CN106489220A - 用于使激光装置进行工作的方法、谐振器配置和移相器的使用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作激光装置的方法，包括以下步骤：a)在谐振器(1)中设置激光脉冲(110)，使得所述激光脉冲(10)在所述谐振器(1)中循环，所述激光脉冲(10)具有载波(120)；b)确定与所述激光脉冲(110)相对应的频率梳的偏移频率(f0)，所述频率梳在彼此间隔距离(frep)处具有多个激光模式(fm)，其中能够通过公式fm＝m*frep+f0来描述所述多个激光模式fm的频率，其中m是自然数；以及c)通过改变针对各谐振器循环施加至所述激光脉冲(110)的所述载波(120)的几何相位来改变所述偏移频率(f0)。

Description

用于使激光装置进行工作的方法、谐振器配置和移相器的 使用
技术领域
本发明分别涉及用于使激光装置进行工作的方法和光学谐振器配置的领域。本发明可以特别有利地用于频率梳的生成或细微调整。与生成短激光脉冲或超短激光脉冲相组合地使用本发明也是特别有利的。例如，各个激光脉冲可以具有皮秒或飞秒的范围内的脉冲持续时间。然而，还可考虑例如更大或更小的脉冲持续时间的其它脉冲持续时间。此外，飞秒～纳秒的范围内的脉冲持续时间也是有利的。
背景技术
图1a示出以电场相对于时间表示的激光脉冲。示出激光脉冲110的包络和激光脉冲110的载波120这两者。利用光学频率的范围内的正弦振荡来表示载波120。
图1b示出与来自图1a的激光脉冲110相关联的频率梳。该频率梳在彼此间隔距离frep处具有多个激光模式fm。frep是频率梳的邻近模式之间的距离。可以通过以下公式来描述频率梳的模式fm：
fm＝m×frep+f0。
由此，m是自然数。真实频率梳的模式当然在频域的有限宽度内延伸。以下将频率梳的参数f0称为频率梳的偏移频率。存在该偏移频率f0使得激光模式fm的频率不是彼此的倍数。为了调整或以其它方式控制频率梳的模式fm，如果邻近模式相对于彼此的距离frep和/或偏移频率f0是可调整，则是有利的。
本发明特别使得能够调整或调节与谐振器中的激光脉冲相对应的频率梳的偏移频率f0。可以以特别有利的方式实现调节，使得不会影响模式距离frep。在用于调整频率梳的模式的先前已知的方法中，在改变单个可调整参数的情况下，通常分别影响激光模式的距离和偏移频率这两者。
在DE 100 44 404A1、DE 10 2005 035 173A1和DE 199 11 103B4中以及在EP 1372 275B1中描述了使用高频差拍信号的频率梳发生器的频率稳定。这里，分别设置短脉冲或超短脉冲振荡器作为频率梳发生器、即脉冲持续时间在飞秒(fs)～纳秒(ns)的范围内的模式耦合激光器。在进行从时域向频域的傅立叶变换的情况下，“频率梳”与频域内的激光脉冲的序列相对应。“频率梳”包括被称为模式fm的不同离散频率处的多个尖锐的δ状函数。邻近模式相对于彼此具有距离frep，其中该距离frep与振荡器的脉冲重复频率(＝重复率)完全相对应，因此该距离frep是由振荡器中的脉冲的光路长度来确定的。
然而，频率梳的模式通常不是严格位于Δf的整数倍处，而是频率梳整体偏移了所谓的偏移频率f0。因此，将频率梳以数学方式描述为fm＝m×frep+f0。偏移频率f0的起因是，用于确定重复率并由此确定模式距离的frep的、在振荡器中循环的脉冲的群速度与各个模式的相位速度不同。
DE 199 11 103A1、EP 1 161 782B1和DE 100 44 404C2描述频率梳的两个自由度(即，偏移频率f0和模式距离frep)如何可以固定或设置为固定值的方法。为此分别设置稳定器或控制环路。第一稳定器与模式距离有关。如所述与模式距离相对应的脉冲重复频率(可以分频或倍频到更好的可检测范围)可以用作该稳定器的测量值。评价和比较单元将测量值与脉冲重复频率的预定基准值进行比较。为了在检测到相对于预定基准值的偏差时改变模式距离或调整模式距离，稳定器对用于改变振荡器的光路长度并由此改变脉冲重复频率的致动器进行控制。例如，针对振荡器的谐振器镜的线性驱动件或光电元件或压电致动器可以是致动器。
第二稳定器将偏移频率f0调节为特定值。为此，检测器(例如，光电二极管或光电倍增器)上的频率梳的特定模式fm与外部(例如，利用连续波激光器的)准确已知的基准频率或者来自相同频率梳的倍频模式进行叠加。该叠加在射频范围内在检测器上产生差拍频率。评价和比较单元将差拍频率与预定的可能可变可调整的基准频率进行比较。在存在任何偏差的情况下，第二稳定器控制用于改变振荡器中的相位和群延迟之间的差的致动器。例如，可以进行该操作，这是因为谐振器端镜在由于模式而在空间上发生分离的通过谐振器分支中发生略微倾斜，以按依赖频率的方式改变振荡器的光路长度。可选地，例如利用强度调制器，或者由于振荡器的泵浦功率改变、或者由于将诸如一对棱镜或透明可倾斜板等的色散元件引入振荡器的光路并且使其位置改变，可以改变振荡器损失。
利用DE 199 11 103A1、EP 1 161 782B1或DE 100 44 404C2所述的部件，整体生成完全稳定的频率梳，其中该频率梳的各个模式位于准确已知的频率处且相互相干。对于这些部件的详细说明，参考上述这三个文献。
现有技术的缺点在于传统方法中的偏移频率的调整仅在相对较小的范围内起作用。
发明内容
本发明的目的是提供使得能够在更宽的频率范围内进行偏移频率的精确调整和设置的方法和光学配置。
本发明的目的是提供使得能够在更宽的频率范围内进行偏移频率的精确调整和设置的方法和光学配置。
分别利用具有权利要求1的特征的方法、利用具有权利要求6或7的特征的谐振器配置、并且通过使用根据权利要求25所述的移相器来实现该目的。
以下将说明本发明的操作模式。
已知在物质中的例如激光脉冲的包络传播所具有的群延迟和激光脉冲的载波传播所具有的相位延迟不同。这样得到以下事实：在谐振器中循环的激光脉冲的情况下，针对每个循环，在激光脉冲的载波和激光脉冲的包络之间产生相位滑移例如，在图1a中示出该相位滑移这种相位滑移通常也是针对激光所定义的。
尽管没有明确说明，但以下实施例各自都适用于在谐振器中循环的一般激光以及激光脉冲。
对于在谐振器中循环的激光脉冲，存在针对谐振器中的每个循环的相位滑移相对于关联频率梳的偏移频率f0的关系。可以通过公式来表示该关系。由此，Tcirculation是激光脉冲针对谐振器中的一次循环所需的时间。因此，可以通过改变相位滑移来调整偏移频率。该操作在本发明中以新颖且特别有利的方式进行。
在根据本发明的方法或谐振器各自中，存在可调整的移相器。在通过移相器时，特别是在群延迟不改变的情况下，向在谐振器中循环的激光脉冲的载波施加几何相位。各循环的脉冲的载波和包络之间的相位滑移由此改变。
