CN110506372B - 激光放大器系统 - Google Patents

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Abstract

具有用于通过放大开始激光脉冲(5A)输出一输出激光脉冲(13A)的两级压缩器系统的激光放大器系统(1)，包括：光纤激光器预放大器单元(7)，用于预放大开始激光脉冲(5A)和输出经预放大的激光脉冲(7A)；中间压缩器级(9)，用于在时间上部分压缩经预放大的激光脉冲(7A)；固体补充放大器单元(11)，用于补充放大在时间上部分压缩的经预放大激光脉冲(9A)和用于输出经补充放大的激光脉冲(11A)；和补充压缩器级(13)用于在时间上压缩经补充放大的激光脉冲(11A)用于产生输出激光脉冲(13A)。

Description

激光放大器系统
技术领域
本发明涉及一种超短脉冲(UKP)激光系统，尤其是用于将脉冲激光辐射放大到高功率和/或高脉冲能量的UKP激光系统。本发明还涉及一种用于在这种激光系统中补偿色散的方法。
背景技术
在高功率高能量UKP激光系统中，光纤激光器放大器可用作输入级而基于固体的放大器可用作补充放大器，例如参见国际光学工程学会的会议记录中的卷9741 975109-1“Industrial grade fiber-coupled laser systems delivering ultrashort highpower pulses for micromachining”。耦入到光纤激光器放大器中的开始激光脉冲在光纤中被放大并同时在时间上被拉伸。开始激光脉冲例如可以是种子激光的种子脉冲。这样预放大的激光脉冲在基于固体的补充放大器中被放大到希望的高输出脉冲能量。在完成放大之后，经补充放大的激光脉冲在时间上压缩并且作为输出激光脉冲(在此也称为输出脉冲)输出。
经补充放大的激光脉冲的压缩通常借助后接的压缩器系统进行，该压缩器系统很大程度上补偿与放大相关地导送的色散，以便调设用于输出激光脉冲的希望的超短脉冲时长。
要补偿的色散除了在放大介质中导送的色散外也可包括被导送给在拉伸器系统中的种子脉冲的色散，该拉伸器系统在放大之前并且引起附加的激光脉冲拉伸。因而，在使用拉伸器系统的情况下，在时间上被拉伸的种子脉冲作为开始激光脉冲耦入到光纤中。脉冲拉伸尤其在放大介质中降低脉冲峰值功率并且是所谓的“啁啾脉冲放大(CPA)”的基础。
拉伸器和压缩器系统通常可包括在透射或反射中使用的色散光学元件如(衍射-)光栅、体布拉格光栅、棱镜和/或棱栅和/或色散镜如Gires-Tournois-干涉器-镜(GTI镜)并且例如构造为光栅拉伸器和光栅压缩器构件。光栅压缩器允许压缩例如在放大到高功率和/或高脉冲能量时会出现的大的色散值，但是对在固体放大器之后的射束方位变化和由于高热负载造成的压缩器失准敏感，因为在光栅压缩器中的每个路线改变导致色散的改变并从而导致脉冲时长改变。为了避免在光栅压缩器的光栅上的高强度，在高功率高能量UKP-激光系统中还需要光栅压缩器中的大的射束直径，使得使用相应大的和昂贵的光学光栅。
US 2013/0223460 A1还公开了一种用于脉冲激光的放大器系统，其中，经放大的激光脉冲的压缩在压缩器中进行，该压缩器衔接放大过程并通常在真空中运行。为了不必执行对压缩器的调设的改变，则为了调设色散附加地设有调设压缩器。调设压缩器用于有效地微调准所输出的脉冲的脉冲时长，尤其是在维持用于放大的在开始时被拉伸的脉冲的情况下。调设压缩器有利地提供压缩器的压缩率的小于20％并且优选小于10％。
发明内容
公开文本的一个方面的任务是提出一种压缩方案，该压缩方案允许使用较小的光栅并且可容忍经放大的激光射束的光路的改变。
其中至少一个任务通过按权利要求1所述的激光放大器系统和通过按权利要求15所述的用于放大激光脉冲的方法解决。扩展方案在从属权利要求中给出。
在一个方面，激光放大器系统具有用于通过放大开始激光脉冲来将输出激光脉冲输出的两级压缩器系统。激光放大器系统在此包括：光纤激光器预放大器单元，用于预放大所耦入的开始激光脉冲并且用于输出经预放大的激光脉冲；中间压缩器级，用于在时间上部分压缩经预放大的激光脉冲；固体补充放大器单元，用于补充放大在时间上部分压缩的经预放大的激光脉冲并且用于输出经补充放大的激光脉冲；和，补充压缩器级，用于在时间上压缩经补充放大的激光脉冲以产生输出激光脉冲。
