DE102006029035B4 - Apparatus and method for the production and detection in amplitude, phase and polarization of shaped laser pulses - Google Patents

Apparatus and method for the production and detection in amplitude, phase and polarization of shaped laser pulses Download PDF

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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 ...

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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:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines geformten Laserpulses; 1 a schematic representation of an apparatus for producing a shaped laser pulse;

2A–D schematische Darstellungen von vier unterschiedlichen Ausführungsformen eines seriellen Pulsformers; 2A -D schematic representations of four different embodiments of a serial pulse shaper;

3A–B graphische Darstellungen zweier Polarisierungsellipsen; 3A -B graphical representations of two polarization ellipses;

4A–B graphische Darstellungen der horizontalen und vertikalen Polarisierungskomponente in Abhängigkeit von der eingestellten Phasendifferenz für den nicht korrigierten und den korrigierten Fall; 4A -B plots the horizontal and vertical polarization components as a function of the adjusted phase difference for the uncorrected and the corrected case;

5A–B schematische Darstellungen zweier unterschiedlicher Ausführungsformen eines parallelen Pulsformers; 5A -B schematic representations of two different embodiments of a parallel pulse shaper;

6 eine schematische Darstellung eines Detektors zur Detektion von geformten Laserpulsen; 6 a schematic representation of a detector for detecting shaped laser pulses;

7A–B graphische Darstellungen der Polarisierungsellipsen zweier hergestellter und detektierter geformter Laserpulse; 7A -B plots of polarization ellipses of two prepared and detected shaped laser pulses;

8 eine graphische Darstellung des Optimierungsfaktors für einen in Phase und Amplitude optimierten Laserpuls und einen in Amplitude, Phase und Polarisation optimierten Laserpuls am Beispiel der Ionisierung von NaK; 8th a graphical representation of the optimization factor for a phase and amplitude optimized laser pulse and in amplitude, phase and polarization optimized laser pulse on the example of the ionization of NaK;

9A–H graphische Darstellungen unterschiedlicher in Amplitude, Phase und Polarisation geformter Laserpulse; 9A -H plots different laser pulses shaped in amplitude, phase and polarization;

10 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zur Bestimmung der Ansteuerungsparameter anhand von parametrischen Bedienereingaben unter Verwendung eines Pulsformers mit einem seriellen Aufbau gemäß 2A–D; 10 a schematic representation of the flow of a method for determining the driving parameters based on parametric operator inputs using a pulse shaper with a serial structure according to 2A -D;

11 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zur Bestimmung der Ansteuerungsparameter anhand von parametrischen Bedienereingaben unter Verwendung eines Pulsformers mit einem parallelen Aufbau gemäß 5A-B und 11 a schematic representation of the flow of a method for determining the driving parameters based on parametric operator inputs using a pulse shaper with a parallel structure according to 5A -Federation

12 eine graphische Darstellung einer interaktiven Benutzeroberfläche eines Computerprogramms zur Steuerung der Vorrichtung gemäß 1. 12 a graphical representation of an interactive user interface of a computer program for controlling the device according to 1 ,

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Herstellen geformter Laserpulse L', die ein Lasersystem 30 zur Erzeugung eines zu formenden Laserpulses L, einen Pulsformer 10 zur Formung des Laserpulses L zu einem geformten Laserpuls L' und einen Detektor 20 zur Detektion und Erfassung des geformten Laserpulses L' aufweist. Das Lasersystem 30 erzeugt hierbei den ungeformten Laserpuls L, dessen Amplitude, Phase und Polarisation durch das Lasersystem 30 bestimmt und nicht moduliert ist und dessen Pulslänge bevorzugt im Femtosekundenbereich liegt. Der ungeformte Laserpuls L wird hierbei durch das Lasersystem 30 emittiert und trifft auf einen ersten Strahlteiler 41, der den Laserpuls L teilweise transmittiert und teilweise reflektiert, wobei der reflektierte Teil als Referenzpuls LR über einen Spiegel 40 zu dem Detektor 20 gelangt und der transmittierte Teil des Laserpulses L über einen weiteren Spiegel 40 in den Pulsformer 10 einfällt. In dem Pulsformer 10 wird der Laserpuls L in Amplitude, Phase und Polarisation geformt und dann als geformter Laserpuls L' über einen weiteren Strahlteiler 42 ausgesendet und gelangt so zu einer Anwendung, in der der geformte Laserpuls L' beispielsweise zur Anregung von Molekülen eingesetzt wird. Durch den Strahlteiler 42, der den geformten Laserpuls L' teilweise reflektiert und teilweise transmittiert und beispielsweise auch als Klappspiegel ausgebildet sein kann, gelangt der durch den Pulsformer 10 geformte Laserpuls L' zu dem Detektor 20 und wird von diesem detektiert, wobei der Detektor 20 die durch Amplitude, Phase und Polarisation bestimmte Form des Laserpulses L' als Funktion der Zeit misst und aufnimmt. 1 shows a device 1 for making shaped laser pulses L ', which is a laser system 30 for generating a laser pulse L to be formed, a pulse shaper 10 for shaping the laser pulse L into a shaped laser pulse L 'and a detector 20 for detecting and detecting the shaped laser pulse L '. The laser system 30 in this case generates the unshaped laser pulse L, its amplitude, phase and polarization by the laser system 30 is determined and not modulated and whose pulse length is preferably in the femtosecond range. The unshaped laser pulse L is here by the laser system 30 emits and hits a first beam splitter 41 which partially transmits and partially reflects the laser pulse L, the reflected part being a reference pulse L R via a mirror 40 to the detector 20 passes and the transmitted part of the laser pulse L via another mirror 40 into the pulse shaper 10 incident. In the pulse shaper 10 The laser pulse L is formed in amplitude, phase and polarization and then as a shaped laser pulse L 'via another beam splitter 42 emitted and thus reaches an application in which the shaped laser pulse L 'is used for example for the excitation of molecules. Through the beam splitter 42 , which partially reflects the shaped laser pulse L 'and partially transmits and, for example, can also be designed as a folding mirror, passes through the pulse shaper 10 shaped laser pulse L 'to the detector 20 and is detected by this, wherein the detector 20 measures and records the shape of the laser pulse L 'determined by amplitude, phase and polarization as a function of time.

Grundlegender Erfindungsgedanke ist, dass ein Laserpuls L in Amplitude, Phase und Polarisation zeitlich veränderlich geformt wird, wobei die Formung durch den Pulsformer 10 erfolgt, der so ausgestaltet ist, dass ein ungeformter Laserpuls L in den Pulsformer 10 einfällt, in dem Pulsformer 10 verarbeitet wird und beim Durchlauf durch den Pulsformer 10 in Amplitude, Phase und Polarisation moduliert wird. Der Pulsformer 10 ist dabei so ausgelegt, dass er insbesondere für ultrakurze Laserpulse L im Femtosekundenbereich einsetzbar ist und eine Formung solcher Laserpulse L ermöglicht.The basic concept of the invention is that a laser pulse L is formed to be variable in time, in amplitude, phase and polarization, wherein the shaping by the pulse shaper 10 takes place, which is designed such that an unshaped laser pulse L in the pulse shaper 10 occurs in the pulse shaper 10 is processed and while passing through the pulse shaper 10 is modulated in amplitude, phase and polarization. The pulse shaper 10 is designed so that it can be used in particular for ultrashort laser pulses L in the femtosecond range is and a shaping of such laser pulses L allows.

Verschiedene Ausgestaltungen eines solchen Pulsformers sind denkbar. 2A2D zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen eines seriellen Pulsformers, während in 5A und 5B zwei Pulsformeranordnungen mit einem parallelen Aufbau dargestellt sind.Various embodiments of such a pulse shaper are conceivable. 2A - 2D show different embodiments of a serial pulse shaper, while in 5A and 5B two pulse shaper arrangements are shown with a parallel structure.

Die dargestellten Anordnungen zur Pulsformung verwenden eine Kompressorgitteranordnung (auch bezeichnet als Nulldispersionskompressor), bei der ein Laserpuls L durch optische Gitter 101, 102 aufgefächert und wieder gebündelt wird und Zylinderlinsen 111, 112 im Strahlengang S mit Abstand 2F zueinander angeordnet sind. Der Laserpuls L hat somit nach seinem Durchlauf durch den Pulsformer 10 im Idealfall, wenn die Formung durch die Abschnitte der Modulatorelemente a, b, c, d, e, f bzw. ax, ay, bx, by und den Polarisator 120, 121 vernachlässigt wird, die gleiche Form und Dauer wie zu Beginn. Eine Beeinflussung des Laserpulses L findet somit – bis auf eine real auftretende Intensitätsabschwächung – nicht statt.The illustrated arrangements for pulse shaping use a compressor grid arrangement (also referred to as a zero dispersion compressor) in which a laser pulse L through optical gratings 101 . 102 fanned out and bundled again and cylindrical lenses 111 . 112 in the beam path S at a distance 2F are arranged to each other. The laser pulse L thus has after its passage through the pulse shaper 10 Ideally, if the shaping by the sections of the modulator elements a, b, c, d, e, f or ax, ay, bx, by and the polarizer 120 . 121 is neglected, the same shape and duration as at the beginning. An influence of the laser pulse L thus does not take place - except for a real intensity attenuation.

Die Formung des Laserpulses L beim Durchlauf durch den Pulsformer 10 erfolgt allein durch die Abschnitte der Modulatorelemente a, b, c, d, e, f und den Polarisator 120, 121. Die Abschnitte der Modulatorelemente a, b, c, d, e, f können beispielsweise als Flüssigkeitskristallarrays aufgebaut sein, die senkrecht zum Strahlengang S und parallel zu der durch den Strahlengang S aufgespannten Ausbreitungsebene jeweils in einzelne Pixel a1, a2, a3, ... bzw. b1, b2, b3, ... bzw. c1, c2, c3, ... (bzw. d1, d2, d3, ...) gegliedert sind. Den Pixeln a1, a2, a3, ... etc. ist dabei jeweils ein spektraler Anteil des Laserpulses L zugeordnet, so dass jedes Pixel a1, a2, a3, ... etc. einen spektralen Anteil des Laserpulses L formt und die unterschiedlichen Pixel a1, a2, a3, ... etc. eine getrennte Manipulierung der spektralen Anteile des Laserpulses L erlauben.The shaping of the laser pulse L as it passes through the pulse shaper 10 takes place solely through the sections of the modulator elements a, b, c, d, e, f and the polarizer 120 . 121 , The sections of the modulator elements a, b, c, d, e, f may, for example, be constructed as liquid crystal arrays which are perpendicular to the beam path S and parallel to the propagation plane spanned by the beam path S, respectively into individual pixels a1, a2, a3, ... or b1, b2, b3, ... or c1, c2, c3, ... (or d1, d2, d3, ...) are structured. The pixels a1, a2, a3, etc. are each assigned a spectral component of the laser pulse L, so that each pixel a1, a2, a3, etc. forms a spectral portion of the laser pulse L and the different pixels a1, a2, a3, etc. allow a separate manipulation of the spectral components of the laser pulse L.

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 2A2D sind zunächst seriell ausgebildete Pulsformer 10 dargestellt, bei dem ein Laserpuls L in den Pulsformer 10 einfällt, sich entlang seines Strahlengangs S durch den Pulsformer bewegt und als geformter Laserpuls L' ausgesendet wird.In 2A - 2D are initially serially formed pulse shaper 10 illustrated in which a laser pulse L in the pulse shaper 10 is incident, moves along its beam path S through the pulse shaper and emitted as a shaped laser pulse L '.

Der serielle Pulsformer 10 gemäß 2A weist hierbei ein erstes optisches Gitter 101, Zylinderlinsen 111, 112, Modulatorelemente a, b, c, ein polarisierendes Element in Form eines Polarisators 120 und ein zweites optisches Gitter 102 auf. Der einfallende, ungeformte Laserpuls L trifft auf das erste optische Gitter 101, dessen Gitterlinien senkrecht zur durch den Strahlengang S definierten Ausbreitungsebene des Laserpulses L verlaufen, und wird durch das erste optische Gitter 101 in seine spektralen Anteile zerlegt. Die spektralen Anteile werden hierbei abhängig von ihrer Wellenlänge unterschiedlich stark gebeugt, so dass das optische Gitter 101 eine Auffächerung der spektralen Anteile des Laserpulses L bewirkt, die dann ausgehend von dem optischen Gitter auf die erste Zylinderlinse 111 treffen und von der Zylinderlinse 111 so ausgelenkt werden, dass hinter der Zylinderlinse 111 sämtliche spektralen Anteile in Richtung des Strahlengangs S verlaufen, bewirkt dadurch, dass die Zylinderlinse 111 im Abstand der Brennweite F, bemessen auf die zentrale Frequenz ω0 des Laserpulses L, hinter dem optischen Gitter 101 angeordnet ist. Von der Zylinderlinse 111 werden die spektralen Anteile des Laserpulses L in Richtung des Strahlengangs S jeweils in die Fourierebene fokussiert und gelangen dort zu einem ersten Modulatorelement a, durchlaufen das erste Modulatorelement a, treffen auf den Polarisator 120, der die spektralen Anteile des Laserpulses L in eine Richtung polarisiert und dadurch in der Amplitude moduliert, und durchlaufen dann ein zweites und drittes Modultorelement b, c. Alternativ kann der Polarisator auch zwischen dem zweiten und dritten Modulatorelement angeordnet sein.The serial pulse shaper 10 according to 2A here has a first optical grating 101 , Cylindrical lenses 111 . 112 Modulator elements a, b, c, a polarizing element in the form of a polarizer 120 and a second optical grating 102 on. The incident, unshaped laser pulse L strikes the first optical grating 101 whose grating lines are perpendicular to the propagation plane of the laser pulse L defined by the beam path S, and is passed through the first optical grating 101 decomposed into its spectral components. The spectral components are diffracted differently depending on their wavelength, so that the optical grating 101 causes a fanning of the spectral components of the laser pulse L, which then starting from the optical grating on the first cylindrical lens 111 meet and from the cylinder lens 111 be deflected so that behind the cylinder lens 111 all spectral components in the direction of the beam path S, thereby causing the cylindrical lens 111 at a distance of the focal length F, measured at the central frequency ω 0 of the laser pulse L, behind the optical grating 101 is arranged. From the cylindrical lens 111 the spectral components of the laser pulse L in each case in the direction of the beam path S are focused in the Fourier plane and get there to a first modulator element a, go through the first modulator element a, meet the polarizer 120 which polarizes the spectral components of the laser pulse L in one direction and thereby modulates the amplitude, and then passes through a second and third module element b, c. Alternatively, the polarizer can also be arranged between the second and third modulator element.

