DE19642925A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung ultrakurzer Impulse mit einstellbaren Repetitionsraten von passiv modenverkoppelten Faserlasern - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung ultrakurzer Impulse mit einstellbaren Repetitionsraten von passiv modenverkoppelten FaserlasernInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der passiv
modenverkoppelten Faserlaser und insbesondere die Erzeugung
ultrakurzer Impulse mit einstellbaren Repetitionsraten von
passiv modenverkoppelten Faserlasern.
Anwendungen von passiv modenverkoppelten Faserlasern wie
beispielsweise den Lasern, die von Fermann in Appl. Phys. B,
B58, 197 (1994) beschrieben sind, für die Meßtechnik und zur
Erkennung würden in großem Maße von der Verfügbarkeit von
hohen Durchschnittsleistungen oder hohen Repetitionsraten
profitieren. Unglücklicherweise leiden insbesondere Erbium-
Faserlaser typischerweise an starken Einschränkungen auf
diesen beiden Gebieten aufgrund der langen Faserlängen, die
in den Resonatoren zu verwenden sind. Obwohl durch den Einbau
von chirp-modulierten Fasergittern in Faseroszillatoren die
Einschränkung der Leistung beseitigt werden kann, wie von
Fermann et al., Opt. Lett., 20, 172 (1995) beschrieben, (auf
Kosten einer erhöhten Impulsbreite) herrschen die
Beschränkungen hinsichtlich der Repetitionsrate noch immer
vor. Dieselben Einschränkungen sind in Fasersystemen
vorhanden, die auf chirp-modulierter Impulsverstärkung
beruhen, wie man in der US-Patentanmeldung Nr. 08/445 287
sieht, die auch dem Lasersystem ein großes Maß an Komplexität
hinzufügt.
Die Durchschnittsleistungen von Faserlasern können jedoch
erhöht werden, indem man die Resonator-Repetitionsraten durch
Verwendung von harmonischer Modenverkopplung erhöht. Frühe
Ausführungen von passiv harmonisch modenverkoppelten Systemen
wie beispielsweise solchen, die von Yoshida et al., Appl.
Phys. Lett., 60, 932 (1992) und Dennis et al., Electron.
Lett., 28, 1894 (1992) gezeigt worden sind, bauen einen
Unter-Resonator in einen passiv modenverkoppelten Faserlaser
ein, um die Repetitionsrate des Lasers zu erhöhen. Unter-
Resonatoren führen jedoch zu intrinsisch instabilen Designs,
da die Phase zwischen dem Unter- und Hauptresonator gesteuert
werden muß. Ferner ist eine Einstellung der Repetitionsrate
auch nicht ohne eine Veränderung der Länge des Unter-
Resonators möglich. Alternativ konnten die Impuls-
Repetitionsraten stabilisiert werden, indem man einen
elektro-optischen Modulator in dem Resonator verwendet (C.R.
Doerr et al., Opt. Lett., Bd. 19, S. 31-33, 1994). Bei
Vorhandensein von optischer Begrenzung bzw. Einschränkung
konnten Pulsamplitudenfluktuationen unterdrückt werden und
stabile harmonische Modenverkopplung konnte ohne Verwendung
von Unter-Resonatoren erhalten werden. Man beachte jedoch,
daß die Verwendung von Modulatoren typischerweise eine teure
Antriebselektronik und Stabilisationsverfahren für die
Resonatorlänge erfordert, da die Resonatorlänge elektronisch
an die Repetitionsrate des Modulators angepaßt werden muß.
Kürzlich zeigten Fermann et al. in der US-Patentschrift Nr.
5 414 725 ein System ohne einen phasenempfindlichen Unter-
Resonator, bei dem ein sättigbarer Absorber asymmetrisch
innerhalb des Resonators angeordnet war. Das Arbeitsprinzip
ist ähnlich dem System mit einem Unter-Resonator, da die
Position des Absorbers ebenfalls im wesentlichen einen
"Unter-Resonator" definiert. Da jedoch die Wechselwirkung der
zwei Impulse in dem sättigbaren Absorber durch
Amplitudeneffekte dominiert wird (d. h. der sättigbare
Absorber wird vorzugsweise ausgebleicht, wenn zwei Impulse
innerhalb seiner Grenzen zusammenstoßen), muß die Phase des
"Unter-Resonators" nicht gesteuert werden. Eine Beschränkung
des von Fermann et al. vorgeschlagenen Systems liegt jedoch
darin, daß die Repetitionsrate mit der Auswahl der Position
des sättigbaren Absorbers festgelegt wird und nur eingestellt
werden kann, indem man die Elemente im Inneren des Resonators
physikalisch bewegt.
Eine Teillösung für das Problem, eine einstellbare
Repetitionsrate zu erhalten, wurde kürzlich von Grudinin et
al., in Electron. Lett., 29, 1860 (1993) Vorgeschlagen, der
entdeckte, daß Solitonen-Wechselwirkungen stabile passive
harmonische Modenverkopplung in Faserlasern bewirken kann.
Wie Grudinin in seiner Originalarbeit postulierte, wird nun
allgemein geglaubt (siehe A. N. Pilipetskii et al., Opt.
Lett., 20, 189 (1995), S. Gray et al., opt Lett., 20, 189
(1995)), daß langlebige akusto-optische Wechselwirkungen zu
einer Solitonen-Abstoßung zwischen den Impulsen in einem
Faserlaser führen kann; dies führt wiederum zu einem Aufbau
eines stabilen harmonisch modenverkoppelten Impulszugs
innerhalb einer Zeitdauer von einigen wenigen 10
Millisekunden bis zu einigen wenigen Sekunden.
Bis jetzt sind die von Grudinin et al. vorgeschlagenen
Systeme jedoch nicht praktisch verwendbar gewesen, da sie in
hohem Maße polarisationsempfindlich sind und nur in Ring-
Resonatoren mit sehr langen Fasern mit Resonatorlängen von
15 m und länger arbeiten. Der Polarisationszustand des Lasers
bei solch langen Faserlängen wird natürlich großen
umweltbedingten Schwankungen unterzogen, und somit ist eine
maximale stabile Arbeitszeit für diese Laser von nur wenigen
Stunden möglich. Ferner wurde von Grudinin et al. keine
Vorkehrung getroffen, um eine optische Begrenzung bzw.
Einschränkung in dem Resonator zu ermöglichen, welche
erforderlich ist, um Impulsamplitudenfluktuationen in
harmonisch modenverkoppelten Lasern zu stabilisieren (siehe
C.R. Doerr et al.). Da bei passiver harmonischer
Modenverkopplung die Abstoßungskräfte innerhalb des Impulses
amplitudenabhängig sind, wird die Erzeugung von passiven
harmonisch modenverkoppelten Impulsen mit niedrigem Impuls-
Flackern am nützlichsten durch eine Vorrichtung zur optischen
Begrenzung bzw. Einschränkung unterstützt.
