DE102016118391A1

DE102016118391A1 - Kurzpulslasersystem

Info

Publication number: DE102016118391A1
Application number: DE102016118391.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel Molter; Michael KOLANO
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Huebner GmbH and Co KG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Huebner GmbH and Co KG
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: DE102016118391B4; US20200021077A1; JP2019535131A; CN109792130A; WO2018060045A1; EP3520180A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kurzpulslasersystem mit einem ersten und einem zweiten Resonator, und einem Verstärkungsmedium zum Verstärken der elektromagnetische Pulse sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Resonator, wobei der erste Resonator genau einen ersten linearen Polarisationszustand unterstützt und der zweite Resonator genau einen linearen zu dem ersten Polarisationszustand senkrechten zweiten Polarisationszustand unterstützt, wobei das Kurzpulslasersystem einen ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und einen zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt aufweist, und wobei der erste doppelbrechende Materialabschnitt und/oder der zweite doppelbrechende Materialabschnitt derart ausgestaltet ist, dass eine Differenz zwischen der Summe der optischen Weglänge des ersten Resonators in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und der optischen Weglänge des ersten Resonators in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt und der Summe der optischen Weglänge des zweiten Resonators in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und der optischen Weglänge des zweiten Resonators in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt einstellbar veränderbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kurzpulslasersystem zum Erzeugen elektromagnetischer Pulse mit einem ersten Resonator, der einen ersten Strahlengang aufweist, einem zweiten Resonator, der einen zweiten Strahlengang aufweist, und einem Verstärkungsmedium, wobei das Verstärkungsmedium sowohl in dem ersten Strahlengang, sodass es in einem Betrieb des Kurzpulslasersystems elektromagnetische Pulse in dem ersten Resonator verstärkt, als auch in dem zweiten Strahlengang, sodass es in dem Betrieb des Kurzpulslasersystems elektromagnetische Pulse in dem zweiten Resonator verstärkt, angeordnet ist, wobei der erste Strahlengang und der zweite Strahlengang in dem Verstärkungsmedium zumindest abschnittsweise räumlich überlagert sind und wobei der erste Resonator derart eingerichtet ist, dass er genau einen ersten linearen Polarisationszustand der elektromagnetischen Pulse unterstützt, und der zweite Resonator derart eingerichtet ist, dass er genau einen zweiten linearen Polarisationszustand unterstützt, wobei der erste und der zweite Polarisationszustand senkrecht zueinander sind.
Die Erzeugung kurzer und ultrakurzer elektromagnetischer Pulse gewinnt eine immer größere Bedeutung in Wissenschaft und Technik. Kurze elektromagnetische Pulse können beispielsweise zur Materialbearbeitung eingesetzt werden, wobei man sich zunutze macht, dass die gesamte Energie eines Pulses nur über ein sehr kurzes Zeitintervall, typischerweise um 100 fs, verteilt ist, sodass sehr hohe Leistungen pro Puls erreicht werden können.
Besondere Bedeutung haben Kurzpulslasersysteme aber auch im Bereich der Spektroskopie erlangt, wo kurze elektromagnetische Pulse zur Realisierung von zeitaufgelösten Anrege-/Abfrageexperimenten verwendet werden. Dabei macht man sich grundsätzlich zunutze, dass man ein physikalisches System, beispielsweise ein Halbleitermaterial, mit einem ersten Puls anregt und die Wirkung des anregenden Pulses mit Hilfe eines zweiten Pulses, der dann typischerweise kurz gegenüber der Reaktion des physikalischen Systems ist, abfragt.
Ein Beispiel für ein solches Anrege-/Abfrageexperiment ist die Vermessung von Ladungsträgerdynamiken in einem Halbleitermaterial. Dabei wird das Material mit einem ersten Puls angeregt, d.h. es werden im Material Ladungsträger erzeugt, welche die Reflektivität oder Transmission des Materials ändern. Trifft nun ein zweiter kurzer elektromagnetischer Puls auf das Material, so wird dieser in Abhängigkeit von der Anzahl der im Material vorhandenen Ladungsträger mehr oder weniger stark reflektiert. Wenn sich die zeitliche Verzögerung zwischen dem anregenden und dem abfragenden Puls einstellen lässt, so lässt sich die Ladungsträgerdynamik im Halbleitermaterial zeitaufgelöst vermessen.
Darüber hinaus kommen Kurzpulslasersysteme bei der Terahertz-(THz-)Zeitbereichsspektroskopie zum Einsatz. Dabei wird mit einem ersten Puls ein THz-Strahlung emittierender Emitter angeregt, während ein mit einem zweiten kurzen Puls gegateter Detektor die von dem Emitter erzeugte elektromagnetische Welle zeitaufgelöst abtastet bzw. erfasst. Besonders bemerkenswert ist dabei, dass sich auf diese Weise tatsächlich die elektrische Feldstärke der von dem Emitter emittierten THz-Strahlung zeitaufgelöst erfassen lässt. Dabei kann die THz-Zeitbereichsspektroskopie auch als Anrege-/Abfrageexperiment verstanden werden.
Voraussetzung für die Durchführung sowohl von Anrege-/Abfrageexperimenten als auch der THz-Zeitbereichsspektroskopie ist, dass kurze optische Pulse verfügbar sind, von denen jeweils ein erster zum Anregen verwendet wird und ein zweiter gegenüber dem ersten Puls zeitlich verzögerbarer Puls zum Abfragen verfügbar ist.
Im Stand der Technik werden solche Anrege-/Abfrageexperimente beispielsweise dadurch realisiert, dass ein Kurzpulslasersystem einen kurzen elektromagnetischen Puls emittiert, der dann an einem Strahlteiler auf einen Anrege-Puls und einen Abfrage-Puls aufgeteilt wird, wobei der Abfrage-Puls über eine einstellbare Verzögerungsstrecke zeitlich gegenüber dem Anrege-Puls verschoben wird.