Nach den Modulatorelementen b, c gelangen die spektralen Anteile zu der zweiten Zylinderlinse 112, werden durch die zweite Zylinderlinse 112 auf das zweite optische Gitter 102 im Abstand F hinter der zweiten Zylinderlinse 112 gestrahlt und durch das zweite optische Gitter 102 wiederum zu einem strahlförmig gebündelten, nunmehr geformten Laserpuls L' kollimiert.After the modulator elements b, c, the spectral components arrive at the second cylindrical lens 112 , be through the second cylindrical lens 112 on the second optical grating 102 at a distance F behind the second cylindrical lens 112 blasted and through the second optical grating 102 in turn collimated into a beam-shaped bundled, now shaped laser pulse L '.

Da die Modulatorelemente a, b, c und der Polarisator 120 unmittelbar hintereinander angeordnet sind und jeweils einen der Brennweite F entsprechenden Abstand zu der ersten und zweiten Zylinderlinse 111, 112 aufweisen, befinden sich die Modulatorelemente a, b, c und der Polarisator 120 in der Fourierebene zwischen den Zylinderlinsen 111, 112, in der die spektralen Anteile des Laserpulses L aufgrund des endlichen Strahlradius des ursprünglichen Laserpulses L maximal aufgelöst sind.Since the modulator elements a, b, c and the polarizer 120 are arranged directly one behind the other and each one of the focal length F corresponding distance to the first and second cylindrical lens 111 . 112 have, are the modulator elements a, b, c and the polarizer 120 in the Fourier plane between the cylindrical lenses 111 . 112 in which the spectral components of the laser pulse L due to the finite Strahlra of the original laser pulse L are maximally resolved.

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 2A) mit Winkeln von +45°, –45°, +45° relativ zur x-Achse. Für diese Ausrichtung der optischen Achsen läßt sich die Modulation des Laserpulses L für einen solchen seriellen Aufbau mit dem Polarisator zwischen dem ersten und zweiten Modulatorelement durch folgende Gleichungen mathematisch beschreiben:

Figure 00180001
mit der Phase φ = 0.5(ϕa + ϕb + ϕc), der Transmission T = cos2[0.5ϕa], der Phasendifferenz Δφ = ±π/2 und den Amplituden Ax = cos[0.5ϕa]cos[0.5(ϕb – ϕc)] und Ay = cos[0.5ϕa]sin[0.5(ϕb – ϕc)] der Komponenten des Laserpulses. Die durch das Hauptachsenverhältnis beschriebene Elliptizität B/A der eingestellten Polarisation des Laserpulses L', die durch die Differenz der von den Flüssigkristallarrays eingestellten Phasenverzögerungen Δϕ = ϕb – ϕc des Laserpulses L bestimmt ist, entspricht dabei B/A = |tan[Δϕ/2]|. Für den Fall, dass der Polarisator 120 nach dem zweiten Modulatorelement b angeordnet ist, erhält man
Figure 00190001
mit der Phase φ = 0.5(ϕa + ϕb + ϕc), der Transmission T = cos2[0.5(ϕa – ϕb)], der Phasendifferenz Δφ = ±π/2 und den Amplituden Ax = cos[0.5(ϕa – ϕb)]cos[0.5ϕc] und Ay = cos[0.5(ϕa – ϕb)]sin[0.5ϕc], wobei ϕa, ϕb und ϕc die Phasenverzögerungen der jeweiligen Pixel der einzelnen Modulatorelemente a, b, c bezeichnen. Die Elliptizität B/A der eingestellten Polarisation des Laserpulses L', die durch die Phasenverzögerung Δϕ = ϕc des Flüssigkristallarrays c des Laserpulses L bestimmt ist, entspricht dabei B/A = |tan[Δϕ/2]|In order to achieve a modulation of the phase, amplitude and polarization of the laser pulse L by the modulator elements a, b, c, it is conceivable and advantageous to align the optical axes of the modulator elements a, b, c differently, for example alternately. It is conceivable, for example, an alignment of the optical axes in the xy plane (see 2A ) with angles of + 45 °, -45 °, + 45 ° relative to the x-axis. For this alignment of the optical axes, the modulation of the laser pulse L for such a serial construction with the polarizer between the first and second modulator element can be mathematically described by the following equations:
Figure 00180001
with the phase φ = 0.5 (φ a + φ b + φ c ), the transmission T = cos 2 [0.5φ a ], the phase difference Δφ = ± π / 2 and the amplitudes A x = cos [0.5φ a ] cos [0.5 (φ b - φ c )] and A y = cos [0.5φ a ] sin [0.5 (φ b - φ c )] of the components of the laser pulse. The ellipticity B / A of the set polarization of the laser pulse L 'described by the principal axis ratio, which is determined by the difference of the phase delays Δφ = φ bc of the laser pulse L set by the liquid crystal arrays, corresponds to B / A = | tan [Δφ . / 2] | In the event that the polarizer 120 is arranged after the second modulator element b, one obtains
Figure 00190001
with the phase φ = 0.5 (φ a + φ b + φ c ), the transmission T = cos 2 [0.5 (φ a - φ b )], the phase difference Δφ = ± π / 2 and the amplitudes A x = cos [ 0.5 (φ a - φ b )] cos [0.5φ c ] and A y = cos [0.5 (φ a - φ b )] sin [0.5φ c ], where φ a , φ b and φ c are the phase delays of each Designate pixels of the individual modulator elements a, b, c. The ellipticity B / A of the set polarization of the laser pulse L ', which is determined by the phase delay Δφ = φ c of the liquid crystal array c of the laser pulse L, corresponds to B / A = | tan [Δφ / 2] |

Andere Ausgestaltungen des seriellen Pulsformers 10 sind in 2B bis 2D dargestellt. In 2C ist ein Pulsformer 10 mit vier Modulatorelementen a, b, c, d hintereinander im Strahlengang S des Laserpulses L dargestellt. In 2B und 2D sind zwei mit bereits kommerziell erhältlichen Doppelflüssigkristallarrays realisierbare Ausführungsformen eines Pulsformers 10 dargestellt, bei dem der Laserpuls L den Pulsformer in Hin- und Rückrichtung durchläuft und dabei wiederholt von den optischen Gittern 101, 102 gebeugt bzw. kollimiert wird.Other embodiments of the serial pulse shaper 10 are in 2 B to 2D shown. In 2C is a pulse shaper 10 with four modulator elements a, b, c, d shown one behind the other in the beam path S of the laser pulse L. In 2 B and 2D are two realizable with already commercially available Doppelflüssigkristallarrays embodiments of a pulse shaper 10 represented, in which the laser pulse L passes through the pulse shaper in the forward and reverse directions and thereby repeated from the optical gratings 101 . 102 is bent or collimated.

Bei der in 2B dargestellten Ausführungsform trifft der einfallende Laserpuls L über einen Spiegel 140 zunächst auf das optische Gitter 101 und wird so gebeugt, dass die spektralen Anteile des Laserpulses L aufgefächert und auf eine Hälfte einer Zylinderlinse 111 fällt, die die spektralen Anteile parallel zueinander ausrichtet. Anschließend durchlaufen die spektralen Anteile einen ersten Abschnitt a, b eines ersten und zweiten Modulatorelementes, werden durch eine zweite Zylinderlinse 112 fokussiert und durch das zweite optische Gitter wieder kollimiert. Der so wiedervereinigte Laserpuls L durchläuft dann einen im Strahlengang S des Laserpulses L angeordneten Polarisator 120, wird durch Spiegel 140 gespiegelt und trifft unter anderem Einfallswinkel wiederum auf das optische Gitter 102, das den Laserpuls in seine spektralen Anteile zerlegt und diese auf eine zweite Hälfte der Zylinderlinse 112 beugt. Die Zylinderlinse 112 richtet die spektralen Anteile so aus, dass die spektralen Anteile einen zweiten Abschnitt c, d des zweiten bzw. ersten Modulatorelementes durchlaufen, anschließend durch die Zylinderlinse 111 und durch das optische Gitter 101 wiedervereinigt werden, um dann als geformter Laserpuls L' ausgesendet zu werden. Die optischen Achsen der zwei Flüssigkristallarrays der jeweiligen Doppelflüssigkeitsarrays stehen dabei jeweils senkrecht zueinander unter +45° und –45° zur x-Achse.At the in 2 B illustrated embodiment, the incident laser pulse L passes through a mirror 140 first on the optical grating 101 and is diffracted so that the spectral components of the laser pulse L fanned out and on one half of a cylindrical lens 111 falls, which aligns the spectral components parallel to each other. The spectral components then pass through a first section a, b of a first and second modulator element, through a second cylindrical lens 112 focused and collimated again by the second optical grating. The thus reunited laser pulse L then passes through a arranged in the beam path S of the laser pulse L polarizer 120 , is through mirrors 140 reflected and incident angle, in turn, on the optical grating 102 , which splits the laser pulse into its spectral components and these to a second half of the cylindrical lens 112 prevented. The cylindrical lens 112 aligns the spectral components so that the spectral components pass through a second section c, d of the second or first modulator element, then through the cylindrical lens 111 and through the optical grating 101 are reunited to then be emitted as a shaped laser pulse L '. The optical axes of the two liquid crystal arrays of the respective dual-liquid arrays are each perpendicular to each other at + 45 ° and -45 ° to the x-axis.

Im Unterschied zu dem Aufbau gemäß 2B, bei dem der Laserpuls L den Pulsformer 10 jeweils einmal in Hin- und einmal in Rückrichtung durchläuft, durchläuft der Laserpuls L bei dem Aufbau gemäß 2D in Hin, Rück- und nochmals in Hinrichtung und durchtritt dabei zusätzlich das polarisationsändernde Element 142a, das als λ/2-Platten mit optischer Achse unter 22.5° zur x-Richtung ausgebildet ist. Vorteilhaft können noch die polarisationsändernden Elemente 142b (z. B. eine λ/2-Platte mit optischer Achse unter 22.5°) und 142c (z. B. eine λ/2-Platte mit optischer Achse unter 45°) gemäß 2D eingesetzt werden, um die Polarisationsabhängigkeit der Gitterbeugung auszugleichen.In contrast to the structure according to 2 B in which the laser pulse L is the pulse shaper 10 in each case goes once in the outward and once in the return direction, the laser pulse L in the structure according to 2D in Hin, Rück- and again in execution and additionally passes through the polarization-changing element 142a , which is designed as λ / 2 plates with optical axis less than 22.5 ° to the x direction. The polarization-changing elements can also be advantageous 142b (eg a λ / 2 plate with optical axis below 22.5 °) and 142c (eg, a λ / 2 plate with optical axis less than 45 °) according to 2D be used to the Po To balance larisationsabhängigkeit the lattice diffraction.

Auch bei den Anordnungen gemäß 2B bzw. 2D befinden sich die Zylinderlinsen 111, 112 im Abstand 2F zueinander, wobei die Modulatorelemente a, b, c, d, e, f in der gemeinsamen Fourierebene der Zylinderlinsen 111, 112 angeordnet sind, so dass es sich auch bei den Aufbauten gemäß 2B und 2D um Kompressorgitteranordnungen handelt.Also in the arrangements according to 2 B respectively. 2D are the cylindrical lenses 111 . 112 at a distance 2F to each other, wherein the modulator elements a, b, c, d, e, f in the common Fourier plane of the cylindrical lenses 111 . 112 are arranged so that it is also in the structures according to 2 B and 2D is about compressor grid arrangements.

Nachfolgend wird ein Pulsformer 10 gemäß 2B mathematisch beschrieben, bei dem die Modulatorelemente a, b, c, d mit ihren optischen Achsen in +45°, –45°, –45°, +45° zur x-Achse ausgerichtet sind. Die Modulation des Laserpulses L für einen solchen seriellen Aufbau lässt sich durch folgende Gleichungen beschreiben:

Figure 00200001
The following is a pulse shaper 10 according to 2 B described mathematically, in which the modulator elements a, b, c, d are aligned with their optical axes in + 45 °, -45 °, -45 °, + 45 ° to the x-axis. The modulation of the laser pulse L for such a serial structure can be described by the following equations:
Figure 00200001

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:

Figure 00210001
oder in anderer Form
Figure 00210002
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 3A dargestellt.If only three modulator elements a, b, c or four modulator elements a, b, c, d aligned in + 45 °, -45 °, -45 °, + 45 ° are used, then the amplitude, phase and polarization of the laser pulse L can be used Although modulated independently. However, the orientation of the adjustable elliptical polarization is limited by the fact that the major axes of the polarization ellipse are fixed in their direction and can not be rotated. In the cases described in Equations (1) to (3), the major axes of the adjustable polarization ellipse are always aligned in a horizontal or vertical direction, so that the mathematical description of the associated polarization ellipses, which the so-called Jones vector traverses in the electric field, is:
Figure 00210001
or in another form
Figure 00210002
with the main axes A ≤ | E xmax | and B ≤ | E ymax | and the maximum amplitudes A 1 = A 2 of the electric field at + 45 ° and -45 ° to the horizontal direction. Such a polarization ellipse is in 3A shown.

