DE112018002476T5

DE112018002476T5 - Multipuls-verstärkung

Info

Publication number: DE112018002476T5
Application number: DE112018002476.8T
Authority: DE
Inventors: Jingzhou Xu; Takashi Hori; Shigeru Suzuki; Gyu Cheon Cho
Original assignee: IMRA America Inc
Current assignee: IMRA America Inc
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2020-01-30
Also published as: JP7463595B2; WO2019023015A1; US20200127431A1; JP2020528668A; JP2023089246A; US11201447B2

Abstract

Gechirpte Impulsverstärkung (CPA)- Systeme, die zum Erzeugen und Verstärken von Mehrfachimpulsen konfiguriert sind, werden beschrieben. Die nichtlineare Interaktion von Impulsen kann ein Mehrfach-Impulspaket mit einer dichten zeitlichen Trennung zwischen den Impulsen erzeugen. Die Reduzierung oder Eliminierung der nichtlinearen Interaktion kann durch spektrale und/oder zeitliche Teilungsimpulse im gechirpten Verstärkungssystem erfolgen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 62/536,634 , die am 25. Juni 2017 eingereicht wurde, mit dem Titel MULTI-PULSE AMPLI-FICATION, die hiermit durch Bezugnahme hierin in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf gechirpte Impulsverstärkungssysteme, die mehrere Laserimpulse mit einer gewünschten Verzögerung zwischen den einzelnen Impulsen erzeugen.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Ultrakurze gepulste Laser, deren Pulsbreite τ_o in der Größenordnung von 10^-15 bis 10^-11 Sekunde liegen kann, haben in vielen Anwendungen, wie beispielsweise der Lasermaterialbearbeitung, überlegene Vorteile gegenüber Lasern mit noch längerem τ_o (z.B. Nanosekunden) gezeigt.
Die gechirpte Impulsverstärkung (CPA) ist eine vorteilhafte Technik zur Erzeugung ultrakurzer Impulse mit hoher Pulsenergie Ep. In einem gechirpten Impulsverstärker wird eine von einem modengekoppelten Oszillator erzeugte Seed-Impulsfolge zunächst auf eine längere Impulsbreite τ_S gestreckt, indem eine optische Gruppenverzögerungsdispersion D(λ) (in Einheiten von ps/nm), die die Ableitung der Gruppenverzögerung in Bezug auf die Wellenlänge λ ist, angewendet wird, bevor sie verstärkt wird. Dabei bedeutet die Gruppenverzögerung, dass unterschiedliche Wellenlängen des Lichts unterschiedliche Zeit benötigen, um ein bestimmtes Medium zu passieren. Die verstärkten Impulse werden dann mit der entgegengesetzten Gruppenverzögerungsdispersion -D(λ) wieder auf ultrakurze Impulsbreite komprimiert. Der Ausgang eines Oszillators hat in der Regel eine Wiederholrate F_R im Bereich von MHz bis GHz, und die zeitliche Verzögerung zwischen benachbarten Impulsen τ_D0 = 1/F_R liegt im Bereich von Nanosekunden bis Mikrosekunden. Um einen Impuls mit hoher Pulsenergie E_P bei relativ niedriger Ausgangsdurchschnittsleistung zu erzeugen, kann der Ausgang eines modengekoppelten Oszillators durch eine Zeitsteuerungsvorrichtung auf eine wesentlich geringere Wiederholrate F_D < < F_R vor der Verstärkung reduziert werden. In einigen Anordnungen wird eine einzelne Impulsfolge mit der reduzierten Impulsfolgefrequenz gewählt.
Mit solchen CPA-Systemen können Herausforderungen verbunden sein.
ZUSAMMENFASSUNG
In einigen Anwendungen werden mehrere Impulse (Mehrfachimpulse) mit einer gewünschten Verzögerung bevorzugt. Dementsprechend werden Ausführungsformen von Systemen und Verfahren zur Multipuls-Verstärkung beschrieben.
In einer Ausführungsform kann ein gechirptes Impulsverstärkungssystem konfiguriert werden, um einen optischen Seed-Impuls zu verstärken, wobei der optische Seed-Impuls in mehrere Impulse aufgeteilt wird und eine Verzögerung zwischen jedem benachbarten Impuls angelegt wird, und die Verzögerung zwischen benachbarten Impulsen nach der Kompression kleiner ist als die verlängerte Impulsdauer innerhalb eines Verstärkungsmediums des gechirpten Impulsverstärkungssystems.
In einer Ausführungsform ist ein Verfahren zum Erzeugen mehrerer Impulse in einem gechirpten Impulsverstärkungssystem vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines Seed-Impulses von einer Laserquelle, wobei der Seed-Impuls eine optische Gruppenverzögerungsdispersion D(λ) aufweist, wobei λ Wellenlänge ist; das Strecken des Seed-Impulses, um einen gestreckten Impuls mit einer gestreckten Impulsbreite zu erzeugen; das Splitten des gestreckten Impulses in ein Impulspaket, das eine Vielzahl von Impulsen mit unterschiedlichen Wellenlängen umfasst; das Anwenden einer Zeitverzögerung auf jeden der Vielzahl von Impulsen in dem Impulspaket, wobei die Zeitverzögerung das gleiche Vorzeichen wie die Dispersion der optischen Gruppenverzögerung aufweist; das Verstärken jedes der Vielzahl von Impulsen in dem Impulspaket; und das Komprimieren jedes der Vielzahl von Impulsen in dem Impulspaket.
In einer Ausführungsform umfasst ein gechirptes Pulsverstärkungssystem (CPA) eine Seed-Laserquelle, die konfiguriert ist, um Seed-Impulse auszugeben; einen Strecker, der konfiguriert ist, um die Seed-Impulse zu strecken, um gestreckte Impulse auszugeben; einen Teiler, der konfiguriert ist, um jeden der gestreckten Impulse in eine Vielzahl von Teilimpulsen aufzuteilen; eine Verzögerung, die konfiguriert ist, um eine Verzögerung auf jeden der Vielzahl von Teilimpulsen anzuwenden; einen Verstärker, der konfiguriert ist, um jeden der verzögerten, aufgeteilten Impulse zu verstärken; und einen Kompressor, der konfiguriert ist, um jeden der verstärkten, verzögerten, aufgeteilten Impulse zu komprimieren, um eine Vielzahl von optischen Impulsen auszugeben.
Die vorstehende Zusammenfassung und die folgenden Zeichnungen und detaillierte Beschreibung sollen nicht einschränkende Beispiele veranschaulichen, aber nicht die Offenbarung einschränken.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer gechirpten Impulsverstärkungs (CPA)-System mit Mehrfachimpulsausgang.
Die , und veranschaulichen schematisch die Ergebnisse einer konventionellen Strahlteilungs- und Kombinationsanordnung zur Erzeugung mehrerer Impulse.
Die und veranschaulichen schematisch ein Strahlteilungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung. Ein zeitlich gestreckter und gechirpter Impuls ( wird aufgeteilt und neu kombiniert, um mehrere Impulse zu erzeugen, bei denen sich die gechirpten Impulse überlappen können ( . In ist τ_D die Verzögerung zwischen benachbarten Impulsen (z.B. gemessen von Spitze zu Spitze), und τ_S ist die gestreckte Impulsbreite (z.B. gemessen als volle Breite bei halbem Maximum (FWHM)).