如果针对各谐振器循环施加至在谐振器中循环的激光脉冲的载波的几何相位发生改变，则关联频率梳的偏移频率f0也由此改变。利用根据本发明的几何相位的可调整性，因此频率梳的偏移频率f0是可调整的或可控制的。
现在将参考特别有利的选项来例示用以改变针对各谐振器循环施加至激光脉冲的载波的几何相位的一个方式。
根据本发明的多个实施例，通过改变谐振器中的双折射和/或偏振元件的取向或其它性质来实现施加至在谐振器中循环的激光脉冲的载波的几何相位。因此，激光脉冲的偏振改变。如众所周知的，例如参见Bergmann Schaefer，“Lehrbuch derExperimentalphysik”，第2卷，第8版，“Elektromagnetismus”，第418页及以下等等，可以在所谓的Poincaré球体上表示光的偏振状态。
向偏振以特定方式改变的光束施加几何相位。在光束的偏振沿Poincaré球体上的封闭路径行进的情况下，可以是特别有利的。在偏振通过各种单一操作沿Poincaré球体上的封闭路径上行进的情况下，可以是更有利的。然而，Poincaré球体上的引起施加几何相位的其它路径也是可以的。
图2示出针对激光脉冲的偏振态的Poincaré球体。位于Poincaré球体的赤道上的状态(例如，图2中的点A和C)具有线偏振。Poincaré球体的赤道上的点的位置表示线偏振的方向。位于Poincaré球体的极点的点(图2中的点B和D)表示两个圆偏振态(右旋圆和左旋圆)。图2示出激光脉冲的偏振态的变化，其中该变化将几何相位施加至激光脉冲的载波。在初始状态A中，激光脉冲呈线偏振。从此处开始，激光脉冲变换成圆偏振(点B)。从此处起，偏振再次变为线偏振，然而该线偏振不同于初始偏振A(点C)。从点C处的该第二线偏振起，激光脉冲的偏振变换为与(点B处的)第一圆偏振相反的(点D处的)第二圆偏振。从此处起，激光脉冲的偏振再次变换为点A处的线偏振初始状态。在通过该偏振路径时，激光脉冲的载波获取到几何相位。
针对谐振器外部的单色光，已知在通过特定偏振态时获取到几何相位的该效应作为Pancharatnam相位。
如例如根据T.H.Chyba等人所著的、Optics Letters的第13卷第7号第562页中的“Measurement of the Pancharatnam phase for a light beam”的文献所得出的(然而，这里仅针对单色光)，所获取到的Pancharatnam相位依赖于在Poincaré球体上行进的路径。所获取到的几何相位特别依赖于在Poincaré球体的表面上行进的路径所包围的区域。通过改变Poincaré球体上的路径、即通过改变光的特定偏振态，可以改变所获取到的几何相位。
利用上述的物理效应，使得能够实现根据本发明提供一种用于操作激光装置的方法。所述方法包括以下步骤：在谐振器中设置模式耦合的激光脉冲，使得所述激光脉冲在所述谐振器中循环。此外，所述方法包括：确定与所述激光脉冲相对应的频率梳的偏移频率f0，所述频率梳在彼此间隔距离frep处具有多个激光模式fm，其中能够通过公式fm＝m*frep+f0来描述所述多个激光模式fm的频率。其中：fm、frep和f0是频率，并且例如可以以赫兹为单位给出。m是自然数。m还可以为0。根据本发明的方法还包括：通过改变针对所述谐振器中的各循环施加至激光脉冲的载波的与不变状态相比的相位滞后的几何相位，来改变所述偏移频率f0。
以特别有利的方式，可以实行改变几何相位，以使得谐振器中的激光脉冲的群循环时间T＝1/frep没有改变。在对于一些应用而言理想的情况下，谐振器中的激光脉冲的群循环时间可以保持完全恒定。然而，本领域技术人员显而易见，这在实际应用中通常无法完全实现。在本申请的含义内，谐振器中的激光脉冲的群循环时间没有改变的特征应当理解为使得谐振器中的激光脉冲的群循环时间保持完全恒定、或者改变了小于0.1％、小于0.5％、小于1％、小于2％、小于5％、小于10％或小于20％。在改变激光脉冲的载波的几何相位的情况下，由于激光模式相对于彼此的距离frep与谐振器中的激光脉冲的群循环时间有关，因此frep在上述含义内也可以是恒定的或者基本没有改变。有利地但并非必须的，可以通过改变双折射或偏振元件的取向来实现改变几何相位。由此，可以在谐振器中设置双折射或偏振元件。特别地，可以通过使双折射或偏振元件绕其自身的轴或谐振器的光轴转动，来改变针对各谐振器循环向在谐振器中循环的激光脉冲的载波施加相位延迟的几何相位。为了改变施加至激光脉冲的几何相位或者为了调整该几何相位，当然可使用其它方法。其它方法特别可用于改变激光脉冲的偏振态，并由此调整并改变关联频率梳的偏移频率f0。
可以特别通用的方式应用的、根据本发明的方法的一个实施例是用于控制频率梳的偏移频率的控制方法。为此，进行数次用于确定在谐振器中循环的激光脉冲的偏移频率f0的步骤。例如，可以按固定间隔连续进行该步骤。确定偏移频率可以包括进行测量。这种测量例如可以包括f0的绝对测量。然而，这并非必须的。确定偏移频率f0包括测量频率梳相对于不同的激光或另一频率梳的位置，这也是可以的。这样，例如，可以进行频率梳模式fm的位置的绝对或相对确定。基于最后测量到的频率偏移f0，针对各谐振器循环向激光脉冲的载波施加相位延迟的几何相位可以改变。特别地，可以利用最后测量到的偏移频率f0来确定双折射和/或偏振元件的取向的变化的性质。可以通过重复地连续进行用于确定偏移频率并通过改变几何相位来改变偏移频率的步骤，来提供针对偏移频率的控制方法。
在激光脉冲冲击双折射和/或偏振元件之前，激光脉冲的偏振可以变为椭圆或圆偏振。特别有利的是双折射元件的位置处的圆偏振，这是因为随后由于双折射的取向的变化因而没有产生群循环时间的延迟。如此可以实现例如图2所示的Poincaré球体上的路径。
可以设置仅一个可调整的双折射或偏振元件，也可以设置多个(例如，2个、3个、4个或10个)可调整的双折射或偏振元件。
本发明还涉及一种用于获取或生成激光脉冲的谐振器配置。该谐振器配置包括激光脉冲可以循环的谐振器。此外，可以在谐振器中设置用于放大激光束的激活介质。另外，在谐振器中可以存在被配置为引起模式耦合的元件。可以设置用于从谐振器配置耦合输出激光脉冲的输出耦合装置。该输出耦合装置特别地可以是输出耦合镜。
可以将根据本发明的用作偏移改变器的移相器安装在任何模式耦合激光器中。这些模式耦合激光器特别是传统的固态(例如，Ti:Sa)fs激光器，如这些激光器长期以来已知的那样。激光谐振器由此可以采用线性谐振器的形状和环形谐振器的形状这两者。此外，重复率可以根据应用领域而显著波动。例如，重复率可以位于10MHz～10GHz之间。
例如，可以使用Ti:Sa激光器。还可以使用例如ER:玻璃、Yb:YAG、Cr:LiSAF、Cr:镁橄榄石等的其它激光晶体。经由所谓的啁啾或双啁啾镜来有利地实行这些激光器中的色散补偿。