Ein solcher serieller Pulsformer 10 erlaubt somit zwar eine Modulation von Amplitude, Phase und Polarisation. Die Polarisation ist jedoch noch nicht in voller Allgemeingültigkeit modulierbar, da die Hauptachsen der Polarisierungsellipse nicht in beliebiger Weise ausgerichtet werden können. Das ist darin begründet, dass die Amplituden A1 und A2 der Komponenten des Laserpulses nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können und somit gleich sind (siehe 3A).Such a serial pulse shaper 10 thus allows a modulation of amplitude, phase and polarization. However, the polarization is not yet fully universally modulatable, since the major axes of the polarization ellipse can not be aligned in any way. This is due to the fact that the amplitudes A 1 and A 2 of the components of the laser pulse can not be adjusted independently of each other and are thus the same (see 3A ).

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 101, 102 erhöhen würde und sich die Polarisationsabhängigkeit der optischen Gitter 101, 102 somit stärker auswirken würde. Denkbar ist auch, mehrere separate Kompressorgitteranordnungen mit jeweils ein oder zwei Modulatorelementen zu verwenden, die nacheinander von dem Laserpuls L durchlaufen werden. Auch ist es denkbar, die optischen Achsen der Abschnitte a, b, c, d des mindestens einen Modulatorelementes gleich auszurichten und polarisationsdrehende Elemente im Strahlengang S des Laserpulses L anzuordnen.Also conceivable for this case of limited modulation are embodiments in which only one modulator element with three sections is used and the laser pulse L is guided through mirrors through the sections of the modulator element. The disadvantage of such an arrangement is that the number of necessary diffractions on the optical gratings 101 . 102 would increase and the Polarisationsab dependence of the optical grating 101 . 102 would therefore have a stronger impact. It is also conceivable to use a plurality of separate compressor grid arrangements, each having one or two modulator elements, which are successively passed through by the laser pulse L. It is also conceivable to align the optical axes of the sections a, b, c, d of the at least one modulator element in the same way and to arrange polarization-rotating elements in the beam path S of the laser pulse L.

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 120 zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt a, b angeordnet ist (siehe 2C), oder unter 45°, –45°, 45°, 0°, wenn der Polarisator 120 zwischen dem zweiten und dritten Abschnitt b, d des Modulatorelementes angeordnet ist. Wesentlich ist, dass nach dem Polarisator 120 mindestens zwei weitere Abschnitte c, d oder Modulatorelemente c, d durchstrahlt werden. Die optische Achse des ersten Abschnitts c ist hierbei jeweils unter einem Winkel von 45° zur Polarisationsrichtung des Polarisators 120 und die optische Achse des zweiten Abschnitts d unter einem Winkel von 45° zum vorhergehenden Abschnitt eingestellt.In order to allow any shaping of all laser pulse parameters, at least four independent manipulations of the laser pulse L by a modulator elements with several independent sections a, b, c, d, e, f or more independent modulator elements a, b, c, d, e, f necessary, whose optical axes are aligned in a certain way to each other. Different possibilities for the alignments of the optical axes of the at least four modulator elements a, b, c, d, e, f or their sections a, b, c, d, e, f are conceivable, for. B. at angles of 45 °, -45 °, 0 °, 90 ° to the x-direction when the polarizer 120 is disposed between the first and second sections a, b (see 2C ), or below 45 °, -45 °, 45 °, 0 °, when the polarizer 120 between the second and third section b, d of the modulator element is arranged. It is essential that after the polarizer 120 at least two further sections c, d or modulator elements c, d are irradiated. The optical axis of the first section c is in each case at an angle of 45 ° to the polarization direction of the polarizer 120 and the optical axis of the second section d is set at an angle of 45 ° to the previous section.

Die mathematische Beschreibung für einen Pulsformer 10, bei dem der Polarisator 120 nach dem ersten Abschnitt a des mindestens einen Modulatorelementes eingebaut ist und die Ausrichtung der optischen Achsen zu 45°, –45°, 45°, 90° zur x-Richtung gewählt wurde, ist im Folgenden beschrieben. Man erhält in diesem Fall für die Polarisierungskomponenten des elektrischen Feldes

Figure 00230001
mit der Phase φ = 0.5(ϕa + ϕb + ϕc + ϕd), der Transmission T = cos2[0.5ϕa], der Phasendifferenz Δφ = ±π/2 + ϕd und den Amplituden Ax = cos[0.5ϕa]cos[0.5(ϕb – ϕc)] und Ay = cos[0.5ϕa]sin[0.5(ϕb – ϕc)]. Auf diese Weise ist eine beliebige Modulation des elektrischen Feldes in Phase, Amplitude und Polarisation unter beliebiger Ausrichtung der Hauptachsen der Polarisierungsellipse möglich.The mathematical description for a pulse shaper 10 in which the polarizer 120 is installed after the first section a of the at least one modulator element and the alignment of the optical axes has been selected to 45 °, -45 °, 45 °, 90 ° to the x-direction is described below. In this case, one obtains for the polarization components of the electric field
Figure 00230001
with the phase φ = 0.5 (φ a + φ b + φ c + φ d ), the transmission T = cos 2 [0.5φ a ], the phase difference Δφ = ± π / 2 + φ d and the amplitudes A x = cos [0.5φ a ] cos [0.5 (φ b - φ c )] and A y = cos [0.5φ a ] sin [0.5 (φ b - φ c )]. In this way, any modulation of the electric field in phase, amplitude and polarization under any orientation of the major axes of the polarization ellipse is possible.

Mit den derzeit kommerziell erhältlichen Doppelflüssigkristallarrays kann vorteilhaft ein in 2D dargestellter Aufbau zur beliebigen Modulation, bei dem man dreimal durch die Abschnitte der Doppelflüssigkristallarrays hindurchstrahlt, realisiert werden. Der Polarisator 120 ist dabei zwischen dem ersten und zweiten Durchgang eingebaut. Mindestens ein polarisationsdrehendes Element 142a, das direkt vor dem die Modulatorelemente a, b, c, d, e, f darstellenden Doppelflüssigkeitsarray angeordnet und im dritten Durchgang durchstrahlt wird, sorgt für eine Drehung der Polarisation des Laserpulses L um 45° im dritten Durchgang.With the currently commercially available Doppelflüssigkristallarrays can advantageously in 2D illustrated structure for arbitrary modulation, in which one passes through three times through the sections of the double liquid crystal array can be realized. The polarizer 120 is installed between the first and second passage. At least one polarization-rotating element 142a , which is arranged directly in front of the modulator elements a, b, c, d, e, f representing double fluid array and irradiated in the third pass, provides for a rotation of the polarization of the laser pulse L by 45 ° in the third pass.

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 10 mehrfach in Hin- und Rückrichtung durchläuft, ist, dass sich die Anzahl der Beugungen an den optischen Gittern 101, 102 erhöht und sich die Polarisationsabhängigkeit der optischen Gitter 101, 102 somit stärker auswirkt.A disadvantage of arrangements in which the laser pulse L, the pulse shaper 10 is repeated in the back and forth direction, is that the number of diffraction at the optical gratings 101 . 102 increases and the polarization dependence of the optical grating 101 . 102 thus more powerful.

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 10 und insbesondere von der Ausrichtung der Modulatorelemente a, b, c, d, e, f. Wird z. B ein Pulsformer 10 mit Modulatorelementen a, b, c, d verwendet, dessen optische Achsen in der x-y-Ebene unter +45°, –45°, –45°, +45° ausgerichtet sind, oder werden nur drei Modulatorelemente a, b, c bzw. Abschnitte a, b, c von Modulatorelementen zur Formung der spektralen Anteile eingesetzt, so ist die Polarisation des Laserpulses L nicht beliebig einstellbar, da die Richtung der Hauptachsen der Polarisationsellipse bei einer elliptischen Polarisation nicht gedreht werden kann. Wird das vierte Modulatorelement d bzw. der vierte durchlaufene Abschnitt d jedoch in geeigneter Weise ausgerichtet, so ist grundlegend eine freie Formung aller Parameter des Laserpulses L möglich.As described above, basically any shaping of the amplitude, phase and polarization of the laser pulse L and thus any shaping of the laser pulse L is possible. However, the formability of the laser pulse is dependent on the design of the pulse shaper 10 and in particular the orientation of the modulator elements a, b, c, d, e, f. If z. B is a pulse shaper 10 used with modulator elements a, b, c, d whose optical axes are aligned in the xy plane at + 45 °, -45 °, -45 °, + 45 °, or If only three modulator elements a, b, c or sections a, b, c of modulator elements are used for shaping the spectral components, then the polarization of the laser pulse L can not be set as desired since the direction of the main axes of the polarization ellipse is not rotated in the case of an elliptical polarization can be. If, however, the fourth modulator element d or the fourth passed through section d is aligned in a suitable manner, a free shaping of all parameters of the laser pulse L is fundamentally possible.

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 10 in seiner Amplitude, Phase und Polarisierungsrichtung durch das Lasersystem bestimmt. In der Regel ist der Laserpuls L hierbei zunächst linear polarisiert und bevorzugt so ausgerichtet ist, dass er in x-Richtung (siehe 2A) polarisiert ist und so auf das erste optische Gitter 101, dessen Gitterlinien ebenfalls in y-Richtung gerichtet sind, einfällt. Eine polarisationsabhängige Beugung des Laserpulses L am ersten Gitter 101 bei der ersten Beugung ist auf diese Weise ausgeschlossen. Bei Durchlauf durch den Pulsformer 10 wird die Polarisation des Laserpulses L jedoch moduliert, so dass der Laserpuls L bzw. dessen spektralen Anteile eine zirkulare, elliptische oder lineare Polarisation annehmen können und am zweiten optischen Gitter 102 wiederum gebeugt und kollimiert werden. Die Beugung dieser so polarisierten spektralen Anteile am zweiten optischen Gitter 102 kann dabei polarisationsabhängig sein, so dass eine Korrektur erforderlich ist.The laser pulse L is before incidence in the pulse shaper 10 in its amplitude, phase and polarization direction determined by the laser system. As a rule, the laser pulse L is initially linearly polarized and is preferably oriented so that it is aligned in the x direction (see FIG 2A ) is polarized and so on the first optical grating 101 , whose grid lines are also directed in the y direction, is incident. A polarization-dependent diffraction of the laser pulse L at the first grid 101 at the first diffraction is excluded in this way. When passing through the pulse shaper 10 However, the polarization of the laser pulse L is modulated so that the laser pulse L or its spectral components can assume a circular, elliptical or linear polarization and the second optical grating 102 in turn be bent and collimated. The diffraction of these polarized spectral components on the second optical grating 102 can be polarization-dependent, so that a correction is required.

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 4A beispielhaft dargestellt, in der die gemessenen Intensitäten der horizontalen Polarisierungskomponente Lh des geformten Laserpulses L', der vertikalen Polarisierungskomponente Lv sowie des gesamten geformten Laserpulses L' graphisch über der zwischen den Polarisierungskomponenten Lh, Lv eingestellten Phasendifferenz (unter Verwendung eines Pulsformers 10 gemäß 2C) dargestellt sind. Wie man erkennt, sind die Maximalwerte der Intensitäten der Polarisierungskomponenten Lh, Lv nicht identisch, sondern weichen um ca. 15% voneinander ab, was durch die Polarisationsabhängigkeit der Beugung an den optischen Gittern 101, 102 bedingt ist. Aus den gemessenen Intensitäten (Ih = (cos[Δϕ/2])2 und Iv = C(sin[Δϕ/2])2) der beiden Polarisierungskomponenten Lh, Lv (wobei die Konstante C das Verhältnis der Maximalwerte der Intensitäten der Polarisierungskomponenten Lh, Lv bezeichnet und im in 4A dargestellten Fall 0.85 beträgt) lässt sich die Elliptizität folgendermaßen analytisch ermitteln.The intensity of the laser pulse components (L x , L y ) diffracted at the optical gratings is polarization-dependent and causes a deviation of the adjusted ellipticity of the polarization from the desired ellipticity. This effect usually increases when using gratings with shorter lattice spacing and thus greater spectral splitting and higher resolution, which in practice limits the modulation resolution. The effect of polarization-dependent diffraction is in 4A by way of example, in which the measured intensities of the horizontal polarization component L h of the shaped laser pulse L ', the vertical polarization component L v and the entire shaped laser pulse L' graphically over the phase difference set between the polarization components L h , L v (using a pulse shaper 10 according to 2C ) are shown. As can be seen, the maximum values of the intensities of the polarization components L h , L v are not identical, but deviate from each other by approximately 15%, which is due to the polarization dependence of the diffraction at the optical gratings 101 . 102 is conditional. From the measured intensities (I h = (cos [Δφ / 2]) 2 and I v = C (sin [Δφ / 2]) 2 ) of the two polarization components L h , L v (where the constant C is the ratio of the maximum values of the Intensities of the polarization components L h , L v and referred to in 4A the case shown is 0.85), the ellipticity can be determined analytically as follows.