4A ist ein Autokorrelationsplot aus einem Experiment, das ein Beispiel für die Bildung eines dichten Impulspakets veranschaulicht, das sich aus der nichtlinearen Wechselwirkung von gechirpten Impulsen ergibt, die sich zeitlich überlappen. Die Intensität der Autokorrelation (in beliebigen Einheiten, a.u.) wird gegen die Verzögerung in ps aufgetragen.
4B zeigt einen Autokorrelationsplot, der mit der Simulation der nichtlinearen Impulsausbreitung erhalten wurde, die die Kontrolle der dichten Impulspakete in einem System der vorliegenden Offenbarung überprüft. Die zeitliche Intensität (in a.u.) wird gegen die Verzögerungszeit in ps aufgetragen.
Die und veranschaulichen schematisch ein Beispiel für eine Wellenlängenteilungs-/Zeitverzögerungstechnik, bei der nichtlineare Wechselwirkungen zwischen mehreren Impulsen durch Steuerung von Zeitverzögerung und/oder Dispersion reduziert oder vermieden werden können.
6 ist ein Autokorrelationsplot, der ein Beispiel für die rekomprimierten Impulse zeigt, wenn eine spektrale Verzögerung bei der zeitlichen Verzögerung des gestreckten Seed-Impulses mit zwei Seed-Impulsen mit τ_D ~ τ_S/100 angewendet wird. Die Zeitverzögerung τ_D zwischen den Impulsen ist viel geringer als die verlängerte Impulsbreite τS. Die Intensität der Autokorrelation (in a.u.) wird gegen die Verzögerung in ps aufgetragen.
7 veranschaulicht schematisch ein Beispiel für eine faserbasierte Impulsverzögerung, mit der Impulse ohne Wellenlängensplitting aufgeteilt werden können.
8 veranschaulicht ein Beispiel für eine faserbasierte Impulsverzögerung, die zum Splitten von Impulsen verwendet werden kann und die Wellenlängensplitting nutzt.
9 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Technik zur Erzeugung mehrerer Impulse mit Verzögerungen.
10 zeigt schematisch ein Beispiel für ein Impulsverzögerungserzeugungssystem, das mehrere Impulse mit Verzögerungen steuerbar erzeugen kann.

Die Abbildungen stellen verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zur Veranschaulichung dar und sollen nicht einschränkend wirken. Soweit durchführbar, können in den Abbildungen ähnliche oder gleiche Bezugszeichen oder Bezugsetiketten verwendet werden, die auf ähnliche oder gleiche Funktionen hinweisen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Übersicht
Eine Methode zur Erzeugung von Mehrfachimpulsen besteht darin, mehrere Impulse anstelle eines einzelnen Impulses in der Impulsfolge aus dem Oszillator auszuwählen. Die Verzögerung zwischen den benachbarten Impulsen liegt jedoch in der Regel im Nanosekundenbereich oder länger, bestimmt durch die Impulsumlauf im Oszillator. Die Einstellung des Verzögerungswertes erfordert typischerweise eine Änderung der Oszillatorkavität, und es ist in der Praxis keine einfache Implementierung, wenn diese Technik verwendet wird.
Um noch eine kürzere Verzögerung zwischen den Impulsen zu erhalten, kann ein einzelner Impuls räumlich aufgeteilt werden, um mehrere Impulse mit zeitlichen Verzögerungen relativ zueinander zu bilden. Mit dieser Technik können die Zeitverzögerungen zwischen benachbarten Impulsen vergleichbar mit der Pulsweite τ₀ eingestellt werden. Für viele Anwendungen der Laser ist eine kollineare Ausgabe der Impulse sehr wünschenswert. Daher erhöht der mit dieser Technik verbundene optische Freiraumaufbau nicht nur die Kosten und die Komplexität des Systems, sondern verursacht auch Instabilität und opfert die Ausgangsleistung. Die technischen Herausforderungen dieses Ansatzes bleiben für den Freiraumansatz bestehen, insbesondere für die Aufteilung der Impulse in der Seed- und Nachverstärkungsstufe.
Bei der Implementierung der Impulsaufteilung mit Fasertechnologie kann das gesamte Laserkonzept recht kompakt und umgebungsmäßig stabil sein, insbesondere wenn die Seed-Impulse vor dem Verstärker aufgeteilt werden. Mit Hilfe der Glasfaser kann die Seed-Impulsaufteilung und -verzögerung einfacher und flexibler gestaltet werden. Die Aufteilung der Impulse vor dem Verstärker kann die Spitzenleistung reduzieren und die Nutzung des gesamten verfügbaren Ausgangssignals des Verstärkers erleichtern.
zeigt ein Beispiel für ein CPA-System mit Mehrfachimpulsausgang. Das CPA-System umfasst eine Seed-Laserquelle 100, einen Strecker 200 und einen Splitter 250, der einen Impuls von dem Strecker 200 in mehrere Impulse 301, 302,...., 30n aufteilt. Die Mehrfachimpulse gehen zu einer Verzögerung 400 über, die verzögerte Impulse 401, 402,..., 40n ausgibt, die vom Verstärker 500 verstärkt werden, um verstärkte Impulse 501, 502,..., 50n zu erzeugen. Die verstärkten Mehrfachimpulse können optional durch einen Impulskompressor 600 komprimiert werden, um komprimierte Impulse 601, 602,..., 60n zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen des CPA-Systems kann die Anzahl n der Impulse in einem Multipuls-Paket im Bereich von 2 bis 1000 liegen. In einigen Ausführungsformen des CPA-Systems kann die Anzahl n der Impulse im Multipuls-Paket größer sein als eine Anzahl von Seed-Eingangsimpulsen (die 1, 2, 3, 4, 5, 10 oder mehr sein können). In verschiedenen Ausführungsformen kann die Seed-Laserquelle ein Faserlaser sein; der Verstärker 500 kann einen Faserverstärker mit einem Faserverstärkungsmedium (z.B. mit einem Seltenerdmedium) umfassen; der ImpulsStrecker 200 kann gestreckte Impulse mit einer gestreckten Impulsdauer in einem Bereich von einigen zehn Pikosekunden bis zu einigen Nanosekunden ausgeben; der Impulskompressor 600 kann komprimierte Impulse ausgeben, die ultrakurze Impulse mit einer Impulsdauer in einem Bereich von einer Femtosekunde bis einer Pikosekunde sind. Der Splitter 250 kann eine wellenlängenselektive Komponente wie z.B. einen Filter, ein diffraktives Gitter oder eine optische Faser umfassen. Die Impulsverlängerung 200 kann eine PrismenStrecker, einen GitterStrecker, eine FaserStrecker, ein Faser-Bragg-Gitter, einen gechirpten Spiegel, etc. umfassen. Der Impulskompressor 600 kann einen Prismenkompressor, Gitterkompressor, einen Faserkompressor, ein Faser-Bragg-Gitter, einen gechirpten Spiegel usw. umfassen.
Die , und zeigen Ergebnisse eines konventionellen Strahlteilungsverfahrens unter Verwendung einer Ausführungsform eines CPA-Systems, ähnlich dem in 1 dargestellten. Ein Seed-Impuls 201 (2A) wird in mehrere Impulse 401, 402,..., 40n aufgeteilt und jeder der geteilten Impulse ist ein Duplikat des ursprünglichen Impulses. Eine zeitliche Verzögerung zwischen den Impulsen wird angewendet, um die Impulse zu trennen ( , bevor die Gruppe der Impulse verstärkt wird. Auf Wunsch können die verstärkten Impulse nach der Verstärkung komprimiert werden, und es werden ultraschnelle Impulse 601, 602,..., 60n mit Verzögerung zwischen den Impulsen erzeugt ( ). Diese Methode kann auf CPA- oder Nicht-CPA-Systeme angewendet werden.
