximale thermische Belastbarkeit des Verstärkerkristalls Grenzen gesetzt.
Eine weitere Verbesserung wurde mit der "Tilted Pulse Amplification" angestrebt, bei der aber die Anwendung von Beugungsgittern keine praktische Umsetzung ermöglicht.
Des weiteren wurde die sogenannte "Divided Pulse Amplification" (DPA) vorgeschlagen, bei welcher Stapel von doppelbrechenden Kristallen durchlaufen werden. Hier besteht der Nachteil, dass diese Stapel bzw. die Kristalle mit jeder Pulsteilung exponentiell dicker werden, sodass rasch die materialtechnische Grenze erreicht ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur optischen Verstärkung von Lichtpulsen anzugeben, die mit konstruktiv einfachen Mitteln realisierbar ist und ohne die übermässige Anwendung von nichtlinearem Material in der Verstärkerkette auskommt.
Erfindungsgemäss umfasst die Anordnung zur optischen Verstärkung von Lichtpulsen
eine Lichtquelle zur Aussendung von Lichtpulsen,
eine Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife mit einer Eingangs/AusgangskopplungsEinheit, die mit der Lichtquelle verbunden ist, um jeden gesendeten Lichtpuls in zwei Lichtpulse aufzuteilen und diese in entgegengesetzten Richtungen in die SagnacInterferometer-Grund-Schleife einzukoppeln und welche
Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit geeignet ist, die aufgeteilten Lichtpulse nach dem Durchlaufen der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife in entgegengesetzten Richtungen als rekombinierte Lichtpulse wieder auszukoppeln,
gegebenenfalls zumindest eine in Bezug auf die Sagnac-Interferometer-GrundSchleife untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife, welche in die SagnacInterferometer-Grund-Schleife geschaltet ist, wobei die zumindest eine untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife ihrerseits jeweils eine gegenüber dieser untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife beinhalten kann, welche beliebig oft mit weiteren untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleifen verschachtelt sein kann,
und zumindest ein optisches Verstärkungselement, das innerhalb der SagnacInterferometer-Grund-Schleife oder innerhalb der zumindest einen untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife oder den weiteren untergeordneten SagnacInterferometer-Schleifen an einer asymmetrischen Position angeordnet ist, um von den aufgeteilten Lichtpulsen zeitlich voneinander getrennt in entgegengesetzter Richtung zumindest einmal durchlaufen zu werden.
Die Erfindung wendet somit als Grundbaustein zur Erzielung einer Pulsteilung ein Sagnac-Interferometer an, wobei die zeitliche Separation der zwei auf diese Weise geteilten, gegenläufigen Pulse beim Durchlaufen des optischen Verstärkungselements durch jeweils unterschiedliche Wegstrecken zwischen der Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit und dem optischen Verstärkungselement erzielt wird. Dies wird durch die asymmetrische Anordnung des optischen Verstärkungselements in der Sagnac-Interferometer -Grund-Schleife oder einer der weiteren untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleifen ermöglicht.
Dabei kann das Verstärkungselement von den geteilten Lichtpulsen mehrmals durchlaufen werden.
Mit anderen Worten wird, um die bei der optischen Verstärkung erzeugte Spitzenleistung im optischen Verstärkungselement herabzusetzen, der über die Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit eingekoppelte Lichtpuls geteilt und durch die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife mit unterschiedlicher Weglänge in Bezug auf das optische Verstärkungselement im Vorwärts- und im Rückwärtskreis gesendet, um dann in der Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit wieder rekombiniert zu werden.
Eine weitere Reduktion der Belastung des optischen Verstärkungselements ergibt sich, wenn die eine oder mehreren untergeordnete(n) Sagnac-InterferometerSchleifen in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife eingesetzt werden, sodass die geteilten Pulse jeweils nochmals geteilt werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass das optische Verstärkungselement ein Laser-Kristall ist, wobei der Laser-Kristall ein isotroper Laser-Kristall sein kann. Auf diese Weise kann innerhalb bestimmter Anwendungsgrenzen eine nennenswerte optische Verstärkung erzielt werden. Bei Anwendung mehrerer erfindungsgemäss verschachtelter Sagnac-InterferometerSchleifen kann die optische Verstärkung entsprechend erhöht werden, ohne die für das optische Verstärkungselement maximal zulässige Spitzenleistung zu überschreiten.
Es kann der Laser-Kristall auch als ein doppelbrechender Laser-Kristall vorgesehen sein, wobei entsprechende Vorkehrungen getroffen werden müssen, um den Einfluss der Doppelbrechung auf die den Laser-Kristall durchlaufenden Teil-Lichtpulse zu kompensieren.
Darüber hinaus ist das im Rahmen der Erfindung einsetzbare optische Verstärkungselement aber nicht auf Verstärkung basierend auf stimulierter Emission beschränkt, weshalb das optische Verstärkungselement beispielsweise auch ein optisch parametrischer Verstärker-Kristall sein kann.
Die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife kann eine oder mehrere untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleifen beinhalten, die als Teil des optischen Pfades von allen Teil-Lichtpulsen vollständig durchlaufen werden, wobei dabei wieder eine Aufspaltung in Teil-Lichtpulse vorgenommen wird.
Dies kann gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung für eine untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife dadurch umgesetzt sein, dass die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife einen Teilungs/Rekombinierungsknoten aufweist, über den in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife geschaltet ist, sodass die die Sagnac-InterferometerGrund-Schleife in eine erste Richtung durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den Teilungs/Rekombinierungsknoten nach Durchlaufen der untergeordneten SagnacInterferometer-Schleife durch Aufteilen und Rekombinieren in die SagnacInterferometer-Grund-Schleife wiedereintreten und diese in der ersten Richtung weiter durchlaufen und die die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife in eine zweite,
entgegengesetzte Richtung durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den Teilungs/Rekombinierungsknoten nach Durchlaufen der untergeordneten Sagnac > <
Interferometer-Schleife durch Aufteilen und Rekombinieren in die übergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife wiedereintreten und diese in der zweiten, entgegengesetzten Richtung weiter durchlaufen.