Figure 00250001
Figure 00250001

Dies entspricht der nach dem Pulsformer 10 gemäß 2C auftretenden Elliptizität des geformten Laserpulses L', in die somit die durch das letzte Gitter 102 veränderte polarisationsabhängige Beugung in die Bestimmung der Elliptizität mit eingerechnet ist. Es wird demnach das Verhältnis der beiden gebeugten Polarisationsrichtungen C = Ivmax/Ihmax ermittelt und so die Elliptizität in Abhängigkeit von der Phasendifferenz berechnet. Bei der Einstellung der Phasendifferenz, aus der sich die Ansteuerungsparameter für die Pixel a1, a2, a3, ... etc. der Modulatorelemente a, b, c, d ergeben, werden somit die Beugungseffekte berücksichtigt und die Phasendifferenz so eingestellt, dass die gewünschte Elliptizität erhalten wird. Auf diese Weise kann jede Elliptizität ohne Abschwächung eingestellt werden, was vorteilhaft gegenüber dem Einsatz von unter dem Brewsterwinkel in den Strahlengang gestellten Glasplatten ist, da der Laserpuls in letzterem Fall in seiner Intensität abgeschwächt werden muss.This corresponds to that after the pulse shaper 10 according to 2C occurring ellipticity of the shaped laser pulse L ', in the thus by the last grid 102 modified polarization-dependent diffraction is included in the determination of ellipticity. Accordingly, the ratio of the two diffracted polarization directions C = I vmax / I hmax is determined and thus the ellipticity is calculated as a function of the phase difference. In the adjustment of the phase difference, which results in the control parameters for the pixels a1, a2, a3,..., Etc. of the modulator elements a, b, c, d, the diffraction effects are thus taken into account and the phase difference adjusted so that the desired Ellipticity is obtained. In this way, any ellipticity can be adjusted without weakening, which is advantageous over the use of under the Brewsterwin In the latter case, the intensity of the laser pulse in the beam must be reduced.

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

Figure 00260001
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 4B sind die gemessenen Intensitäten der horizontalen und vertikalen Polarisierungskomponente Lh, Lv sowie des gesamten Laserpulses L bei Verwendung der Korrektur dargestellt.The occurring polarization dependence of the intensity of the laser pulse emerging from the pulse shaper can advantageously be corrected by setting the activation parameters described below in such a way that no more polarization dependence occurs. For this purpose, the intensity of the stronger component is attenuated to the value of the lower by a suitable adaptation of the amplitude modulation by the set transmission with the function
Figure 00260001
is multiplied. This function is taken into account as a correction in the determination of the activation parameters for the modulator elements a, b, c, d or their pixels a1, a2, a3, etc., and ensures an equalization of the intensity of both polarization components. In 4B the measured intensities of the horizontal and vertical polarization components L h , L v and the entire laser pulse L are shown using the correction.

In 5A und 5B sind zwei Ausführungsformen eines alternativen, parallel aufgebauten Pulsformers 10 dargestellt, bei dem, im Gegensatz zu den Pulsformern gemäß 2A2D, ein Laserpuls L in zwei Teilpulse Lx, Ly geteilt wird und die Teilpulse dann in paralleler Weise den Pulsformer 10 durchlaufen, um in Amplitude, Phase und Polarisation geformt zu werden.In 5A and 5B are two embodiments of an alternative, parallel pulse shaper 10 in which, in contrast to the pulse shaper according to 2A - 2D , a laser pulse L is divided into two partial pulses L x , L y and the partial pulses then in a parallel manner the pulse shaper 10 to be shaped in amplitude, phase and polarization.

Der Laserpuls L fällt hierbei in den Pulsformer 10 ein und wird durch einen Strahlteiler 141 in zwei gleich starke Teilpulse Lx, Ly geteilt, die daraufhin unter unterschiedlichen Einfallswinkeln auf ein erstes optisches Gitter 101 gelenkt und durch das optische Gitter 101 gebeugt werden. Das optische Gitter 101 zerlegt die Teilpulse Lx, Ly jeweils in die spektralen Anteile, die durch eine erste Zylinderlinse 111 parallel ausgerichtet werden, jeweils ein erstes und zweites Modulatorelement ax, bx bzw. ay, by durchlaufen, durch eine zweite Zylinderlinse 112 fokussiert und durch ein zweites optisches Gitter zu zwei geformten Teilpulsen Lx', Ly' kollimiert werden. Der eine geformte Teilpuls Ly' wird daraufhin durch einen Phasenretardierer in Form eines λ/2-Plättchens 142 gelenkt und durch diesen in seiner Polarisierungsrichtung um 90° gedreht. Beide Teilpulse Lx', Ly' werden schließlich einem polarisierenden Element in Form eines polarisierenden Strahlteilers 121 zugeführt, der eine erste Polarisierungskomponente transmittiert und eine zweite, senkrecht zur ersten gerichtete Polarisierungskomponente reflektiert. In dem in 5A und 5B dargestellten Fall treffen die beiden Teilpulse unter einem räumlichen Winkel von 90° zueinander auf den polarisierenden Strahlteiler 121, wobei der erste Teilpuls Ly' nahezu vollständig reflektiert und der zweite Teilpuls Lx' nahezu vollständig transmittiert wird. Der polarisierende Strahlteiler 121 vereinigt somit die beiden Teilpulse Lx', Ly' wiederum zu einem gemeinsamen, geformten Laserpuls L', der dann aus dem Pulsformer ausgesendet wird.The laser pulse L falls in this case in the pulse shaper 10 and is through a beam splitter 141 divided into two equally strong partial pulses L x , L y , which then at different angles of incidence on a first optical grating 101 steered and through the optical grid 101 to be bent. The optical grid 101 splits the partial pulses L x , L y respectively into the spectral components, which pass through a first cylindrical lens 111 be aligned in parallel, each pass through a first and second modulator element ax, bx or ay, by, through a second cylindrical lens 112 be focused and collimated by a second optical grating to form two shaped partial pulses L x ', L y '. The one shaped partial pulse L y 'is then passed through a phase retarder in the form of a λ / 2 plate 142 steered and rotated by this in its polarization direction by 90 °. Both partial pulses L x ', L y ' are finally a polarizing element in the form of a polarizing beam splitter 121 which transmits a first polarization component and reflects a second, perpendicular to the first polarization component. In the in 5A and 5B In the case illustrated, the two partial pulses impinge on the polarizing beam splitter at a spatial angle of 90 ° to one another 121 , wherein the first partial pulse L y 'almost completely reflected and the second partial pulse L x ' is almost completely transmitted. The polarizing beam splitter 121 thus unites the two partial pulses L x ', L y ' again to a common, shaped laser pulse L ', which is then emitted from the pulse shaper.

Bei dem parallelen Pulsformer 10 gemäß 5A werden vier separate Modulatorelemente ax, ay, bx, by in zwei verschiedenen, jeweils Kompressoranordnungen verwendet, während bei dem Pulsformer 10 gemäß 5B zwei Modulatorelemente mit jeweils zwei unterschiedlichen Abschnitten ax, ay bzw. bx, by in einer Kompressoranordnung eingesetzt werden. Auf letztere Weise kann der Aufbau vereinfacht und kostengünstig gestaltet werden. Wesentlich ist hierbei, das beide Teilpulse Lx, Ly jeweils zwei Modulatorelemente ax, bx, bzw. ay, by durchlaufen und auf diese Weise geformt werden.In the parallel pulse shaper 10 according to 5A Four separate modulator elements ax, ay, bx, by are used in two different, respectively compressor arrangements, while in the pulse shaper 10 according to 5B two modulator elements each having two different sections ax, ay and bx, by are used in a compressor arrangement. In the latter way, the structure can be simplified and made inexpensive. It is essential here that both partial pulses L x , L y pass through two modulator elements ax, bx, or ay, by, respectively, and are shaped in this way.

Bei dem parallelen Pulsformer 10 gemäß den Ausführungsformen von 5A und 5B werden somit zwei Teilpulse Lx, Ly getrennt voneinander moduliert und unabgeschwächt wieder zusammengeführt. Das elektrische Feld E(x, y, z) = Exex + Eyey (mit den Einheitsvektoren ex und ey) des Laserpulses L ist hierbei durch Überlagerung der elektrischen Felder der beiden Teilpulse Lx, Ly bestimmt, wobei für jeden der Frequenz ω zugeordneten Pixel der Modulatorelemente jeweils die beiden Gleichungen Ex(x, y, z) = Axcos(ωt – kz + ϕx) (9)und Ey(x, y, z) = Aycos(ωt – kz + ϕy) (10)gelten, wobei ω die Frequenz, k den Wellenvektor und ϕx, ϕy die jeweiligen Phasen der Teilpulse Lx, Ly angibt.In the parallel pulse shaper 10 according to the embodiments of 5A and 5B Thus, two partial pulses L x , L y are modulated separately and brought together again unshaken. The electric field E (x, y, z) = E x e x + E y e y (with the unit vectors e x and e y ) of the laser pulse L is determined by superposition of the electric fields of the two partial pulses L x , L y , wherein for each of the frequency ω associated pixels of the modulator elements respectively the two equations e x (x, y, z) = A x cos (ωt - kz + φ x ) (9) and e y (x, y, z) = A y cos (ωt - kz + φ y ) (10) where ω denotes the frequency, k the wave vector and φ x , φ y the respective phases of the partial pulses L x , L y .

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 121 gebildet wird. Daraus ergibt sich dann insgesamt ein in Amplitude, Phase und Polarisation geformter Laserpuls. Die räumlichen Intensitätsprofile der beiden Strahlengänge S der beiden Teilpulse Lx, Ly sollten hierbei möglichst gleich sein, was bei unsymmetrischem Profil eine gerade Differenz der Anzahl der Reflexionen an Spiegeln 140, 141, 143 voraussetzt. Die Polarisationsabhängigkeit der optischen Gitter 101, 102 spielt, im Gegensatz zu dem seriellen Aufbau, bei dem parallelen Pulsformer 10 keine Rolle, da die Polarisierungsrichtung des ersten Teilpulses Lx' erst nach dem Passieren des zweiten optischen Gitters 102 mittels des λ/2-Plättchens 142 gedreht wird. Dies ermöglicht die Verwendung von optischen Gittern 101, 102 mit kürzerem Gitterabstand, die somit eine größerer Spektralaufspaltung und dadurch eine höhere spektrale Auflösung in der Fourierebene zwischen den Zylinderlinsen 111, 112 ermöglichen.Characterized in that the laser pulse L is split into two partial pulses L x , L y , which pass through the modulator elements ax, bx, ay, by parallel, the partial pulses L x , L y are modulated independently of one another in amplitude and phase, wherein the shaped laser pulse L 'then by combining the two partial pulses L x , L y by the polarizing beam splitter 121 is formed. This then results in a total formed in amplitude, phase and polarization laser pulse. The spatial intensity profiles of the two beam paths S of the two partial pulses L x , L y should be as equal as possible, which in the case of an asymmetrical profile is a direct difference between the number of reflections on mirrors 140 . 141 . 143 presupposes. The polarization dependence of the optical gratings 101 . 102 plays, in contrast to the serial structure, in the parallel pulse shaper 10 No matter, since the polarization direction of the first partial pulse L x 'only after passing through the second optical grating 102 by means of the λ / 2 plate 142 is turned. This allows the use of optical gratings 101 . 102 with shorter lattice spacing, which thus a greater spectral splitting and thus a higher spectral resolution in the Fourier plane between the cylindrical lenses 111 . 112 enable.

Dadurch, dass die Teilpulse Lx, Ly bei der parallelen Anordnung separat moduliert werden, erfordert der parallele Pulsformer 10 eine hohe Genauigkeit in der zeitlichen und räumlichen Überlagerung der Teilpulse Lx, Ly nach dem jeweiligen Durchgang durch die Modulatorelemente ax, bx, ay, by und somit eine exakte Justierung der Anordnung. Schwankungen in der Länge der Strahlengänge S können beispielsweise mit einem gegen Erschütterungen stabilen Aufbau, durch und durch ein umgebendes Gehäuse zur Vermeidung von Luftzirkulation reduziert werden, damit die interferometrische Stabilität und somit eine hohe Pulsgenauigkeit erhalten wird. Die spektralen Intensitäten der Teilpulse in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Strahlengängen S können hierbei durch Anpassung der Transmission der Modulatorelemente ax, bx, ay, by angeglichen werden. Zudem können apparativ bedingte Phasenunterschiede zwischen den Strahlengängen (Wegunterschiede, Dispersion durch Linsen usw.) durch eine auf die Modulatorelemente geschriebene Phasenmaske ausgeglichen werden, so dass die Teilpulse Lx, Ly in ihrer zeitlichen Form nicht durch den apparativen Aufbau (mit Ausnahme der Modulatorelemente ax, bx, ay, by) beeinflusst werden. Dies kann vorteilhaft auch durch den Einsatz eines Optimierungsalgorithmus zur Suche einer optimalen Phaseneinstellung realisiert werden, wobei das destruktive Interferenzsignal zwischen den Teilpulsen Lx, Ly minimiert wird und somit eine präzise Herstellung der gewünschten Pulsformen ermöglicht wird.The fact that the partial pulses L x , L y are modulated separately in the parallel arrangement requires the parallel pulse shaper 10 a high accuracy in the temporal and spatial superimposition of the partial pulses L x , L y after the respective passage through the modulator elements ax, bx, ay, by and thus an exact adjustment of the arrangement. Fluctuations in the length of the beam paths S can be reduced, for example, with a construction that is stable against vibration, through and through a surrounding housing to avoid air circulation, so that the interferometric stability and thus a high pulse accuracy is obtained. The spectral intensities of the partial pulses as a function of the different beam paths S can be adjusted by adjusting the transmission of the modulator elements ax, bx, ay, by. In addition, apparatus-related phase differences between the beam paths (path differences, dispersion through lenses, etc.) can be compensated by a phase mask written on the modulator elements, so that the partial pulses L x , L y in their temporal shape not by the apparatus design (with the exception of the modulator elements ax, bx, ay, by). This can be advantageously realized by the use of an optimization algorithm for finding an optimal phase adjustment, wherein the destructive interference signal between the partial pulses L x , L y is minimized and thus a precise production of the desired pulse shapes is possible.

