DE19748458C1 - Vorrichtung zur Erzeugung von ultrakurzen Lichtimpulsen, insbesondere zur Anwendung in einer Spektrometer-Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von ultrakurzen Lichtimpulsen, die über einen begrenzten Wellenlängenbereich in ihrer Wellenlänge durchstimmbar sind. Eine solche Vorrichtung soll insbesondere zur Anwendung in einem Spektrometer dienen.

Um Ultrakurzzeit-Spektroskopie zu betreiben, muß die Dauer des Meßvor­ ganges auf einen ultrakurzen Zeitbereich beschränkt werden. Dieser wird zugänglich, indem die bei der Spektroskopie verwendeten Lichtimpulse auf eine Impulsdauer im Bereich von einigen 100 fs (= Femtosekunden = 10^-15 Sekunden) komprimiert werden. Lichtquellen, die solche kurzen Lichtim­ pulse im Spektralbereich vom Ultravioletten bis zum Infrarot praktisch lüc­ kenlos abdecken, sind bekannt und als kommerzielle Geräte verfügbar. Als typische Vertreter sind Titan-Saphir-Laser zu nennen, die Lichtimpulse einer Dauer in der Größenordnung von 100 fs erzeugen und im Spektralbe­ reich von etwa 650 bis 1000 nm einsetzbar sind. Falls ein bestimmter Spektralbereich durch einen geeigneten Laser nicht abdeckbar ist, so kann mittels nichtlinearer optischer Prozesse in geeigneten Materialien in be­ kannter Weise eine Frequenzkonversion durchgeführt werden, um die Emissionswellenlänge des Lasers in den gewünschten Spektralbereich zu transferieren. Zu dem vorgenannten Zweck sind sogenannte optisch-pa­ rametrische Oszillatoren bzw. Generatoren verfügbar.

Mit den vorstehend erörterten Systemen ist die Erzeugung von Ultrakurz­ zeit-Impulsen zur Untersuchung von ultrakurzen transienten Effekten mög­ lich, jedoch gestaltet sich dabei die Abstimmung der Wellenlänge schwie­ rig. Es ist nämlich die Änderung der Wellenlänge der Ultrakurzzeit-Impulse in der Regel aus verschiedenen Gründen problematisch. Wird als Basis für das System beispielsweise ein spektral durchstimmbarer Femtosekunden- Laser, wie etwa ein Farbstoff oder breitbandiger Festkörperlaser, verwen­ det, so bringt eine Wellenlängenänderung einen erheblichen Justieraufwand mit sich, um stabile kurze Impulse auch bei einer jeweils neuen Wellenlän­ ge zu gewährleisten.

Neben der vorgenannten Stabilität sind noch weitere Impulsparameter beim Durchstimmen eines herkömmlichen Lasers zu beachten. Eine Änderung der Laserwellenlänge führt zu Positions- und Richtungsänderungen des durchstimmbaren Laserstrahls. Dies kann zu Meßfehlern führen, da bei der Aufnahme eines Spektrums nicht immer das gleiche Probenvolumen abge­ tastet wird. Die Änderung der Strahllage beim Durchstimmen des Lasers führt darüber hinaus zu Problemen, wenn eine Einkopplung der durchge­ stimmten Lichtimpulse in eine Glasfaser durchgeführt werden soll, um die durchgestimmten Lichtimpulse einem Probenort zuzuführen. Solche Ein­ kopplungen sind bekannterweise sehr positionskritisch. Die Folge einer instabilen Strahllage vor der Einkopplung ist eine unerwünschte Instabilität in der am Probenort nach der Glasfaser zur Verfügung stehenden Lichtlei­ stung.

Andererseits ändert sich bei der Wellenlängenänderung die Impulsdauer des durchgestimmten Lasers. Dies beeinflußt die zeitliche Auflösung des Spektrometers. Die Parameter Strahllage und Impulsdauer müssen daher stets bei der Justage eines spektral durchstimmbaren Femtosekunden-Lasers überwacht werden, um eine Meßverfälschung auszuschließen. Erschwerend kommt hierbei hinzu, daß sich der Justieraufwand mit steigender Breite des abgetasteten Spektralbereiches erhöht. Dies führt dazu, daß sich die Auf­ nahme eines Probenspektrums über mehrere Stunden hinziehen kann, was solche Systeme insbesondere für die Untersuchung von Proben, die über einen derartigen Zeitraum instabil werden, ungeeignet macht.

Auch mit optisch parametrischen Oszillatoren ist die Abstimmung der Wellenlänge schwierig, wenn dabei Impulsdauer und Strahllage konstant bleiben sollen. Es müssen dabei in der Regel mehrere Stellelemente gleich­ zeitig verändert werden, die die Impulsdauer und die Strahllage beeinflus­ sen. Wie die Praxis zeigt, ist auch eine Verschiebung der Strahllage hierbei nicht ganz zu vermeiden.

Eine weitere Möglichkeit, Frequenzvariabilität zu erzielen, ist die Erzeu­ gung spektraler Kontinua mit anschließender Filterung. Dieses Verfahren ist seit langem bekannter Stand der Technik. Dazu werden monochromati­ sche Lichtquellen zur Steigerung der Eingangsintensität hoch verstärkt und anschließend in ein optisches Medium fokussiert, das aufgrund nichtlinea­ rer Effekte, wie z. B. Selbstphasenmodulation, ein spektrales Kontinuum erzeugt.