Ferner besteht die Neigung, da die akusto-optischen
Wechselwirkungen sehr schwach sind, daß alle kleinen Rest-
Reflektionen in dem Resonator den Effekt vollständig
verwässern, d. h. bei der Anwesenheit von kleinen Resonator-
Reflexionen verteilen sich die Impulse nicht gleichmäßig in
dem Resonator, sondern bleiben eher in Impuls-Bündeln
zusammen. Da die Resonatoren mit stehenden Wellen intrinsisch
an höheren Reflexionen innerhalb des Resonators leiden (siehe
K. Tamura et al., Opt. Lett., 18, 220 (1993)) konnte somit
passive harmonische Modenverkopplung nicht in Resonatoren mit
stehenden Wellen erhalten werden.
Obwohl die Systeme, die von Grudinin et al. vorgeschlagen
worden sind, die Eigenschaft haben, Leistungsniveaus von
einigen 10 mW zu erzeugen, müssen teure und Unpraktische
Pumpquellen verwendet werden. Da die Anforderungen an die
Pumpleistung von Systemen, die bei Repetitionsraten von
einigen hundert MHz arbeiten, leicht Pump-Niveaus von einigen
hundert Milliwatt erfordern können, müssen die von Grudinin
et al. beschriebenen Systeme voluminöse Ti:Saphir- Laser als
Pumpquellen verwenden. Selbst wenn die Ti:Saphir-Laser durch
Diodenlaser-Leistungsverstärker des Steuersenders (MOPAs)
ersetzt werden, sind die Systemkosten noch immer sehr hoch,
da die Herstellung von MOPAs sehr teuer ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Faserlaser bereit zu stellen, der die Eigenschaft hat,
harmonische Modenverkopplung zu bewirken, die in einer sehr
stabilen Weise wiederholbar ist. Es ist ferner Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, einen passiv modenverkoppelten
Faserlaser bereitzustellen, der die Eigenschaft hat, stabil
ultrakurze Impulse mit einstellbaren Repetitionsraten zu
erzeugen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird ein sättigbarer Absorber in dem Laserresonator
bereitgestellt, mit einer LadungSträger-Lebensdauer, die
zehnmal kürzer als die Resonator-Umlaufzeit ist. Bei
Vorhandensein von optischer Begrenzung bzw. Einschränkung
läßt der sättigbare Absorber harmonische Modenverkopplung in
Resonatoren mit stehenden Wellen zu, welche wiederum die
Verwendung von gegenüber Umwelteinflüssen stabilen
Resonatordesigns zuläßt (siehe Fermann et al., opt. Lett.,
19, 43 (1994)), die auf der Verwendung von einer
polarisationserhaltenden Faser als Teil des Faserresonators
beruhen. Somit ist die vorliegende Erfindung in hohem Maße
zuverlässig und kann im wesentlichen ohne Bedienungspersonal
bedient werden.
Es ist weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Bedarf
an Festkörper-Pumplasern oder MOPAs zu beseitigen, indem man
doppelmantelige Fasern in den Oszillator einbaut, wie von
Maurer in der US-Patentschrift Nr. 3 808 549 gezeigt. Als
Ergebnis kann das gesamte System mit preiswerten Anordnungen
von Diodenlasern Mantel-gepumpt werden. Ein optimiertes
Lasersystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird die
Erzeugung von durchschnittlichen Ausgangsleistungen von
mehreren zehn Milliwatt bei Repetitionsraten von bis zu
mindestens 1 GHz zulassen.
Die vorliegende Erfindung ist aus der folgenden Beschreibung
in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen klarer zu
verstehen, in denen:
Fig. 1 ein Diagramm eines gegenüber Umwelteinflüssen
stabilen passiv harmonisch modenverkoppelten Faserlasers
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine graphische Darstellung eines typischen
Impulsspektrums ist, welches durch die Ausführungsform von
Fig. 1 erzeugt wird;
Fig. 3 eine graphische Darstellung eines RF-Spektrums eines
Impulszugs ist, der bei 150,5 MHz durch die Ausführungsform
von Fig. 1 erzeugt wird;
Fig. 4 ein Diagramm ist, das eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt, die einen Mantel-gepumpten
passiv harmonisch modenverkoppelten Faseroszillator umfaßt;
Fig. 5 eine graphische Darstellung ist, die die Anzahl von
Impulsen in dem Resonator (#pc) zeigt, die gemessen wird,
wenn man den Pump-Strom in der Ausführungsform von Fig. 4
herauf- und hinunterfährt;
Fig. 6 ein Diagramm des Resonator-Aufbaus für eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, in der der
Resonator mit stehender Welle durch einen Ringresonator
ersetzt ist und ein sättigbarer Absorber in Transmission
arbeitet, und codirektionaler oder unidirektionaler Betrieb
mit einem Faserisolator ausgewählt wird;
Fig. 7 ein Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung von optischen Schleifen in dem
Resonator ist;
Fig. 8 ein Diagramm eines gegenüber Umwelteinflüssen
stabilen, harmonisch unterteilten Faserlasers ist;
Fig. 9 ein Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit einer chirpmodulierten Bragg-Gitterfaser zur
Dispersionskompensation innerhalb des Resonators ist;
Fig. 10 ein Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit Elementen zur Abstimmung der Wellenlänge ist,
die in den Resonator eingebaut sind;
Fig. 11 ein Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit nichtlinearen Ganzfaserschleifen für die
passive harmonische Modenverkopplung ist.
Eine Ausführungsform eines gegenüber Umwelteinflüssen
stabilen passiv harmonisch modenverkoppelten Faserlasers ist
in Fig. 1 gezeigt. Es wird eine ungefähr 14 m lange
polarisationserhaltende Erbium-dotierte Faser 1a gezeigt, mit
einem Er-Dotierniveau von ungefähr 900 parts per million
(ppm, auf das Gewicht bezogen). Durch Verwendung einer
weiteren nicht-polarisationserhaltenden undotierten Faser mit
angemessener Länge wird die Resonator-Dispersion so
eingestellt, daß sie geringfügig negativ ist. Der Resonator
enthält auch einen Aufbau wie in Fermann et al., Opt. Lett.
