DE102006029035B4 - Apparatus and method for the production and detection in amplitude, phase and polarization of shaped laser pulses - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Herstellung geformter Laserpulse, mit einem Pulsformer, der von einem zu formenden Laserpuls durchlaufen wird und mindestens ein im Strahlengang des Laserpulses angeordnetes Modulatorelement aufweist, wobei
– der Pulsformer ausgebildet ist, den zu formenden Laserpuls in seine spektralen Anteile zu zerlegen, die spektralen Anteile dem mindestens einen Modulatorelement zuzuführen und anschließend zu einem geformten Laserpuls wiederzuvereinigen und
– das mindestens eine Modulatorelement ausgebildet ist, die spektralen Anteile des Laserpulses in ihrer Phase und Polarisation einzustellen,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Pulsformer (10) zusätzlich mindestens ein im Strahlengang (S) des Laserpulses (L, Lx, Ly) angeordnetes polarisierendes Element (120, 121), das eine Polarisierungskomponente aus dem einfallenden Laserpuls (L, Lx, Ly) herausfiltert, aufweist und ausgebildet und vorgesehen ist, mittels des mindestens einen Modulatorelementes (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) und des mindestens einen polarisierenden Elements (120, 121) den Laserpuls (L) in Amplitude, Phase und Polarisation...Apparatus for producing shaped laser pulses, comprising a pulse shaper, which is traversed by a laser pulse to be formed and has at least one modulator element arranged in the beam path of the laser pulse, wherein
- The pulse shaper is designed to break the laser pulse to be formed into its spectral components, to supply the spectral components of the at least one modulator element and then recombine into a shaped laser pulse and
- The at least one modulator element is designed to adjust the spectral components of the laser pulse in their phase and polarization,
characterized,
in that the pulse shaper (10) additionally has at least one polarizing element (120, 121) arranged in the beam path (S) of the laser pulse (L, L x , L y ) and which has a polarization component from the incident laser pulse (L, L x , L y ). filters out, has and is designed and provided, by means of the at least one modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) and the at least one polarizing element (120, 121) the laser pulse (L ) in amplitude, phase and polarization ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung geformter Laserpulse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung geformter Laserpulse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 21 sowie ein Computerprogramm nach dem Oberbegriff des Anspruchs 36.The The invention relates to a device for producing shaped laser pulses according to the preamble of claim 1, a method of preparation shaped laser pulses according to the preamble of claim 21 and a computer program according to the preamble of claim 36.
Derartige Vorrichtungen dienen insbesondere zur Formung von Laserpulsen mit einer Pulslänge im Femtosekundenbereich. Die Anwendung solcher Laserpulse ist Grundlage diverser neuartiger Forschungsfelder, beispielsweise der Femtochemie, der Femtobiologie, der Hochfeld-Plasmaphysik oder der Materialbearbeitung. Auch die Pulserzeugung mittels Lasersystemen ist aktueller Forschungsgegenstand in der Lasertechnik. Im Allgemeinen ist der durch ein Lasersystem erzeugte Laserpuls dabei in seiner Form sowie Polarisation durch die Eigenschaften des verwendeten Lasersystems bestimmt und somit festgelegt. Um die Form des Laserpulses zu verändern, wird ein so genannter Pulsformer verwendet, mittels dessen der Laserpuls im Rahmen der durch den Pulsformer vorgegebenen Möglichkeiten und technischen Grenzen geformt werden kann.such Devices are used in particular for shaping laser pulses a pulse length in the femtosecond range. The application of such laser pulses is the basis various new fields of research, such as femtochemistry, femtobiology, high-field plasma physics or material processing. Pulse generation by means of laser systems is also a current research topic in laser technology. In general, that is through a laser system generated laser pulse while in its form as well as polarization determines the properties of the laser system used and thus established. To change the shape of the laser pulse, a so-called Pulse shaper used by means of which the laser pulse in the context of given by the pulse shaper possibilities and technical Borders can be formed.
Ein derartiger Pulsformer ist hierbei mit einem oder mehreren Modulatorelementen zur Modulation eines Laserpulses ausgestattet, die im Strahlengang eines den Pulsformer durchlaufenden Laserpulses angeordnet sind. Der Laserpuls, der beispielsweise durch ein in die Vorrichtung integriertes Lasersystem oder einen externen Laser erzeugt werden kann, fällt in den Pulsformer ein und wird in diesem in seine spektralen Anteile zerlegt, die daraufhin dem einen oder den mehreren Modulatorelementen zugeführt und durch diese manipuliert und abschließend zu einem geformten Laserpuls wiedervereinigt werden. Das eine oder die mehreren Modulatorelemente erfüllen hierbei die Funktion, die spektralen Anteile des Laserpulses unabhängig voneinander in ihrer Phase und Polarisation so einzustellen, dass sich ein in gewünschter Weise geformter Laserpuls ergibt.One Such pulse shaper is in this case with one or more modulator elements equipped to modulate a laser pulse in the beam path a pulse pulse passing through the laser pulse are arranged. The laser pulse, for example, by an integrated into the device Laser system or an external laser can be generated, falls into the Pulse shaper and is decomposed in this in its spectral components, then fed to the one or more modulator elements and manipulated by these and finally to a shaped laser pulse be reunited. The one or more modulator elements fulfill Here, the function, the spectral components of the laser pulse independently in to adjust their phase and polarization so that one in the desired Way shaped laser pulse results.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Formung von Laserpulsen ist beispielsweise aus der Veröffentlichung A. M. Weiner, D. E. Leaird, J. S. Patel und J. R. Wullert, IEEE J. Quantum Electron. 28 (1992), 908 bekannt, in der ein Pulsformer beschrieben ist, der von einem Laserpuls durchlaufen wird und den Laserpuls dabei in seiner Phase formt. Der Pulsformer weist hierbei zwei optische Gitter und zwei Zylinderlinsen auf, die im Strahlengang des Laserpulses so angeordnet sind, dass der einfallende Laserpuls auf ein erstes optisches Gitter trifft und von diesem gebeugt und in seine spektralen Anteile zerlegt wird. Das Laserlicht verläuft dann ausgehend vom optischen Gitter in unterschiedliche Ausbreitungsrichtungen, trifft auf eine erste Zylinderlinse, wird durch diese parallel ausgerichtet, einem ersten und zweiten Modulatorelement zugeführt, durch eine zweite Zylinderlinse fokussiert und durch ein zweites optisches Gitter zu einem einzigen Laserpuls wiedervereinigt. Durch die Modulatorelemente, die als Flüssigkristallarrays aufgebaut sind, werden die spektralen Anteile des Laserpulses manipuliert und auf diese Weise der den Pulsformer durchlaufende, aus den spektralen Anteilen zusammengesetzte Laserpuls in der Phase geformt.A generic device for the formation of laser pulses is for example from the publication A.M. Weiner, D.E. Leaird, J.S. Patel and J.R. Wullert, IEEE J. Quantum Electron. 28 (1992), 908, in which a pulse shaper is described, which is traversed by a laser pulse and the Laser pulse thereby forms in its phase. The pulse shaper has this two optical grids and two cylindrical lenses in the beam path of the laser pulse are arranged so that the incident laser pulse meets and diffracts from a first optical grating and is decomposed into its spectral components. The laser light then proceeds outgoing from the optical grating in different propagation directions, meets a first cylindrical lens, is aligned parallel to it, supplied to first and second modulator elements through a second cylindrical lens focused and through a second optical grating into a single Laser pulse reunited. Due to the Modulatorelemente, as liquid crystal arrays are constructed, the spectral components of the laser pulse are manipulated and in this way the pulse shaper passing, from the spectral Shares composed of laser pulse shaped in phase.
Andere Anordnungen eines Pulsformers, bei denen die Phase und Amplitude des Laserpulses moduliert wird, sind bekannt und beispielsweise auch für einen spezifischen Aufbau in der vorgenannten Veröffentlichung beschrieben. Auch Pulsformer, die durch Verwendung eines zweiten Modulatorelementes eine Modulation der Phase und Polarisation ermöglichen, sind realisiert worden (siehe T. Brixner und G. Gerber, Opt. Lett. 26 (2001), 557). Diese weisen jedoch den Nachteil auf, dass nur eine eingeschränkte Ausrichtung der Hauptachsen bei einer elliptischen Polarisation der spektralen Anteile des Laserpulses möglich ist, indem nur zwei senkrecht zueinander stehende Richtungen der großen Hauptachse vorgegeben werden können, eine Drehung der Hauptachsen aber nicht möglich ist. Auf diese Weise kann ein Pulsformer mittels Phasen- und Polarisationsmodulation nur einen engen Teilbereich der möglichen Pulsformen einstellen.Other Arrangements of a pulse shaper in which the phase and amplitude the laser pulse is modulated, are known and, for example also for a specific structure in the aforementioned publication described. Also pulse shaper, by using a second Modulatorelementes allow a modulation of the phase and polarization, have been realized (see T. Brixner and G. Gerber, Opt. Lett. 26 (2001), 557). However, these have the disadvantage that only one limited Alignment of the major axes in an elliptical polarization the spectral components of the laser pulse is possible by only two perpendicular mutually adjoining directions of the major axis are given can, a rotation of the main axes but not possible. In this way can a pulse shaper by means of phase and polarization modulation only set a narrow subrange of the possible pulse shapes.
Pulsformer, bei denen gleichzeitig Phase, Amplitude und Polarisation im Fernfeld geformt werden können, sind bisher nicht bekannt. Alle bekannten Pulsformer erlauben lediglich eine Einstellung der Phase und Amplitude oder der Phase und Polarisation (siehe auch L. Polachek, D. Oron und Y. Silberberg, Opt. Lett. 31 (2006), 631) so dass mittels solcher Pulsformer einfallende Laserpulse nur in Bezug auf einen Teil ihrer charakteristischen Parameter moduliert werden können. Physikalische Prozesse, die durch einen solchen teilweise modulierten Laserpuls gesteuert oder angeregt werden, sind auf diese Weise nicht optimal zu beeinflussen. Des Weiteren ist bei derzeitig bekannten Pulsformern eine gezielte Einstellung des Laserpulses für eine optimale Anpassung an die gewünschte Anwendung schwierig oder nicht möglich. Insbesondere ist bisher kein Verfahren bekannt, mit dem sich eine gezielte, parametrische Pulsformung der physikalisch relevanten Parameter eines Laserpulses in Phase, Amplitude und Polarisation durchführen lässt.Pulse shaper, where simultaneously the phase, amplitude and polarization in the far field can be shaped are not known yet. All known pulse shaper allow only an adjustment of phase and amplitude or phase and polarization (see also L. Polachek, D. Oron and Y. Silberberg, Opt. Lett. 31 (2006), 631) so that by means of such pulse shaper incident laser pulses only modulated with respect to a part of their characteristic parameters can be. Physical processes governed by such a partially modulated Laser pulses are controlled or stimulated in this way are not to influence optimally. Furthermore, at the present time known Pulse shapers a targeted adjustment of the laser pulse for optimal Adaptation to the desired Application difficult or impossible. In particular, no method is known with which a targeted, parametric pulse shaping of the physically relevant Parameters of a laser pulse in phase, amplitude and polarization carry out leaves.
Aus der Veröffentlichung T. Brixner et al., „Femtosecond shaping of transverse and longitudinal light polarization”, Opt. Letters, Vol. 29, No. 18, Sep. 15, 2004 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Formung von Laserpulsen bekannt, bei denen ein ursprünglich transversal polarisierter Laserpuls durch Interaktion mit einer Nahfeldgeometrie im Nahfeld geformt wird und dabei auch eine longitudinale Polarisierungskomponente erhält. Dazu wird eine Anordnung aufgezeigt, bei der ein Laserpuls durch zwei LCD-Modulatorelemente in Phase und Polarisation derart geformt wird, dass sich eine linear oder elliptisch polarisierte ebene Welle ergibt, die auf die Nahfeldgeometrie einfällt und mit dieser wechselwirkt.From the publication T. Brixner et al., "Femtosecond Shaping of Transverse and Longitudinal Light Polarization", Opt. Letters, Vol. 18, Sep. 15, 2004 are an apparatus and a method for forming laser pulses are known in which an originally transversely polarized laser pulse is formed by interaction with a near field geometry in the near field and thereby also receives a longitudinal polarization component. For this purpose, an arrangement is shown in which a laser pulse is formed by two LCD modulator elements in phase and polarization such that there is a linear or elliptically polarized plane wave, which is incident on the near field geometry and interacts with it.
