CN117837033A - 用于以高能量和高重复频率发射超短光脉冲的激光装置以及相应的光电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有高能量和高重复频率的超短光脉冲的发射激光装置以及使用该激光装置的光电子设备。特别地，上述光电子设备特别适合用于精密机械加工。此外，本发明还涉及一种借助于上述光电子设备发射具有高能量和高重复频率的超短光脉冲分组的方法。
Description
发明的技术领域
本发明涉及具有高能量和高重复频率的超短光脉冲的发射激光装置以及使用该激光装置的光电子设备。
特别地，上述光电子设备特别适合用于精密激光机械加工。
此外，本发明还涉及一种借助于上述光电子设备发射具有高能量和高重复频率的超短光脉冲分组的方法。
现有技术
在现有技术中，用于发射超短光脉冲的不同类型的设备，特别是激光设备，是已知的。
典型地，这些设备用于微机械加工和/或微焊接的工业应用中，因为它们允许以非常精确的精度递送光能。事实上，使用超短脉冲激光设备，可以通过直接光制造技术产生具有亚微米尺寸的几乎任意形状的二维(2D)和三维(3D)结构。这样的应用示例是飞秒光刻，其中超短脉冲LASER设备用于在材料上直接雕刻或用于压印光敏掩模。
当然，这些设备通常用于其他应用领域，诸如非线性光学、生物光子学和生命科学。
通常，这种设备包括振荡器、展宽器(stretcher)、多级放大器和压缩器。
振荡器提供多个低能量脉冲，例如连续脉冲串，通常是几皮焦耳，并且具有几百飞秒直到几皮秒的量级的时间历时。借助于调制器对多个脉冲进行采样，该调制器具有减小初始多个脉冲的重复率的目的。所选的脉冲借助于展宽器在时间上加长达数百皮秒，并且注入到光放大器链中，以便达到所考虑的特定应用所需的能量，然后在初始历时处由压缩器压缩。
利用该技术，获取各个单个等间隔的脉冲是可能的，它们具有可以从毫秒变化到刚好小于微秒的时间间隔，每个脉冲的能量范围从几百纳焦耳到几毫焦耳。
随后，通过将这些脉冲聚焦在有待加工的材料的表面上，有可能以非常精确的方式进行微机械加工。然而，使用这些激光设备涉及在材料加工中的应用级的折衷：随着加工速度增加，存在精度的下降。这种折衷的出现是因为，根据此办法，对于时间上等距间隔的脉冲，为了增加处理速度，有必要增加每个单独的脉冲的能量。
因此，为了获取与特定工业应用兼容的处理速度，来自放大器的每个输出脉冲的能量保持远高于合适的处理阈值。这种过量的能量导致在处理点周围形成密集的等离子体云，这限制了处理效率和精度。
该缺点的解决方案由具有超短脉冲分组和高重复频率的激光设备提供，其允许高处理效率和高去除精度两者，因为每个输出脉冲具有足够的能量来去除材料但不足以产生杂散现象，因为没有等离子体云确定了入射在材料上的光脉冲的光子的优异的弹道精度。
这种设备使用发射包含具有高重复率但具有低能量(通常为几皮焦耳)的超短光脉冲的分组的振荡器。因此，每个分组的每个脉冲的能量需要随后通过多级放大链被放大，以便被升高至与设备的应用需求兼容的值。
如可以理解的，为了安全工作和稳定工作，振荡器仅可以发射低能量光脉冲的事实导致设备的架构复杂性的显著增加，并且导致设备的高制造成本，因为需要多个放大器来安全提高脉冲能量并且不损坏设备。
此外，这些激光设备提供使用展宽器和压缩器来放大飞秒量级的光脉冲，从而进一步增加设备本身的复杂性和成本。
因此，有必要设计和制造具有高重复频率和高能量的超短光脉冲的发射激光装置以及使用该激光装置的光电子设备，其允许克服上面列出的现有技术的缺点。
发明目的
本发明的主要目的是提供一种具有高重复频率和高能量的超短光脉冲的发射激光装置以及使用该激光装置的光电子设备，其允许克服上面列出的现有技术的缺点。
本发明的另一目的是提供一种具有高能量和高重复频率的超短光脉冲的发射激光装置，其允许其安全地使用并且具有高操作稳定性，防止这种激光装置的内部组件在几个使用循环之后损坏。
本发明的另一目的是提供用于发射具有高能量和高重复频率的多个超短光脉冲包的光电子设备，其允许以相同的效率比现有技术教导的设备更低的制造和构造复杂性。本发明的进一步目的是提供用于发射具有高能量和高重复频率的多个超短光脉冲分组的光电子设备，其相对于由现有技术教导的设备允许成本降低。
本发明的另一目的是提供用于发射具有高能量和高重复频率的多个超短光脉冲分组的光电子设备，其允许优化的速度和操作质量以及更高的处理效率。
最后，本发明的另一目的是提供用于发射具有高能量和高重复频率的多个(超短光脉冲分组的光电子设备，其也允许高可缩放性。
根据本发明的一方面，提供了根据权利要求1所述的具有高能量和高重复频率的多个超短光脉冲的发射激光装置。
根据本发明的另一方面，提供了根据权利要求16的用于发射具有高能量和高重复频率的多个超短光脉冲分组的光电子设备。
根据本发明的另一方面，提供了根据权利要求30所述的发射具有高能量和高重复频率的多个超短光脉冲分组的方法。
从属权利要求涉及本发明的优选和有利的实施例。
附图的简要说明
从在附图中通过示例的方式示出的具有高能量和高重复频率的多个超短光脉冲的发射激光装置的实施例的示例和用于发射具有高能量和高重复频率的多个超短光脉冲分组的光电子设备的示例的描述中，本发明的其他特性和优点将更加明显，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的发射激光装置的框图；
图2是根据本发明的实施例的光电子设备的框图；
图3更详细地示出了在根据图2的实施例的示例的光电子设备中使用的调制装置的框图；
图4更详细地示出了在根据图2的实施例的示例的光电子设备中使用的放大装置的框图。
在附图中，相同的部件或组件由相同的附图标记来指示。
本发明的实施例的示例
参考附图，附图标记3表示根据本发明的实施例的示例的具有高能量和高重复频率的多个2超短光脉冲2a的发射激光装置。
该发射激光装置3特别地但非排他地适用于在工业应用的光电子设备中使用，诸如材料的微机械加工和/或微焊接。
应注意，术语“超短光脉冲”是指每个光脉冲2a的历时被包括在约10皮秒与约10飞秒之间的量级。
特别地，根据本发明的发射激光装置3优选地被设计成发射多个光脉冲2a，每个光脉冲2a的历时被包括在约5000飞秒与约100飞秒之间，如果希望的话，被包括在约1000飞秒与约100飞秒之间，或者在约500飞秒与约100飞秒之间，例如约300飞秒。
