CN105794056B - 用于生成压缩光脉冲的方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于生成压缩光脉冲(112)的方法，包括：从包括光学腔(104)的波长可调微腔激光系统(102)发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲(111)，其中光学腔(104)具有能够机械调节的腔长度(L)，同时调节所述光学腔长度(L)，以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子，将所述脉冲通过色散介质(114)传送，以生成具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲(112)，其中所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)。

Description

用于生成压缩光脉冲的方法
技术领域
本发明涉及一种用于提供光脉冲的方法，更具体而言，本发明涉及一种用于生成压缩光脉冲的方法、一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统、以及用于生成压缩光脉冲的光学脉冲系统的用途。
背景技术
用于生成短的光脉冲的系统可以应用于可能非常关注短脉冲的多种应用，例如通讯、非线性光学或各种类型的超精确测量。
文献“超快速光学”(Andrew Weiner,Wiley 2009,ISBN:978-0-471-41539-8)在第一章中描述了通过锁模生成短脉冲。
一种改进的用于生成压缩光脉冲的系统将会是有利的，例如更简单和/或更灵活的系统、和/或用于生成更短、更强和/或更短暂(temporally)压缩的光脉冲的系统。
发明内容
可见，本发明的目的在于，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法、用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统和用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统的用途，其可实现上述一种或多种优点。
本发明的进一步的目的在于，提供一种对现有技术的可替代方案。
这样，在本发明的第一方案中，上述目的和多种其它目的可通过提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的方法而实现，所述方法包括：
-提供波长可调微腔激光系统(102)，所述波长可调微腔激光系统(102)具有对应于中心操作波长的基准波长，并包括：
光学腔(104)，其具有能够机械调节的腔长度(L)，以使所述波长可调微腔激光系统能够发射波长彼此不同的光子，
其中，
所述光学腔包括微腔，其中所述微腔的长度为所述基准波长的至少1/2倍且小于所述基准波长的10倍，
其中，
所述光学腔(104)包括MEMS部件，且其中所述MEMS部件的位置能够调节，而且其中所述光学腔(104)的腔长度(L)根据所述MEMS部件的位置而定，使得腔控制器(108a)可通过控制所述MEMS部件的位置而控制所述光学腔的腔长度(L)，
光子发射器(106)，用于将光子发射到所述光学腔中，腔控制器(108a)，其被布置用于控制所述光学腔的长度，例如以机械方式控制光学腔的长度，例如以机械方式控制光学腔的几何长度，
-提供色散介质(114)，
-从所述波长可调微腔激光系统(102)发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲(111)，
-调节(例如通过机械方式调节)所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子，
-通过所述色散介质(114)接收所述初级光脉冲(111)，和
-将所述初级光脉冲从所述色散介质再次发射，作为具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲(112)，
其中所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)，
其中所述的调节所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子的步骤进一步包括：
调节所述MEMS部件的位置(例如在光子从光子发射器(106)发射到光学腔中的过程中调节MEMS部件的位置)。
在可替代的实施例中，提出一种用于生成压缩光脉冲的方法，所述方法包括：
-提供波长可调微腔激光系统，其包括：
光学腔，其具有能够机械调节的腔长度(L)，以使所述波长可调微腔激光系统能够发射波长彼此不同的光子，光子发射器(例如增益介质)，用于将光子发射到所述光学腔中，腔控制器(例如波形发生器，例如被可操作地连接到光学腔的波形发生器)，其被布置用于控制所述光学腔的长度，
-提供色散介质，
-从所述波长可调微腔激光系统发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲，
-调节所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子(例如对应于光学腔长度)，
-通过所述色散介质接收所述初级光脉冲，和
-将所述初级光脉冲从所述色散介质再次发射，作为具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲，
其中，所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)。
可以理解，方法步骤不必按照其所列顺序执行。例如，步骤“从所述波长可调微腔激光系统发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲”可在步骤“调节所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子(例如对应于光学腔长度)”之后执行。这样，这两个步骤可执行如下：调节所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子(例如对应于光学腔长度)，随后从所述波长可调微腔激光系统发射具有初级时宽(T1)的所述初级光脉冲。
本发明可以特别地但非排他性地有利地是：能够在时间上压缩脉冲，使得脉冲中的能量可在时间上被压缩而形成具有更高峰值强度的更短的脉冲。另外可被看作可能的有利之处在于：本发明能够使一个或多个脉冲针对特定目的而成形，例如，能够生成多个脉冲，这样进而能够实现例如泵浦探测试验(其中，初级光脉冲对应于包括脉冲包的压缩光脉冲(例如包括多个光脉冲的压缩光脉冲))，从而能够实现泵浦探测试验，这样可能是有利的，因为这使通过首先将单一脉冲分为两个分支并随后延迟其中一个的两步骤方法来生成多个光脉冲是多余的。
MEMS部件和微腔的可能的有利之处可以是：不同程度的波长调整可通过MEMS部件施加于初级光脉冲的不同部分，这是因为微腔能够显著改变(例如相对于基准波长改变至少1％)光脉冲的所述不同部分的所述波长(而同时避免跳模(mode-hopping))。这进而能够实现：所述区别性特征能够显著增大“压缩光脉冲峰值功率除以压缩光脉冲平均功率”与“初级光脉冲峰值功率除以初级光脉冲平均功率”之间的比率。
文献“超快速光学”(Andrew Weiner,Wiley 2009,ISBN:978-0-471-41539-8)(该文献在此全文通过引用并入本文)可被看作为描述通过激光锁模(并可能随后进行额外的非线性频谱扩宽和压缩)生成短脉冲。本发明可被看作是有利的，因为其提供用于生成压缩光脉冲的方法和用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，能够通过相对简单而有效的方式控制次级时宽和/或在多个压缩光脉冲之间的重复率和/或频谱。另外可看作是本发明的有利之处在于：对次级时宽和/或在多个压缩光脉冲之间的重复率和/或频谱的控制可通过改变光脉冲系统的操作过程而实现，例如所述控制可通过电装置(例如纯电装置)实现，例如能够在不必改变系统实体部件的情况下实现所述控制。
本发明可被看作基于发明人的基本洞察，即，在两镜微腔激光器中的调整机制是源自移动镜的多普勒频移。这意味着，由于激光线在频谱中被迟滞(dragged spectrally)而不是通过自发发射而累积，因而发射光在各频率之间相干。这允许操控光脉冲以获得“在时间上分离的不同波长的光子”，以及随后通过色散介质发送操控的光脉冲，由此可以获得具有高期望性能的光脉冲。
可以理解，所述方法的各步骤不必以其所列顺序执行。
“压缩光脉冲”可被理解为源自先前脉冲(例如初级光脉冲)的脉冲，其中先前脉冲包括在时间上分离的光子(例如在时间上分离的不同波长的光子)，其中那些在时间上分离的光子在压缩光脉冲中在时间上分离的程度更小。可以理解的是，“压缩光脉冲”可以具有任意形状，并可以例如是指脉冲包。在一个实施例中，压缩光脉冲是大致高斯形状(例如高斯形状)的脉冲，例如单个脉冲。
“脉冲包”被理解为具有一定形状的单个脉冲，其中，具有非零强度分布的部分通过具有大致为零(例如零)强度的部分被分离。在具有非零强度分布的各部分(在脉冲包内)的在时间上的分离可在1-100皮秒的量级，例如在1-10皮秒内。可注意到，对于多个脉冲包，两个脉冲包在时间上的分离可在1纳秒的量级或者大于1纳秒。
“初级光脉冲”可被理解为从“波长可调微腔激光系统”发射或者可发射的脉冲。可以理解为：初级光脉冲可被理解为从光学腔直接发射或者可经由属于“波长可调微腔激光系统”的一个或多个光学元件(例如光学放大器)发射。可以理解为：“初级光脉冲”可具有任意的形状，并可例如是指脉冲包。在一个实施例中，初级光脉冲是大致为高斯形状(例如为高斯形状)的脉冲，例如单个脉冲。
应注意，可以是指“从光子发射器发射的光脉冲”、“光学腔中的光脉冲”、“从光学腔发射的光脉冲”、“初级光脉冲”、“压缩光脉冲”的光脉冲可以是相同的脉冲，例如是在不同空间和/或时间位置的相同脉冲。例如，“初级光脉冲”和“压缩光脉冲”在“压缩光脉冲”包括源自“初级光脉冲”的光子的情况下可以是相同的脉冲，但在初级光脉冲的不同波长的光子的时间和空间布置相对于压缩光脉冲的不同波长的光子的时间和空间布置有所不同(由于穿过色散介质)的情况下可以是不同的脉冲。
“波长可调微腔激光系统”可被理解为能够发射采用激光形式的光子的系统，其中，光子的波长可以被可控地调节。所述系统可包括光学微腔。
“微腔”可被理解为光学腔，例如两镜腔，例如仅有两个镜界定的腔。可以理解为：波长调整可通过移动这两个镜中的至少一个(例如，移动这两个镜中的一个且仅一个、或者移动这两个镜)而实现，以改变这两个镜之间的光学路径长度。可以理解为：在这两个镜之间的光学路径长度相对较短，例如小于基准波长的100倍，例如小于基准波长的10倍，例如在基准波长的1/2～10倍之间，例如在基准波长的0.75～7.5倍之间，例如在基准波长的1～5倍之间，例如在基准波长的2～5倍之间。对于在这两个镜之间的几何距离，该距离可小于100微米，例如小于50微米，例如小于10微米，例如在0.1-100微米内，例如在0.1-50微米内，例如在0.1-10微米内，例如在1/2-10微米内，例如在1-5微米内，例如在1.5-3微米内。可以理解，光子发射器(例如增益介质)安置在光学腔内，例如光子发射器被两个镜之间的光学路径贯穿(intersect)。通常可以理解，“腔”和“微腔”在本申请的应用环境中可以互换使用。通常可以理解，仅有一些光学模式或单个光学模式沿传播方向(纵向模式)存在于微腔中。一些光学模式可被理解为10个或更少的光学模式，例如5个或更少光学模式，例如3个或更少光学模式，例如2个或更少光学模式，例如仅1个光学模式。微腔可被理解为平面型微腔，其中两个镜(例如两个扁平镜)被设置为紧密接近而使得仅有数个波长的光或不超过数个波长的光能够适配(fit)在各镜之间。通常可理解，光学微腔是通过分隔层或光学介质的两侧上的反射面形成的结构。其常常仅有几微米厚，分隔层有时甚至在纳米范围内。对于常用激光器，这形成光学腔或光学共振体，从而允许在分隔层内形成驻波。分隔层的厚度决定所谓的“腔模式”，这是可以传送并将在共振体内形成为驻波的一个波长。