Wenn jedoch der Ansatz der Spaltung von Seed-Impulsen der 2A-2C auf ein CPA-System angewendet wird, kann die folgende Situation auftreten, wie sie in den 3A und 3B schematisch dargestellt ist. Wenn die Verzögerung τD zwischen den benachbarten Impulsen 401 und 402 (siehe kürzer ist als die gestreckte Impulsbreite τS, nämlich τD < τS, können benachbarte Impulse eine Überlappung 410 in den Strahlengängen, einschließlich dem Verstärker 500, aufweisen, bevor sie durch den Impulskompressor 600 rekomprimiert werden. Es ist möglich, dass eine unerwünschte nichtlineare Wechselwirkung, z.B. Cross-Phasen-Modulation (XPM), zwischen Impulsen im Verstärkermaterial auftreten kann, entweder in Festkörper- oder Faserverstärkungsmedien. Darüber hinaus kann eine solche nichtlineare Wechselwirkung auch in den Medien außerhalb des Verstärkers auftreten. Die Wahrscheinlichkeit nichtlinearer Wechselwirkungen wird auch erhöht, wenn die Impulse in optischen Fasern geführt werden, z.B. durch optisch nichtlineare Wechselwirkungen in der Faser. Die nichtlineare Interaktion zwischen den Impulsen kann zu signifikanten Veränderungen der spektralen und/oder zeitlichen Eigenschaften der Ausgabe führen.
Beispiel Multi-Puls-Erzeugungstechniken
Obwohl einige Techniken entwickelt werden können, um die Änderung der Impulsform zu vermeiden, kann eine solche Änderung der Impulsform auch zur Bildung mehrerer Impulse mit einer Zeitverzögerung in einem Bereich von einigen hundert Femtosekunden bis zu einigen Nanosekunden führen. Das Detail der Impulsbildung hängt von den optisch nichtlinearen Wechselwirkungen in der Faser ab, z.B. Pulsenergie, Spitzenleistung, Fasermodenfelddurchmesser, etc. Die Erzeugung mehrerer Impulse in diesem Ansatz kann je nach Laseranwendung ebenfalls sinnvoll sein. Obwohl einzelne Impulse als anfälliger für die Details der nichtlinearen optischen Parameter beobachtet wurden, was die Modellierung erschwert, wird das dichte Pulspaket als Ganzes als sehr stabil betrachtet, nicht anders als die Stabilität des ursprünglichen Pulses vor dem Splitten.
In einem Aspekt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf die Erzeugung mehrerer Impulse durch Splitten von optischen Impulsen in einem Lasersystem. Als Beispiel wird in einer Chirped Impulsverstärkung (CPA)-Anordnung ein dichtes Pulspaket mit einer Zeitverzögerung zwischen Impulsen, die kürzer als die verlängerte Pulsdauer ist, bereitgestellt. Das dichte Impulspaket kann eine Anzahl von Impulsen in einem Bereich von wenigen, bis zu zehn, bis zu hundert oder tausend Impulsen beinhalten.

In einem ersten Beispiel kann unter Nutzung der nichtlinearen Wechselwirkung zwischen den Impulsen, die sich in der Zeit 410 überlappen (beschrieben mit Bezug auf 3B), ein dichtes Impulspaket erzeugt werden, wie in 4A dargestellt. Die Impulse des dichten Impulspakets sind ein rekomprimierter Ausgang der faserbasierten gechirpten Impulsverstärkung, gemessen mit Autokorrelation. Wie in den 2 und 3A beschrieben, wird ein in der Zeit 201 gestreckter Seed-Impuls rechtzeitig vor der Verstärkung und Rekompression aufgeteilt. Die Zeitverzögerung zwischen zwei benachbarten Impulsen 401, 402 wird durch die zeitliche Überlappung 410 der verlängerten Seed-Impulse bestimmt. zeigt ein Simulationsergebnis für zwei Impulse, die durch nichtlineare Schrodinger-Pulsausbreitung mit den Parametern in Tabelle 1 interagieren. Obwohl die Parameter der Detail-Simulation nicht ausreichen, um die genaue quantitative Übereinstimmung mit den in gezeigten Beobachtungen zu reproduzieren, und obwohl sie nicht an eine bestimmte Theorie gebunden sind, erleichtert und bestätigt die Simulation die oben genannte Erklärung: insbesondere die Bildung eines dichten Pulspakets. Das zeitliche Intervall und die Anzahl der Impulse innerhalb des dichten Impulspakets können durch Einstellen der Anfangsverzögerung gesteuert werden. Wenn sich beispielsweise in 4B die anfängliche Verzögerung von 10 ps auf 20 ps ändert, dann ändert sich die Verzögerung zwischen benachbarten Impulsen im Impulspaket von 10 ps auf 20 ps. Die Eigenschaften des Impulspakets können auch durch Einstellen der nichtlinearen Wechselwirkung zwischen den Impulsen gesteuert werden, z.B. durch Ändern der Impulsintensität, Variieren der Medienlänge, Blende, etc. In einigen Ausführungsformen, wenn sich die Faserlänge von 5 m auf 10 m oder 20 m ändert, ändern sich die Impulszahlen von 12 auf 20 bzw. auf 36 Impulse. Dementsprechend erhöht die Einstellung der Faserlänge nach oben die Anzahl der Impulse im Impulspaket, und verringert die Einstellung der Faserlänge nach unten die Anzahl der Impulse im Impulspaket. Tabelle 1. Simulationsparameter:

Parameter	Werte
Zentrale Wellenlänge	1045 nm
Komprimierte Impulsdauer τ₀	150 fs
Verlängerte Impulsdauer τ_S	100 ps
Verzögerung zwischen Impulsen τ_D	10 ps
Zahl von Seed-Impulsen	2
Spitzenleistung	300 W
Ausbreitungsmedium	Einzelmodenfaser
Ausbreitungslänge	5 m

In mindestens einer zusätzlichen oder alternativen Anordnung wird die nichtlineare Wechselwirkung des verlängerten Seed-Impulses vermieden, wie in 5A dargestellt, wobei der Anfangsimpuls 201 in mehrere Impulse mit unterschiedlichen Wellenlängen aufgeteilt wird, z.B. unter Verwendung eines optischen Filters, eines diffraktiven Gitters oder einer optischen Faser. In ist die horizontale Achse die Zeit und die vertikale Achse zeigt die Impulsintensität. Die Schwingungsfrequenz veranschaulicht, dass der Impuls eine normale Dispersion aufweist, wobei der Anteil der niedrigeren Wellenlänge auf der Vorderseite des Impulses erscheint. Die Schwingung der Impulsform in 5A soll als Beispiel das Konzept der Frequenzvariation in einem Impuls veranschaulichen. Wenn der Impuls eine lineare Dispersion aufweist, d.h. D(λ) eine Konstante innerhalb der Laserbandbreite ist, stellt die Impulsform im Zeitbereich den Impuls im Spektralbereich dar. Andererseits, wenn der Puls eine nichtlineare Dispersion beinhaltet, kann die Impulsform sowohl im zeitlichen als auch im spektralen Bereich unterschiedlich sein. Während bei den meisten CPA-Systemen die lineare Dispersion vorherrscht, also vor und nach der Aufteilung, sollte die Impulsform im Zeitbereich im Wesentlichen gleich der spektralen Form sein. Im Beispiel in 5A wird der Impuls 201 in der Wellenlänge in die Abschnitte 401,402,..., 40n aufgeteilt. So weist beispielsweise der Abschnitt 401 in dem veranschaulichenden gechirpten Impuls 201 eine höhere Frequenz (und damit eine kürzere Wellenlänge) auf als der Abschnitt 402, der eine niedrigere Frequenz (und damit eine längere Wellenlänge) als 401 aufweist, und der Abschnitt 402 eine entsprechend höhere Frequenz (kürzere Wellenlänge) als der Abschnitt 403, und so weiter zu dem Abschnitt 40n, der die niedrigste Frequenz (längste Wellenlänge) der geteilten Abschnitte aufweist.