Durch die Integration zu einem parallelen Pulsformer, so wie in 5B dargestellt, ist ein kompakterer Aufbau erreichbar, bei dem die beiden optischen Strahlengänge S in räumlicher Nähe zueinander verlaufen und Wegunterschiede durch Erschütterungen und Luftzirkulation somit gering gehalten werden. Auch ist es vorteilhaft, die interferometrische Phasenkonstanz zwischen den Teilpulsen Lx', Ly' durch aktive Stabilisierung sicherzustellen, um zeitliche Änderungen zwischen den Strahlengängen S auszugleichen. Dieses könnte beispielsweise durch Erfassung, Auswertung und Optimierung eines Interferenzsignals erfolgen, das durch Interferenz der für die Anwendung nicht genutzten Polarisierungskomponenten am polarisierenden Strahlteiler 121 erzeugt wird, nämlich durch die durch den polarisierenden Strahlteiler 121 transmittierte Komponente des ersten Teilpulses Lx' und die durch den polarisierenden Strahlteiler 121 reflektierte Komponente des zweiten Teilpulses Ly', die in 5A und 5B vom polarisierenden Strahlteiler 121 rechtwinklig zum Strahlengang des geformten Laserpulses L' (in der Zeichenebene) senkrecht nach oben abgestrahlt werden. Einer der beiden Strahlengänge S im Pulsformer 10 ist zu diesem Zweck dann (z. B. mit auf einem Piezoelement angebrachten, entlang einer Verschieberichtung V verstellbaren Spiegeln 143) so regelbar, dass ein konstantes Interferenzmuster eingestellt werden kann. Vorteil einer Optimierung dieses Interferenzsignals ist, dass der geformte Laserpuls L' nicht durch zusätzliche optische Elemente im Strahlengang gestört und abgeschwächt wird und mittels einer aktiven Stabilisierung hinsichtlich Interferenzphänomenen beispielsweise im Spektrum die Form des geformten Laserpulses L' konstant gehalten werden kann.By integration to a parallel pulse shaper, as in 5B is shown, a more compact structure can be achieved, in which the two optical beam paths S in spatial proximity to each other and path differences due to vibration and air circulation are thus kept low. It is also advantageous to ensure the interferometric phase constancy between the partial pulses L x ', L y ' by active stabilization in order to compensate for temporal changes between the beam paths S. This could be done, for example, by detecting, evaluating and optimizing an interference signal caused by interference of the unused for the application polarizing components on the polarizing beam splitter 121 is generated, namely by the polarizing beam splitter 121 transmitted component of the first partial pulse L x 'and by the polarizing beam splitter 121 reflected component of the second partial pulse L y ', which in 5A and 5B from the polarizing beam splitter 121 perpendicular to the beam path of the shaped laser pulse L '(in the plane of the drawing) are emitted vertically upwards. One of the two beam paths S in the pulse shaper 10 is for this purpose then (eg with mounted on a piezo element, along a direction of displacement V adjustable mirrors 143 ) so that a constant interference pattern can be set. The advantage of optimizing this interference signal is that the shaped laser pulse L 'is not disturbed and attenuated by additional optical elements in the beam path and the shape of the shaped laser pulse L' can be kept constant by means of active stabilization with regard to interference phenomena, for example in the spectrum.

Die elektrischen Felder der durch den parallelen Pulsformer 10 modulierten Teilpulse Lx', Ly' sind gegeben durch:

Figure 00290001
mit der Transmission des geformten Laserpulses L' T = 0.5(cos2[0.5(ϕax – ϕbx] + cos2[0.5(ϕay – ϕby)]), der Phasendifferenz Δφ = 0.5((φax + ϕbx) – (ϕay + ϕby)) und den Amplituden der Teilpulse Lx', Ly' Ax = cos[0.5(ϕax – ϕbx)] und Ay = cos[0.5(ϕay – ϕby)], wobei ϕax, ϕbx und ϕay, ϕby die Phasenverzögerungen der einzelnen, der Frequenz ω zugeordneten Pixel der Modulatorelemente bzw. -abschnitte ax, bx und ay, by bezeichnen. Die Phasendifferenz Δφ und die Amplituden Ax und Ay bestimmen die elliptische Form und somit die Polarisation des Laserpulses L':
Figure 00300001
The electric fields of the through the parallel pulse shaper 10 modulated partial pulses L x ', L y ' are given by:
Figure 00290001
with the transmission of the shaped laser pulse L 'T = 0.5 (cos 2 [0.5 (φ ax - φ bx ] + cos 2 [0.5 (φ ay - φ by )]), the phase difference Δφ = 0.5 ((φ ax + φ bx ) - (φ ay + φ by )) and the amplitudes of the partial pulses L x ', L y ' A x = cos [0.5 (φ ax - φ bx )] and A y = cos [0.5 (φ ay - φ by ) ], where φ ax, φ bx and φ ay, φ by the phase delays of the individual, the frequency ω associated pixels of the modulator elements or sections ax, bx and ay, by call. the phase difference Δφ and the amplitudes A x and A y determine the elliptical shape and thus the polarization of the laser pulses L ':
Figure 00300001

Die Polarisierungsellipse ist dann in der Richtung ihrer Hauptachsen und ihrer Elliptizität, so wie in 3B dargestellt, beliebig einstellbar.The polarization ellipse is then in the direction of its major axes and its ellipticity, as in 3B shown, freely adjustable.

Die Vorrichtung 1 zur Herstellung geformter Laserpulse L' gemäß 1 weist auch einen Detektor 20 zur Detektion der geformten Laserpulse L' auf, der in einer möglichen Ausgestaltung in 6 dargestellt ist.The device 1 for producing shaped laser pulses L 'according to 1 also has a detector 20 for detecting the shaped laser pulses L ', which in a possible embodiment in FIG 6 is shown.

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 20 gemäß 6, der als ein so genannter Kreuzkorrelations-Aufbau ausgebildet ist, weist ein polarisationsdrehendes Element in Form einer λ/2-Platte 250 und ein polarisierendes Element in Form eines Polarisators 220 auf, die im Strahlengang S des geformten Laserpulses L' angeordnet sind.The detector 20 according to 6 , which is formed as a so-called cross-correlation structure, has a polarization-rotating element in the form of a λ / 2 plate 250 and a polarizing element in the form of a polarizer 220 on, which are arranged in the beam path S of the shaped laser pulse L '.

Zur Messung einer Polarisierungskomponente des geformten Laserpulses L' in einer bestimmten Polarisationsrichtung wird der Polarisator 220 vertikal ausgerichtet und die optische Achse der λ/2-Platte 250 so eingestellt, dass die auszumessende Polarisationsrichtung des Laserpulses L' durch die Wirkung der λ/2-Platte 250 in die vertikale Richtung gedreht wird. Zur Ausmessung der vertikalen Polarisationsrichtung wird die λ/2-Platte somit vertikal ausgerichtet, so dass keine Drehung der Polarisation des geformten Laserpulses L' erfolgt, während für die Aufnahme der horizontalen Polarisationsrichtung die optische Achse der λ/2-Platte unter einem Winkel von –45° zur vertikalen Richtung (zur Drehung der Polarisation um 90° von horizontal nach vertikal) eingestellt wird. Auf diese Weise wird jeweils eine die Intensität des geformten Laserpulses L' in eine Polarisationsrichtung anzeigende lineare Polarisierungskomponente des geformten Laserpulses L' herausgefiltert, wird durch einen Spiegel 240 und eine Linse 260 auf einen Wechselwirkungselement 270, beispielsweise ein BBO-Kristall, fokussiert und wechselwirkt in dem Wechselwirkungselement 270 mit einem Referenzpuls LR, der, wie in 1 dargestellt, aus dem ungeformten Laserpuls L abgezweigt sein kann und über Spiegel 240, eine Verzögerungsstrecke zur Nachregelung des Strahlengangs in Form der entlang der Verschieberichtung V verstellbaren Spiegel 243 und eine Linse 260 dem Wechselwirkungselement 270 zugeführt wird.For measuring a polarization component of the shaped laser pulse L 'in a certain polarization direction, the polarizer becomes 220 vertically aligned and the optical axis of the λ / 2 plate 250 adjusted so that the polarization direction of the laser pulse L 'to be measured by the action of the λ / 2 plate 250 is rotated in the vertical direction. In order to measure the vertical direction of polarization, the λ / 2 plate is thus aligned vertically, so that no rotation of the polarization of the shaped laser pulse L 'takes place, while for recording the horizontal polarization direction, the optical axis of the λ / 2 plate at an angle of - 45 ° to the vertical direction (to rotate the polarization by 90 ° from horizontal to vertical). In this way, each one of the intensity of the shaped laser pulse L 'in a polarization direction indicating linear polarization component of the shaped laser pulse L' is filtered out by a mirror 240 and a lens 260 on an interaction element 270 For example, a BBO crystal focuses and interacts in the interaction element 270 with a reference pulse L R , which, as in 1 represented, may be diverted from the unshaped laser pulse L and mirrors 240 , A delay line for readjusting the beam path in the form of along the direction of displacement V adjustable mirror 243 and a lens 260 the interaction element 270 is supplied.

Durch die Wechselwirkung des geformten Laserpulses L' und des Referenzpulses LR in dem Wechselwirkungselement 270 entsteht ein Wechselwirkungssignal K, das dem Kreuzkorrelationssignal einer Polarisierungskomponente des geformten Laserpulses L' und des Referenzpulses LR entspricht. Das so erzeugte Wechselwirkungssignal K wird über eine weitere Linse 260 und einen weiteren Spiegel 240 zu einem eine Auswerteeinheit zur Erfassung und Auswertung des Wechselwirkungssignals K darstellenden Spektrometer 280 geleitet, das das Wechselwirkungssignal K erfasst und aus dem Wechselwirkungssignal K die Intensität der Polarisierungskomponente und somit der Polarisationsrichtung des geformten Laserpulses L' ableitet. Die Messung wird dabei für mindestens zwei (vorteilhaft mindestens drei) unterschiedliche Polarisierungskomponenten wiederholt und aus den gemessenen Intensitäten dann die Amplitude, Phase und Polarisation, insbesondere auch die Polarisierungsellipse des geformten Laserpulses L' als Funktion der Zeit ermittelt.By the interaction of the shaped laser pulse L 'and the reference pulse L R in the interaction element 270 An interaction signal K, which corresponds to the cross-correlation signal of a polarization component of the shaped laser pulse L 'and of the reference pulse L R, is produced. The interaction signal K thus generated is transmitted via another lens 260 and another mirror 240 to an evaluation unit for detecting and evaluating the interaction signal K representing spectrometer 280 which detects the interaction signal K and derives from the interaction signal K the intensity of the polarization component and thus the polarization direction of the shaped laser pulse L '. The measurement is repeated for at least two (advantageously at least three) different polarization components and the amplitude, phase and polarization, in particular also the polarization ellipse of the shaped laser pulse L ', determined as a function of time from the measured intensities.

Der Detektor gemäß 6 ist so ausgelegt, dass in zeitlich aufeinander folgenden Messungen jeweils die Intensität einer linearen Polarisierungskomponente des geformten Laserpulses L' in einer Polarisationsrichtung als Funktion der Zeit gemessen wird, die λ/2-Platte 250 zwischen den Messungen um einen bestimmten Winkel gedreht wird, eine zweite Polarisationsrichtung gemessen und der Vorgang so oft wiederholt wird, bis die gewünschten Polarisationsrichtungen des geformten Laserpulses L' erfasst sind. Grundlegend ist die Messung der einzelnen Polarisationsrichtungen hierbei automatisierbar, wobei automatisch eine vorbestimmte Anzahl von Polarisationsrichtungen des Laserpulses L' als Funktion der Zeit gemessen und daraus die zeitliche Form des Laserpulses L' ermittelt wird. Da die unterschiedlichen Polarisationsrichtungen hierbei in separaten Messungen erfasst werden, muss bei der Auswertung der Messungen zur Bestimmung der Form des geformten Laserpulses L' die zeitliche Übereinstimmung der Messungen genau ermittelt werden.The detector according to 6 is designed so that in each case the intensity of a linear polarization component of the shaped laser pulse L 'in a polarization direction as a function of time is measured in temporally successive measurements, the λ / 2 plate 250 is rotated by a certain angle between the measurements, a second polarization direction is measured and the process is repeated until the desired polarization directions of the shaped laser pulse L 'are detected. In principle, the measurement of the individual polarization directions can be automated, automatically measuring a predetermined number of polarization directions of the laser pulse L 'as a function of time and determining the temporal shape of the laser pulse L' therefrom. Since the different directions of polarization are detected in separate measurements, the temporal correspondence of the measurements must be accurately determined when evaluating the measurements to determine the shape of the shaped laser pulse L '.