当在本申请中提到(光学)“模式”时，其通常被理解为纵向模式(其在文献中也可被称为轴向模式)，即，沿腔方向的模式。为了完整起见，应注意，多个横向模式也是可行的(包括无限制模式)，不过通过适合的电流注入(current injection)或通过引入对于更高级别(order)模式的损耗，可确保仅有一个横向模式留存(lase)。
具有微腔的优点可以是：微腔能够支持仅一些光学模式或仅一个光学模式。当提及支持模式时，其被理解为在增益介质带宽内(例如其中增益介质呈现出受激发射多于受激吸收的波长范围)的腔支持模式。在仅一个纵向模式的极限情况下，激光器将不能在模式之间切换(跳模)，因而在所发射激光的波长与腔长度之间将为单一的(monotonic)关联。对一些支持模式而言(例如等于或小于10、5、3或2)，在通过自由频谱范围近似给定的波长范围内，在所发射激光的波长与腔长度之间也将为单一的关联。光学共振体(腔)的自由频谱范围是其轴向共振体模式的频率间隔。其因而也被称为轴向模式间隔。使用微腔因而避免“跳模”以及由于更长的腔的较小自由频谱范围所致的有限的可调性。短腔是宽的可调性的先决条件，宽的可调性引起初级脉冲的宽的带宽和压缩脉冲的短的持续时间。
具有微腔的另一可能优点可以是：有限的腔长度能够通过以机械方式调节腔长度而将所发射脉冲的频率调节至较大程度。这是由于如下事实：频率变化随腔长度变化而正比例增减和随腔长度而反比例增减。因此，对给定的机械调节，例如通过MEMS(微电机系统)元件实现的机械调节，与宏腔相比，对于微腔的频率改变更大。换言之，微腔的尺度与通过MEMS元件的实际改变尺度相当，这能够通过MEMS元件显著改变微腔腔长度的尺度。这进而能够使协同效应可通过微腔和MEMS元件的组合而实现，这是因为，MEMS元件能够显著改变基于微腔的激光的波长，其中波长的显著改变可被理解为至少1％、例如至少2％、例如至少5％、例如至少10％、例如至少15％、例如至少20％、例如根据基准波长而给定的百分比变化。
“光学腔”被理解为是现有技术中公知的，并描述了形成光波驻波腔共振体的镜结构。
“能够机械调节的腔长度”可被理解为：腔长度可通过机械方式改变，例如通过物理改变一个或多个实体元件的位置而改变。在各实施例中，腔长度可通过电-机械方式改变，例如通过微-电-机械方式改变。
当提到“腔长度”时，其与光学腔长度可互换地使用，与“光学腔的长度”可互换地使用，其被理解为通过所述腔的单程(single pass)光学路径长度(OPL)，例如在两个镜(即，第一和第二镜)之间的光学路径长度。往返行程路径长度对于这些线性腔而言可为两倍，并对于包括两个镜的腔而言将为两倍。在一个实施例中，光学腔通过两个镜(例如不超过两个镜)限定。
“发射波长相互不同的光子”可被理解为发射至少两个光子，其中，所述至少两个光子具有相互不同的波长。
“光子发射器”可被理解为能够发射光子的实体，例如能够在接收到光子或电子时发射光子。示例性的光子发射器可整体上包括光学增益介质(例如激光增益介质)。光子发射器在一些实施例中可以包括一个或多个量子井、量子线或量子点。在特定的实施例中，光子发射器包括半导体材料，例如采用块形式或采用一个或多个量子井、量子线或量子点形式的半导体。
“增益介质”可被理解为在现有技术中是公知的，例如，增益介质可为光学放大器，光学放大器对穿过其中的光进行相干(coherently)放大。
“腔控制器”可被理解为能够控制腔长度的控制单元，例如，腔控制器为电波形发生器，其被可操作地连接到光学腔，例如被可操作地连接到能够控制腔长度的致动器。通常可以理解，腔控制器在光子从光子发射器发射到腔中之后、在光子从光子发射器发射到腔中的过程中控制或者被布置以控制腔长度。腔控制器可被操作地连接到光子发射器，从而能够使腔控制器在光子从光子发射器发射到腔中的过程中启动。腔控制器可被操作地连接到光子发射器，这例如通过以下方式实现：
-利用计算机控制光子发射器和腔控制器，或者
-通过以触发器操作腔控制器，所述触发器通过光子发射器或传到光子发射器的信号被触发。
利用腔控制器操作地连接到光子发射器，对于使光子发射器和腔控制器同步可能是有利的，这在以非恒定方式操作光子发射器时、例如在光子发射器以非恒定电流供应时可能特别有利。
“色散介质”可被理解为一种介质，其中，具有特定频率的光从色散介质中的进入部位传播到色散介质中的离开部位所耗的时间长度，与具有另一特定频率的光从色散介质中的进入部位传播到色散介质光中的离开部位所耗的时间长度相比，可以不同。可以理解，色散介质是一种介质，其中，具有特定频率的光与具有另一特定频率的光相比，可按照不同速度和/或沿不同路径行进。可以理解，色散介质中的光的速度和/或光的路径可取决于光的频率。可以理解，色散介质可以包括(例如涵盖)多种色散介质，例如多个串联连接的色散介质，例如从光纤和/或光栅压缩体(grating compressor)中选出的色散介质。色散介质或者色散介质的一部分可通过可使不同波长按不同速度行进的组成部分制成。色散介质或者色散介质的一部分可通过可使不同波长经历不同物理路径长度的组成部分制成，例如采用包括两个相反衍射光栅的光栅压缩体、和/或线性调频光纤布拉格光栅。
在特定实施例中，色散介质的特性能够使压缩光脉冲可以通过初级光脉冲生成，初级光脉冲通过控制光学腔长度而生成，例如启动MEMS部件，其中采用大致正弦方式，例如采用正弦方式。这种实施例的优点可以是：其对于对光学腔的控制具有相对较低的需求，其例如能够实现例如MEMS部件的共振运动。
“时宽”可被理解为在最大值的一半时的全宽度(FWHM)，这在现有技术中是公知的。
“调节光学腔长度使得所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子”可被理解为：在发射初级光脉冲之前、在初级光脉冲可被描述为出于光学腔内的时段中，光学腔的长度可被调节为使来自移动的镜的多普勒频移引起脉冲的一些部分(例如初级光脉冲的仅一些部分)的波长改变，例如显著改变(例如相对于基准波长改变至少1％)。可以理解，“调节光学腔长度使得所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子”使得(例如，执行因而)初级光脉冲的不同部分内的波长相对于彼此改变至不同程度，例如相对于彼此改变至显著不同程度。可以理解，所述“调节光学腔长度使得所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子”显著改变初级光脉冲不同部分的频率相对于彼此改变的程度。可以看作优点的是：对于脉冲的所述部分(具有新的波长)而言，新的波长对应于(和/或响应于)光学腔长度。本领域技术人员易于理解：波长对应于光学腔长度，例如对应于两倍“光学腔长度”除以一个整数，其中该整数可为1或大于1的整数，例如大于2、3、4、5、6、7、8、9、10、50、100、或1000的整数。
“通过色散介质接收初级光脉冲”可被理解为：初级光脉冲进入色散介质中。
“将初级光脉冲从色散介质再次发射”可被理解为：初级光脉冲离开色散介质。
在另一实施例中，提供一种方法，其中在初级光脉冲内的在时间上分离的不同波长的光子在时间上彼此相干，其中在时间上相干可被理解为是指：两个光场的相对时间相位不是随机的，例如是指：在不同时间处的电场值之间存在固定的相位关系。
“在时间上相干(temporal coherence)”如现有技术中公知的那样被理解为：在不同时间处的电场值之间的固定的相位关系。
具有相干(例如在时间上相干)的分离的光子的可能的优点可以是：使它们当在时间上被压缩在压缩光脉冲中时能够有益地干涉。
在一个实施例中，提供一种生成压缩光脉冲的方法，其中
所述的调节所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子、例如在将光子从所述光子发射器(106)发射到所述光学腔中的过程中调节所述MEMS部件的位置的步骤，
包括：使在所述光学腔的一端处形成边界的镜移动，由此，来自所述移动的镜的多普勒频移使得所述脉冲、例如所述初级光脉冲的一些部分、例如所述初级光脉冲的仅一些部分的波长改变，例如显著改变(例如相对于基准波长改变至少1％)。
此实施例的优点可以是：多普勒频移能够使初级光脉冲的不同部分内的光子彼此相干。
在一个实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，其中所述光学腔包括微腔，其中所述光子发射器安置在所述微腔内。可以理解的是，光子发射器(例如增益介质)安置在光学腔内，例如光子发射器被两个镜之间的光学路径贯穿。其优点可以是：其有利于微腔中的光的受激发射，例如有利于微腔中的激光规则。
在一个实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，其中所述光学腔包括微腔，其中所述微腔的长度为所述基准波长的至少1/2倍且小于所述基准波长的10倍。具有在此间隔(interval)内的长度的优点可以是：能够具有相对更简单且更高效的具有基准波长的光源并同时能够具有相对较大的调整效率和自由频谱范围。在一个实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，其中所述光学腔包括微腔，其中所述微腔的长度为所述基准波长的至少1/2倍且小于所述基准波长的100倍。在一个实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，其中所述光学腔包括微腔，其中所述微腔的长度为所述基准波长的至少1倍(例如大于基准波长的1倍)且小于所述基准波长的10倍。在一个实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，其中所述光学腔包括微腔，其中所述微腔的长度为所述基准波长的至少1倍且小于所述基准波长的100倍。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，所述初级光脉冲被发射而使得：所述初级光脉冲(例如独立的初级光脉冲)的频谱分布能够通过连续函数描述。
可能的优点可以是：能够将更多光(更多波长)压缩到压缩光脉冲中，例如与具有分立波长峰的频谱相反，即，其中频谱的一部分具有零或接近零的强度。具有通过连续函数描述的初级光脉冲频谱分布的可能的优点可以是：与非连续分布的脉冲相比，对于给定的最大功率，在脉冲中能够具有更高能量。可以理解，对于多个初级光脉冲，例如多个周期性发射的光脉冲，例如初级光脉冲的脉冲序列，可以获得与脉冲重复率的倒数(inverse)相对应的调制，在此情况下，在频谱分布中可获得非连续的(例如分立的)线。
“频谱分布”可被理解为描述强度的函数，作为波长的函数。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，所述初级光脉冲被发射而使得：所述初级光脉冲的频谱分布能够通过以下函数描述(例如通过以下函数描述)：该函数不具有被一个或多个具有大致零(例如零)强度的波长区域分离的具有非零强度的波长区域。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，所述初级光脉冲被发射而使得：所述初级光脉冲的在时间上可解析的(temporally resolved)频谱分布能够通过连续函数描述(例如通过连续函数描述)。