19, 43 (1994) gezeigt, für die Kompensation linearer
Polarisationverschiebungen in dem Resonator und zur
Stabilisierung der nichtlinearen Polarisationsentwicklung
innerhalb des Resonators. In dieser Ausführungsform wird
passive Modenverkopplung durch nichtlineare
Polarisationsentwicklung durch eine Einstellung der
Viertelwellen- und Halbwellenplatten 2 und 3 innerhalb des
Resonators sichergestellt, die sich zwischen dem Faserende
und dem Polarisator 4 innerhalb des Resonators befinden. Das
Ausgangssignal in diesem Laser wird an dem Polarisator 4
innerhalb des Resonators erhalten, wo eine einstellbare Menge
des ausgekoppelten Signals durch die Viertelwellenplatte 5
erhalten wird, die sich zwischen dem Polarisator 4 und dem
Resonatorspiegel 6 befindet. Der Faserlaser kann entweder mit
einer Leistung bis zu 110 mW bei 980 nm von einer ("pig
tailed") Einzelmoden-Laserdiode mit Pigtail-Anschluß oder mit
einer Leistung bis zu 500 mW von einem MOPA-Laser gepumpt
werden. Um passive Modenverkopplung zu starten, kann ein
sättigbarer Halbleiter-Absorber 7 an einem Ende des
Resonators eingeschoben werden, alternativ kann ein
beweglicher Spiegel an einem Ende des Resonators verwendet
werden. Der Sättigbare Halbleiter-Absorber beruht auf einem
epitaktisch gewachsenen 2 µm-Film aus InGaAsP, der sich auf
einem reflektierenden Kühlkörper mit Ladungsträger
Lebensdauern zwischen < 1 ns und ungefähr 20 ns befindet. Die
Ladungsträger-Lebensdauer der so gewachsenen Proben ist
ungefähr 20 ns und kann auf kleinere Werte durch Protonen-
Beschuß verkürzt werden. Die Lebensdauer des sättigbaren
Absorbers kann mit einer Pump-Probe-Technik gemessen werden.
Bei einer geeigneten Einstellung des Polarisationszustands
des Lasers und für ein Pumpleistungsniveau von ungefähr 15 mW
führt die Verwendung von sättigbaren Absorbern mit
Lebensdauern im Bereich von weniger als 1 ns bis 20 ns zu
einer selbststartenden passiven Modenverkopplung bei der
fundamentalen Resonator-Repetitionsrate.
Fig. 2 zeigt ein Impulsspektrum, das gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt worden ist. Die erzeugten Impulse haben
eine Impulsbreite von ungefähr 200 fs (die eine Gauß′sche-
Form annehmen) wie aus Autokorrelationskurven bestimmt und
sie sind annähernd bandbreitenbeschränkt. Typischerweise ist
eine maximale Impulsenergie von ungefähr 30 pJ aus dem
Oszillator erhältlich, ohne Einschränkung seines
selbststartenden Betriebs und seiner Zuverlässigkeit.
Um zu bestätigen, daß sättigbare Absorber einer bestimmten
Art passive harmonische Modenverkopplung stabilisieren
können, wurden die folgenden Experimente erfolgreich
durchgeführt.
- 1. Wenn man das Pumpleistungsniveau des Oszillators auf Niveaus erhöht, die beliebig höher als 15 mW sind, den sättigbaren Absorber 7 entfernt und einen beweglichen Spiegel verwendet, um die passive Modenverkopplung zu starten, kann eine große Anzahl von Impulsen innerhalb einer Resonator- Umlaufzeit erzeugt werden, die Impuls-Trennung war jedoch nicht gleichförmig, sondern die Impulse kamen immer eher in chaotischen Bündeln.
- 2. Wenn man das Pumpleistungsniveau des Oszillators auf Niveaus erhöht, die beliebig höher als 15 mW sind, und jeden sättigbaren Absorber mit Ladungsträger-Lebensdauern 5 ns verwendet, führte dies zu selbststartender passiver Modenverkopplung wiederum mit einer hohen Anzahl von Impulsen innerhalb einer Resonator-Umlaufzeit, in der jedoch keine stabilen Repetitionsraten erhältlich waren, und die Impulse kamen in chaotischen Bündeln. Man beachte jedoch, daß für eine Probe mit einer Ladungsträger-Lebensdauer von ungefähr 5 ns eine Trennung der Impulse manchmal möglich war, obwohl das Flackern zwischen den Impulsen in einer Resonator- Umlaufzeit in der Größenordnung von einigen wenigen ns war.
- 3. Wenn man das Pumpleistungsniveau des Oszillators auf
Niveaus erhöhte, die beliebig höher als 15 mW waren und
sättigbare Absorber mit Ladungsträger-Lebensdauern < 5 ns
verwendete, führte dies wiederum zu selbststartender passiver
Modenverkopplung mit hohen Anzahlen von Impulsen innerhalb
einer Resonator-Umlaufzeit. Dieses Mal wurde jedoch innerhalb
einer Zeitdauer von wenigen Sekunden stabile passive
harmonische Modenverkopplung erhalten. In der Tat wurde
stabile passive harmonische Modenverkopplung in einem
Frequenzbereich von 25 bis 250 MHz erhalten (in Stufen von
4,7 MHz), wobei die höhere Repetitionsrate einfach durch das
maximale Pumpleistungsniveau beschränkt war, das von dem
MOPA-Laser erhältlich war.
Da das dominierende Impuls-Flackern in einem passiven harmonisch modenverkoppelten Laser in der Tat die Unsicherheit bei der relativen Positionierung der Impulse in Bezug aufeinander innerhalb einer Resonator-Umlaufzeit ist, zeigt sich das Impuls-Flackern als Seitenbanden in dem RF- Spektrum bei der fundamentalen Resonatorfrequenz. In der Tat wurde eine Unterdrückung der RF-Seitenbande von mehr als -30 dB im gesamtem Frequenzbereich von 25 bis 250 MHz erhalten.
Ein RF-Spektrum eines Impulszugs, der bei 150,5 MHz erzeugt worden ist, ist in Fig. 3 gezeigt, in der die Seitenbanden bei der fundamentalen Resonator-Umlaufzeit um ungefähr -47 dB unterdrückt sind. Das entsprechende maximale Impuls-Impulse- Flackern innerhalb einer Resonator-Umlaufzeit (PPJC) war, wie man in einem schnellen Oszilloskop beobachtete, kleiner als 100 ps in diesem Fall. Man beachte, daß für Repetitionsraten irgendwo zwischen 25 und 250 MHz stabile passive harmonische Modenverkopplung mit einem ähnlichen Flacker-Verhalten (d. h. einer PPJC < 300 ps) erhalten werden kann. Die PPJC verringert sich mit einer Verringerung des Auskoppelsignals d. h. für eine Ausgangsimpulsenergie von weniger als 10 pJ kann eine Unterdrückung der Seitenbande von mehr als 50 dB erhalten werden. Die Verwendung von aktiver Stabilisierung der Pumpleistung ergibt eine Unterdrückung der Seitenbande in einer Höhe von 70 dB.