还应该注意，术语“具有高能量的光脉冲”应参照由发射装置或更具体地由根据现有技术的激光振荡器发射的光脉冲的典型能量值来考虑，它们被证明具有几皮焦耳的量级。根据本发明的具有高能量和高重复频率的多个2超短光脉冲2a的发射激光装置3被配置成发射具有大于或等于约500MHz，或甚至大于或等于约750MHz，例如1GHz的重复频率fr的多个2超短光脉冲2a，并且其中多个2超短光脉冲2a中的每个光脉冲2a具有包括在约2nJ与约20nJ之间的能量值Ep，如果希望的话，在约2nJ与约10nJ之间，或再次在3nJ与8nJ之间，例如约5nJ。
显然，发射重复频率fr大于或等于约500MHz的多个2超短光脉冲2a意味着该多个2中的每个光脉冲2a将具有与下一光脉冲小于或等于约2ns的时间间隔。
根据本发明的实施例的非限制性示例，发射激光装置3发射重复频率等于约1GHz的多个2超短光脉冲2a，并且因此，光的每个脉冲2a与下一脉冲的时间间隔等于约1ns。
如可以理解的，每个光脉冲2a的时间间隔与其历时不同，后者是脉冲2a的光强度保持高于其峰值的50％的时间，并且在本发明的情况下，如上所述，它优选地在约5000飞秒与约100飞秒之间，如果希望的话，在约1000飞秒与约100飞秒之间，或在约500飞秒与约100飞秒之间，例如约300飞秒。
高重复频率fr的使用落入通常限制该多个2中的每个光脉冲2a的能量值Ep的参数内。然而，在本发明中，发射激光装置3能够将高重复频率fr与多个2光脉冲中的每个光脉冲2a的高能量Ep有效地调和。
发射激光装置3可有利地是或包括激光振荡器3a，例如垂直腔面发射激光振荡器或VCSEL，或者优选地并且根据图中示出的本发明的实施例的非限制性示例，固态激光振荡器3a，其优选地在使用中在锁模(Mode-Locking)操作模式中操作，如果期望的话在被动锁模操作模式中操作。
在本发明的其他实施例中，固态振荡器3aLASER可在使用中以主动锁模操作模式操作，例如使用电光或声光调制器。然而，该主动锁模模式具有能够维持光脉冲2a或者在任何情况下变换光脉冲2a的缺点，通常仅达到皮秒的量级，而通过被动锁模模式，可以达到飞秒的量级。
锁模技术允许通过引入振荡器3a的谐振腔的模式(即，波长)之间的固定相位关系来产生多个2超短光脉冲2a，这将在描述中稍后详细讨论。
更详细地，谐振腔的模式将以建设性方式彼此周期性地干涉，从而产生具有取决于振荡器3a的固有性质的历时的光脉冲2a。
具体地，激光振荡器3a优选地包括泵浦装置3b和谐振腔RC，该泵浦装置旨在在使用中生成至少一个光学光源，该光学光源被设计成首先被切换或变换成谐振光并且然后被切换成多个2超短光脉冲2a，并且随后旨在放大所述多个2超短光脉冲2a中的每个超短光脉冲2a的能量Ep，该谐振腔包括导向装置3c。
在这方面，泵浦装置3b可以有利地包括至少一个增益装置6和被配置成在使用中发射至少一个泵浦光束PB1或光学光源的至少一个泵浦元件7，同时导向装置3c可以有利地被设计成将多个2超短光脉冲2a或谐振光引导朝向增益装置6，以及将由泵浦装置3b放大的多个2超短光脉冲2a或谐振光从增益装置6引导朝向谐振腔RC的输出端，反之亦然，即返回其内部。
如下面将更详细地看到的，泵浦光束PB1还构成发射激光装置3的光学光源，该光学光源将首先变成谐振光，然后将随后被变换成多个2超短光脉冲2a。在实践中，泵浦元件7被配置成在使用中发射至少一个泵浦光束PB1，该至少一个泵浦光束同时也构成发射激光设备3的光学光源。应该考虑，光学光源只要满足以下详述的谐振条件，就能够谐振而成为谐振光。
优选地，泵浦装置3b还包括至少一个聚焦元件15，该聚焦元件旨在朝向增益装置6(例如至少一个透镜15)聚焦由泵浦元件7发射的至少一个泵浦光束PB1，以便获得具有在尺寸上与在增益装置6处由谐振腔RC支持的谐振模式相兼容的直径的泵浦光束PB1。
至少一个增益装置6可以是或包括至少一种掺镱离子的晶体，该晶体是Yb:YAG类型或Yb:CALGO类型，具有例如在约1020nm与约1080nm之间的发射波长。
另一方面，关于至少一个泵浦元件7，其可有利地是或包括至少一个激光二极管，其被配置成以约5W至约20W之间的功率，且如果期望，以约935nm至约985nm之间的发射波长发射至少一个泵浦光束PB1。
根据图1中示出的本发明的实施方式的示例，激光二极管在连续波或CW机制(regime)下操作，即，其在使用中随着时间提供连续的泵浦光束PB1。
特别地，该至少一个激光二极管优选地是光纤耦合的激光二极管，该光纤耦合的激光二极管以准直器终止以便发射具有平坦波前的泵浦光束PB1。
根据图1中示出的本发明的实施例的非限制性示例，至少一个增益装置6是Yb:YAG类型的掺杂镱离子的晶体，而至少一个泵浦元件7是被配置成以大约20W的功率发射至少一个泵浦光束PB1的激光二极管。
掺杂镱离子的晶体Yb:YAG类型已经被有利地选择成图1中示出的实施例的示例中的增益装置6，因为其表现出非常低的量子缺陷、非常高的效率、高的热机械性能，并且因此，由于泵浦光束PB1的高发射功率，在振荡器3a的输出处以高平均功率(例如高达约10W)获取多个2超短光脉冲2a是可能的。
谐振腔RC或更具体地，导向装置3c可以有利地包括一个或多个第一导向元件8、9、10和一个或多个第二导向元件11、12、13、14，第一导向元件旨在将谐振腔RC中的谐振光或将多个2超短光脉冲2a引导朝向增益装置6，第二导向元件旨在将谐振腔RC中的谐振光或由泵浦装置3b放大的多个2超短光脉冲2a从增益装置6引导朝向谐振腔RC的输出端，并且反之亦然，即返回其内部。
基本上，如下面将更好地理解的，由泵浦装置3b放大的多个2超短光脉冲2a中的每个光脉冲2a的能量的第一部分将由振荡器3a在输出中传送，同时能量的第二部分将通过反向光路径反射回谐振腔RC中。
关于一个或多个第一导向元件8、9、10，这些第一导向元件中的至少一个导向元件8可以有利地是或包括变换装置8a，该变换装置旨在将由泵浦元件7生成的光学光源变换成多个2超短光脉冲2a并且随后将所述多个2超短光脉冲2a引导增益器件6。
考虑多个光脉冲2a的波长等于谐振腔RC中的谐振光的波长，并且因此，声称给定光学元件在多个光脉冲2a的波长光处具有给定百分比的反射率和/或透射率等同于说其在谐振腔RC中的谐振光的波长处具有相同的反射率和/或透射率。
特别地，这些变换装置8a优选地是或包括可饱和吸收器，如果期望的话，是固态可饱和吸收器或SESAM，或非线性镜，这两者均被设计成引起谐振电场的振幅的非线性调制，其促进谐振腔RC在脉冲机制中运作。更具体地，非线性镜包括非线性晶体和二向色镜，非线性晶体在使用中旨在用于生成二次谐波，并且二向色镜与该非线性晶体结合使用，并且配置成具有在绿色波长处(即在约520nm与约565nm之间)大于或等于约99％的反射率，并且具有在多个2超短光脉冲2a的波长处大于或等于约95％的反射率。