这可以是有利的，因为其能够使初级光脉冲的相对于彼此具有不同波长的不同部分仍然在时间上相干。另一可能的优点可以是：能够将更多的光(更多波长)压缩到压缩光脉冲中。
所述初级光脉冲的在时间上可解析的频谱分布通过连续函数描述的可能的优点可以是：与非连续分布的脉冲相比，对于给定的最大功率，在脉冲中能够具有更高能量。另一优点可以是：有利于在脉冲的不同波长之间进行相干。“在时间上可解析的频谱分布”可被理解为将瞬时波长描述为时间的函数的函数，例如，波长作为时间的函数。因而可以理解，当在时间上可解析的频谱分布可以通过连续函数描述时，波长不会随时间突变。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，其中所述光学腔包括MEMS部件，且其中所述MEMS部件的位置能够调节，例如能够可控地调节，而且其中所述光学腔的腔长度根据所述MEMS部件的位置而定，使得腔控制器可通过控制所述MEMS部件的位置而控制所述光学腔的腔长度，
其中，所述的调节所述光学腔长度以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子(例如对应于光学腔长度)的步骤
进一步包括：调节所述MEMS部件的位置。
“MEMS”通常被理解为微电机系统。不过，可以理解，“MEMS”用作形容词并因而可被看作描述可用作微电机系统中的部件的一种类型的部件。因而可以理解，在本实施例中，光学腔包括一个部件，该部件可通过微电机相互作用启动并因而是隐含的微电机系统的一部分。
“微电机系统”可被理解为具有微米区域尺度的系统，其可通过施加电力、例如通过库伦相互作用或压电致动而以机械方式启动。
“光学腔包括MEMS部件”可被理解为：所述具有能够机械调节的腔长度(L)的光学腔可通过MEMS部件限定，例如，限定光学腔的镜中的一个可为MEMS部件或者可安装在MEMS部件上。
这可以是有利的，因为MEMS有利于通过简单而有效且可控的方式改变腔长度。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，其中所述方法进一步包括：通过在时间上(temporally)改变光子从所述光子发射器(106)的发射、例如在时间上改变从光子发射器控制器到光子发射器的功率供应、和/或在时间上改变光子(例如高能量光子)向光子发射器的供应而使初级光脉冲成形，使得初级光脉冲可通过初级形状描述。
“使初级光脉冲成形”可以被理解为：在时间上使光脉冲成形，例如，改变脉冲，使得图示出脉冲的一个或多个或所有波长的强度相对于时间的函数的形状改变。
这可以是有利的，因为压缩光脉冲的性能可以根据初级光脉冲的初级形状而定，因而使初级光脉冲成形可以优化压缩光脉冲的性能。
“在时间上改变”可被理解为：实体相对于时间改变，例如实体的值对于不同时间点而有所不同。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，其中所述方法进一步包括：提供反馈信息，随后发射第二初级光脉冲，其中所述第二初级光脉冲的性能基于所述反馈信息而定，例如，将所述反馈信息提供到波长可调微腔激光系统，其中波长可调微腔激光系统被布置以随后发射第二初级光脉冲，其中所述第二初级光脉冲的性能基于所述反馈信息而定。
这可以是有利的，因为这允许补偿系统元件的变化，例如色散元件和/或微腔发射器和/或MEMS部件的变化。反馈信息可用于设定系统以实现第二脉冲的期望性能并随时间稳定系统(例如针对温度变化或老化而进行稳定)。
“指示出所述压缩光脉冲的一个或多个性能的反馈信息”可被理解为关于压缩光脉冲的所述性能的信息，其可用于控制波长可调微腔激光系统以优化压缩光脉冲的性能。可以理解，所述一个或多个性能可以指压缩光脉冲的以下任一项：
-次级形状，
-次级频谱分布，和/或
-次级时宽。
“第二初级光脉冲”可被理解为随后的初级光脉冲，其在先前的初级光脉冲(例如作为通过反馈信息指示的压缩光脉冲被再次发射的先前的初级光脉冲)之后发射。
“第二初级光脉冲的性能”可以例如被理解为第二初级光脉冲的以下任一项：
-次级形状，
-次级频谱分布，和/或
-次级时宽。
“基于所述反馈信息”可以被理解为：第二初级光脉冲的性能根据反馈信息而定。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，其中所述初级光脉冲的初级形状通过：
-在时间上改变光学放大器的放大率而成形，其中，所述波长可调微腔激光系统进一步包括所述光学放大器，
和/或
-在时间上改变光子从所述光子发射器的发射而成形。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的方法，其中所述方法进一步包括：
-接收关于所述色散介质的色散特性的信息；
-按照针对所述色散介质的色散特性定制的相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布布置所述初级光脉冲(111)，使所述初级光脉冲被布置为使得所述压缩光脉冲相对于预定准则得到优化。
在本发明的可替代实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的方法，所述方法包括：
-提供波长可调微腔激光系统(102)，其包括：
光学腔(104)，其具有可调节的腔长度(L)，以使所述波长可调微腔激光系统能够发射波长彼此不同的光子，光子发射器(106)(例如增益介质)，用于将光子发射到所述光学腔中，腔控制器(108a)(例如波形发生器，例如被可操作地连接到光学腔的波形发生器)，其被布置用于控制所述光学腔的长度，
-提供色散介质(114)，
-从所述波长可调微腔激光系统(102)发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲(111)，
-调节所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子(例如对应于光学腔长度)，
-通过所述色散介质(114)接收所述初级光脉冲(111)，和
-将所述初级光脉冲从所述色散介质再次发射，作为具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲(112)，
其中，所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)。
可以理解，根据此实施例，所述光学腔可具有能够例如通过机械方式和/或通过电光方式(electrooptically)调节的长度。
根据本发明的第二方面，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其包括：
-波长可调微腔激光系统(102)，其具有对应于中心操作波长的基准波长，并包括：
光学腔(104)，其具有能够机械调节的腔长度(L)，以使所述波长可调微腔激光系统能够发射波长彼此不同的光子，
其中，
所述光学腔包括微腔，其中所述微腔的长度为所述基准波长的至少1/2倍且小于所述基准波长的10倍，
其中，
所述光学腔(104)包括MEMS部件，且其中所述MEMS部件的位置能够调节，而且其中所述光学腔(104)的腔长度(L)根据所述MEMS部件的位置而定，使得腔控制器(108a)可通过控制所述MEMS部件的位置而控制所述光学腔的腔长度(L)，
光子发射器(106)，用于将光子发射到所述光学腔中，腔控制器(108a)，其被布置用于控制所述光学腔(104)的长度(L)，例如以机械方式控制所述光学腔的长度，例如以机械方式控制所述光学腔的几何长度，
其中，所述波长可调微腔激光系统(102)被布置用于发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲(111)，其中所述腔控制器(108a)被布置用于通过调节所述MEMS部件的位置而调节所述光学腔长度(L)，例如被布置用于在光子从所述光子发射器(106)发射到所述光学腔中的过程中调节所述MEMS部件的位置，使得所述初级光脉冲(111)包括在时间上分离的不同波长的光子，
-色散介质(114)，其被布置用于接收所述初级光脉冲(111)，并用于将所述初级光脉冲再次发射，作为具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲(112)，
其中，所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)。
在可替代实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，所述系统包括：
-波长可调微腔激光系统(102)，其包括：
光学腔(104)，其具有能够机械调节的腔长度(L)，以使所述波长可调微腔激光系统能够发射波长彼此不同的光子，光子发射器(106)(例如增益介质)，用于将光子发射到所述光学腔中，腔控制器(108a)(例如波形发生器)，其被布置用于控制所述光学腔(104)的长度(L)，
其中，所述波长可调微腔激光系统(102)被布置用于发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲(111)，其中所述腔控制器(108a)被布置用于调节所述光学腔长度(L)，使得所述初级光脉冲(111)包括在时间上分离的不同波长的光子(例如对应于光学腔长度)，
-色散介质(114)，其被布置用于接收所述初级光脉冲(111)，并用于将所述初级光脉冲再次发射，作为具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲(112)，
其中，所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)。
“用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统(100)”可通常被理解为用于生成压缩光脉冲的系统。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述腔控制器(108a)被布置用于：使在所述光学腔的一端处形成边界的镜移动，由此来自所述移动的镜的多普勒频移使得所述脉冲、例如所述初级光脉冲的一些部分、例如初级光脉冲的仅一些部分的波长改变，例如显著改变(例如相对于基准波长改变至少1％)，
以被布置用于通过调节所述MEMS部件的位置而调节所述光学腔长度(L)(例如在光子从所述光子发射器(106)发射到所述光学腔中的过程中调节所述MEMS部件的位置)，使得所述初级光脉冲(111)包括在时间上分离的不同波长的光子。
此实施例的优点可以是：多普勒频移能够使初级光脉冲的不同部分内的光子彼此相干。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中初级光脉冲内的在时间上分离的不同波长的光子彼此相干。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述系统被布置以发射初级光脉冲，使得所述初级光脉冲的频谱分布能够通过连续函数描述。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述系统被布置以发射从光学腔发射的光脉冲，使得从光学腔发射的所述初级光脉冲的频谱分布能够通过连续函数描述。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述系统被布置以发射初级光脉冲被，使得所述初级光脉冲的在时间上可解析的频谱分布能够通过连续函数描述，例如通过连续函数描述。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述系统被布置以发射从光学腔发射的光脉冲，使得从光学腔发射的所述初级光脉冲的在时间上可解析的频谱分布能够通过连续函数描述，例如通过连续函数描述。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述光学腔包括微腔，其中所述光子发射器安置在所述微腔中。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述光学腔包括微腔，其中所述微腔的长度大于所述基准波长的1倍且小于所述基准波长的10倍。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中所述光学腔(104)包括MEMS部件，且所述MEMS部件的位置能够调节，其中所述光学腔(104)的腔长度(L)根据所述MEMS部件的位置而定，使得腔控制器(108a)可通过控制所述MEMS部件的位置而控制所述光学腔的腔长度(L)。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中所述波长可调微腔激光系统(102)进一步包括：光学放大器(116)，例如布置在光学腔与色散介质之间的光学路径中的光学放大器，例如布置在光学腔与色散介质之间的光学路径中的半导体光学放大器。