Der Teilungs/Rekombinierungsknoten kann durch zwei polarisierende Strahlteiler und ein Lambda-Viertel-Element oder ein Lambda-Halbe-Element oder einen Faraday-Rotator gebildet sein, die über einen optischen Pfad direkt miteinander gekoppelt sind. Auf diese Weise können die in die untergeordnete SagnacInterferometer-Schleife eintretenden Teil-Lichtpulse erneut aufgeteilt und nach dem Durchlaufen wieder zu Teil-Lichtpulsen rekombiniert werden, die dann den Durchlauf der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife fortsetzen.
Analog dazu kann die Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit ein Lambda-ViertelElement oder ein Lambda-Halbe-Element oder einen Faraday-Rotator sowie einen polarisierenden Strahlteiler umfassen, die über einen optischen Pfad direkt miteinander gekoppelt sind. Damit ist die Funktion der Eingangs/AusgangsKopplungs-Einheit, die im Aufteilen von in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife gesendeten Lichtpulsen und Rekombinieren von aus der Schleife austretenden TeilLichtpulsen besteht, auf einfache Weise gewährleistet.
Alternativ dazu kann die Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit ein Lambda-ViertelElement oder einen Faraday-Rotator sowie zwei polarisierende Strahlteiler umfassen, die über einen optischen Pfad direkt miteinander gekoppelt sind.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele eingehend erläutert. Es zeigt dabei
Fig.1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemässen
Anordnung zur optischen Verstärkung;
Fig.2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung;
Fig.5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung;
Fig.6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erf[iota]ndungsgemässen Anordnung;
Fig.7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erf[iota]ndungsgemässen Anordnung;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung;
Fig.9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung;
Fig.10 eine schematische Darstellung einerweiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung;
Fig.11 ein Diagramm der spektralen Intensität der verstärkten Teil-Lichtpulse sowie des rekombinierten Lichtpulses;
Fig.12 eine schematische Darstellung einerweiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung;
Fig.13 eine schematische Darstellung einerweiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung und
Fig.14 eine Darstellung einerweiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen
Anordnung.
Fig.1 zeigt eine Anordnung zur optischen Verstärkung von Lichtpulsen unter Zuhilfenahme eines Sagnac-Interferometer-Strahlengangs.
Zu diesem Zweck ist eine Lichtquelle 1 zur Aussendung von Lichtpulsen und eine Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 vorgesehen, die über eine Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 miteinander gekoppelt sind. Die Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 teilt jeden über einen Eingang 17 gesendeten Lichtpuls (Pfeil 32) in zwei Teil-Lichtpulse (Pfeil 30 und 31) auf und koppelt diese in entgegengesetzten Richtungen in die Sagnac-Interferometer-GrundSchleife 3 ein.
Auf weiche Weise die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 realisiert ist, z.B. mit einer kreisförmig geführten Glasfaser-Leitung (Fig.12) oder mit einem über Spiegeln umgelenkten, optischen Pfad, unterliegt im Rahmen der Erfindung keinerlei Einschränkungen. In der Prinzipskizze gemäss Fig.1 sind an den Umlenkstellen des optischen Pfads keine dafür geeigneten Vorrichtungen eingezeichnet, diese können aber z.B. durch Spiegel-Elemente verwirklicht sein.
Eine geeignete Lichtquelle 1 ist beispielsweise eine Lichtquelle, die ultrakurze Lichtpulse mit der Dauer von 10 ps bis 50 ps und einer Wiederholfrequenz von 1000 Hz aussendet.
Der eine Teil-Lichtpuls, symbolisiert durch Pfeil 30, durchläuft dabei die SagnacInterferometer-Grund-Schleife 3 im Uhrzeigersinn, während der andere TeilLichtpuls gemäss Pfeil 31 sie im Gegen-Uhrzeigersinn durcheilt.
Nachdem die Teil-Lichtpulse die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 durchlaufen haben, treffen diese bei der Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 wieder aufeinander, welche geeignet ist, die aufgeteilten Lichtpulse als rekombinierten Lichtpuls, der in Fig.1 durch Pfeil 33 angedeutet ist, wieder auszukoppeln. Dieser rekombinierte Lichtpuls ist optisch verstärkt und erscheint daher am Ausgang 18 mit höherer Intensität auf als der in den Eingang 17 gesendete Lichtpuls.
Um die optische Verstärkung zu erreichen, ist ein optisches Verstärkungselement 4, das z.B. durch einen Laser-Kristall 5 gebildet sein kann, innerhalb der SagnacInterferometer-Grund-Schleife 3 an einer asymmetrischen Position angeordnet, um von den aufgeteilten Lichtpulsen zeitlich voneinander getrennt in entgegengesetzter Richtung zumindest einmal durchlaufen zu werden. Das optische
Verstärkungselement ist aber nicht auf das Prinzip der Verstärkung basierend auf stimulierter Emission beschränkt, sondern es kann z.B. auch ein optisch parametrischer Verstärker-Kristall Anwendung finden, mit dem eine parametrische Verstärkung ausgeführt wird.
Unter asymmetrischer Position sind dabei alle Stellen zu verstehen, die gegenüber der symmetrischen Position 89 nennenswert versetzt sind, sodass sich eine zeitliche Separation der aufgeteilten Lichtpulse im optischen Verstärkungselement 4 ergibt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist daher innerhalb der Sagnac-Grund-Schleife 3 aus geometrischen Gründen der Weg zum optischen Verstärkungselement 4 für den im Uhrzeigersinn umlaufenden Lichtpuls 30 länger als für den im Gegen-Uhrzeigersinn umlaufenden Lichtpuls 31. Auf diese Weise kommt der eine Lichtpuls später beim optischen Verstärkungselement 4 an als der gegenläufige und eine zeitliche Separation beim Durchlaufen des optischen Verstärkungselements wird erreicht.