谐振器配置包括测量装置，所述测量装置用于确定与所述激光脉冲相对应的频率梳的偏移频率f0，其中可以再次通过公式fm＝m*frep+f0来描述所述频率梳的模式fm的频率。在所述谐振器内以如下方式配置取向可变的至少一个双折射或偏振元件：利用所述至少一个双折射或偏振元件的取向的变化，针对各谐振器循环向在所述谐振器中循环的激光脉冲的载波施加相位延迟的几何相位是可变的。与激光脉冲相关联的频率梳的偏移频率f0由此是可变的。
前一段中所描述的谐振器配置适合进行上述的用于操作激光装置的方法。
在另一实施例中，设置具有用于接收激光辐射的谐振器的有源或无源谐振器配置。特别地，还可以接收激光脉冲。在谐振器中配置至少一个可调整的双折射或偏振元件。如上所述，该双折射或偏振元件在改变针对各谐振器循环向光波施加相位延迟的几何相位的同时，针对谐振器中的相位和群循环时间实行不同的延迟。这可以以如下方式发生：在可调整元件改变的情况下，谐振器中的激光脉冲的循环损失没有或基本没有改变。
没有或“基本没有”改变的谐振器中的激光脉冲的循环损失在本申请的意义内可被理解为谐振器中的激光束的循环损失保持完全恒定、或者改变了小于0.1％、小于0.5％、小于1％、小于2％、小于5％、小于10％。
至少一个双折射或偏振元件是可调整的特征可以特别表示该元件的取向是可变的。为此，例如，可以设置致动元件。然而，双折射或偏振元件还可以是电可致动、由此是可调整的。例如，通过施加电气信号，双折射元件或偏振元件的偏振效应可以是可变的。特别地，通过施加电气信号，双折射或偏振元件对激光束(或者特别是激光脉冲)的偏振方向的影响可以是可变的。
改变双折射元件的双折射的取向或者使双折射或偏振元件转动已被证明是特别有利的。特别是，可以绕与激光的传播方向平行的轴(例如，绕谐振器或元件自身的光轴)来实行这种转动。由此谐振器的光轴可以与在谐振器中循环的光束所行进的路径相对应。通过分别改变双折射的取向或者通过使双折射或偏振元件转动，可以改变相位和/或群延迟。
由此使激光脉冲的载波的相位循环时间的变化使脉冲的群循环时间(在上述的百分比偏差的含义内)没有改变或“基本没有改变”，这是特别有利的。
在存在频率梳的情况下，该变化使得能够在不会有损或影响邻近模式的距离的情况下，控制或者调节和调整频率梳的偏移频率。这里给出偏移频率的单独控制。当然，可以将这种配置与使得能够进行邻近模式的距离的单独调整的装置相组合。例如，可以通过以下来实现该操作：谐振器长度是可变的。例如，随后可以设置谐振器的可移动(特别是压电可移动)端镜或者电光元件。
对于许多应用而言，在谐振器中设置激活介质(特别是激光激活介质)是有用的。由此可以放大在谐振器中循环的激光束。另外，谐振器可以包括例如克尔透镜、可饱和吸收器或NOLM环等的、用于生成模式耦合的激光脉冲的元件。
根据本发明的谐振器配置还可以包括致动装置60，其中该致动装置60被配置为改变谐振器中的相位和群延迟的差。为此，致动装置60可被配置为调整至少一个可调整的双折射或偏振元件。特别地，可以通过以下来实现该配置：利用致动装置60，双折射或偏振元件的空间取向是可变的。该调整特别可以包括绕谐振器的光轴的转动。还可考虑以下：致动装置60在无需改变可调整的双折射或偏振元件的空间取向的情况下，使用信号(例如，电气信号)来改变其偏振性质。这例如在双折射或偏振元件是通过电光效应的方式而可调整的情况下可以是有用的。还可以在作为液晶(特别是作为铁电液晶)的双折射或偏振元件的实施例中实现这种致动。可选地，双折射或偏振元件的偏振特性可以是通过施加于双折射或偏振元件的机械压力可调整的。这里，也可以设置适当的致动装置60。
谐振器装置还可以包括控制装置80，其中该控制装置80被配置为将控制信号发送至致动装置60。附加设置用于确定偏移频率f0的测量装置90。可以根据测量装置90所确定的偏移频率来生成控制信号。因而，可以实现对偏移频率进行控制。
在双折射或偏振元件是相对于载波的波长存在π或π/2的相位差的延迟元件(特别是1/2或1/4波片)的情况下，特别有利。这些光学元件例如具有通过绕谐振器的光轴的转动可改变的偏振性质。根据本发明的谐振器配置可以是自由空间的光学装置。可选地，这种谐振器配置可以完全或至少部分形成在波导35中。特别地，可以在波导35中利用电光材料形成双折射或偏振元件。
在一些实施例中，还可以进行以下设置：在谐振器中不是设置仅一个可调整的双折射元件和/或偏振元件，而是存在多个可调整的双折射元件和/或偏振元件。该多个可以是相同的可调整偏振元件。在多个双折射和/或偏振元件单独可调整的情况下，这可以特别有利。可以针对多个可调整的双折射和/或偏振元件各自设置一个单独的致动元件。可选地，可以利用一个致动元件来一起调整所有的双折射和/或偏振元件。设置一个或多个缓慢可变的双折射和/或偏振元件以及一个或多个快速可调整元件可以是有利的。多个可调整双折射元件和/或偏振元件可以连续配置在谐振器中。可选地，还可考虑设置多个不可调整(即，固定)的双折射和/或偏振元件。
在针对各谐振器循环向光波施加相位延迟的或者针对各谐振器循环被施加至谐振器中循环的激光脉冲的载波的几何相位可以利用高频率来调制的情况下，可以是特别有利的。这可以表示双折射和/或偏振元件是利用高频率而可调整的。例如，双折射和/或偏振元件可以是利用100kHz以上的频率而可调整的。这样远远超过了诸如机械、热式致动器等的已知致动元件的调整可能性、或者泵浦功率的调整。已知更快的致动元件是仅基于激光的强度调制的。
此外，在可以连续地调整几何相位的情况下是有利的。可以实现几何相位的无级可变控制并由此实现偏移频率的无级可变控制。特别地，频率梳由此可以以大于自由光谱范围来偏移。
在谐振器中，可以附加设置第一偏振改变元件，其中该第一偏振改变元件被配置为使线偏振的激光脉冲变为圆或椭圆偏振的激光脉冲。由此可以确保激光或激光脉冲在冲击双折射和/或偏振元件的情况下，呈圆或椭圆偏振。还可以设置第二偏振改变元件，其中该第二偏振改变元件被配置为使圆或椭圆偏振的激光脉冲变为线偏振的激光脉冲。有利地，在谐振器中在第一偏振改变元件和第二偏振改变元件之间配置一个或多个双折射偏振元件。
最初，例如，线偏振的激光或线偏振的激光脉冲由第一偏振改变元件进行圆或椭圆偏振，然后通过一个或多个双折射或偏振元件，然后再次由第二偏振改变元件进行线偏振。在有利实现中，在输入和/或输出处设置偏振器，以抑制相对于理想线偏振的小偏差。这样提高了偏振消光比并且避免了光谱中的强度调制。
具有第一偏振改变元件和第二偏振改变元件的结构与环形谐振器相组合是特别有利的。可选地，谐振器是线性谐振器也是可以的。于是，谐振器包括第一偏振改变元件就可以足够了。该第一偏振改变元件可以被配置成环形谐振器的第一偏振改变元件那样。激光、特别是线偏振的激光通过第一偏振改变元件，并且被第一偏振改变元件进行圆或椭圆偏振。激光随后通过一个或多个双折射或偏振元件，然后被配置在后方的谐振器端镜反射，从而再次沿相反方向穿过一个或多个双折射或偏振元件。然后激光或激光脉冲(此时沿相反方向)再次通过第一偏振改变元件。这样再次得到线性偏振。