这可以是有利的，因为光学放大器允许使从光学腔发射的脉冲放大和/或成形，以控制初级光脉冲的形状。
“光学放大器”可通常被理解为可使光脉冲放大和/或成形的元件。在实施例中，光学放大器可执行光场的相干(相位保持)放大，由此改变场幅度。光学放大器可通过采用激发原子的受激发射而起作用。光学放大器可增大系统输出功率，显著(例如20dB或30dB)超过微腔激光器的输出功率，例如从光学腔发射的脉冲。也可以理解，光学放大器在各实施例中可减小和/或增大系统的输出功率。在一个实施例中，光学放大器可完全“关断”，例如在各时段中对传送抑制30dB以上。如果光学放大器对其泵浦机构具有快速响应，例如为半导体光学放大器，则其可另外用于使从光学腔发射的脉冲的时间强度曲线(profile)成形。这包括例如改变脉冲的长度和形状，例如压制从微腔激光器的发射的部分。光学放大器的示例包括：来自THORLABS的光学放大器，例如具有零件号BOA1004P、BOA1132P、BOA1137P的光学放大器(2013年10月)。在示例性的实施例中，提供一种快速光学放大器，其极快而可以实现快速调制，例如不具有电容器以稳定电流的光学放大器，其中增益可以改变。光学放大器的另一示例通过来自制造者THORLABS的具有零件号BOA1004PXS的光学放大器(2013年10月)给定。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中初级光脉冲(111)的初级形状(121)可通过在时间上(temporally)改变光子从所述光子发射器(106)的发射、例如在时间上改变从光子发射器控制器(108b)到光子发射器的供应功率、和/或在时间上改变光子(例如高能量光子)向光子发射器的供应而成形。
在一个实施例中，光子发射器可用于成形所述初级脉冲的在时间上的强度。
在一个实施例中，光子发射器保持高于激光阈值(当发射脉冲(其中初级光脉冲源自该脉冲)时、例如在发射脉冲(其中初级光脉冲源自该脉冲)的时段中)。其可能的优点是：能够保持相干。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中初级光脉冲(111)的初级形状(121)可通过在时间上(temporally)改变光学放大器(116)的放大率、例如在时间上改变从光子发射器控制器(108c)到光子发射器的信号供应、和/或在时间上改变光子从光子发射器的发射而成形。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中光学腔(104)和光子发射器(106)通过以下任一项给定：垂直腔面发射激光器(VCSEL)，平面内发射微腔激光器，或者边缘发射激光器。
在一个实施例中，光学腔是线性腔，例如Fabry-Perot腔，其中发射光的波长成比例于各镜之间的光学往返行程距离除以一个整数。其优点是：能够使用多普勒效应作为调整机制。
在一个实施例中，光学腔的长度小于基准波长的1000倍，例如小于基准波长的100倍，例如小于基准波长的50倍，例如小于基准波长的25倍，例如小于基准波长的10倍，例如小于基准波长的5倍。具有如此小的光学腔长度的优点可以是：能够具有相对较大的调整效率和较大自由频谱范围。在具有这种较小的光学腔长度的实施例中，所述光学腔是线性光学腔。
使用VCSEL的优点可以是：实现相对比较简单。另一优点可以是：能够实现较大程度的相干。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述波长可调微腔激光系统被布置用于：按照基于所述色散介质的色散特性定制的相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布发射所述初级光脉冲(111)。
此实施例的优点可以是：能够根据色散介质的色散特性适配初级光脉冲，使得对于不同的色散介质的色散特性可以提供不同的初级光脉冲。这可以例如对于使压缩光脉冲的性能保持恒定(即使在色散介质的色散特性改变时也是如此)和/或对于优化压缩光脉冲的性能是有利的。
“基于色散介质的色散特性”可被理解为：相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布取决于(例如受到影响)色散介质的色散特性、或指示出色散介质的色散特性的信息。
“色散介质的色散特性”可被理解为：关于色散介质的折射率n是光频率f的函数(例如n＝n(f))或者可替代地是相对于波的波长的函数(n＝n(λ))的信息。色散介质的折射率的波长依赖性在实施例中可通过其阿贝(Abbe)数或其在经验公式(例如Cauchy或Sellmeier等式)中的系数而量化。另外可以理解，关于色散介质的折射率n的信息可包括：关于色散介质的折射率的波长依赖性的信息、和色散介质长度的信息。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中，所述波长可调微腔激光系统被布置用于：按照针对所述色散介质的色散特性定制的相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布发射所述初级光脉冲(111)。
“针对色散介质的色散特性定制”可被理解为：布置初级光脉冲，使压缩光脉冲(其可被理解为对应于传送穿过色散介质之后的初级光脉冲)可相对于预定环形公路赛被优化。在示例性的实施例中，预定环形公路赛可例如为压缩光脉冲的在时间上的压缩、例如在时间上的最大的压缩。
可以理解，为了具有针对所述色散介质的色散特性定制的“初级形状和/或初级频谱分布”，可能需要精细调节以实际上相对于预定准则优化，例如实现最大压缩。在示例性实施例中，初级光脉冲可成形为具有特定形状，例如具有关联于(reminiscent)相互先后紧邻的多个脉冲的形状。
这可以是有利的，因为其能够通过确保初级光脉冲性能匹配于色散介质色散特性而优化压缩光脉冲的性能。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述波长可调微腔激光系统(102)被布置用于：按照针对所述色散介质(114)的色散特性定制的相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布发射所述初级光脉冲(111)，使初级光脉冲被布置为使得压缩光脉冲相对于预定环形公路赛优化。“针对所述色散介质的色散特性定制”可被理解为：相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布根据色散介质的特性而改变，使初级光脉冲被布置为使得压缩光脉冲相对于预定环形公路赛优化。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述波长可调微腔激光系统被布置用于：包括和/或接收指示出色散介质色散特性的信息。可以理解，为使所述光脉冲系统“被布置用于包括信息”，光脉冲系统可包括其上存储有所述信息的物理介质，例如计算机可读存储介质，例如磁存储介质，例如硬盘驱动器(HDD)或固态驱动器(SSD)、或者光存储介质。可以理解，为了使所述系统“被布置用于接收信息”，所述系统可包括数据接口，例如USB接口或无线接口。
在一个实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述光脉冲系统包括：
-计算机可读存储介质，其被布置以包括用于指示所述色散介质的色散特性的信息，和/或
-数据接口，其被布置以接收用于指示所述色散介质的色散特性的信息。
在一个实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中所述光脉冲系统包括：
-计算机可读存储介质，其被布置以包括用于指示所述色散介质的色散特性的信息，和/或
-数据接口，其被布置以接收用于指示所述色散介质的色散特性的信息，
其中，所述波长可调微腔激光系统(102)被布置用于按照基于所述用于指示所述色散特性的信息而且针对所述色散介质(114)的色散特性定制的相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布发射所述初级光脉冲(111)，使得所述初级光脉冲被布置为使得所述压缩光脉冲相对于预定准则得到优化。可以理解，根据本实施例，波长可调微腔激光系统可被布置为考虑到色散介质的色散特性，并且相应地适配初级光脉冲的相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布。这可以是有利的，其中初级光脉冲可以然后对于特定色散介质被优化，例如重复地和/或连续地被优化。
这可以是有利的，因为其能够按照相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布(其基于色散介质色散特性而定，例如针对色散介质色散特性而定制)发射初级光脉冲。另外可以有利的是，其能够使用户调节参数，例如通过专用集成电路(ASIC)和/或笔记本电脑调节。
在一个实施例中，波长可调微腔激光系统进一步被布置用于基于色散介质的色散特性适配初级光脉冲。
色散介质的特性可被理解为：作为波长和/或色散介质长度的函数的色散。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中波长可调微腔激光系统被布置用于：包括和/或接收指示出压缩光脉冲性能的信息。在进一步的实施例中，波长可调微腔激光系统进一步被布置用于基于关于压缩光脉冲的所述信息而适配初级光脉冲。
此实施例的优点可以是：其能够实现反馈系统，这进而能够适配初级光脉冲以改进压缩光脉冲的性能。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统，其中光脉冲系统进一步包括：反馈系统，用于将指示出压缩光脉冲的一个或多个性能的反馈信息提供到波长可调微腔激光系统，其中波长可调微腔激光系统被布置用于随后发射第二初级光脉冲，其中第二初级光脉冲的性能基于所述反馈信息而定。
在一个实施例中，反馈系统可包括：用于测量压缩光脉冲峰值效应的探测器，例如两光子探测器和用于测量平均功率的探测器。在一个实施例中，反馈系统可包括反馈回路，例如依赖于比例积分微分(PID)控制的反馈回路。
在一个实施例中，第二初级光脉冲可依据波长扫描速率和持续时间中的一个或多个而相对于先前的初级光脉冲进行改变。