Fig.2 zeigt eine äquivalente Anordnung, in welcher die Lichtein- und -auskopplung in umgekehrter Weise erfolgt.
Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung, in der das erfindungsgemässe Prinzip verwirklicht ist, indem in der Sagnac-InterferometerGrundschleife 3 eine in Bezug auf diese untergeordnete Sagnac-InterferometerSchleife 3' verschachtelt angeordnet ist, wobei der von der Lichtquelle 1 in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 gesendete Lichtpuls in zwei Teil-Lichtpulse 30, 31 aufgeteilt wird, deren Weg innerhalb der Sagnac-Interferometer-GrundSchleife 3 in der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' fortgeführt wird.
Bei Eintritt in die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3' wird jeder aus der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 kommende Teil-Lichtpuls 30, 31 wieder in jeweils zwei gegenläufige, also insgesamt vier Lichtpulse 300, 310 aufgeteilt, die die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3' in entgegengesetzten Richtungen durchlaufen, um dann wieder zu jeweils einem Lichtpuls rekombiniert zu werden, der aus der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' wieder austritt und seinen Weg in der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 weiter fortsetzt, um wieder zur Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit 2 zu gelangen.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 ist das optische Verstärkungselement 4 an einer asymmetrischen Position innerhalb der untergeordneten SagnacInterferometer-Schleife 3' angeordnet, sodass vier zeitlich versetzte Teil-Lichtpulse durch das optische Verstärkungselement 4 hindurchtreten.
Die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3' kann ihrerseits eine gegenüber dieser untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife beinhalten (in Fig.3 nicht dargestellt), welche beliebig oft mit weiteren untergeordneten SagnacInterferometer-Schleifen verschachtelt sein kann.
Zum Zwecke des Übertritts zwischen der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 und der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' weist die SagnacInterferometer-Grund-Schleife 3 einen Teilungs/Rekombinierungsknoten 8 auf, über den die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3' in die SagnacInterferometer-Grund-Schleife 3 geschaltet ist, sodass die die SagnacInterferometer-Grund-Schleife 3 in eine erste Richtung (Pfeil 30) durchlaufenden TeilLichtpulse über den Teilungs/Rekombinierungsknoten 8 nach Durchlaufen der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' durch Aufteilen und Rekombinieren in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 wiedereintreten und diese in der ersten Richtung weiter durchlaufen und die die Sagnac-InterferometerGrund-Schleife 3 in eine zweite, entgegengesetzte Richtung (Pfeil 31)
durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den Teilungs/Rekombinierungsknoten 8 nach Durchlaufen der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' durch Aufteilen und Rekombinieren in die übergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3 wiedereintreten und diese in der zweiten, entgegengesetzten Richtung weiter durchlaufen.
Eine zu Fig.3 äquivalente Ausführungsform ist in Fig.13 gezeigt. Fig.4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung mit einer Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3, in der das Verstärkungselement 4 als optisch isotroper Laser-Kristall 70 in asymmetrischer Position angeordnet ist. Der Strahlengang innerhalb der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 ist dabei so eingerichtet, dass jeder Teil-Lichtpuls den Laser-Kristall 70 zweimal durchläuft (Zweifach-Durchgang), bevor beide Teil-Lichtpulse in der Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 wieder zu einem Lichtpuls rekombiniert werden.
Die Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 ist in der Ausführungsform gemäss Fig.4 aus einem Lambda-Halbe-Element 20 und einem polarisierenden Strahlteiler 21 zusammengesetzt. Das Lambda-Halbe-Element 20, das z.B. durch eine LambdaHalbe-Platte realisiert ist, bewirkt eine Rotation der Polarisation des einfallenden, linear polarisierten Lichtpulses um 45 Grad. Der in Strahlrichtung nachfolgende polarisierende Strahlteiler 21 spaltet den Lichtpuls in einen reflektierten spolarisierten Teil-Lichtpuls und einen transmittierten p-polarisierten Teil-Lichtpuls auf, wodurch der p-polarisierte Teil-Lichtpuls aufgrund des Wegunterschieds zuerst durch den Laserkristall 70 hindurchtritt und dann erst der s-polarisierte Teil-Lichtpuls. Der zweite Durchlauf erfolgt in der gleichen Reihenfolge.
Damit koppelt die Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 für jeden gesendeten Lichtpuls zwei in entgegengesetzte Richtungen sich ausbreitende Teil-Lichtpulse in die SagnacInterferometer-Grund-Schleife ein.
Nach vollständigem Durchlauf werden die zwei gegenläufigen Teil-Lichtpulse in der Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 wieder zu einem austretenden Lichtpuls rekombiniert. Ein in den Strahlengang eingesetzter DoppelbrechungsPhasenkompensator 22, der mit seinen Hauptachsen parallel zu der p- und sPolarisation liegt, sorgt für die erforderliche Phasenkorrektur.
Fig.11 zeigt die spektrale Intensität für den p-polarisierten und den spolarisiertenTeil-Lichtpuls nach ihrer Verstärkung sowie die spektrale Intensität des rekombinierten Teil-Lichtpulses am Ausgang 18, die der Summe der beiden TeilIntensitäten entspricht.
Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung, in welcher der Laserkristall 5 durch einen - intrinsisch oder thermisch induzierten doppelbrechenden Laser-Kristall 71 gebildet ist, der in der Sagnac-InterferometerGrund-Schleife 3 asymmetrisch angeordnet ist.