Eine Zeitverzögerung, τ_D , kann mit dem gleichen Vorzeichen der Dispersion D(λ) angewendet werden. Beispielsweise wird bei normaler Dispersion (wenn die Gruppengeschwindigkeit mit der Wellenlänge zunimmt), wenn die längeren Wellenlängen auf der Vorderseite des Impulses liegen, eine Zeitverzögerung auf den gesplitteten Impuls mit kürzeren Wellenlängen angewendet. Für anomale Dispersion (wenn die Gruppengeschwindigkeit mit der Wellenlänge abnimmt), wenn die kürzeren Wellenlängen auf der Vorderseite des Pulses liegen, wird eine Verzögerung auf den gesplitteten Impuls mit längeren Wellenlängen angewendet. Selbst wenn τ_D < τ_S, können die Impulse also aufgrund der Dispersion D(λ) zeitlich voneinander getrennt werden, wie in 5B veranschaulicht. Auf diese Weise kann die nichtlineare Interaktion zwischen Impulsen in einigen dieser Implementierungen vorteilhaft vermieden oder auf ein vernachlässigbares Maß reduziert werden.
Im Allgemeinen hat ein Filter in der Regel eine endliche Bandbreite Δλ, die üblicherweise zwischen 10% und 90% seines Übertragungsprofils liegt, so dass die Impulse in der Praxis nicht so scharf gesplittet werden können, wie in den und schematisch dargestellt. Die minimale Verzögerung kann durch die spektrale Trennung oder Überlappung zwischen benachbarten Impulsen und der Dispersion des gestreckten Impulses bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen wird eine Zeitverzögerung τ_D > Δλ *D(λ) bevorzugt. In einigen Fällen ist eine begrenzte zeitliche Überschneidung, z.B. eine Überschneidung von weniger als 10%, weniger als 25% oder weniger als 50% zwischen den Impulsen zulässig. In einigen dieser Fälle kann die zeitliche Überlappung so klein begrenzt werden, dass der nichtlineare Interaktionseffekt (z.B. XPM) die Impulsform nicht wesentlich verändert.
Die zeitlich aufgeteilten Impulse (im Impulspaket) können verstärkt (z.B. durch den Verstärker 500) und dann rekomprimiert (z.B. durch den Kompressor 600) werden, um ein dichtes Paket von optischen Impulsen auszugeben.
6 ist ein Autokorrelationsplot aus einem Experiment, das ein Beispiel für die rekomprimierten Impulse zeigt, wenn die spektrale Verzögerung in zeitlicher Verzögerung des gestreckten Seed-Impulses mit zwei Seed-Impulsen angewendet wird, mit τ_D ~ τ_S /100. Die beiden vertikalen schwarzen Linien zeigen die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) der zentralen Autokorrelationsfunktion. Durch Reduzierung oder Eliminierung der nichtlinearen Wechselwirkung zwischen den Impulsen kann sie gleich der Anzahl der zeitverzögerten Seed-Impulse gehalten werden, in diesem Beispiel zwei.
Beispiel Multi-Puls-Erzeugungssysteme
Die obige Beschreibung enthält beispielhafte Techniken zum Erzeugen von geteilten Seed-Impulsen mit einer bestimmten Zeitverzögerung zwischen den Impulsen. Ein Beispiel für eine Impulsverzögerung 700 unter Verwendung eines faserbasierten Splitters und Kombinierers, zum Beispiel eines 3dB-Kopplers, in Kombination mit verschiedenen Faserlängen ist in dargestellt. Bei dieser Impulsverzögerung werden die Wellenlängen der Impulse nicht aufgeteilt. Ein Seed-Impuls 701 wird zunächst mit einem ersten Faserkoppler 705a in zwei Impulse 702, 703 aufgeteilt, und die aufgeteilten Impulse 702, 703 breiten sich in verschiedenen Armen der Impulsverzögerung aus. Die aufgeteilten Impulse 702, 703 sind in schematisch als Dreiecke dargestellt. Die Verzögerung zwischen den beiden aufgeteilten Impulsen 702, 703 wird durch die Verwendung einer unterschiedlichen Faserlänge in jedem Arm eingebracht. So beinhaltet beispielsweise der obere Arm der in 7 dargestellten Verzögerung 700 eine zusätzliche Länge ΔL aus Faser, um eine Verzögerungsleitung zu bilden. Die aufgeteilten Impulse der beiden Arme können dann mit einem zweiten Koppler 705b in einer einzigen Faser kombiniert werden. Aufgrund der Verzögerung ΔL des oberen Arms wird der sich im oberen Arm ausbreitende Impuls 702 um nΔL/c gegenüber dem sich im unteren Arm ausbreitenden Impuls 703 verzögert, wobei n der Brechungsindex der Faser ist, durch die sich der Impuls 702 ausbreitet, und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist. Daher folgt der Impuls 702 im oberen Arm dem Impuls 703 im unteren Arm nach der Kombination wie in dargestellt. Der Betrag der Verzögerung ΔL (und damit der Betrag der Zeitverzögerung nΔL/c) kann in einigen Ausführungsformen einstellbar sein, z.B. durch Verwendung einer variablen Glasfaser-Verzögerungsleitung.