在另一方面，用于放大激光脉冲的方法具有以下步骤：提供种子激光脉冲源单元用于产生要放大的种子激光脉冲作为用于开始激光脉冲的基础；借助光纤预放大器单元预放大开始激光脉冲用于产生经预放大的激光脉冲；部分压缩经预放大的激光脉冲；借助固体补充放大器单元补充放大部分压缩的经预放大的激光脉冲；和压缩补充放大的激光脉冲。
在若干实施方式中，光纤激光器预放大器单元构造用于在最后的放大器级的放大光纤中的模尺寸MFD大于等于10μm的情况下谱宽大于等于1nm并且中间脉冲能量大于等于0.5μJ(在预放大之后)的激光脉冲的大于等于3dB的放大系数，其中，模场直径MFD相应于强度下降到1/e2时的半径的两倍。在若干实施方式中，固体补充放大器单元构造用于在固体放大器中的模尺寸MFD大于等于100μm的情况下脉冲长度大于等于1ps的激光脉冲的大于等于3dB的放大系数。此外，固体补充放大器单元可用于大于等于100μJ的输出脉冲能量。
在此公开的实施方式可尤其具有以下优点：
在强度还相对低的情况下进行部分压缩时，可为中间压缩器使用较小并从而较便宜的光栅。此外，通过部分压缩也可为在固体放大器之后的压缩器使用较小的光栅，因为第二压缩器的压缩系数比在固体放大器之后仅使用唯一的压缩器的情况小。由此可以在整体上降低激光放大器系统的成本，尤其是对压缩器方案的实施而言。
一般性地，部分压缩在此理解为：在光纤激光器预放大器单元之后不执行在光谱上可能的最大压缩，而是脉冲长度仅被部分程度地减小。两级压缩在第一级中将脉冲长度例如减小至少30％、优选50％或更多。例如可移除脉冲长度的至少75％。但脉冲峰值功率由于光学元件的损坏阈值和可能的不利的非线性性——其尤其将固体-最小输入脉冲长度确定为用于部分压缩的尺度的下边界——不应变得过高。
基于高功率而可有利的是，为布置在固体放大器之后的第二压缩器使用反射光栅，因为反射光栅提供比透射光栅高的效率。但要制成这样大的反射光栅在技术上要求很高。因为在实际中，大光栅具有相应的不平坦性，该不平坦性可不利地影响射束品质。一般性地：光栅越大，则必须考虑越大的不平坦性。在此，通过预压缩可使用较小的光栅，由此将补充压缩器级的光栅对射束品质的影响减小。在预压缩自身中，可使用小射束直径并从而使用小光栅或小透射光栅，由此在这里也不那么损害射束品质。
压缩器对经补充放大的激光脉冲的射束方位的敏感性随压缩系数提高，例如随光栅压缩器的尺寸提高。因为光纤激光器系统在射束方位方面在原理上比固体放大器更稳定(尤其是在固体放大器中的高功率并从而在高热负载的情况下)，所以通常有利的是，将在固体放大器之后的压缩系数减小并且将脉冲尽可能在固体放大器之前这样压缩，以使得在固体放大器中不产生过高的强度。
为了调设(尤其是优化)输出激光脉冲的脉冲时长或脉冲形状而需要的是：将压缩器和在某些情况下拉伸器的色散特性进行适配。在光纤激光器中常使用啁啾光纤布拉格光栅用于拉伸，其通常提供比压缩器小的用于适配色散的自由度。因而常通过操纵压缩器系统来适配色散。仅在固体放大器之后具有一个压缩器的高功率UKP系统中，(唯一存在的)压缩器系统的所需的这种调设基于在压缩器中的高功率而要求很高。而在在这里提出的两级压缩器系统中能够可能的是：色散适配已在第一压缩器中在明显较低的功率的情况下执行或至少部分地贡献于此。
此外，两级压缩器结构可使得能在输出压缩器的相同结构尺寸(相同的色散参数)的情况下实现用于光纤激光器预放大器单元和/或固体补充放大器单元的较高的在时间上的拉伸系数，使得尤其是可从光纤级和在整体上从激光放大器系统提取较高的脉冲能量。
一般性地，补充压缩器级的压缩系数的在此公开的减小方案可用在以下放大器系统中，所述放大器系统基本上并不基于在补充放大期间的光谱扩宽。
在此公开的方案尤其是可用在以下放大器系统中，所述放大器系统使用不同的放大器介质(例如用于光纤激光器预放大器单元的光纤放大器和用于固体补充放大器单元的棒状或盘状放大器)。
附图说明