相反，关于可饱和吸收器，与上述非线性镜类似，该可饱和吸收器也是具有取决于入射光的强度的反射率的光学设备，即，该可饱和吸收器取决于入射在该可饱和吸收器上的光的强度而不同地表现。在本发明的实施例的非限制性示例中，其中固态激光振荡器3a在使用中在被动锁模操作模式中操作，事实上，该可饱和吸收器是迫使在谐振腔RC中生成具有相同相位的纵向模式所必需的无源元件。
基本上，可饱和吸收器衰减低强度恒定波光，同时由于振荡器3a所经历的相当随机的波动，光强度的任何峰值通常被更有效地反射，从而实际上导致建立脉冲锁模机制。当谐振腔RC中的谐振光超过特定强度时，通过可饱和吸收器或SESAM对低强度光的较高吸收建立高强度噪声峰值的选择性放大的过程。在谐振腔RC内部的许多谐振轮次或循环之后，多个2超短光脉冲2a然后被生成，或者在任何情况下，例如通过谐振腔RC(其包括导向装置3c，或更具体地，变换装置8a)和泵浦装置3b的增益装置6的组合，由泵浦元件7发射的光学光源首先被变换成谐振光，然后被变换成多个2超短光脉冲2a。实际上，可饱和吸收器允许从发射激光设备3在连续波机制下操作的点火阶段过渡到发射激光设备3在脉冲机制下操作的稳定阶段。
应注意，在某些情况下，例如通过使用固态可饱和吸收器或SESAM，可能发生不稳定性，也称为Q-开关不稳定性。这种不稳定性由以下事实引起：通常可饱和吸收器通过减少的损耗来“奖赏”谐振腔RC内的光脉冲2a的能量超过其饱和强度阈值的任何增加，从而使得在谐振腔RC内的各个谐振循环中，光脉冲2a的能量可以在增益装置6中比连续辐射被放大更多，并且因此在多个循环之后，通过建立脉冲锁模机制而在增益装置6上占优势。因此，只要在从连续机制到脉冲机制的过渡过程期间，可饱和吸收器的饱和不够强，就可能发生上述Q开关不稳定性，这会使振荡器3a不稳定，或者在最坏的情况下，甚至烧坏或使谐振腔RC的内部组件不可用。
此外，当在谐振腔RC内生成具有高重复频率的超短光脉冲2a时，减轻这种Q开关不稳定性甚至更复杂。事实上，每个光脉冲2a的能量通过反比例关系与重复频率相关联：高频对应于低能量，并且这在发射激光装置3从连续波机制转移到脉冲机制的点火阶段中，决定了增益和变换装置8a或更具体地可饱和吸收器8a的较低饱和容量，并且因此决定了Q开关不稳定性的较大趋势。
在这方面，为了能够生产发射激光装置3，或更具体地，能够发射具有高重复频率的高能量的多个2超短光脉冲2a的振荡器3a，该超短光脉冲允许它们被安全使用和具有高操作稳定性，例如避免可饱和吸收器烧毁或者更一般地避免谐振腔RC的每个光学组件烧毁，有利的是或者在任何情况下都合适的是，入射在增益装置6上的谐振光束的尺寸从连续机制下的点火阶段一直到脉冲机制的稳定阶段保持不变。
关于此方面，已知的是热透镜效应(即，体积膨胀的效应，其响应于增益装置的不均匀温度升高而引起增益装置的表面的曲率)可以影响谐振腔的稳定性。特别地，热透镜效应通常在谐振光的尺寸上产生相当大的变化，这些变化趋于有利于Q开关锁模的不稳定性，其中振荡电场的非常大的波动可烧毁可饱和吸收器，或者在任何情况下，烧毁谐振腔的组件。
为此，谐振腔RC优选地被设计成在以下意义上对由泵浦光在其泵浦期间在增益装置6上的入射所生成的热透镜效应不敏感：谐振光或更确切地说谐振光束的大小基本上不受由发射激光装置3从连续波机制转移到脉冲机制的过程中在增益装置6上的入射所生成的热透镜效应的影响。特别地，首先通过ABCD矩阵模型进行研究并且最后凭经验观察到，通过将谐振光或更确切地地谐振光束的焦点定位在相对于增益装置6的与该谐振光相交的至少两个面之一的某个距离间隔内，谐振光的尺寸对在发射激光装置3从连续波机制转移到脉冲机制期间泵浦光束在增益装置6上的入射所造成热透镜效应基本上不敏感，即，谐振光束的大小在此转移中保持基本上恒定，因此即使使用具有上述重复频率值脉冲能量Ep的被动锁模操作模式，也允许最佳的操作稳定性。
就此，谐振腔RC可以有利地被配置成使得谐振光的焦点被定位在距增益装置6的与此谐振光相交的至少两个面之一约5mm与约30mm之间的范围内的距离处。
这允许获取入射到增益装置6上的谐振光或者谐振光束的尺寸，该尺寸在发射激光装置3的点火阶段与脉冲态的稳定阶段之间没有明显变化。通过这样做，可能固定入射到增益装置6上的谐振光的尺寸，以确保增益和可饱和吸收器有效地饱和，并且最小化Q开关不稳定性。
根据本发明的另一实施例，被动锁模操作模式可通过克尔透镜锁模或KLM技术或通过混合技术(即，通过KLM和SESAM的组合)来实现。
该一个或多个第一导向元件8、9、10然后可以是或可以包括镜9和/或还可以是或包括二向色镜10，如果期望的话，该镜9是具有凹部的凹面，该凹部沿着多个光脉冲2a的谐振腔RC中的朝向该增益装置6的路径面朝随后的第一导向元件10，该镜9被配置成具有在多个2超短光脉冲2a的波长处大于或等于约99％的反射率，二向色镜10如果期望的话是平坦的，被配置成在多个2超短光脉冲2a的波长处具有大于或等于约99％的反射率并且在由泵浦元件7发射的泵浦光束PB1的波长处具有大于或等于约95％的透射率。
实际上，二向色镜10允许泵浦光束PB1朝向增益装置6透射并且同时还允许谐振腔RC中的谐振光或多个光脉冲2a朝向增益装置6反射，以便能够泵浦增益装置6并放大每个光脉冲2a。
替代地，关于一个或多个第二导向元件11、12、13、14，它们优选地是或包括至少一个反射和透射元件或耦合器14，该反射和透射元件或耦合器以这样的方式配置：即允许谐振腔RC中的谐振光的能量的第一部分或由泵浦装置3b放大的多个2超短光脉冲2a的能量的第一部分透射朝向振荡器3a的输出端，以及谐振腔RC中的谐振光的能量的第二部分或由泵浦装置3b放大的多个2超短光脉冲2a的能量的第二部分通过反向光路径再次反馈或反射在谐振腔RC内。
当然，谐振腔RC中的谐振光或透射出振荡器3a的多个2超短光脉冲2a的能量的第一部分的百分比以及腔谐振RC中的谐振光或多个2超短光脉冲2a的被反射的能量的第二部分的百分比严格取决于反射和透射元件或耦合器14的结构特征，或取决于其反射率和透射率的百分比。
这样的至少一个反射和透射元件或耦合器14可以有利地是或包括半反射镜，该半反射镜被配置成在多个2超短光脉冲2a的波长处具有约75％至约95％之间的部分反射率，并且因此在多个2超短光脉冲2a的波长处具有包括在约5％至约25％之间的透射率。
