DE102006060703A1

DE102006060703A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Strecken und Rekomprimieren von optischen Impulsen, insbesondere von Laserimpulsen hoher Intensität

Info

Publication number: DE102006060703A1
Application number: DE200610060703
Authority: DE
Inventors: Sebastian Dipl.-Phys. Podleska
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-06-26

Abstract

Aufgabe war es, optische Impulse hoher Intensität für eine Übertragung und Behandlung in einer Wechselwirkungszone mit möglichst geringen Impulsenergieverlusten in der Intensität so zu verringern und anschließend wieder zu erhöhen, dass diese die optischen Elemente in der Wechselwirkungszone weder beschädigen noch gefährden. Erfindungsgemäß werden die Impulse vor der Wechselwirkungszone in wenigstens einer Umwegschleife mit polarisationsabhängigen Teilstrahlen gestreckt und nach Durchlaufen der Wechselwirkungszone wieder rekomprimiert. Die Erfindung ist z. B. zur Beeinflussung von polarisiertem Licht anwendbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum verlustarmen Strecken und Rekomprimieren von Impulsen, insbesondere von Laserimpulsen (quasi kollimierten elektromagnetischen Impulsen) hoher Intensität, um diese ohne Beschädigung bzw. Gefährdung für optische Elemente (beispielsweise zur Impulsverstärkung) durch eine diesbezügliche Wechselwirkungszone leiten zu können.
Die Erfindung lässt sich beispielsweise sehr zweckmäßig zur Beeinflussung von polarisiertem Licht verwenden.
Laserverstärker können Laserimpulse bis auf hohe Energien verstärken. Bei vielen Anwendungen sind jedoch nicht nur hohe Impulsenergien, sondern auch hohe Intensitäten gefragt. Eine Möglichkeit um bei vergleichsweise moderaten Impulsenergien hohe Impulsintensitäten zu erhalten, ist die Verringerung der Impulsdauer bis hin zu ultrakurzen Impulsen im fs-Bereich.
Dabei hat sich in der Praxis herausgestellt, dass die direkte Verstärkung von ultrakurzen Laserimpulsen zu hohen Impulsenergien nicht möglich ist, da bereits relativ geringe Impulsenergien zu sehr hohen Leistungsspitzen führen können. Diese Leistungsspitzen wirken sich auf die verwendeten optischen Komponenten, insbesondere die aktiven Materialien, sehr negativ aus (z. B. Schäden an optischen Materialien in Abhängigkeit der Leistungsdichte).
Des Weiteren können die Impulse infolge nichtlinearer optischer Wechselwirkungen in ihren wesentlichen Eigenschaften gestört werden.
Die Folgen daraus sind Transmissionsverluste durch Streuung und eine unkontrollierte Veränderung der Brechzahl, was die Lebensdauer des optischen Systems begrenzt.
Hohe Intensitäten auf dielektrischen Spiegeln können zur Zerstörung der optischen Schichten führen und die hoch reflektierende Wirkung der Spiegel aufheben.
In einem komplexen optischen System mit hohen Laserimpulsintensitäten, kann die Zerstörung einer optischen Komponente in einer Art Kettenreaktion zur Zerstörung weiterer optischer Komponenten führen.
Nach dem heutigen Stand der Technik werden zur Streckung von ultrakurzen Laserimpulsen Gitter und Prismen verwendet, dabei durchlaufen die verschiedenen Wellenlängenanteile des Impulses verschiedene Wege. Der Impuls wird zeitlich gestreckt und bekommt einen so genannten chirp. Der chirp kann positiv oder negativ sein je nachdem, ob zuerst die roten oder zuerst die blauen Wellenlängenanteile kommen. Gitter haben jedoch eine relativ schlechte Beugungseffizienz, so dass die kumulativen Energieeinbußen bei einem Gitterstrecker bzw. -kompressor relativ hoch sind. Eine wesentliche Beschränkung dieser Technik liegt bei der maximalen Dauer der gestreckten Impulse von einigen ns, die durch die maximale Größe der verwendeten dispersiven Elemente (z. B. Gitter) und durch deren maximalen Abstand gegeben ist. Sehr große Gitter sind extrem teuer. Der gesamte Aufbau muss für hohe Intensitäten im Vakuum erfolgen, wodurch der maximale Abstand durch die Größe der möglichen Vakuumkammer gegeben ist. Bei der Verwendung von Prismen ergeben sich erhebliche Probleme durch die Intensitätsabhängigkeit des Brechungsindexes, weshalb der Impuls nicht mehr exakt komprimiert werden kann. Hinzu kommen Probleme mit dem B-Integral auf Grund nichtlinearer Effekte im Prismenmaterial.