在此公开的方案可至少部分改进现有技术中的方面。尤其是由在后面根据附图对实施方式的描述得到其他特征和其合理性。附图示出：
图1具有两级压缩器结构的激光放大器系统的示例性示意图，
图2低重复激光系统的第一示例性实施方式的示意图，其具有在kHz范围中运行的多个棒状补充放大器，和，
图3低重复激光系统的第一示例性实施方式的示意图，其具有在MHz范围中运行的多通道盘状补充放大器用于产生高脉冲能量。
具体实施方式
在此描述的方面部分地基于以下认知：通过两级压缩器系统可减小第二压缩器的压缩系数，该两级压缩器系统具有在例如光纤激光器和固体放大器之间的第一压缩器(在此称为中间压缩器级)以及在固体放大器之后的第二压缩器(在此称为补充压缩器级)。由此可能的是：将压缩器实施得对射束方位中的变化不那么敏感并从而不那么容易出现由射束方位造成的失准。尤其是在构造为补充压缩器级的光栅压缩器中由于较小的压缩系数而存在沿光谱色散(分裂的)方向的减小的射束直径，使得沿该方向可使用较小的(并且成本较有利的)光学光栅用于压缩具有高功率和/或高脉冲能量的输出脉冲。
换言之，已识别到：在不同的放大器级中所需的拉伸系数可允许：借助部分压缩、即在不同放大器级之间的压缩还满足之后需要的较小拉伸系数，由此最后需要的压缩变小。这可简化第二(补充)压缩器级的构造。
用于高功率高能量UKP激光系统的示例性的有吸引力的方案是作为输入级的光纤激光器与固体放大器的组合。光纤激光器是灵活的并且例如在其输出射束方位方面很稳定。与纯光纤激光器系统相比，固体放大器可实现较高的平均功率和脉冲能量(峰值功率)。
在脉冲在光纤激光器系统中被放大之前，通常将脉冲在时间上拉伸，以降低峰值功率，并且因而接下来又必须在时间上压缩。脉冲直接在光纤激光器输入级之后的完全(预)压缩大多是不可能的，因为由此在固体放大器中出现的强度会过高并且例如可能出现非线性效应或放大器介质(固体晶体，例如呈棒、板或盘的形状)或光学零件如普克尔盒的损坏。因而经拉伸的脉冲需要在固体放大器中放大并从而需要在固体放大器之后压缩。
固体放大器与基于光纤的放大器相比通常以显著更大的模面并从而在相同的脉冲时长的情况下在较小的强度和非线性性的情况下工作。基于该原因，对于固体放大器需要比对于光纤激光器小的拉伸。这允许脉冲的压缩例如在两个级中执行，即以直接在光纤激光器之后的第一压缩器和在固体激光器之后的第二压缩器执行。这种两级压缩器方案的优点已在开头解释。
在后面结合图1示例性解释(UKP-)激光放大器系统1的放大过程以及所属的零件。
激光放大器系统1包括种子激光脉冲源单元3、可选地前置于放大过程的拉伸器系统5、光纤激光器预放大器单元7、中间压缩器级9、固体补充放大器单元11和补充压缩器级13。在此，一般性地，光纤激光器预放大器单元7和固体补充放大器单元11这样构造，使得在激光放大器系统1的运行范围中在相应的放大过程中光纤激光器预放大器单元7以比固体补充放大器单元11大的拉伸系数为前提。
在图1中，离开对应零件的激光脉冲示意性简示为关于时间的强度变化曲线。在激光放大器系统1中，放大过程例如这样设计，使得激光脉冲的光谱在通过固体补充放大器单元11时(或在某些情况下在穿过整个激光放大器系统1时)基本上在光谱上不扩宽，在某些情况下基于增益窄化而在光谱上变窄。
种子激光脉冲源单元3提供种子激光脉冲3A的用于后续放大的序列。种子激光脉冲3A具有在例如ns至fs范围中的种子脉冲长度并且以在kHz范围至MHz范围中的重复率产生。种子激光脉冲源单元3在图1中示例性地示出为光纤振荡器3B。光纤振荡器3B例如包括掺镱的、基于光纤的并且模耦合的fs振荡器用于在波长约1030nm、脉冲能量在例如20pJ至100pJ的范围中并且重复率在例如小于50MHz以及20MHz或10MHz或若干100kHz的情况下产生脉冲长度为例如若干100fs的激光脉冲。除了提到的掺镱的光纤作为示例性的稀土掺杂外还可使用在μm波长范围中的掺铥和掺铒的光纤和在2μm波长范围中的掺钬的光纤。还可使用固体振荡器(例如棒状、板状或盘状的激光器)或二极管激光器或微芯片激光器用于产生种子激光脉冲3A。此外，种子激光脉冲3A的产生的部分可以是前置于光纤激光器预放大器单元的光纤中的光谱扩宽。