Eine solche Verzögerungsstrecke wird häufig durch einen linearen Verschiebetisch mit auf diesem angebrachten Spiegeln, der einen in der Länge variablen optischen Weg darstellt, realisiert. Um höhere Abtastraten bereitstellen zu können, wird zudem häufig die Verzögerungsstrecke mit Hilfe eines mechanisch schwingenden Systems zum schnellen Vor- und Zurückbewegen des Spiegels realisiert. Allerdings geraten auch solche Schwingsysteme zu höheren Abtastraten hin an ihre (mechanischen) Grenzen.
Um noch höhere Abtastraten realisieren zu können, ist aus der DE 10 2012 113 029 A1 ein Kurzpulslasersystem bekannt, welches auf einem Kurzpulslaser mit zwei abschnittsweise räumlich getrennten Resonatoren beruht, wobei die Polarisationen der elektromagnetischen Strahlung in den beiden Resonatoren orthogonal zueinander sind. Dabei ist die Resonatorlänge des einen Resonators um die Resonatorlänge des anderen Resonators herum abstimmbar. Da die Repetitionsrate bzw. der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden, von einem Kurzpulslaser erzeugten Pulsen unmittelbar proportional zur Resonatorlänge ist, lässt sich auf diese Weise der zeitliche Versatz zwischen dem generierenden und dem detektierenden elektromagnetischen Puls abstimmen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass ein derartiges Kurzpulslasersystem sehr empfindlich gegenüber mechanischen und thermischen Einflüssen ist. Die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Lasersystems müssen aufwendig kompensiert werden. Zudem führt die Notwendigkeit zur abschnittsweisen räumlichen Trennung der beiden Strahlengänge des ersten und des zweiten Resonators zu Leistungsverlusten an dem erforderlichen Strahlteiler.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kurzpulslasersystem zum Erzeugen optischer Pulse bereitzustellen, welches thermisch und mechanisch stabil ist. Zudem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kurzpulslasersystem mit erhöhter Ausgangsleistung bereitzustellen.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird gelöst durch ein Kurzpulslasersystem zum Erzeugen elektromagnetischer Pulse mit einem ersten Resonator, der einen ersten Strahlengang aufweist, einem zweiten Resonator, der einen zweiten Strahlengang aufweist, und einem Verstärkungsmedium, wobei das Verstärkungsmedium sowohl in dem ersten Strahlengang, sodass es in einem Betrieb des Kurzpulslasersystems elektromagnetische Pulse in dem ersten Resonator verstärkt, als auch in dem zweiten Strahlengang, sodass es in dem Betrieb des Kurzpulslasersystems elektromagnetische Pulse in dem zweiten Resonator verstärkt, angeordnet ist, wobei der erste Strahlengang und der zweite Strahlengang in dem Verstärkungsmedium zumindest abschnittsweise räumlich überlagert sind, wobei der erste Resonator derart eingerichtet ist, dass er genau einen ersten linearen Polarisationszustand der elektromagnetischen Pulse unterstützt, und der zweite Resonator derart eingerichtet ist, dass er genau einen zweiten linearen Polarisationszustand der elektromagnetischen Pulse unterstützt, wobei der erste und der zweite Polarisationszustand senkrecht zueinander sind, wobei das Kurzpulslasersystem einen ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und einen zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt aufweist, wobei der erste Strahlengang und der zweite Strahlengang in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt kollinear verlaufen, wobei der erste doppelbrechende Materialabschnitt und der zweite doppelbrechende Materialabschnitt derart ausgestaltet und ausgerichtet sind, dass in einem Zustand des ersten doppelbrechenden Materialabschnitts und des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts die Summe der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt gleich der Summe der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt ist und wobei der erste doppelbrechende Materialabschnitt und/oder der zweite doppelbrechende Materialabschnitt derart ausgestaltet ist, dass eine Differenz zwischen der Summe der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt und der Summe der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt einstellbar veränderbar ist.
Ziel eines derartigen Kurzpulslasersystems ist es, elektromagnetische Pulse, von denen ein erster Pulszug zum Anregen eines physikalischen Systems verwendet werden kann und ein zweiter Pulszug zum Abfragen eines physikalischen Systems verwendet werden kann, zu realisieren. Dabei ermöglicht das System eine schnelle Änderung eines gegenüber mechanischen und thermischen Einflüssen stabilen Zeitversatzes zwischen dem ersten und dem zweiten Puls. Das System kommt zudem mit möglichst wenigen Komponenten aus.
Die Grundidee des erfindungsgemäßen Kurzpulslasersystems ist es dabei, das gleiche Volumen des Verstärkungsmediums gleichzeitig in zwei Resonatoren zum Erzeugen von elektromagnetischen Pulsen zu verwenden, sodass zwei Resonatoren mit nur einem Verstärkungsmedium auskommen. Zudem verlaufen der erste und der zweite Strahlengang zumindest in den für den Zeitversatz zwischen den beiden Pulszügen verantwortlichen doppelbrechenden Materialabschnitten kollinear. Auf diese Weise unterliegen die wesentlichen Komponenten der beiden Resonatoren den identischen thermischen und mechanischen Einflüssen, so dass insbesondere Längenänderungen aufgrund dieser Einflüsse in beiden Resonatoren auftreten und keinen Einfluss auf den Zeitversatz zwischen den beiden Impulszügen haben.
In einer Ausführungsform aber verlaufen der erste und der zweite Strahlengang über die gesamte Länge des ersten und des zweiten Resonators vollständig kollinear zueinander. Insbesondere in einer solchen Ausführungsform unterliegen die ersten und zweiten Strahlengänge des ersten bzw. zweiten Resonators den gleichen mechanischen und thermischen Einflüssen.