Bei dieser hochintensiven Generation eines spektralen Kontinuums kommt es zu einer hohen Energiebelastung des Mediums, was zu thermischen Ef­ fekten führen kann. Dies führt zu Beeinträchtigungen des Meßvorganges. Weiterhin sind bei der Art von Generation eines spektralen Kontinuums zusätzliche nichtlineare Effekte zu beachten, wie z. B. eine Selbstfokussie­ rung, was ebenfalls zu einer unkontrollierten Einflußnahme auf die Mes­ sungen führt. Insbesondere wird die Strahlqualität damit in Mitleidenschaft gezogen.

Ein Beispiel für einen solchen Stand der Technik wird in der Fachveröf­ fentlichung von P. Matousek et al "Two independently tunable and syn­ chronised femtosecond pulses generated in the visible at the repetition rate 40 Hz using optical parametric amplifiers" in OPTICS COMMUNICA- TIONS, Vol. 127, S. 307, 15.06.96, angegeben. Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung zweier unabhängig in der Wellenlänge durchstimmbarer Femtosekunden-Impulse beschrieben. Als primäre Lichtquelle wird dabei ein von einem Argon-Laser gepumpter Titan-Saphir-Laser mit einer Wel­ lenlänge von 800 nm und einer Impulsdauer von 130 fs benutzt. In einem Titan-Saphir-Verstärker wird die Impulsenergie auf 17 µJ bei einer Repeti­ tionsrate von 40 kHz verstärkt und in einem Strahlteiler energetisch so auf­ geteilt, daß ein Spektralkomponentenstrahl mit ca. 1,5 µJ der Impulsenergie bei 800 nm zur Weißlichtgeneration in einem Saphir-Kristall verwendet wird. Der verbleibende Spektraikomponentenstrahl mit der restlichen Im­ pulsenergie wird in einem nichtlinearen optischen Material frequenzver­ doppelt. Sowohl das erzeugte spektrale Kontinuum, als auch die frequenz­ verdoppelten Impulse werden nun in Strahlteilern energetisch aufgeteilt. Je ein Anteil des spektralen Kontinuums und einer des frequenzverdoppelten Impulses werden anschließend in einem nichtlinearen optischen Kristall zur optisch parametrischen Verstärkung überlagert. Dabei werden in der Wel­ lenlänge durchstimmbare Lichtimpulse in einem Bereich von 480-730 nm mit Energien von 50 nJ und Impulsdauern von 600 fs erzeugt. Die Impuls­ dauern können mit einem nicht näher spezifizierten Prismen- Impulskompressor auf ca. 150 fs verkürzt werden. In der Fachveröffentli­ chung wird dieses System zur allgemeinen Verwendung bei der Messung transienter Zustände vorgeschlagen.

Tatsächlich durchgeführte Messungen, die die Verwendbarkeit der Appa­ ratur gerade hinsichtlich der oben erwähnten Stabilitätsproblematik bei der hochenergetischen Generation eines spektralen Kontinuums und der Ver­ wendung parametrischer Generatoren aufzeigen würden, fehlen in der Ver­ öffentlichung. Eine Wellenlängenänderung unter Beibehaltung der Zeit­ auflösung erfordert die aufwendige Justage zeitlicher und räumlicher Überlagerung von Femtosekunden-Lichtimpulse und ist in bestimmten Spektralbereichen darüber hinaus mit der spektralen Auswahl des erzeugten spektralen Kontinuums durch Filter verknüpft.

Ein Überblick typischer spektroskopischer Messungen an Halbleiterstruktu­ ren mit Femtosekunden-Zeitauflösung unter Verwendung ähnlich aufwen­ diger Systeme findet sich in dem Buch von J. Shah "Ultrafast Spectroscopy of Semiconductors and Semiconductor Nanostructures" (Springer, Berlin, 1996).

Als Beispiel für eine medizinische Anwendung einer Zeit- und frequenz­ aufgelösten Meßtechnik sei die Gewebespektroskopie genannt, wie sie in der Fachveröffentlichung von S. Andersson-Engels et al "Multispectral tis­ sue characterization with time-resolved detection of diffusely scattered white light" in OPTICS LETTERS, Vol. 18, No. 20, 15.10.1993 angegeben ist. Zielsetzung dieser Gewebeanalyse ist die Bestimmung optischer Eigen­ schalten von Gewebe im sichtbaren und nah-infraroten Spektralbereich. Das in der genannten Fachveröffentlichung beschriebene Verfahren beruht dabei auf der Zeit- und spektralaufgelösten Detektion diffus gestreuten Lichts. Hier werden ebenfalls mit einer Titan-Saphir-Laser und Titan- Saphir-Verstärker-Einheit gearbeitet. Mit hochenergetischer Generation eines spektralen Kontinuums in einer mit Wasser gefüllten Küvette und anschließender spektraler Filterung wird ein etwa 200 nm breiter Spektral­ bereich für die Gewebeanalyse herausgefiltert. Dieses spektrale Kontinuum beleuchtet die Probe und wird anschließend in einem Polychromator spek­ tral aufgespalten. Anschließend erfolgt die Zeitauflösung mit einer soge­ nannten Streak-Kamera. In einem zweidimensionalen CCD-Array wird schließlich das spektral und zeitlich aufgefächerte Meßsignal zweidimen­ sional detektiert.

Es ist nun - wie angesprochen - ein bekanntes Problem, daß die hochener­ getische Generation eines spektralen Kontinuums häufig ein instabiles Spektrum produziert. Die erzeugten, spektralen Kontinuumsimpulse zeigen dabei häufig Schwankungen in einer Reihe von Impulsparametern wie der Strahllage, der Intensität, der Impulsdauer sowie der spektralen Position und Bandbreite. Dann muß die im vorstehenden Stand der Technik nach Andersson-Engels beschriebene Detektion sehr lange integrieren, um über die Instabilitäten zu mitteln. Ferner wird die Zeitauflösung des Systems durch die Instabilität des spektralen Kontinuums auf 50 ps limitiert.