可选的拉伸器系统5(也称为脉冲长度拉伸器)可实现：将耦入到光纤激光器预放大器单元7中的激光脉冲、即开始激光脉冲5A的脉冲长度这样调设，使得在光纤激光器放大器单元7的输出部处不低于(在后面解释的)光纤-最小输出脉冲长度Tmin,Faser out。拉伸器系统5可例如构造为啁啾光纤布拉格光栅拉伸器5B。还可使用(衍射-)光栅-拉伸器。可选的拉伸器系统5可独立地实施或实施为种子激光脉冲源单元3的部分。
在种子激光脉冲作为开始激光脉冲5A被提供给光纤预放大系统5之前，通过色散光纤或色散光学结构实现的脉冲长度拉伸装置(例如光栅-拉伸器)可将种子激光脉冲的脉冲长度延长到例如100ps至1ns(或直至若干ns)。在若干实施方式中，第一预放大过程可在脉冲长度拉伸之前就已进行。
参照图1的实施例，放大过程以将开始激光脉冲5A耦入到光纤激光器预放大器单元7中开始。示例性地在图1中示出两个放大光纤7B。放大光纤7B中的放大过程尤其是通过放大光纤7B中的模尺寸、在放大光纤7B中存在的最大的激光脉冲能量/脉冲峰值功率和/或放大光纤7B的材料特性(如光学非线性性)以及用于经预放大的激光脉冲7A的光纤-最小输出脉冲长度Tmin,Faser out表征。要指出的是，在此公开的放大方案中，固体补充放大器单元11具有固体-最小输入脉冲长度Tmin，FK in，其是激光放大器系统1的稳定的、尤其是不受非线性性影响的运行的前提。固体-最小输入脉冲长度Tmin，FK in短于光纤-最小输出脉冲长度Tmin,Faser out。
光纤激光器预放大器单元7可例如包括在光学上串联耦接的光纤激光器放大器级的序列，其中，输入激光脉冲5A在光纤激光器放大器级中依次放大并且作为包括经预放大的激光脉冲7A的、具有中间脉冲长度的中间脉冲序列输出。中间脉冲长度大于光纤-最小输出脉冲长度Tmin,Faser out但也大于在考虑所需的固体-最小输入脉冲长度Tmin，FK in的情况下需要的长度。
示例性地在图1中简示两个放大光纤7B。示例性的放大光纤可在不减小重复率的情况下实现大于等于3dB、例如从20dB至30dB(系数100至1000)的放大系数，用于在放大光纤(一个序列的光纤放大器级的最后的放大光纤)中的模尺寸MFD大于等于10μm的情况下产生大于等于0.5μJ的中间脉冲能量(在预放大之后)。经预放大的激光脉冲7A的脉冲长度高于(或近似于)光纤-最小输出脉冲长度Tmin,Faser out，光纤-最小输出脉冲长度Tmin,Faser out是光纤激光器预放大器单元7的稳定的、尤其是在非线性性方面可控的运行的前提。最小输出脉冲长度Tmin,Faser out的示例性值是10ps至若干100ps。
放大光纤7B的示例是“单包层-单模”阶跃折射率光纤，其例如借助“单模”-泵浦单元泵浦。在考虑由于隔绝元件造成的损失的情况下可借助例如多个这种“单包层-单模”阶跃折射率光纤从种子脉冲出发实现直至1μJ的脉冲能量，例如在500mW的功率和500kHz的重复率的情况下低重复地实现。也参见结合图2和3的描述。通常根据种子能量和种子频率而定获得极不同的参数。在此，“低重复”通常表示脉冲重复率在10MHz或更低的范围中，例如1MHz，100kHz或50kHz或直至降到20kHz或10kHz或更低，而“高重复”通常包括在10MHz和更高的范围中的、例如在直至100MHz或更高范围中的、如直至1GHz的脉冲重复率。
替代地或附加地，可在光纤激光器预放大器单元7之前、之内或之后为了降低脉冲重复率而设有脉冲选择单元，以便能更有效地将所选择的各激光脉冲在光纤激光器预放大器单元7和/或固体补充放大器单元11中放大。通常为此使用光纤耦合的声光调制器(或自由射束-声光调制器-AOM)。电光调制器(EOM)的使用也是可能的。
作为预放大的结果输出经预放大的激光脉冲7A，该激光脉冲此后被导送给中间压缩器级9用于在时间上压缩，以将激光脉冲缩短到大于(等于)固体-最小输入脉冲长度Tmin，FK in的值。即，在中间压缩器级9中将激光脉冲在时间上第一重新压缩到例如若干10ps或若干100ps的脉冲长度。在时间上的第一重新压缩可例如借助具有透射光栅的在图1中示意性示出的光栅-压缩器9B进行。例如还可替代地或补充地使用(啁啾)体布拉格光栅或GTI镜，其由于其紧凑的结构而能实现射束稳定的中间压缩器级9，因为仅耦入要构型得稳定。