Bei der Auswertung der gemessenen Polarisationsrichtungen muss prinzipiell die durch die λ/2-Platte 250 entstandene Phasenverschiebung von π herausgerechnet werden, um die Polarisierungsellipse des Laserpulses L' als Funktion der Zeit zu ermitteln. Die beschriebene Verwendung von λ/2-Platten liefert für hinreichend lange Pulse verlässliche Ergebnisse, während bei extrem kurzen Pulsen mit merklichen Änderungen der Amplitude innerhalb einer Wellenlänge Abweichungen auftreten können, die aber durch Verwendung von z. B. Polarisationsrotatoren vermieden werden können.In the evaluation of the measured polarization directions must in principle by the λ / 2 plate 250 resulting phase shift of π be deducted to determine the polarization ellipse of the laser pulse L 'as a function of time. The described use of λ / 2 plates provides reliable results for sufficiently long pulses, while deviations may occur in extremely short pulses with appreciable changes in amplitude within a wavelength, but which can be achieved by using z. B. polarization rotators can be avoided.

Bei einem Pulsformer 10, bei dem die Hauptachsen der Polarisierungsellipse nicht verdreht sind, kann die elliptische Form des Laserpulses L' aus den gemessenen horizontalen und vertikalen Polarisierungskomponenten des geformten Laserpulses L' ermittelt werden, da die Hauptachsen der Ellipse entlang der horizontalen und vertikalen Richtungen ausgerichtet sind (siehe 3A). Dazu sind die Intensitäten in einem Retrievalverfahren zu ermitteln. Das Hauptachsenverhältnis B/A bestimmt sich nun aus der Wurzel des Verhältnisses der Intensitäten der vertikalen und horizontalen Polarisierungskomponenten, die die elliptische Form des Laserpulses L' eindeutig festlegen.In a pulse shaper 10 in which the major axes of the polarization ellipse are not twisted, the elliptical shape of the laser pulse L 'can be determined from the measured horizontal and vertical polarization components of the shaped laser pulse L' since the major axes of the ellipse are aligned along the horizontal and vertical directions (see 3A ). For this, the intensities are to be determined in a retrieval method. The major axis ratio B / A is now determined from the root of the ratio of the intensities of the vertical and horizontal polarization components that uniquely determine the elliptical shape of the laser pulse L '.

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:

Figure 00320001
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:
Figure 00320001

Die Polarisierungsellipse und die Projektion auf eine beliebige Achse (unter einem Winkel θ) werden dabei durch die folgenden Gleichungen beschrieben:

Figure 00330001
The polarization ellipse and the projection on any axis (at an angle θ) are described by the following equations:
Figure 00330001

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 7A und 7B).The ellipse parameters A, B and γ can also be found analogously by a numerical fit of the experimentally obtained intensities of the polarization components to equation (15). Thus, the polarization ellipse of the electric field can be determined for each point in time within the laser pulse L ', and the shape of the laser pulse L' can be represented graphically by plotting the polarization ellipse over time (see FIG 7A and 7B ).

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 7A und 7B dargestellt. Die vorgegebenen und am Pulsformer eingestellten Polarisierungsellipsen T sind dabei gestrichelt eingezeichnet, wobei zusätzlich die jeweils zugeordneten Parameter Elliptizität B/A und der Hauptachsenwinkel γ angegeben sind. Indem die Polarisierungsellipsen zu jedem Zeitpunkt des Laserpulses L' ermittelt werden, lässt sich dann der Laserpuls L' in dreidimensionaler Weise als Funktion der Zeit t darstellen, so wie beispielsweise in 9B gezeigt.Two polarization ellipses M of a laser pulse L 'detected by the detector at a specific time are shown graphically in FIG 7A and 7B shown. The predetermined polarization ellipses T, which are set on the pulse shaper, are shown in dashed lines, the additionally assigned respective parameters ellipticity B / A and the main axis angle γ being indicated. By determining the polarization ellipses at each point in time of the laser pulse L ', the laser pulse L' can then be represented in a three-dimensional manner as a function of the time t, such as in FIG 9B shown.

Durch den Pulsformer 10 gemäß 2A2D oder 5A und 5B kann der Laserpuls L in Amplitude, Phase und Polarisation zeitabhängig geformt werden. Die zeitabhängige Formung erfolgt, indem die spektralen Anteile des Laserpulses L separat manipuliert werden, die Pixel a1, a2, a3, ... etc. der Modulatorelemente a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by zu diesem Zweck den spektralen Anteilen zugeordnet werden und die spektralen Anteile somit in ihrer Polarisation eingestellt werden. Die Pixel a1, a2, a3, ... etc. werden hierbei über Ansteuerungsparameter angesteuert, die bei Verwendung von Flüssigkeitskristallarrays Spannungswerten entsprechen, die an die Pixel a1, a2, a3, ... etc. angelegt und eine Änderung der Brechungsindices für eine Polarisierungskomponente des einfallenden Laserpulses L bewirken. Die Ansteuerungsparameter werden dabei einmal eingestellt und dann während der Pulsdauer des Laserpulses L nicht verändert.Through the pulse shaper 10 according to 2A - 2D or 5A and 5B For example, the laser pulse L can be shaped in amplitude, phase and polarization in a time-dependent manner. The time-dependent shaping takes place by manipulating the spectral components of the laser pulse L separately, the pixels a1, a2, a3, etc. of the modulator elements a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by be assigned to the spectral components for this purpose and the spectral components are thus adjusted in their polarization. The pixels a1, a2, a3,... Etc. are in this case controlled by control parameters which, when liquid crystal arrays are used, correspond to voltage values applied to the pixels a1, a2, a3, Polarizing component of the incident laser pulse L effect. The control parameters are set once and then not changed during the pulse duration of the laser pulse L.

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 8 ist ein Optimierungsfaktor in Abhängigkeit der Iterationen während einer derartigen Optimierung dargestellt. Der Optimierungsfaktor gibt hierbei das Verhältnis der Intensitäten des gemessenen Anregungssignals und des mit einem ungeformten Laserpuls L erhaltenen Anregungssignals an. Dargestellt ist ein Optimierungsvorgang am Beispiel einer freien Optimierung von Amplitude, Phase und Polarisation eines Laserpulses L' zur Ionisierung von NaK, wobei für den dargestellten Fall ein serieller Pulsformer 10 gemäß 2B verwendet worden ist und die Ionisierung von NaK im Molekularstrahl durch Anregung mit einem in Amplitude, Phase und Polarisation geformten Laserpuls L' sowie zum Vergleich mit einem nur in Phase und Amplitude modulierten Laserpulses optimiert wurde. Die abgebildeten Lernkurven zeigen einen beträchtlichen Anstieg und eine Konvergenz innerhalb von etwa 70 Iterationen. Dabei ist ersichtlich, dass die Optimierung mittels des in Amplitude, Phase und Polarisation geformten Laserpulses L' zu einem gegenüber dem lediglich in Phase und Amplitude geformten Laserpuls besseren Optimierungsfaktor und somit einem effektiveren Laserpuls führt.In 8th An optimization factor is shown as a function of the iterations during such an optimization. The optimization factor indicates the ratio of the intensities of the measured excitation signal and the excitation signal obtained with an unshaped laser pulse L. Shown is an optimization process using the example of a free optimization of amplitude, phase and polarization of a laser pulse L 'for the ionization of NaK, wherein in the case shown, a serial pulse shaper 10 according to 2 B and the ionization of NaK in the molecular beam has been optimized by excitation with a laser pulse L 'shaped in amplitude, phase and polarization as well as for comparison with a laser pulse modulated only in phase and amplitude. The illustrated learning curves show a considerable increase and convergence within about 70 iterations. It can be seen that the optimization by means of the laser pulse L 'shaped in amplitude, phase and polarization leads to a better optimization factor and thus a more effective laser pulse compared with the laser pulse formed only in phase and amplitude.

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 9A bis 9H angegeben, wobei in 9A, 9C, 9E und 9G die Verläufe der Intensität, der Elliptizität und des Hauptachsenwinkels als Funktion der Zeit für vier unterschiedliche Laserpulse L' angegeben ist, während in 9B, 9D, 9F und 9H die jeweils zugehörigen erzeugten Laserpulse L' in einer dreidimensionalen Darstellung über der transversalen x-y-Ebene und der Zeit t dargestellt sind. Es zeigen hierbei 9A, 9B elliptische Unterpulse, die senkrecht zueinander ausgerichtet sind, 9C, 9D einen elliptischen und einen zirkularen Unterpuls, 9E, 9F elliptische Unterpulse, die unter einem Winkel von 30° zueinander stehen und 9G, 9H elliptische Unterpulse, die unter einem Winkel von 45° zueinander stehen.Examples of laser pulses L 'produced in this way are shown in FIG 9A to 9H indicated, in 9A . 9C . 9E and 9G the progressions of intensity, ellipticity and major axis angle are given as a function of time for four different laser pulses L ', while in 9B . 9D . 9F and 9H the respectively associated generated laser pulses L 'are shown in a three-dimensional representation over the transverse xy plane and the time t. It show here 9A . 9B elliptical subpulses, which are aligned perpendicular to each other, 9C . 9D an elliptical and a circular subpulse, 9E . 9F elliptical subpulses that are at an angle of 30 ° to each other and 9G . 9H elliptical subpulses that are at an angle of 45 ° to each other.

Unter Verwendung des Pulsformers 10 sind somit in Amplitude, Phase und Polarisation beliebig geformte Laserpulse L' einstellbar. Zur Ermittelung der Ansteuerungsparameter für den seriellen Pulsformer gemäß 2A2D wird vorteilhafterweise das im Folgenden beschriebene und in 10 übersichtsmäßig dargestellte Verfahren verwendet.Using the pulse shaper 10 are thus in amplitude, phase and polarization arbitrarily shaped laser pulses L 'adjustable. For determining the drive parameters for the serial pulse shaper according to 2A - 2D is advantageously described in the following and in 10 used in a concise manner.

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 512). Die Unterpulse können hierbei beispielsweise eine gausssche Form in der Zeit aufweisen.First, a user selects pulse parameters such as. B. subpulse distances, intensities, chirps, phase differences and direction of rotation (helicity), ellipticity or the like for the laser pulses to be generated L 'forming sub-pulses (step 512 ). The sub-pulses may in this case have, for example, a gaussian shape in time.

Anschließend wird für jeden Unterpuls die jeweilige Maximalintensität der beiden Komponenten des elektrischen Feldes aus der Gesamtintensität des Unterpulses und der Elliptizität errechnet (Schritt 512). Für jeden Unterpuls wird hierbei über die Beziehung

Figure 00360001
die jeweilige Maximalamplitude in beiden Komponenten zu
Figure 00360002
errechnet (oder alternativ mit der Differenz der Phasenverzögerungen Δϕ = ±2 arctan(BA ) zu
Figure 00360003
beide Formulierungen sind mathematisch äquivalent). Die einzelnen Unterpulse werden dann gesondert für beide Komponenten kombiniert und so die elektrischen Felder beider Komponenten des gesamten Laserpulses L' ermittelt. Auf diese Weise werden Ex,out(t) und Ey,out(t) (E komplex) des gesamten Laserpulses L' bestimmt und mittels Fourier-Transformation daraus direkt die spektralen elektrischen Feldkomponenten Ex,out(ω) und Ey,out(ω) abgeleitet, die die spektralen Anteile des Laserpulses L' angeben.Subsequently, the respective maximum intensity of the two components of the electric field from the total intensity of the subpulse and the ellipticity is calculated for each subpulse (step 512 ). For each subpulse this is about the relationship
Figure 00360001
the respective maximum amplitude in both components
Figure 00360002
calculated (or alternatively with the difference of the phase delays Δφ = ± 2 arctane ( B A ) to
Figure 00360003
both formulations are mathematically equivalent). The individual subpulses are then combined separately for both components, thus determining the electric fields of both components of the entire laser pulse L '. In this way E x, out (t) and E y, out (t) (E complex) of the entire laser pulse L 'are determined and by means of Fourier transformation directly from the spectral electric field components E x, out (ω) and E y , out (ω), which indicate the spectral components of the laser pulse L '.

Die elektrischen Feldkomponenten werden dann in die zum Ansteuern der einzelnen Modulatorelemente a, b, c, d notwendigen Ansteuerungsparameter in Form von Spannungswerten umgerechnet (Schritte 513 bis 517). Die die Ansteuerungsparameter bestimmenden Phasenverzögerungen ϕc(ω) und ϕd(ω) werden dabei durch Einsetzen von Ex,out(ω), Ey,out(ω) und Ein(ω) in die folgenden Gleichungen erhalten:

Figure 00370001
The electric field components are then converted into the drive parameters necessary for driving the individual modulator elements a, b, c, d in the form of voltage values (steps 513 to 517 ). The phase delay φ c (ω) and φ d (ω) determining the driving parameters are obtained by substituting E x, out (ω), E y, out (ω) and E in (ω) into the following equations.
Figure 00370001

Diese Ausdrücke gewinnt man durch Umstellen der Modulationsfunktion (siehe beispielsweise Gleichung (1)) des elektrischen Feldes für den seriellen Pulsformer gemäß 2A2C

Figure 00370002
nach ϕc(ω) und ϕd(ω), wobei nur der Realteil verwendet wird, da imaginäre Werte nicht in Ansteuerungsparameter umsetzbar sind. Bei der Verwendung eines Pulsformers 10, bei dem die Hauptachsen der Polarisierungsellipse des einstellbaren Laserpulses L' festgelegt und nicht drehbar sind, führt die Bestimmung der Ansteuerungsparameter zu Imaginärteilen in den Phasenverzögerungen. Durch Einschränkung auf den Realteil werden somit angenäherte Pulsformen erzeugt, die den gewünschten zeitlichen Verlauf nur näherungsweise nachbilden und zusätzlich (kleine) Replika-Pulse aufweisen.These expressions are obtained by switching the modulation function (see, for example, equation (1)) of the electric field for the serial pulse shaper according to FIG 2A - 2C
Figure 00370002
after φ c (ω) and φ d (ω), where only the real part is used, since imaginary values can not be converted into control parameters. When using a pulse shaper 10 in which the principal axes of the polarization ellipse of the tunable laser pulse L 'are fixed and not rotatable, the determination of the drive parameters results in imaginary parts in the phase delays. By restricting to the real part thus approximate pulse shapes are generated, which only approximately simulate the desired time course and additionally have (small) replica pulses.