Aus der Veröffentlichung T. Brixner et al., „Adaptive shaping of femtosecond polarization profiles”, J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 20, No. 5, May 2003 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in Phase und Polarisation geformte Laserpulse mit einem experimentellen Feedback-Algorithmus („learning algorithm”) optimiert werden.Out the publication T. Brixner et al., "Adaptive Shaping of femtosecond polarization profiles ", J. Opt. Soc. At the. B, Vol. 20, no. 5, May 2003, a method is known in which in phase and polarization shaped laser pulses with an experimental feedback algorithm ("learning algorithm ") be optimized.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer eine optimale Formung kurzer Laserpulse ermöglicht wird.Of the Invention is based on the object, an apparatus and a method to disposal to provide, by means of which an optimal shaping of short laser pulses allows becomes.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a device having the features of the claim 1 solved.
Erfindungsgemäß weist eine Vorrichtung der oben genannten Art dabei zusätzlich mindestens ein im Strahlengang des Laserpulses angeordnetes polarisierendes Element, das eine Polarisierungskomponente aus dem einfallenden Laserpuls herausfiltert, auf und ist ausgebildet und vorgesehen, mittels des mindestens einen Modulatorelementes und des mindestens einen polarisierenden Elements den Laserpulse in Amplitude, Phase und Polarisation unabhängig voneinander zu formen.According to the invention a device of the type mentioned above additionally at least a arranged in the beam path of the laser pulse polarizing Element containing a polarization component from the incident Laser pulse filters out, and is trained and provided, by means of the at least one modulator element and the at least a polarizing element of the laser pulses in amplitude, phase and polarization independent form each other.
Die Vorrichtung weist erfindungsgemäß somit einen Pulsformer auf, der mindestens ein Modulatorelement und mindestens ein polarisierendes Element aufweist, die so in dem Pulsformer angeordnet sind, dass ein den Pulsformer durchlaufender Laserpuls in Amplitude, Phase und Polarisation moduliert wird. Das mindestens eine Modulatorelement und der mindestens eine Pulsformer wirken dabei auf die spektralen Anteile des Laserpulses ein, indem der Pulsformer den Laserpuls in seine spektralen Anteile zerlegt und die spektralen Anteile so einstellt, dass ein Laserpuls erzeugt wird, der in Amplitude, Phase und Polarisation beliebig und zeitlich veränderlich geformt ist.The Device according to the invention thus a pulse shaper, the at least one modulator element and at least having a polarizing element so arranged in the pulse shaper are that a pulse passing through the laser pulse in amplitude, Phase and polarization is modulated. The at least one modulator element and the at least one pulse shaper act on the spectral Shares of the laser pulse, by the pulse shaper the laser pulse divided into its spectral components and the spectral components so sets a laser pulse to be generated in amplitude, phase and polarization is arbitrarily shaped and temporally variable.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt somit die Herstellung vollständig in Amplitude, Phase und Polarisation geformter Laserpulse. Auf diese Weise ist es möglich, alle überhaupt möglichen Parameter des Laserpulses zu formen und im Rahmen der verfügbaren Bandbreite beliebige Pulsformen einzustellen. Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten solcher Laserpulse beispielsweise zur Untersuchung und Beeinflussung von Materieeigenschaften in der Licht-Materie Wechselwirkung, insbesondere der Wechselwirkung von Lichtfeldern mit Festkörpern (Weißlichterzeugung, Phononengeneration, laserinduzierte Plasmaerzeugung, Laserinduced Breakdown Spectroscopy (LIBS), Materialbearbeitung, usw.) ergeben sich und können durch Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihrer Prozesskontrolle verbessert oder überhaupt erst ermöglicht werden.The inventive device thus allows the production completely in amplitude, phase and polarization shaped laser pulses. That way, it's all possible potential Shape parameters of the laser pulse and within the available bandwidth set any pulse shapes. Various applications such laser pulses, for example, for investigation and interference of matter properties in the light-matter interaction, in particular the interaction of light fields with solids (white light generation, phonon generation, Laser Induced Plasma Generation, Laserinduced Breakdown Spectroscopy (LIBS), material processing, etc.) arise and can by Use of the device according to the invention improved in their process control or even made possible in the first place.
Das mindestens eine Modulatorelement der Vorrichtung kann insbesondere als ein Array ausgebildet sein, das unabhängig voneinander ansteuerbare Pixel aufweist, die in einer Richtung senkrecht zum Strahlengang des Laserpulses versetzt angeordnet sind. Die Pixel des mindestens einen Modulatorelementes sind hierbei jeweils einem spektralen Anteil des Laserpulses zugeordnet, indem die im Pulsformer durch Zerlegung des Laserpulses erzeugten spektralen Anteile unterschiedlichen Pixeln zugeführt und durch die Pixel somit separat voneinander manipuliert werden. Durch die Wiedervereinigung der so manipulierten spektralen Anteile wird dann der geformte Laserpuls erzeugt. Grundlegend ist hierbei, dass der Laserpuls somit im Frequenzbereich – nämlich durch Beeinflussung der einzelnen spektralen Anteile des Laserpulses – geformt wird und auf diese Weise beliebige zeitliche Pulsformen im Rahmen der technischen Gegebenheiten einstellbar sind.The At least one modulator element of the device can in particular be formed as an array that can be controlled independently Pixels, which are in a direction perpendicular to the beam path the laser pulse are arranged offset. The pixels of at least a modulator element here are each a spectral component assigned to the laser pulse by the pulse shaper by disassembling the Laser pulses generated spectral components of different pixels supplied and thus manipulated separately by the pixels. By the reunification of the thus manipulated spectral components is then the shaped laser pulse is generated. Fundamental here is that the laser pulse thus in the frequency domain - namely by influencing the individual spectral components of the laser pulse - is formed and on this Way any temporal pulse shapes in the context of technical conditions are adjustable.
Das mindestens eine Modulatorelement kann vorteilhafterweise durch ein oder mehrere Flüssigkristallarrays ausgebildet sein. Alternativ ist denkbar, einen akusto-optischen Modulator oder eine doppelbrechende Phasenmaske zu verwenden.The At least one modulator element can advantageously by a or more liquid crystal arrays be educated. Alternatively, it is conceivable, an acousto-optical Modulator or to use a birefringent phase mask.
Vorteilhafterweise ist der Pulsformer als Kompressorgitteranordnung ausgebildet, die mindestens zwei optische Gitter zur Zerlegung des Laserpulses in seine spektralen Anteile und zur Wiedervereinigung der spektralen Anteile zu dem geformten Laserpuls und zusätzlich mindestens zwei Zylinderlinsen oder Zylinderspiegel zur Fokussierung des Laserpulses aufweist. Der Laserpuls wird dabei an den optischen Gittern gebeugt, so dass der Laserpulse in seine spektralen Anteile zerlegt wird, die sich dann entlang unterschiedlicher Bahnen im Pulsformer ausbreiten, den unterschiedlichen Pixeln der Modulatorelemente zugeführt und anschließend zu dem geformten Laserpuls wiedervereinigt werden. Wesentlich bei einer solchen Kompressorgitteranordnung ist, dass die räumliche Anordnung der optischen Gitter und der Zylinderlinsen oder -spiegel so gewählt ist, dass die Elemente der Kompressorgitteranordnung – mit Ausnahme der Modulatorelemente – den Laserpuls hinsichtlich seiner Form und Pulsdauer möglichst wenig oder gar nicht verändern.Advantageously, the pulse shaper is designed as a compressor grid arrangement, which has at least two optical grids for dividing the laser pulse into its spectral components and for reuniting the spectral components to the shaped laser pulse and additionally at least two cylindrical lenses or cylindrical mirror for focusing the laser pulse. The laser pulse is thereby diffracted at the optical gratings, so that the laser pulses are split into their spectral components, which then propagate along different paths in the pulse shaper, fed to the different pixels of the modulator elements and then reunited into the shaped laser pulse. Essential in such Kompressorgitteranord tion is that the spatial arrangement of the optical grating and the cylindrical lenses or mirrors is selected so that the elements of the compressor grid arrangement - with the exception of the modulator elements - the laser pulse with respect to its shape and pulse duration as little or not change.
Das mindestens eine Modulatorelement kann durch ein oder mehrere Modulatorelemente gebildet sein, die im Bereich einer einzigen oder im Bereich unterschiedlicher Fourierebenen einer oder mehrerer Kompressorgitteranordnungen des Pulsformers angeordnet sind. Die Fourierebene entspricht in diesem Zusammenhang der gemeinsamen Brennebene zweier Zylinderlinsen oder Zylinderspiegel des Pulsformers, die sich im Abstand der Brennweite von den beiden Zylinderlinsen oder Zylinderspiegeln befindet und in der das Spektrum des Laserpulses beim Durchlauf durch den als Kompressorgitteranordnung ausgebildeten Pulsformer maximal aufgelöst ist. Die Zylinderlinsen oder -spiegel des Pulsformers sind dann so angeordnet, dass ihre Brennebenen paarweise zusammenfallen und zwischen zwei Zylinderlinsen oder Zylinderspiegeln sich somit jeweils eine Fourierebene ergibt.The At least one modulator element may be provided by one or more modulator elements be formed in the range of a single or in the field of different Fourier planes of one or more compressor grid arrangements of Pulse shaper are arranged. The Fourier plane corresponds in this Connection of the common focal plane of two cylindrical lenses or Cylindrical mirror of the pulse shaper, which is at a distance of the focal length located by the two cylindrical lenses or cylinder mirrors and in which the spectrum of the laser pulse when passing through the as Compressor grid arrangement formed pulse shaper is maximally resolved. The cylindrical lenses or mirrors of the pulse shaper are then arranged that their focal planes coincide in pairs and between two Cylindrical lenses or cylindrical mirrors thus each have a Fourier plane results.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Pulsformer seriell aufgebaut, so dass der Laserpuls ungeteilt das mindestens eine Modulatorelement und das mindestens eine polarisierende Element zur Einstellung von Amplitude, Phase und Polarisation durchläuft. Vorteil dieser Variante ist, dass die erreichbare Pulsstabilität hoch und die verwendete Anordnung leicht zu justieren und zu regeln ist.In an advantageous embodiment of the device is the pulse shaper built in series, so that the laser pulse undivided the at least a modulator element and the at least one polarizing element for Adjustment of amplitude, phase and polarization passes through. advantage this variant is that the achievable pulse stability high and the arrangement used is easy to adjust and fix.
Unterschiedliche Varianten für einen solchen seriellen Pulsformer sind denkbar.different Variants for Such a serial pulse shaper are conceivable.
In einer ersten Variante des seriellen Pulsformers sind mindestens drei Modulatorelemente hintereinander im Strahlengang des Laserpulses so angeordnet, dass der Laserpuls die mindestens drei Modulatorelemente jeweils genau einmal durchläuft. Das polarisierende Element kann dann beispielsweise als Polarisator ausgebildet sein, der nach einem ersten oder einem zweiten Modulatorelement im Strahlengang des Laserpulses angeordnet ist und ausschließlich eine Polarisierungskomponente des Laserpulses transmittiert und die Polarisierungskomponente somit aus dem Laserpuls herausfiltert, wodurch der Laserpuls in seiner Amplitude moduliert wird.In a first variant of the serial pulse shaper are at least three modulator elements in succession in the beam path of the laser pulse arranged so that the laser pulse, the at least three modulator elements goes through exactly once. The polarizing element can then be formed, for example, as a polarizer be after a first or a second modulator element is arranged in the beam path of the laser pulse and only one Polarization component of the laser pulse transmits and the polarization component thus filters out of the laser pulse, causing the laser pulse in its amplitude is modulated.