基本上，包括在多个2超短光脉冲2中的每个超短光脉冲2a的总辐射的约5％至约25％之间的辐射的一部分被透射，并且因此从发射激光装置3或更具体地从振荡器3a离开，同时包括在多个2超短光脉冲2中的每个超短光脉冲2a的总辐射的约75％至约95％之间的辐射的剩余部分被反射并且保持在谐振腔RC中，以维持谐振腔的谐振。
要指出的是，至少一个反射和透射元件或耦合器14的透射率和反射率值优选地被选择成使得通过借助于泵浦装置3b放大多个光脉冲2a而生成的增益超过由谐振腔RC的导向装置3c引入的损耗。事实上，至少一个反射和透射元件或耦合器14的透射率值构成谐振腔RC的损耗。就此，如果选择至少一个反射和透射元件或耦合器14的过高的透射率值，则损耗将超过增益并且谐振腔RC将不谐振。
应该认为，一般来说，该增益是由泵浦元件7注入到增益装置6中的功率值、该增益装置被掺杂了多少以及由泵浦元件7发射的泵浦光束PB1在增益装置6中的焦点直径来限定的，而损耗可以被近似地估计为组成谐振腔RC的导向装置3c的所有透射率值的总和。
此外，一个或多个第二导向元件11、12、13、14可以是或还包括至少第一二向色镜11和/或第二镜12和/或第三镜13，如果期望的话，第一二向色镜11被配置成具有谐振光或多个2超短光脉冲2a的波长的大于或等于约99％的反射率并且在由泵浦元件7发射的泵浦光束PB1的波长处具有大于或等于约95％的透射率，如果期望的话，第二镜具有是具有凹部的凹面，该凹部沿着朝向振荡器3a的输出端的谐振光或多个2超短光脉冲2a的谐振腔RC中的光路径面向随后的第二导向元件13，被配置成在多个2超短光脉冲2a的波长处具有大于或等于约99％的反射率，第三镜13优选地是Gires-Toumois型，被配置成支持在所述谐振腔RC内生成孤子(soliton)。
应该认为，Gires-Tournois类型的第三镜13是允许实际上达到和/或维持飞秒量级的光脉冲2a的历时的元件。
就此，参照频域，具有飞秒级的光脉冲2a相当于几纳米量级的谱带。这导致谐振腔RC内的纵向谐振模式的大色散，其通常“散射”光脉冲2a的颜色分量，并且不允许生成和维持具有小于几皮秒历时的光脉冲2a。Gires-Tournois型的第三反射镜13引入用于谐振腔RC的谐振模式的负群速度色散，反而允许支持其内部生成孤子以便达到和/或维持飞秒量级的历时的光脉冲2a。
总之，一个或多个第一导向元件8、9、10和一个或多个第二导向元件11、12、13、14限定允许谐振腔RC内的多个2超短光脉冲2a的光学谐振以及来自振荡器3的输出中的多个2超短光脉冲2的每个超短光脉冲2a的能量的百分比的耦合或传输的光路。
关于泵浦过程，其借助于泵浦装置3b进行。更具体地，光学光源(诸如由泵浦元件7发射的至少一个泵浦光束PB1)刺激有源装置(诸如至少一个增益装置6)的原子从基态到激发态的转变，从而生成种群反转。处于激发态的有源装置的原子进而以光子形式发射能量，这些光子具有比泵浦光束PB1的光子更低的能量并且因此具有更长的波长，因为通过泵浦过程引入的能量的一部分变成声子并且然后变成热。此时，在满足谐振腔RC的增益必须大于损耗的谐振条件时，该能量通过受激发射的过程被重新发射，其中在由谐振腔RC的导向装置3c的对准限定的传播方向上发射的光子被放大，如在第一时间间隔(即，在发射激光装置3在连续机制中操作的点火阶段期间)中的谐振光，以及在第二时间间隔(即在发射激光装置3以脉冲方式操作的阶段期间)中的多个经放大超短光脉冲2a。
下面描述根据图1中的本发明的实施例的示例的发射激光装置3的操作的非限定性示例。
光学光源以及泵浦源由激光二极管7发射的泵浦光束PB1构成。在发射激光装置3的初始操作阶段，或更特别地，在振荡器3a的初始操作阶段，激光二极管7在连续波机制中发射泵浦光束PB1(例如，具有大约940nm的波长)，泵浦光束PB1通过透镜15聚焦并通过二向色镜10在Yb:YAG晶体6中透射，由此激励其原子的种群反转，用于在该Yb:YAG晶体6中累积能量。离开Yb:YAG晶体的泵浦光束PB1的波长采用该有源装置的典型发射波长，例如等于约1030nm。然后，此辐射由增益装置6在每个方向上重新发射，但是仅沿着由组成谐振腔RC的导向装置3c的对准所限定的假想线重新发射的光子被受激发射放大，并且如果谐振腔RC的增益克服其损耗，则可以谐振，从而在谐振腔RC中有效地生成谐振光。在肯定情况下，由此生成的谐振光继续朝向一个或多个第二导向元件11、12、13、14的二向色镜11。从这里，具有等于约1030nm的波长的该谐振光分别从第二凹面镜12和Gires-Tournois型的第三镜13被引导朝向半反射镜14。在此，谐振光的能量的一部分将沿着刚刚描述的光路反向反射，而另一部分能量将在输出处被透射给振荡器3a。自然地，透射和反射能量的百分比由半反射镜14的结构特征限定。
在多个操作循环之后，谐振光的能量变得足够大以使可饱和吸收器或SESAM 8a饱和，这因此允许振荡器3a从连续波机制转移到脉冲机制，实际上，允许连续谐振光变换成多个2超短光脉冲2a。
在变换之后，通过可饱和吸收器或SESAM 8a，通过一个或多个第一导向元件8、9、10将多个2超短光脉冲2a引导回Yb:YAG晶体，使得实际放大发生。就此，Yb:YAG晶体的激发原子通过多个2超短光脉冲2a的光子激发以发射与它们相干的光子，从而引起电磁场的强度增加并且因此引起多个经放大的超短光脉冲2a。后者再次由一个或多个第二导向元件11、12、13引导朝向半反射镜14，该半反射镜将透射多个经放大的超短光脉冲2a的能量的一部分，同时反射剩余的能量，该剩余的能量将再次行进刚刚描述的操作循环。
然后对发射激光装置3的整个使用历时重复该操作循环。
显然，如已经提到的，发射激光装置3需要许多操作循环以达到脉冲机制的稳定阶段。
应注意，上述操作的非限制性示例指具有飞秒量级的历时的光脉冲2a，并且因此，如上所述，允许实现和维持该历时的脉冲2a的是Gires-Toumois类型的镜13。
因此，根据本发明的发射激光装置3允许发射具有高重复频率Frand的多个2超短光脉冲2a，其中这多个2超短光脉冲2中的每个光脉冲2a具有高能量Ep。还强调，这在确保发射激光3装备的所有组件的操作稳定性和安全性的同时完成，从而尽可能地减轻Q-开关不稳定性。
可以理解，根据本发明的发射激光装置3可在用于发射具有高能量和高重复频率的超短光脉冲2a的多个分组2b的光电子设备中找到有利的用途和有利的实现。为此，本发明的主题还是用于发射具有高能量和高重复频率的超短光脉冲2a的多个分组2b的光电子设备，在附图中用附图标记1指示。