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 10, bei dem die Hauptachsen der Polarisierungsellipse des Laserpulses L in Folge der Ausrichtung der optischen Achsen der Modulatorelemente a, b, c, d oder der Verwendung von nur drei Modulatorelementen a, b, c festgelegt und nicht drehbar sind, treten, wie oben erwähnt, Replika-Pulse auf, die bedingt sind durch die Einschränkung, dass die Transmission T(ω) für beide Komponenten des Laserpulses L immer gleich ist. Wegen dieser Einschränkung kann keine gleichzeitige exakte Formung der Unterpulse in beiden Polarisationskomponenten des Laserpulses L erfolgen. Eine exakte, replikafreie Formung des Laserpulses L erfordert eine unabhängige Einstellung der Transmissionen in beiden Komponenten des Laserpulses L.When using a pulse shaper 10 in which the main axes of the polarization ellipse of the laser pulse L are fixed and not rotatable as a result of the alignment of the optical axes of the modulator elements a, b, c, d or the use of only three modulator elements a, b, c, as mentioned above, Replica pulses due to the restriction that the transmission T (ω) for both components of the laser pulse L is always the same. Because of this limitation, no simultaneous exact shaping of the sub-pulses in both polarization components of the laser pulse L can take place. An exact, replica-free shaping of the laser pulse L requires an independent adjustment of the transmissions in both components of the laser pulse L.

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 11 dargestelltes Verfahren ergibt sich bei Verwendung eines parallelen Pulsformers 10 gemäß 5A und 5B.An analogous, oversight in 11 the illustrated method results when using a parallel pulse shaper 10 according to 5A and 5B ,

Hier wählt der Benutzer zunächst die Pulsparameter zur parametrischen Definition des zu erzeugenden Laserpulses L' aus (Schritt 502). Die benutzerdefinierten Parameter y (Ausrichtung der Hauptachsen) und r = B/A (Elliptizität) werden hierbei für jeden Unterpuls in die spektrale Phasendifferenz Δϕ und den Betrag des Verhältnisses der Amplituden Ax und Ay der Polarisierungskomponenten des Laserpulses L umgerechnet, wobei das Vorzeichen der spektralen Phasendifferenz durch die Wahl der Polarisationsrichtung bestimmt ist und die Umlaufrichtung (Helizität) definiert:

Figure 00390001
oder alternativ:
Figure 00390002
(beide Beschreibungen sind mathematisch äquivalent).Here, the user first selects the pulse parameters for the parametric definition of the laser pulse L 'to be generated (step 502 ). The user-defined parameters y (alignment of the main axes) and r = B / A (ellipticity) are here converted into the spectral phase difference Δφ and the magnitude of the ratio of the amplitudes A x and A y of the polarization components of the laser pulse L for each subpulse, the sign the spectral phase difference is determined by the choice of polarization direction and defines the direction of rotation (helicity):
Figure 00390001
or alternatively:
Figure 00390002
(both descriptions are mathematically equivalent).

Für jeden Unterpuls wird daraufhin das Amplitudenverhältnis

Figure 00390003
sowie die Phasendifferenz Δϕ zwischen den Phasen beider Komponenten des elektrischen Feldes eingestellt (Schritt 503). Durch Kombination der Unterpulse werden dann Ex,out(t) und Ey,out(t) des gesamten Laserpulses L' ermittelt und daraus mittels Fourier-Transformation Ex,out(ω) und Ey,out(ω) gebildet.For each subpulse then the amplitude ratio
Figure 00390003
and the phase difference Δφ between the phases of both components of the electric field (step 503 ). By combining the subpulses, E x, out (t) and E y, out (t) of the entire laser pulse L 'are then determined and formed therefrom by Fourier transformation E x, out (ω) and E y, out (ω).

Aus den Komponenten des elektrischen Feldes werden dann Filterfunktionen für die Teilpulse Lx', Ly' errechnet (Schritt 504 bis 508) und daraus die Ansteuerungsparameter abgeleitet, die dann zur Ansteuerung der Modulatorelemente ax, bx, bzw. ay, by verwendet werden (siehe 5A und 5B). Die Filterfunktionen Hx, Hy (komplex), mit den Amplitudenfaktoren Rx, Ry und den Phasenfaktoren ψx, ψy, sind dabei gegeben durch

Figure 00400001
und werden in die die Ansteuerungsparameter definierenden Phasenverzögerungen mittels ϕax = π/2 + ψ(ω) + arccos(Rx(ω)), ϕbx = π/2 + ψx(ω) – arccos(Rx(ω)), ϕay = π/2 + ψy(ω)+ arccos (Ry(ω)) und ϕby = π/2 + ψy(ω) – arccos(Ry(ω)) umgerechnet. Die mittels der so bestimmten Ansteuerungsparameter modulierten Teilpulse Lx', Ly' ergeben dann nach der Zusammenführung den gewünschten geformten Laserpuls L'.Filter functions for the partial pulses L x ', L y ' are then calculated from the components of the electric field (step 504 to 508 ) and derived therefrom the control parameters, which are then used to control the modulator elements ax, bx, or ay, by (see 5A and 5B ). The filter functions H x , H y (complex), with the amplitude factors R x , R y and the phase factors ψ x , ψ y , are given by
Figure 00400001
and are included in the phase delays defining the drive parameters by means of φ ax = π / 2 + ψ (ω) + arccos (R x (ω)), φ bx = π / 2 + ψ x (ω) - arccos (R x (ω) ), φ ay = π / 2 + ψ y (ω) + arccos (R y (ω)) and φ by = π / 2 + ψ y (ω) - arccos (R y (ω)). The partial pulses L x ', L y ' modulated by means of the thus determined activation parameters then yield the desired shaped laser pulse L 'after the merger.

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 9A9H), die Ansteuerungsparameter bestimmt werden und der Pulsformer 10 auf diese Weise gesteuert wird.Advantageously, the method for determining the drive parameters for the serial and the parallel pulse shaper is hereby implemented by means of a computer program that calculates the drive parameters from the user inputs and modulator elements for generating the ge Wanted laser pulse L 'drives. The computer program can be designed so that a user is the input of sub-pulse parameters for defining the laser pulse forming subpulses is made possible by, for example, the position, the energy, the phase, the ratio of the major axes B / A, the direction of rotation (helicity), the angle of the major axis relative to the horizontal, a linear, quadratic or cubic chirp of the respective subpulse can be entered, from which the pulse shape of the laser pulse L 'to be generated is calculated and displayed (in particular in three-dimensional form, analog 9A - 9H ), the drive parameters are determined and the pulse shaper 10 controlled in this way.

12 zeigt eine interaktive Benutzeroberfläche eines solchen Computerprogramms, mittels dessen die Form des zu formenden Laserpulses L eingegeben werden kann. Die Benutzoberfläche stellt eine für den Benutzer leicht zu handhabende Eingabemaske dar, wobei der Benutzer die Parameter zur Spezifikation des Laserpulses eingibt, sich die zeitliche Variation eines eingestellten Parameters für den Laserpuls in Form von Parameterscans ausgeben und den simulierten geformten Laserpulse in verschiedenen Darstellungen anzeigen lassen kann. In der in 12 dargestellten Eingabemaske

  • – 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.
12 shows an interactive user interface of such a computer program, by means of which the shape of the laser pulse to be formed L can be input. The user interface provides an easy-to-use input mask for the user, whereby the user inputs the parameters for the specification of the laser pulse, outputs the time variation of a set parameter for the laser pulse in the form of parameter scans, and displays the simulated shaped laser pulses in different representations , In the in 12 displayed input mask
  • - 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

Claims (36)