All diese Repetitionsraten können erhalten werden, ohne den Polarisationszustand in dem Laser zu verändern, und sie sind perfekt stabil für ein gegebenes stabiles Pumpleistungsniveau. Auch können mechanische Störungen an den Laser angewendet werden, ohne die Impulsrepetitionsrate zu beeinträchtigen. Mechanische Störungen konnten jedoch zu einer kurzlebigen Erhöhung des Impuls-Flackern führen. Da akusto-optische Impulswechselwirkungen typischerweise starken Resonanzen bei wohldefininierten Impulsrepetitionsraten unterliegen, glaubt man, daß akusto-optische Wechselwirkungen typischerweise stabile passive harmonische Modenverkopplung nur in der Nähe solcher Resonanzen bewirken können (siehe Pilipetskii et al, Opt. Lett. 20, 907, (1995)) und nicht in dem gesamten Frequenzbereich, der mit den sättigbaren Absorbern möglich ist. Somit kann die Verwendung von akusto optischen Wechselwirkungen allein nicht zu wirklich einstellbaren Impulsrepetitionsraten führen, wie hier gezeigt worden ist. - 4. Die Dispersion in dem vorstehenden Laser wurde auch eingestellt (indem man die Länge der undotierten Faser veränderte), und es wurde gefunden, daß passive harmonische Modenverkopplung für alle Werte der gesamtem negativen Resonatordispersion möglich war, aber passive harmonische Modenverkopplung war nicht für große Werte (<50000 fs²) der positiven Resonatordispersion möglich.
- 5. Schließlich wurden auch Experimente durch Ersetzen der
Erbium-dotierten Faser mit einer Faser mit höheren Erbium-
Dotierniveaus durchgeführt. Ein sättigbarer Absorber mit
einer Ladungsträger-Lebensdauer von 10 ns konnte
typischerweise keine passive harmonische Modenverkopplung für
Resonatoren mit fundamentalen Repetitionsraten <20 MHz
bewirken und eher wurde ein kontinuierlicher Q-Switch-Betrieb
des Lasers beobachtet. Somit sollte die Ladungsträger-
Lebensdauer des sättigbaren Absorbers ungefähr eine
Größenordnung kleiner als die Resonator-Umlauf zeit sein, um
passive Modenverkopplung zu ermöglichen. Ähnliche
Beobachtungen sind auch in anderen Lasersystemen gemacht
worden, die durch sättigbare Halbleiter-Absorber
modenverkoppelt sind, in denen das Einsetzen des Q-Switch-
Betriebs für besonders lange Ladungsträger-Lebensdauern mit
der Stabilität des Lasers gegenüber dem Anwachsen von
Leistungsschwankungen innerhalb des Resonators verbunden war
(z. B. U. Keller et al., Opt. Lett., 18, 217 (1993)).
Daher wird hierdurch gezeigt, daß die Verwendung von sättigbaren Absorbern mit Ladungsträger-Lebensdauern von ungefähr einer Größenordnung kürzer als der Resonator- Umlaufzeit nicht nur die passive Modenverkopplung starten kann, sondern auch die passive harmonische Modenverkopplung stabilisieren kann.
Die Auswahl eines bestimmten sättigbaren Absorbers für die
passive harmonische Modenverkopplung wird durch zwei
Stabilitätsgrenzen beherrscht:
- 1. Absorber mit Lebensdauern, die mit der Resonator- Umlaufzeit vergleichbar sind, können keine Art der passiven Modenverkopplung starten, da der Laser dann kontinuierlich den Q-Switch-Betrieb startet.
- 2. Absorber mit Lebensdauern der Resonator-Umlaufzeit können passive Modenverkopplung nicht starten, da die Impulse in dem Resonator in Bündeln zusammen bleiben.
Da ein passiv harmonisch modenverkoppelter Faserlaser ein
hochkomplexes nichtlineares System ist, spielt eine Vielzahl
von Effekten eine Rolle bei der Stabilisierung der Impuls-
Repetitionsraten. Eine langlebige Impuls-Abstoßungskraft
scheint direkt von den sättigbaren Absorbern herzustammen, da
die Stabilisierung von der Ladungsträger-Lebensdauer abhängt.
Ferner kann die nichtlineare Polarisationsentwicklung zu
einer optischen Begrenzung bzw. Einschränkung in dem
Resonator führen (C.R. Doerr et al., Opt. Lett., 19, 31
(1994)), welche bei Anwesenheit des sättigbaren Absorbers zu
einer Impulstrennung führen kann.
In der Tat ist eine optische Begrenzung bzw. Einschränkung
immer vorhanden, wenn passive harmonische Modenverkopplung
erhalten wird, wie durch Verändern der Pumpleistung an den
Laser und Überwachen der Ausgangs-Impulsenergie des Lasers
und der Impulsenergie des Signals, das an dem Polarisator
innerhalb des Resonators zurückgeworfen worden ist, (unter
Verwendung eines schnellen Fotodetektors) verifiziert.
Während eine Veränderung der angelegten Pumpleistung zu
entsprechenden Veränderungen der zurückgeworfenen
Impulsenergie an dem Polarisator führt, bleibt die Ausgangs-
Impulsenergie annähernd konstant (d. h. eine Veränderung der
Energie des zurückgeworfenen Impulses von ±50% wird von einer
Veränderung der Ausgangs-Impulsenergie von weniger als ±5%
begleitet). Da sich eine optische Begrenzung bzw.
Einschränkung aus der sinusförmigen Reaktion des
nichtlinearen Reflexionsvermögen auf die differentielle
nichtlineare Phasenverzögerung zwischen den zwei linearen
Polarisations-Eigenmoden des Lasers ergibt (siehe C.R. Doerr
et al.), kann somit eine Sättigung des Reflexionsvermögens
bei einer gegebenen Impulsenergie erhalten werden (d. h. für
eine gegebene nichtlineare Phasenverzögerung der Impulse, die
in dem Laser oszillieren). Daher werden alle Veränderungen
der Pumpleistung absorbiert, und eine stabile Amplitude aller
Impulse innerhalb einer Resonator-Umlaufzeit wird erhalten.
In der Tat ist es, um passive harmonische Modenverkopplung zu
erhalten, in hohem Maße nützlich, daß ein
Polarisationszustand ausgewählt ist, der eine optische
Begrenzung bzw. Einschränkung zuläßt.
Da vorstehend optimierte sättigbare Absorbergestaltungen für
passive harmonische Modenverkopplung beschrieben worden sind,
ist es gleichermaßen möglich, solche Absorber für die
Stabilisierung von Impulsrepetitionsraten in Mantel-gepumptem
passiv harmonisch modenverkoppelten Faserlasern zu verwenden,
die somit die Ersetzung der MOPA-Pumplaser mit preiswerten
Diodenlaser-Arrays zulassen.
Eine Ausführungsform eines Mantel-gepumpten passiv harmonisch
modenverkoppelten Faseroszillators ist in Fig. 4 gezeigt.