在如此配置的谐振器中，在每次穿过谐振器的情况下，一个或多个双折射或偏振元件被激光脉冲通过了两次(即，各次沿相反方向通过)。
本发明的另一方面是使用具有取向可变的至少一个双折射或偏振元件的移相器来调整与通过移相器的激光脉冲相对应的频率梳的偏移频率f0。如上所述，由此可以通过公式fm＝m*frep+f0来描述频率梳。
附图说明
以下应参考附图来进一步说明本发明及其优点，其中：
图1A示出具有脉冲重复频率frep和关联载波的脉冲列的两个连续激光脉冲，其中纵轴表示时间并且横轴表示电场；
图1B示出与图1A的激光脉冲相关联的频率梳，其中纵轴表示频率并且横轴表示强度；
图2示出根据本发明的实施例的谐振器中的激光脉冲在Poincaré球体的形式的偏振空间中沿穿过根据本发明的移相器的路径行进时的表示；
图3示出根据一个实施例的谐振器(特别是环形谐振器)中所使用的移相器；
图4示出一个实施例的谐振器(特别是线性谐振器)或者具有西格玛(sigma)臂的环形谐振器中所使用的移相器和关联反射器(谐振器端镜)；
图5示出根据一个实施例的具有环形谐振器的谐振器配置的示意表示；
图6示出根据一个实施例的具有线性谐振器的谐振器配置100；
图7示出根据本发明的谐振器中所使用的双折射元件的示意表示；
图8示出根据本发明的环形谐振器的示意表示；
图9示出根据本发明的线性谐振器的示意表示；
图10示出根据本发明的谐振器在具有光纤的实施例中的示意表示；
图11示出根据本发明的谐振器的一部分的示意表示；
图12示出根据本发明的谐振器的具有光纤和分束器的一部分的示意表示；
图13示出根据本发明的谐振器的作为具有分束器的自由空间光学系统的一部分的示意表示；
图14示出线性或环状谐振器中所使用的具有双折射或偏振元件的移相器的示意表示；
图15示出线性谐振器中所使用的具有双折射或偏振元件的移相器的示意表示。
具体实施方式
图5示出利用谐振器1的具有创造性的谐振器配置100。图5所示的谐振器是环形谐振器。可选地，根据本发明的谐振器配置100还可以包括线性谐振器。在图6中示出线性谐振器。
图5的环形谐振器1包括多个曲面镜3、13。镜3是被配置为耦合输入泵浦光P的输入耦合镜。镜3’是用于从谐振器1耦合输出激光的输出耦合镜。该激光可以是CW激光(连续波)或脉冲化激光。
对于一些应用而言，在谐振器中设置激活介质24是有利的。激活介质24例如可以是诸如Ti:Sa晶体等的激光激活介质。当然，还可考虑其它激光介质。在谐振器1中设置光束引导所用的偏转镜13。由此，使一些镜呈弯曲可以是有用的。例如，在谐振器1中，在镜其中之一(例如，镜13其中之一)是啁啾镜的情况下，对于色散补偿而言可以是有利的。
图5中的附图标记2表示谐振器1的移相器。沿着谐振器1的光轴22设置移相器2。移相器2包括可调整的双折射或偏振元件7。双折射或偏振元件7特别地可以是相位差为π或π/2的延迟元件。λ/2片对于许多应用而言特别有利。
双折射或偏振元件7由于电光效应因而可以是可变的。可选地，利用机械压力，双折射或偏振元件7的偏振性质可以是可调整的。元件7还可以是液晶、特别是铁电液晶。根据元件的结构，可以设置适当的致动元件60来调整双折射或偏振元件7。该含义内的调整是指改变或适应或调整为元件7的偏振性质的期望值。在波片的情况下，例如，可以通过绕谐振器轴22的转动来实行调整。另外，谐振器1包括例如克尔透镜或可饱和吸收器的、用于生成模式耦合的激光脉冲的元件200。
此外，移相器200包括第一偏振改变元件6。第一偏振改变元件6被配置为对线偏振的激光脉冲110进行圆或椭圆偏振。如果线偏振的激光从左侧冲击图3的移相器2而到达偏振改变元件6上，则该激光被偏振改变元件6进行圆或椭圆偏振，然后冲击双折射或偏振元件7使得偏振再次改变。
在双折射或偏振元件7的位于与第一偏振改变元件6相反的侧的后方，设置第二偏振改变元件6'。第二偏振改变元件6'被配置为对圆或椭圆偏振光进行线偏振。因此，激光再次以线偏振状态从移相器2出射。当然，该配置适用于连续波(CW)激光和脉冲化激光这两者，并且特别还适用于短脉冲和超短脉冲。
图6示出根据本发明的谐振器配置100的具有线性谐振器1的实施例。这里，设置与图5所示的环形谐振器中相同的元件。为了更清楚，使用相同的附图标记。同样可以采用图3所示的移相器2作为移相器2。然而，与图5所示的环形谐振器相对比，针对各谐振器循环，移相器2在线性谐振器中被通过两次。
在具有环形谐振器的实施例和具有线性谐振器的实施例这两者中，偏振改变元件6、6'可以与至少一个可调整双折射或偏振元件7相对地固定设置。可选地，可考虑还将这些元件配置成可调整。然而，这并非必须的。使偏振改变元件6、6'作为λ/4片，这已被证明特别有利。
为了妥善利用较少数量的光学元件并由此节省成本，图4所示的移相器2在线性谐振器的情况下也可用在特别有利的实施例中。由此将线性谐振器的端镜10并入组件内。设置仅一个偏振改变元件6。在谐振器的偏振改变元件6和端镜10之间配置至少一个可调整双折射或偏振元件7。经由谐振器行进的光通过偏振改变元件6，然后通过可调整双折射或偏振元件7，从而随后被谐振器端镜10反射，并且逆顺序沿相反方向再次经由元件7和6行进。
可调整双折射或偏振元件7也可以是λ/4片。这里，还可考虑通过绕谐振器轴22的转动的可调整性。
谐振器配置100还包括可控制的致动装置36，其中该致动装置36使得能够单独适应邻近模式的距离。这例如可以通过谐振器长度是可变的来实现。例如，可以设置谐振器1的可移动(特别是压电可移动)端镜13。
图14和15示出移相器2的更多实施例。
图14示出特别适用在环形谐振器中的移相器2。与图3所示的移相器相对比，设置两个偏振器5、9。这两个偏振器5、9被配置成包括图3的结构。因此，这些偏振器配置于移相器2的输入或输出处。这些偏振器用于防止偏振的残差。由于在谐振器中循环的激光或者激光脉冲110在通过偏振器之前和之后分别相同地发生偏振的情况下是有利的，因此该功能可以是有用的。由于因元件6、6'或7或者其它元件的公差因而无法始终确保该功能，因此可以使用偏振器5、9来防止相对于理想线偏振的残差。
图15示出特别被设计成用在线谐振器中的相似应用。这里，偏振器5已添加至图5的各移相器2。如图15所示，偏振器5位于谐振器的光轴上的、移相器2的与端镜10相反的侧。由于在激光或激光脉冲110入射到移相器2期间以及出射期间分别均通过该偏振器5，因此不需要第二偏振器，使得可以节省成本。
当然，可以连续配置多个偏振器5、9。
级联结构已被证明对于一些应用而言特别有利。代替一个双折射或偏振元件7，例如在图3、4、14或15中，可以为此分别设置多个双折射和/或偏振元件。然后，可以沿着谐振器的光轴连续设置这多个双折射和/或偏振元件。例如，在设置多个连续切换的可调整λ/2片的情况下是特别有利的。