Aus den vorstehenden Darstellungen von für den Stand der Technik bei­ spielhaften Lichtquellen und Spektrometervorrichtungen wird deutlich, daß deren Anwendbarkeit und praktische Nutzbarkeit aufgrund des enormen apparativen Aufwandes und der extensiven Justagearbeiten sehr beschränkt ist.

Um bei Femtosekundensystemen die Impulsdauer zu beeinflussen, werden in der Literatur sogenannte Impulskompressoren beschrieben. Ganz allge­ mein ist festzuhalten, daß Kompressoren aus Gittern und Prismen aufge­ baut werden können und bekannte Prismenkompressoren verschiedene Vorzüge gegenüber ebenfalls bekannten Gitterkompressoren aufweisen. Stellvertretend seien hier die höhere erzielbare Transmission der Prismen und ein deutlicher Kostenvorteil von Prismenkompressoren gegenüber Git­ terkompressoren erwähnt. Weiterhin bringt die Verwendung von Prismen in einem Impulskompressor den Vorteil, daß die Transmission von Prismen in der Regel polarisationsabhängig ist. Vor allem die aufgrund ihrer hohen Transmission verwendeten sogenannten Brewster-Prismen können daher bei der Verwendung in Kompressoren auch eine polarisierende Funktion übernehmen. Depolarisationen werden von den Oberflächen der Brewster- Prismen stark reflektiert und erleiden daher hohe Verluste. Die resultieren­ de Nutzstrahlung nach dem Kompressor ist daher sauber polarisiert, was für viele Anwendungen vorteilhaft ist.

Zur weiteren Darstellung der beim Stand der Technik herrschenden Justa­ geprobleme wird im folgenden die Funktionsweise üblicher Prismen- Impulskompressoren dargelegt. Solche Kompressoren weisen ein erstes einfallseitiges Prisma zur spektralen Auflbcherung des eingehenden Lichtimpulsstrahles und ein zweites, dazu paralleles Prisma zur Paralleli­ sierung dieses aufgefächerten Lichtimpulsstrahles auf. Aufgrund dieser Funktion wird dieses Prisma in der weiteren Beschreibung als Parallelisie­ rungsprisma bezeichnet. Nach dem Passieren des zweiten Prismas verlau­ fen also die entsprechend ihrer Wellenlänge in der Einfallsebene des opti­ schen Systems aufgespaltenen Spektralkomponentenstrahlen parallel zuein­ ander zu einer in Aufspaltungsrichtung verschiebbaren Spaltblende, deren Spalt senkrecht zur Einfallsebene der Spektralkomponentenstrahlen liegt. Durch die Verschiebung der Spaltblende kann eine bestimmte Wellenlänge über die Spaltposition selektiert werden, wobei die spektrale Breite des ausgewählten Spektralkomponentenstrahles von der Breite der Spaltöffnung bestimmt wird.

Über eine Umlenkeinheit wird der so selektierte Spektralkomponentenstrahl exakt den gleichen optischen Weg durch die beiden Prismen zurückge­ sandt, wodurch man abhängig von der Art der Erzeugung eines spektralen Kontinuums und dem verwendeten Prismenmaterial spektral selektierte, kurze Impulse erhält. Diese Impulsdauer ist im übrigen von der Breite des Spaltes in der Spaltblende abhängig.

Bei einer Änderung der Wellenlänge erfolgt nun die Justage des vorstehend beschriebenen Prismen-Impulskompressors in mehreren Schritten, wobei von einem optimal justierten Kompressor mit einer Ausgangswellenlänge von λ₁ auszugehen ist. Um nun die Wellenlänge auf λ₂ ≠ λ₁ zu verändern, muß zunächst die Spaltblende so verschoben werden, daß der Spektralkom­ ponentenstrahl mit der neuen Wellenlänge λ₂ deren Spalt passieren kann. Durch die geänderte Spaltposition läuft der selektierte Spektralkomponen­ tenstrahl nun jedoch einen anderen geometrischen Weg durch das zweite Prisma. Da der interne Weg in diesem Prisma jedoch eine für die Pulsdauer essentielle Größe ist, muß auch dieses Prisma so verschoben werden, daß die Impulsdauer des Impulses mit der Wellenlänge λ₂ wieder minimal wird. Dies ist eine komplexe Justieraufgabe und wird in der Regel unter Zuhilfe­ nahme eines sogenannten Autokorrelators, d. h. eines Gerätes zur Messung der Impulsdauer, durchgeführt. Erfahrungsgemäß ist dieser Justierschritt langwierig, kompliziert und darüber hinaus nicht ohne weiteres automati­ sierbar.

Aus den Aufsätzen "Analysis of Picosecond Pulse Shape Synthesis by Spectral Masking in a Grating Pulse Compressor" von R. N. Thurston et al. in IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, QE-22, Seite 682 ff., "Generation of 55-fs Pulses and Variable Spectral Windowing in a Li­ near-Cavity Synchronously Pumped cw Dye Laser" von M. D. Dawson et al. in "Ultrafast Phenomena V" (Proceedings of the Fifth OSA Topical Meeting, Snowmass, Colorado, June 16-19, 1986; Herausgeber: G. R. Fleming und A. E. Siegman) und "The Role of Amplitude and Phase Sha­ ping in the Dispersive-Pulse Regime of a Passively Mode-Locked Dye La­ ser" von M. Beck et al. in IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, QE-28, Seite 2274 ff. ist es bekannt, bei optischen Kom­ pressoren verschiebbare Blenden zu verwenden, um bestimmte Spektralbe­ reiche auszuwählen.