Weiterhin sind in DE 199 31 751 A1 eine Vorrichtung zur Reduzierung der Peakleistung einer Impulslaser-Lichtquelle und in US 5,661,748 eine Impulsverzögerungseinrichtung beschrieben.
Nachteilig bei dieser Art der Vorrichtungen ist jedoch, dass die Laserimpulse nach dem Durchgang durch den sensiblen Bereich (die besagte Wechselwirkungszone) nicht wieder in Impulse mit hoher oder zumindest höherer Leistungsdichte rücküberführt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, optische Impulse, insbesondere Laserimpulse hoher Intensität, für eine Übertragung und Behandlung in einer Wechselwirkungszone, beispielsweise zur Impulsverstärkung, mit möglichst geringen Impulsenergieverlusten in der Intensität so zu verringern und anschließend wieder zu erhöhen, dass diese die optischen Elemente in der Wechselwirkungszone weder beschädigen noch gefährden.
Erfindungsgemäß werden die Laserimpulse vor ihrer Behandlung in einer Wechselwirkungszone, beispielsweise zur Impulsverstärkung, gestreckt und nach Durchlaufen der Wechselwirkungszone wieder rekomprimiert, und zwar bei nur geringer kumulativer Energieeinbuße des Impulses in den Streckungs- bzw. Kompressionselementen. Dabei werden die Impulse zum Zweck der Impulsstreckung in wenigstens einer Streckungsschleife, welche unterschiedliche Verzögerungsarme aufweist, in zwei senkrecht zueinander polarisierte Impulsanteile aufgeteilt und die jeweils beiden senkrecht zueinander polarisierten Impulsanteile auf derselben optischen Achse gegeneinander zeitverzögert. Auf diese Weise erhalten die beiden Teilstrahlen bis zu ihrer Wiedervereinigung nach Durchlaufen der besagten Wechselwirkungszone einen optischen Wegunterschied zueinander, der vorzugsweise so ausgelegt ist, dass sich zur optimalen Verringerung der Impulsleistungsdichte mindestens ein zeitlicher Abstand der beiden Teilimpulse von einer Halbwertsbreite (FWHM) des eingehenden Impulses ergibt. Die gestreckten Impulse werden nun in die Wechselwirkungszone geleitet, in der sie beispielsweise verstärkt werden können.
Mit der Erfindung werden nicht die gestreckten Impulse durch eine Anwendung absorbiert oder zerstreut, sondern es erfolgt nach der Wechselwirkungszone eine Kompression der gestreckten Impulse zu einem Impuls mit einer Impulsdauer, die dem eingehenden Impuls entspricht.