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 unabhängig voneinander zu formen.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 divide the laser pulse to be formed into its spectral components, the spectral components be supplied to 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 phase and polarization, characterized in that the pulse shaper ( 10 ) additionally at least one in the beam path (S) of the laser pulse (L, L x , L y ) arranged polarizing element ( 120 . 121 ), which filters out a polarization component from the incident laser pulse (L, L x , L y ), 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 ) to shape the laser pulse (L) in amplitude, phase and polarization independently. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Modulatorelement (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) als ein Flüssigkristallarray ausgebildet ist.Device according to claim 1, characterized in that in that the at least one modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) as a liquid crystal array is trained. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Modulatorelement (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) als ein akustooptischer Modulator oder als eine doppelbrechende Phasenmaske ausgebildet ist.Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the at least one modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) as an acousto-optic modulator or as a birefringent one Phase mask is formed. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsformer (10) mindestens eine Kompressorgitteranordnung enthält, die mindestens zwei optische Gitter (101, 102) zur Zerlegung des Laserpulses (L, Lx, Ly) in seine spektralen Anteile und zur Wiedervereinigung der spektralen Anteile zu dem geformten Laserpuls (L') und zusätzlich mindestens zwei Zylinderlinsen (111112) oder Zylinderspiegel zur Fokussierung des Laserpulses (L, Lx, Ly) aufweist.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pulse shaper ( 10 ) includes at least one compressor grid array comprising at least two optical grids ( 101 . 102 ) for the decomposition of the laser pulse (L, L x , L y ) into its spectral components and for the reunification of the spectral components to the shaped laser pulse (L ') and additionally at least two cylindrical lenses ( 111 - 112 ) or cylindrical mirror for focusing the laser pulse (L, L x , L y ). Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Modulatorelement durch ein oder mehrere Modulatorelemente (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) gebildet ist, die im Bereich einer einzigen oder im Bereich unterschiedlicher Fourierebenen einer oder mehrerer Kompressorgitteranordnungen des Pulsformers (10) angeordnet sind.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the at least one modulator element is formed by one or more modulator elements (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) which are in the range of a single or in the region of different Fourier planes of one or more compressor grid arrangements of the pulse shaper ( 10 ) are arranged. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Pulsformer (10) in seriellem Aufbau das mindestens eine Modulatorelement durch ein oder mehrere Modulatorelemente (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) ausgebildet ist, die der Laserpuls (L) jeweils einmal oder in unterschiedlichen Abschnitten der Modulatorelemente (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) mehrfach durchläuft.Device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that in the pulse shaper ( 10 ) in a serial structure, the at least one modulator element is formed by one or more modulator elements (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by), the laser pulse (L) in each case once or in different sections of the Modulator elements (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) passes through several times. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Pulsformer (10) in seriellem Aufbau der Laserpuls (L) mindestens drei unterschiedliche Abschnitte eines oder mehrerer Modulatorelemente (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) durchläuft.Device according to at least one of claims 6, characterized in that in the pulse shaper ( 10 ) in a serial structure of the laser pulse (L) at least three different sections of one or more modulator elements (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) passes through. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsformer (10) in seriellem Aufbau ausgebildet ist, durch genau vier hintereinander im Strahlengang (S) des Laserpulses (L) angeordnete Abschnitte des mindestens einen Modulatorelementes (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) den Laserpuls (L) in Amplitude, Phase und Polarisation zu formen.Apparatus according to claim 6 and 7, characterized in that the pulse shaper ( 10 ) is formed in a serial structure, by exactly four successively in the beam path (S) of the laser pulse (L) arranged portions of the at least one modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) the laser pulse (L) in amplitude, phase and polarization. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisierende Element (120) so im Strahlengang (S) des Laserpulses (L) angeordnet ist, dass der Laserpuls (L) anschließend noch mindestens einen Abschnitt eines Modulatorelementes (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) durchläuft.Device according to at least one of claims 6 to 8, characterized in that the polarizing element ( 120 ) is arranged in the beam path (S) of the laser pulse (L) such that the laser pulse (L) subsequently passes through at least a portion of a modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) , Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse des nach dem polarisierenden Element (120) im Strahlengang des Laserpulses (L) angeordneten Abschnitts des Modulatorelementes (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) sich in ihrer Ausrichtung von der Polarisationsrichtung des Laserpulses (L) unterscheidet.Device according to Claim 9, characterized in that the optical axis of the post-polarizing element ( 120 ) in the beam path of the laser pulse (L) arranged portion of the modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) differs in their orientation from the polarization direction of the laser pulse (L). Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse des nach dem polarisierenden Element (120) im Strahlengang des Laserpulses (L) angeordneten Abschnitts des Modulatorelementes (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) senkrecht zum Strahlengang (S) unter einem Winkel von 45° zur Polarisationsrichtung des Laserpulses (L) am Ort des Modulatorelementes (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) ausgerichtet ist.Device according to claim 9 or 10, characterized in that the optical axis of the post-polarizing element ( 120 ) in the beam path of the laser pulse (L) arranged portion of the modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) perpendicular to the beam path (S) at an angle of 45 ° to the polarization direction of the laser pulse ( L) is aligned at the location of the modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by). Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend mindestens ein weiterer Abschnitt eines Modulatorelementes (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) im Strahlengang (S) des Laserpulses (L) angeordnet ist, dessen optische Achse sich von der Richtung der optischen Achse des vorangehenden Abschnitts eines Modulatorelementes (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) unterscheidet.Device according to claim 10 or 11, characterized that afterwards at least one further section of a modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) in the beam path (S) of the laser pulse (L) is arranged, whose optical axis is different from the direction the optical axis of the preceding section of a modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) differs. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend mindestens ein weiterer Abschnitt eines Modulatorelementes (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) im Strahlengang (S) des Laserpulses (L) angeordnet ist, dessen optische Achse senkrecht zum Strahlengang (S) unter einem Winkel von 45° zur Richtung der optischen Achse des vorangehenden Modulatorelementes (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) ausgerichtet ist.Device according to claim 12, characterized in that that afterwards at least one further section of a modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) in the beam path (S) of the laser pulse (L) is arranged, whose optical axis perpendicular to the beam path (S) at an angle of 45 ° to Direction of the optical axis of the preceding modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) is aligned. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsformer (10) in parallelem Aufbau einen Strahlteiler (141), der den Laserpuls (L, Lx, Ly) in einen ersten und einen zweiten Teilpuls (Lx, Ly) teilt, und ein kombinierendes Element, das die Teilpulse wieder zu dem geformten Laserpuls L' zusammenfügt, aufweist.Device according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the pulse shaper ( 10 ) in parallel construction a beam splitter ( 141 ), which divides the laser pulse (L, L x , L y ) into a first and a second partial pulse (L x , L y ), and a combining element which reassembles the partial pulses into the shaped laser pulse L '. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Pulsformer (10) in parallelem Aufbau jeweils mindestens ein Modulatorelement (ax, ay, bx, by) und mindestens ein polarisierendes Element (121) in den Strahlengängen (S) des ersten und zweiten Teilpulses (Lx, Ly) zur Modulierung der Teilpulse (Lx, Ly) angeordnet ist.Apparatus according to claim 14, characterized in that in the pulse shaper ( 10 ) in parallel construction in each case at least one modulator element (ax, ay, bx, by) and at least one polarizing element ( 121 ) in the beam paths (S) of the first and second partial pulse (L x , L y ) for modulating the partial pulses (L x , L y ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Modulatorelement durch ein oder mehrere Modulatorelemente (ax, ay, bx, by) ausgebildet ist, die der erste und zweite Teilpuls (Lx, Ly) jeweils einmal oder in unterschiedlichen Abschnitten der Modulatorelemente (ax, ay, bx, by) mehrfach durchlaufen.Apparatus according to claim 14 or 15, characterized in that the at least one module Gate element by one or more modulator elements (ax, ay, bx, by) is formed, which pass through the first and second partial pulse (L x , L y ) once or in different sections of the modulator elements (ax, ay, bx, by) several times , Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang (S) des ersten oder des zweiten Teilpulses (Lx, Ly) ein die Polarisation des ersten oder des zweiten Teilpulses (Lx, Ly) drehendes Element (142) vorgesehen ist.Device according to at least one of claims 14 to 16, characterized in that in the beam path (S) of the first or the second partial pulse (L x , L y ) an element rotating the polarization of the first or the second partial pulse (L x , L y ) ( 142 ) is provided. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisierende Element (121) ausgebildet und vorgesehen ist, den ersten und zweiten Teilpuls (Lx, Ly) zu dem geformten Laserpuls (L') zusammenzufügen.Device according to at least one of claims 14 to 17, characterized in that the polarizing element ( 121 ) is arranged and provided, the first and second partial pulse (L x , L y ) to the shaped laser pulse (L ') together. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das polarisierende Element als polarisierender Strahlteiler (121) ausgebildet ist, der eine erste Polarisierungskomponente des ersten oder zweiten Teilpulses (Lx, Ly) transmittiert und eine zweite, senkrecht zur ersten gerichtete Polarisierungskomponente des ersten oder zweiten Teilpulses (Lx, Ly) reflektiert.Apparatus according to claim 18, characterized in that the polarizing element as a polarizing beam splitter ( 121 ) is formed, which transmits a first polarization component of the first or second partial pulse (L x , L y ) and a second, perpendicular to the first directed polarization component of the first or second partial pulse (L x , L y ) reflected. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Teilpuls (Lx, Ly) senkrecht zueinander auf den polarisierenden Strahlteiler (121) so einfallen, dass der polarisierende Strahlteiler (121) die erste Polarisierungskomponente des ersten oder zweiten Teilpulses (Lx, Ly) transmittiert und die zweite Polarisierungskomponente des anderen Teilpulses (Lx, Ly) reflektiert und durch räumliche Überlagerung der Polarisierungskomponenten die Teilpulse (Lx, Ly) zu dem geformten Laserpuls (L') kombiniert.Apparatus according to claim 19, characterized in that the first and second partial pulse (L x , L y ) perpendicular to each other on the polarizing beam splitter ( 121 ) come so that the polarizing beam splitter ( 121 ) transmits the first polarization component of the first or second partial pulse (L x , L y ) and the second polarization component of the other partial pulse (L x , L y ) reflected and by spatially superimposing the polarization components, the partial pulses (L x , L y ) to the formed Laser pulse (L ') combined. Verfahren zur Herstellung geformter Laserpulse, bei dem ein zu formender Laserpuls in seine spektralen Anteile zerlegt wird und die spektralen Anteile mindestens einem im Strahlengang des Laserpulses angeordneten Modulatorelement zugeführt und anschließend zu einem geformten Laserpuls vereinigt werden, wobei das mindestens eine Modulatorelement die spektralen Anteile in ihrer Phase und Polarisation einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des mindestens einen Modulatorelementes (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) und mindestens eines im Strahlengang (S) des Laserpulses (L) angeordneten polarisierenden Elementes (120, 121)), das eine Polarisierungskomponente aus dem einfallenden Laserpuls (L, Lx, Ly) herausfiltert, der Laserpuls (L) in Amplitude, Phase und Polarisation unabhängig voneinander geformt wird.A method for producing shaped laser pulses, in which a laser pulse to be formed is decomposed into its spectral components and the spectral components are supplied to at least one modulator element arranged in the beam path of the laser pulse and subsequently combined to form a shaped laser pulse, wherein the at least one modulator element comprises the spectral components in its Phase and polarization adjusts, characterized in that by means of the at least one modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) and at least one in the beam path (S) of the laser pulse (L) arranged polarizing Element ( 120 . 121 )), which filters out a polarization component from the incident laser pulse (L, L x , L y ), the laser pulse (L) in amplitude, phase and polarization is formed independently. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Modulatorelement (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) in unabhängig voneinander ansteuerbare Pixel (a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1, d2, d3) gegliedert ist, die entlang einer senkrecht zum Strahlengang des Laserpulses (L) gerichteten Richtung versetzt angeordnet sind und zur Einstellung der Polarisation der spektralen Anteile des Laserpulses (L) durch vorgebbare Ansteuerungsparameter gesteuert werden.Method according to claim 21, characterized in that the at least one modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) in independent mutually controllable pixels (a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1, d2, d3) arranged along a direction perpendicular to Beam path of the laser pulse (L) directed direction staggered and to adjust the polarization of the spectral components of the laser pulse (L) controlled by predeterminable control parameters become. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Ansteuerungsparameter für jedes Pixel (a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1, d2, d3) eine Phasendifferenz vorgegeben wird, die den Polarisierungskomponenten des dem Pixel (a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1, d2, d3) zugeordneten spektralen Anteils des Laserpulses (L, Lx, Ly) zur Einstellung der Polarisation aufgeprägt wird.A method according to claim 22, characterized in that by means of the drive parameters for each pixel (a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1, d2, d3) a phase difference is predetermined which corresponds to the polarization components of the Pixel (a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1, d2, d3) associated with the spectral component of the laser pulse (L, L x , L y ) for setting the polarization is impressed. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Formung des Laserpulses (L) der Verlauf der Amplitude, Phase und Polarisation des Laserpulses (L) als Funktion der Zeit (t) vorgegeben wird, hieraus die Ansteuerungsparameter bestimmt werden und die Pixel (a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1, d2, d3) des mindestens einen Modulatorelementes (a, b, c, d, ax, ay, bx, by) mit den Ansteuerungsparametern gesteuert werden.Method according to at least one of claims 21 to 23, characterized in that for shaping the laser pulse (L) the course of the amplitude, phase and polarization of the laser pulse (L) is given as a function of time (t), from this the control parameters and the pixels (a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1, d2, d3) of the at least one modulator element (a, b, c, d, ax, ay, bx, by) are controlled with the drive parameters. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Amplitude, Phase und Polarisation des Laserpulses (L) als Funktion der Zeit (t) durch eine Spezifikation von den Laserpuls (L) ausbildenden Unterpulsen vorgegeben werden.Method according to Claim 24, characterized that the course of the amplitude, phase and polarization of the laser pulse (L) as a function of time (t) by a specification of the laser pulse (L) forming sub-pulses are given. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterpulse durch Angabe von Unterpulsintensitäten, Unterpulsabständen, Unterpulschirps, Unterpulsphasendifferenzen und/oder Unterpulspolarisationen spezifiziert werden.Method according to claim 24 or 25, characterized that the subpulses are indicated by specifying subpulse intensities, subpulse spacings, subpulse chords, Subpulse phase differences and / or sub-pulse polarizations specified become. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserpuls (L') durch Vorgabe von spektralen Phasen-, Amplituden- und/oder Polarisationsmustern geformt wird.Method according to at least one of claims 24 to 26, characterized in that the laser pulse (L ') by default of shaped spectral phase, amplitude and / or polarization patterns becomes. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Steuerung eines seriellen Pulsformers (10) zur Formung von Laserpulsen (L') ausgebildet ist.Method according to at least one of Claims 21 to 27, characterized in that it is used to control a serial pulse shaper ( 10 ) is designed to form laser pulses (L '). Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Steuerung eines parallelen Pulsformers (10) zur Formung von Laserpulsen (L') ausgebildet ist.Method according to at least one of Claims 21 to 28, characterized in that it is used to control a parallel pulse shaper ( 10 ) is designed to form laser pulses (L '). Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der geformte Laserpuls (L') zur Wechselwirkung mit einem Stoff verwendet, ein durch die Wechselwirkung erzeugtes Anregungssignal gemessen und der geformte Laserpuls (L') anhand des Anregungssignals optimiert wird.Method according to at least one of claims 21 to 29, characterized in that the shaped laser pulse (L ') for interaction used with a substance, an excitation signal generated by the interaction measured and optimized the shaped laser pulse (L ') based on the excitation signal becomes. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierung iterativ erfolgt, indem Anfangswerte für die Ansteuerungsparameter zur Steuerung der Pixel (a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1, d2, d3) des mindestens einen Modulatorelementes (a, b, c, d, ax, ay, bx, by) vorgegeben werden, das durch den so geformten Laserpuls (L') erzeugte Anregungssignal gemessen wird und die Ansteuerungsparameter iterativ zur Optimierung des geformten Laserpulses (L') anhand des Anregungssignals angepasst werden.Method according to claim 30, characterized that optimization is done iteratively by setting initial values for the driving parameters for controlling the pixels (a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1, d2, d3) of the at least one modulator element (a, b, c, d, ax, ay, bx, by) given by the thus formed laser pulse (L ') generated excitation signal is measured and the driving parameters iterative for optimization of the shaped laser pulse (L ') be adjusted by the excitation signal. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die iterative Optimierung des Laserpulses (L') durch Anpassung des vorgegebenen zeitlichen Verlaufs der Amplitude, Phase und Polarisation des Laserpulses (L), aus denen die Ansteuerungsparameter berechnet werden, erfolgt.Method according to claim 30 or 31, characterized that the iterative optimization of the laser pulse (L ') by adaptation the predetermined time course of the amplitude, phase and polarization of Laser pulses (L), from which the activation parameters are calculated, he follows. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die iterative Optimierung mittels eines evolutionären Algorithmus erfolgt.Method according to at least one of claims 30 to 32, characterized in that the iterative optimization means an evolutionary one Algorithm is done. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass Polarisationsabhängigkeiten und/oder Frequenzabhängigkeiten der verwendeten optischen Gitter (101, 102) und/oder Zylinderlinsen (111112) oder Zylinderspiegel durch eine Anpassung der Ansteuerungsparameter korrigiert werden.Method according to at least one of claims 21 to 33, characterized in that polarization dependencies and / or frequency dependencies of the optical gratings used ( 101 . 102 ) and / or cylindrical lenses ( 111 - 112 ) or cylindrical mirror can be corrected by adjusting the drive parameters. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der geformte Laserpuls (L') zur Übertragung von Informationen verwendet wird.Method according to at least one of claims 21 to 34, characterized in that the shaped laser pulse (L ') for transmission of information is used. Computerprogramm, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 21 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm das mindestens eine Modulatorelement (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 35 steuert.Computer program for carrying out the method according to one the claims 21 to 35, characterized in that the computer program the at least one modulator element (a, b, c, d, e, f, ax, ay, bx, by) according to the method according to one of the claims 21 to 35 controls.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5719650A (en) * 1995-05-12 1998-02-17 Massachusetts Institute Of Technology High-fidelity spatial light modulator
US6930779B2 (en) * 2001-11-06 2005-08-16 Mcgrew Stephen P. Quantum resonance analytical instrument

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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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