Vor dem Hintergrund der geschilderten Problematik beim Stand der Tech­ nik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeu­ gung von ultrakurzen Lichtimpulsen und insbesondere eine Spektrometer- Vorrichtung zur spektral und zeitaufgelösten Analyse im Femtosekunden­ bereich anzugeben, deren apparativer Aufwand vermindert und mit deren Hilfe Messungen einfacher und mit deutlich verringertem Justieraufwand durchgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 ange­ gebenen Merkmalen gelöst.

Der Kern der Erfindung liegt dabei in der Anordnung des Parallelisierungs­ prismas und der Blendenvorrichtung im Prismen-Impulskompressor. Erfin­ dungsgemäß ist vorgesehen, diese beiden Bauteile auf einem gemeinsamen Support anzuordnen, wodurch sie gemeinsam quer zur Strahlrichtung ver­ schiebbar gelagert sind. Aufgrund dieser Maßnahme ist nur eine einmalige Erstjustage der Anordnung notwendig, bei der die Blendenvorrichtung bei einer praktisch beliebigen, jedoch zweckmäßigerweise im Zentrum des Spektrums gewählten Wellenlänge relativ zum Parallelisierungsprisma so verschoben wird, daß der Impulskompressor optimal kurze Impulse liefert. Die Relativposition zwischen dem Parallelisierungsprisma und der Blen­ denvorrichtung wird nun nicht mehr verändert.

Eine Wellenlängenänderung erfolgt nun durch Verschiebung des Supports, das die Anordnung aus dem Parallelisierungsprisma und der Blendenvor­ richtung trägt. Die Blendenvorrichtung kann dabei in üblicher und an sich bekannter Weise durch eine Spaltblende gebildet sein, deren Spalt durch Verschiebung des Supports und damit der Blende quer zur Strahlrichtung einen Spektralkomponentenstrahl mit Lichtimpulsen variabler Wellenlän­ gen aus den aufgefächerten Lichtimpulsstrahlen selektiert. Eine Alternative für diese Art von Blendenvorrichtung könnte beispielsweise auch in einem sehr schmalen Retroreflektor bestehen, der in sich die Funktion der Spek­ traikomponentenstrahl-Selektion und des Herausführens des selektierten Spektralkomponentenstrahles aus dem Impulskompressor erfüllt. Dem glei­ chen Zweck kann ein Retroreflektor dienen, der nur in einem schmalen Streifen reflektierend beschichtet ist.

Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht da­ rin, daß bei einer Wellenlängenänderung die Weglänge durch das Paralleli­ sierungsprisma des Kompressors konstant bleibt und sich daher die Impuls­ dauer nur minimal verändert. Eine Wellenlängenänderung erfordert daher lediglich ein Verschieben des Supports, bei dem es sich vorteilhafterweise um einen durch einen Stellmotor (z. B. Schritt- oder Servomotor) angetrie­ benen Verschiebetisch handeln kann. Das Verschieben kann in einigen Se­ kundenbruchteilen erfolgen, gestaltet sich also um Größenordnungen kürzer als eine Wellenlängenänderung beim Stand der Technik.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch die geometrische Anordnung und gemeinsame Verschiebung des Parallelisierungsprismas und der Blendenvorrichtung auch die Strahllage am Kompressorausgang nicht verändert wird, da der selektierte Spektralkomponentenstrahl im Par­ allelisierungsprisma und von dort zum Retroreflektor wellenlängenunab­ hängig auf der gleichen optischen Bahn propagiert. Gerade diese Strahlla­ genstabilität ist ein außerordentlich wichtiges Kriterium für die Einsetzbar­ keit einer optischen Anordnung in einem Spektrometer. Die mit der Anord­ nung erreichte Strahllagenstabilität ermöglicht das Einkoppeln des Strahls am Kompressorausgang in eine optische Faser, z. B. in eine sogenannte Monomode-Glasfaser, was den Einsatz des Spektrometers an räumlich schwer zugänglichen und vom optischen Aufbau getrennte Probenorte möglich macht. In Verbindung mit seiner Impulsdauerstabilität ist der er­ findungsgemäße Prismen-Impulskompressor für den laut Aufgabe der Er­ findung vorgesehenen Zweck also besonders gut geeignet.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben. Besonders hervorgehoben ist durch einen ne­ bengeordneten Anspruch auch ein Spektrometer mit vorteilhaften Ausge­ staltungen, das eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung ultra­ kurzer, durchstimmbarer Lichtimpulse einsetzt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind ferner der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Spektrometer-Vorrichtung zur Durch­ führung spektral- und zeitaufgelöster Femtosekundenspektroskopie,

Fig. 2 und 3 eine Draufsicht bzw. perspektivische Darstellung eines in der Spektrometer-Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendeten Prismen-Im­ pulskompressors,

Fig. 4 und 5 Kurvenschaubilder, die die wellenlängenabhängige Leistung und die Impulsdauer des Lichtimpuls-Strahls am Ausgang des Im­ pulskompressors aufzeigen.