Eine weitere Ausführungsform einer Impulsverzögerung 700 ist in 8 dargestellt, die im Allgemeinen der in 7 dargestellten Verzögerung ähnlich ist, aber die Wellenlängensplitting nutzt. In der in 8 dargestellten Verzögerung 700 umfassen beide Koppler 705a, 705b Wellenlängenmultiplexer (WDM), die Impulse basierend auf ihrer Wellenlänge splitten und kombinieren. Ein WDM kann Wellenlängen entweder durch optische Filterung oder durch Faserkopplung auswählen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet einer oder beide der WDMs in 8 einen Filter 708, der die Wellenlänge an einer gewünschten Stelle, z.B. in der Mitte des Signalspektrums, und mit einer gewünschten Bandbreite, z.B. < 1 nm oder < 2 nm, oder < 10 nm, etc. unterteilt. In bezieht sich Com auf den gemeinsamen Port eines WDM, bei dem beide Wellenlängen in den WDM eingegeben (z.B. als Eingangsimpuls 701) oder von ihm ausgegeben werden. Andere fasergekoppelte Verzögerungsleitungsvorrichtungen, wie beispielsweise die Differenz der Polarisationsmodendispersion in einer polarisationserhaltenden Faser, wie in 9 dargestellt, oder Fasern mit unterschiedlicher Gruppendispersionsverzögerung, wie dispersionsversetzte Fasern, können ebenfalls verwendet werden. Ein Langpassfilter kann verwendet werden, so dass sich ein Impuls 702 längerer Wellenlänge im oberen Arm und ein Impuls 703 kürzerer Wellenlänge im unteren Arm ausbreitet, der eine Verzögerungsleitung beinhaltet (die variabel oder einstellbar sein kann, ähnlich wie in Bezug auf 7 beschrieben). Nach der Ausgabe aus dem zweiten WDM 705b folgt der Impuls 703 kürzerer Wellenlänge aufgrund der von der Verzögerungsleitung eingebrachten Zeitverzögerung (z.B. eine Zeitverzögerung von nΔL/c) hinter dem Impuls 702 längerer Wellenlänge. Wenn eine Verzögerung für den Impuls 702 längerer Wellenlänge gewünscht wird (relativ zum Impuls 703 kürzerer Wellenlänge), könnte die Verzögerungsleitung in den Arm eingeführt werden, in dem sich der Impuls 702 längerer Wellenlänge ausbreitet (und nicht in den Arm, in dem sich der Impuls 703 kürzerer Wellenlänge ausbreitet). Dementsprechend können Ausführungsformen der Wellenlängenverzögerung 700 von 8 verwendet werden, um eine steuerbare Zeitverzögerung zwischen Impulsen (die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen) zu erzeugen, und so angeordnet werden, dass entweder die Impulse kürzerer Wellenlänge verzögert werden (relativ zu den in 8 dargestellten Impulse längerer Wellenlänge) oder die Impulse längerer Wellenlänge verzögert werden (relativ zu den Impulsen kürzerer Wellenlänge).
9 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Technik zur Erzeugung mehrerer Impulse mit Verzögerungen. Ein Eingangsimpuls breitet sich in einer polarisationserhaltenden (PM) Faser mit linearer Polarisation aus. Eine PM-Faser weist eine Doppelbrechung auf, so dass das entlang einer Achse der Faser polarisierte Licht mit einer anderen Geschwindigkeit wandert als das orthogonal zu dieser Achse polarisierte Licht. Die beiden Hauptübertragungsachsen innerhalb der PM-Faser werden als schnelle und langsame Achsen bezeichnet. Die PM-Faser kann auf einen anderen Abschnitt der PM-Faser mit einer Länge L und einem Offsetwinkel Θ gespleißt werden, der ungleich Null ist. Der Eingangs-Seed-Impuls hat typischerweise Polarisationskomponenten sowohl in der schnellen als auch in der langsamen Achse. Zwischen diesen beiden Polarisationskomponenten tritt eine Verzögerung auf, die durch die Doppelbrechung in der PM-Faser verursacht wird. Die Verzögerung ist Δt=Δn*L/c, wobei Δn die Differenz des effektiven Brechungsindex zwischen der schnellen und der langsamen Achse bezeichnet. Der Offsetwinkel kann verwendet werden, um das Amplitudenverhältnis zwischen diesen beiden Polarisationen zu steuern. Wenn im Faserabschnitt keine polarisationsabhängige Verstärkung oder Verlust zugeordnet ist, kann ein Offsetwinkel von Θ = 45 Grad angewendet werden, um in jedem Polarisationszustand gleiche Impulsenergie zu erhalten. Die Impulsaufteilung kann kaskadiert werden, indem zusätzliche Abschnitte der PM-Faser verwendet werden, um mehrere Impulse zu erzeugen. Optional kann ein Polarisator, z.B. ein faserbasierter Inline-Polarisator, verwendet werden, um eine Impulsfolge in einem bestimmten linearen Polarisationszustand zu erhalten.
9 veranschaulicht schematisch ein Beispiel für eine PM-Faserverzögerung, bei der ein Eingangs-Seed-Impuls in acht Ausgangsimpulse aufgeteilt wird. In diesem Beispiel werden drei Abschnitte aus PM-Fasern kaskadiert, wobei der erste Abschnitt eine Länge von 4L (bezeichnet durch 4L_Δt), der zweite Abschnitt eine Länge von 2L (bezeichnet durch 2 L_Δt, und der dritte Abschnitt eine Länge L (bezeichnet durch L_Δt) aufweist. Die durch diese drei Abschnitte eingeführten Zeitverzögerungen sind jeweils 4Δt, 2Δt und Δt, wobei Δt = Δn*L/c, wie oben beschrieben wurde. Der Eingangsimpuls wird vom ersten PM-Faserabschnitt empfangen, der einen Winkelversatz von 45 Grad aufweist. Wie in dargestellt, teilt der erste PM-Faserabschnitt den Eingangsimpuls in zwei Impulse, die durch eine Zeitverzögerung von 4Δt getrennt sind (da sich die Polarisationskomponenten aufgrund der Doppelbrechung der PM-Faser mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entlang der langsamen und schnellen Achsen bewegen). Diese beiden Impulse, die durch die Zeitverzögerung 4Δt getrennt sind, sind im Diagramm unterhalb der Faserverzögerungsleitung dargestellt. Diese beiden Impulse werden dann von dem zweiten Abschnitt der PM-Faser (mit der Länge 2L) empfangen, der um 90 Grad ausgerichtet ist (z.B. ein 45 Grad Offset zum ersten PM-Faserabschnitt) und jeden eingehenden Impuls in ein Paar von Impulsen teilt, die sich bei den hohen und niedrigen Geschwindigkeiten ausbreiten. Nach der Ausbreitung durch den zweiten Abschnitt der PM-Faser existieren vier Impulse, mit Zeitverzögerungen zwischen den Komponenten von 2Δt (dargestellt im Diagramm unterhalb der Faserverzögerungsleitung). Die vier Impulse gelangen dann in den dritten Abschnitt der PM-Faser (mit Länge L und Winkelversatz von 45 Grad gegenüber dem zweiten Abschnitt der PM-Faser), der jeden der vier Impulse in ein weiteres Impulspaar mit Zeitverzögerungen von Δt aufteilt (diese Impulse sind in der Darstellung unterhalb der Faserverzögerungsleitung dargestellt). Dementsprechend teilt diese exemplarische Anordnung von drei Abschnitten aus PM-Fasern mit den Längen 4L, 2L und L einen anfänglichen Eingangs-Seed-Impuls in acht Ausgangsimpulse. Der Inline-Polarisator kann verwendet werden, um eine Ausgangsimpulsfolge mit einem bestimmten linearen Polarisationszustand zu erhalten.
Obwohl das Beispiel in drei PM-Faserabschnitte mit den Längen 4L, 2L und L beinhaltet, kann in anderen Implementierungen eine unterschiedliche Anzahl von PM-Faserabschnitten verwendet werden (z.B. 1, 2, 4, 5, 10 oder mehr), und es können verschiedene Längen oder Kombinationen von Längen (als 4L, 2L, L) für die Faserabschnitte verwendet werden. Wie mit Bezug auf 10 weiter beschrieben, umfasst die Verzögerung in einigen Ausführungsformen eine Anzahl N von PM-Faserabschnitten mit entsprechenden geometrisch variierenden Längen (z.B. Längen L, 2L, 4L,..., 2^N-1L), die eine Reihe von 2^N Ausgangsimpulsen mit Zeitverzögerungen Δn*L/c zwischen aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen erzeugen können. Die Zahl N kann in verschiedenen Ausführungsformen im Bereich von 1 bis 10 oder mehr liegen. Es werden viele Variationen in Betracht gezogen.