Damit gleichzeitig eine größtmögliche Unabhängigkeit der beiden Resonatoren voneinander erzielt wird, und sich die Pulse insbesondere nicht gegenseitig im Verstärkungsmedium beeinflussen, sind die beiden Resonatoren so ausgestaltet, dass sie zueinander senkrechte lineare Polarisationszustände unterstützen. Solche zueinander senkrechte Polarisationszustände haben in einer Ausführungsform im Verstärkungsmedium einen zumindest reduzierten Modenwettbewerb.
Elektromagnetische Pulse im Sinne der vorliegenden Anmeldung können Pulse im gesamten elektromagnetischen Spektrum sein, bevorzugt jedoch im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich. Bewährt haben sich insbesondere elektromagnetische Pulse mit einer Wellenlänge um 1310 nm oder um 1550 nm, d.h. in den Telekommunikationsfenstern, bei welchen optische Komponenten für Faserlaser kommerziell verfügbar sind.
Wenn im Sinne der vorliegenden Erfindung von einem Kurzpulslasersystem oder kurzen elektromagnetischen Pulsen die Rede ist, so werden darunter insbesondere Pulse mit einer Dauer von weniger als 500 fs, vorzugsweise von weniger als 200 fs und besonders bevorzugt von weniger als 100 fs verstanden.
Zudem ist das Kurzpulslasersystem selbst so ausgestattet, dass die optischen Resonatorlängen der beiden Resonatoren relativ zueinander veränderbar sind, sodass sich ein zeitlicher Versatz zwischen den von den beiden Resonatoren emittierten Pulsen einstellen lässt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beruht die relative Änderung der Weglänge des ersten Strahlengangs des ersten Resonators und des zweiten Strahlengangs des zweiten Resonators auf einer Änderung der Differenz der optischen Weglängen.
Zu diesem Zweck weist das Kurzpulslasersystem einen ersten und einen zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt auf, die derart ausgestaltet und ausgerichtet sind, dass sie einen Zustand aufweisen, in dem die Summe der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt gleich der Summe der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt ist.
Unter der Voraussetzung, dass die beiden Resonatoren außerhalb der beiden doppelbrechenden Materialabschnitte ebenfalls gleiche optische Weglängen für die elektromagnetische Strahlung mit der jeweiligen Polarisation aufweisen, sind in diesem Zustand des Resonators, man könnte ihn auch als Nullzustand benennen, die optischen Wegelängen des ersten Strahlengangs und des zweiten Strahlengangs identisch. Beide Resonatoren haben dann die gleiche Wiederhol- oder Repetitionsrate der in ihnen erzeugten elektromagnetischen Pulse.
Es versteht sich, dass der erste und der zweite doppelbrechenden Materialabschnitt auch derart ausgestaltet und eingerichtet sind, dass sie neben dem Zustand, in dem die Summe der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt gleich der Summe der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt und der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt ist, auch solche Zustände aufweisen bzw. in diese bringbar sind, in denen dies gerade nicht der Fall ist.
Durch das Ändern der Differenz der optischen Weglängen zwischen den beiden Resonatoren wird die Differenz zwischen den Wiederholraten der Pulse in den beiden Resonatoren variiert. Während der Änderung der Differenz der optischen Weglängen in den Resonatoren verschiebt sich auch die relative Phasenlage der Pulse aus dem ersten Resonator gegenüber den Pulsen aus dem zweiten Resonator. Auf einer Probe ist diese Variation der Phasenlage aufgrund der Änderung der Differenz der optischen Weglängen der beiden Resonatoren als Variation des Zeitversatzes zwischen den dort eintreffenden Pulsen wahrnehmbar.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste und/oder der zweite doppelbrechende Materialabschnitt gerade so ausgestaltet und eingerichtet, dass bei einem Variieren der Differenz der optischen Resonatorlängen der Nullzustand gekreuzt wird. Mit anderen Worten ausgedrückt sind in dieser Ausführungsform der erste und/oder der zweite doppelbrechende Materialabschnitt so ausgestaltet, dass bei einer Variation der Differenz der optischen Weglängen zunächst der erste Resonator eine kleinere optische Weglänge aufweist als der zweite Resonator, dann beide Resonatoren die gleiche optische Länge aufweisen und danach der erste Resonator eine größere optische Länge aufweist als der zweite Resonator.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste doppelbrechende Materialabschnitt und der zweite doppelbrechende Materialabschnitt, die jeweils eine schnelle Achse und eine langsame Achse aufweisen, derart gegeneinander gedreht, dass die schnelle Achse des ersten doppelbrechenden Materialabschnitts mit der schnellen Achse des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts einen Winkel von 90° einschließt, d.h. die schnellen Achsen senkrecht zueinander sind.
Dabei ist in einer Ausführungsform der Erfindung der erste Polarisationszustand parallel zur schnellen Achse des ersten oder des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts.
Ändert man in einer Ausführungsform gegenüber dem zuvor beschriebenen Nullzustand die geometrische Länge des ersten doppelbrechenden Materialabschnitts und/oder des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts, so haben aufgrund der doppelbrechenden Eigenschaft dieser Materialabschnitte die beiden Strahlengänge mit zueinander senkrechten Polarisationen eine Differenz in ihrer optischen Weglänge.
In den Resonatoren ist daher in einer Ausführungsform der erste doppelbrechende Materialabschnitt und/oder der zweite doppelbrechende Materialabschnitt derart ausgestaltet, dass seine geometrische Länge einstellbar veränderbar ist.
Erfolgt eine Änderung der Differenz der optischen Weglängen durch eine Änderung der geometrischen Länge eines Mediums mit Doppelbrechung, so ist die Änderung der optischen Weglängendifferenz gegenüber der geometrischen Weglängenänderung „untersetzt“, d.h. die Empfindlichkeit ist herabgesetzt. Die Streckung erfolgt dann anders als bei einer Weglängenänderung in nur einem der Strahlengänge, so wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, nicht mehr auf der Skala von Nanometern, sondern der Skala von Mikrometern.