Eine einzelne 4 m lange Er3+-dotierte Faser 8, die mit Yb3+
sensibilisiert worden ist, wird als ein Verstärkungsmaterial
verwendet (J.D. Minelly et al., IEEE Photonics Technology
Lett., 5, 301 (1993)), wobei das Pumpen von Er3+ über
Energie-Übertragung von Yb3+ zugelassen ist. Die Faser 8 ist
mit ungefähr 800 ppm (pro Mol) Er und ungefähr 8000 ppm (pro
Mol) Yb dotiert. Der Kerndurchmesser ist 6 µm und die
numerische Apertur ist NA=0,16. Um sättigbare Absorber mit
Ladungsträger-Lebensdauern von 20 ns verwenden zu können, ist
die Resonatorlänge so eingestellt, daß sich eine fundamentale
Resonator-Umlaufzeit von ungefähr 100 ns ergibt. Daher ist
eine 6,6 m lange undotierte Corning SMF-28 Faser 9 dem
Resonator hinzugefügt. Da eine 0,6 m lange undotierte Corning
DC-Faser (Faser mit positiver Dispersion, nicht gezeigt) auch
Teil des Resonators ist, ist die gesamte Resonatorumlaufzeit
120 ns, was eine fundamentale Impulsrepetitionsrate von
8,33 MHz ergibt. Die Umlauf-Dispersion des Resonators wurde
auf D₂ = -0,26 ps² geschätzt.
Die aktive Faser 8 wird mit einem breitflächigen Standard-
Diodenarray 11 mit 1W, einer Fläche von 100 × 1 µm, der bei
973 nm arbeitet, über einen dichroitischen Spiegel 10
gepumpt. Unter Verwendung eines Abbildungssystems mit einem
Abbildungsmaßstab von 1 kann eine Kopplungseffizienz von bis
zu 60% in den Innenmantel der aktiven Faser erhalten werden.
Wie in den vorstehend beschriebenen Experimenten wird die
nichtlineare Polarisationsentwicklung bei Fermann et al, Opt.
Lett. 19, 43 (1994), verwendet, als der
Modenverkopplungsmechanismus im statischen Zustand und zur
optischen Begrenzung bzw. Einschränkung, bei dem ein
gegenüber Umwelteinflüssen stabiler Resonator ähnlich dem
vorstehend beschriebenen verwendet wird. Für das Starten des
Impulses und um eine passive harmonische Modenverkopplung zu
ermöglichen, kann ein sättigbarer InGaAsP-Absorber 12 mit
einer gemessenen Ladungsträger-Lebensdauer von 15 ns
verwendet werden. Für die Bequemlichkeit des Experiments
befindet sich der Absorber 12 an dem der Pumpvorrichtung
gegenüberliegenden Ende.
Aufgrund der großen Anzahl an Elementen innerhalb des
Resonators und der relativ ineffizienten Faser wird eine
maximale cw-Ausgangsleistung von nur 7,5 mW von dem Laser in
Fig. 4 erhalten. Bei modenverkoppeltem Betrieb war die
maximale Ausgangsleistung 2,5 mW. Bei der maximalen
Impulsrepetitionsrate von 128,6 Mhz entspricht dies einer
Impulsenergie von 20 nJ.
Die Anzahl der Impulse in dem Resonator (#pc), die gemessen
wird, wenn man den Pumpstrom herauf- und hinunterfährt, ist
in Fig. 5 gezeigt. Ein Pumpstrom von 1400 mA entspricht
einer eingekoppelten Pumpleistung von ungefähr 500 mW. In
diesem Experiment wurde die Pumpleistung von Hand herauf- und
hinintergefahren, wobei darauf geachtet wurde, ein
Stabilitätsregime für eine bestimmte Anzahl von Impulsen in
dem Resonator nicht zu "verpassen". Eine beträchtliche Menge
an Hysterese wird zwischen dem Herauf- und Hinunterfahren der
Pumpleistung beobachtet. Während beim Herauffahren des Lasers
dem Resonator gelegentlich mehr als ein Impuls zu der
vorhergehenden Impulsanzahl #pc hinzugefügt wird, fällt die
Impulszahl #pc beim Hinunterfahren zuverlässig nach und
nach ab (mindestens für diese relativ niedrigen
Impulsanzahlen #pc). Somit ist die untere Stabilitätsgrenze
für eine bestimmte Impulsanzahl #pc besser definiert.
Ferner wird, wenn die Pumpleistung schnell heraufgefahren
wird (durch Einschalten der Laserdiode), typischerweise eine
höhere Impulsanzahl #pc als bei einer langsamen
Heraufgeschwindigkeit erhalten. Mindestens für diese
relativ niedrigen Impulsanzahlen #pc ist die Impulsanzahl #pc
eine sehr reproduzierbare Funktion von sowohl der
Pumpleistung als auch der Herauffahrgeschwindigkeit. Eine
Langzeitverschiebung kann ferner durch Verringern der relativ
langen Länge der Faser mit niedriger Doppelbrechung
ausgeschlossen werden.
Typischerweise wurde das niedrigste Impuls-Flackern in der
Mitte von jedem Stabilitätsplateau erhalten, wobei eine PPJC
von weniger als 300 ps für alle Frequenzen 33 MHz erhalten
wurde. Eine Abnahme des Impuls-Flackerns wurde bei einem
Anstieg der Repetitionsrate beobachtet, und eine PPJC von 50
bis 100 ps wurde bei Impulsraten von ungefähr 100 MHz
erhalten. Für eine PPJC von weniger als 100 ps ist eine
Unterdrückung der Seitenbande von 50 dB erhalten worden.
In dieser Ausführungsform sollten die Impulse eine Halbwerts-
Impulsbreite von ungefähr 600 fs haben. Impulse mit Breiten
zwischen 200 bis 300 fs können leicht erhalten werden, indem
man eine Dispersions-Kompensation des Resonators mit einer
längeren Länge der Faser mit positiver Dispersion in dem
Resonator durchführt.
Schließlich kann die vorliegende Erfindung auch verwendet
werden, um zu ermöglichen, daß Mantel-gepumpte Faserlaser bei
höheren Repetitionsraten mit höheren Durchschnittsleistungen
arbeiten. Außer einer Reduzierung der Verluste innerhalb des
Resonators kann die Ausgangsleistung erhöht werden, indem man
doppelmantelige Fasern mit größeren Primär-Manteln verwendet,
welche die Verwendung von breiteren Dioden mit höherer
Pumpleistung zulassen. Daher sind Impulsrepetitionsraten von
bis zu mindestens 1 GHz mit entsprechenden cw-
Ausgangsleistungen bis zu 20 mW gut erreichbar.