In einer zweiten Variante weist der Pulsformer genau zwei Modulatorelemente auf, wobei der Laserpuls die Modulatorelemente in unterschiedlichen Abschnitten zweimal durchläuft. Das vorteilhafterweise als Polarisator ausgebildete polarisierende Element kann dann so angeordnet sein, dass der Laserpuls nach dem ersten Durchlauf durch das erste Modulatorelement oder nach dem ersten Durchlauf durch das zweite Modulatorelement den Polarisator passiert und anschließend bei einem zweiten Durchlauf nochmals das erste und zweite Modulatorelement durchläuft.In In a second variant, the pulse shaper has exactly two modulator elements on, wherein the laser pulse, the modulator elements in different Passes through sections twice. The advantageously designed as a polarizer polarizing Element can then be arranged so that the laser pulse after the first Passage through the first modulator element or after the first Pass through the second modulator element passes the polarizer and subsequently in a second pass again the first and second modulator element passes.
In einer dritten Variante ist auch denkbar, dass der Pulsformer genau ein Modulatorelement aufweist, das von dem Laserpuls in unterschiedlichen Abschnitten mindestens dreimal durchlaufen wird, wobei das polarisierende Element nach dem ersten oder zweiten Durchlauf durch das Modulatorelement passiert wird.In a third variant is also conceivable that the pulse shaper exactly a modulator element that differs from the laser pulse in different Passing sections at least three times, the polarizing Element after the first or second pass through the modulator element is happening.
Generell ist der Laserpuls nach Durchlauf des Polarisators in seiner Amplitude moduliert und wird nachfolgend durch das mindestens eine weitere Modulatorelement im Strahlengang anschließend in seiner Polarisation eingestellt. Dies geschieht durch geeignete Wahl der Richtungen der optischen Achsen der einzelnen Pixel der Flüssigkristallarrays, die vorteilhafterweise senkrecht zum Strahlengang unter geeigneten Winkeln ausgerichtet sind. Die optische Achse des nach dem polarisierenden Element im Strahlengang des Laserpulses angeordneten Abschnitts des Modulatorelementes ist hierbei abweichend von der Polarisationsrichtung des Laserpulses ausgerichtet, und zwar vorteilhafterweise um einen Winkel von 45°. Die Richtung der optische Achse des dem polarisierenden Elements nachfolgenden Abschnitts des Modulatorelementes unterscheidet sich somit von der Polarisationsrichtung des nach dem polarisierenden Element linear polarisierten Laserpulses.As a general rule is the laser pulse after passing through the polarizer in its amplitude modulated and is subsequently by the at least one more Modulator element in the beam path then in its polarization set. This is done by appropriate choice of directions the optical axes of the individual pixels of the liquid crystal arrays, which advantageously Aligned perpendicular to the beam path at appropriate angles are. The optical axis of the polarizing element in the Beam path of the laser pulse arranged portion of the modulator element is different from the polarization direction of the laser pulse aligned, and advantageously by an angle of 45 °. The direction the optical axis of the polarizing element following Section of the modulator element thus differs from the Polarization direction of the after the polarizing element linear polarized laser pulse.
Werden bei dem seriellen Aufbau lediglich drei Modulatorelemente oder Abschnitte von Modulatorelementen verwendet, so ist im allgemeinen die Phase, Amplitude und Polarisation nicht beliebig einstellbar, da beim Einstellen einer elliptischen Polarisation die Hauptachsen der Polarisationsellipse nicht frei ausgerichtet werden können. Eine Drehung dieser Hauptachse wird in vorteilhafter Weise dadurch erreicht, dass hinter dem dem polarisierenden Element nachfolgenden Abschnitt eines Modulatorelementes noch mindestens ein weiteres (also zweites) Modulatorelement oder mindestens ein Abschnitt mindestens eines Modulatorelementes im Strahlengang des Laserpulses angeordnet wird, dessen optische Achse (oder Achsen) senkrecht zum Strahlengang unter geeignet von der Richtung der optischen Achse des vorangehenden Modulatorelementes oder des Abschnitts des Modulatorelementes abweichendem Winkel (abweichenden Winkeln) ausgerichtet ist (sind). Um eine beliebige Formung des Laserpulses in Phase, Amplitude und Polarisation zu erreichen, werden bevorzugt zwei Abschnitte mindestens eines Modulatorelementes nach dem polarisierenden Element durchstrahlt, wobei der erste hinter dem polarisierenden Element nachfolgende Abschnitt mit seiner optischen Achse unter 45° zu der durch den Polarisator vorgegebenen Polarisationsrichtung und der zweite danach durchstrahlte Abschnitt unter einem Winkel von 45° zur Richtung der optischen Achse des vorangehenden Abschnitts des Modulatorelementes ausgerichtet ist. Es sind somit mindestens vier Abschnitte eines oder mehrerer Modulatorelemente und ein polarisierendes Element hintereinander im Strahlengang des Laserpulses angeordnet und ermöglichen eine beliebige und unabhängige Modulation des Laserpulses in Amplitude, Phase und Polarisation.If only three modulator elements or sections of modulator elements are used in the serial structure, in general the phase, amplitude and polarization can not be set arbitrarily, because when setting an elliptical polarization the main axes of the polarization ellipse can not be aligned freely. A rotation of this main axis is achieved in an advantageous manner in that at least one further (ie second) modulator element or at least one section of at least one modulator element in the beam path of the laser pulse is arranged behind the polarizer element following the optical axis (or axes) ) is oriented perpendicular to the beam path under angle (deviating angles) deviating suitably from the direction of the optical axis of the preceding modulator element or the section of the modulator element (are). In order to achieve any shaping of the laser pulse in phase, amplitude and polarization, preferably two sections of at least one modulator element are irradiated to the polarizing element, wherein the first subsequent to the polarizing element section with its optical axis at 45 ° to that predetermined by the polarizer Polarization direction and the second thereafter irradiated portion is aligned at an angle of 45 ° to the direction of the optical axis of the preceding portion of the modulator element. Thus, at least four sections of one or more modulator elements and a polarizing element are arranged behind one another in the beam path of the laser pulse and allow any desired and independent modulation of the laser pulse in amplitude, phase and polarization.
In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist der Pulsformer parallel aufgebaut. Der Pulsformer weist dann einen Strahlteiler auf, der den Laserpuls in einen ersten und einen zweiten Teilpuls aufteilt, wobei der erste und zweite Teilpuls jeweils mindestens ein Modulatorelement und mindestens ein polarisierendes Element durchlaufen und unabhängig voneinander moduliert werden. Bei dem parallelen Aufbau wird der Laserpuls somit in Teilpulse geteilt, die getrennt voneinander moduliert und anschließend zu einem gesamten geformten Laserpuls zusammen geführt werden. Vorteil dieser Variante ist der einfache Aufbau und die physikalisch intuitive Beschreibbarkeit des in Teilpulse geteilten Laserpulses.In an alternative advantageous embodiment is the pulse shaper built in parallel. The pulse shaper then has a beam splitter on, the laser pulse in a first and a second partial pulse divides, wherein the first and second part of each pulse at least a modulator element and at least one polarizing element go through and independently be modulated from each other. In the parallel structure of the Laser pulse thus divided into sub-pulses, which modulates separately from each other and subsequently be brought together to form a whole shaped laser pulse. Advantage of this variant is the simple structure and the physical Intuitive writability of the split in split pulses laser pulse.
Auch für den parallelen Aufbau sind wiederum unterschiedliche Varianten denkbar. Der Pulsformer kann zum einen genau vier Modulatorelemente aufweisen, von denen ein erstes und zweites Modulatorelement hintereinander im Strahlengang des ersten Teilpulses und ein drittes und viertes Modulatorelement hintereinander im Strahlengang des zweiten Teilpulses angeordnet sind. In einer weiteren Variante weist der Pulsformer genau zwei Modulatorelemente auf, die so in den Strahlengängen des ersten und zweiten Teilpulses angeordnet sind, dass die Teilpulse jeweils in unterschiedlichen Abschnitten das erste und zweite Modulatorelement durchlaufen. Denkbar ist auch, dass der Pulsformer lediglich ein Modulatorelement aufweist, das von dem ersten und zweiten Teilpuls jeweils zweimal in unterschiedlichen Abschnitten durchlaufen wird. Wesentlich ist hierbei, dass die Teilpulse jeweils so in Phase und Amplitude geformt werden, dass sie zusammengefügt den gewünschten, in Amplitude, Phase und Polarisation geformten Laserpuls ergeben.Also for the parallel structure again different variants are conceivable. The pulse shaper can have exactly four modulator elements, of which a first and second modulator element in a row in the beam path of the first partial pulse and a third and fourth Modulator element in succession in the beam path of the second partial pulse are arranged. In a further variant, the pulse shaper exactly two modulator elements, which are so in the beam paths of first and second partial pulse are arranged such that the partial pulses each in different sections, the first and second modulator element run through. It is also conceivable that the pulse shaper only one Modulator element, that of the first and second partial pulse is traversed twice in different sections. It is essential here that the partial pulses are in phase and in each case Amplitude are shaped so that they join together the desired, in amplitude, phase and polarization shaped laser pulse.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses parallelen Aufbaus ist es denkbar, einen der beiden Teilpulse im Durchlauf durch das Modulatorelement zusätzlich zu der gewünschten Pulsformung in der Polarisation um 90° zu drehen.at an advantageous embodiment of this parallel structure it is conceivable, one of the two partial pulses in the passage through the modulator element additionally to the desired Pulse shaping in the polarization by 90 ° to rotate.
Gemäß einer anderen bevorzugten Variante des parallelen Aufbaus tritt im Gegensatz zu dem seriellen Aufbau keine polarisationsabhängige Strahlabschwächung am Gitter auf, und es wird eine höhere Intensität insbesondere bei hoher Modulationsauflösung nutzbar. Dabei ist bei dem parallelen Pulsformer im Strahlengang des ersten oder des zweiten Teilpulses ein die Polarisierung des ersten oder des zweiten Teilpulses drehendes Element vorgesehen, das beispielsweise durch eine λ/2-Platte oder ein Periskop ausgebildet ist und eine Drehung der Polarisierung des ersten oder des zweiten Teilpulses um 90° bewirkt. Das polarisierende Element ist dabei bevorzugt nach dem letzten Gitter im Strahlengang des Laserpulses angeordnet, um eine polarisationsabhängige Strahlabschwächung am Gitter zu vermeiden.According to one another preferred variant of the parallel construction occurs in contrast to the serial structure no polarization dependent beam attenuation at Grid on, and it gets a higher intensity usable especially at high modulation resolution. It is at the parallel pulse shaper in the beam path of the first or the second Partial pulse is a polarizing the first or the second partial pulse rotating Element provided, for example, by a λ / 2 plate or a periscope is formed and a rotation of the polarization causes the first or the second partial pulse by 90 °. The polarizing element is preferred after the last grid in the beam path of the Laser pulse arranged to a polarization-dependent beam attenuation at To avoid lattice.
Das polarisierende Element ist vorteilhaft als polarisierender Strahlteiler ausgebildet, der eine erste Polarisierungskomponente des ersten oder zweiten Teilpulses transmittiert und eine zweite, senkrecht zur ersten gerichtete Polarisierungskomponente des ersten oder zweiten Teilpulses reflektiert. Der erste und zweite Teilpuls fallen dann senkrecht zueinander auf den polarisierenden Strahlteiler so ein, dass der polarisierende Strahlteiler die erste Polarisierungskomponente des ersten oder zweiten Teilpuls transmittiert und die zweite Polarisierungskomponente des anderen Teilpuls reflektiert und durch räumliche Überlagerung der Polarisierungskomponenten beider Teilpulse zu einem geformten Laserpuls vereint.The polarizing element is advantageous as a polarizing beam splitter formed, the a first polarization component of the first or second partial pulse transmitted and a second, vertical to the first directional polarization component of the first or second Partial pulse reflected. The first and second partial pulses then fall perpendicular to each other on the polarizing beam splitter so a the polarizing beam splitter is the first polarization component of the first or second sub-pulse and transmits the second polarization component of the other partial pulse reflected and by spatial superposition of the polarization components both partial pulses combined to form a shaped laser pulse.