In einer Ausführungsform sind der erste und/oder der zweite doppelbrechende Materialabschnitt so ausgestaltet, dass bei einer Variation der Differenz der geometrischen Längen zunächst der erste Materialabschnitt eine kleinere geometrische Länge aufweist als der zweite Materialabschnitt, dann beide Materialabschnitte die gleiche geometrische Länge aufweisen und danach der erste Materialabschnitt eine größere geometrische Länge aufweist als der zweite Materialabschnitt.
Realisieren lässt sich dies in einer Ausführungsform beispielsweise, indem man den ersten Materialabschnitt so wählt, dass er zunächst, d.h. ungedehnt, eine kürzere geometrische Länge aufweist als der zweite Materialabschnitt, wobei der erste Materialabschnitt so dehnbar ist, dass er durch Strecken auf die gleiche geometrische Länge wie der zweite Materialabschnitt bringbar ist und darüber hinaus auf eine geometrische Länge gestreckt werden kann, die größer ist als die geometrische Länge des zweiten Materialabschnitts.
In einer alternativen Ausführungsform sind die geometrischen Längen beider doppelbrechenden Materialabschnitte einstellbar veränderbar. In einer Ausführungsform sind dabei die geometrischen Längen beider Materialabschnitte dehnbar, wobei im Ausgangszustand, d.h. ohne Dehnung einer der beiden Materialabschnitte, beide Materialabschnitte die gleiche geometrische Länge aufweisen und im Nullzustand sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Kurzpulslasersystem eine Einrichtung zum Ändern der geometrischen Länge des ersten und/oder des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts auf. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise eine Temperiereinrichtung sein, die den ersten und/oder den zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt abkühlt oder erwärmt, um eine thermische Längenänderung herbeizuführen.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Einrichtung zum Ändern der geometrischen Länge des ersten und/oder des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts eine mechanische Einrichtung, welche eine Druck- oder Zugkraft auf den Materialabschnitt ausübt, so dass dieser seine geometrische Länge ändert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Kurzpulslasersystem eine Einrichtung zum Ändern der Differenz zwischen der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs und der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs auf, welche ohne eine Änderung der geometrischen Weglänge des ersten und/oder des zweiten Strahlengangs auskommt. Dazu wirkt diese Einrichtung direkt auf die Brechungsindizes des ersten und/oder des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts ein und ändert die Differenz zwischen dem Brechungsindex der schnellen Achse und dem Brechungsindex der langsamen Achse. Eine solche Änderung der Differenz der Brechungsindizes eines doppelbrechenden Materialabschnitts kann beispielsweise durch Quetschen des doppelbrechenden Materialabschnitts, insbesondere einer doppelbrechenden Faser, in einer von der Ausbreitungsrichtung abweichenden Richtung oder durch Biegen des doppelbrechenden Materialabschnitts erfolgen.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste doppelbrechende Materialabschnitt und der zweite doppelbrechende Materialabschnitt polarisationserhaltende Lichtwellenleiter.
Unter Lichtwellenleitern im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden insbesondere optische Lichtleitfasern, vorzugsweise aus Glas, verstanden. Diese werden nachfolgend verkürzt als optische Fasern bezeichnet.
Eine Möglichkeit, den polarisationserhaltenden Lichtwellenleiter des ersten doppelbrechenden Materialabschnitts und/oder des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts in seiner Länge zu verändern, ist beispielsweise eine mechanische Einrichtung, die den polarisationserhaltenden Lichtwellenleiter streckt. Solche Vorrichtungen weisen typischerweise eine Einrichtung auf, auf der mehrere Windungen des polarisationserhaltende Lichtwellenleiters aufgewickelt sind, wobei die Einrichtung eine automatische Dehnung der Windungen in einer oder mehreren Richtungen ermöglicht.
Polarisationserhaltende Lichtwellenleiter sind in einer Ausführungsform als polarisationserhaltende optische Fasern realisiert. Polarisationserhaltende optische Fasern sind optische Fasern, bei denen die Polarisation von linear polarisiertem Licht während der Ausbreitung der elektromagnetischen Welle durch die Faser erhalten bleibt. Es findet also kein Verlust von optischer Leistung in die anderen Polarisationsmoden statt. Derartige Fasern werden auch als doppelbrechende Fasern bezeichnet.
Das Funktionsprinzip polarisationserhaltender optischer Fasern basiert typischerweise darauf, dass der Kern der polarisationserhaltenden Faser im Querschnitt keine isotropen Eigenschaften, sondern eine ausgezeichnete Spannungsachse aufweist. Wird elektromagnetische Strahlung mit einer linearen Polarisation parallel zu dieser Spannungsachse oder auch senkrecht zu dieser Spannungsachse in die Faser eingekoppelt, so behält diese elektromagnetische Strahlung ihren linearen Polarisationszustand während der Ausbreitung der Faser bei.
Solche nicht isotropen Kerne können insbesondere dadurch realisiert werden, dass der Mantel der Faser gezielt nicht-rotationssymmetrisch aufgebaut ist und so Zug- oder Druckspannungen auf den Kern ausgeübt werden, die zu einer Isotropie des Kerns im Querschnitt führen. Beispiele für polarisationserhaltende optische Fasern sind sogenannte Panda-Fasern, Bow-Tie-Fasern und Elliptical-Clad-Fasern.
In einer solchen polarisationserhaltenden Faser können sich die beiden senkrecht linear zueinander polarisierten Moden der ersten und zweiten Resonatoren des Kurzpulslasersystems unabhängig voneinander ausbreiten.