在时间上的第一部分压缩这样设计，使得将尽可能多的色散在补充放大之前补偿，其中，但不允许不利地影响补充放大，但同时应尽可能减少所留下的要补偿的色散。相应地，中间压缩器级9这样构造，使得经预放大的激光脉冲7A的大于或等于光纤-最小输出脉冲长度Tmin,Faser out的脉冲长度被压缩到小于光纤-最小输出脉冲长度Tmin,Faser out并且大于固体-最小输入脉冲长度Tmin，FK in或在固体-最小输入脉冲长度Tmin，FK in的范围中的脉冲长度。因而在激光脉冲的在时间上的第一部分压缩方面也可考虑在进一步的光路中的后续光学色散元件。
中间压缩器级9输出在时间上部分压缩的经预放大的激光脉冲9A。在时间上部分压缩的经预放大的激光脉冲9A被导送给固体补充放大器单元11用于补充放大。相应地，固体补充放大器单元11输出经补充放大的激光脉冲11A。
固体补充放大器单元11可包括至少一个固体激光器放大器级，其构造为棒状、板状或盘状激光器放大器级。此外，可选地，所述至少一个固体激光器放大器级可构造为线性放大器或再生放大器。固体补充放大器单元11可尤其是包括在光学上串联耦合的固体激光器放大器级的序列，其中，激光脉冲在固体激光器放大器级中依次放大并且作为经补充放大的激光脉冲11A输出。固体补充放大器单元在固体放大器(固体激光器介质)中的模尺寸MFD大于等于100μm时在脉冲长度大于等于1ps的激光脉冲的情况下例如具有大于等于3dB的放大系数。此外，固体补充放大器单元可构造用于大于等于100μJ的输出脉冲能量。
固体补充放大器单元11可例如作为低重复的放大器级在例如20kHz至1MHz(或直至若干MHz，例如10MHz)的重复范围中运行。固体补充放大器单元11可包括光学零件如固体激光器介质11B和尤其是射束引导光具如偏转镜11C以及可选地光学开关元件(脉冲选择单元)如与偏光器共同作用的普克尔盒11D(示意性地在图1中简示)。通常，至少其中一个光学零件配属有最大脉冲功率，该最大脉冲功率决定固体-最小输入脉冲长度Tmin，FK in。
最大脉冲功率例如可通过配属给所存在的光学参数的、最大可容忍的非线性性给出。最大脉冲功率例如取决于模尺寸、在其中一个光学元件、尤其是固体激光器介质如棒状、板状或盘状激光器-固体激光器介质中的放大的频率相关性和/或非线性性对射束品质的影响，例如通过自相位调制构成空间啁啾。放大的频率相关性在此与脉冲的光谱所受的可导致脉冲品质降低的不希望的影响有关。此外，最大脉冲功率可通过配属给在其中一个光学元件、尤其是光学开关元件、如普克尔盒11D中的模尺寸的(尤其是表面-)损坏阈值或光学参数的降级的使用来给出。
在例如100μJ或更多(例如直至mJ范围)的脉冲能量的情况下，将经补充放大的激光脉冲11A在补充压缩器级13中在时间上重新压缩到希望的(通常可能的最小)脉冲长度。例如可获得从若干100fs直至若干100ps的脉冲长度。该重新压缩可例如又借助在图1中示意性简示的光栅-压缩器13B进行。重新压缩也又可考虑在进一步的光路中的后续光学色散元件。例如还可使用(啁啾)体布拉格光栅或GTI镜用于重新压缩。
在时间上重新压缩的经补充放大的激光脉冲可被提供为补充压缩器级13的具有希望的脉冲长度和相应的脉冲峰值功率的输出激光脉冲13A，用于在机床中进行工件加工，例如用于微材料加工。
图2和3表示，两级压缩的方案按放大器级的类型可在不同定向的激光系统中实施。可获得具有很不同的脉冲时长和脉冲强度的脉冲。
图2涉及具有多个棒状放大器的低重复激光系统，而图3涉及具有多通道-盘状放大器的低重复激光系统。