Hier ist die Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 durch einen polarisierenden Eingangs-Ausgangs-Strahlteiler 28, ein Lambda-Viertel-Element 29 und den polarisierenden Strahlteiler 21 gebildet, die über einen optischen Pfad miteinander gekoppelt sind. Das Lamba-Viertel-Element 29, z.B. eine Lambda-Viertel-Platte, kann auch durch einen Faraday-Rotator, der die Polarisation um 45 Grad dreht, ersetzt sein.
Der Eingangs-Ausgangs-Strahlteiler 28 lässt einen aus der Lichtquelle 1 gesendeten, p-polarisierten Lichtpuls ungehindert zum nachfolgenden Lambda-Viertel-Element 29 durchtreten, wo der Lichtpuls in zwei senkrecht zueinander polarisierte TeilLichtpulse p und s aufgespaltet wird, die einen Gangunterschied von einer ViertelWellenlänge haben. Der in Einfallsrichtung nachfolgende polarisierende Strahlteiler 21 koppelt den p-Teil-Lichtpuls im Gegen-Uhrzeigersinn und den s-Teil-Lichtpuls im Uhrzeigersinn in die Sagnac-Interferometer-Grundschleife 3 ein. Nach zweifachem Durchlauf durch den doppelbrechenden Laser-Kristall 71 wird der p-Teil-Lichtpuls durch ein Lambda-Halbe-Element 23 in einen s-polarisierten Teil-Lichtpuls umgewandelt, der dann am polarisierenden Strahlteiler 21 in Richtung des LambdaViertel-Elements 29 rückreflektiert wird.
Im Gegensatz dazu wird der s-Teil-Lichtpuls bereits vor dem Hindurchtreten durch den Laser-Kristall 71 mit Hilfe des Lambda-Halbe-Elements 23 zu einem p-TeilLichtpuls umgewandelt, um nach zweimaligem Durchlauf durch den Laser-Kristall 71 unabgelenkt durch den polarisierenden Strahlteiler hindurch geleitet zu werden. Beide aus der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 ausgekoppelten Teil Lichtpulse werden im Lambda-Viertel-Element 29 wieder zu einem verstärkten Lichtpuls mit s-Polarisierung rekombiniert und über Reflexion am EingangsAusgangs-Strahlteiler 28 zum Ausgang 18 geführt. Da der doppelbrechende LaserKristall 71 von allen Teil-Lichtpulsen mit p-Polarisation durchlaufen wird, wird der Einfluss der Doppelbrechung kompensiert.
Weiter unten wird anhand des in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiels eine Variante der Erfindung erläutert, bei der anstelle des Lambda-Viertel-Elements 29 eine Pockels-Zelle sowie ein Lambda-Halbe-Element eingesetzt wird.
Das in Fig.6 gezeigte Ausführungsbeispiel verwirklicht eine asymmetrische Anordnung des doppelbrechenden Laser-Kristalls 71 mit einem jeweils einfachen Durchlauf der beiden Teil-Lichtpulse mit p- und s-Polarisierung, die durch dieselbe Form der Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 erreicht wird wie in der Ausführungsform gemäss Fig.4.
Hier wird durch Anordnung eines Faraday-Rotators 60, der in beiden Richtungen eine Drehung der Polarisationsrichtung um 45[deg.] verursacht, im Kreuzungsmittelpunkt der Sagnac-Interferometer-Äste und durch Anordnen von einem Lambda-Halbe-Element 61, 62 jeweils in beiden Laufrichtungen zwischen dem polarisierenden Strahlteiler 21 und dem Faraday-Rotator 60 erreicht, dass sowohl der p-polarisierte Teil-Lichtpuls als auch der s-polarisierte Teil-Lichtpuls mit p-Polarisierung durch den doppelbrechenden Laser-Kristall 71 geführt werden, um den Einfluss der Doppelbrechung zu eliminieren.
Fig.7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem in die Sagnac-Interferometer-GrundSchleife 3 gemäss Fig.4 eine in Bezug auf diese untergeordnete SagnacInterferometerschleife 3' geschaltet ist. Dies entspricht der Anordnung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist.
Anstelle des Doppelbrechungs-Phasenkompensators 22, wie er in der Ausführungsform gemäss Fig. 4 angewandt wird, tritt eine variable optische Verzögerungseinheit 50.
Beim Übertritt in die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3' werden sowohl der p-polarisierte Teil-Lichtpuls als auch der s-polarisierte Teil-Lichtpuls über das Lambda-Halbe-Element 20' wieder in jeweils zwei s- und p-Teil-Lichtpulse, nämlich s1' , s2' und p1\ p2' aufgespaltet, welche durch einen polarisierenden Strahlteiler 41 und eine Spiegelanordnung 42, 43, 44 so durch das optische Verstärkungselement 4 geleitet werden, dass alle vier Teil-Lichtpulse durch das Verstärkungselement 4 hindurchtreten und danach rückreflektiert werden und nochmals durch dieses geleitet werden, woraus sich insgesamt acht Durchgänge ergeben. Um den Strahlengang zu vereinfachen, ist der Spiegel 44 als ein vertikaler V-Retroreflektor ausgeführt, aus dem der reflektierte Strahl gegenüber dem in diesen eintretenden Strahl höhenversetzt austritt.
Auch in der variablen optischen Verzögerungseinheit 50' wird ein derartiger Spiegel eingesetzt.
Das Lambda-Halbe-Element 51 dreht die Polarisation der einfallenden s-polarisierten Teil-Pulse s1', s2' um 90 Grad, so dass alle Teil-Lichtpulse das Verstärkungselement 4 mit p-Polarisation durchlaufen, und dreht die Polarisation der verstärkten TeilLichtpulse p1\ p2' um 90 Grad zur s-Polarisation.