Zu dieser Impulsrekompression wird die zur Impulsstreckung vorgenommene Zeitverzögerung der polarisierten Impulsanteile nach Durchlaufen der Wechselwirkungszone wieder aufgehoben und die Impulsanteile werden nach Aufhebung der Zeitverzögerung jeweils wieder auf eine optische Achse rücküberlagert. Dies erfolgt beispielsweise, indem die Polarisation der Impulse 90° gedreht und die gegeneinander zeitverzögerten Impulse in sich zurück reflektiert werden. Die Impulse passieren nun ein weiteres Mal die Wechselwirkungszone. Die vorzugsweise selben Umwegschleifen, mit denen zunächst die Streckung der Impulse erreicht wurde, werden nun rückwärts durchlaufen und als Kompressionsschleifen genutzt. Die Impulsanteile vertauschen dabei die durchlaufenen Teilwege der Umwegschleifen. Infolge dieser Vertauschung kompensieren sich alle bisher unterschiedlich aufgesammelten Laufzeitunterschiede und die Teilimpulse werden zu einem Gesamtimpuls wiedervereinigt. Dieser Gesamtimpuls wird vom eingehenden Strahl durch seine unterschiedliche Polarisation getrennt und steht einer Anwendung zur Verfügung.
Zur weiteren Reduzierung der Impulsintensitäten ist es möglich, mehrere Streckungsschleifen hintereinander anzuordnen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Die Erfindung lässt sich vorteilhaft beispielsweise zur Beeinflussung von polarisiertem Licht verwenden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1: Prinzipdarstellung des Strahlengangs eines gepulsten Laserstrahls mit einer Streckungsschleife
2: Prinzipdarstellung des Strahlengangs mit mehreren Streckungsschleifen
3: zeitlicher Verlauf der Leistung der gestreckten Impulse für unterschiedliche Verhältnisse der Wegdifferenzen beim Durchlaufen von ein, zwei oder drei Streckungsschleifen
In 1 treffen Laserimpulse eines Eingangsstrahls E nach Passieren eines Polarisators 1 auf eine λ/2-Phasenplatte 2. Die λ/2-Phasenplatte 2 dreht die Polarisationsrichtung der Impulse um 45°. Ein weiterer Polarisator 3 teilt die so erhaltenen optischen Impulse jeweils in zwei Teilstrahlen 4, 5, die jeweils 50% der ursprünglichen Impulsenergie enthalten.
Bis zu einem weiteren Polarisator 6 durchläuft der Teilstrahl 4 einen längeren Weg als der Teilstrahl 5, wobei der Umweg des Teilstrahls 4 durch Spiegel 7, 8 gefaltet ist. Am Polarisator 6 legen sich die beiden Teilstrahlen 4, 5 wieder ineinander. Sie besitzen nun wieder eine gemeinsame optische Achse und es laufen zu jedem den Polarisator 3 durchlaufenen optischen Impuls nach Passieren des Polarisators 6 jeweils zwei Impulse mit halber Intensität und einem zeitlichen Abstand entsprechend der Wegdifferenz der beiden Strahlwege der Teilstrahlen 4, 5 hintereinander. Die Energieverteilung jedes polarisierten Impulses wurde somit zeitlich gestreckt, wobei die beiden Impulsanteile senkrecht zueinander linear polarisiert sind.
Zum Ausgleich von eventuellen Intensitätsunterschieden in den Teilstrahlen 4, 5 ist beispielhaft im Teilstrahl 5 eine λ/2-Phasenplatte 9 angeordnet. Solche Intensitätsunterschiede haben einen Einfluss auf die vorgenannten Impulsanteile und könnten sich gegebenenfalls nachteilig auf eine vom Anwender vorgesehene Impulsbehandlung in einer aus Übersichtsgründen nicht explizit dargestellten Wechselwirkungszone 10, beispielsweise zur Impulsverstärkung oder bei der Rekompression der Impulsanteile, auswirken.