参照图2——从例如具有例如集成的脉冲拉伸器的光纤振荡器出发，光纤激光器预放大器单元7'可包括一个或多个(例如两个)10μm-MFD-光纤，其例如在10kHz的重复率的情况下输出脉冲时长为500ps且脉冲能量为1μJ(即，输出功率为0.01W)的脉冲。在中间压缩器9'中，该脉冲被压缩到10ps的脉冲长度(在基本上相等的脉冲能量和0.01W的输出功率的情况下)并且接着在多个棒状补充放大器11'中被放大到例如1mJ的脉冲能量(在基本上相等的10ps的脉冲长度的情况下)，使得输出功率为10W。在补充压缩器13'中，1mJ-脉冲被压缩到例如1ps的脉冲时长(在基本上相等的10W的输出功率的情况下)。
又从例如具有例如集成的脉冲拉伸器的光纤振荡器出发——在图3中示意性示出的光纤激光器预放大器单元7"可例如包括一个(或多个)50μm-MFD-棒状-光纤，其例如在1MHz的重复率的情况下输出脉冲时长为1ns并且脉冲能量为100μJ(即，输出功率为100W)的脉冲。在中间压缩器9"中，脉冲被压缩到100ps的脉冲长度(在基本上相等的脉冲能量和100W的输出功率的情况下)。被部分压缩的脉冲多次穿过盘状补充放大器11"并且被放大到例如3mJ的脉冲能量(在基本上相等的100ps的脉冲长度的情况下)，使得盘状补充放大器11"的输出功率为3kW。在补充压缩器13"中，3mJ脉冲被压缩到例如1ps的脉冲时长(在基本上相等的3kW的输出功率的情况下)。
总结而言，可借助光纤激光器预放大器单元和固体补充放大器单元和两级压缩产生高脉冲峰值功率或在极短的脉冲时长情况下的极高的脉冲能量。在此例如为了确保足够的脉冲品质、为了不超过损坏阈值和/或为了在放大过程期间不引起光谱扩宽或至少不引起显著的光谱扩宽，可尤其相应地选择脉冲长度、所使用的例如放大光纤的光学介质和固体激光器介质以及其放大系数。由此例如可使用配属给开始激光脉冲5A/经预放大的激光脉冲7A的在30rad和更小(例如5rad和更小或例如3rad和更小)范围中的B积分。相应地，可将配属给经补充放大的激光脉冲11A的B积分同样在30rad和更小(例如10rad和更小或5rad和更小或例如3rad和更小)的范围中使用。由此，对于射出的自由射束，至少对基模可存在经补充放大的脉冲的例如在10rad和更小范围中的B积分。
当例如在放大光纤之间进行被划分的第一压缩和/或借助多个压缩器引起第二压缩时，两级压缩的在此公开的方案也还包括多级压缩。
在此公开的方案尤其也包括放大系统，该放大系统基于二极管激光器、光纤激光器预放大器单元、中间压缩器级、固体补充放大器单元和补充压缩器级，所述二极管激光器作为种子激光脉冲源单元具有在光纤中的后续的光谱扩宽。
明确强调的是，在说明书和/或权利要求书中公开的所有特征要看成分开的并且为了原始公开而彼此独立以及为了限制要求保护的发明而独立于在实施方式和/或权利要求书中的特征组合。明确确定的是，所有的范围给定或单元的组的给定为了原始公开以及为了限制要求保护的发明而公开了每个可能的中间值或单元的子组，尤其是也公开了范围给定的边界值。

Claims (29)

1.一种激光放大器系统(1)，该激光放大器系统具有用于通过放大开始激光脉冲(5A)来输出一输出激光脉冲(13A)的两级压缩器系统，该激光放大器系统具有：
-光纤激光器预放大器单元(7)，用于将所耦入的开始激光脉冲(5A)预放大和用于将经预放大的激光脉冲(7A)输出，
-中间压缩器级(9)，经预放大的激光脉冲(7A)被导送到所述中间压缩器级并且所述中间压缩器级构造用于引起经预放大的激光脉冲(7A)在时间上部分压缩至少30％和用于将部分压缩的经预放大的激光脉冲(9A)输出，
-固体补充放大器单元(11)，部分压缩的经预放大的激光脉冲(9A)被导送到所述固体补充放大器单元并且所述固体补充放大器单元构造用于引起在时间上部分压缩的经预放大的激光脉冲(9A)的补充放大和用于将经补充放大的激光脉冲(11A)输出，和
-补充压缩器级(13)，经补充放大的激光脉冲(11A)被导送到所述补充压缩器级并且所述补充压缩器级构造用于引起经补充放大的激光脉冲(11A)在时间上压缩，以产生输出激光脉冲(13A)。
2.根据权利要求1所述的激光放大器系统(1)，其中，
光纤激光器预放大器单元(7)包括具有放大光纤(7B)的至少一个光纤激光器放大器，其中，在放大光纤(7B)中的放大过程通过用于经预放大的激光脉冲(7A)的光纤-最小输出脉冲长度(Tmin,Faserout)表征，