Bei den unterschiedlichen Varianten des seriellen oder parallelen Pulsformers können vorteilhaft reflektierende Elemente, insbesondere in Form von Spiegeln, vorgesehen sein, die den Laserpuls so reflektieren, dass der Laserpuls bzw. dessen spektrale Anteile die Modulatorelemente in den dafür vorgesehenen Abschnitten durchlaufen. Die reflektierenden Elemente lenken und definieren somit den Strahlengang des Laserpulses.at the different variants of the serial or parallel pulse shaper can advantageous reflective elements, in particular in the form of mirrors, be provided, which reflect the laser pulse so that the laser pulse or its spectral components, the modulator elements in the space provided Go through sections. Steer the reflective elements and thus define the beam path of the laser pulse.
Darüber hinaus wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Erzeugung geformter Laserpulse mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst.Furthermore The object is also shaped by a method of generating Laser pulses with the features of claim 21 solved.
Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass mittels des mindestens einen Modulatorelementes und mindestens eines im Strahlengang des Laserpulses angeordneten polarisierenden Elementes, das eine Polarisierungskomponente aus dem einfallenden Laserpuls herausfiltert, der Laserpuls in Amplitude, Phase und Polarisation unabhängig voneinander geformt wird. Das Verfahren ist hierbei insbesondere unter Verwendung der vorangehend beschriebenen Vorrichtung durchführbar, die unter Verwendung mindestens eines Modulatorelementes und mindestens eines polarisierenden Elementes den Laserpuls in Amplitude, Phase und Polarisation formt, wobei – wie oben erläutert – sowohl ein paralleler als auch serieller Aufbau des Pulsformers verwendet werden kann.According to the invention, it is provided in the method that by means of the at least one modulator Lementes and at least one arranged in the beam path of the laser pulse polarizing element that filters out a polarization component of the incident laser pulse, the laser pulse in amplitude, phase and polarization is formed independently. In this case, the method can be carried out in particular using the device described above, which forms the laser pulse in amplitude, phase and polarization using at least one modulator element and at least one polarizing element, wherein - as explained above - uses both a parallel and serial structure of the pulse shaper can be.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Formung von ultrakurzen Laserpulsen im Femtosekundenbereich einsetzbar und eröffnet vielseitige Einsatzmöglichkeiten. Beispielsweise lassen sich mittels des Verfahrens geformte Laserpulse zur Untersuchung multi-photonischer Wechselwirkungen anwenden, bei denen sich die einzelnen Übergangsdipolmomente von Molekülen in ihrer Richtung unterscheiden. Die beliebige Modulation der Polarisation, insbesondere die freie Einstellung der Richtungen der großen Hauptachse bei einer elliptischen Polarisation kann hierbei beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die bei einem physikalischen Prozess beteiligten Übergangsdipolmomente eines Moleküls, die mittels geformter Laserpulse gesteuert werden sollen, nicht parallel oder senkrecht zueinander ausgerichtet sind (z. B. bei Anregung in komplexeren Molekülen oder bei Umisomerisierungen) und somit für eine effektive Anregung ein Laserpuls mit unterschiedlich ausgerichteten Polarisationsrichtungen erforderlich ist. Mittels Modulation der Amplitude, Phase und Polarisation kann dann der Laserpuls optimal geformt und in optimaler Weise den anzuregenden Molekülen angepasst werden, um eine exakte Beeinflussung der Wellenpaketdynamik innerhalb der Moleküle zu ermöglichen, wobei auch größere, beispielsweise biologische Moleküle (Proteine, Nukleotide, usw.) mit ihren komplexen Anregungsspektren mit derartig erzeugten Laserpulsen untersucht werden können, um molekülspezifische Informationen über deren Wellenpaketdynamik, elektronische Struktur oder dergleichen zu erhalten. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können hierbei die Dynamik bis hin zu Strukturänderungen und zum gewollten Bindungsbruch solcher Moleküle gesteuert werden und auch Enatiomere der vielfach chiralen biologischen Moleküle durch optimierte, elliptisch polarisierte Laserpulse beeinflusst und umgewandelt werden. Darüber hinaus ist auch ein Einsatz solcher geformter Laserpulse für medizinische Anwendungen denkbar, wobei durch Verwendung besonders geformter Laserpulse z. B. im Bereich des Auges oder der Haut gezielte Veränderungen der molekularen Struktur herbeigeführt werden können.The inventive method is in particular for forming ultrashort laser pulses in the femtosecond range can be used and opened versatile uses. For example, laser pulses shaped by the method can be used to investigate multi-photonic interactions in which the individual transition dipole moments of molecules differ in their direction. Any modulation of polarization, in particular the free adjustment of the directions of the major axis at an elliptical polarization can be advantageous, for example when the transition dipole moments involved in a physical process a molecule, which are to be controlled by means of shaped laser pulses, not aligned parallel or perpendicular to each other (eg at Excitation in more complex molecules or at Umisomerisierungen) and thus for an effective excitation Laser pulse with differently oriented polarization directions is required. By modulating the amplitude, phase and polarization can then optimally shaped the laser pulse and optimally the adapted to be stimulated molecules be to accurately affect the wave packet dynamics within of the molecules to enable although larger, for example biological molecules (Proteins, nucleotides, etc.) with their complex excitation spectra can be examined with such generated laser pulses to molecule-specific information about their wave packet dynamics, electronic structure or the like to obtain. By means of the method according to the invention can hereby the dynamics up to structural changes and to the deliberate bond breaking of such molecules, and also Enantiomers of multi-chiral biological molecules optimized, elliptically polarized laser pulses are influenced and converted become. About that In addition, there is also a use of such shaped laser pulses for medical Applications conceivable, whereby by using specially shaped Laser pulses z. B. in the area of the eye or the skin targeted changes the molecular structure can be brought about.
Ein weiteres mögliches Einsatzgebiet solch geformter Laserpulse ergibt sich zur Informationsübertragung, wobei die Information durch Formung der Amplitude, Phase und Polarisation als Funktion der Zeit in dem Laserpuls kodiert und durch Übertragung des Laserpulses an einen Empfänger übermittelt wird. Die in einem Laserpuls übertragbare Informationsmenge ist hierbei unter anderem durch die Ausgestaltung der Modulatorelemente bestimmt. Denkbar wäre sogar, mit Pulsformungsgeräten einer hohen Auflösung die fundamentale Grenze der Beeinflussung jeder einzelnen Lasermode zu erreichen und damit den maximal möglichen Informationsgehalt des Laserpulses zur Informationsübertragung auszunutzen.One further possible Field of application of such shaped laser pulses results in the transmission of information, the information being by shaping the amplitude, phase and polarization encoded as a function of time in the laser pulse and by transmission of the laser pulse transmitted to a receiver becomes. The transferable in a laser pulse Quantity of information is here among other things by the design the modulator elements determined. It would even be conceivable to use pulse shaping devices high resolution the fundamental limit of influencing every single laser mode to achieve and thus the maximum possible information content the laser pulse for information transmission exploit.
Bevorzugt werden zur Durchführung des Verfahrens Modulatorelemente verwendet, die in unabhängig voneinander ansteuerbare Pixel gegliedert sind, die entlang einer senkrecht zum Strahlengang des Laserpulses gerichteten Richtung versetzt angeordnet sind und zur Einstellung der spektralen Anteile des Laserpulses durch vorgebbare Ansteuerparameter gesteuert werden. Jedes Pixel des mindestens einen Modulatorelementes ist hierbei einem spektralen Anteil des Laserpulses zugeordnet und formt einen spektralen Anteil des Laserpulses bei zusätzlicher Verwendung mindestens eines polarisierenden Elementes in Amplitude, Phase und Polarisation. Mittels der Ansteuerungsparameter, die bei Verwendung von Flüssigkeitsarrays Spannungswerten zur Ansteuerung der Pixel darstellen, wird dann für jedes Pixel eine Phasendifferenz zwischen zwei Polarisierungskomponenten vorgegeben, die die Polarisation des dem Pixel zugeordneten spektralen Anteils des Laserpulses bestimmt. Durch die Formung der spektralen Anteile wird der Laserpuls somit im Frequenzbereich geformt, wodurch im Rahmen der verfügbaren Bandbreite beliebige zeitlich veränderliche Pulsformen einstellbar sind.Prefers be carried out of the method modulator elements used in independently of each other controllable pixels are articulated along a perpendicular arranged offset to the beam path of the laser pulse direction are and for adjusting the spectral components of the laser pulse through Predeterminable control parameters are controlled. Every pixel of the at least a modulator element is in this case a spectral component of Assigned laser pulses and forms a spectral portion of the laser pulse at additional Use of at least one polarizing element in amplitude, Phase and polarization. By means of the driving parameters, at Use of liquid arrays Voltage values to drive the pixels, then becomes for each Pixel a phase difference between two polarization components given the polarization of the spectral associated with the pixel Proportion of the laser pulse determined. By shaping the spectral Shares the laser pulse is thus formed in the frequency domain, which within the available Bandwidth arbitrary time-varying pulse shapes adjustable are.
Zur Formung des Laserpulses können der Verlauf der Amplitude, Phase und Polarisation des Laserpulses als Funktion der Zeit vorgegeben werden, hieraus die Ansteuerungsparameter zur Steuerung der Pixel des mindestens einen Modulatorelementes bestimmt werden und die Pixel des mindestens einen Modulatorelementes mit den Ansteuerungsparametern gesteuert werden. Insbesondere kann auf diese Weise der Verlauf der Amplitude, Phase und Polarisation des Laserpulses als Funktion der Zeit parametrisch vorgegeben werden, indem Unterpulse spezifiziert werden, die dann zusammengesetzt den geformten Laserpuls ausbilden.to Forming the laser pulse can the course of the amplitude, phase and polarization of the laser pulse be given as a function of time, from this the driving parameters for controlling the pixels of the at least one modulator element be determined and the pixels of the at least one modulator element be controlled with the drive parameters. In particular, can in this way the course of the amplitude, phase and polarization the laser pulse are given parametrically as a function of time, by specifying subpulses then composing the train shaped laser pulse.
Mit dem Verfahren lassen sich somit vom Benutzer vorwählbare parametrisch definierte Pulsformen des Laserpulses hinsichtlich Amplitude, Phase und Polarisation realisieren, bei denen intuitiv verständliche und physikalisch relevante Parameter, insbesondere die Unterpulse definierende Parameter wie Unterpulspulsintensitäten, -abstände, -chirps, -phasendifferenzen und -polarisationen sowie spektrale Phasen-, Amplituden- und Polarisationsmuster usw. innerhalb der apparativen Begrenzungen vorgegeben und eingestellt werden können. Dies erlaubt die Herstellung von ultrakurzen Laserpulsen, die Untersuchungen von Chirpabhängigkeiten, phasengekoppelte Pump-Probe-Messungen, Messungen abhängig von den Parametern der erzeugten Unterpulse, Messungen abhängig von der Polarisationsart, -richtung und der elliptischen Exzentrizität, Messungen in Abhängigkeit von spektral angepassten Frequenzmustern zur selektiven Anregung von Schwingungsniveaus oder dergleichen. Wesentlicher Vorteil der parametrischen Vorgabe des einzustellenden Laserpulses ist hierbei die Verwendung intuitiv verständlicher, physikalisch relevanter Parameter sowie die Benutzerfreundlichkeit und die Einfachheit, die eine Vorgabe hochkomplexer Pulsformen mittels Spezifikation von einigen wenigen Parametern zur Definition der Unterpulse erlaubt.The method thus allows user-selectable parametrically defined pulse shapes of the laser pulse in terms of amplitude, phase and polarization realize in which intuitively understandable and physically relevant parameters, especially subpulse defining parameters such as sub-pulse intensities, distances, chirps, phase differences and polarizations and spectral phase, amplitude and polarization patterns, etc. within the apparatus limits can be specified and adjusted. This allows the production of ultrashort laser pulses, the analysis of chirp dependencies, phase-coupled pump-probe measurements, measurements dependent on the parameters of the generated subpulses, measurements depending on the polarization type, direction and the elliptical eccentricity, measurements depending on spectrally adjusted frequency patterns selective excitation of vibration levels or the like. An essential advantage of the parametric specification of the laser pulse to be set is the use of intuitively understandable, physically relevant parameters as well as the ease of use and the simplicity, which allows a specification of highly complex pulse shapes by specifying a few parameters to define the subpulses.