Wenn im Sinne der vorliegenden Anmeldung von einem ersten und einem zweiten Resonator gesprochen wird, so umfasst dies insbesondere Ausführungsformen, in denen diese beiden Resonatoren Strahlpfade aufweisen, die vollständig kollinear zueinander sind, d.h. räumlich nicht voneinander zu trennen sind. Die beiden Resonatoren unterscheiden sich jedoch durch die von ihnen unterstützte Polarisation der elektromagnetischen Strahlung. Da die linearen Polarisationszustände in den beiden Resonatoren senkrecht zueinander sind, sind die beiden Resonatoren in dem Sinne unabhängig voneinander, dass kein Übersprechen zwischen diesen beiden durch die Polarisation definierten Kanälen gibt. Daher weist dann auch eine vollständig kollineare Anordnung zwei Resonatoren im Sinne der vorliegenden Anmeldung auf.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist in den ersten und zweiten Strahlengängen der ersten und zweiten Resonatoren ein aktiver oder ein passiver Modenkoppler vorgesehen. Ein Beispiel für einen passiven Modenkoppler ist ein sättigbarer Absorber. Ein derartiger sättigbarer Absorber ist insbesondere für einen linearen Faserlaser geeignet, wobei der sättigbare Absorber Teil des hochreflektierenden Spiegels bildet.
In einer Ausführungsform ist das Kurzpulslasersystem ein Faserlaser. In einem Faserlaser wird das Verstärkungsmedium von der optischen Faser selbst gebildet.
Ein solcher Faserlaser weist zum Einen den Vorteil auf, dass seine Komponenten aufgrund der weiten Verbreitung im Bereich der optischen Telekommunikationstechnik kommerziell erhältlich sind. Zum Anderen lassen sich aber in optischen Fasern, mit welchen ein solcher Faserlaser realisiert wird, die beiden zueinander orthogonalen Polarisationszustände der beiden Resonatoren einfach führen, ohne dass ein Übersprechen zwischen den beiden, von den zueinander orthogonalen Polarisationszuständen gebildeten Kanälen stattfindet.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist in Strahlrichtung hinter einem Ausgang des ersten und/oder des zweiten Resonators des Kurzpulslasersystem ein in dem ersten und dem zweiten Strahlengang liegender Faserverstärker vorgesehen, wobei vorzugsweise ein Ausgang des Faserlasers mit dem Faserverstärker verbunden ist. Auf diese Weise können zumindest die in einem der Resonatoren des Kurzpulslasersystems erzeugten elektromagnetischen Pulse nachverstärkt und damit in ihrer Leistung auf ein Niveau angehoben werden, welches die effektive Durchführung von Experimenten oder das Treiben eines THz-Spektrometers ermöglicht.
Dabei ist es möglich, dass sich die Pulse des ersten Resonators und des zweiten Resonators auch in dem Faserverstärker räumlich überlappend bzw. kollinear ausbreiten und aufgrund ihrer orthogonalen Polarisationszustände unabhängig voneinander nachverstärkt werden. Allerdings sind auch Ausführungsformen denkbar, bei welchen nur die Pulse aus einem der Resonatoren nachverstärkt werden. Beispielsweise kann es für ein THz-Zeitbereichsspektrometer zweckmäßig sein, wenn Pulse, die in dem ersten Resonator erzeugt wurden und die auf einen Generator für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich geleitet werden, nachverstärkt werden, während Pulse, die in dem zweiten Resonator erzeugt wurden und auf einen Detektor für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich geleitet werden, nicht nachverstärkt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist hinter dem Kurzpulslasersystem oder hinter dem Faserverstärker ein Polarisationsstrahlteiler vorgesehen, sodass zwei räumlich getrennte Strahlengänge bereitgestellt werden. An dieser Stelle, d.h. hinter dem Ausgang des Kurzpulslasersystems oder hinter dem Ausgang des Faserverstärkers, dient ein Polarisationsstrahlteiler dazu, die beiden zueinander senkrechten Polarisationszustände, die innerhalb des Kurzpulslasersystems oder innerhalb des Verstärkers kollinearen ersten und zweiten Strahlengänge der ersten und zweiten Resonatoren räumlich voneinander zu trennen, sodass die einen Pulse zum Anregen und die anderen Pulse zum Abfragen eines physikalischen Systems verwendet werden können.
Darüber hinaus wird zumindest eine der oben genannten Aufgaben auch durch eine optische Anrege-/Abfrageanordnung mit einem Kurzpulslasersystem, so wie es zuvor beschrieben wurde, gelöst.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die optische Anrege-/Abfrageanordnung so eingerichtet, dass Pulse, die in dem ersten Resonator erzeugt wurden, zum Anregen eines physikalischen Systems auf diese geleitet werden und Pulse, die in dem zweiten Resonator erzeugt wurden, zum Abfragen des physikalischen Systems auf dieses geleitet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine solche optische Anrege-/Abfrageanordnung ein THz-Zeitbereichsspektrometer, das so eingerichtet ist, dass Pulse, die in dem ersten Resonator erzeugt wurden, auf einen Generator für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich geleitet werden und Pulse, die in dem zweiten Resonator erzeugt wurden, auf einen Detektor für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich geleitet werden.
Solche Generatoren und Detektoren für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich, welche entweder mit optischen Pulsen getrieben oder von diesen gegatet werden, sind insbesondere nichtlineare optische Kristalle und sogenannte photokonduktive oder photoleitfähige Schalter auf Basis von Halbleiterbauelementen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen davon und der dazugehörigen Figuren deutlich.
1a und 1b zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform eines Kurzpulslasersystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit linearen Resonatoren.
2a bis 2c zeigen Ausführungsformen von polarisationserhaltenden optischen Fasern.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Kurzpulslasersystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit Ringresonatoren.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Kurzpulslasersystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit Ringresonatoren.
In den Figuren sind identische Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
Die in den 1, 3 und 4 gezeigten Kurzpulslasersysteme sind Faserlaser, die auf optischen Fasern basieren, welche für den Betrieb bei einer Wellenlänge von 1,55 μm ausgelegt sind.