Nach Durchlaufen der anwenderspezifischen Wechselwirkungszone 10 wird jeder gestreckte und in der Wechselwirkungszone 10 behandelte Impuls mittels eines Spiegels 11 in sich zurück reflektiert, dabei bewirkt der Doppeldurchgang durch eine vor dem Spiegel 11 platzierte λ/4-Phasenplatte 20 jeweils eine Drehung der Polarisation um 90°. Beim Rücklauf passiert jeder Impuls mit seinen beiden Impulsanteilen ein weiteres Mal die Wechselwirkungszone 10 und gelangt rückwärts auf den Polarisator 6. Dieser trennt den gestreckten Impuls entsprechend seiner Impulsanteile wieder in zwei Teilstrahlen auf, wobei die Wege, welche die Impulsanteile nun durchlaufen, gegenüber dem Hinweg vertauscht sind. Durch das Vertauschen der besagten Wegstrecken kompensieren sich die Wegunterschiede der beiden Impulsanteile. Am Polarisator 3 vermischen sich die beiden Teilimpulse wieder zu einem linear polarisierten Impuls mit 45° Polarisationsrichtung. Die λ/2-Phasenplatte 2 dreht den komprimierten Impuls um weitere 45°. Nachfolgend trennt der Polarisator 1 diesen (herauskommenden) Impuls als Ausgangsstrahl A von den hereinlaufenden Impulsen (Eingangsstrahl E).
Gemäß der Darstellung in 2 können mehrere Streckungsschleifen S, wie sie in 1 gezeigt sind, als Streckungsschleifen S₁, S₂ ... S_n hintereinander gesetzt werden, um eine weitere Streckung der Impulse zu erhalten. Die Weglängen der Streckungsschleifen S₁ bis S_n können beispielsweise so gewählt werden, dass sich nach jeder Schleife die Intensität der Impulse halbiert. Daraus ergibt sich bei n Streckungsschleifen eine Reduzierung der Impulsintensität um den Faktor 2ⁿ.
Ein Impuls durchläuft in 2 eine erste Streckungsschleife S₁ (identisch mit der in 1 beschriebenen Streckungsschleife) bis durch den Polarisator 6 hindurch. Der gestreckte Impuls mit den zwei senkrecht zu einander polarisierten Impulsanteilen gelangt nun in die zweite Streckungsschleife S₂, mit der λ/2-Phasenplatte 12, mit zwei Polarisatoren 13, 16, mit zwei Teilstrahlen 14, 15, mit Spiegeln 17, 18 zur Faltung des Teilstrahls 14 sowie mit einer λ/2-Phasenplatte 19. Der gestreckte Impuls verhält sich in dieser Streckungsschleife S₂ wie prinzipiell zur ersten Streckungsschleife S₁ beschrieben.
Auf diese Weise erhält man nach dem Polarisator 16 einen doppelt gestreckten Impuls auf einer optischen Achse mit vier Impulsanteilen. Jeweils zwei Impulsanteile sind zueinander senkrecht polarisiert. Es ist nun möglich, weitere Streckungsschleifen (in 2 angedeutet durch die Streckungsschleife S_n) hinzuzufügen. Da alle verwendeten optischen Bauteile Verluste aufweisen können, ist die maximal mögliche Anzahl von Streckungsschleifen allerdings durch die Verluste begrenzt.
Nach Passieren aller Streckungsschleifen S₁, S₂ ... S_n gelangt der n-fach gestreckte Impuls in die Wechselwirkungszone 10 und wird, wie im Ausführungsbeispiel zu 1 beschrieben, durch die λ/4-Phasenplatte 20 und den Spiegel 11 in der Polarisation gedreht in sich zurück reflektiert. Er passiert ein weiteres Mal die Wechselwirkungszone 10 und durchlauft nun alle Streckungsschleifen S₁, S₂ ... S_n in umgekehrter Reihenfolge, wobei die Wege, die jeweils von den Impulsanteilen durchlaufen werden, gegenüber dem Hinweg vertauscht sind. Jede Streckungsschleife S₁, S₂ ... S_n komprimiert jeweils den Impuls um den Anteil, um den sie ihn gestreckt hat.
Nach Durchlaufen aller (nunmehr als Rekomprimierungsstrecken wirkenden) Streckungsschleifen S₁, S₂ ... S_n wird der komprimierte Impuls vom Polarisator 1 von der optischen Achse des Eingangsstrahls E getrennt und als Ausgangsstrahl A ausgekoppelt.
Verschiebt man die λ/4-Phasenplatte 20 vor die Wechselwirkungszone 10, so können die anwenderspezifischen Wechselwirkungen mit einem gestreckten zirkular polarisierten Impuls durchgeführt werden.