10 zeigt ein Beispiel für ein Impulsverzögerungserzeugungssystem für mehrere Impulse. In diesem System sind N+1 2x2 faserbasierte Koppler, z.B. ein 3dB-Koppler, C₁ , C₂ ,..., C_N und C_N+1, seriell miteinander verbunden, und der erste Koppler C₁ empfängt Impulse von einer Seed-Quelle. Ein Paar Faserarme ist zwischen jedem jeweiligen Paar Koppler angeordnet, wobei einer der beiden Arme eine Faserlänge aufweist, die länger ist als die Faserlänge des anderen Arms. Die Faserlängendifferenz zwischen jedem Arm kann in einer geometrischen Reihe von dL, 2dL, 2²dL, ....., 2(^N-1)dL eingestellt werden, wie schematisch in dargestellt. Wenn ein Seed-Impuls das erste Kopplerpaar mit der kürzesten Längendifferenz (dL) passiert, wird der Seed-Impuls in zwei Impulse mit einer Verzögerung von ndL/c zwischen ihnen aufgeteilt (wobei n der Brechungsindex der Faser und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist; siehe die Beschreibung der Verzögerungsleitung in 7). Nach dem Passieren des nächsten Kopplerpaares, bei dem die Längendifferenz 2dL beträgt, wird jedes dieser ersten Impulspaare in ein anderes Paar aufgeteilt, so dass insgesamt vier Impulse mit den Verzögerungen 0, ndL/c, 2ndL/c und 3ndL/c vorliegen. Diese Aufteilung setzt sich für jedes aufeinanderfolgende Paar von Kopplern fort, so dass eine Reihe von zeitlich beabstandeten (zeitverzögerten) Impulsen erzeugt wird. Mit dem in 10 dargestellten System können insgesamt 2^N Impulse erzeugt werden, mit einer Verzögerung zwischen jedem benachbarten Impuls von ndL/c.
In der in 10 dargestellten Ausführungsform können die Modulatoren M1, M2,..., M_N (optional) in einem der Arme nach einem, einigen oder allen Kopplern, C₁ , C₂ ,..., C_N und C_N+1, angeordnet werden, so dass das System Ausgangsimpulse bei fast jeder Impulskombination erzeugen kann. 10 veranschaulicht eine Ausführungsform mit N-Modulatoren. Ein Beispiel für einen Modulator kann ein Ein-/Aus-Schalter sein. Die Anzahl der Ausgangsimpulse wird um die Hälfte reduziert, wenn ein Modulator ausgeschaltet wird. Wenn beispielsweise der erste Modulator M₁ ausgeschaltet ist, dann beinhaltet die Ausgangsimpulsfolge 2^N-1 Impulse mit einer Verzögerung zwischen benachbarten Impulsen 2ndL/c (die durch das zweite Kopplerpaar eingeleitete Zeitverzögerung). Als weiteres Beispiel, wenn der letzte Modulator M_N ausgeschaltet ist, dann enthält die Ausgangsimpulsfolge 2^N-1 Impulse mit einer Verzögerung zwischen benachbarten Impulsen ndL/c, wodurch die Breite der Impulsfolge auf die Hälfte reduziert wird. Wenn andere Modulatoren ausgeschaltet werden, kann eine Impulsfolge mit unterschiedlichen Impulszahlen oder mit unterschiedlichen Kombinationen von Impulsverzögerungen erzeugt werden. Die in dargestellte exemplarische Impulsverzögerung verwendet Verzögerungen, die als geometrische Reihe festgelegt sind, jedoch kann in anderen Ausführungsformen die Reihe der Verzögerungen mit beliebigen Ordnungen eingestellt werden.
Zusätzliche Aspekte
In einem ersten Aspekt ist ein gechirptes Impulsverstärkungssystem konfiguriert, um einen optischen Seed-Impuls zu verstärken, wobei der optische Seed-Impuls in mehrere Impulse aufgeteilt wird und eine Verzögerung zwischen jedem benachbarten Impuls eingebrachte wird, und die Verzögerung zwischen benachbarten Impulsen nach der Kompression kleiner ist als die verlängerte Impulsdauer innerhalb eines Verstärkungsmediums des gechirpten Impulsverstärkungssystems.
In einem zweiten Aspekt, das gechirpte Impulsverstärkungssystem gemäß Aspekt 1, wobei das Verstärkungsmedium eine optische Faser umfasst.
In einem dritten Aspekt umfasst das gechirpte Impulsverstärkungssystem gemäß Aspekt 1 oder Aspekt 2 ferner einen Impulskompressor, der konfiguriert ist, um komprimierte Impulse auszugeben, die ultrakurze Impulse mit einer Impulsdauer in einem Bereich von einer Femtosekunde bis zu einer Pikosekunde sind.
In einem vierten Aspekt umfasst das gechirpte Impulsverstärkungssystem gemäß einem der Aspekte 1 bis 3 ferner einen ImpulsStrecker, der konfiguriert ist, um gestreckte Impulse mit einer gestreckten Impulsdauer in einem Bereich von einigen Dutzend Pikosekunden bis zu einigen Nanosekunden auszugeben.
In einem fünften Aspekt, das gechirpte Impulsverstärkungssystem gemäß einem der Aspekte 1 bis 4, wobei die Verzögerung in einem Bereich von einigen hundert Femtosekunden bis zu einigen Nanosekunden liegt.
In einem sechsten Aspekt, das gechirpte Impulsverstärkungssystem gemäß einem der Aspekte 1 bis 5, wobei ein Ausgang des gechirpten Impulsverstärkungssystems ein Impulspaket mit mehr Impulsen als die Anzahl der optischen Eingangsimpulse umfasst.
In einem siebten Aspekt, das gechirpte Impulsverstärkungssystem in Aspekt 6, wobei eine Form des Impulspakets durch Verzögerung zwischen benachbarten optischen Seed-Impulsen gesteuert wird.
In einem achten Aspekt, das gechirpte Impulsverstärkungssystem in Aspekt 6 oder in Aspekt 7, wobei eine Form des Impulspakets durch Interaktion zwischen verstärkten Impulsen gesteuert wird.
In einem neunten Aspekt, das gechirpte Impulsverstärkungssystem gemäß einem der Aspekte 1 bis 8, wobei eine wellenlängenselektive Komponente verwendet wird, um den Seed-Impuls aufzuteilen.
In einem 10. Aspekt, das chirpte Impulsverstärkungssystem gemäß Aspekt 9, wobei die wellenlängenselektive Komponente einen Filter umfasst.
In einem 11. Aspekt, das chirpte Impulsverstärkungssystem gemäß Aspekt 9 oder Aspekt 10, wobei die wellenlängenselektive Komponente ein diffraktives Gitter umfasst.
In einem 12. Aspekt, das gechirpte Impulsverstärkungssystem gemäß einem der Aspekte 9 bis 11, worin die wellenlängenselektive Komponente einen optischen Fasereingang und einen Ausgang umfasst.
In einem 13. Aspekt wird ein Verfahren zum Erzeugen mehrerer Impulse in einem gechirpten Impulsverstärkungssystem vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines Seed-Impulses von einer Laserquelle, wobei der Seed-Impuls eine optische Gruppenverzögerungsdispersion D(λ) aufweist, wobei λ Wellenlänge ist; das Strecken des Seed-Impulses, um einen gestreckten Impuls mit einer gestreckten Impulsbreite zu erzeugen; das Splitten des gestreckten Impulses in ein Impulspaket, das eine Vielzahl von Impulsen mit unterschiedlichen Wellenlängen umfasst; das Anwenden einer Zeitverzögerung auf jeden der Vielzahl von Impulsen in dem Impulspaket, wobei die Zeitverzögerung das gleiche Vorzeichen wie die Dispersion der optischen Gruppenverzögerung aufweist; das Verstärken jedes der Vielzahl von Impulsen in dem Impulspaket; und das Komprimieren jedes der Vielzahl von Impulsen in dem Impulspaket.