光电子设备1包括根据本发明的发射激光装置3、调制装置4和放大装置5，调制装置4被配置成从发射激光装置3发射的多个2超短光脉冲2a拾取和调制给定数量的光脉冲2a，以便产生经调制的超短光脉冲2a的分组2b，放大装置5位于调制装置4的下游，被配置成放大由调制装置4调制的超短光脉冲2a的分组2b的每个光脉冲2a的能量Ep。特别地，放大装置5是或包括至少一个单级放大器5a，该单级放大器被配置成用于放大每个分组2b的每个光脉冲2a的能量Ep，例如达到设备1的操作应用中所要求的值。
调制装置4可以有利地是或者包括至少一个声光调制器4a(例如，二氧化碲晶体)和驱动装置4b(例如，电子驱动器，如果期望的话，以固定的调制频率但以可变的振幅进行操作)，该驱动装置被设计成根据设备1的操作要求来驱动至少一个声光调制器4a。
这些操作要求可能是需要暂时中断激光束从设备1的点火(firing)或出射(exit)，例如在设备1用于材料的微机械加工操作的情况下，例如执行一系列间隔开的孔或雕刻图案。就此，设备1在执行开孔之后必须中断激光输出，直到下一钻孔或雕刻位置，并且在该特定点恢复激光输出，以便形成下一孔或雕刻。仍然考虑到设备1用于材料微机械加工操作中，另一操作要求可以是根据被处理的材料，每个分组2b的光脉冲2a的光功率随时间具有不同的演变。例如，如果材料是玻璃，则可能必须具有定制的热梯度以防止任何破裂。
就此，驱动装置4b可以借助于数字信号(例如，TTL信号)来驱动声光调制器4a，该数字信号被设计成激活或停用所述声光调制器4a，从而使得声光调制器在被停用时允许多个光脉冲2a通过，而在被激活时使多个光脉冲2a朝向放大器5a的输入端转移，因此产生经调制的超短光脉冲2a的分组2b和/或借助于被设计成根据设备1的操作要求调制光脉冲2a的分组2b的振幅以及因此的功率的模拟信号。
特别地，没有被声光调制器4a偏转并且因此没有到达放大装置5的输入端的光脉冲2a可以由散热装置消散，例如，如果期望的话，它们可以遇到由在操作上与散热器相关联的金属元素组成的回收站(dumper)。相反，由声光调制器4a朝向放大装置5的输入端偏转的光脉冲2a被调制。
实际上，驱动装置4b(或更特别地，电子驱动器)能够利用模拟输入电压和/或数字输入信号控制进入声光调制器4a的多个2超短光脉冲2a的振幅，例如以执行设备1的开/关调制。
每个分组2b优选地由包括在50与1000之间(例如，500)的多个光脉冲2a组成。该间隔是最佳的，因为假定光电子设备1在材料的微机械加工的工业应用中使用，后者优选地在所谓的“消融冷却机制”下操作，该消融冷却机制在离开设备1的激光束的每个分组2b中的光脉冲2a的数量上设置最小阈值，使得可以进行被处理的材料的快速且精确的去除。
关于放大装置5，它们在输入中接收由调制装置4调制的超短光脉冲2a的分组2b并将它们放大，例如直到设备1的操作应用所要求的值。
特别地，单级放大器5a优选地被配置成将每个分组2b的每个光脉冲的能量Ep放大直至被包括在约100nJ与约5pj之间(例如，在约100nJ与约20pj之间)的值，达到每个分组2b的能量值直至几mJ，例如但不限于在约5pj与约5mJ之间。
该单级放大器5a可以有利地是固态放大器，该固态放大器包括旨在放大超短光脉冲2a的分组2b的每个光脉冲2a的能量Ep的泵浦装置5b和引导组件5c。
特别地，泵浦装置5b优选地包括至少一个增益元件16和被配置成在使用中发射至少一个泵浦光束PB2的至少一个泵浦元件17，而引导组件5c可有利地被配置成将输入到放大器5a的超短光脉冲2a的分组2b引导朝向增益元件16，并且将由泵浦装置5b放大的超短光脉冲2a的分组2b从增益元件16引导朝向放大器5a的输出端。
至少一个增益元件16可以是或包括至少一种掺杂镱离子的晶体，该晶体是Yb:YAG类型或Yb:CALGO类型，具有在约1020nm与约1080nm之间的发射波长，并且如果期望的话，具有可在1％与15％之间变化的掺杂剂离子浓度。Yb:YAG或Yb:CALGO晶体可具有例如3mm与20mm之间的长度和矩形或正方形横截面。
另一方面，关于至少一个泵浦元件17，其可以是或有利地包括至少一个激光二极管，该至少一个激光二极管配置成以约50W至约150W之间的功率发射至少一个泵浦光束PB2，并且如果期望的话，具有在约935nm与约985nm之间的发射波长。
根据图4中示出的放大装置5的实施例示例，激光二极管在连续波或CW机制下操作，即，其在使用中提供随着时间连续的泵浦光束PB2。
特别地，该至少一个激光二极管优选地是光纤耦合的激光二极管，该光纤耦合的激光二极管以准直器终止以便发射具有平坦波前的泵浦光束PB2。
根据附图中示出的根据本发明的设备1的实施例的非限制性示例，至少一个增益元件16是Yb:YAG类型的掺杂镱离子的晶体，而至少一个泵元件17是配置成发射功率约为80W的至少一个泵浦光束PB2的激光二极管。
引导组件5c可有利地包括至少第一引导组件18和至少第二引导组件19，第一引导组件18旨在将进入放大器5a的超短光脉冲2a的分组2b引导朝向增益元件16，第二引导组件19旨在将由泵浦装置5b放大的超短光脉冲2a的分组2b从增益元件16引导朝向放大器5a的输出端。优选地，放大装置5还包括一个或多个聚焦组件20、21、22，该聚焦组件旨在聚焦或校准由泵浦元件17发射的至少一个泵浦光束PB2和/或至放大器5a的输入中的超短光脉冲2a的分组2b和/或由泵浦装置5b放大的超短光脉冲2a的分组2b。
更详细地，一个或多个聚焦组件20、21、22可以是旨在将由泵浦元件17发射的泵浦光束PB2朝向增益元件16聚焦的第一透镜20和/或旨在聚焦进入放大器5a的超短光脉冲2a的分组2b的第二透镜21和/或旨在校准由泵浦装置5b放大的超短光脉冲2的分组2b的第三透镜22，例如校准透镜。
相反，关于至少一个第一引导组件18和第二引导组件19，它们可以是或包括二向色镜，该二向色镜被配置成在超短光脉冲2a的分组2b的波长处具有大于或等于约99％的反射率并且在由泵浦元件17发射的泵浦光束PB2的波长处具有大于或等于约95％的透射率。
此外，放大器5a优选地根据相向传播配置操作，即，超短光脉冲2a的分组2b与泵浦光束PB2共线传播但是传播方向与泵浦光束PB2相反，和/或以发散配置操作，即，超短光脉冲2a的分组2b在增益元件16中以一发散值传播以包含由于放大过程导致的光强度增加。实际上，优化待放大的光脉冲2a的分组2b相对于增益元件16的焦点的位置，以便使超短光脉冲2a的分组2b与泵浦光束PB2之间的在增益元件16内的空间或体积交叠最大化。