Die Bestimmung der Ansteuerparameter aus den als Funktion der Zeit vorgegebenen Verläufen der Amplitude, Phase und Polarisation, die die Pulsform des Laserpulses beschreibt, erfolgt für den seriellen und den parallelen Aufbau des Pulsformers jeweils durch Verwendung von Modulationsfunktionen, die die Modulation des Laserpulses in Abhängigkeit von den Ansteuerparametern angeben und abhängig sind vom Aufbau des Pulsformers. Durch Umkehrung der Modulationsfunktionen sind aus der als Funktion der Zeit vorgegebenen Pulsform die erforderlichen Ansteuerparameter für die Pixel der verwendeten Modulatorelemente eindeutig bestimmbar.The Determination of the control parameters from the given as a function of time courses the amplitude, phase and polarization, which is the pulse shape of the laser pulse describes is done for the serial and the parallel structure of the pulse shaper, respectively by using modulation functions that modulate the Laser pulses in dependence specify the drive parameters and are dependent on the structure of the pulse shaper. By reversing the modulation functions are off as a function the time specified pulse shape the required control parameters for the Pixels of the modulator elements used can be determined uniquely.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der in Amplitude, Phase und Polarisation geformte Laserpuls zur Wechselwirkung mit einem Stoff – beispielsweise zur Anregung eines Stoffes – verwendet, ein durch die Wechselwirkung erzeugtes Anregungssignal erfasst und anhand des Anregungssignals der geformte Laserpuls optimiert. Auf diese Weise wird der geformte Laserpuls somit anhand eines Anregungssignals, also aufgrund einer konkreten Anwendung optimiert und somit der für die Anwendung optimal geformte Laserpuls eingestellt.In a further advantageous embodiment of the method is the In amplitude, phase and polarization shaped laser pulse to interact with a substance - for example to excite a substance - used, detects an excitation signal generated by the interaction and optimized based on the excitation signal of the shaped laser pulse. On In this way, the shaped laser pulse is thus determined on the basis of an excitation signal. So optimized due to a specific application and thus the for the Application optimally shaped laser pulse set.
Bevorzugt erfolgt die Optimierung hierbei iterativ, indem Anfangswerte für die Ansteuerungsparameter vorgegeben werden, das durch den so geformten Laserpuls erzeugte Anregungssignal erfasst wird und die Ansteuerungsparameter iterativ zur Optimierung des Laserpulses anhand des Anregungssignals angepasst werden. Die iterative Optimierung kann dabei auch anhand des parametrisch vorgegebenen und im Rahmen der Optimierung anzupassenden Verlaufs der Amplitude, Phase und Polarisation des Laserpulses als Funktion der Zeit vorgenommen werden. Die Verwendung der parametrischen Spezifikation des Laserpulses ermöglicht so eine erhebliche Einschränkung des Suchraums, da nicht die gesamte Schar der Ansteuerungsparameter selbst variiert und optimiert wird, sondern die zu optimierenden Größen auf wenige, den Laserpuls beschreibende Parameter reduziert wird, wodurch die Anzahl der erforderlichen Iterationen und somit die Optimierungszeit erheblich verringert werden kann. Beispielsweise ist auf diese Weise eine Optimierung des Laserpulses in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand, Ausrichtung oder Amplitude zwischen den den Laserpuls ausbildenden Unterpulsen oder der Polarisation der Unterpulse möglich.Prefers the optimization is done iteratively by setting initial values for the control parameters become the excitation signal generated by the thus shaped laser pulse is detected and the driving parameters iterative for optimization the laser pulse are adjusted based on the excitation signal. The iterative optimization can also be based on the parametrically predetermined and the course of the amplitude to be adjusted as part of the optimization, Phase and polarization of the laser pulse made as a function of time become. The use of the parametric specification of the laser pulse allows such a significant limitation of the search space, since not the whole bunch of the drive parameters themselves is varied and optimized, but on the sizes to be optimized a few, the laser pulse descriptive parameter is reduced, which the number of required iterations and thus the optimization time can be significantly reduced. For example, in this way an optimization of the laser pulse as a function of the time interval, Alignment or amplitude between the laser pulse forming Subpulses or the polarization of the subpulses possible.
Die iterative Optimierung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung hierbei insbesondere mittels eines evolutionären Algorithmus erfolgen.The iterative optimization may be in an advantageous embodiment in particular by means of an evolutionary algorithm.
Bei Verwendung des vorangehend beschriebenen Pulsformers können polarisationsabhängige und/oder frequenzabhängige Effekte auftreten, die beispielsweise durch die Eigenschaften der verwendeten optischen Gitter und/oder die Zylinderlinsen oder -spiegel des Pulsformers bedingt sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist daher vorgesehen, solche Polarisationsabhängigkeiten und Frequenzabhängigkeiten durch eine Anpassung der Ansteuerungsparameter des mindestens einen Modulatorelementes zu korrigieren.at Using the pulse shaper described above, polarization-dependent and / or frequency-dependent Effects occur, for example, due to the properties of the used optical grating and / or the cylindrical lenses or mirrors of the pulse shaper are conditional. In an advantageous embodiment of the method is therefore provided, such polarization dependencies and frequency dependencies by an adaptation of the activation parameters of the at least one Correct modulator element.
Die Aufgabe wird darüber hinaus auch durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 36 gelöst, das zur Steuerung der Modulatorelemente bei der Durchführung des vorangehend beschriebenen Verfahrens dient, einem Benutzer die Einstellung der gewünschten Pulsform erlaubt, die Umrechnung der Pulsform in die zu verwendenden Ansteuerparameter vornimmt und eine Optimierung der Pulsform hinsichtlich eines Messsignals ermöglicht. Das Computerprogramm zur Steuerung des optischen Systems stellt somit eine Schnittstelle dar, die eine einfache und bedienerfreundliche Handhabung der Vorrichtung zur Herstellung geformter Laserpulse gewährleistet.The Task is about it in addition, by a computer program with the features of the claim 36 solved, to control the modulator elements in the implementation of previously described method is a user setting the desired Pulse shape allows to convert the pulse shape into the one to be used Actuates parameters and an optimization of the pulse shape in terms allows a measurement signal. The computer program for controlling the optical system provides thus an interface that is simple and easy to use Handling of the device for producing shaped laser pulses guaranteed.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:The idea underlying the invention will be illustrated below with reference to the figures th embodiments will be explained in more detail. Show it:
Grundlegender
Erfindungsgedanke ist, dass ein Laserpuls L in Amplitude, Phase
und Polarisation zeitlich veränderlich
geformt wird, wobei die Formung durch den Pulsformer
Verschiedene
Ausgestaltungen eines solchen Pulsformers sind denkbar.
Die
dargestellten Anordnungen zur Pulsformung verwenden eine Kompressorgitteranordnung
(auch bezeichnet als Nulldispersionskompressor), bei der ein Laserpuls
L durch optische Gitter
Die
Formung des Laserpulses L beim Durchlauf durch den Pulsformer
Bei den Flüssigkeitskristallarrays handelt es sich um doppelbrechende, in zellenförmige Pixel gegliederte Strukturen, die nematische Flüssigkristalle verwenden, die sich durch Einwirkung einer angelegten Spannung ausrichten und somit den Brechungsindex der Strukturen bzw. der einzelnen Pixel der Strukturen für eine Polarisierungskomponente des einfallenden Laserpulses L ändern. Auf diese Weise kann den Polarisierungskomponenten des Laserpulses L bzw. seiner spektralen Anteile eine Phasendifferenz aufgeprägt werden, mittels derer die Phase und Polarisation der spektralen Anteile des Laserpulses eingestellt wird.at the liquid crystal arrays these are birefringent structures arranged in cell-shaped pixels, the nematic liquid crystals use, which align themselves by the action of an applied voltage and thus the refractive index of the structures or the individual pixels the structures for change a polarization component of the incident laser pulse L. On this way, the polarization components of the laser pulse L or its spectral components, a phase difference is impressed, by means of which the phase and polarization of the spectral components of the laser pulse is set.
In
Der
serielle Pulsformer
Nach
den Modulatorelementen b, c gelangen die spektralen Anteile zu der
zweiten Zylinderlinse
Da
die Modulatorelemente a, b, c und der Polarisator
Um
eine Modulation der Phase, Amplitude und Polarisation des Laserpulses
L durch die Modulatorelemente a, b, c zu erreichen, ist es denkbar
und vorteilhaft, die optischen Achsen der Modulatorelemente a, b, c
unterschiedlich, beispielsweise alternierend auszurichten. Denkbar
ist beispielsweise eine Ausrichtung der optischen Achsen in der
x-y-Ebene (siehe
Andere
Ausgestaltungen des seriellen Pulsformers
Bei
der in
Im
Unterschied zu dem Aufbau gemäß
Auch
bei den Anordnungen gemäß
Nachfolgend
wird ein Pulsformer
In diesen Gleichungen stellen Ex,out, Ey,out die komplexen Komponenten des elektrischen Feldes des geformten Laserpulses L' bei einer Frequenz ω, also für einen spektralen Anteil des Laserpulses L', in x-Richtung (horizontale Komponente) bzw. in y-Richtung (vertikale Komponente) dar. Die Phase φ des Laserpulses L', die Transmission T, die die Polarisation bestimmende Phasendifferenz Δφ zwischen der vertikalen und horizontalen Komponente des geformten Laserpulses L' und die Amplituden Ax, A der Komponenten des Laserpulses ergeben sich hieraus zu φ = 0.5(ϕa+ ϕb+ ϕc + ϕd), T = cos2[0.5(ϕa – ϕb)], Δϕ = ±π/2 und Ax = cos[0.5(ϕa – ϕb)]cos[0.5(ϕc – ϕd)] und Ay = cos[0.5(ϕa– ϕb)]sin[0.5(ϕc – ϕd)], wobei ϕa, ϕb, ϕc und ϕd die eingestellten Phasenverzögerungen der jeweils der Frequenz ω zugeordneten Pixel der Modulatorelemente a, b, c, d bzw. deren Abschnitte a, b, c, d bezeichnen. Das die Elliptizität beschreibende Hauptachsenverhältnis B/A der eingestellten Polarisierungsellipse des Laserpulses L', die durch die Differenz der von den Flüssigkristallarrays (mit den optischen Achsen unter +45° und –45° zur Horizontalen) eingestellten Phasenverzögerungen Δϕ = ϕc – ϕd des Laserpulses L bestimmt ist, entspricht dabei B/A = |tan[Δϕ/2]|.In these equations, E x, out , E y, out represent the complex components of the electric field of the shaped laser pulse L 'at a frequency ω, ie for a spectral component of the laser pulse L', in the x-direction (horizontal component) y-direction (vertical component). The phase φ of the laser pulse L ', the transmission T, the polarization determining phase difference Δφ between the vertical and horizontal components of the shaped laser pulse L' and the amplitudes A x , A of the components of the laser pulse From this, φ = 0.5 (φ a + φ b + φ c + φ d ), T = cos 2 [0.5 (φ a - φ b )], Δφ = ± π / 2 and A x = cos [0.5 (φ a - φ b )] cos [0.5 (φ c - φ d )] and A y = cos [0.5 (φ a - φ b )] sin [0.5 (φ c - φ d )], where φ a , φ b , φ c and φ d denote the set phase delays of each of the frequency ω associated pixels of the modulator elements a, b, c, d and their sections a, b, c, d respectively. The ellipticity describing major axis ratio B / A of the set polarization ellipse of the laser pulse L ', by the difference of the liquid crystal arrays (with the optical axes at + 45 ° and -45 ° to the horizontal) set phase delays Δφ = φ c - φ d of the Laser pulse L is determined, this corresponds to B / A = | tan [Δφ / 2] |.