Fig. 6 ein Kurvenschaubild, das die Abhängigkeit der Impulsdauer von der spektralen Halbwertsbreite des selektierten Spektralbereiches deut­ lich macht,

Fig. 7 eine Prinzipdarstellung der in der Spektrometer-Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendeten Amplitudenregelung, und

Fig. 8 eine Draufsicht auf einen Prismenimpulskompressor in einer alterna­ tiven Ausführungsform.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird der Grundaufbau einer erfindungsge­ mäßen Spektrometer-Vorrichtung erläutert. So wird als Pumplichtquelle 1 ein niederenergetischer, hochrepetierender, modengekoppelter Titan- Saphir-Laser 101 eingesetzt, der von einem Argonionen-Laser 102 gepumpt wird. Dessen Leistung beträgt beispielsweise 8,5 Watt. Die von der Laser­ kombination 101, 102 erzeugten Lichtimpulse weisen eine Impulsdauer von typischerweise 100 fs und eine Impulsenergie von etwa 10 nJ auf. Sie wer­ den durch einen Faraday-Isolator 103 und einen üblichen Prismen-Kom­ pressor 104 konditioniert. Die Wellenlänge λ₀ des von der Pumplichtquelle 1 abgegebenen Primärstrahles 2 beträgt 805 nm, wobei durch entsprechen­ de Umrüstung der Pumplichtquelle 1 ein Spektralbereich von 600 bis 1100 mm abdeckbar ist. Die Impuls-Wiederholrate liegt bei dem Laser im Be­ reich von 76 MHz, was bei der Detektion den Einsatz von Lock-In-Ver­ stärkern erlaubt. Deren enorme Empfindlichkeit läßt folglich spektrometri­ sche Messungen bei geringster Lichtbelastung der Probe zu.

Der Primärstrahl 2 der Pumplichtquelle 1 wird in ein Medium 3 zur Erzeu­ gung eines einen begrenzten Wellenlängenbereich von λ₀ - Δλ bis λ₀ + Δλ abdeckenden spektralen Kontinuums um die Zentralwellenlänge λ₀ herum eingestrahlt. Bei diesem Medium 3 handelt es sich um eine polarisationser­ haltende Glasfaser 301 mit selbstphasenmodulierenden Eigenschaften, die die Wellenlänge λ₀ der Pumplichtquelle 1 in das vorgenannte spektrale Kontinuum konvertiert. Das Ein- und Auskoppeln des Primärstrahles 2 in und aus der Glasfaser 301 erfolgt über jeweilige Ein- und Auskoppelobjek­ tive 302, 303. Die Halbwertbreite Δλ des vorgenannten Kontinuums ver­ größert sich mit zunehmender Leistung und abnehmender Impulsdauer des Titan-Saphir-Lasers 101. Ein Abstimmbereich von 200 nm wurde mit den oben angegebenen Leistungs- und Impulsdauerdaten der Pumplichtquelle 1 erreicht. Mit einem stärkeren Pumplaser kann also der nutzbare Durch­ stimmbereich noch ohne weiteres vergrößert werden.

Der aus der polarisationserhaltenden Glasfaser 3 austretende, spektral ver­ breiterte Lichtimpulsstrahl 4 wird mittels eines Strahlteilers 5 und eines Umlenkspiegels 5' in einen schwächeren Abtaststrahl 6 und einen stärkeren Anregungsstrahl 7 aufgespalten. Beide Strahlen 6, 7 durchlaufen jeweils einen wellenlängenselektiven Prismen-Impulskompressor 8, 8', der aus dem durch den Lichtimpulsstrahl 4 vorgegebenen Spektrum des Abtast- 6 bzw. Anregungsstrahles 7 jeweils eine bestimmte Wellenlänge selektiert. Dies wird im folgenden anhand der Fig. 2 und 3 noch näher erläutert.

Die jeweiligen von den Prismen-Impulskompressoren 8, 8' abgegebenen, aus dem Abtaststrahl 6 bzw. Anregungsstrahl 7 erzeugten Spektralkompo­ nentenstrahlen 9, 10 werden von einer nachgeschalteten aktiven Amplitu­ denregelung 11, 11' auf konstante Leistung beim Durchstimmen der Wel­ lenlänge eingestellt. Der Aufbau der Amplitudenregelung 11, 11' wird im folgenden anhand von Fig. 6 bis 8 noch näher erläutert.

Der den Abtaststrahl 6 bildende geregelte Spektralkomponentenstrahl 12 wird direkt zu einer zu untersuchenden Probe 13 geführt, wo von einem geeigneten Transmissionsdetektor 14 die Transmission und von einem ent­ sprechenden Reflexionsdetektor 15 die Reflexion der Probe 13 erfaßt wer­ den kann.

Der aus dem Anregungsstrahl 7 gebildete geregelte Spektralkomponenten­ strahl 16 wird über einen Umlenkspiegel auf eine als Ganzes mit 18 be­ zeichnete Verzögerungsstrecke geführt, die eine schematisch angedeutete verschiebbar gelagerten Winkelspiegelanordnung 19 aufweist. Durch die Verschiebung der Winkelspiegelanordnung 19 in Richtung des Doppel­ pfeiles 20 ändert sich die Laufstrecke des Spektralkomponentenstrahles 16 und somit dessen Laufzeit. Es kann damit der Zeitpunkt, zu dem die Anre­ gung der Probe erfolgt, relativ zum Abtastimpuls mit einer Auflösung von 10 fs problemlos in einen Zeitbereich von 0 fs bis zu über 1 ns variiert werden. In der Größenordnung bedeuten dabei eine Positionsänderung der Winkelspiegelanordnung 19 von 1 µm eine Laufzeitverschiebung von ca. 13 fs.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 werden nun die beiden wellenlän­ genselektiven Prismen-Impulskompressoren 8, 8' anhand des Kompressors 8 näher erläutert, die im wesentlichen baugleich sind:

Der in Einfallsrichtung 21 ankommende Lichtimpulsstrahl 4 trifft auf das einfallseitige Prisma 22 und wird in üblicher Weise spektral aufgefächert. Die damit gebildeten Spektralkomponentenstrahlen unterschiedlicher Wel­ lenlänge sind in Fig. 2 und 3 mit 23.1, 23.2 u. s. w. gekennzeichnet.