Die verwendeten optischen Fasern sind sogenannte polarisationserhaltende Fasern 1, 1‘, 1‘‘ mit einem Kern 4, auf den durch eine spezielle Ausgestaltung des Mantels der Fasern in einer Richtung gezielt Spannungen aufgebracht sind. Auf diese Weise breitet sich elektromagnetische Strahlung, welche mit einer linearen Polarisation parallel oder senkrecht zur Auszeichnungsrichtung in diese Fasern eingekoppelt wird, aus, ohne dass nennenswerte Anteile der Strahlung während der Ausbreitung durch die Faser von dem einen in den anderen Polarisationszustand übertragen werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, gibt es in solchen polarisationserhaltenden Fasern kein Übersprechen zwischen den beiden von den zueinander senkrechten linearen Polarisationszuständen gebildeten Kanälen.
2a bis 2c zeigen Beispiele für derartige polarisationserhaltende Fasern 1, 1‘, 1‘‘, wie sie zum Aufbau des Faserlasersystems aus 1, 3 und 4 alternativ verwendet werden können. Dabei zeigt 2a eine sogenannte Bow-Tie-Faser 1, bei welcher in den Fasermantel 2 zwei Strukturen 3 eingebracht sind, welche zusammen mit dem Kern 4 in der Schnittansicht an eine Fliege (Kleiderstück) erinnern. Die beiden Strukturen 3 im Mantel 2 der Faser 1 führen dazu, dass der Kern 4, welcher zentrisch in den Mantel 2 eingebettet ist, eine ausgezeichnete Achse aufweist, in welche beispielsweise linearpolarisierte elektromagnetische Strahlung polarisationserhaltend eingekoppelt werden kann.
2b zeigt eine alternative Ausführungsform einer solchen polarisationserhaltenden optischen Faser 1’, welche als Panda-Faser bezeichnet wird. Um eine entsprechende Spannung in dem Kern 4 aufzubauen, sind in den Mantel 2 der optischen Faser 1’ zwei Glasstränge 5 eingelassen, welche in etwa die gleiche Wirkung haben wie die fliegenartigen Strukturen 3 der Faser 1 aus 2a.
2c zeigt eine dritte Ausführungsform einer polarisationserhaltenden optischen Faser 1’’, bei welcher der Kern 4 innerhalb des Mantels 2 in eine elliptische Struktur 6 eingebettet ist, die dem Kern 4 die notwendige anisotrope Spannung aufprägt. Eine solche polarisationserhaltende optischer Faser 1’’ wird auch als Elliptical-Clad-Faser bezeichnet.
Durch die Ausbildung aller Faserkomponenten der Kurzpulslasersysteme 10, 10‘, 10‘‘ aus 1, 3 und 4 als polarisationserhaltende Fasern 1 weisen die Kurzpulslasersysteme 10, 10‘, 10‘‘ zwei vollständig kollineare Kanäle bzw. Resonatoren auf, welche zwei zueinander senkrechte lineare Polarisationen unterstützen. Diese beiden Resonatoren sind, obwohl sie vollständig kollinear sind, derart voneinander getrennt, dass sie eine möglichst geringe gegenseitige Beeinflussung und kein Übersprechen erfahren. D.h. beide Kanäle bilden voneinander weitgehend unabhängige Resonatoren in einem einzigen System. Insbesondere gibt es zwischen den beiden Kanäle in dem Verstärkungsmedium 11 einen zumindest verringerten Modenwettbewerb.
Das Verstärkungsmedium wird von einem Erbium-dotierten Faserabschnitt 11 gebildet. Dieser wird mit Hilfe einer optischen Pumpe 12 gepumpt, um die notwendige Verstärkung der in den Lasern 10, 10‘, 10‘‘ oszillierenden Strahlung bereitstellen zu können. Die Pumpstrahlung 12 wird mit Hilfe eines Wellenlängenmultiplexfaserkopplers 13 in den verstärkenden Faserabschnitt 11 eingekoppelt.
Während innerhalb der Faserlaser 10, 10‘, 10‘‘ beide Polarisationsmoden des ersten und des zweiten Resonators in der gleichen Faser des Lasers 10, 10‘, 10‘‘ kollinear propagieren, können die beiden Polarisationskanäle hinter dem Auskoppler 14, 23 mit Hilfe eines Polarisationsstrahlteilers (in den Figuren nicht gezeigt) räumlich voneinander getrennt werden.
Da die elektromagnetische Strahlung sowohl in dem linearen Faserlaser 10 aus den 1a und 1b als auch in den Ringresonatoren der Faserlaser 10‘, 10‘‘ aus den 3 und 4 vollständig kollinear sind, sind bei allen gezeigten Ausführungsformen die geometrischen Weglängen des ersten und zweiten Strahlpfades der ersten und zweiten Resonatoren exakt gleich lang. Um dennoch einen optischen Weglängenunterschied einfügen zu können, verfügen alle drei Laser 10, 10‘, 10‘‘ über zwei doppelbrechende Faserabschnitte 16, 17.
Diese beiden Faserabschnitte sind in allen Ausführungsformen mit den Bezugszeichen 16 und 17 bezeichnet, wobei hier zunächst auf die Ausführungsform nach den 1a und 1b Bezug genommen wird, da insbesondere die schematische Darstellung aus der 1b das Verständnis der grundlegenden Idee der vorliegenden Erfindung erleichtert. Beide polarisationserhaltenden Faserabschnitte 16, 17 sind als doppelbrechende Materialabschnitte im Sinne der vorliegenden Anmeldung durch Panda-Fasern realisiert. Die Faserabschnitte sind jedoch an den sie verbindenden Spleißen 18 um 90° um ihre Längsachsen gegeneinander verdreht, so wie dies schematisch in 1b und den Inserts der 1a, 3 und 4 dargestellt ist.