例如，如下的级联结构是有利的：例如，单片的转动角度由于机械或其它原因而受到限制。在双折射或偏振元件7各自单独可调整的情况下是特别有利的。在这方面，还特别关注将例如具有不同的转动角度和/或不同的致动速度的不同的致动元件相组合。转动范围应被理解为利用元件7可以达到的偏振角度的变化。
图7示出双折射或偏振元件7的特别有利的实施例。双折射或偏振元件7是相对于第一对轴11具有不同于0的静态双折射的电光调制器。该双折射和轴11可以利用电光调制器的取向而固定。电光调制器7具有附加的相对于不同于第一对轴的另一对轴12的感应双折射。理想地，第一对轴11和第二对轴12相对于彼此可以倾斜了45°。相对于另一对轴12的附加双折射例如可以以电子或机械方式定向，由此可以是可调整的。
在文献中描述了可转动半波片利用长度为1×1×20mm的EO晶体以足够高的电压所实现的结构。为此，根据沿着相对于彼此倾斜了45°的两对轴11、12的场取向的选择，向该晶体施加两个电场Ex＝E0*sin(phi)和Ey＝E0*cos(phi)，其中E0是生成具有相位延迟Pi(π)的双折射的场。尽管孔径非常小(1mm)、晶体长度长(20mm)并且使用双通路，但需要～200V的电压。现代实现使用可以利用较低电压的波导，但仍要求一样高的场。在这两个实现中，均因为高的场而难以维持工作点稳定。然而，对于小的调制，cos(phi)可以近似为～1，并且sin(phi)＝phi。如果通过使晶体倾斜(当前为传播方向近似z方向)来产生大小为π的静态双折射，则仅需要场(这里为Ex)的略微调制，并且消除了漂移。(例如，与波导解决方案相比)优点不是仅仅包括低漂移，而且还包括微小的插入损耗。
尽管在可调整双折射或偏振元件仅影响施加至通过谐振器一次的激光脉冲的情况下、至少对于一些实施例而言(特别是对于利用短的激光脉冲10和与这些激光脉冲10相对应的频率梳的使用而言)是更好的，但在双折射或偏振元件的改变设置同时引起经过谐振器的激光脉冲的传播延迟的情况下也可以是有利的。可以同时改变频域中的频率梳的邻近模式的距离。例如，可考虑到一个或多个可调整双折射或偏振元件7的角度转动同时引起传播延迟。
根据本发明的移相器2还可被并入光纤激光器。为此，需要短的自由空间构件、或者使用移相器2的波导变体。图8以示意方式示出安装到光纤激光器的谐振器配置100中的移相器2。该结构是作为环形谐振器的实施例。图9示意性示出根据本发明的移相器2向具有线性谐振器1的光纤激光器内的实现。
图10示意性示出根据本发明的移相器2被并入具有环形谐振器1的光纤激光器的自由空间区域中的变形例。各个光纤激光器可以是掺杂光纤激光器。
图10的元件11和15表示使得能够将光耦合输出和耦合输入到各个光纤35中的准直器。元件130是用于从谐振器配置100耦合输出光(特别是激光或脉冲化激光)的分束器。
可以分别利用环路300或环路镜300与偏振分束器50相组合地获得根据本发明的谐振器配置100的另一专门结构。由此实现了组件独立于入射偏振。图13示出作为自由空间光学系统的配置，而图12示出作为光纤光学系统的相应配置。偏振分束器50的端口18用作激光(特别是脉冲化激光)的输入。在图12所示的光纤光学系统中，可以将来自端口18的光通过反射经由准直器16耦合输入到光纤中，或者通过透射经由准直器17耦合输入到光纤的相对端上。该操作独立于偏振而发生。由于准直器16和17经由移相器2所位于的光纤以环路方式相连接，因此两个偏振经由该环路在光纤中沿彼此相反的方向循环。在循环之后，这两个偏振在分束器50中再次叠加，并且通过透射而在端口19或者通过反射而在端口18离开该配置。这例如可以依赖于光纤的扭曲。在用在反射中的情况下，与法拉第(Faraday)旋转器和更多波片的组合可用于解除镜像偏振。
在图13所示的自由空间光学系统中，端口18同样用作向包括移相器2的自由空间环路的输入。如图13所示，该环路结构可以由镜60、70来实现。与图12所示的光纤环路的功能相同，这里两个偏振也经由环路沿彼此相反的方向行进。这两个偏振在分束器中再次叠加，并且当前根据λ/4片的设置而在端口19通过透射或者在端口18通过反射来离开组件。
一个或多个可调整双折射或偏振元件7、9可被形成为消色差波片，这适用于本发明的所有实施例。这样再次确保了波片对在谐振器中循环的激光脉冲的群速度不产生影响，并且可以独立于频率梳的邻近模式的距离来调整与激光脉冲相关联的频率梳的偏移频率f0。色差波片可能在调整波片时引起群循环时间改变。
本发明以非限制方式扩展至以下的实施例：
1.一种用于使激光装置进行工作的方法，包括以下步骤：
a)在谐振器(1)中设置激光脉冲(10)，使得所述激光脉冲(10)在所述谐振器(1)中循环，所述激光脉冲(10)具有载波(12)；
b)确定与所述激光脉冲(10)相对应的频率梳的偏移频率f0，所述频率梳在彼此间隔距离frep处具有多个激光模式fm，其中能够通过公式fm＝m*frep+f0来描述所述多个激光模式fm的频率，其中m是自然数；以及
c)通过改变针对各谐振器循环向所述激光脉冲(10)的所述载波(12)施加的几何相位，来改变所述偏移频率f0。
2.根据实施例1所述的方法，其特征在于，以如下方式进行所述几何相位的改变：使得所述谐振器(1)中的所述激光脉冲(10)的群循环时间由此没有改变，因此frep没有改变或基本没有改变。
3.一种谐振器配置，用于生成激光脉冲(10)，其中，所述谐振器配置包括：谐振器(1)；激活介质(24)；以及输出耦合装置(3')，用于从所述谐振器耦合输出所述激光脉冲(10)，其特征在于，
所述谐振器配置还包括测量装置，所述测量装置(90)用于确定与所述激光脉冲(10)相对应的频率梳的偏移频率f0，所述频率梳在彼此间隔距离frep处具有多个激光模式fm，其中能够通过公式fm＝m*frep+f0来描述所述多个激光模式fm的频率，其中m是自然数，以及
在所述谐振器(1)内以如下方式配置取向可变的至少一个双折射和/或偏振元件(7)：利用所述至少一个双折射和/或偏振元件(7)的取向的变化，针对各谐振器循环施加至所述激光脉冲(10)的所述载波(12)的几何相位是可变的，并且与所述激光脉冲(10)相关联的频率梳的偏移频率f0由此是可变的。
4.一种谐振器配置，其具有谐振器(1)，所述谐振器(1)用于接收激光辐射、特别是激光脉冲，其特征在于，
在所述谐振器(1)内配置至少一个可调整双折射或偏振元件(7)，所述至少一个可调整双折射或偏振元件(7)通过改变针对各谐振器循环对光波、特别是所述激光辐射的所述载波(12)所施加的几何相位，来针对相位和群循环时间引起不同的延迟，以及
在改变所述可调整双折射或偏振元件的设置的情况下，在所述谐振器(1)中所述激光辐射、特别是所述激光脉冲(10)的循环损失没有改变或者基本没有改变。