Daher sorgt die vorliegende Erfindung zum ersten Mal für
passive harmonische Modenverkopplung, die durch sättigbare
Absorber in Faserlasern bewirkt wird. Entsprechend können
sättigbare Absorber nicht nur für das Starten der passiven
Modenverkopplung und für die Impulsformung bei passiver
Modenverkopplung verwendet werden, sondern auch für die
Minimierung des Impuls-Flackerns bei passiver harmonischer
Modenverkopplung. Somit läßt die Verwendung von sättigbaren
Absorbern den Aufbau von passiv modenverkoppelten Lasern mit
Repetitionsraten zu, die einstellbar sind, indem man das
Pumpleistungsniveau des Lasers verändert. Die Verwendung von
gegenüber Umwelteinflüssen stabilen Resonatorgestaltungen
läßt auch die Ausnutzung von Nichtlinearitäten von Kerr-Typ
und optischer Begrenzung bzw. Einschränkung für einen
weiteren Anstieg der Stabilität dieser Laser zu. Die
Verwendung von doppelmanteligen Fasern läßt die Verwendung
von preiswerten Diodenlaser-Arrays zum Pumpen der Faserlaser
zu.
Obwohl die hier beschriebenen Ausführungsformen ein System
umfassen, das auf Erbium-dotierten Fasern als
Verstärkungsmaterial beruhen, kann natürlich jede andere
seltenerddotierte Faser statt dessen verwendet werden.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der
Resonator mit stehender Welle durch einen Ringresonator 16
und einem sättigbaren Absorber 17, der in Transmission
arbeitet, ersetzt werden, wobei codirektionaler oder
unidirektionaler Betrieb mit einem Faserisolator 18
ausgewählt wird. Ein gattungsbildender Resonatoraufbau für
solch ein System ist in Fig. 6 gezeigt. Wieder können hier
auch doppelmantelige und Dispersionskompensations-Fasern
verwendet werden. Zusätzliche Auskopplung kann mit einem
separaten Ganz-Faserkoppler ("all-fiber coupler") (nicht
gezeigt) erhalten werden.
Fig. 7 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform, bei
der die zwei Resonator-Gestaltungen, die vorstehend
beschrieben worden sind, modifiziert werden können, indem man
optische oder Faserschleifen in dem Resonator verwendet.
Wieder können sättigbare Absorber die entweder in
Transmission oder Reflexion arbeiten, verwendet werden. Hier
könnte die Anordnung mit dem Polarisator P und den
Resonatorspiegeln M4, M5 mit einer Ganzfaserversion ("all
fiber version") ersetzt werden. Alternativ könnte eine
Ganzfaserschleife auf beiden Seiten der Verstärkungsfaser
verwendet werden. Für den Fall einer Einzelmoden- bzw.
Monomoden-Ganzfaser könnte der Spiegel M2 mit einem
Ganzfaser-Weilenlängenmultiplexkoppler ersetzt werden; im
Fall einer doppelmanteligen Faser könnte ein Multimoden-
Wellenlängenmultiplex-Koppler verwendet werden.
Gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann
harmonische Unterteilung verwendet werden, um das Impuls-
Flackern in den vorstehenden Systemen zu minimieren. Ein
Beispiel für eine harmonisch unterteilte Resonatorgestaltung
ist in Fig. 8 gezeigt. In Fig. 8 ist ein Resonator mit
stehender Welle mit einem sättigbaren Absorber SA gezeigt,
bei dem sich der Absorber nicht an einem Resonatorende
befindet, um harmonische Unterteilung zu ermöglichen (wie in
der US-Patentschrift Nr. 5 414 725 von Fermann et al.
erklärt). Die Resonatorlänge L und nL sind auch in dieser
Patentschrift beschrieben worden. Wiederum konnte Auskopplung
erhalten werden, in dem man einen zusätzlichen Faserkoppler
(nicht gezeigt) verwendete.
Wie auch in Fig. 8 gezeigt, ist harmonische Unterteilung mit
einem gegenüber Umwelteinflüssen stabilen Resonatordesign
verträglich, bei dem nichtlineare Polarisationsentwicklung
die Impulsformung durchführt und für eine optische Begrenzung
bzw. Einschränkung sorgt.
In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann eine
chirpmodulierte Bragg-Gitterfaser CFBG ("chirped fiber Bragg
grating") für die Dispersionskompensation innerhalb des
Resonators verwendet werden. Die chirpmodulierte Bragg-
Gitterfaser kann an den Resonator gespleißt werden oder
direkt in die Verstärkungsfaser geschrieben werden, wie in
Fig. 9 gezeigt. Eine Faser mit Doppelmantel oder
Einzelmantel kann hier verwendet werden, wobei natürlich für
die Einmoden-Faser das Dioden-Array mit einem Einmoden-
Diodenlaser ersetzt werden sollte.
Gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform, die
in Fig. 10 gezeigt ist, können Elemente zur Abstimmung der
Wellenlänge wie beispielsweise Etalons, Filter,
doppelbrechende Abstimmplatten oder Volumengitter in die
vorstehend beschriebenen Resonatoren eingebaut werden. Wie in
den vorstehenden Beispielen können Fasern mit Einzelmantel
oder Doppelmantel verwendet werden, und M2 kann mit einem
Ganzfaser-Wellenlängenmultiplex-Koppler ersetzt werden. Wie
in Fig. 10 gezeigt kann mehr als ein sättigbarer Absorber in
dem Resonator verwendet werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die in Fig. 11 gezeigt ist, werden nichtlineare
Ganzfaserschleifen ("all-fiber loop") für die passive
harmonische Modenverkopplung verwendet. Hier bewegt sich das
Licht im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn rund um
die Schleife auf der rechten Seite des Resonators (siehe I.
N. Duling III, Opt. Lett., 16, 539 (1991)). Da die
Intensitätsniveaus für die zwei Lichtwege typischerweise
unterschiedlich sind, kann eine nichtlineare Impulsverkürzung
und optische Begrenzung bzw. Einschränkung erhalten werden,
sobald die Impulse an dem Koppler interferieren. Die ganze
Faser kann polarisationserhaltend sein und eine lineare
gegenüber Umwelteinflüssen unempfindliche Phasenverschiebung
kann zwischen dem sich im Uhrzeigersinn und dem sich entgegen
dem Uhrzeigersinn fortbewegenden Licht bewirkt werden, indem
man die Polarisationssteuerungsvorrichtung PC2 mit einer
nichtreziproken ("nonreciprocal") linearen
Phasenverschiebungsvorrichtung wie in dem Einschub in Fig.
11 gezeigt ersetzt. Anstatt eine Schleife auf der linken
Seite des Resonators zu verwenden, kann ein einzelner
Anschluß bzw. eine einzelne Führung des Kopplers verwendet
werden und an dem sättigbaren Absorberspiegel angebracht
werden. Gleichermaßen kann, wenn nur einer der
Koppleranschlüsse auf der linken Seite des Resonators
verwendet wird, ein Polarisator zwischen dem Ende des
Koppleranschlusses und dem sättigbaren Absorber eingeschoben
werden. Ferner kann, um den Koppler zusätzlich vorzuspannen,
eine Faraday-Drehvorrichtung zwischen dem Ende des Koppler-
Anschlusses und dem Polarisator eingeschoben werden.