“波长扫描速率”可被理解为：初级光脉冲中的波长改变的速率。初级光脉冲的波长的改变可以由于光学腔长度(L)的调节所致，使得所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子(例如对应于光学腔长度)(其中本领域技术人员易于理解，波长对应于光学腔长度，例如对应于两倍的“光学腔长度”除以一个整数)。可以理解，波长扫描速率可按照单位时间的波长变化(例如单位为nm/s)进行测量。可以理解，调节光学腔长度的速率(例如单位时间的光学腔长度变化)和波长扫描速率(例如单位时间的波长变化)不必相同。例如，在多波长的长腔的情况下，其中长度给定为N(例如，2*腔长度＝N*λ，其中，λ是基准波长，N是大于1的整数)，则所称的调整效率于是为1/N，波长扫描速率于是通过“光学腔长度调节速率”/N而给定。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中所述MEMS部件的Q因子在10至临界阻尼(critically damped)对应值的范围内。
具有低Q因子的可能的优点可以是：能够控制MEMS部件的运动，这进而能够控制第一光脉冲特性，这进而能够确定压缩光脉冲特性。具有低Q因子的另一优点可以是：能够实现更快的安置(settling)时间，即，力度更小(less ringing)。
在一实施例中，MEMS部件的Q因子小于100，例如小于75，例如小于50，例如小于25，例如小于20，例如小于15，例如小于10，例如小于5，例如小于1，例如小于0.1。在一个实施例中，MEMS部件处于临界阻尼状态。
在另一实施例中，提供一种波长可调的光子源，其被布置用于以基准波长λ发射光子，其中，在第一镜与第二镜之间的光学路径长度(OPL)小于5倍的λ(5xλ0)，例如小于2.5倍的λ(2.5xλ0)，例如小于1.5倍的λ(1.5xλ0)。小的OPL的优点可以是：能够实现相对较大的自由频谱范围和/或增大调整效率。
在一个实施例中，提供一种电泵浦腔长度，其小于4倍的λ(4xλ0)，例如小于2倍的λ(2xλ0)。在一个实施例中，提供一种光泵浦腔长度，其小于3.5倍的λ(3.5xλ0)，例如小于2.5倍的λ(2.5xλ0)，例如小于1.5倍的λ(1.5xλ0)。
在另一实施例中，提供一种波长可调的光子源，其中，第一镜(例如MEMS部件)的共振频率高于0.1MHz，例如高于0.5MHz，例如高于1MHz，例如高于5MHz，例如高于10MHz，例如高于50MHz，例如高于100MHz。这样的相对较高的共振频率的优点可以是：能够以这种相对较高的频率按照相对较大的幅度以相对小的功耗驱动(即，移动)第一镜。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，
-通过利用所述压缩光脉冲的峰值功率除以所述压缩光脉冲(例如，在色散介质之后紧接的压缩光脉冲)的平均功率，给出第一比率，
-通过利用所述初级光脉冲的峰值功率除以所述初级光脉冲(例如，在色散介质之前紧接的初级光脉冲)的平均功率，给出第二比率，
其中，所述第一比率是所述第二比率的至少10倍，例如是第二比率的至少50倍，例如是第二比率的至少100倍，例如是第二比率的至少500倍，例如是第二比率的至少1000(1e3)倍，例如是第二比率的至少5000(5e3)倍，例如是第二比率的至少10000(1e4)倍，例如是第二比率的至少50000(5e4)倍，例如是第二比率的至少100000(1e5)倍，例如是第二比率的至少500000(5e5)倍，例如是第二比率的至少550000(5.5e5)倍，例如是第二比率的至少570000(5.7e5)倍，例如是第二比率的至少570000(5.7e5)倍。
这可以是有利的，因为其能够将在相对较长的时段中的相对较低强度压缩为在相对较短时段中的相对较高强度。
在一个实施例中，用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统被布置用于生成多个初级光脉冲和对应的多个压缩光脉冲，例如，每个初级光脉冲对应于压缩光脉冲，例如，初级光脉冲和压缩光脉冲被周期性地发射。在进一步的实施例中，在色散介质之前紧邻的占空因数至少是在色散介质之后紧接的占空因数的10倍，例如至少是在色散介质之后紧接的占空因数的50倍、例如100倍、例如500倍、例如1000倍、例如5000倍、例如10000倍、例如50000倍、例如100000倍。占空因数被理解为光发射(即，系统处于启用状态)的时间占所考虑总时间的分数。对于多个光脉冲，占空因数因而可被计算为通过脉冲之间的时段分开的脉冲宽度。
可以理解，用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统可以被布置用于：通过重复执行步骤“调节光学腔长度以使初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子”而生成多个初级光脉冲。在这种多个初级光脉冲内的各初级光脉冲的发射之间的时段可以是恒定的或不恒定的。在这种多个初级光脉冲内的各初级光脉冲的发射之间的时段可以是至少1纳秒、例如在5纳秒至10000纳秒之间。在这种多个初级光脉冲内的各初级光脉冲的发射之间的时段可以电控制，例如通过控制光学腔长度的任意波形发生器控制。在这种多个初级光脉冲内的各初级光脉冲可相似或不相似。在这种多个初级光脉冲内的一个或多个初级光脉冲可包括脉冲包。
在一个实施例中，压缩光脉冲的脉宽小于1皮秒，例如小于500飞秒，例如小于250飞秒，例如小于100飞秒，例如小于50飞秒。
在一个实施例中，用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统被布置用于生成包括脉冲包的初级光脉冲，其对应于单个压缩光脉冲或包括脉冲包的压缩光脉冲。
在一个实施例中，用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统被布置用于生成包括脉冲包的压缩光脉冲，例如，所述系统被布置以生成单个初级光脉冲或包括脉冲包的初级光脉冲、和对应的包括脉冲包的压缩光脉冲。此实施例的优点可以是：有利于泵浦探测试验，例如有利于在单一步骤方法中的泵浦探测试验，在所述的单一步骤中，初级光脉冲被分为两个光脉冲(在压缩光脉冲的脉冲包内)，这两个脉冲的后者的延迟在相同步骤(即，传送穿过色散介质)中实现。另一可能的优点可以是：在压缩光脉冲的脉冲包内的各脉冲之间的距离可以变化。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，
-其中光脉冲系统(100)被布置为使得：从波长可调微腔激光系统(102)发射的不同光子被布置为使得具有相对较长波长的光子先于具有相对较短波长的光子发射，其中色散介质(114)呈现正常色散；
或
-其中光脉冲系统(100)被布置为使得：从波长可调微腔激光系统(102)发射的不同光子被布置为使得具有相对较短波长的光子先于具有相对较长波长的光子发射，其中色散介质(114)呈现反常色散。
在另一实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中色散介质(114)从包括以下项的组中选出：
-光纤，例如色散补偿光纤；和
-光栅对；
-棱镜对；
-线性调频(chirped)分布光纤布拉格光栅。
在本发明的可替代实施例中，提供一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，所述系统包括：
-波长可调微腔激光系统(102)，其包括：
光学腔(104)，其具有能够调节的腔长度(L)，以使所述波长可调微腔激光系统能够发射波长彼此不同的光子，光子发射器(106)(例如增益介质)，用于将光子发射到所述光学腔中，腔控制器(108a)(例如波形发生器)，其被布置用于控制所述光学腔的长度，
其中，所述波长可调微腔激光系统被布置用于：发射具有初级时宽的初级光脉冲，其中所述腔控制器被布置用于调节所述光学腔长度，使得所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子(例如对应于光学腔长度)，
-色散介质，其被布置用于接收所述初级光脉冲，并用于将所述初级光脉冲再次发射，作为具有次级时宽的压缩光脉冲，
其中，所述次级时宽小于所述初级时宽。
可以理解，根据这种实施例，光学腔可具有的长度例如能够通过机械方式和/或通过电光方式调节。
根据本发明的第三方面，提供根据第一方面的用于生成压缩光脉冲的方法和/或根据第二方面的光脉冲系统的用途，用于以下任一项：
-多光子光谱学，
-材料处理，例如使用根据第二方面的且进一步包括半导体光学放大器(SOA)的光脉冲系统进行材料处理，
-飞秒化学，
-采样系统(根据抖动性能)，
-THz生成。
“飞秒化学”可被理解为：使用所述系统在飞秒(10-15秒)时间级别上检验化学键断裂或键形成，例如记录化学反应快照，例如反应物与产物之间的过渡状态区域的选通(strobing)。
“采样系统”可被理解为：使用所述系统来探测被检测对象。这可为重复的电信号或光信号，其可通过扫描在信号中的脉冲而以高时间分辨率描绘，重叠于光开关中的信号。泵浦探测频谱学也处于此类别中。
“THz生成”可被理解为：使用所述系统生成电磁辐射，所述电磁辐射的频率在毫米波段的高频边缘300GHz(3×1011Hz)与远红外光段的低频边缘3000GHz(3×1012Hz)之间。
在一个实施例中，波长可调微腔激光系统可包括波长可调的光子源，其包括：
-包括第一镜的第一元件，
-包括第二镜的第二元件，
-包括光子发射器的第三元件，
其中，第一元件和第二元件和第三元件相对于彼此安置，使得：
i.第一镜和第二镜限定光学腔的至少一部分，并使得
ii.光子发射器安置在光学腔内，
其中，
第一镜可移动(例如相对于第二镜移动)，其中，波长可调的光子源进一步包括：腔控制器(108a)，其被布置用于通过移动第一镜而控制光学腔长度，例如，腔控制器包括用于通过电方式访问第一元件的装置，例如用于通过静电方式移动第一镜的装置，例如，移动第一镜以能够改变光学腔的腔长度。
“波长可调的光子源”被理解为：其中光子波长可以被可控地调节的光子源。可以理解，在本申请的应用环境中，“波长可调的光子源”可与“波长可调微腔激光系统”可互换地使用。
“第一元件”可被理解为：包括第一镜的结构元件。
“第一镜”可被理解为：能够在光学腔中限定镜表面的镜。应理解，第一镜可以移动，例如相对于第二镜移动，例如移动以改变光学腔的光学路径长度。
可以理解，第一元件和第一镜可刚性地联接，使得移动第一镜必要地引起移动第一镜，反之亦然。
可以理解，第一元件和/或第一镜可形成MEMS部件的至少一部分。
在特定实施例中，第一元件可通过高指数对照(high-index-contrast)子波长光栅(HCG)预图样化的绝缘硅(SOI)衬底形成，其可包括埋置HCG，例如设置在分隔层之间的作为下镜反射体的HCG，如在WO2012/0149497A2中所述(该文献在此全文通过引用并入本文)。
“第二元件”可被理解为：包括第二镜的结构元件。
“第二镜”可被理解为：能够在光学腔中限定镜表面的镜。在一些实施例中，第二元件实质上可体现为(例如包括)第二镜，例如第二元件是第二镜，例如第二元件是沉积到另一元件上(例如沉积到第三元件上)的第二镜。
第一镜和/或第二镜中的任一项在示例性实施例中可以包括：分布式布拉格反射体或HCG。在其它实施例中，镜和/或第二镜可包括金属镜和/或高反射性和高极化选择性衍射光栅(GIRO光栅)中的任何一种，如“用于长波长VCSEL的高反射性和高极化选择性衍射光栅(GIRO光栅)的首次验证”(Goeman S.,等,Photonics Technology Letters,IEEE(第10卷，第9期),1998年9月，第1205–1207页)中所述，该文献在此全文通过引用并入本文。不同类型的镜的组合也可被本发明涵盖。
在特定实施例中，第二元件可在半VCSEL激光器异质结构中与第三元件集成，其中半VCSEL激光器异质结构具有上镜反射体(即，第二镜)和在所述上镜反射体之下的激活区域(即，光子发射器)，例如在WO2012/0149497A2中所述，该文献在此全文通过引用并入本文。