Die Wechselwirkungszone 10 selbst kann in sich gefaltet sein (aus Übersichtsgründen nicht in der Zeichnung dargestellt) und der Impuls mehrmals durch einen Bereich in derselben geschickt werden. (z. B. Multipass durch ein verstärkendes Medium).
Wie in 3 dargestellt, kann die Anpassung der Wegunterschiede in den einzelnen Streckungsschleifen S₁, S₂ ... S_n derart geschehen, dass der zeitliche Intensitätsverlauf des gestreckten Impulses ein Rechteckt-Profil (engl.: tophat-profile) erhält. Dazu müssen die Wegunterschiede so gewählt werden, dass die Schwerpunkte der beiden Impulsanteile gerade den zeitliche Abstand (Delta t) der Halbwertsbreite (FWHM) des Impulses vor der Streckungsschleife entsprechen.
Andererseits kann der Intensitätsverlauf ein Impulskamm-Profil erhalten, indem der zeitliche Abstand (Delta t) größer als die Halbwertsbreite des Impulses vor der Schleife gewählt wird. Ein Verkürzen von Delta t unter die jeweilige Halbwertsbreite führt nicht mehr zu minimaler Intensität des gestreckten Impulses. Die maximale zeitliche Länge des gestreckten Impulses ist nur abhängig von der optischen Weglänge der Streckungsschleifen. 3 zeigt als Übersicht das Gauss-Profil eines Impulses des Eingangsstrahls E sowie jeweils die besagten Rechteck- und Impulskamm-Profile der gestreckten Impulse für eine, zwei und drei Streckungsschleifen.
Sollte in der Wechselwirkungszone 10 die Wechselwirkung mit dem gestreckten Impuls abhängig von der Impulsdauer sich zu Beginn des Impulses auf eine Art auswirken, die sich von der am Ende des Impulses unterscheidet, so kann diese unterschiedliche Intensitätsveränderung mittels der entsprechenden λ/2-Phasenplatte 9, 19 ... n9 in jeder Streckungsschleife ausgeglichen werden. Je nach Intensitätsverteilung bzw. entsprechend der Wechselwirkung wird die λ/2-Phasenplatte 9, 19 ... n9 entweder im Teilstrahl 4, 14 ... n4 der jeweiligen Streckungsschleife S₁, S₂ ... S_n oder in deren Teilstrahl 5, 15 ... n5 platziert und so eingestellt, dass die Intensitäten ausgeglichen werden.
Für die Erfindung eignen sich alle Verwendungsmöglichkeiten, bei denen vor der Wechselwirkungszone 10 hinreichen Raum gegeben ist für die Platzierung der optischen Mittel zur Impulsstreckung, d. h. für die Anordnung einer oder mehrerer der Streckungsschleifen S₁, S₂ ... S_n. Nach Durchlaufen der Wechselwirkungszone 10 muss die Möglichkeit gegeben sein, die in der Wechselwirkungszone 10 durch den Anwender bearbeiteten Impulse polarisationsgedreht in sich zurückzureflektieren. Die Wechselwirkungszone 10 muss dabei einen Hin- und Rücklauf des Strahls erlauben und darf den Strahl nicht in dem Sinne zerstören oder beeinträchtigen, dass ein Rücklauf durch die nunmehr als Kompressionsschleifen wirkenden Streckungsschleife S₁, S₂ ... S_n ineffizient bzw. unmöglich wird.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen der doppelt durchlaufenen Strahlschleifen haben den besonderen Vorteil, dass die Streckung und die Kompression durch dieselben Bauteile erfolgen und sich dadurch passiv kompensieren.
Ein weiterer großer Vorteil ist, dass die Justage sehr einfach ist und hohe Genauigkeit lediglich für den in den Streckungsschleife S₁, S₂ ... S_n jeweils zweiten Polarisator 6, 16 ... n6 erforderlich ist, der jeweils die beiden korrespondierenden Teilstrahlen 4, 14 ... n4 und 5, 15 ... n5 ineinander legt.