Alle hier zitierten Zeitschriftenartikel und US-
Patentschriften sind hierdurch ausdrücklich durch Bezugnahme
eingeschlossen. Da viele Ausführungsformen der Erfindung hier
beschrieben worden sind, ist es für die Fachleute klar, daß
weitere Modifikationen innerhalb des Umfang der Erfindung
gemacht werden können, und es ist beabsichtigt, daß das
vollständige Ausmaß der Erfindung durch die folgenden
Patentansprüche bestimmt wird.
Die Erzeugung von ultrakurzen Impulsen mit einstellbaren
Repetitionsraten von passiv modenverkoppelten Faserlasern
wird gezeigt. Durch Einschieben von sättigbaren Halbleiter-
Absorbern mit Lebensdauern in der Größenordnung von 10 ns in
Faserlaser mit Resonator-Umlaufzeiten in der Größenordnung
von 100 ns wird passive harmonische Modenverkopplung
erhalten, die zu der stabilen Erzeugung von Impulsen bei
ganzzahligen Vielfachen der fundamentalen Resonatorfrequenz
führt. Für Polarisationszustände, die eine optische
Begrenzung der Laser zulassen, werden Impulse in einem
Frequenzbereich zwischen 20 und 500 MHz erhalten, bei denen
unterschiedliche Repetitionsraten einfach ausgewählt werden
können, indem man das Pumpleistungsniveau an dem Resonator
verändert. Das Impuls-Flackern innerhalb einer Resonator-
Umlaufzeit wird gemessen, wobei es zwischen 300 ps und 50 ps
liegt, wobei Seitenbanden in der Frequenzdomäne um bis zu
70 dB unterdrückt werden können. Der sättigbare Absorber
wirkt sowohl, um die Resonatorrepetitionsrate zu
stabilisieren als auch um die passive Modenverkopplung zu
starten, wobei die nichtlineare Polarisationsentwicklung
verwendet wird, um die Modenverkopplung aufrecht zu erhalten
und um Amplitudenfluktuationen der Impulse zu unterdrücken,
indem er für eine optische Begrenzung sorgt. Praktische
Ausführungsformen können erhalten werden, indem man gegenüber
Umwelteinflüssen stabile Resonatorgestaltungen in
polarisationserhaltenden Einzelmantel- und Doppelmantelfasern
verwendet, wobei die Doppelmantel-Fasergestaltung das Pumpen
der Faserlaser mit breitflächigen Diodenlaser-Arrays
zulassen.
Claims (42)
1. Passiv modenverkoppelter Laser, umfassend:
Einrichtungen zum optischen Pumpen des modenverkoppelten Lasers;
einen optischen Resonator zum Einstellen der Energie des Lasers;
Einrichtungen zum Starten und zum Aufrechterhalten der Erzeugung von kurzen optischen Impulsen in dem Resonator;
ein optisches Faser-Verstärkungsmaterial zum Transmittieren der optischen Impulse, wobei die optischen Impulse eine Repetitionsrate von ganzzahligen Vielfachen der fundamentalen Resonatorfrequenz haben;
Einrichtungen zum Ausgeben der Laserenergie von dem Resonator;
Einrichtungen zum Maximieren der Trennung der Impulse innerhalb des Resonators, die mindestens einen sättigbaren Halbleiter-Absorber mit einer Ladungsträger-Lebensdauer umfassen, die kürzer als die fundamentale Resonator- Umlaufzeit und länger als ein Hundertstel der Resonator- Umlaufzeit ist; und
Einrichtungen zum Bereitstellen einer optischen Begrenzung in dem Resonator, um Impulsamplitudenfluktuationen zu minimieren.
Einrichtungen zum optischen Pumpen des modenverkoppelten Lasers;
einen optischen Resonator zum Einstellen der Energie des Lasers;
Einrichtungen zum Starten und zum Aufrechterhalten der Erzeugung von kurzen optischen Impulsen in dem Resonator;
ein optisches Faser-Verstärkungsmaterial zum Transmittieren der optischen Impulse, wobei die optischen Impulse eine Repetitionsrate von ganzzahligen Vielfachen der fundamentalen Resonatorfrequenz haben;
Einrichtungen zum Ausgeben der Laserenergie von dem Resonator;
Einrichtungen zum Maximieren der Trennung der Impulse innerhalb des Resonators, die mindestens einen sättigbaren Halbleiter-Absorber mit einer Ladungsträger-Lebensdauer umfassen, die kürzer als die fundamentale Resonator- Umlaufzeit und länger als ein Hundertstel der Resonator- Umlaufzeit ist; und
Einrichtungen zum Bereitstellen einer optischen Begrenzung in dem Resonator, um Impulsamplitudenfluktuationen zu minimieren.
2. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, in dem die kurzen
Impulse durch eine schnelle Kerr-Nichtlinearität
aufrechterhalten werden.
3. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, in dem die
optische Begrenzung durch eine schnelle Kerr-Nichtlinearität
bewirkt wird.
4. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend
Einrichtungen zum Kompensieren von linearen
Phasenverschiebungen des Verstärkungsmaterials.
5. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 4, ferner umfassend
eine Viertel- und eine Halbwellenplatte zum Steuern der
linearen Phasenverzögerung zwischen zwei Polarisations-
Eigenmoden der Faser.
6. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 5, ferner umfassend
einen Polarisator, mindestens einen Resonatorspiegel und eine
zweite Viertelwellenplatte, die sich zwischen dem Polarisator
und dem Resonatorspiegel befindet, der am dichtesten am
Polarisator liegt, für eine einstellbare Auskopplung.
7. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend
Einrichtungen zum Steuern der Dispersion in dem Resonator,
bestehend aus einer Dispersionskompensations-Faser oder einer
chirpmodulierten Bragg-Gitterfaser.
8. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem das
Verstärkungsmaterial eine mit einem Seltenerdmaterial
dotierte Glasfaser ist.
9. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem das
Verstärkungsmaterial eine Glasfaser, die mit einem
Seltenerdmaterial dotiert ist, und einen Doppelmantel umfaßt,
und der durch ein Dioden-Array gepumpt wird.
10. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 7, bei dem die
chirpmodulierte Bragg-Gitterfaser direkt in das
Verstärkungsmaterial geschrieben ist und das
Verstärkungsmaterial durch die chirpmodulierte Bragg-
Gitterfaser gepumpt wird.
11. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem
mindestens einer der sättigbaren Absorber an ein Ende des
Resonators angefügt ist.
12. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem ein
Faserkoppler zum Auskoppeln verwendet wird.
13. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend
einen teilweise reklektierenden sättigbaren Absorber zum
Auskoppeln.
14. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem die
Faser eine Doppelbrechung < 5 × 10-7 hat.
15. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 4, bei dem das
Verstärkungsmaterial eine Doppelbrechung < 1 × 10-7 hat, um
die nichtlineare Impulsformung durch nichtlineare
Polarisationsentwicklung zu stabilisieren.
16. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 4, ferner
umfassend:
einen Polarisator, der sich an einem Ende des Resonators befindet;
eine Doppelmantel-Faser, die an der optischen Faser angebracht ist;
wobei die Einrichtung zum Reflektieren einen Resonatorendspiegel umfaßt, der sich an einem zweiten Ende des Resonators befindet; und wobei die Einrichtungen zum Kompensieren:
eine erste Faraday-Dreheinrichtung, die sich vor dem Resonatorendspiegel befindet; und
eine zweite Faraday-Dreheinrichtung umfassen.
einen Polarisator, der sich an einem Ende des Resonators befindet;
eine Doppelmantel-Faser, die an der optischen Faser angebracht ist;
wobei die Einrichtung zum Reflektieren einen Resonatorendspiegel umfaßt, der sich an einem zweiten Ende des Resonators befindet; und wobei die Einrichtungen zum Kompensieren:
eine erste Faraday-Dreheinrichtung, die sich vor dem Resonatorendspiegel befindet; und
eine zweite Faraday-Dreheinrichtung umfassen.
17. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 16, ferner
umfassend eine Viertel- und eine Halbwellenplatte, um die
lineare Phasenverzögerung zwischen den zwei Polarisations-
Eigenmoden der Faser zu steuern.
18. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 17, ferner
umfassend mindestens einen Resonatorspiegel und eine zweite
Viertelwellenplatte, die sich zwischen dem Polarisator und
dem Resonatorspiegel befindet, der am dichtesten am
Polarisator liegt, für eine einstellbare Auskopplung.
19. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 16, bei-dem eine
der Faraday-Dreheinrichtungen mit einem Resonatorspiegel
kombiniert ist, um einen Faraday-Drehspiegel darzustellen.
20. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 16, bei dem ein
Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung < 1 × 10-7 hat
und ein weiterer Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung
von < 1 × 10-7 hat und die optische Faser mit niedrigerer
Doppelbrechung sich vor dem Resonatorendspiegel befindet.
21. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 17, bei dem ein
Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung von < 1 × 10-7
und ein weiterer Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung
von < 1 × 10-7 hat und die optische Faser mit niedrigerer
Doppelbrechung sich vor dem Resonatorendspiegel befindet.
22. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 18, bei dem eine
der Faraday-Dreheinrichtungen mit einem Resonatorspiegel
kombiniert ist, um einen Faraday-Drehspiegel darzustellen.
23. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 18, bei dem ein
Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung von < 1 × 10-7
und ein weiterer Teil der optischen Faser eine Doppelbrechung
von < 1 × 10-7 hat und die optische Faser mit niedrigerer
Doppelbrechung sich vor dem Resonatorendspiegel befindet.
24. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 15, ferner
umfassend eine Viertel- und eine Halbwellenplatte, um die
lineare Phasenverzögerung zwischen zwei Polarisations-
Eigenmoden der Faser zu steuern.
25. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 15, ferner
umfassend einen Polarisator, mindestens einen
Resonatorspiegel und eine zweite Viertelwellenplatte, die
sich zwischen dem Polarisator und dem Resonatorspiegel
befindet, der am dichtesten am Polarisator liegt, für eine
einstellbare Auskopplung.
26. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 24, ferner
umfassend einen Polarisator, mindestens einen
Resonatorspiegel und eine zweite Viertelwellenplatte, die
sich zwischen dem Polarisator und dem Resonatorspiegel
befindet, der am dichtesten am Polarisator liegt, für eine
einstellbare Auskopplung.
27. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, wobei die
optische Faser zur Bildung eines Ringresonators angeordnet
ist.
28. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, wobei der
Resonator eine Faserschleife umfaßt.
29. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, wobei der
Resonator eine optische Schleife umfaßt.
30. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, ferner umfassend
Elemente zur Wellenlängenabstimmung, umfassend Etalons,
optische Filter, doppelbrechende Abstimmplatten und/oder
Volumengitter.
31. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, wobei sich einer
der sättigbaren Absorber bei einem Abstand eines Umlaufs L
von dem Resonatorspiegel entfernt befindet, und der Rest des
Resonators eine Umlauflänge nL (n=ganze Zahl) hat, so daß ein
harmonisch unterteilter Fabry-Perot-Resonator erhalten wird.
32. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 16, wobei sich
mindestens einer der sättigbaren Absorber bei einem Abstand
von L von einem der zwei Resonatorspiegel entfernt befindet,
wobei ein harmonisch unterteilter Resonator erzeugt wird.
33. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 2, wobei mindestens
einer der sättigbaren Absorber an ein Ende des Resonators
angefügt ist, ferner umfassend einen teilweise
reflektierenden sättigbaren Absorber zum Auskoppeln.
34. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 2, ferner umfassend
einen teilweise reflektierenden sättigbaren Absorber zum
Auskoppeln.
35. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 4, bei dem
mindestens einer der sättigbaren Absorber an ein Ende des
Resonators angefügt ist.
36. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 4, ferner umfassend
einen teilweise reflektierenden sättigbaren Absorber zum
Auskoppeln.
37. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 7, bei dem
mindestens einer der sättigbaren Absorber an ein Ende des
Resonators angefügt ist.
38. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 7, ferner umfassend
einen teilweise reflektierenden sättigbaren Absorber zum
Auskoppeln.
39. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem die
Einrichtungen zum Pumpen einen Halbleiter-Diodenlaser
umfassen.
40. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 39, bei dem der
Halbleiter-Diodenlaser ein Einzelmoden-Diodenlaser oder ein
Laserdioden-Array ist.
41. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 1, bei dem die
Faser eine Doppelbrechung < 1 × 10-7 hat.
42. Modenverkoppelter Laser nach Anspruch 29, ferner
umfassend:
ein Einzelmoden- oder ein Doppelmantel- Faserverstärkungsmaterial;
einen Faraday-Drehspiegel mit einer Faraday-Dreheinrichtung und einem Spiegel, zum Kompensieren von linearen Phasenverschiebungen in der Doppelmantel-Faser und der optischen Faser;
einen Polarisator; und
eine Halbwellenplatte, die mit dem Polarisator zusammenwirkt, um jegliche Drehung der Polarisationsrichtung, die durch den Faraday-Drehspiegel bewirkt worden ist, zu kompensieren.
ein Einzelmoden- oder ein Doppelmantel- Faserverstärkungsmaterial;
einen Faraday-Drehspiegel mit einer Faraday-Dreheinrichtung und einem Spiegel, zum Kompensieren von linearen Phasenverschiebungen in der Doppelmantel-Faser und der optischen Faser;
einen Polarisator; und
eine Halbwellenplatte, die mit dem Polarisator zusammenwirkt, um jegliche Drehung der Polarisationsrichtung, die durch den Faraday-Drehspiegel bewirkt worden ist, zu kompensieren.
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