基本上，泵浦光束PB2与待放大的光脉冲2a的分组2b之间的空间叠加或模式匹配可有利地通过聚焦来优化，例如通过第二透镜21，这些光脉冲2a的分组2b具有位于增益元件16外部的焦点，以便维持最佳模式匹配，尽管泵浦光束PB2与包含待放大的光脉冲2a的分组2b的光束之间的散度差异很大。
特别地，第二透镜21可聚焦待放大的光脉冲2a的分组2b，例如，如果期望的话，具有相对于泵浦光束PB2的直径的尺寸的在1/20与1/5之间的直径的聚焦尺寸。
可以理解的是，在来自发射激光装置3的输出处具有高能量的多个2超短光脉冲2a允许放松其下游所需的放大要求。这允许通过唯一的单级放大器5a放大光脉冲2a的分组2b，从而显著地降低光电子设备1的总体成本和结构复杂性。
下面根据在附图中示出的实施例的示例描述光电子设备1的非限制性操作的示例。
发射激光装置3例如通过上述操作在输出处生成并传送多个高能并且具有高重复频率的超短光脉冲2a。这多个超短光脉冲2进入调制装置4，或更特别地，进入声光调制器4a，根据应用要求，声光调制器由驱动装置4b驱动，产生经调制的超短光脉冲2a的分组2b，使其朝向单级固态放大器5a输入转移。进入放大器的光脉冲2a的分组2b首先通过第二透镜21聚焦，然后被第一引导组件18反射朝向Yb:YAG晶体16。该Yb:YAG晶体16通过由激光二极管17发射的泵浦光束PB2被泵浦并且根据相向传播操作配置通过第一透镜20被聚焦到增益元件16中。自然地，泵浦光束PB2能够穿过第二引导组件19，因为其被制成在第二引导组件的发射波长处具有高透射率。被引导朝向Yb:YAG晶体16的泵浦光束PB2激发后者的原子，当由光脉冲2a的分组2b的光子撞击或激发时，发射与它们相干的光子，从而引起电磁场的强度增加，并因此引起经放大的超短光脉冲2a的分组2b。在Yb:YAG晶体16的输出端处的经放大的超短光脉冲2a的这种分组2b首先由第二引导组件19反射，并且然后由第三透镜22在放大器5a的输出端的方向上准直，使得即使在相当大的传播距离上，激光束输出的尺寸也不会明显地改变。
此外，本发明的目的也是一种发射具有高能量和高重复频率的超短光脉冲2a的多个分组2b的方法。
根据本发明的方法最初包括提供根据本发明的或者还根据本发明的实施例的设备1的步骤。
随后，存在借助于发射激光装置3发射具有高能量Ep和高重复频率fr的多个2超短光脉冲2a的步骤。
此后，预见到借助于调制装置4从由发射激光装置3发射的多个2超短光脉冲2a拾取和调制给定数量的光脉冲2a以便产生经调制的超短光脉冲2的分组2b的步骤。
特别地，拾取和调制的这个步骤可以包括借助于驱动装置4b(例如，通过数字信号和/或还通过模拟信号)来驱动调制装置4的声光调制器4a的步骤。
最后，该方法提供了借助于放大装置5放大经调制的超短光脉冲2a的分组2b的步骤。
发射激光装置3允许具有高能量和高重复频率的多个光脉冲2a的安全和高操作稳定性的发射。
与基于使用啁啾脉冲放大或CPA技术的低功率振荡器和多级放大器的已知超短脉冲LASER设备相比，光电子设备1以较低的总成本和较低的架构复杂性为大量工业、科学和/或医疗操作应用提供替代且创新的解决方案。
此外，光电子设备1还允许优异的精度和加工速度，因此总体而言优异的操作质量，例如当用于材料的微机械加工或微焊接时。
应当考虑的是，根据本发明的光电子设备1还具有高的可扩展性，因为如果必要或期望的话，为了在其输出端处达到更高的能量或功率，有可能向放大装置5，或更具体地向单级放大器5a级联添加另外的单级放大器，以便实现所讨论的应用所要求的功率或能量要求。
此外，根据本发明的光电子设备1不要求实现展宽器和压缩器，从成本的观点和从建筑复杂性的观点基本上节省了二者。
因此，已经看到本发明如何完全实现所提出的目的。
因此构思的本发明可以有修改和变化，所有这些修改和变化都在本发明构思的范围内。
此外，所有细节可以由其他技术上等效的元件替换。
实际上，所使用的材料以及视情况而定的形状和尺寸可以根据要求是任意的，而不因此放弃以下权利要求的保护范围。
Claims (30)
1.一种多个(2)超短光脉冲(2a)的发射激光装置(3)，即每个光脉冲(2a)的历时被包括在约10皮秒与约10飞秒之间的量级、具有高能量和高重复频率，其特征在于，所述发射激光装置(3)是或包括至少一个固态激光振荡器(3a)，所述固态激光振荡器在使用中在被动锁模操作模式中操作，并且被配置成发射具有大于或等于约500MHz的重复频率(/r)的多个(2)超短光脉冲(2a)，其中所述多个(2)超短光脉冲(2a)中的每个光脉冲(2a)具有在约2nJ与约20nJ之间的能量值(Ep)。
2.根据权利要求1所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述振荡器(3a)包括泵浦装置(3b)，所述泵浦装置在使用中旨在生成至少一个光学光源，所述至少一个光学光源被设计成首先被切换或变换成谐振光并且随后被切换成多个(2)超短光脉冲(2a)，并且随后旨在放大这种多个(2)超短光脉冲中的每个超短光脉冲(2a)的能量(Ep)，所述泵浦装置(3b)包括被配置成在使用中发射至少一个泵浦光束(PBi)或光学光源的至少一个增益装置(6)和至少一个泵浦元件(7)，所述振荡器(3a)激光器还包括谐振腔(RC)，所述谐振腔包括旨在引导以下各项的导向装置(3c)：
-引导所述多个(2)超短光脉冲(2a)或所述谐振光朝向所述增益装置(6)，以及
-将通过所述泵浦装置(3b)放大的所述多个(2)超短光脉冲(2a)或所述谐振光从所述增益装置(6)引导朝向所述谐振腔(RC)的输出端，且反之亦然。
3.如前一权利要求所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述至少一个增益装置(6)是或者包括YAG类型或CALGO类型的至少一个掺杂镱离子的晶体，所述晶体具有被包括在约1020nm和约1080nm之间的发射波长。
4.如权利要求2或3所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述至少一个泵浦元件(7)是或者包括至少一个激光二极管，所述至少一个激光二极管被配置成发射具有在大约5W与大约20W之间的功率的所述至少一个泵浦光束(PBi)。