Werden
nur drei Modulatorelemente a, b, c bzw. vier in +45°, –45°, –45°, +45° ausgerichtete
Modulatorelemente a, b, c, d verwendet, so können die Amplitude, Phase und
Polarisation des Laserpulses L zwar unabhängig voneinander moduliert
werden. Die Ausrichtung der einstellbaren elliptischen Polarisation
ist aber dadurch beschränkt,
dass die Hauptachsen der Polarisierungsellipse in ihrer Richtung
festgelegt sind und nicht gedreht werden können. In den in Gleichungen
(1) bis (3) beschriebenen Fällen
sind die Hauptachsen der einstellbaren Polarisierungsellipse immer
in horizontaler oder vertikaler Richtung ausgerichtet, so dass die
mathematische Beschreibung der zugehörigen Polarisierungsellipsen,
die der so genannte Jonesvektor im elektrischen Feld durchläuft, lautet: oder in
anderer Form mit den
Hauptachsen A ≤ |Exmax| und B ≤ |Eymax|
und den maximalen Amplituden A1 = A2 des elektrischen Feldes unter +45° und –45° zur horizontalen
Richtung. Eine solche Polarisierungsellipse ist in
Ein
solcher serieller Pulsformer
Denkbar
für diesen
Fall der eingeschränkten
Modulation sind auch Ausführungsformen,
bei denen nur ein Modulatorelement mit drei Abschnitten verwendet
wird und der Laserpuls L durch Spiegel durch die Abschnitte des
Modulatorelementes geleitet wird. Nachteilig bei einer solchen Anordnung
ist, dass sich die Anzahl der notwendigen Beugungen an den optischen
Gittern
Wie beschrieben, reichen drei nacheinander durchlaufene Abschnitte mindestens eines Modulatorelementes mit dem Polarisator hinter dem ersten oder zweiten Abschnitt aus, um eine Formung in Phase, Amplitude und Polarisation durchzuführen. Eine beliebige Formung, insbesondere zur beliebigen Einstellung der Richtungen der großen Hauptachse der Polarisationsellipse, ist jedoch, wie vorangehend erklärt, so nicht möglich.As described, pass three consecutive sections at least a Modulatorelementes with the polarizer behind the first or second section out to a shaping in phase, amplitude and polarization perform. Any shaping, in particular for arbitrary adjustment the directions of the big ones Main axis of the polarization ellipse, however, is as above explained, not possible.
Um
eine beliebige Formung aller Laserpulsparameter zu ermöglichen,
sind mindestens vier unabhängige
Manipulationen des Laserpulses L durch ein Modulatorelemente mit
mehreren unabhängigen
Abschnitten a, b, c, d, e, f oder mehrere unabhängige Modulatorelemente a,
b, c, d, e, f notwendig, deren optische Achsen in bestimmter Weise
zueinander ausgerichtet sind. Verschiedene Möglichkeiten für die Ausrichtungen
der optischen Achsen der mindestens vier Modulatorelemente a, b,
c, d, e, f bzw. deren Abschnitte a, b, c, d, e, f sind denkbar,
z. B. unter Winkeln von 45°, –45°, 0°, 90° zur x-Richtung, wenn der
Polarisator
Die
mathematische Beschreibung für
einen Pulsformer
Mit
den derzeit kommerziell erhältlichen
Doppelflüssigkristallarrays
kann vorteilhaft ein in
Denkbar ist auch, mehrere separate Kompressoranordnungen mit jeweils ein bis drei Modulatorelementen zu verwenden, die nacheinander von dem Laserpuls L durchlaufen werden. Weiterhin können die optischen Achsen der mindestens vier Abschnitte a, b, c, d, e, f des mindestens einen Modulatorelementes gleich ausgerichtet und polarisationsdrehende Elemente im Strahlengang S des Laserpulses L angeordnet werden.Conceivable is also, several separate compressor arrangements each with one to use three modulator elements, one after the other from the Laser pulse L be traversed. Furthermore, the optical axes of the at least four sections a, b, c, d, e, f of the at least one Modulatorelementes aligned and polarization rotating Elements in the beam path S of the laser pulse L can be arranged.
Nachteilig
bei Anordnungen, bei denen der Laserpuls L den Pulsformer
Wie
vorangehend beschrieben, ist grundlegend eine beliebige Formung
der Amplitude, Phase und Polarisation des Laserpulses L und somit
eine beliebige Formung des Laserpulses L möglich. Die Formbarkeit des
Laserpulses ist hierbei jedoch abhängig von der Ausbildung des
Pulsformers
Wenn die Brechungsindices der optischen und der dazu senkrechten Achse der Modulatorelemente a, b, c, d für alle Spannungseinstellungen voneinander abweichen, ist es zur exakten Modulation insbesondere bei sehr kurzen Laserpulsen notwendig, zu jedem Modulatorelement a, b, c, d jeweils ein weiteres, mit seiner optischen Achse senkrecht dazu ausgerichtetes Modulatorelement hinzuzufügen. Diese zusätzlichen Modulatorelemente gleichen dann die sonst auftretenden zeitlichen Verschiebungen der Pulskomponenten aus.If the refractive indices of the optical and perpendicular axes the modulator elements a, b, c, d for all voltage settings differ from each other, it is the exact modulation especially at very short laser pulses necessary, to each modulator element a, b, c, d each one another, with its optical axis perpendicular to add aligned modulator element. This extra Modulator elements then resemble the otherwise occurring temporal Displacements of the pulse components.
Der
Laserpuls L ist vor Einfall in den Pulsformer
Die polarisationsabhängige Beugung kann beispielsweise durch Verwendung von Glasplatten, die unter dem Brewsterwinkel in den Strahlengang S gestellt werden, ausgeglichen werden, wie beispielsweise in T. Brixner und G. Gerber, Opt. Lett. 26 (2001) 557 beschrieben ist. Dies führt jedoch zu einer Intensitätsabschwächung des gesamten Laserpulses. Um diese Abschwächung zu vermeiden, kann die polarisationsabhängige Beugung des Laserpulses L auch vorteilhaft in die Erzeugung der Pulsformen, d. h. in die Ansteuerungsparameter zur Steuerung der einzelnen Pixel a1, a2, a3, ... etc., mit eingerechnet werden.The polarization dependent For example, diffraction can be achieved by using glass plates that be placed under the Brewster angle in the beam path S, balanced, as in T. Brixner and G. Gerber, Opt. Lett. 26 (2001) 557. However, this leads to a reduction in intensity of the entire laser pulse. To avoid this attenuation, the polarization-dependent diffraction the laser pulse L also advantageous in the generation of pulse shapes, d. H. into the drive parameters for controlling the individual pixels a1, a2, a3, ... etc., to be included.
Die
Intensität
der an den optischen Gittern gebeugten Laserpulskomponenten (Lx, Ly) ist polarisationsabhängig und
bewirkt eine Abweichung der eingestellten Elliptizität der Polarisation
von der gewünschten
Elliptizität.
Dieser Effekt vergrößert sich
normalerweise, wenn man Gitter mit kürzerem Gitterabstand und damit größerer Spektralaufspaltung
und höherer
Auflösung
verwendet, was in der Praxis die Modulationsauflösung begrenzt. Der Effekt der
polarisationsabhängigen
Beugung ist in
Dies
entspricht der nach dem Pulsformer
Die
auftretende Polarisationsabhängigkeit
der Intensität
des aus dem Pulsformer austretenden Laserpulses kann vorteilhaft
durch eine im folgenden beschriebene Einstellung der Ansteuerungsparameter
so korrigiert werden, dass keine Polarisationsabhängigkeit
mehr auftritt. Dazu wird durch eine geeignete Anpassung der Amplitudenmodulation
die Intensität
der stärkeren
Komponente auf den Wert der geringeren abgeschwächt, indem die eingestellte
Transmission mit der Funktion multipliziert
wird. Diese Funktion wird als Korrektur bei der Bestimmung der Ansteuerungsparameter
für die Modulatorelemente
a, b, c, d bzw. deren Pixel a1, a2, a3, ..., etc. berücksichtigt
und sorgt für
eine Angleichung der Intensität
beider Polarisierungskomponenten. In
In
Der
Laserpuls L fällt
hierbei in den Pulsformer
Bei
dem parallelen Pulsformer
Bei
dem parallelen Pulsformer
Dadurch,
dass der Laserpuls L in zwei Teilpulse Lx,
Ly aufgespaltet wird, die die Modulatorelemente ax,
bx, ay, by parallel durchlaufen, werden die Teilpulse Lx,
Ly unabhängig
voneinander in Amplitude und Phase moduliert, wobei der geformte
Laserpuls L' dann
durch Vereinigung der beiden Teilpulse Lx,
Ly durch den polarisierenden Strahlteiler
Dadurch,
dass die Teilpulse Lx, Ly bei
der parallelen Anordnung separat moduliert werden, erfordert der
parallele Pulsformer
Durch
die Integration zu einem parallelen Pulsformer, so wie in
Die
elektrischen Felder der durch den parallelen Pulsformer
Die
Polarisierungsellipse ist dann in der Richtung ihrer Hauptachsen
und ihrer Elliptizität,
so wie in
Die
Vorrichtung
Prinzipiell können zur Detektion der unter Umständen auf komplexe Weise geformten Laserpulse L' unterschiedliche Techniken eingesetzt werden. Wesentlich ist hierbei jedoch, dass zur Erfassung des in beliebiger Weise in seiner Polarisation geformten Laserpulses L' der Laserpuls L' in mindestens drei Polarisationsrichtungen ausgemessen wird. Dieses ist notwendig, da die Polarisierungsellipse des geformten Laserpulses L' prinzipiell beliebig ausgerichtet sein kann. Steht vorab fest, dass die Hauptachsen nicht gedreht und somit festgelegt sind, so ist auch die Messung lediglich zweier Polarisationsrichtungen ausreichend.in principle can for the detection of the circumstances In complex manner shaped laser pulses L 'different techniques used become. It is essential, however, that for the detection of in arbitrarily formed in its polarization laser pulse L 'of the laser pulse L' in at least three Polarization directions is measured. This is necessary since the polarization ellipse of the shaped laser pulse L 'in principle arbitrary can be aligned. First of all it is clear that the main axes are not rotated and thus fixed, so is the measurement only sufficient polarization directions.