Parallel zum einfallseitigen Prisma 22 ist im Abstand L das zweite Prisma 24 angeordnet, das auf einem rechtwinklig zur Durchtrittsrichtung 25 der Spektralkomponentenstrahlen 23 durch das zweite Prisma 24 verschiebba­ ren Verschiebetisch 26 plaziert ist. Beide Prismen 22, 24 sind aus hochbre­ chendem Glas gefertigte Brewster-Prismen. Auf dem Verschiebetisch 26 steht auch eine Spaltblende 27, deren Spalt 28 den jeweils an seinem Ort ankommenden Spektralkomponentenstrahl 23.3 mit einer ersten Wellenlän­ ge λ₁ durchtreten läßt. Der von der Spaltblende 27 durchgelassene Spek­ tralkomponentenstrahl 23.3 wird mit Hilfe eines höhenversetzenden retro­ reflektierenden Elements 29 - ein Winkelspiegel 30, dessen Scheitel 31 parallel zu der von den Spektralkomponentenstrahlen 23 aufgespannten Einfallsebene liegt - in der Höhe versetzt und parallel zu sich reflektiert. Der reflektierte Spektralkomponentenstrahl 23.3' nimmt also höhenversetzt zu 23.3 den gleichen optischen Weg durch den Spalt 28 und die beiden Prismen 24 und 22 zurück. Am Kompressorausgang - angedeutet durch die Ausfallrichtung 32 - werden somit die Teilstrahlen 9, 10 erhalten, die re­ komprimierte und spektral schmale Lichtimpulse von typischerweise eini­ gen 100 fs aufweisen. Ganz allgemein kann über die gewählte Spaltbreite die minimal erreichbare Impulsdauer festgelegt werden, die bei Spaltbreiten von 1 mm bis 3 mm zwischen 60 und knapp 200 fs variierbar ist.

Aufgrund der gemeinsamen Lagerung der Spaltblende 27 und des Prismas 24 auf dem Verschiebetisch 26, der mit Hilfe eines Schrittmotors 33 und eines Spindeltriebs 17 auf dem stationären Lagertisch 34 in Richtung 35 verschiebbar ist, kann die Prisma-Spalt-Anordnung durch das im Ortsraum aufgespaltene Strahlenspektrum 23 hindurchgefahren und die Wellenlänge des durchgelassenen Spektralkomponentenstrahls 23.3 über den Wellenlän­ genbereich durchgestimmt werden. Unabhängig davon, welcher Spektral­ komponentenstrahl 23 dabei selektiert wird, ist dessen Weg im Kompressor nahezu konstant, da der Spektralkomponentenstrahl immer an der gleichen Stelle das Prisma 24 schneidet. Insofern bleibt die Impulsdauer, die durch die einmalige Erstjustage bestimmt wird, nahezu unverändert. Diese Erstju­ stage erfolgt - wie in Fig. 3 angedeutet ist - durch eine Verschiebung der Spaltblende 27 relativ zum Prisma 24 entlang der Pfeilrichtung 36, so daß der Impulskompressor optimal kurze Impulse liefert.

Fig. 4 zeigt die wellenlängenabhängige Leistung des den Anregungsstrahl 7 bildenden Spektralkomponentenstrahls 10 nach dem Impulskompressor 8' eines Prototyps der Erfindung. Dabei wurden von der Lichtquelle 1 ein monochromatischer Lichtimpulsstrahl einer Wellenlänge von 805 nm, einer mittleren Leistung von 700 mW und einer Spitzenleistung von 92 kW in die polarisationserhaltende Glasfaser 301 eingestrahlt. Wie Fig. 4 deutlich macht, weist der Teilstrahl 10 eine nutzbare kontinuierliche Wellenlängen­ verteilung zwischen ca. 715 nm und 900 nm auf, wobei das Leistungsma­ ximum bei der Zentralwellenlänge von 805 nm im Bereich von knapp 20 mW liegt. Die minimale Leistung bei der unteren bzw. oberen Grenzwel­ lenlänge liegt bei unter 0,1 mW bzw. ca. 2 mW.

In Fig. 5 ist die wellenlängenabhängige Impulsdauer t_p dargestellt, die zwi­ schen 160 fs und 200 fs liegt und damit von der Wellenlänge in einem praktisch nicht relevanten Maß abhängig ist.

Schließlich ist in Fig. 6 die Abhängigkeit der Impulsdauer tp von der spek­ tralen Halbwertseite dargestellt. Letztere variiert aufgrund der vorstehend bereits erwähnten Spaltbreiten von 1 mm bis 3 mm im Bereich zwischen 7 nm und 21 nm, was Impulsdauern von ca. 170 fs bis herunter zu 60 fs ergibt. Aus dem Werteverlauf der Fig. 6 wird erkennbar, daß mit steigender spektraler Halbwertsbreite, die über die Spaltbreite einstellbar ist, die Im­ pulsdauer sinkt.

Grundsätzlich hängt die spektrale Auflösung eines Spektrometers davon ab, wie schmalbandig durch die Spaltöffnung selektiert wird. Ein zu schmaler Spalt führt zu Beugungserscheinungen. Es ist daher von Vorteil, wenn das in den Kompressor einfallende Wellenlängenkontinuum spektral möglichst weit aufgespalten wird, um über den Spalt schmalbandig selektieren zu können. Eine solche weite Aufspaltung oder Auffächerung kann bei einem Prismenkompressor über den Prismenabstand L von etwa 1,5 m erreicht werden. Dieser scheinbare Nachteil einer großen Baulänge bringt jedoch den Vorteil der höheren erreichbaren spektralen Auflösung mit sich.