In einem 14. Aspekt, das Verfahren des Aspekts 13, wobei die Zeitverzögerung größer ist als Δλ*D(λ), wobei Δλ eine Wellenlängenüberlappung zwischen benachbarten gestreckten Impulsen ist.
In einem 15. Aspekt, das Verfahren von Aspekt 13 oder Aspekt 14, worin das Splitten des gestreckten Impulses in ein Impulspaket das Splitten des gestreckten Impulses oder eines Impulses in dem Impulspaket in ein Paar von Impulsen aufweist; und das Verzögern eines ersten Impulses in dem Paar von Impulsen in Bezug auf einen zweiten Impuls in dem Paar von Impulsen.
In einem 16. Aspekt, das Verfahren von Aspekt 15, worin der erste Impuls und der zweite Impuls im Impulspaar unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.
In einem 17. Aspekt umfasst ein Chirped-Impulsverstärkungssystem (CPA) eine Seed-Laserquelle, die konfiguriert ist, um Seed-Impulse auszugeben; einen Strecker, der konfiguriert ist, um die Seed-Impulse zu strecken, um gestreckte Impulse auszugeben; einen Splitter, der konfiguriert ist, um jeden der gestreckten Impulse in eine Vielzahl von Teilimpulsen aufzuteilen; eine Verzögerung, die konfiguriert ist, um eine Verzögerung auf jeden der Vielzahl von Teilimpulsen anzuwenden; einen Verstärker, der konfiguriert ist, um jeden der verzögerten, geteilten Impulse zu verstärken; und einen Kompressor, der konfiguriert ist, um jeden der verstärkten, verzögerten, geteilten Impulse zu komprimieren, um eine Vielzahl von optischen Impulsen auszugeben.
In einem 18. Aspekt, das CPA-System von Aspekt 17, worin die Seed-Laserquelle einen Faserlaser umfasst.
In einem 19. Aspekt, dem CPA-System von Aspekt 17 oder Aspekt 18, wobei der Strecker einen faserbasierten Strecker umfasst.
In einem 20. Aspekt, das CPA-System eines der Aspekte 17 bis 19, wobei der Splitter eine wellenlängenselektive Komponente umfasst, die konfiguriert ist, um einen gestreckten Impuls in die Vielzahl der Teilimpulse mit unterschiedlichen Wellenlängen aufzuteilen.
In einem 21. Aspekt, das CPA-System eines der Aspekte 17 bis 20, worin die Verzögerung einen Koppler, einen ersten Arm und einen zweiten Arm umfasst, wobei die Länge des ersten Arms länger als der zweite Arm ist, worin der Koppler konfiguriert ist, um einen Impuls zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm aufzuteilen.
In einem 22. Aspekt, das CPA-System von Aspekt 21, worin der Koppler einen Wellenlängenmultiplexer umfasst.
In einem 23. Aspekt, das CPA-System eines beliebigen der Aspekte von 17 bis 22, wobei die Verzögerung eine Vielzahl von verketteten Abschnitten der polarisationserhaltenden (PM) Glasfaser umfasst.
In einem 24. Aspekt, das CPA-System eines der Aspekte 17 bis 23, wobei die Verzögerung eine Vielzahl von faserbasierten Kopplern umfasst, die konfiguriert sind, um Impulse mit einer geometrischen Reihe von Zeitverzögerungen zu erzeugen.
In einem 25. Aspekt, das CPA-System von Aspekt 24, das ferner eine Vielzahl von Modulatoren umfasst.
In einem 26. Aspekt, das CPA-System eines der Aspekte 17 bis 25, worin die verzögerten, geteilten Impulse zeitlich getrennt sind.
In einem 27. Aspekt, das CPA-System eines der Aspekte 17 bis 25, worin die verzögerten, geteilten Impulse zumindest teilweise überlappen und die Vielzahl der vom CPA-System ausgegebenen optischen Impulse ein dichtes optisches Impulspaket umfasst.
Zusätzliche Informationen
Die Erfindung wurde in mehreren nicht einschränkenden Ausführungsformen beschrieben. Es ist zu verstehen, dass sich die Ausführungsformen nicht gegenseitig ausschließen und die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebenen Elemente mit anderen Ausführungsformen kombiniert, neu angeordnet oder von ihnen in geeigneter Weise entfernt werden können, um die gewünschten Designziele zu erreichen. Kein einzelnes Merkmal oder keine Gruppe von Merkmalen ist für jede Ausführungsform notwendig oder erforderlich. Alle möglichen Kombinationen und Teilkombinationen von Elementen sind im Rahmen dieser Offenbarung enthalten.
Zur Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung werden hierin bestimmte Aspekte, Vorteile und Neuerungen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass nicht unbedingt alle diese Vorteile in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform erreicht werden können. Somit kann die vorliegende Erfindung in einer Weise ausgeführt oder ausgeführt werden, die einen oder mehrere Vorteile erzielt, ohne notwendigerweise andere Vorteile zu erzielen, wie sie hierin gelehrt oder vorgeschlagen werden.
Wie hierin verwendet, bedeutet jeder Verweis auf „eine Ausführungsform“ oder „einige Ausführungsformen“ oder „eine Ausführungsform“, dass ein bestimmtes Element, Merkmal, Struktur oder Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform enthalten ist. Die Erscheinungsformen des Ausdrucks „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in der Spezifikation beziehen sich nicht unbedingt alle auf die gleiche Ausführungsform. Die hierin verwendete bedingte Sprache, wie unter anderem „kann“, „könnte“, „könnte“, „könnte“, „kann“, „kann“, „z.B.“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder anderweitig im Rahmen des verwendeten Kontexts verstanden, soll im Allgemeinen vermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Schritte beinhalten, während andere Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Schritte nicht beinhalten. Darüber hinaus sind die in dieser Anmeldung verwendeten Artikel „ein“ oder „ein“ oder „das“ und die beigefügten Ansprüche so auszulegen, dass sie „ein oder mehrere“ oder „mindestens ein“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben.
Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „aufweist“, „aufweisend“, „umfasst“, „umfassend“, „hat“, „mit“ oder eine andere Variation davon offene Begriffe und sollen eine nichtexklusive Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Prozess, Verfahren, Artikel oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen aufweist, nicht unbedingt auf diese Elemente beschränkt, sondern kann auch andere Elemente beinhalten, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder einem solchen Prozess, Verfahren, Artikel oder Vorrichtung inhärent sind. Darüber hinaus bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives oder. So ist beispielsweise eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), oder sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden). Wie hierin verwendet, bezieht sich ein Satz, der sich auf „mindestens eines aus“ einer Liste von Elementen bezieht, auf jede Kombination dieser Elemente, einschließlich einzelner Elemente. Als Beispiel soll „mindestens eines von: A, B oder C“ abdecken: A, B, C, A und B, A und C, B und C, und A, B und C. Konjunktive Sprache wie der Satz „mindestens einer von X, Y und Z“, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, wird ansonsten mit dem Kontext, wie er im Allgemeinen verwendet wird, um zu vermitteln, dass ein Element, ein Begriff usw. mindestens einer von X, Y oder Z sein kann, verstanden.