固体补充放大器单元(11)通过在激光放大器系统(1)的运行范围中用于在时间上部分压缩的经预放大的激光脉冲(7A)的比光纤-最小输出脉冲长度(Tmin,Faserout)短的固体-最小输入脉冲长度(Tmin，FKin)表征，并且
中间压缩器级(9)构造成，使得经预放大的激光脉冲(7A)的大于或等于光纤-最小输出脉冲长度(Tmin,Faserout)的脉冲长度被压缩到小于光纤-最小输出脉冲长度(Tmin,Faserout)并且大于或等于固体-最小输入脉冲长度(Tmin，FKin)的脉冲长度。
3.根据权利要求2所述的激光放大器系统(1)，其中，所述放大光纤(7B)是棒状光纤。
4.根据权利要求2所述的激光放大器系统(1)，其中，在放大光纤(7B)中的放大过程的光纤-最小输出脉冲长度(Tmin,Faserout)通过放大光纤(7B)中的模尺寸和在放大光纤(7B)中最大存在的激光脉冲能量确定。
5.根据权利要求2所述的激光放大器系统(1)，其中，在放大光纤(7B)中的放大过程的固体-最小输入脉冲长度(Tmin，FKin)通过放大光纤(7B)的作为材料特性的光学非线性性确定。
6.根据权利要求2所述的激光放大器系统(1)，其中，
固体补充放大器单元(11)包括光学零件，在放大光纤(7B)中的放大过程的固体-最小输入脉冲长度(Tmin，FKin)通过配属于固体补充放大器单元(11)的光学零件的最大脉冲功率确定。
7.根据权利要求6所述的激光放大器系统(1)，其中，所述光学零件是固体激光器介质(11B)、射束引导光具、偏转镜(11C)、普克尔盒(11D)或偏光器。
8.根据权利要求6所述的激光放大器系统(1)，其中，所述光学零件是固体激光器介质(11B)，所述固体激光器介质具有非线性性，所述非线性性确定所述最大脉冲功率。
9.根据权利要求8所述的激光放大器系统(1)，其中，所述非线性性配属于模尺寸和/或配属于避免空间啁啾和/或配属于在所述光学元件中的放大的频率相关性。
10.根据权利要求9所述的激光放大器系统(1)，其中，所述固体激光器介质是棒状、板状或盘状激光器-固体激光器介质。
11.根据权利要求6所述的激光放大器系统(1)，其中，所述最大脉冲功率通过所述光学元件的配属于在所述光学元件中的模尺寸的损坏阈值确定。
12.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，其中，
中间压缩器级(9)构造为在反射配置或在透射配置中的光学光栅压缩器并且将部分压缩的经预放大的激光脉冲(9A)输出到固体补充放大器单元(11)。
13.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，
其中，中间压缩器级(9)构造用于将经预放大的激光脉冲(7A)以脉冲长度的至少50％或至少75％在时间上部分压缩并且将部分压缩的经预放大的激光脉冲(9A)输出到固体补充放大器单元(11)。
14.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，其中，
补充压缩器级构造为在反射配置或在透射配置中的光学光栅压缩器。
15.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，其中，所述中间压缩器级(9)或所述补充压缩器级包括至少一个衍射光栅、体布拉格光栅、棱柱、棱栅和/或GTI镜。
16.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，其中，
光纤激光器预放大器单元和固体补充放大器单元构造成，使得在激光放大器系统(1)的运行范围中在相应的放大过程中光纤激光器预放大器单元(7)以比固体补充放大器单元(11)大的拉伸系数为前提。
17.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，其中，
光纤激光器预放大器单元(7)具有放大光纤，该放大光纤具有在模场直径大于等于10μm的情况下谱宽大于1nm并且中间脉冲能量大于等于0.5μJ的激光脉冲的大于等于3dB的放大系数。