Die in Fig. 1 allgemein angedeutete Amplitudenregelung 11, 11' läßt sich anhand der Regelung 11 unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutern:

Als Stellglied wird eine von einem Motor 48 angetriebene doppelbrechende Platte 47 (sogenannte λ/2-Platte) in den zu kontrollierenden Teilstrahl 9, 10 eingebracht. Durch eine Drehung der doppelbrechenden Platte 47 wird die Polarisationsebene 49' des aus der Platte 47 austretenden Strahls gegenüber der Polarisationsebene 49 des Teilstrahls 9, 10 gedreht. Nach der doppel­ brechenden Platte 47 ist ein sogenannter Glanpolarisator so angeordnet, daß er nur einen Anteil der Strahlung mit einer Polarisationsrichtung 49" passieren läßt, der z. B. parallel zur Polarisationsrichtung 49 des einfallen­ den Strahls ist. Durch Verdrehen der Platte 47 kann so die transmittierte optische Leistung zwischen Null und einem maximalen Wert beliebig ein­ gestellt werden. Aus dem ausfallenden Strahl wird mittels eines Strahltei­ lers 45 ein Teil auf den Detektor 43 gelenkt, dessen Ausgangssignal zur Regeleinrichtung 37 zurückgeführt wird. Entspricht dieses Signal nicht dem durch das Potentiometer 41 eingestellten Sollwert, veranlaßt die Regelein­ richtung 37 über den Motor 48 eine Drehung der doppelbrechenden Platte 47 bis der Sollwert erreicht wird.

Es ist vorteilhaft, den Motor mit Endanschlägen zu versehen, um ein Über­ drehen der Platte 47 über bestimmte Winkel hinaus zu vermeiden. Die Endanschläge können auch bei Verwendung eines Schrittmotors durch eine entsprechende Steuerlogik realisiert werden.

Es kann ferner vorteilhaft sein, die Regeleinrichtung 37 abzuschalten, wenn kein stabiler Teilstrahl 9, 10 zur Verfügung steht. Dazu kann ein Teil der Leistung des Teilstrahls 9, 10 über einen Strahlteiler und einen Detektor 39 gemessen werden und das Detektorsignal der Regeleinrichtung 37 als on/off-Signal zugeführt werden.

Bei der Amplitudenregelung handelt es sich eine aktiv rückgekoppelte Re­ gelung, die ständig in Aktion ist. Somit ist sichergestellt, daß sowohl Lei­ stungsänderungen bei der Wellenlängenselektion als auch Schwankungen des Lasers sofort ausgeglichen werden. Es werden also stets konstante Strahlleistungen im geregelten Anregungs- 16 und Abtaststrahl 12 erhalten.

Der durch die vorstehend erläuterte Amplitudenregelung 11 in seiner Lei­ stung geregelte Abtaststrahl 12 wird zur Probe 13 geführt, wo die bereits erwähnte Detektion von Transmission und Reflexion der Probe 13 aufge­ nommen wird. Analog wird der entsprechend geregelte Anregungsstrahl 16 zum Einsatz gebracht.

In Fig. 8 ist eine alternative Ausführungsform für den erfindungsgemäßen Impulskompressor gezeigt. Auf der Einfallsseite ist diese Ausführungsform analog der in Fig. 1 und 2 dargestellten Version ausgebildet, so daß sich eine nochmalige Erläuterung erübrigt. Übereinstimmende Bauteile sind mit identischen Bezugszeichen versehen.

Es soll lediglich der entscheidende Unterschied dargelegt werden, der im Fehlen des retroreflektierendes Elementes liegt. Insofern wird der selek­ tierte Spektralkomponentenstrahl 23.3 nicht durch den Impulskompressor zurückreflektiert, sondern er läuft in eine zu der von der Spaltblende 27 aufgespannten Ebene symmetrische Anordnung zweier weiterer Prismen 57, 58 weiter. Durch diese Prismen 57, 58, die ebenfalls aus hochbrechen­ dem Glas bestehen, legt der selektierte Spektralkomponentenstrahl 23.3 ausfallseitig exakt den gleichen optischen Weg wie einfallseitig zurück. Das der Spaltblende 27 benachbarte Prisma 57 ist dabei - genau wie das Prisma 24 - auf dem Verschiebetisch 26 positioniert und gemeinsam mit dem Prisma 24 und der Spaltblende 27 in Richtung 35 verschiebbar. Damit ändert sich - analog der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 3 - der geome­ trische Weg im Prisma 24 des jeweils selektierten Spektralkomponenten­ strahls 23 und damit die Impulsdauer wiederum nicht.