Nach den acht Durchgängen werden die Teil-Lichtpulse s1' , s2' und p1\ p2' aus der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' kommend im polarisierenden Strahlteiler 21' rekombiniert und als Teil-Lichtpulse s und p in die SagnacInterferometer-Grund-Schleife 3 eingekoppelt, welche sie nun bis zum Ende durchlaufen. Der Teilungs/Rekombinierungsknoten 8 ist in diesem
Ausführungsbeispiel durch das Lamba-Halbe-Element 20' und den polarisierenden Strahlteiler 21 ' gebildet.
Analog dazu zeigt Fig. 8 eine Ausführungsform, bei der in die Sagnac-InterferometerGrund-Schleife 3 die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3', und in diese wiederum eine weitere untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3" geschaltet ist. Die verwendete Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 ist mit den in Zusammenhang mit Fig.5 erläuterten Komponenten aufgebaut, ebenso wie die beiden untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleifen 3', 3". Der Strahlengang ist dabei wegen seiner Kompliziertheit vereinfacht dargestellt.
Ebenso unter Anwendung der Sagnac-Interometer-Grund-Schleife 3 gemäss Fig.5 ist die in Fig.9 gezeigte Ausführungsvariante aufgebaut, mit dem Unterschied gegenüber Fig.5, dass beim Übergang zwischen der Sagnac-Interferometer-GrundSchleife 3 und der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' der Strahlengang des s-polarisierten Teil-Lichtpulses und des p-polarisierten TeilLichtpulses über zwei getrennte Strahlteiler 28', die über einen optischen Pfad 60 direkt miteinander verbunden sind, und in weiterer Folge über vier weitere Strahlteiler 28", von denen jeweils zwei über einen optischen Pfad 60' direkt miteinander verbunden sind, aufgeteilt werden.
Wie in Fig.9 schematisch gezeigt, bewirkt jede weitere untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3', 3" eine Aufteilung der Intensität der Teil-Lichtpulse auf die Hälfte gegenüber der jeweils übergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife.
Ein ähnlicher Strahlengang wie in den Anordnungen gemäss Fig.8 und 9 ist in der Ausführungsform gemäss Fig.10 gewählt. Wiederum sind eine Sagnac-InterferometerGrund-Schleife 3 und zwei untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleifen 3', 3" vorgesehen, wobei sich von Schleife zu Schleife die Anzahl der aufgespalteten TeilLichtpulse verdoppelt, sodass das asymmetrisch angeordnete optische Verstärkungselement 4 insgesamt von acht Teil-Lichtpulsen zweifach durchlaufen wird.
Fig.14 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der gegenüber der in Fig.8 gezeigten Variante anstelle der Lambda-Viertel-Elemente 29, 29', 29" jeweils eine Lambda-Halbe-Pockels-Zelle 290, 290', 290" und ein Lambda-Halbe-Element 291 , 291', 291" zum Einsatz gelangen. Die Pockels-Zelle 290, 290', 290" dreht bei Anlegen eines elektrischen Feldes die Polarisationsebene um 90 Grad. Die PockelsZelle ist eingeschaltet, während die Lichtpulse eintreten und ist ausgeschaltet, während die Lichtpulse austreten, wodurch eine 90Grad-Drehung der Polarisationsebene des Ausgangssignals in Bezug auf das Eingangssignal entsteht. Alternativ kann auch die Pockels-Zelle ausgeschaltet sein, während die Lichtpulse eintreten und eingeschaltet sein, während die Lichtpulse austreten.
Mit anderen Worten wird der Zustand der Pockels-Zelle 290, 290', 290" geändert, während die Teil-Lichtpulse die jeweilige Sagnac-Interferometer-Schleife 3, 3', 3" durchlaufen.
The invention relates to an arrangement for the optical amplification of light pulses.
Optical amplification by optical pumping, e.g. with intense pump pulses in the range of 10 ns to 50 ns, and stimulated emission caused thereby is used more and more in both the scientific and the technical field.
The main problem with direct optical amplification to high energies is the occurrence of parasitic nonlinearities (high B integral) which limit energy scalability.
One approach to achieve high performance in a amplifying optical element, the "Chirped Pulse Amplification" method, in which the spectrum of a short laser pulse, for example, diffracted at a sequence of diffraction gratings and in this way the pulse is stretched in time now significantly longer pulse can be relatively easily amplified with conventional crystals and the amplified pulse with a second sequence of diffraction gratings are compressed again.The energy of the pulse remains almost unchanged, resulting in a much higher pulse power.Nonlinearities in the gain are also In this case the achievable achievements are limited.In order to counteract this, the beam and amplifier crystal cross-sections were increased.
The achievable gain power but are also set here by the maximum thermal capacity of the amplifier crystal limits.
A further improvement was sought with the "Tilted Pulse Amplification", but in which the application of diffraction gratings does not allow practical implementation.
Furthermore, the so-called "Divided Pulse Amplification" (DPA) has been proposed in which stacks of birefringent crystals are passed through. Here there is the disadvantage that these stacks or the crystals become exponentially thicker with each pulse division, so that the material-technical limit is reached quickly.
The object of the invention is therefore to provide an arrangement for the optical amplification of light pulses, which can be realized with structurally simple means and manages without the excessive use of non-linear material in the amplifier chain.
According to the invention, the arrangement comprises optical amplification of light pulses
a light source for emitting light pulses,
a Sagnac interferometer ground loop having an input / output coupling unit connected to the light source for dividing each transmitted light pulse into two light pulses and coupling them in opposite directions into the Sagnac interferometer ground loop and which
Input / output coupling unit is adapted to decouple the split light pulses after passing through the Sagnac interferometer ground loop in opposite directions as recombined light pulses,
optionally at least one Sagnac interferometer loop subordinate to the Sagnac interferometer fundamental loop, which loop is connected to the Sagnac interferometer fundamental loop, the at least one subordinate Sagnac interferometer loop itself each having a subordinate Sagnac interferometer loop. Loop which can be nested as often as desired with further Sagnac subferometer loops,
and at least one optical amplifying element disposed within the Sagnac Interferometer fundamental loop or within the at least one Sagnac sub interferometer loop or the further Sagnac Interferometer subordinate loops at an asymmetric position to be temporally separated from the split light pulses in the opposite direction to go through at least once.