“第三元件”可被理解为：包括光子发射器的结构元件。“第三元件”可从市场供应者获得，例如可从外延晶片厂购买的III-V半导体外延晶片。
“所述光子发射器安置在光学腔内”(例如所述方法包括将光子发射器安置在光学腔内)被理解为：光子发射器被安置以能够使光子直接发射到腔中，例如直接进入腔模式中。通过将光子发射器安置在腔内，进入腔中的光子的可能损失被消除。另外，如果光子发射器是激活激光介质，则可提供激光器。
“用于通过电方式访问第一元件的装置”可被理解为：与被布置用于静电致动的电极连接的电连接体、与压电元件连接的电连接体(其中压电元件可被布置用于机械致动第一元件)、或能够热致动的电连接体，例如与能够通过电阻加热而加热第一元件的至少一部分的电阻式双压电晶片连接的电连接体。
在另一实施例中，提供一种方法，其中该方法包括：将减反射(AR)涂层安置在限定内容积的第三元件的表面的至少一部分上。与其类似地，在一个实施例中，将减反射(AR)涂层安置在限定内容积的第三元件的表面的至少一部分上。减反射涂层在本领域中是公知的，并可例如包括TiO2/SiO2、Al2O3、SiON、BCB中的任一种。在一个实施例中，AR涂层是介电涂层，例如氮氧化硅。在一个实施例中，AR涂层具有的折射率大致等于其被安置于上的元件的折射率的平方根。
在一个实施例中，在基准波长的情况下，减反射涂层(AR涂层)的反射率小于10％，例如小于5％，例如小于2％，例如小于1％。
在一个实施例中，在限定内容积的第三元件的表面的至少一部分上(例如在所述表面上)没有减反射涂层，例如，通过第一镜和第二镜限定的光学腔包括在所述光学腔内的另外的镜。
在一个实施例中，提供一种波长可调的光子源，其通过电泵浦，例如包括用于电泵浦的装置，例如电极。电泵浦的优点可以是：一旦提供了电泵浦的结构，例如连接到pn结的电极，则泵浦可仅通过供应电流而实现，这可见相对比较简单，例如与在光泵浦情况下供应光子时相比而言。
在一个实施例中，提供一种波长可调的光子源，其通过光泵浦，例如包括用于光泵浦的装置，例如包括泵浦光源，例如泵浦激光器。泵浦光源可发射波长小于基准波长的光。光泵浦的优点可以是：波长可调的光子源的结构可保持相对简单，这是因为，可以省略对于例如在电泵浦情况下的电极的需要。
在另一实施例中，提供一种波长可调的光子源，其中，能够移动第一元件的装置包括电极，例如一组电极，用于支持第一元件与电极之间的电场以移动第一元件，例如沿朝向或远离第二镜的方向移动第一元件。电极可从波长可调的光子源的外部电访问，并可被布置而使得电场能够通过静电致动而移动第一元件。此实施例的优点可以是：能够以简单而高效的方式移动第一元件。在一个实施例中，电极被布置用于使第一元件远离第二镜移动，例如动态地(dynamically)或静态地(statically)移动。
在另一实施例中，提供一种波长可调的光子源，其中电场被布置用于使第一元件沿远离第二镜的方向移动。其优点可以是：可减轻所称的拉入(pull-in)效应。
在另一实施例中，提供一种波长可调的光子源，其中，光子发射器是激光增益介质，其中波长可调的光子源被布置用于能够发射激光。在一个实施例中，波长可调的光子源是波长可调的激光器。激光器是现有技术中公知的。
在另一实施例中，提供一种波长可调的光子源，其中第一镜包括高对比光栅(HCG)。在另一实施例中，提供一种波长可调的光子源，其中光学腔包括至少一个减反射涂层。
“基准波长”(λ0)可被理解为：光子源的中心操作波长，例如用于激光功率针对于波长的图线，其将被给定为最高强度的波长，例如在正常使用过程中(例如当第一镜处于非致动位置时)的最高强度的波长。这样，中心操作波长可被理解为当第一镜处于非致动位置时的最高强度的波长。所述基准波长通常和/或在示例性实施例中可以在1微米的量级，例如在100nm～10微米之间，例如在350nm～5.5微米之间，例如在800nm～3微米之间，例如350nm，例如800nm、例如1微米、例如1.3微米、例如1.5微米、例如2微米、例如3微米、例如5.5微米、例如10微米。
在另一实施例中，提供一种波长可调的光子源，其中与基准波长相关的调整范围大于1％，例如大于2％，例如大于3％，例如大于3％，例如大于4％，例如大于5％，例如大于7.5％，例如大于10％，例如大于12.5％，例如大于15％。这种相对较大的调整范围可以实现：光子源可应用于更大范围的波长。在一个实施例中，提供一种光泵浦光子源，其中调整范围大于10％，例如大于12.5％，例如大于15％。在一个实施例中，提供一种电泵浦光子源，其中调整范围大于5％，例如大于6.5％，例如大于7.5％，例如大于10％。
在一个实施例中，还提供一种用于电泵浦光子发射器的电流源和/或一种用于光泵浦光子发射器的光源。在一个实施例中，根据第一方面和/或第二方面的波长可调的光子源包括：用于电泵浦的电流源和/或用于光泵浦的光源
本发明的第一、第二和第三方案均可与任意其它方案组合。本发明的这些和其它方案通过参照下文中所述的实施例将得以展示和说明。
附图说明
现在将关于附图更详细描述根据本发明的波长可调光子源。附图显示出实施本发明的一种方式，但不应被认为是对落在所附权利要求书范围内的其它可能实施例加以限制。
图1-2显示出用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统。
图3例示出本发明的示例性实施例。
图4显示出示例性的光学腔。
具体实施方式
图1显示出用于生成压缩光脉冲112的光脉冲系统100，包括：
-波长可调微腔激光系统102，其包括：
光学腔104，其具有能够机械调节的腔长度(L)，以使所述波长可调微腔激光系统能够发射波长彼此不同的光子，光子发射器106，用于将光子发射到所述光学腔中，腔控制器108a，其被布置用于控制所述光学腔104的长度(L)，
其中，所述波长可调微腔激光系统102被布置用于发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲111，其中所述腔控制器108a被布置用于调节所述光学腔长度(L)，使得所述初级光脉冲111包括在时间上分离的不同波长的光子，
-色散介质114，其被布置用于接收所述初级光脉冲111，并用于将所述初级光脉冲再次发射，作为具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲112，
其中，所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)。
图中还显示出第一元件124、第二元件126、在光学腔内从光子发射器发射的光脉冲109a、在光学腔内从第二元件126上的第二镜反射的光脉冲109b。其中可见：从光学腔发射(但在光学放大器116之前)的脉冲110(由其产生初级光脉冲111)具有形状120和时宽(T0)。图中还显示出初级光脉冲的初级形状121和压缩光脉冲的形状122。光子发射器106被可操作地连接到电流源108b。光学放大器116被可操作地连接到控制单元108c。
图2显示出另一光脉冲系统，其中，用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统包括：腔控制器208a，其被布置以控制光学腔的长度。应注意的是，来自腔控制器的信号可为正弦波，但其未必为正弦波，而可具有任意波形。光子发射器被可操作地连接到电流源208b。光学放大器216被可操作地连接到控制单元208c。应注意的是，来自光学放大器的信号可适于增大光脉冲的强度，但其也可减小该强度，或者其可例如在脉冲的中心时间部分增大强度和/或在脉冲的非中心时间部分(例如脉冲的、大致“截止”的边缘)减小强度。腔控制器208a、电流源208b和控制单元208c均集成到相同的波形发射器中。图中还显示出色散元件214，其为色散补偿光纤。
图3例示出本发明的示例性实施例。
图3A中相对于时间示出目标强度(参照左侧轴的图实线)，即，期望脉冲。目标强度对应的脉冲具有大致高斯形状、归一化的最大强度“1”、和100fs的时宽(FWHM)。整个脉冲中波长恒定在1550nm，波长变化以虚线显示。
图3B显示出对应的目标频谱(参照左侧轴的图实线)(即，相对于波长的强度)以及整个脉冲中的时移(参照右侧轴的虚线)(其对于图3A中的非啁啾(unchirped)脉冲而言为零)。
这样，图3A-3B显示出压缩光脉冲的强度和频谱的理想化形貌。因此，使压缩光脉冲尽可能接近这种频谱和/或强度可被看作是预定准则。
图3C显示出来自OFS公司(Furukawa公司)的光纤的色散特性“D”(其中，长度未考虑在内，例如单位长度的色散特性)。
D＝(3.62801e-11*(λ/nm)4+2.43016e-5*(λ/nm)3-1.116476e-1*(λ/nm)2+1.69820e2*(λ/nm)-8.58582e4)*ps/(nm*km)
图3D-3E显示出具有图3A-3B中所示性能的脉冲在穿过10000m的具有图3C中所示性能的光纤之前应具有的性能的计算结果的例示。
图3D显示出相对于波长的强度(参照左侧轴的图实线)以及整个脉冲中的时移(参照右侧轴的虚线)。应注意，所示光脉冲具有可通过连续函数描述的频谱分布(参见图实线，其显示出相对于波长的强度)。应注意，所示光脉冲的频谱分布可通过不包括具有非零强度的波长区域的函数描述，其中所述具有非零强度的波长区域通过具有大致为零(例如零)的强度的一个或多个波长区域而分离。应注意，所示光脉冲具有可以通过连续函数描述的在时间上可解析的(temporally resolved)频谱分布(参见显示出整个脉冲中的时移的虚线，即，波长为时间的函数)。
图3E中相对于时间示出强度(参照左侧轴的图实线)以及示出整个脉冲的波长(参照右侧轴的虚线)。
换言之，图3D-3E中所示性能匹配于初级光脉冲应具有的性能(目标性能)，从而在穿过10000m的具有如图3C中所示性能的光纤后最终具有图3A-3B中所示性能。图3D-3E中所示“目标性能”可通过如下给出的表达式(对于波长λ和强度(I))拟合(fit)：
λ(t)/nm＝0.0145*(t/ns)9-0.0735*(t/ns)8+0.177*(t/ns)7-0.458*(t/ns)6+1.59*(t/ns)5-5.25*(t/ns)4+19.6*(t/ns)3-67.2*(t/ns)2+605*(t/ns)+1545.27
I(t)＝exp(-0.0268*(t/ns)4-0.01*(t/ns)3-0.000621*(t/ns)2+7.66e-06*(t/ns)-6.13e-08)，
其中，对于在时间范围-100ns＜t＜100ns内的数据进行拟合。
进行拟合的优点可在于：其能够提供数学函数，例如描述“目标性能”(即，“初级光脉冲”应具有的性能)的平滑型数学函数。数学函数可用于生成和/或模拟初级光脉冲，这是因为，数学函数可供应到例如腔控制器和/或其它能够影响初级光脉冲性能的部件，腔控制器和/或其它能够影响初级光脉冲性能的部件然后可使初级光脉冲得到由拟合描述的性能。可替代地，“目标脉冲”的数据(即，图3D-3E中所示的脉冲基本数据)可直接供应到(例如在不进行拟合的情况下)例如腔控制器和/或其它能够影响初级光脉冲性能的部件，腔控制器和/或其它能够影响初级光脉冲性能的部件然后可使初级光脉冲得到由“目标脉冲”描述的性能。
图3F显示出可如何移动所述镜以得到图3E中的波长变化。已经假定有1/3的调整效率(波长改变/腔长度改变)和1000nm的间隙尺寸(使MEMS镜远离其它镜移动)。MEMS在停置位置(以水平线“停置间隙”指示)的波长为1530nm。
图3G显示出重复电压波形的计算，其可应用于具有上述参数且MEMS质量因子Q＝4、MEMS响应频率为5MHz、镜面积为100um2、镜质量为69.9pg、电阻为50欧姆的静电致动的MEMS，以得到图3F中的间隙改变。在此范围内对电压(以电压为单位)的拟合为：
V/V＝-0.19731*z8-0.33818*z7+2.1737*z6-1.9488*z5-1.3157*z4+2.0745*z3-4.9645*z2+20.775*z+121.99