Während die eine lineare Polarisation in dem Faserabschnitt 16 zunächst entlang der schnellen Achse der Faser 1‘ propagiert, propagiert sie in dem dazu um 90° gedrehten Faserabschnitt 17 entlang dessen langsamer Achse. Ändert man nun in dem einen Faserabschnitt 16 dessen geometrische Länge, so führt dies für beide Kanäle zur gleichen Änderung der geometrischen Länge, jedoch aufgrund der doppelbrechenden Eigenschaft der Faser 1‘ zu einer Differenz der optischen Weglängen. Da aber die optische Weglänge für die Repetitionsrate der Pulse in den Resonatoren ausschlaggebend ist, führt eine Streckung des Faserabschnitts 16 gegenüber dem Faserabschnitt 17 zu einer Änderung der Differenz der optischen Weglängen und damit zu einer Änderung der Repetitionsraten der Pulse in den beiden Resonatoren.
Um eine Streckung des Faserabschnitts 16 zu erreichen, weist dieser Faserabschnitt einen Faserstrecker 19 auf. Dieser Faserstrecker 19 besteht aus zwei Stützpfosten 20, die mit Hilfe eines Piezoelements in ihrem Abstand einstellbar und variierbar sind. Um die beiden Stützpfosten 20 herum sind mehrere Faserschlaufen des Faserabschnitts 16 gelegt, so dass eine Bewegung der beiden Stützpfosten 20 auseinander zu einer nennenswerten Längenänderung des Faserabschnitts 16 und damit zu einer Änderung der Differenz zwischen den Repetitionsraten der beiden Resonatoren führt.
Dabei haben die Faserabschnitte 16, 17 in einem Zustand die exakt gleiche geometrische Länge und damit die beiden linearen Polarisationszustände der elektromagnetischen Strahlung in den beiden Resonatoren bzw. Kanälen in diesem Zustand auch identische optische Weglängen. In der gezeigten Ausführungsform ist der Zustand exakt gleicher geometrischer Länge gerade so gewählt, dass zu seinem Erreichen eine Dehnung des Faserabschnitts 16 mit Hilfe des Faserstreckers 19 erforderlich ist. Daher wird bei einem Strecken des Faserabschnitts 16 mit dem Faserstrecker 19 der Faserabschnitt 16 aus einem Zustand, bei dem der Faserabschnitt 16 eine kürzere geometrische Länge aufweist als der Faserabschnitt 17 so gedehnt, dass er die gleiche geometrische Länge aufweist wie der Faserabschnitt 17 und weiter, so dass er eine größere geometrische Länge aufweist als der Faserabschnitt 17. Anders ausgedrückt ist die Repetitionsrate des ersten Resonators zunächst größer als die des zweiten Resonators und im Verlaufe der Streckung des Faserabschnitts 16 gleichen sich die Repetitionsraten der beiden Resonatoren an, bevor die Repetitionsrate des ersten Resonators kleiner wird als die Repetitionsrate des zweiten Resonators.
Diese Variation der Repetitionsraten führt zu einem Schieben der Phasenlagen der Pulse aus den beiden Resonatoren und damit zu einer Variation des Zeitversatzes zwischen den Pulsen aus dem ersten Resonator gegenüber den Pulsen aus dem zweiten Resonator.
In der linearen Ausgestaltung der Resonatoren der 1a und 1b wird an dem Auskoppelspiegel 14 ein geringer Anteil der Leistung der in den Resonatoren oszillierenden Laserpulse aus dem Faserlaser 10 ausgekoppelt. Der überwiegende Anteil der Leistung verbleibt in den Resonatoren und wird von dem Endspiegel 21 zurückreflektiert.
Dabei dient der Endspiegel 21 auch als Modenkoppler, da er als sättigbarer Absorber ausgestaltet ist. Der sättigbare Absorber 21 dient als passives optisches Schaltelement und damit zur passiven Güteschaltung der beiden Laserresonatoren. Der sättigbare Absorber besteht aus einem Material mit einem intensitätsabhängigen Absorptionskoeffizienten. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem sättigbaren Absorber 21 um eine Halbleiterbauelement, nämlich einen SESAM (Engl. Semiconductor Saturable Absorber Mirror), welcher sowohl als sättigbarer Absorber als auch als Endspiegel dient. Der sättigbare Absorber führt zu einer Randbedingung der Resonatoren, welche wiederum bewirkt, dass der Laser zueinander phasengekoppelte Moden generiert.
Auch der Ringlaser 10‘ aus 3 ist aus zwei polarisationserhaltenden Faserabschnitten 16, 17 aufgebaut, wobei diese an zwei Spleißen 18 miteinander verbunden sind. Wieder sind die schnellen Achsen der beiden Faserabschnitte 16, 17 an den Spleißen 18 um 90° gegeneinander verdreht, so dass eine Änderung der geometrischen Weglänge in dem einen Faserabschnitt 16 mit Hilfe des Faserstreckers 19 zu einer optischen Weglängendifferenz zwischen den beiden kollinearen Resonatoren führt. Der Ringlaser 10‘ verfügt zusätzlich in den Strahlengängen der beiden kollinearen Resonatoren über eine optische Diode 22, um die Ausbildung stehender Wellen in den Resonatoren zu verhindern. Die Auskopplung aus dem Ringlaser erfolgt über einen Faserschmelzkoppler 23, der einen Teil der Leistung aus den Ringresonatoren auskoppelt. Als Modenkoppler dient in dem Ringlaser 10‘ ebenfalls ein sättigbarer Absorber 24.