5.如前一权利要求所述的激光发射装置(3)，其特征在于，所述激光器二极管是以准直器终止的光纤耦合的激光二极管，以便发射具有平坦波前的泵浦光束(PBi)。
6.如权利要求2到5中任一项所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述导向装置(3c)包括：
-一个或多个第一导向元件(8、9、10)，旨在将所述谐振腔(RC)中的所述谐振光或所述多个(2)超短光脉冲(2a)引导朝向所述增益装置；以及
-一个或多个第二导向元件(11、12、13、14)，旨在将所述谐振腔内(RC)中的所述谐振光或由所述泵浦装置(3b)放大的所述多个(2)超短光脉冲(2a)从所述增益装置(6)引导朝向所述谐振腔(RC)的输出端，反之亦然。
7.如前一权利要求所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述一个或多个第一导向元件(8、9、10)中的至少一个导向元件(8)是或包括至少变换装置(8a)，所述变换装置旨在将由所述至少一个泵浦元件(7)发射的所述光学光源变换成多个(2)超短光脉冲(2a)并且随后将所述多个(2)超短光脉冲(2a)引导朝向所述增益装置(6)。
8.如前一权利要求所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述变换装置(8a)包括可饱和吸收器或SESAM，或非线性镜，所述非线性镜包括旨在在使用中用于生成二次谐波的非线性晶体以及二向色镜，所述二向色镜与所述非线性晶体组合使用并且配置成具有在绿色波长处大于或等于约99％的反射率，并且具有在多个(2)超短光脉冲(2a)的波长处大于或等于约95％的反射率。
9.如权利要求6到8中任一项所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述一个或多个第一导向元件(8、9、10)是或包括镜(9)和/或二向色镜(10)，所述镜被配置成在所述多个(2)超短光脉冲(2a)的波长处具有大于或等于约99％的反射率，所述二向色镜被配置成在多个(2)超短光脉冲(2a)的波长处具有大于或等于约99％的反射率并且在由所述泵浦元件(7)发射的所述泵浦光束(PBi)的波长处具有大于或等于约95％的透射率。
10.如权利要求6到9中任一项所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述一个或多个第二导向元件(11、12、13、14)是或包括至少一个反射和透射元件或耦合器(14)，所述反射和透射元件或耦合器以如下方式配置：允许所述谐振腔(RC)中的所述谐振光的能量的第一部分或由所述泵浦装置(3b)放大的所述多个(2)超短光脉冲(2a)的能量的第一部分被透射朝向所述振荡器(3a)的输出端，以及所述谐振腔(RC)中的所述谐振光的能量的第二部分或由所述泵浦装置(3b)放大的所述多个(2)超短光脉冲(2a)的能量的第二部分被再次反馈或反射在所述谐振腔RC内。
11.如前一权利要求所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述至少一个反射或透射元件或耦合器(14)是或包括半反射镜，其被配置成在所述多个(2)超短光脉冲(2a)的波长处具有在约78％到约95％之间的部分反射率。
12.如权利要求6到11中任一项所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述一个或多个第二导向元件(11、12、13、14)是或包括至少一个第一二向色镜(11)和/或第二镜(12)和/或Gires-Tournois类型的第三镜(13)，所述第一镜被配置成在所述多个(2)超短光脉冲(2a)的波长处具有大于或等于约99％的反射率以及在由所述泵浦元件(7)发射的所述泵浦光束(PBi)的波长处具有大于或等于约95％的透射率，所述第二镜被配置成在所述多个(2)超短光脉冲(2a)的波长处具有大于或等于约99％的反射率，所述第三镜被配置成支持在所述谐振腔(RC)内生成孤子。
13.如权利要求2到12中任一项所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述泵浦装置(3b)包括至少一个聚焦元件(15)，其旨在将由所述泵浦元件(7)发射的所述至少一个泵浦光束(PBi)聚焦朝向所述增益装置(6)，所述至少一个聚焦元件(15)是透镜，其被配置成将由所述泵浦元件(7)发射的所述至少一个泵浦光束(PBi)聚焦朝向所述增益装置(6)，以便获取泵浦光束(PBi)，所述泵浦光束具有在尺寸上与在所述增益装置(6)处由所述谐振腔(RC)支持的谐振模式相兼容的直径。
14.如权利要求2到13中任一项所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述谐振腔(RC)被配置成使得所述谐振光的聚焦被定位在相对于所述增益装置(6)的与所述谐振光相交的至少两个面之一的某个距离区间内，以使所述谐振光的尺寸在所述发射激光装置(3)从连续波机制转移到脉冲机制期间基本上保持恒定。
15.如前一权利要求所述的发射激光装置(3)，其特征在于，所述谐振腔(RC)被配置成使得所述谐振光的焦点被定位在距与所述增益装置(6)的所述谐振光相交的所述至少两个面之一范围在约5mm到约30mm之间的距离。
16.一种用于发射具有高能量和高重复频率的超短光脉冲(2a)的多个(2)分组(2b)的光电子设备(1)，其特征在于，它包括如权利要求1到15中任一项所述的发射激光装置(3)；调制装置(4)，配置成从由所述发射激光装置(3)发射的所述多个(2)超短光脉冲(2a)拾取和调制给定数量的光脉冲(2a)，以便产生经调制的超短光脉冲(2a)的分组(2b)；以及放大装置(5)，位于所述调制装置(4)的下游，配置成放大由所述调制装置(4)调制的超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)的每个光脉冲(2a)的能量(Ep)，其中所述放大装置(5)是或包括至少一个单级放大器(5a)，其配置成放大每个分组(2b)的每个光脉冲(2a)的所述能量(Ep)。
17.如前一权利要求所述的设备(1)，其特征在于，所述调制装置(4)是或包括至少一个声光调制器(4a)和驱动装置(4b)，所述驱动装置旨在在所述设备(1)的操作要求的基础上驱动所述声光调制器(4a)。
18.如前一权利要求所述的设备(1)，其特征在于，所述声光调制器(4a)是或包括二氧化碲晶体。