The invention thus employs a Sagnac interferometer as a basic element for achieving a pulse division, the time separation of the two counter-pulses divided in this way passing through the optical amplifying element by respectively different distances between the input / output coupling unit and the optical path Reinforcing element is achieved. This is made possible by the asymmetric arrangement of the optical amplifying element in the Sagnac interferometer ground loop or one of the other subordinate Sagnac interferometer loops.
In this case, the reinforcing element can be traversed several times by the split light pulses.
In other words, in order to reduce the peak power generated in the optical amplifying element in the optical amplifying element, the light pulse coupled in via the input / output coupling unit is divided and by the Sagnac interferometer fundamental loop having different path length with respect to the optical amplifying element in the forward and in the reverse circuit, to be recombined in the input / output coupling unit.
A further reduction in the loading of the optical gain element occurs when the one or more subordinate Sagnac interferometer loops are inserted into the Sagnac interferometer ground loop, so that the divided pulses are each split again.
An embodiment of the invention may be that the optical amplifying element is a laser crystal, wherein the laser crystal may be an isotropic laser crystal. In this way, appreciable optical amplification can be achieved within certain application limits. When using a plurality of Sagnac interferometer loops nested according to the invention, the optical gain can be correspondingly increased without exceeding the maximum allowable peak power for the optical gain element.
The laser crystal may also be provided as a birefringent laser crystal and appropriate precautions must be taken to compensate for the influence of birefringence on the partial laser pulses passing through the laser crystal.
In addition, however, the optical amplifying element employable in the invention is not limited to amplification based on stimulated emission, and therefore the optical amplifying element may be, for example, an optical parametric amplifying crystal.
The Sagnac interferometer ground loop may include one or more subordinate Sagnac interferometer loops, which as part of the optical path are completely traversed by all sub-light pulses, again splitting into sub-light pulses.
This may be implemented according to a further embodiment of the invention for a subordinate Sagnac interferometer loop in that the Sagnac interferometer ground loop has a divide / recombine node, via which the Sagnac interferometer ground loop in the Sagnac interferometer ground loop. Interferometer loop is switched so that the Sagnac InterferometerGrund loop in a first direction traversing partial light pulses via the division / recombining node after passing through the subordinate SagnacInterferometer loop by splitting and recombining in the Sagnac Interferometer ground loop re-enter and these in the go through the first direction and place the Sagnac interferometer ground loop into a second,
opposite direction passing partial light pulses across the division / recombination node after passing through the subordinate Sagnac> <
Interferometer loop by dividing and recombining in the superordinate Sagnac interferometer loop re-enter and continue in the second, opposite direction.
The divide / recombine node may be formed by two polarizing beam splitters and a quarter-wave element or a half-wave element or a Faraday rotator, which are directly coupled together via an optical path. In this way, the sub-light pulses entering the subordinate Sagnac interferometer loop may be redivided and recombined, after passing through, back into sub-light pulses, which then continue the sweep of the Sagnac interferometer ground loop.
Similarly, the input / output coupling unit may comprise a quarter-wave element or a half-wave element or a Faraday rotator and a polarizing beam splitter, which are coupled directly to one another via an optical path. Thus, the function of the input / output coupling unit, which consists in dividing light pulses transmitted into the Sagnac interferometer ground loop and recombining part light pulses emerging from the loop, is ensured in a simple manner.
Alternatively, the input / output coupling unit may comprise a quarter-wave element or a Faraday rotator and two polarizing beam splitters which are directly coupled together via an optical path.
Hereinafter, the invention with reference to the illustrated in the drawings
Embodiments explained in detail. It shows
1 shows a schematic representation of an embodiment of the inventive
Arrangement for optical amplification;
A schematic representation of another embodiment of the inventive arrangement;
3 shows a schematic illustration of a further embodiment of the arrangement according to the invention; 4 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
5 shows a schematic representation of a further embodiment of the inventive arrangement;
6 is a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
7 is a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
8 shows a schematic illustration of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
9 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
10 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
11 shows a diagram of the spectral intensity of the amplified partial light pulses and of the recombined light pulse;
A schematic representation of a further embodiment of the inventive arrangement;
13 is a schematic representation of another embodiment of the inventive arrangement and
FIG. 14 is an illustration of another embodiment of the invention. FIG
Arrangement.
1 shows an arrangement for the optical amplification of light pulses with the aid of a Sagnac interferometer beam path.
For this purpose, a light source 1 for emitting light pulses and a Sagnac interferometer ground loop 3 are provided, which are coupled together via an input / output coupling unit 2. The input / output coupling unit 2 splits each light pulse (arrow 32) sent via an input 17 into two partial light pulses (arrows 30 and 31) and couples them into the Sagnac interferometer fundamental loop 3 in opposite directions.
In a soft way, the Sagnac interferometer ground loop 3 is realized, e.g. with a circular guided glass fiber line (Figure 12) or with a deflected by mirrors, optical path, is subject in the context of the invention, no restrictions. In the schematic diagram according to FIG. 1, no suitable devices are shown at the deflection points of the optical path; be realized by mirror elements.
A suitable light source 1 is, for example, a light source which emits ultrashort light pulses with a duration of 10 ps to 50 ps and a repetition frequency of 1000 Hz.
The one partial light pulse, symbolized by arrow 30, thereby passes through the Sagnac Interferometer fundamental loop 3 in the clockwise direction, while the other partial light pulse according to arrow 31 runs through it in the counterclockwise direction.
After the partial light pulses have passed through the Sagnac interferometer ground loop 3, they meet again in the input / output coupling unit 2, which is suitable, the divided light pulses as a recombined light pulse, indicated in Figure 1 by arrow 33 is to uncouple again. This recombined light pulse is optically amplified and therefore appears at the output 18 with a higher intensity than the light pulse sent into the input 17.