5.根据实施例4所述的谐振器配置，其特征在于，通过改变双折射元件(7)的双折射的取向、或者通过使所述双折射或偏振元件(7)绕所述谐振器(1)的光轴(22)转动，能够实现相位和/或群延迟的改变。
6.根据实施例4或5所述的谐振器配置，其特征在于，所述激光、特别是所述激光脉冲(10)在所述至少一个双折射或偏振元件(7)处的偏振是圆形或基本圆形。
7.根据实施例4至6其中之一所述的谐振器配置，其特征在于，所述谐振器(1)包括激活介质(24)和输出耦合装置(3')，并且还包括元件，所述元件(200)被配置为在所述谐振器(1)中生成模式耦合的激光脉冲(10)。
8.根据实施例4至7其中之一所述的谐振器配置，其特征在于，
所述谐振器(1)被配置为接收多个模式，其中所述多个模式以频率fm为特征，并且基本能够通过公式fm＝m*frep+f0来进行描述，其中frep是邻近模式的距离并且m是自然数，以及
所述谐振器配置包括测量装置，所述测量装置(90)用于确定偏移频率f0，其中所述偏移频率f0以绝对项或相对项确定谐振器模式在频域中的位置，以及
所述模式的位置是利用所述至少一个双折射或偏振元件(7)而可改变的。
9.根据实施例4至8其中之一所述的谐振器配置，其特征在于，所述谐振器配置还包括控制装置，所述控制装置被配置为将控制信号发送至所述致动装置，其中所述控制信号依赖于所述测量装置所确定的偏移频率。
10.根据实施例4至9其中之一所述的谐振器配置，其特征在于，所述至少一个双折射或偏振元件(7)是相位差为π或π/2的延迟元件、特别是1/2或1/4波片、特别是消色差波片。
11.根据实施例3至10其中之一所述的谐振器配置，其特征在于，能够通过电光效应或通过机械压力来调整所述至少一个双折射或偏振元件(7)，所述至少一个双折射或偏振元件(7)包括液晶、特别是铁电液晶，以及/或者所述至少一个双折射或偏振元件(7)是在波导中利用电光材料形成的。
12.根据实施例3至11其中之一所述的谐振器配置，其特征在于，能够利用高频率、特别是100kHz以上来连续地调整和/或调制所述几何相位。

Claims (25)

1.一种用于使激光装置进行工作的方法，包括以下步骤：
a)在谐振器(1)中设置激光脉冲(110)，使得所述激光脉冲(110)在所述谐振器(1)中循环，所述激光脉冲(110)具有载波(120)；
b)确定与所述激光脉冲(110)相对应的频率梳的偏移频率f0，所述频率梳在彼此间隔距离frep处具有多个激光模式fm，其中能够通过公式fm＝m*frep+f0来描述所述多个激光模式fm的频率，其中m是自然数；以及
c)通过改变针对各谐振器循环向所述激光脉冲(110)的所述载波(120)施加相位循环延迟的几何相位，来改变所述偏移频率f0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以如下方式进行所述几何相位的改变：使得所述谐振器(1)中的所述激光脉冲(110)的群循环时间由此没有改变，因此frep没有改变或基本没有改变。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过改变至少双折射和/或偏振元件(7)的取向，特别是通过至少双折射和/或偏振元件(7)的绕所述谐振器(1)的光轴(22)的转动，来实现改变所述几何相位。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，连续地重复进行步骤b)和c)，由此根据最后测量到的偏移频率f0来确定所述双折射和/或偏振元件(7)的取向的变化的性质。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在所述激光脉冲(110)冲击所述双折射和/或偏振元件(7)之前，所述激光脉冲(110)的偏振变为椭圆或圆偏振，使得所述激光脉冲(110)在冲击所述双折射和/或偏振元件(7)时呈椭圆或圆偏振。
6.一种谐振器配置(100)，用于生成激光脉冲(110)，其中，所述谐振器配置(100)包括：谐振器(1)；激活介质(24)；以及输出耦合装置(3')，用于从所述谐振器耦合输出所述激光脉冲(110)，其特征在于，
所述谐振器配置(100)还包括测量装置(90)，所述测量装置(90)用于确定与所述激光脉冲(110)相对应的频率梳的偏移频率f0，所述频率梳在彼此间隔距离frep处具有多个激光模式fm，其中能够通过公式fm＝m*frep+f0来描述所述多个激光模式fm的频率，其中m是自然数，以及
在所述谐振器(1)内以如下方式配置取向可变的至少一个双折射和/或偏振元件(7)：利用所述至少一个双折射和/或偏振元件(7)的取向的变化，针对各谐振器循环施加至所述激光脉冲(110)的载波(120)的几何相位是可变的，并且与所述激光脉冲(110)相关联的频率梳的偏移频率f0由此是可变的。
7.一种谐振器配置(100)，其具有谐振器(1)，所述谐振器(1)用于接收激光辐射、特别是激光脉冲(110)，其特征在于，
在所述谐振器(1)内配置至少一个可调整双折射或偏振元件(7)，所述至少一个可调整双折射或偏振元件(7)通过改变针对各谐振器循环对光波、特别是所述激光辐射的载波(120)所施加的几何相位来针对相位和群循环时间引起不同的延迟，以及
在改变所述可调整双折射或偏振元件的设置的情况下，所述谐振器(1)中的所述激光辐射、特别是所述激光脉冲(110)的循环损失没有改变或者基本没有改变。
8.根据权利要求7所述的谐振器配置，其特征在于，通过改变双折射元件(7)的双折射的取向、或者通过使所述双折射或偏振元件(7)绕所述谐振器(1)的光轴(22)转动，能够改变相位和/或群延迟。
9.根据权利要求7或8所述的谐振器配置，其特征在于，所述激光、特别是所述激光脉冲(110)在所述至少一个双折射或偏振元件(7)处的偏振是圆形或基本圆形。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的谐振器配置，其特征在于，所述激光脉冲(110)的所述载波(120)的相位循环时间的变化没有使所述脉冲(10)的群循环时间改变或基本没有使所述脉冲(10)的群循环时间改变。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的谐振器配置，其特征在于，所述谐振器(1)包括激活介质(24)和输出耦合装置(3')，并且还包括元件(200)，所述元件(200)被配置为在所述谐振器(1)中生成模式耦合的激光脉冲(110)。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的谐振器配置，其特征在于，所述谐振器(1)被配置为接收多个模式，其中所述多个模式以频率fm为特征，并且基本能够通过公式fm＝m*frep+f0来进行描述，其中frep是邻近模式的距离并且m是自然数，以及所述谐振器配置(100)包括测量装置(90)，所述测量装置(90)用于确定偏移频率f0，其中所述偏移频率f0以绝对项或相对项确定谐振器模式在频域中的位置，以及所述模式的位置是利用所述至少一个双折射或偏振元件(7)而可改变的。