Es ist jedoch auch möglich, voneinander getrennte Mittel zur Streckung und Rekompression der Impulse zu realisieren, indem die gestreckten Impulse nach der Wechselwirkungszone 10 nicht, wie in den 1 und 2 gezeigt, dieselben Streckungsschleifen S₁, S₂ ... S_n als Rekompressionswege durchlaufen, sondern in separat aufgebauten Kompressionsschleifen rekombiniert werden, wobei die Wegunterschiede der einzelnen Umwegschleifen entsprechend den jeweiligen Streckungsschleifen S₁, S₂ ... S_n angepasst werden.
Mit der sich vor jeder Streckungsschleife S₁, S₂ ... S_n befindlichen λ/2-Phasenplatte 2, 12 ... n2 wird die Polarisationsrichtung der Impulse eingestellt, um auf diese Weise die Energieverteilung der zwei Teilimpulse in den beiden Armen der Streckungsschleife S₁, S₂ ... S_n zu beeinflussen, wobei insbesondere eine Gleichverteilung zur optimalen Streckung und Rekompression und zur optimalen Trennung des auslaufenden Impulses vom einlaufenden Impuls am Polarisator 1 anzustreben ist. Anstelle einer λ/2-Phasenplatte (2, 12 ... n2) könnte auch eine (in der Zeichnung aus Übersichtsgründen nicht dargestellte) Drehung der Strahlebene der Streckungsschleife S₁, S₂ ... S_n erfolgen, z. B. durch Anordnen der Elemente der Streckungsschleife auf einer (nicht abgebildeten) Platte und Verdrehen dieser um die optische Achse des zu streckenden Impulses, wodurch die relative Polarisationsrichtung des Impulses zu den Polarisatoren 3, 6, 13, 16 ... n3, n6 beeinflussbar wird.
Zur Verhinderung von Phasenfehlern des optischen Strahls infolge von Propagation durch Luft ist das Einbringen des Strahlengangs der Streckungsschleifen S₁, S₂ ... S_n in eine oder mehrere Vakuumkammern möglich. Zur genauen Anpassung des Wegunterschieds kann die optische Weglänge der Umwegschleifen derart einstellbar gestaltet werden, dass die Spiegel 7, 8, 17, 18 ... n7, n8 in den Streckungsschleifen S₁, S₂ ... S_n durch (nicht in der Zeichnung dargestellte) Translationselemente, beispielsweise piezo-, mikrometerschrauben- oder schrittmotorgetriebene Mittel, verschiebbar angeordnet sind.
Ebenso wäre es möglich, eine kohärente Impulsfolge direkt aus einer Laserlichtquelle zu benutzen, um sie in einer oder mehreren hintereinander geschalteten Kompressionsschleifen zu einem einzigen oder mehreren Impulsen mit höherer Intensität zu vereinen. Dazu wäre lediglich jeweils eine zusätzliche an sich bekannte und nicht in der Zeichnung dargestellte Pockelszelle pro Streckungsschleife S₁, S₂ ... S_n nötig, die vor Eintritt der Impulse in die Streckungsschleife S₁, S₂ ... S_n angeordnet ist und welche die Hälfte der Impulse der zu komprimierenden Impulsfolge in der Polarisation um 90° dreht. Um einen vielfach intensiveren Impuls minimaler Dauer zu erhalten, müssen die Wegunterschiede in den einzelnen Streckungsschleifen S₁, S₂ ... S_n genau auf ein Vielfaches der Impulswiederholrate der Laserlichtquelle abgestimmt sein.