18.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，其中，
光纤激光器预放大器单元(7)具有至少一个光纤激光器放大器级，所述光纤激光器放大器级将经预防大的激光脉冲(7A)输出到中间压缩器级(9)。
19.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，其中，光纤激光器预放大器单元(7)包括光学串联耦合的光纤激光器放大器级的序列，开始激光脉冲(5A)在光纤激光放大器级中依次放大并且作为包括经预放大的激光脉冲(7A)的具有中间脉冲长度的中间脉冲序列被输出到中间压缩器级(9)。
20.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，还具有：
-前接于光纤激光器预放大器单元(7)的拉伸器系统(5)，借助该拉伸器系统能调设耦入到光纤激光器预放大器单元(7)中的激光脉冲的脉冲长度，使得在光纤激光器放大器单元(7)的输出部处不低于光纤-最小输出脉冲长度(Tmin,Faserout)，或
-脉冲选择单元，该脉冲选择单元布置在光纤激光器预放大器单元(7)之前、之内或之后用于降低脉冲重复率。
21.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，其中，
固体补充放大器单元(11)包括构造为棒状、板状或盘状激光器放大器级的至少一个固体激光器放大器级。
22.根据权利要求21所述的激光放大器系统(1)，
其中，所述至少一个固体激光器放大器级构造为线性放大器或再生放大器。
23.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，其中，
固体补充放大器单元(11)包括光学串联耦合的固体激光器放大器级的序列，其中，激光脉冲在固体激光器放大器级中依次放大并且作为包括输出激光脉冲(13A)的输出脉冲序列被输出到补充压缩器级(13)。
24.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，其中，
固体补充放大器单元(11)构造用于在固体放大器中的模场直径大于等于100μm的情况下脉冲长度大于1ps的激光脉冲的大于等于3dB的放大系数，并且其中，
固体补充放大器单元(11)还构造用于大于等于100μJ的输出脉冲能量。
25.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，还具有：
-种子激光脉冲源单元(3)，用于提供种子激光脉冲(3A)的序列作为用于在光纤激光器预放大器单元(7)中的后续放大的开始激光脉冲(5A)。
26.根据权利要求25所述的激光放大器系统(1)，
其中，种子激光脉冲源单元(3)构造为光纤振荡器(3B)、二极管激光器或棒状振荡器或微芯片激光器。
27.根据权利要求1或2所述的激光放大器系统(1)，其中，
固体补充放大器单元(11)之后的谱宽处于在固体补充放大器单元(11)之前的谱宽的范围中。
28.一种用于放大激光脉冲的方法，该方法具有以下步骤：
提供种子激光脉冲源单元(3)，用于产生要放大的种子激光脉冲(3A)作为开始激光脉冲(5A)的基础，
借助光纤预放大器单元(7)将开始激光脉冲(5A)预放大，用于产生经预放大的激光脉冲(7A)，
将经预放大的激光脉冲(7A)导送到中间压缩器级(9)，
在中间压缩器级(9)中将经预放大的激光脉冲(7A)以脉冲长度的至少30％进行部分压缩，用于产生部分压缩的经预放大的激光脉冲(9A)，
将部分压缩的经预放大的激光脉冲(9A)导送到固体补充放大器单元(11)，
借助固体补充放大器单元(11)将部分压缩的经预放大的激光脉冲(9A)补充放大，和
将经补充放大的激光脉冲压缩。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，
在预放大之前或预放大期间将种子激光脉冲源单元(3)的重复率降低。
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