In order to achieve the optical amplification, an optical amplifying element 4, e.g. may be formed by a laser crystal 5, disposed within the Sagnac interferometer ground loop 3 at an asymmetric position to be traversed by the split light pulses at least once in the opposite direction in the opposite direction. The optical
However, the gain element is not limited to the principle of amplification based on stimulated emission, but it may be e.g. also find an optical parametric amplifier crystal application, with which a parametric amplification is performed.
In this case, the term asymmetric position means all positions that are appreciably offset from the symmetrical position 89, so that a temporal separation of the divided light pulses in the optical amplification element 4 results.
As is apparent from Fig. 1, therefore, within the Sagnac ground loop 3 for geometric reasons, the path to the optical amplifying element 4 for the circulating in the clockwise light pulse 30 is longer than for the counterclockwise rotating light pulse 31. In this way, the a light pulse later on the optical amplifying element 4 than the opposite and a temporal separation in passing through the optical amplifying element is achieved.
Fig. 2 shows an equivalent arrangement in which the light input and output takes place in the reverse manner.
3 shows a further embodiment of the inventive arrangement, in which the inventive principle is realized by in the Sagnac-InterferometerGrundschleife 3 is arranged in relation to this subordinate Sagnac InterferometerSchleife 3 ', wherein the from the light source 1 in the Sagnac Interferometer fundamental loop 3 is divided into two partial light pulses 30, 31 whose path is continued within the Sagnac interferometer fundamental loop 3 in the Sagnac subordinate interferometer loop 3 '.
When entering the subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', each partial light pulse 30, 31 coming from the Sagnac interferometer ground loop 3 is subdivided into two opposing, ie a total of four light pulses 300, 310, which constitute the subordinate Sagnac -Interferometer loop 3 'in opposite directions to be recombined then in each case to a light pulse, which exits from the subordinate Sagnac interferometer loop 3' and continues its path in the Sagnac interferometer ground loop 3 on to return to the input / output coupling unit 2.
In the embodiment according to FIG. 3, the optical amplification element 4 is arranged at an asymmetrical position within the subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', such that four time-shifted partial light pulses pass through the optical amplification element 4.
The subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', in turn, may include a subordinate Sagnac interferometer loop (not shown in FIG. 3) which may be interleaved arbitrarily often with further subordinate Sagnac interferometer loops.
For the purpose of transferring between the Sagnac interferometer ground loop 3 and the Sagnac subordinate interferometer loop 3 ', the Sagnac Interferometer ground loop 3 has a split / recombine node 8 through which the Sagnac subordinate interferometer loop 3' passes. is connected to the Sagnac Interferometer fundamental loop 3 so that the partial Sagnac interferometer ground loop 3 in a first direction (arrow 30) passing through the division / recombination node 8 after passing through the Sagnac subordinate interferometer loop 3 'by splitting and Recombinate re-enter the Sagnac interferometer ground loop 3 and continue through it in the first direction and place the Sagnac interferometer base loop 3 in a second, opposite direction (arrow 31).
passing through the split / recombine node 8 after passing through the Sagnac subordinate interferometer loop 3 'by splitting and recombining into the superordinated Sagnac interferometer loop 3, and continue through them in the second, opposite direction.
An embodiment equivalent to FIG. 3 is shown in FIG. 4 shows an embodiment of the inventive arrangement with a Sagnac interferometer ground loop 3, in which the reinforcing element 4 is arranged as an optically isotropic laser crystal 70 in an asymmetric position. The beam path within the Sagnac interferometer ground loop 3 is set up so that each partial light pulse passes through the laser crystal 70 twice (twice-pass) before both partial light pulses in the input / output coupling unit 2 close again be recombined a light pulse.
The input / output coupling unit 2 is composed in the embodiment according to FIG. 4 of a lambda half-element 20 and a polarizing beam splitter 21. The half-wave element 20, which is e.g. implemented by a LambdaHalbe plate causes a rotation of the polarization of the incident, linearly polarized light pulse by 45 degrees. The polarizing beam splitter 21 following in the beam direction splits the light pulse into a reflected, partially polarized light pulse and a transmitted p-polarized partial light pulse, whereby the p-polarized partial light pulse first passes through the laser crystal 70 due to the path difference and then the s -polarized partial-light pulse. The second pass is in the same order.
Thus, for each transmitted light pulse, the input / output coupling unit 2 couples two counter-propagating partial light pulses into the Sagnac Interferometer fundamental loop.
After complete passage, the two counterpart partial light pulses in the input / output coupling unit 2 are recombined into an outgoing light pulse. A birefringence phase compensator 22 inserted in the beam path and with its principal axes parallel to the p and s polarizations provides the required phase correction.
11 shows the spectral intensity for the p-polarized and the spolarized partial light pulse after their amplification and the spectral intensity of the recombined partial light pulse at the output 18, which corresponds to the sum of the two partial intensities.
5 shows a further embodiment of the arrangement according to the invention, in which the laser crystal 5 is formed by an intrinsically or thermally induced birefringent laser crystal 71, which is arranged asymmetrically in the Sagnac interferometer base loop 3.
Here, the input / output coupling unit 2 is constituted by a polarizing input-output beam splitter 28, a quarter-wave element 29 and the polarizing beam splitter 21 which are coupled to each other via an optical path. The lambda quarter element 29, e.g. a quarter-wave plate can also be replaced by a Faraday rotator that rotates the polarization by 45 degrees.