1: Polarisator
2, 12, n2: Phasenplatte
3, 13, n3: Polarisator
4, 14, n4: Teilstrahl
5, 15, n5: Teilstrahl
6, 16, n6: Polarisator
7, 17, n7: Spiegel
8, 18, n8: Spiegel
9, 19, n9: Phasenplatte
10: Wechselwirkungszone
11: Spiegel
20: Phasenplatte
E: Eingangsstrahl
A: Ausgangsstrahl
S₁, S₂, S_n: Streckungsschleife

Claims

Verfahren zum Strecken und Rekomprimieren von optischen Impulsen, insbesondere von Laserimpulsen hoher Intensität, bei dem die Impulse vor der Behandlung in einer Wechselwirkungszone, beispielsweise zur Impulsverstärkung, gestreckt und nach Durchlaufen der Wechselwirkungszone wieder rekomprimiert werden, wobei die Impulse zum Zweck der Impulsstreckung in zumindest einer unterschiedliche Verzögerungsarme aufweisenden Streckungsschleife in zwei senkrecht zueinander polarisierte Impulsanteile aufgeteilt und die jeweils beiden senkrecht zueinander polarisierten Impulsanteile auf derselben optischen Achse gegeneinander zeitverzögert werden sowie zwecks Rekompression die zur Impulsstreckung vorgenommene Zeitverzögerung der polarisierten Impulsanteile nach Durchlaufen der Wechselwirkungszone wieder aufgehoben wird und die Impulsanteile nach Aufhebung der Zeitverzögerung jeweils wieder auf eine optische Achse rücküberlagert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Impulsstreckung vorgenommene Verzögerung der polarisierten Impulsanteile wieder aufgehoben wird, indem alle Impulsanteile in ihrer Polarisation um im Wesentlichen 90° gedreht werden und die Streckungsschleife unter Vertauschung der Verzögerungsarme in sich zurückreflektiert durchlaufen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Impulsstreckung vorgenommene Verzögerung der polarisierten Impulsanteile wieder aufgehoben wird, indem alle Impulsanteile in ihrer Polarisation um im Wesentlichen 90° gedreht werden und eine weitere Streckungsschleife mit weitgehend gleichen Eigenschaften wie die Streckungsschleife zur Impulsstreckung, jedoch unter Vertauschung der Verzögerungsarme, durchlaufen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Impulsstreckung vorgenommene Verzögerung der polarisierten Impulsanteile wieder aufgehoben wird, indem alle Impulsanteile eine weitere Streckungsschleife mit weitgehend gleichen Eigenschaften wie die Streckungsschleife zur Impulsstreckung, jedoch vertauschten Verzögerungsarmen, durchlaufen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Impulsstreckung vorgenommene Verzögerung der polarisierten Impulsanteile wieder aufgehoben wird, indem alle Impulsanteile die Streckungsschleife durch geeignetes Einkoppeln unter Vertauschung der Verzögerungsarme zurück durchlaufen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Impulsstreckung und Aufheben der Verzögerung der Impulsanteile mehrere Streckungsschleifen hintereinander verwendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitverzögerung der beiden auf derselben optischen Achse jeweils senkrecht zueinander polarisierten Impulsanteile mindestens der Halbwertsbreite des eingehenden und zu streckenden optischen Impulses entspricht.