其中，z＝(t/ns-21.186)/45.546。
图3H对应于图3E，但使用拟合，并显示出具有大约63ns时宽(FWHM)和最大强度1的“初级光脉冲”。
图3I是对于图3H的频谱强度。
图3J显示出使图3H/图3I的脉冲穿过10000m具有图3C所示色散的光纤之后的频谱。
图3K是与图3J中的频谱对应的脉冲，展示了提供压缩光脉冲的可能性，该压缩光脉冲例如大致高斯脉冲，所述脉冲为“压缩光脉冲”，具有约0.114ps的时宽(FWHM)、约为图3H中最大强度的5e5倍的最大强度，不包括光纤传输损耗(其中，对于当前示例，传输损耗可为约5dB，使得即使在考虑到光纤传输损耗之后，也可获得约为图3H中最大强度的1e5倍的最大强度)。
图3因而例示出一种用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统的示例，其中，
通过利用所述压缩光脉冲的峰值功率除以所述压缩光脉冲的平均功率，给出第一比率，
通过利用所述初级光脉冲的峰值功率除以所述初级光脉冲的平均功率，给出第二比率，
其中，所述第一比率因而是所述第二比率的5.7e5倍。
应注意，本领域技术人员将会易于意识到，基于其它参数(例如其它色散介质)和/或其它波长可实现类似的示例，例如使用不同于1530nm的波长(例如1060nm)发射激光。
用于生成压缩光脉冲的光脉冲系统的特定示例的示例可以包括：MEMS垂直腔面发射激光器(VCSEL)，如在以下文献中所述：文献(等人著)IEEE J.Selected Topicsin Quantum Electronics,19(4),[1702306](2013)doi:10.1109/JSTQE.2013.2257164(所述文献全文通过引用并入本文)，或文献(Jayaraman等人著)Electronics Letters,48(14)p.867–869(2012),DOI:10.1049/el.2012.1552(所述文献全文通过引用并入本文)，其中，可移动的镜通过静电被朝向其它镜牵引，或者如图2中所示，其中可以使用MEMS镜的两侧上任一电极施加背离或朝向其它镜的静电力。使用后一种方式并使用如下展示的参数：MEMS质量因子Q＝4，MEMS响应频率为5MHz(参见Connie J.Chang-Hasnain等人著文献IEEEJ.Selected Topics in Quantum Electronics,15(3):869(2009)doi:10.1109/JSTQE.2009.2015195，该文献全文通过引用并入本文)，镜面积为100um2，镜质量为69.9pg，与其它镜相距的间隙尺寸为1000nm，电阻为50欧姆，调整效率(波长改变/腔长度改变)1/3。可施加电压用于快速数字-模拟转换器(DAC)或者任意波形发生器(AWG)(例如Agilent81180B)与放大器(例如Cernex CBPH1015249R)的组合。如果对MEMS触点的电压的改变如图3G中所示而且MEMS的停置位置的波长为1530 nm，则波长变化将如图3H中所示。还通过改变给与MEMS扫描同步的激光器触点的电流，也可简单地控制幅度，例如，如图3H中所示。这种信号可被放大，并可进一步通过半导体光学放大器(例如BOA1004PXS)成形，不过这可省略。输出现在如图3H和3I中所示，并可通过10 km的OFS/Furukawa micrO光纤(其具有如图3C中所示色散)被发送。这种光纤输出将为极短的脉冲，可用于目的应用。在输出中的脉冲的一部分可分离，此信号中的一些可被发送到将用作两光子探测器的硅光电二极管。分离的输出的另一部分可被发送到线性光探测器(例如InGaAs光电二极管)以测量平均功率。这两种信号现在被发送到控制器，可用于调节MEMS的扫描信号以使两光子信号最大化、或者使两光子信号与单光子信号的比率最大化。
图4显示出示例性的光学腔，其包括具有各自镜反射的第一(下)镜R1和第二(上)镜R2。在本示例中，第二上镜可通过机械方式被可控地沿第一和第二镜之间的光学路径移动，使得腔长度能够以机械方式调节。光学腔包括：光子发射器，光子发射器是具有光学长度Lg的增益介质。光学腔包括：减反射体(AR)，其具有光学长度LAR＝λ0/4(λ_0/4)。光学腔包括：空气间隙(在AR涂层与第二镜之间)，其具有光学长度L0＝L0+L(t)，其中，
L(t)指示出光学腔长度由于第二上镜移动而随时间的变化。第一和第二镜(R1,R2)的穿透深度被包括在静态长度L0和Lg中。光学腔的总长度因而给定如下：
Ltot＝Lg+LAR+L0+ΔL(t)
对此情况给出基准波长，其中ΔL(t)＝0nm，即，
λ0＝2*Ltot/N，其中，N是整数，且ΔL(t)＝0nm。
瞬时激光波长给定如下：
λn＝2*Ltot/N，其中，N是整数。
如果第二镜移动而使得腔长度以速度v变化，则：
ΔL(t)＝v*t。
在腔中的往返行程时间tr给定如下：
tr＝2*Ltot/c。
在一个往返行程时间中的波长变化给定如下：
Δλ＝2*(v*tr)/N＝4Ltotv/(cN)，即，Δλ/λ0＝2v/c。
来自非相对论区域中的移动镜的光频率f0的多普勒频移f已知为：
Δf/f0＝-2v/c。
对于小的变化：
Δλ/λ0＝-Δf/f0。
因此，对于腔，例如具有完美AR涂层的本发明的示例性腔，多普勒频移恰等于单位往返行程时间的波长变化。多普勒频移因而能够使得整个频谱可以相干。这可看作相对于其它类型的可调激光器的不同之处，其中发射通过自发发射而累积。
总之，提出一种用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其包括：从包括光学腔(104)的波长可调微腔激光系统(102)发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲(111)，其中光学腔(104)具有能够机械调节的腔长度(L)，同时调节所述光学腔长度(L)，以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子，将所述脉冲通过色散介质(114)传送，以生成具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲(112)，其中，所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)。
在本发明的实施例E1-E15中，提出如下方案：
E1.一种用于生成压缩光脉冲(112)的方法，所述方法包括：
-提供波长可调微腔激光系统(102)，其包括：
光学腔(104)，其具有能够机械调节的腔长度(L)，以使所述波长可调微腔激光系统能够发射波长彼此不同的光子，光子发射器(106)，用于将光子发射到所述光学腔中，腔控制器(108a)，其被布置用于控制所述光学腔的长度，
-提供色散介质(114)，
-从所述波长可调微腔激光系统(102)发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲(111)，
-调节所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子，
-通过所述色散介质(114)接收所述初级光脉冲(111)，和
-将所述初级光脉冲从所述色散介质再次发射，作为具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲(112)，
其中，所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)。
E2.如实施例E1所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述初级光脉冲内的所述在时间上分离的不同波长的光子相干。
E3.如前述实施例中任意项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述光学腔包括微腔，其中所述光子发射器安置在所述微腔内。
E4.如前述实施例中任意项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述光学腔包括微腔，其中所述微腔的长度为所述基准波长的至少1/2倍且小于所述基准波长的10倍。
E5.如前述实施例中任意项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述初级光脉冲被发射而使得：所述初级光脉冲的在时间上可解析的频谱分布能够通过连续函数描述。
E6.如前述实施例中任意项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述光学腔(104)包括MEMS部件，其中所述MEMS部件的位置能够调节，其中所述光学腔(104)的腔长度(L)根据所述MEMS部件的位置而定，使得腔控制器(108a)可通过控制所述MEMS部件的位置而控制所述光学腔的腔长度(L)，
其中，所述的调节所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子的步骤
进一步包括：调节所述MEMS部件的位置。
E7.如前述实施例中任意项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述方法进一步包括：提供指示出所述压缩光脉冲(112)的一个或多个性能的反馈信息，随后发射第二初级光脉冲，其中所述第二初级光脉冲的性能基于所述反馈信息而定。
E8.一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其包括：
-波长可调微腔激光系统(102)，其包括：
光学腔(104)，其具有能够机械调节的腔长度(L)，以使所述波长可调微腔激光系统能够发射波长彼此不同的光子，光子发射器(106)，用于将光子发射到所述光学腔中，腔控制器(108a)，其被布置用于控制所述光学腔(104)的长度(L)，
其中，所述波长可调微腔激光系统(102)被布置用于发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲(111)，其中所述腔控制器(108a)被布置用于调节所述光学腔长度(L)，使得所述初级光脉冲(111)包括在时间上分离的不同波长的光子，
-色散介质(114)，其被布置用于接收所述初级光脉冲(111)，并用于将所述初级光脉冲再次发射，作为具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲(112)，
其中，所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)。
E9.如实施例E8所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述波长可调微腔激光系统(102)进一步包括光学放大器(116)。
E10.如实施例E8-E9中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述初级光脉冲(111)的初级形状(121)可通过在时间上改变所述光学放大器(116)的放大率和/或通过在时间上改变所述光子发射器(106)的光子的发射而成形。
E11.如实施例E8-E10中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述波长可调微腔激光系统(102)被布置用于：对于针对所述色散介质(114)的色散特性定制的时间，以初级形状和/或初级频谱分布发射所述初级光脉冲(111)。
E12.如实施例E8-E11中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述波长可调微腔激光系统(102)被布置以包括和/或接收用于指示所述色散介质(114)的色散特性的信息。