The input-output beam splitter 28 allows a p-polarized light pulse transmitted from the light source 1 to pass unhindered to the subsequent quarter-wave element 29, where the light pulse is split into two mutually perpendicular polarized partial light pulses p and s, which have a path difference of one Have quarter wavelength. The polarizing beam splitter 21 following in the direction of incidence couples the p-part light pulse counterclockwise and the s-part light pulse clockwise into the Sagnac interferometer base loop 3. After a double pass through the birefringent laser crystal 71, the p-part light pulse is converted by a half-wave element 23 into an s-polarized partial light pulse, which is then reflected back at the polarizing beam splitter 21 in the direction of the lambda-quarter element 29 ,
In contrast, the s-part light pulse is already converted to a p-type light pulse before passing through the laser crystal 71 by means of the half-wave element 23 to be undistracted by the polarizing one after passing through the laser crystal 71 twice Beam splitter to be passed through. Both part of the Sagnac interferometer ground loop 3 decoupled part of light pulses are recombined in the quarter-wave element 29 again to an amplified light pulse with s-polarization and guided via reflection at the input output beam splitter 28 to the output 18. Since the birefringent laser crystal 71 is traversed by all partial light pulses with p polarization, the influence of the birefringence is compensated.
Below, a variant of the invention is explained with reference to the embodiment shown in Fig. 14, in which instead of the quarter-wave element 29, a Pockels cell and a lambda half-element is used.
The embodiment shown in Fig. 6 realizes an asymmetric arrangement of the birefringent laser crystal 71 with a single pass of the two p- and s-polarization partial light pulses achieved by the same shape of the input / output coupling unit 2 as in Figs the embodiment according to Fig.4.
Here, by arranging a Faraday rotator 60 which causes rotation of the polarization direction in both directions by 45 °, at the crossing center of the Sagnac interferometer branches and arranging a half-wave element 61,62 respectively in both Running directions between the polarizing beam splitter 21 and the Faraday rotator 60 ensure that both the p-polarized sub-light pulse and the s-polarized sub-light pulse with p-polarization are passed through the birefringent laser crystal 71 to determine the influence of the To eliminate birefringence.
FIG. 7 shows an exemplary embodiment in which a Sagnac interferometer loop 3 'is connected into the Sagnac interferometer fundamental loop 3 according to FIG. 4, with respect to this subordinate Sagnac interferometer loop 3'. This corresponds to the arrangement as shown in Fig. 3.
Instead of the birefringence phase compensator 22, as used in the embodiment according to FIG. 4, a variable optical delay unit 50 occurs.
When passing into the subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', both the p-polarized partial light pulse and the s-polarized partial light pulse via the half-wave element 20' are again divided into two s and p subregions. Light pulses, namely s1 ', s2' and p1 \ p2 'split, which are passed through a polarizing beam splitter 41 and a mirror assembly 42, 43, 44 through the optical amplifying element 4 that all four partial light pulses pass through the reinforcing member 4 and are then reflected back and passed through this again, resulting in a total of eight passes. In order to simplify the beam path, the mirror 44 is embodied as a vertical V-retro reflector, from which the reflected beam emerges offset in height with respect to the beam entering it.
Also, in the variable optical delay unit 50 ', such a mirror is used.
The half-wave element 51 rotates the polarization of the incident s-polarized sub-pulses s1 ', s2' by 90 degrees so that all sub-light pulses pass through the reinforcing element 4 with p-polarization, and rotates the polarization of the amplified sub-light pulses p1 \ p2 'by 90 degrees to the s-polarization.
After the eight passes, the partial light pulses s1 ', s2' and p1 \ p2 'are recombined coming from the subordinate Sagnac interferometer loop 3' in the polarizing beam splitter 21 'and converted into the Sagnac interferometer basis as partial light pulses s and p. Loop 3 coupled, which they now go through to the end. The division / recombination node 8 is in this
Embodiment formed by the half lamb element 20 'and the polarizing beam splitter 21'.
Similarly, Fig. 8 shows an embodiment in which the Sagnac interferometer loop 3 'is connected to the Sagnac interferometer base loop 3, and another Sagnac interferometer loop 3 "is connected in turn. Interferometer fundamental loop 3 is constructed with the components explained in connection with FIG. 5, as well as the two subordinate Sagnac interferometer loops 3 ', 3 ". The beam path is shown simplified because of its complexity.
5, the embodiment variant shown in FIG. 9 is constructed, with the difference from FIG. 5, that at the transition between the Sagnac interferometer fundamental loop 3 and the subordinate Sagnac interferometer ground loop 3 according to FIG. Interferometer loop 3 'of the beam path of the s-polarized partial light pulse and the p-polarized partial light pulse via two separate beam splitters 28', which are connected via an optical path 60 directly to each other, and subsequently via four further beam splitters 28 ", from each of which is connected directly to each other via an optical path 60 '.
As shown schematically in FIG. 9, each additional subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', 3 "effects a division of the intensity of the sub-light pulses in half relative to the superordinate Sagnac interferometer loop.
A similar beam path as in the arrangements according to FIGS. 8 and 9 is selected in the embodiment according to FIG. Again, a Sagnac interferometer base loop 3 and two Sagnac subordinate interferometer loops 3 ', 3 "are provided, with the number of split partial light pulses doubling from loop to loop, so that the asymmetrically arranged optical gain element 4 is a total of eight partial light pulses is passed twice.
FIG. 14 shows an embodiment of the invention in which, in contrast to the variant shown in FIG. 8, a lambda half cell cell 290, 290 ', 290 "and a half-lambda element 291, 291 ', 291 "is used. The Pockels cell 290, 290', 290" rotates the plane of polarization by 90 degrees when an electric field is applied. The Pockels cell is on while the light pulses enter and is off as the light pulses exit, causing a 90 degree rotation of the polarization plane of the output signal with respect to the input signal. Alternatively, the Pockels cell may be turned off while the light pulses enter and turn on while the light pulses exit.
In other words, the state of the Pockels cell 290, 290 ', 290 "is changed while the partial light pulses pass through the respective Sagnac interferometer loop 3, 3', 3".