Obwohl also nur bestimmte Ausführungsformen hierin ausdrücklich beschrieben sind, ist es offensichtlich, dass zahlreiche Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus werden Akronyme nur verwendet, um die Lesbarkeit der Spezifikation und der Ansprüche zu verbessern. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Akronyme nicht dazu bestimmt sind, die Allgemeingültigkeit der verwendeten Begriffe zu mindern, und dass sie nicht so ausgelegt werden sollten, dass sie den Umfang der Ansprüche auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränken.
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

US 62536634 [0001]

Claims

Gechirptes Impulsverstärkungssystem, das konfiguriert ist, um einen optischen Seed-Impuls zu verstärken, wobei der optische Seed-Impuls in mehrere Impulse aufgeteilt ist und eine Verzögerung zwischen jedem benachbarten Impuls angelegt wird, und die Verzögerung zwischen benachbarten Impulsen nach der Kompression kleiner ist als die gestreckte Impulsdauer innerhalb eines Verstärkungsmediums des gechirpten Impulsverstärkungssystems.
Gechirptes Impulsverstärkungssystem nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungsmedium eine optische Faser aufweist.
Gechirptes Impulsverstärkungssystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Impulskompressor, der konfiguriert ist, um komprimierte Impulse auszugeben, die ultrakurze Impulse mit einer Impulsdauer in einem Bereich von einer Femtosekunde bis einer Pikosekunde sind.
Gechirptes Impulsverstärkungssystem nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen ImpulsStrecker, der konfiguriert ist, um gestreckte Impulse mit einer gestreckten Impulsdauer in einem Bereich von einigen zehn Pikosekunden bis zu einigen Nanosekunden auszugeben.
Gechirptes Impulsverstärkungssystem nach Anspruch 1, worin die Verzögerung in einem Bereich von einigen hundert Femtosekunden bis zu einigen Nanosekunden liegt.
Gechirptes Impulsverstärkungssystem nach Anspruch 1, worin ein Ausgang des Chirped-Pulsverstärkungssystems ein Impulspaket mit mehr Impulsen als die Anzahl der optischen Eingangsimpulse aufweist.
Gechirptes Impulsverstärkungssystem nach Anspruch 6, wobei eine Form des Impulspakets durch Verzögerung zwischen benachbarten optischen Seed-Impulsen gesteuert wird.
Gechirptes Impulsverstärkungssystem nach Anspruch 6, wobei eine Form des Impulspakets durch Interaktion zwischen verstärkten Impulsen gesteuert wird.
Gechirptes Impulsverstärkungssystem nach Anspruch 1, worin eine wellenlängenselektive Komponente verwendet wird, um den Seed-Impuls zu teilen.
Gechirptes Impulsverstärkungssystem nach Anspruch 9, wobei die wellenlängenselektive Komponente einen Filter aufweist.
Gechirptes Impulsverstärkungssystem nach Anspruch 9, worin die wellenlängenselektive Komponente ein beugendes Gitter aufweist.
Gechirptes Impulsverstärkungssystem nach Anspruch 9, worin die wellenlängenselektive Komponente einen Eingang und einen Ausgang für eine optische Faser aufweist.
Verfahren zum Erzeugen mehrerer Impulse in einem gechirpten Impulsverstärkungssystem, wobei das Verfahren aufweist: Empfangen eines Seed-Impulses von einer Laserquelle, wobei der Seed-Impuls eine optische Gruppenverzögerungsdispersion D(λ) aufweist, wobei λ Wellenlänge ist; Strecken des Seed-Impulses, um einen gestreckten Impuls zu erzeugen mit einer gestreckten Impulsbreite; Splitten des gestreckten Impulses in ein Impulspaket, das eine Vielzahl von Impulsen mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweist; Anwenden einer Zeitverzögerung auf jeden der Vielzahl von Impulsen in dem Impulspaket, wobei die Zeitverzögerung das gleiche Vorzeichen wie die Dispersion der Verzögerung der optischen Gruppe aufweist; Verstärken jedes der Vielzahl von Impulsen in dem Impulspaket; und Komprimieren jedes der Vielzahl von Impulsen in dem Impulspaket.
Verfahren nach Anspruch 13, worin die Zeitverzögerung größer als Δλ*D(λ) ist, wobei Λλ eine Wellenlängenüberlappung zwischen benachbarten gestreckten Impulsen ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Splitten des gestreckten Impulses in ein Impulspaket aufweist: Splitten des gestreckten Impulses oder eines Impulses in dem Impulspaket in ein Paar von Impulsen; und Verzögern eines ersten Impulses in dem Paar von Impulsen relativ zu einem zweiten Impuls in dem Paar von Impulsen.
Verfahren nach Anspruch 15, worin der erste Impuls und der zweite Impuls im Impulspaar unterschiedliche Wellenlängen aufweisen.
Gechirptes Impulsverstärkung (CPA)-System, aufweisend: eine Seed-Laserquelle, die konfiguriert ist, um Seed-Impulse auszugeben; einen Strecker, der konfiguriert ist, um die Seed-Impulse zu strecken, um gestreckte Impulse auszugeben; einen Splitter, der konfiguriert ist, um jeden der gestreckten Impulse in eine Vielzahl von Teilimpulsen aufzuteilen; eine Verzögerung, die konfiguriert ist, um eine Verzögerung auf jeden der Vielzahl von Teilimpulsen anzuwenden; einen Verstärker, der konfiguriert ist, um jeden der verzögerten, geteilten Impulse zu verstärken; und einen Kompressor, der konfiguriert ist, um jeden der verstärkten, verzögerten, geteilten Impulse zu komprimieren, um eine Vielzahl von optischen Impulsen auszugeben.
CPA-System nach Anspruch 17, worin die Seed-Laserquelle einen Faserlaser aufweist.
CPA-System nach Anspruch 17, worin der Strecker einen faserbasierten Strecker aufweist.
CPA-System nach Anspruch 17, worin der Splitter eine wellenlängenselektive Komponente aufweist, die konfiguriert ist, um einen gestreckten Impuls in die Vielzahl von Teilimpulsen mit unterschiedlichen Wellenlängen aufzuteilen.
CPA-System nach Anspruch 17, worin die Verzögerung einen Koppler, einen ersten Arm und einen zweiten Arm aufweist, wobei die Länge des ersten Arms länger ist als der zweite Arm, wobei der Koppler konfiguriert ist, um einen Impuls zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm aufzuteilen.
CPA-System nach Anspruch 21, worin der Koppler einen Wellenlängenmultiplexer aufweist.
CPA-System nach Anspruch 17, worin die Verzögerung eine Vielzahl von verketteten Abschnitten einer polarisationserhaltenden (PM) optischen Faser aufweist.
CPA-System nach Anspruch 17, worin die Verzögerung eine Vielzahl von faserbasierten Kopplern aufweist, die konfiguriert sind, um Impulse mit einer geometrischen Reihe von Zeitverzögerungen zu erzeugen.
CPA-System nach Anspruch 24, ferner aufweisend eine Vielzahl von Modulatoren.
CPA-System nach Anspruch 17, worin die verzögerten, geteilten Impulse zeitlich getrennt sind.
CPA-System nach Anspruch 17, worin die verzögerten, geteilten Impulse zumindest teilweise überlappt sind und die Vielzahl der vom CPA-System ausgegebenen optischen Impulse ein dichtes optisches Impulspaket aufweist.