Der
Detektor
Zur
Messung einer Polarisierungskomponente des geformten Laserpulses
L' in einer bestimmten
Polarisationsrichtung wird der Polarisator
Durch
die Wechselwirkung des geformten Laserpulses L' und des Referenzpulses LR in
dem Wechselwirkungselement
Der
Detektor gemäß
Bei
der Auswertung der gemessenen Polarisationsrichtungen muss prinzipiell
die durch die λ/2-Platte
Bei
einem Pulsformer
Bei beliebiger Ausrichtung der Polarisierungsellipse ist die Form des Laserpulses L' zwar auch durch die Aufnahme von Intensität und Phase in horizontaler und vertikaler Polarisationsrichtung bestimmt. Phasen und insbesondere Phasendifferenzen zwischen den einzelnen Polarisierungskomponenten sind jedoch nur sehr ungenau zu ermitteln. Daher sollte der Laserpuls L' noch in mindestens einer weiteren Polarisationsrichtung (beispielsweise unter einem Winkel von 45°) aufgenommen werden, um aus den Intensitäten Ih, Iv und I45 der drei Polarisierungskomponenten dann die Form der Polarisierungsellipse des Laserpulses L' als Funktion der Zeit über die Hauptachsen A, B und den Winkel γ der Hauptachse zur Horizontalen zu bestimmen, die sich ergeben zu: In any orientation of the polarization ellipse, the shape of the laser pulse L 'is indeed determined by the recording of intensity and phase in the horizontal and vertical polarization direction. However, phases and in particular phase differences between the individual polarization components can only be determined very inaccurately. Therefore, the laser pulse L 'should still be recorded in at least one further polarization direction (for example at an angle of 45 °) in order to use the intensities I h , I v and I 45 of the three polarization components as the function of the polarization ellipse of the laser pulse L' the time over the main axes A, B and the angle γ of the main axis to the horizontal, which result in:
Die Polarisierungsellipse und die Projektion auf eine beliebige Achse (unter einem Winkel θ) werden dabei durch die folgenden Gleichungen beschrieben: The polarization ellipse and the projection on any axis (at an angle θ) are described by the following equations:
Die
Ellipsenparameter A, B und γ können hierbei
auch analog durch einen numerischen Fit der experimentell erhaltenen
Intensitäten
der Polarisierungskomponenten an die Gleichung (15) gefunden werden.
Damit ist für
jeden Zeitpunkt innerhalb des Laserpulses L' die Polarisierungsellipse des elektrischen
Feldes ermittelbar und durch eine Auftragung der Polarisierungsellipse über der
Zeit die Form des Laserpulses L' graphisch darstellbar
(siehe
Um den Umlaufssinn der Polarisierungsellipse zu erhalten, kann entweder die (schwer zu ermittelnde) Phasendifferenz verwendet werden, es kann eine λ/4-Platte in den Laserstrahl eingesetzt werden, oder es können die unter den verschiedenen Richtungen aufgenommenen Spektren mit simulierten Spektren verglichen werden, wodurch der Umlaufsinn festgelegt ist.Around to get the sense of circulation of the polarization ellipse, either the (hard-to-find) phase difference can be used, it can be a λ / 4 plate be used in the laser beam, or it may be among the various Directions recorded spectra are compared with simulated spectra, whereby the sense of circulation is fixed.
Zwei
mittels des Detektors zu einem bestimmten Zeitpunkt erfasste Polarisierungsellipsen
M eines Laserpulses L' sind
graphisch in
Durch
den Pulsformer
Unterschiedliche Verfahren zur Bestimmung der Ansteuerungsparameter sind hierbei denkbar. Zum einen ist die Ermittlung der Ansteuerungsparameter im Rahmen eines iterativen Optimierungsverfahrens möglich. Beispielsweise kann initial eine Verteilung von Ansteuerungsparametern zur Ansteuerung der Pixel a1, a2, a3, ... etc der Modulatorelemente a, b, c, d, e, f bzw. ax, ay, bx, by vorgegeben werden, der so geformte Laserpuls L' in einer Anwendung, beispielsweise zur Anregung eines Moleküls, verwendet werden, hieraus ein Anregungssignal (Fitness) erfasst werden und durch Anpassung der Ansteuerungsparameter das Anregungssignal iterativ optimiert werden. Auf diese Weise werden iterativ die für eine jeweilige Anwendung optimalen Ansteuerungsparameter ermittelt.different Methods for determining the drive parameters are here conceivable. On the one hand, the determination of the activation parameters as part of an iterative optimization process possible. For example can initially a distribution of control parameters for control the pixels a1, a2, a3, ... etc of the modulator elements a, b, c, d, e, f or ax, ay, bx, by, the laser pulse thus formed L 'in one application, for example, to excite a molecule, used therefrom an excitation signal (fitness) can be detected and by adaptation the drive parameter iteratively optimizes the excitation signal become. In this way, the iterative for a particular application determined optimal control parameters.
Beispielsweise kann auf diese Weise der geformte Laserpuls L' mittels einer zufälligen Anfangseinstellung der Ansteuerungsparameter zur Ionisierung von Molekülen verwendet werden, wobei ein Anregungssignal in Form eines Ionensignals (Fitness) erfasst und iterativ optimiert wird. Die Anpassung der Ansteuerungsparameter kann hierbei durch zufällige Überkreuzung und Mutation im Rahmen eines evolutionären Algorithmus erfolgen, bei dem die geformten Laserpulse L auf die erhaltenen Ionensignale (Fitness) des gewünschten Clusters/Moleküls hin getestet werden und die entstehenden Ionen in einer Ionenoptik durch elektrostatische Felder abgezogen, mit einem Quadrupolmassenspektrometer selektiert und in einem Elektronenvervielfältiger detektiert werden. Nur eine bestimmte Anzahl von Laserpulsen L' mit der besten Fitness wird dann weiterverwendet um wiederum durch Überkreuzung der Elemente neue Ansteuerungsparameter zu erzeugen und weiter zu optimieren. Dieser iterative Ablauf wird so lange fortgeführt, bis sich die Fitness nicht mehr ändert und somit ein optimal geformter Laserpuls L' gefunden ist.For example In this way, the shaped laser pulse L 'can be determined by means of a random initial setting Activation parameters are used for the ionization of molecules, wherein detects an excitation signal in the form of an ion signal (fitness) and iteratively optimized. The adaptation of the control parameters can happen by accidental crossover and mutation as part of an evolutionary algorithm, at the shaped laser pulses L on the received ion signals (Fitness) of the desired cluster / molecule be and the resulting ions in an ionic optics by electrostatic fields subtracted, selected with a quadrupole mass spectrometer and detected in an electron multiplier become. Only a certain number of laser pulses L 'with the best fitness is then reused to turn new by crossing the elements To generate driving parameters and further optimize. This iterative process will continue until fitness fails more changes and thus an optimally shaped laser pulse L 'is found.
In
Um die Ansteuerungsparameter zur Erzeugung eines geformten Laserpulses L' vorzugeben, ist auch denkbar, die Pulsform des zu erzeugenden Laserpuls parametrisch als Funktion der Zeit vorzugeben und aus den parametrischen Vorgaben die zur Erzeugung des Laserpulses L' erforderlichen Ansteuerungsparameter zu ermitteln. Auf diese Weise ist es möglich, den Laserpuls L' auf für einen Anwender einfache und übersichtliche Weise zu definieren und anzugeben oder, im Rahmen eines Optimierungsverfahrens, den Suchraum erheblich einzuschränken.Around the drive parameters for generating a shaped laser pulse To pretend L 'is also conceivable, the pulse shape of the laser pulse to be generated parametrically as a function of time and from the parametric specifications the driving parameters required to generate the laser pulse L ' determine. In this way it is possible, the laser pulse L 'on for a Users simple and clear Way to define and indicate or, as part of an optimization process, significantly restrict the search space.
Die von einem Anwender vorgebbaren Parameter können hierbei insbesondere intuitiv verständliche Parameter sein. Beispielsweise kann ein Anwender Unterpulse vorgeben, aus denen ein Laserpuls zusammengesetzt werden soll und die durch Unterpulsintensitäten, -abstände, -chirps, -phasendifferenzen, -elliptizitäten, -helizitäten und -hauptachsenwinkeln definiert sind. Die Unterpulse stellen in diesem Zusammenhang einzelne elementare Pulse dar, die kombiniert werden können und so den gesamten Laserpuls ergeben. Darüber hinaus kann ein Anwender spektrale Phasen, Amplituden- und Polarisationsmuster vorgeben, aus denen dann mittels der Ansteuerungsparameter ein entsprechender Laserpuls L' erzeugt wird.The In this case, parameters predeterminable by a user can be particularly intuitive understandable parameters be. For example, a user may specify sub-pulses which a laser pulse is to be composed and which is controlled by subpulse intensities, distances, chirps, -phase differences, ellipticities, -helizitäten and main axis angles are defined. The subpulses set in In this context, individual elementary pulses that combines can be and thus give the entire laser pulse. In addition, a user can specify spectral phases, amplitude and polarization patterns, from which then by means of the control parameters a corresponding Laser pulse L 'generated becomes.
Beispiele
für so
erzeugte Laserpulse L' sind
in
Unter
Verwendung des Pulsformers
Zunächst wählt ein
Benutzer Pulsparameter wie z. B. Unterpulsabstände, -intensitäten, -chirps,
-phasendifferenzen sowie Umlaufrichtung (Helizität), Elliptizität oder dergleichen
für die
den zu erzeugenden Laserpuls L' ausbildenden
Unterpulse aus (Schritt
Anschließend wird
für jeden
Unterpuls die jeweilige Maximalintensität der beiden Komponenten des elektrischen
Feldes aus der Gesamtintensität
des Unterpulses und der Elliptizität errechnet (Schritt
Die
elektrischen Feldkomponenten werden dann in die zum Ansteuern der
einzelnen Modulatorelemente a, b, c, d notwendigen Ansteuerungsparameter
in Form von Spannungswerten umgerechnet (Schritte
Diese
Ausdrücke
gewinnt man durch Umstellen der Modulationsfunktion (siehe beispielsweise
Gleichung (1)) des elektrischen Feldes für den seriellen Pulsformer
gemäß
Alternativ können Ex,out(t) und Ey,out(t) auch ausschließlich durch Phasenmodulation in ihrer funktionalen Form rechnerisch simuliert werden (was Replika-Pulse in den einzelnen Komponenten zur Folge hat) und mittels Fourier-Transformation in die spektralen Anteile Ex,out(ω) und Ey,out(ω) umgerechnet werden. Durch Einsetzen der so gewonnenen theoretischen Komponenten Ex,out(ω) und Ey,out(ω) in die Gleichungen für die Phasenverzögerungen (Gleichung (20)) werden dann ausschließlich reelle Werte für die Phasenverzögerungen ϕc(ω) und ϕd(ω) erhalten, da die vorgewählten Pulsformen durch eine Intensitätsnormierung und die ausschließliche Phasenmodulation entsprechend vorab eingeschränkt worden sind.Alternatively, E x, out (t) and E y, out (t) can also be mathematically simulated by phase modulation in their functional form (resulting in replica pulses in the individual components) and by Fourier transformation into the spectral components E x, out (ω) and E y, out (ω) are converted. By substituting the thus-obtained theoretical components E x, out (ω) and E y, out (ω) into the equations for the phase delays (Equation (20)), then only real values for the phase delays φ c (ω) and φ d are obtained (ω), since the preselected pulse shapes have been correspondingly pre-limited by intensity normalization and exclusive phase modulation.
Bei
der Verwendung eines Pulsformers
Das Verwenden eines vierten, unter 45° zum dritten Modulatorelement c ausgerichteten Modulatorelementes d, wie vorangehend beschrieben, behebt diese Einschränkung und ermöglicht eine beliebige parametrische Modulation des Laserpulses L ohne Replika-Pulse. Das hierfür erforderliche Verfahren zur Einstellung der Pulsform läuft analog zu dem vorangehend beschriebenen Verfahren ab, wobei lediglich die Funktion für die Phasenverzögerungen (siehe Gleichung (20)) abhängig von Ex,out(ω), Ey,out(ω) und Ein(ω) angepasst werden müssen. Damit ist die gewünschte Pulsform, bei der auch die Hauptachsen der Polarisierungsellipse frei einstellbar sind, exakt nachbildbar, ohne dass sich Replika-Pulse ergeben.The use of a fourth modulator element d oriented at 45 ° to the third modulator element c, as described above, eliminates this limitation and allows any parametric modulation of the laser pulse L without replica pulses. The method for setting the pulse shape required for this purpose is analogous to the method described above, wherein only the function for the phase delays (see equation (20)) depends on E x, out (ω), E y, out (ω) and E must be adjusted in (ω). Thus, the desired pulse shape, in which the main axes of the polarization ellipse are freely adjustable, exactly replicable, without resulting in replica pulses.