13.根据权利要求6或12所述的谐振器配置，其特征在于，所述谐振器配置(100)还包括致动装置(60)，所述致动装置(60)被配置为改变所述谐振器(1)中的相位和群循环延迟的差。
14.根据权利要求13所述的谐振器配置，其特征在于，所述谐振器配置(100)还包括控制装置(80)，所述控制装置(80)被配置为将控制信号发送至所述致动装置(60)，其中所述控制信号依赖于所述测量装置(90)所确定的偏移频率。
15.根据权利要求6至14中任一项所述的谐振器配置，其特征在于，所述至少一个双折射或偏振元件(7)是相位差为π或π/2的延迟元件、特别是1/2或1/4波片。
16.根据权利要求6至15中任一项所述的谐振器配置，其特征在于，能够通过电光效应或通过机械压力来调整所述至少一个双折射或偏振元件(7)，所述至少一个双折射或偏振元件(7)包括液晶、特别是铁电液晶，以及/或者所述至少一个双折射或偏振元件(7)是在波导(35)中利用电光材料形成的。
17.根据权利要求15或16所述的谐振器配置，其特征在于，通过以下来实现所述双折射的取向的变化：在所述谐振器(1)中配置双折射元件(7)，使得沿着第一对轴(11)产生静态双折射，并且沿着不同的第二对轴(12)产生第二可调整双折射。
18.根据权利要求17所述的谐振器配置，其特征在于，所述静态双折射达到π/2或π的相移。
19.根据权利要求6至18中任一项所述的谐振器配置，其特征在于，多个可调整的双折射元件(7)和/或偏振元件(7)连续地配置在所述谐振器(1)中。
20.根据权利要求6至19中任一项所述的谐振器配置，其特征在于，能够利用高频率、即大于100kHz的频率来进一步连续地调整和/或调制所述几何相位。
21.根据权利要求6至20中任一项所述的谐振器配置，其特征在于，在所述谐振器(1)中还设置有第一偏振改变元件(6)和第二偏振改变元件(6')，其中所述第一偏振改变元件(6)被配置为使线偏振的激光脉冲(110)变为圆或椭圆偏振的激光脉冲(10)，以及所述第二偏振改变元件(6')被配置为使圆或椭圆偏振的激光脉冲(110)变为线偏振的激光脉冲(110)，其中所述至少一个双折射或偏振元件(7)配置在所述第一偏振改变元件(6)和所述第二偏振改变元件(6')之间。
22.根据权利要求21所述的谐振器配置，其特征在于，所述第二偏振改变元件(6')包括偏振器。
23.根据权利要求6至22中任一项所述的谐振器配置，其特征在于，在每次通过所述谐振器(1)的情况下，所述至少一个双折射或偏振元件(7)被所述激光脉冲(110)通过两次，即该两次中的各次沿相反方向通过。
24.根据权利要求6至23中任一项所述的谐振器配置，其特征在于，除所述偏移频率外，模式距离frep也能够利用所述谐振器配置自身的致动器来调整。
25.一种移相器(2)的用途，所述移相器(2)具有至少一个双折射或偏振元件(7)，所述至少一个双折射或偏振元件(7)的取向是可变的从而调整与通过所述移相器(2)的激光脉冲(110)相对应的频率梳的偏移频率f0，所述频率梳在彼此间隔距离frep处具有多个激光模式fm，其中能够通过公式fm＝m*frep+f0来描述所述多个激光模式fm的频率，其中m是自然数。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108592783A (zh) * 2018-06-29 2018-09-28 中国科学院武汉物理与数学研究所 用于原子干涉仪的集成光学系统
CN113179132A (zh) * 2021-03-26 2021-07-27 北京邮电大学 一种光傅里叶变换芯片及系统

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014226973B4 (de) * 2014-12-23 2021-03-18 Menlo Systems Gmbh Optische Resonatoranordnung und Verfahren zum Einstellen einer Umlaufzeit in einem Resonator
JP6498957B2 (ja) * 2015-02-18 2019-04-10 浜松ホトニクス株式会社 Ｃｅｐ制御装置およびｃｅｐ制御方法
DE102015002559A1 (de) 2015-02-27 2016-09-01 Menlo Systems Gmbh Stabilisieren optischer Frequenzkämme
WO2019073701A1 (ja) * 2017-10-13 2019-04-18 国立大学法人電気通信大学 デュアル光周波数コム生成光学系、レーザー装置、計測装置
US11152756B2 (en) * 2018-07-23 2021-10-19 University Of Maryland, College Park Laser cavity repetition rate tuning and high-bandwidth stabilization

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040213302A1 (en) * 2000-05-23 2004-10-28 Fermann Martin E. Pulsed laser sources
CN103424194A (zh) * 2013-08-13 2013-12-04 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种飞秒激光频率梳频率稳定性的测量方法及装置

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4979235A (en) * 1989-04-17 1990-12-18 Tektronix, Inc. Polarization controller for use in optical fiber communication system
DE59800382D1 (de) * 1997-06-25 2001-01-18 Contraves Space Ag Zuerich Anordnung zum weltraumgestützten Betrieb von als Lichtwellenleiter ausgeführten quantenoptischen Verstärkern