E13.如实施例E8-E12中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述光学腔(104)包括MEMS部件，其中所述MEMS部件的位置能够调节，而且其中所述光学腔(104)的腔长度(L)根据所述MEMS部件的位置而定，使得所述腔控制器(108a)可以通过控制所述MEMS部件的位置而控制所述光学腔的腔长度(L)，其中所述MEMS部件的Q因子在10至临界阻尼(critically damped)的范围内。
E14.如实施例E8-E13中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，
-通过利用所述压缩光脉冲的峰值功率除以所述压缩光脉冲的平均功率，给出第一比率，和
-通过利用所述初级光脉冲的峰值功率除以所述初级光脉冲的平均功率，给出第二比率，
其中，所述第一比率至少是所述第二比率的1000倍。
E15.如实施例E1-E7中任一项所述用于生成压缩光脉冲的方法和/或如实施例E8-E14中任意项所述光脉冲系统(100)的用途，适用于以下中的任一项：
-多光子光谱学，
-材料处理，
-飞秒化学，
-采样系统，
-THz生成。
对于以上实施例E1-E15，可以理解的是，对于前述“实施例”的引用可以是指实施例E1-E15内的前述实施例。
虽然本发明已经结合特定实施例进行描述，不过应理解，本发明不会以任何方式局限于所展示的示例。本发明的范围通过所附权利要求书加以限定。在权利要求书的上下文中，用词“包括”或“包含”并不排斥其它可行的元件或步骤。而且，所提及的诸如“一”或“一个”等的表述，应被理解为不排斥多数。在权利要求书中使用对应于图中所指示元件的附图标记也应被理解为不会限制本发明的范围。另外，在不同权利要求中提及的独立特征可以有利地组合，在不同权利要求中提及这些特征不排斥这些特征的可行的和有利的组合。

Claims (18)

1.一种用于生成压缩光脉冲(112)的方法，所述方法包括：
-提供波长可调微腔激光系统(102)，所述波长可调微腔激光系统(102)具有对应于中心操作波长的基准波长，并包括：
光学腔(104)，其具有能够机械调节的腔长度(L)，以使所述波长可调微腔激光系统能够发射波长彼此不同的光子，
其中，
所述光学腔包括微腔，其中所述微腔的长度为所述基准波长的至少1/2倍且小于所述基准波长的10倍，
其中，
所述光学腔(104)包括MEMS部件，且其中所述MEMS部件的位置能够调节，而且其中所述光学腔(104)的腔长度(L)根据所述MEMS部件的位置而定，使得腔控制器(108a)可通过控制所述MEMS部件的位置而控制所述光学腔的腔长度(L)，
光子发射器(106)，用于将光子发射到所述光学腔中，
腔控制器(108a)，其被布置用于控制所述光学腔的长度，
-提供色散介质(114)，
-从所述波长可调微腔激光系统(102)发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲(111)，
-调节所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子，
-通过所述色散介质(114)接收所述初级光脉冲(111)，和
-从所述色散介质再次发射所述初级光脉冲，作为具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲(112)，
其中，所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)，
其中，所述的调节所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子的步骤进一步包括：
调节所述MEMS部件的位置。
2.如权利要求1所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，
所述的调节所述光学腔长度(L)以使所述初级光脉冲包括在时间上分离的不同波长的光子、例如在将光子从所述光子发射器(106)发射到所述光学腔中的过程中调节所述MEMS部件的位置的步骤包括：
使在所述光学腔的一端处形成边界的镜移动，由此，来自所述移动的镜的多普勒频移使得所述脉冲、例如所述初级光脉冲的一些部分的波长改变。
3.如权利要求1或2所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述初级光脉冲内的所述在时间上分离的不同波长的光子彼此相干。
4.如权利要求1或2所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述光学腔包括微腔，其中所述光子发射器安置在所述微腔内。
5.如权利要求1或2所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述初级光脉冲被发射而使得：所述初级光脉冲的在时间上可解析的频谱分布能够通过连续函数描述。
6.如权利要求1或2所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述方法进一步包括：提供指示出所述压缩光脉冲(112)的一个或多个性能的反馈信息，随后发射第二初级光脉冲，其中所述第二初级光脉冲的性能基于所述反馈信息而定。
7.如权利要求1或2所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述初级光脉冲(111)的初级形状(121)通过：
-在时间上改变光学放大器(116)的放大率而成形，其中，所述波长可调微腔激光系统(102)进一步包括所述光学放大器(116)，
和/或
-在时间上改变光子从所述光子发射器(106)的发射而成形。
8.如权利要求1或2所述的用于生成压缩光脉冲(112)的方法，其中，所述方法进一步包括：
-接收关于所述色散介质的色散特性的信息；
-按照针对所述色散介质(114)的色散特性而定制的、相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布，布置所述初级光脉冲(111)，使得所述初级光脉冲被布置为使得所述压缩光脉冲相对于预定准则得到优化。
9.一种用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其包括：
-波长可调微腔激光系统(102)，其具有对应于中心操作波长的基准波长，并包括：
光学腔(104)，其具有能够机械调节的腔长度(L)，以使所述波长可调微腔激光系统能够发射波长彼此不同的光子，
其中，
所述光学腔包括微腔，其中所述微腔的长度为所述基准波长的至少1/2倍且小于所述基准波长的10倍，
其中，
所述光学腔(104)包括MEMS部件，且其中所述MEMS部件的位置能够调节，而且其中所述光学腔(104)的腔长度(L)根据所述MEMS部件的位置而定，使得腔控制器(108a)可通过控制所述MEMS部件的位置而控制所述光学腔的腔长度(L)，
光子发射器(106)，用于将光子发射到所述光学腔中，
腔控制器(108a)，其被布置用于控制所述光学腔(104)的长度(L)，例如以机械方式控制所述光学腔的长度，例如以机械方式控制所述光学腔的几何长度，
其中，所述波长可调微腔激光系统(102)被布置用于发射具有初级时宽(T1)的初级光脉冲(111)，其中所述腔控制器(108a)被布置用于通过调节所述MEMS部件的位置而调节所述光学腔长度(L)，例如被布置用于在光子从所述光子发射器(106)发射到所述光学腔中的过程中调节所述MEMS部件的位置，使得所述初级光脉冲(111)包括在时间上分离的不同波长的光子，
-色散介质(114)，其被布置用于接收所述初级光脉冲(111)，并用于将所述初级光脉冲再次发射，作为具有次级时宽(T2)的压缩光脉冲(112)，
其中，所述次级时宽(T2)小于所述初级时宽(T1)。
10.如权利要求9所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述腔控制器(108a)被布置用于：使在所述光学腔的一端处形成边界的镜移动，由此来自所述移动的镜的多普勒频移使得所述脉冲、例如所述初级光脉冲的一些部分的波长改变，以被布置用于通过调节所述MEMS部件的位置、例如在光子从所述光子发射器(106)发射到所述光学腔中的过程中调节所述MEMS部件的位置而调节所述光学腔长度(L)，使得所述初级光脉冲(111)包括在时间上分离的不同波长的光子。
11.如权利要求9-10中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述波长可调微腔激光系统(102)进一步包括光学放大器(116)。
12.如权利要求9-10中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述波长可调微腔激光系统(102)被布置用于：按照针对所述色散介质(114)的色散特性定制的、相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布，发射所述初级光脉冲(111)，使得所述初级光脉冲被布置为使得所述压缩光脉冲相对于预定准则得到优化。
13.如权利要求9-10中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述波长可调微腔激光系统(102)被布置以包括和/或接收用于指示所述色散介质(114)的色散特性的信息。
14.如权利要求9-10中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述光脉冲系统包括：
-计算机可读存储介质，其被布置以包括用于指示所述色散介质的色散特性的信息，和/或
-数据接口，其被布置以接收用于指示所述色散介质的色散特性的信息。
15.如权利要求9-10中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述光脉冲系统包括：
-计算机可读存储介质，其被布置以包括用于指示所述色散介质的色散特性的信息，和/或
-数据接口，其被布置以接收用于指示所述色散介质的色散特性的信息，
其中，所述波长可调微腔激光系统(102)被布置用于按照基于所述用于指示所述色散特性的信息而且针对所述色散介质(114)的色散特性定制的、相对于时间的初级形状和/或初级频谱分布发射所述初级光脉冲(111)，使得所述初级光脉冲被布置为使得所述压缩光脉冲相对于预定准则得到优化。
16.如权利要求9-10中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，所述光学腔(104)包括MEMS部件，其中所述MEMS部件的位置能够调节，而且其中所述光学腔(104)的腔长度(L)根据所述MEMS部件的位置而定，使得所述腔控制器(108a)可通过控制所述MEMS部件的位置而控制所述光学腔的腔长度(L)，其中所述MEMS部件的Q因子在10至临界阻尼的范围内。
17.如权利要求9-10中任一项所述的用于生成压缩光脉冲(112)的光脉冲系统(100)，其中，
-通过利用所述压缩光脉冲的峰值功率除以所述压缩光脉冲的平均功率，给出第一比率，和
-通过利用所述初级光脉冲的峰值功率除以所述初级光脉冲的平均功率，给出第二比率，
其中，所述第一比率是所述第二比率的至少1000倍。
18.如权利要求1-8中任一项所述用于生成压缩光脉冲的方法或如权利要求9-17中任一项所述光脉冲系统(100)用于以下中的任一项的用途：
多光子光谱学，
材料处理，
飞秒化学，
采样系统，
THz生成。
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