Der Laser 10‘‘ aus 4 hingegen kombiniert eine lineare Resonatorstruktur mit einer Ringstruktur. Wieder sind an einem Spleiß 18 zwei polarisationserhaltende Faserabschnitte 16, 17 mit ihren schnellen Achsen um 90° gegeneinander verdreht miteinander verbunden. Der Faserabschnitt 17 ist mit Hilfe eines 2 × 1 Faserschmelzkopplers 25 mit dem linearen Teil des Lasers 10‘‘ verbunden. Um zu erreichen, dass die in dem Ring 24 propagierende Leistung vollständig in den linearen Teil des Lasersystems 10‘‘ zurückgelangt, ist in dem Ring 26 ein nicht reziprokes Element 27 vorgesehen.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen“ nicht andere Elemente oder Schritte aus und der unbestimmte Artikel „eine“ oder „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.
Bezugszeichenliste

1, 1’, 1’’: polarisationserhaltende Faser
2: Mantel
3: Strukturen
4: Kern
5: Glasstränge
6: elliptische Struktur
10, 10‘, 10‘‘: Kurzpulslasersystem
11: Verstärkungsmedium
12: Pumpstrahlung führender Faserabschnitt
13: Wellenlängenmultiplexfaserkoppler
14, 23: Auskoppler
16, 17: Faserabschnitte
18: Spleiß
19: Faserstrecker
20: Stützpfosten
21: Endspiegel
22: Diode
24: sättigbarer Absorber
25: 2 × 1 Schmelzkoppler
26: Ring
27: nicht reziprokes Element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012113029 A1 [0009]

Claims

Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) zum Erzeugen elektromagnetischer Pulse mit einem ersten Resonator, der einen ersten Strahlengang aufweist, einem zweiten Resonator, der einen zweiten Strahlengang aufweist, und einem Verstärkungsmedium (11), wobei das Verstärkungsmedium (11) sowohl in dem ersten Strahlengang, sodass es in einem Betrieb des Kurzpulslasersystems (10, 10‘, 10‘‘) elektromagnetische Pulse in dem ersten Resonator verstärkt, als auch in dem zweiten Strahlengang, sodass es in dem Betrieb des Kurzpulslasersystems (10, 10‘, 10‘‘) elektromagnetische Pulse in dem zweiten Resonator verstärkt, angeordnet ist, wobei der erste Strahlengang und der zweite Strahlengang in dem Verstärkungsmedium (11) zumindest abschnittsweise räumlich überlagert sind und wobei der erste Resonator derart eingerichtet ist, dass er genau einen ersten linearen Polarisationszustand der elektromagnetischen Pulse unterstützt, und der zweite Resonator derart eingerichtet ist, dass er genau einen zweiten linearen Polarisationszustand der elektromagnetischen Pulse unterstützt, wobei der erste und der zweite Polarisationszustand senkrecht zueinander sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) einen ersten doppelbrechenden Materialabschnitt (16) und einen zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt (17) aufweist, wobei der erste Strahlengang und der zweite Strahlengang in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt (16) und in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt (17) kollinear verlaufen, wobei der erste doppelbrechende Materialabschnitt (16) und der zweite doppelbrechende Materialabschnitt (17) derart ausgestaltet und ausgerichtet sind, dass in einem Zustand des ersten doppelbrechenden Materialabschnitts (16) und des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts (17) die Summe der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt (16) und der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt (17) gleich der Summe der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt (16) und der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt (17) ist, und wobei der erste doppelbrechende Materialabschnitt (16) oder der zweite doppelbrechende Materialabschnitt (17) derart ausgestaltet ist, dass eine Differenz zwischen der Summe der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt (16) und der optischen Weglänge des ersten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt (17) und der Summe der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem ersten doppelbrechenden Materialabschnitt (16) und der optischen Weglänge des zweiten Strahlengangs in dem zweiten doppelbrechenden Materialabschnitt (17) einstellbar veränderbar ist.
Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlpfad und der zweite Strahlpfad über die gesamte Länge des ersten und des zweiten Resonators kollinear sind.
Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste doppelbrechende Materialabschnitt (16) und der zweite doppelbrechende Materialabschnitt (17) jeweils eine schnelle Achse und eine langsame Achse aufweisen, wobei die schnelle Achse des ersten doppelbrechenden Materialabschnitts (16) gegenüber der schnellen Achse des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts (17) um 90° gedreht ist.
Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Polarisationszustand parallel zur schnellen Achse des ersten oder des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts (16, 17) ist.
Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) eine Einrichtung zum Ändern der geometrischen Länge (19) des ersten und/oder des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts und/oder eine Einrichtung zum Ändern einer Differenz zwischen einem ersten Brechungsindex und einem zweiten Brechungsindex des ersten und/oder des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts aufweist.
Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste doppelbrechende Materialabschnitt (16) und der zweite doppelbrechenden Materialabschnitt (17) polarisationserhaltende optische Fasern (1, 1‘, 1‘‘) sind.
Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) eine Einrichtung (19) zum mechanischen Strecken oder Stauchen des ersten doppelbrechenden Materialabschnitts (16) oder des zweiten doppelbrechenden Materialabschnitts (17) aufweist.
Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) ein Faserlaser, vorzugsweise ein linearer Faserlaser oder ein Faserringlaser, ist.
Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) einen Modekoppler, insbesondere einen sättigbaren Absorber (21, 24), aufweist.
Optische Anrege-/Abfrageanordnung mit einem Kurzpulslasersystem (10, 10‘, 10‘‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Optische Anrege-/Abfrageanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anrege-/Abfrageanordnung so eingerichtet ist, dass Pulse, die in dem ersten Resonator erzeugt wurden, zum Anregen eines physikalischen Systems auf dieses geleitet werden und Pulse, die in dem zweiten Resonator erzeugt wurden, zum Abfragen des physikalischen Systems auf dieses geleitet werden.
Optische Anrege-/Abfrageanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anrege-/Abfrageanordnung so eingerichtet ist, dass Pulse, die in dem ersten Resonator erzeugt wurden, auf einen Generator für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich geleitet werden und Pulse, die in dem zweiten Resonator erzeugt wurden, auf einen Detektor für elektromagnetische Strahlung im THz-Frequenzbereich geleitet werden.