DE19911103B4 (de) 1999-03-12 2005-06-16 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Erzeugung stabilisierter, ultrakurzer Lichtpulse und deren Anwendung zur Synthese optischer Frequenzen
AU2001251214A1 (en) * 2000-03-30 2001-10-15 National Institute Of Standards And Technology ("Nist") Mode-locked pulsed laser system and method
DE10044404C2 (de) 2000-09-08 2002-08-14 Max Planck Gesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von stabilisierten ultrakurzen Laser-Lichtpulsen
GB0100819D0 (en) * 2001-01-12 2001-02-21 Hewlett Packard Co Optical characterization of retarding devices
JP2008310340A (ja) * 2002-11-07 2008-12-25 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 液晶プロジェクタ
JP4387688B2 (ja) 2002-11-07 2009-12-16 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 液晶プロジェクタ
EP1372275B1 (en) 2002-12-05 2007-06-06 Agilent Technologies, Inc. Controlling an optical source using a beat frequency
JP2004294941A (ja) * 2003-03-28 2004-10-21 Fujitsu Ltd 偏光制御器
JP2005241406A (ja) 2004-02-26 2005-09-08 Nokodai Tlo Kk 複屈折分散計測装置および複屈折分散計測方法
JP2006179779A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Intelligent Cosmos Research Institute 二重周波数安定化モード同期レーザ光源
JP2006267201A (ja) * 2005-03-22 2006-10-05 National Institute Of Information & Communication Technology 位相連続光ｆｓｋ変調方法，位相連続光ｆｓｋ変調器
DE102005035173B4 (de) 2005-07-27 2016-08-11 Menlo Systems Gmbh Interferometer, insbesondere für die Bestimmung und Stabillisierung der relativen Phase kurzer Pulse
JP2007256365A (ja) 2006-03-20 2007-10-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 光周波数コム発生装置
JP4623042B2 (ja) 2006-04-10 2011-02-02 エプソントヨコム株式会社 積層波長板、偏光変換子、偏光照明装置、及び光ピックアップ装置
JP5088707B2 (ja) * 2006-04-10 2012-12-05 セイコーエプソン株式会社 積層波長板、偏光変換子、偏光照明装置、及び光ピックアップ装置
JP2007316158A (ja) * 2006-05-23 2007-12-06 Hamamatsu Photonics Kk 偏光制御素子及びそれを用いたレーザシステム
WO2009066755A1 (ja) * 2007-11-22 2009-05-28 National University Corporation Tokyo University Of Agriculture And Technology 渦発生装置、物体制御装置、及び渦発生方法
EP2178180A1 (en) * 2008-10-16 2010-04-21 Szegedi Tudomanyegyetem Optical assembly for tuning the carrier-envelope phase of laser pulses
JP2012132711A (ja) * 2010-12-20 2012-07-12 Nikon Corp パルス間位相ズレ測定装置、オフセット周波数制御装置、パルス間位相ズレ測定方法、オフセット周波数制御方法
JP5848211B2 (ja) * 2012-08-23 2016-01-27 日本電信電話株式会社 自己参照干渉装置および方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040213302A1 (en) * 2000-05-23 2004-10-28 Fermann Martin E. Pulsed laser sources
CN103424194A (zh) * 2013-08-13 2013-12-04 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种飞秒激光频率梳频率稳定性的测量方法及装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108592783A (zh) * 2018-06-29 2018-09-28 中国科学院武汉物理与数学研究所 用于原子干涉仪的集成光学系统
CN108592783B (zh) * 2018-06-29 2024-03-19 中国科学院武汉物理与数学研究所 用于原子干涉仪的集成光学系统
CN113179132A (zh) * 2021-03-26 2021-07-27 北京邮电大学 一种光傅里叶变换芯片及系统
CN113179132B (zh) * 2021-03-26 2022-07-29 北京邮电大学 一种光傅里叶变换芯片及系统

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