Vorrichtung zum Strecken und Rekomprimieren von optischen Impulsen, insbesondere von Laserimpulsen hoher Intensität, bestehend aus mindestens einer zwei polarisationsabhängig unterschiedliche Verzögerungsarme (4, 5 bzw. 14, 15 bzw. n4, n5) aufweisenden Streckungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) mit, in welcher die Impulse vor der Behandlung in einer Wechselwirkungszone (10), beispielsweise für eine Impulsverstärkung, zum Zweck der Impulsstreckung jeweils in zwei senkrecht zueinander polarisierte Impulsanteile aufgeteilt und die jeweils beiden senkrecht zueinander polarisierten Impulsanteile auf derselben optischen Achse gegeneinander zeitverzögert werden, sowie bestehend aus mindestens einer ebenfalls zwei polarisationsabhängig unterschiedliche Verzögerungsarme (4, 5 bzw. 14, 15 bzw. n4, n5) aufweisenden Rekomprimierungsschleife (S₁, S₂ ... S_n), in welcher die gestreckten sowie in der Wechselwirkungszone behandelten Impulse jeweils unter Aushebung der Zeitverzögerung der polarisierten Impulsanteile wieder zu einem ursprünglichen Impuls rücküberlagert werden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Streckungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) jeweils aus einem ersten optischen Polarisator (3, 13 ... n3) zur Aufteilung jedes Impulses in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen (4, 5 bzw. 14, 15 bzw. n4, n5), aus Mitteln, insbesondere Umlenkspiegeln (7, 8 bzw. 17, 18 bzw. n7, n8), zur Strahlführung der beiden Teilstrahlen (4, 5 bzw. 14, 15 bzw. n4, n5) mit unterschiedlichen optischen Weglängen sowie aus einem zweiten optischen Polarisator (6, 16 ... n6) zur Überlagerung der in den optischen Weglängen der Teilstrahlen (4, 5 bzw. 14, 15 bzw. n4, n5) gegeneinander zeitverzögerten polarisierten Impulsanteile zu einer Impulsfolge auf einer gemeinsamen optischen Achse.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rekombinierungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) jeweils aus einem ersten optischen Polarisator (6, 16 ... n6) zur Aufteilung jedes in der Wechselwirkungszone (10) behandelten gestreckten Impulses in wiederum zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen (4, 5 bzw. 14, 15 bzw. n4, n5), aus Mitteln, insbesondere Umlenkspiegeln (7, 8 bzw. 17, 18 bzw. n7, n8), zur Strahlführung der beiden Teilstrahlen (4, 5 bzw. 14, 15 bzw. n4, n5) mit unterschiedlichen optischen Weglängen sowie aus einem zweiten optischen Polarisator (3, 13 ... n3) zur Rücküberlagerung der in den optischen Weglängen der Teilstrahlen (4, 5 bzw. 14, 15 bzw. n4, n5) gegeneinander zeitverzögerten polarisierten Impulsanteile zum ursprünglichen Impuls.
Vorrichtung gemäß Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Streckungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) und jede Rekombinierungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) eine λ/2-Phasenplatte (9, 19 ... n9) im Strahlengang zumindest jeweils eines der beiden Teilstrahlen (4, 5 bzw. 14, 15 bzw. n4, n5) zum Ausgleich von Intensitätsunterschieden der Impulsanteile in den beiden Teilstrahlen (4, 5 bzw. 14, 15 bzw. n4, n5) aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Streckungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) und die wenigstens eine Rekombinierungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) identisch sind und dass Mittel vorgesehen sind, durch welche die gestreckten und in der Wechselwirkungszone (10) behandelten Impulse unter Drehung der Polarisation in sich zurück reflektiert werden und die Wechselwirkungszone (10) sowie die wenigstens eine Streckungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) in umgekehrter Richtung durchlaufen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel aus einem hinter der Wechselwirkungszone (10) angeordneten Reflektor (11) mit vorgelagerter λ/4-Phasenplatte (20) bestehen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Streckungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) sowie die wenigstens eine Rekombinierungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) aus in ihren optischen Eigenschaften äquivalenten separaten Anordnungen bestehen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Streckungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) Mittel zur Einstellung der Polarisation der Impulse vorgesehen sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel jeweils aus einer vor der Streckungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) angeordneten λ/2-Phasenplatte (2, 12 ... n2) bestehen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel aus Elementen zur Drehung der Strahlebene der jeweiligen Streckungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) bestehen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente jeweils durch eine Platte realisiert sind, auf und mit welcher zumindest die Polarisatoren (3, 6 bzw. 13, 16 bzw. n3, n6), die zur Strahlführung dienenden Spiegel (7, 8 bzw. 17, 18 bzw. n7, n8) sowie die λ/2-Phasenplatte (9, 19 ... n9) der entsprechenden Streckungsschleife (S₁, S₂ ... S_n) um die optische Achse des zu streckenden Impulses drehbar angeordnet sind.