19.如权利要求17或18所述的设备(1)，其特征在于，所述驱动装置(4b)被设计成如下驱动所述声光调制器(4a)：
-借助于数字信号，所述数字信号被设计成激活或停用所述声光调制器(4a)，使得所述声光调制器在被停用时允许所述多个(2)光脉冲(2a)通过，而在被激活时使所述多个(2)光脉冲(2a)朝向所述放大器(5a)的输入端转移，因此产生经调制的超短光脉冲(2a)的分组(2b)；和/或
-借助于模拟信号，所述模拟信号被设计成根据所述设备(1)的操作要求调制光脉冲(2a)的所述分组(2b)的振幅以及因此的功率。
20.如权利要求16到19中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述单级放大器(5a)被设计成放大每个分组(2b)的每个光脉冲(2a)的能量(Ep)直到约100nJ到约20pj之间的值。
21.如权利要求16到20中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述放大器(5a)是固态放大器，其包括泵浦装置(5b)以及引导组件(5c)，所述泵浦装置旨在放大超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)的每个光脉冲(2a)的能量(Ep)，所述泵浦装置(5b)包括至少一个增益元件(16)和至少一个泵浦元件(17)，所述至少一个泵浦元件配置成在使用中发射至少一个泵浦光束(PB2)，所述引导组件被配置成：
-将所述放大器(5a)的输入端处的超短光脉冲(2a)的分组(2b)引导朝向所述增益元件(16)；以及
-将由所述泵浦装置(5b)放大的超短光脉冲(2a)的分组(2b)从所述增益元件(16)引导朝向所述放大器(5a)的输出端。
22.如前一权利要求所述的设备(1)，其特征在于，所述至少一个增益元件(16)是或者包括YAG类型或CALGO类型的至少一个掺杂镱离子的晶体，所述晶体具有包括在约1020nm和约1080nm之间的发射波长。
23.如权利要求21或22所述的设备(1)，其特征在于，所述至少一个泵浦元件(7)是或者包括至少一个激光二极管，所述至少一个激光二极管被配置成发射具有范围从约50W与约150W的功率的所述至少一个泵浦光束(PB2)。
24.如权利要求21到23中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述引导组件(5c)包括：
-至少第一引导组件(18)，旨在将至所述放大器(5a)的输入中的超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)引导朝向所述增益元件(16)；以及
-至少第二引导组件(18)，旨在将由所述泵浦装置(5b)放大的超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)从所述增益元件(16)引导朝向所述放大器(5a)的输出端。
25.如前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述放大装置(5)包括一个或多个聚焦组件(20、21、22)，所述一个或多个聚焦组件旨在聚焦或校准由所述至少一个泵浦元件(17)发射的所述至少一个泵浦光束(PB2)和/或至所述放大器(5a)输入中的超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)和/或由所述泵浦装置(5b)放大的超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)。
26.如权利要求24或25所述的设备(1)，其特征在于，所述第一和第二引导组件(18、19)是或包括二向色镜，所述二向色镜配置成在超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)的波长处具有大于或等于约99％的反射率并且在由泵浦元件(17)发射的所述泵浦光束(PB2)的波长处具有大于或等于约95％的透射率。
27.如权利要求25或26所述的设备(1)，其特征在于，所述一个或多个聚焦组件(20、21、22)是旨在聚焦由所述至少一个泵浦元件(17)发射的所述泵光束的第一透镜(20)和/或旨在聚焦至所述放大器(5a)的输入中的超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)的第二透镜(21)和/或旨在校准由所述泵浦装置(5b)放大的超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)的第三透镜(22)。
28.如前一权利要求所述的设备(1)，其特征在于，所述第二透镜(21)聚焦光脉冲(2a)的所述分组(2b)，其具有相对于由所述第一透镜(20)聚焦的所述泵浦光束(PB2)的直径的尺寸在1/20到1/5之间的尺寸，以便使光脉冲(2a)的所述分组(2b)的较小发散度适配于所述泵浦光束(PB2)的大得多的发散度。
29.如权利要求21到28中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述至少一个放大器(5a)根据相向传播配置来操作，即超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)与所述泵浦光束(PB2)共线传播但是传播方向与之相反，和/或以发散配置操作，即超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)在所述增益元件(16)中以一发散值传播以包含由于放大过程导致的光强度增加。
30.一种以高能量和高重复频率发射超短光脉冲(2a)的多个(2)分组(2b)的方法，包括以下步骤：提供如权利要求16到29中任一项所述的设备(1)；通过发射激光装置(3)以高能量(Ep)和高重复频率(/r)发射多个(2)超短光脉冲(2a)；借助于调制装置(4)从由所述发射激光装置(3)发射的所述多个超短光脉冲(2a)拾取和调制所确定数量的光脉冲(2a)以便产生经调制的超短光脉冲(2a)的分组(2b)；以及借助于所述放大装置(5)放大经调制超短光脉冲(2a)的所述分组(2b)。
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