Auf die vorangehend beschriebene Weise ist auch eine parametrische Formung eines Laserpulses L' im Spektralbereich möglich, bei der gewünschte Frequenzmuster (z. B. schmale gaussförmige Spitzen mit variablen Intensitäten und Abständen im Frequenzbereich) eingestellt werden, wobei die Formung im Frequenzbereich hierbei jedoch auf die Bandbreite des zu formenden Laserpulses L beschränkt ist. Beispielsweise im Frequenzbereich eingestellte Spitzen lassen sich vorteilhaft dafür verwenden, (vibronische) Übergänge in Molekülen im Rahmen einer Optimierung zu suchen, oder bestimmte bereits bekannte Übergänge in einer Optimierung oder einer gewollten Pulsform zu erlauben (oder zu verbieten). Dies eröffnet neuartige Möglichkeiten einer gezielten Beeinflussung von molekularen Prozessen.On the manner described above is also a parametric shaping a laser pulse L 'im Spectral range possible, at the desired Frequency patterns (eg narrow gauss-shaped peaks with variable intensities and distances in the frequency domain), the shaping in the frequency domain but here on the bandwidth of the laser pulse to be formed L limited is. For example, leave peaks set in the frequency range beneficial for that use, (vibronic) transitions in molecules in the frame to look for an optimization, or certain already known transitions in one To allow (or forbid) optimization or a desired pulse shape. This opens novel possibilities of a targeted influencing of molecular processes.
Ein
analoges, übersichtsmäßig in
Hier
wählt der
Benutzer zunächst
die Pulsparameter zur parametrischen Definition des zu erzeugenden
Laserpulses L' aus
(Schritt
Für jeden
Unterpuls wird daraufhin das Amplitudenverhältnis sowie die Phasendifferenz Δϕ zwischen
den Phasen beider Komponenten des elektrischen Feldes eingestellt (Schritt
Aus
den Komponenten des elektrischen Feldes werden dann Filterfunktionen
für die
Teilpulse Lx', Ly' errechnet (Schritt
Auch ein beliebiger, vom Benutzer gewünschter zeitlicher oder spektraler Verlauf der Pulsform (z. B. hinsichtlich der Polarisationsrichtung, der Elliptizität oder des Phasenverlaufs) innerhalb des Pulses oder Unterpulses kann mit den vorgestellten Methoden für den seriellen und den parallelen Aufbau realisiert werden. Der Benutzer kann hierzu die Pulsform (zum Beispiel durch Eingabe eines funktionalen Zusammenhangs oder Einstellung einer beliebigen polynominalen Form) nach seinen Wünschen gestalten.Also any one desired by the user temporal or spectral course of the pulse shape (eg with regard to the polarization direction, the ellipticity or the phase characteristic) within the pulse or subpulse can be presented with the Methods for the serial and the parallel structure can be realized. The user can do this the pulse shape (for example, by entering a functional Context or setting of any polynomial form) according to his wishes shape.
Vorteilhafterweise
wird das Verfahren zur Ermittelung der Ansteuerungsparameter für den seriellen und
den parallelen Pulsformer hierbei mittels eines Computerprogramms
implementiert, dass die Ansteuerungsparameter aus den Benutzereingaben
errechnet und die Modulatorelemente zur Erzeugung des gewünschten
Laserpulses L' ansteuert.
Das Computerprogramm kann dabei so ausgestaltet sein, dass einem Benutzer
die Eingabe von Unterpulsparametern zur Definition der den Laserpuls
ausbildenden Unterpulse ermöglicht
wird, indem beispielsweise die Position, die Energie, die Phase, das
Verhältnis
der Hauptachsen B/A, die Umlaufrichtung (Helizität), der Winkel der großen Hauptachse
relativ zur Horizontalen, ein linearer, quadratischer oder kubischer
Chirp des jeweiligen Unterpulses eingegeben werden kann, daraus
die Pulsform des zu erzeugenden Laserpulses L' errechnet und dargestellt wird (insbesondere
in dreidimensionaler Form, analog
- – sind oben links Unterpulsparameter einzugeben, nämlich die Position, Energie, konstante Phase, Verhältnis der Hauptachsen B/A, Umlaufrichtung (Helizität), Winkel der großen Hauptachse relativ zur Horizontalen, linearer, quadratischer und kubischer Chirp für die jeweiligen Unterpulse,
- – besteht oben rechts die Möglichkeit, sich die Variation eines eingestellten Parameters des Laserpulses, beispielsweise den Winkel der großen Hauptachse zur Horizontalen (Major Axis Angle) in Form eines Meßsignals anzeigen zu lassen und
- – werden unten die aus den Parametern errechneten dreidimensionalen Pulsformen dargestellt, wobei auch andere Darstellungen der Pulsform wie z. B. die zeitliche oder spektrale Intensität, Amplitude, Phase oder dergleichen ausgewählt werden können.
- - Enter sub-pulse parameters at the top left, namely the position, energy, constant phase, ratio of the major axes B / A, helical direction, angle of the major axis relative to the horizontal, linear, quadratic and cubic chirp for the respective subpulses.
- - There is the possibility to see the variation of a set parameter of the laser pulse, such as the angle of the major axis to the horizontal (Major Axis Angle) in the form of a measured signal, and
- - Below are calculated from the parameters calculated three-dimensional pulse shapes, with other representations of the pulse shape such. B. the temporal or spectral intensity, amplitude, phase or the like can be selected.
Die Eingabemaske erlaubt somit einen instruktiven Vergleich mit der nach Ansteuerung des Pulsformungsgerätes und Durchführung der Detektion tatsächlich gemessenen Pulsform des Laserpulses, die in der Benutzeroberfläche ebenfalls dargestellt werden kann.The Input mask thus allows an instructive comparison with the after activation of the pulse shaping device and implementation of the Detection indeed measured pulse shape of the laser pulse, which in the user interface also can be represented.
Denkbar und vorteilhaft ist auch, eine iterative Optimierung des erzeugten Laserpulses L' mittels der parametrischen Definition des Laserpulses L' vorzunehmen. Auf diese Weise kann der Suchraum und somit die Anzahl der erforderlichen Iterationen erheblich reduziert werden. Beispielsweise kann so eine Optimierung erfolgen, indem iterativ der Abstand zwischen Unterpulsen und/oder die Ausrichtung der Polarisierungsellipsen der Unterpulse angepasst und optimiert wird. Als Ergebnis der Optimierung können dann physikalisch unmittelbar interpretierbare Parameter angeben werden, die auch Rückschlüsse auf die jeweilige Anwendung zulassen. Beispielsweise ist es denkbar, dass durch mittels der Optimierung ermittelte Polarisationsrichtungen der unterschiedlichen Unterpulse des Laserpulses L' auf die Ausrichtung der durch den Laserpuls L' angeregten Moleküle zurück geschlossen werden kann.Conceivable and also advantageous is an iterative optimization of the generated Laser pulses L 'means the parametric definition of the laser pulse L 'make. In this way, the Search space and thus the number of required iterations considerably be reduced. For example, such an optimization can take place by iteratively the distance between sub-pulses and / or the orientation adapted and optimized the polarization ellipses of the subpulses becomes. As a result, the optimization can then be physically immediate interpretable parameters, which also draw conclusions allow the respective application. For example, it is conceivable that by means of the optimization determined polarization directions of the different sub-pulses of the laser pulse L 'on the orientation of the laser pulse L 'excited molecules closed back can be.
Die vorgestellte Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere sind Anordnungen denkbar, die hinsichtlich der verwendeten Bandbreite und Auflösung optimiert sind, indem Pulsformer mit einer größeren Anzahl von Modulatorelementen und/oder Pixeln pro Modulatorelement verwendet werden. Auf diese Weise können längere Pulsformen hergestellt werden, was eine genauere Anregung und Beeinflussung eines molekularen Systems über eine größere Zeitdauer ermöglicht.The presented invention is not on the previously described embodiments limited. In particular, arrangements are conceivable which, in terms of the used Bandwidth and resolution are optimized by pulse shaper with a larger number of modulator elements and / or pixels per modulator element. To this Way you can longer Pulse shapes are produced, giving a more accurate stimulation and influence of a molecular system over a longer period of time allows.
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 1010
- Pulsformerpulse shaper
- 101, 102101 102
- Gittergrid
- 111–112111-112
- Zylinderlinsecylindrical lens
- 120120
- Polarisatorpolarizer
- 121121
- Polarisierender Strahlteilerpolarizing beamsplitter
- 140140
- Spiegelmirror
- 141141
- Strahlteilerbeamsplitter
- 142, 142a, 142b, 142c142, 142a, 142b, 142c
- Polarisationsdrehendes ElementPolarization Wheeling element
- 143143
- Verstellbarer SpiegelAdjustable mirror
- 2020
- Detektordetector
- 220220
- Polarisatorpolarizer
- 240240
- Spiegelmirror
- 243243
- Verstellbarer SpiegelAdjustable mirror
- 250250
- PhasenretardiererPhasenretardierer
- 260260
- Linselens
- 270270
- WechselwirkungselementInteraction element
- 280280
- Auswerteinheitevaluation
- 3030
- Lasersystemlaser system
- 4040
- Spiegelmirror
- 41, 4241 42
- Strahlteilerbeamsplitter
- a, b, c, d, e, fa, b, c, d, e, f
- Modulatorelement bzw. Abschnitt eines Modulatorelementesmodulator element or section of a modulator element
- ax, ay, bx, byax, ay, bx, by
- Modulatorelement bzw. Abschnitt eines Modulatorelementesmodulator element or section of a modulator element
- a1, a2, a3a1, a2, a3
- Pixelpixel
- b1, b2, b3b1, b2, b3
- Pixelpixel
- c1, c2, c3c1 c2, c3
- Pixelpixel
- d1, d2, d3d1 d2, d3
- Pixelpixel
- A1, A2, Ax, Ay A 1 , A 2 , A x , A y
- Amplitudeamplitude
- FF
- Brennweitefocal length
- Ee
- Elektrisches Feldelectrical field
- KK
- WechselwirkungssignalInteraction signal
- LL
- Ungeformter Laserpulsunformed laser pulse
- L'L '
- Geformter Laserpulsmolded laser pulse
- LR L R
- Referenzpulsreference pulse
- Lx, Ly L x , L y
- Ungeformter Teilpulsunformed part pulse
- Lx', Ly'L x ', L y '
- Geformter Teilpulsmolded part pulse
- Lh L h
- Horizontale Polarisierungskomponentehorizontal polarization component
- Lv L v
- Vertikale Polarisierungskomponentevertical polarization component
- MM
- Gemessene Polarisierungsellipsemeasured polarization ellipse
- SS
- Strahlengangbeam path
- tt
- ZeitTime
- TT
- Theoretische Polarisierungsellipsetheoretical polarization ellipse
- VV
- Verschieberichtungdisplacement direction
- x, yx, y
- Achsenaxes
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Brixner, T. u.a.: "Adaptive shaping of femtosecond polarization profiles". In: J.Opt.Soc.Am.B, 2003, Vol.20, No.5, S.878-881 * |
Brixner, Tobias u.a.: "Femtosecond shaping of transverse and longitudinal light polarization". In: Optics Letters, 2004, Vol.29, No.18, S.2187-2189 * |
Brixner, Tobias u.a.: "Femtosecond shaping of transverse and longitudinal light polarization". In: Optics Letters, 2004, Vol.29, No.18, S.2187-2189 Brixner, T. u.a.: "Adaptive shaping of femtosecond polarization profiles". In: J.Opt.Soc.Am.B, 2003, Vol.20, No.5, S.878-881 Polachek,Lea u.a.: "Full control of the spectral polarization of ultrashort pulses". In: Optics Letters, 2006, Vol.31, No.5, S.631-633 |
Polachek,Lea u.a.: "Full control of the spectral polarization of ultrashort pulses". In: Optics Letters, 2006, Vol.31, No.5, S.631-633 * |
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