Zusammenfassend ist die erfindungsgemäße Spektrometer-Vorrichtung in vielerlei Hinsicht vorteilhaft:

• - Zur Aufnahme eines anregungsabhängigen Probenspektrums in Transmis­ sion und Reflexion als Funktion der Anregungswellenlänge genügt es, daß der vom Abtaststrahl 6 zu überstreichende Spektralbereich, die Wellen­ länge des Anregungsstrahles 7 und der Zeitpunkt der Abtastimpulse rela­ tiv zu den bezüglich spektraler Lage und Impulsdauer frei wählbaren An­ regungsimpulsen in einen (hier nicht näher dargestellten) Personalcom­ puter eingegeben werden. Dieser steuert die Schrittmotoren 33 in den Prismen-Impulskompressoren 8, 8' zur Selektion und Durchstimmung des Abtaststrahls 6 bzw. Anregungsstrahls 7. Die Eingabe der Zeitverschie­ bung zwischen Anregungs- und Abtastimpuls wird durch einen nicht nä­ her dargestellten Schrittmotor umgesetzt, der den Winkelspiegel 19 in der Verzögerungsstrecke 18 entsprechend verschiebt. Die damit erreichbare Zeitauflösung liegt problemlos im Bereich unter 10 fs. Insgesamt ist also die Bedienbarkeit des Spektrometers äußerst einfach. Ferner erlaubt die Vorrichtung absolut reproduzierbare Meßbedingungen im Hinblick auf Strahllage, Impulsdauer und Abtast- bzw. Anregungsleistung.
• - Gegenüber herkömmlichen Spektralfotometern erlaubt die erfindungsge­ mäße Spektrometervorrichtung die simultane Zeit- und frequenzaufgelöste Spektroskopie. Die Vorrichtung zeichnet sich durch die Vorteile einer La­ serstrahlquelle - nämlich Kohärenz, sauberes Modenprofil, gut kollimierte Strahlführung auch über lange Wege und ultrakurze Impulsdauer - aus und besitzt die Funktionalität und Bedienungsfreundlichkeit von her­ kömmlichen kommerziellen Spektralfotometern.
• - Bezüglich der Spezifikationswerte sind bei der Praxisumsetzung der er­ findungsgemäßen Spektrometer-Vorrichtung typische Werte einer Impuls­ zu-Impuls-Stabilität von besser als 4%, einer spektralen Auflösung von 5 bis 10 nm und einer Zeitauflösung von typisch 100 fs erreichbar. Ein so­ genannter "zeitlicher Jitter" zwischen den einzelnen Impulsen konnte im Rahmen der Meßgenauigkeit von etwa 10 fs bei Tests mit Prototypen des Erfindungsgegenstandes nicht festgestellt werden. Die bereits erwähnte hohe Wiederholrate des Titan-Saphir-Lasers 101 von 76 MHz bleibt durch die Anordnung zum Durchstimmen der Wellenlänge erhalten und erlaubt den Einsatz von Lock-In-Verstärkern im Zusammenhang mit den Detektoren 14 und 15.
• - Aufgrund der einerseits hervorragenden Meßeigenschaften und anderer­ seits der außerordentlichen Bedienungsfreundlichkeit ist das erfindungs­ gemäße Spektrometer auch im industriellen Bereich einsetzbar, wo aus­ führliche Materialanalysen und -charakterisierungen damit auch für sol­ che Zeitbereiche problemlos möglich werden, die bisher nur sehr schwer zugänglich waren.

Das System findet aufgrund der vorstehenden Eigenschaften breite Anwen­ dungsmöglichkeiten:

• - Kurzlebige Zustände können nach optischer Anregung mit fs-Zeitauflö­ sung untersucht werden, wobei Absorption, Reflexion oder Transmissi­ onsänderungen zu erfassen sind.
• - Schnelle Emissionsprozesse, z. B. Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Photolu­ mineszenz, können Zeit- und frequenzaufgelöst untersucht werden.
• - Laufzeiteffekte können spektralselektiv mit fs-Präzision beobachtet wer­ den.
• - Der Erfindungsgegenstand kann im Rahmen einer zeitaufgelösten Ellip­ sometrie eingesetzt werden.
• - Der Erfindungsgegenstand ist ferner für eine Femtosekunden-Spektrosko­ pie bei der Herstellung von dielektrischen Schichten interessant, da bisher eine Spezifizierung dieser Schichten im allgemeinen nur für Nanosekun­ den-Impulse durchgeführt wurde. Eine derartige Spezifizierung ist im Hinblick auf immer schnellere Prozesse, an denen dielektrische Schichten beteiligt sind, kaum mehr ausreichend.
• - Weitere industrielle Anwendungsbereiche sind die Analyse von Verbren­ nungsprozessen, die Ausbreitungseigenschaften von Licht in Lichtwel­ lenleitern und -fasern usw. Medizinische Anwendungen, wie z. B. die schnelle zeitaufgelöste Spektroskopie vorzugsweise an Geweben sind ebenfalls denkbar.

Claims (15)

1. Vorrichtung, insbesondere zur Anwendung in einer Spektrometer- Vorrichtung, zur Erzeugung von ultrakurzen Lichtimpulsen, insbesondere im Femtosekundenbereich, die über einen begrenzten Wellenlängenbereich (λ₀ ± Δλ) in ihrer Wellenlänge (λ₁, λ₂) durchstimmbar sind, mit

• 1. einer Lichtquelle (1, 3) zur Erzeugung von ultrakurzen Lichtimpulsen mit einer kontinuierlichen Wellenlängenverteilung über den begrenzten Wellenlängenbereich (λ₀ ± Δλ) und
• 2. mindestens einem Impulskompressor (8, 8'), der
  • 1. ein erstes einfallsseitiges optisches Element (22) zur spektralen Auffä­ cherung des eingehenden Lichtimpulsstrahles (4, 6, 7) in Spektral­ komponentenstrahlen (23),
  • 2. ein Prisma (24) als zweites optisches Element, das so angeordnet ist, daß die aufgefächerten Spektralkomponentenstrahlen (23) nach dem Durchgang durch das Prisma (24) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen,
  • 3. eine Blendenvorrichtung (27), die einen Spektralkomponentenstrahl (23.3) mit Lichtimpulsen variabler Wellenlänge (λ₁, λ₂) aus den auf­ gefächerten Spektralkomponentenstrahlen (23) selektiert,
  • 4. eine Einheit (29, 57, 58) zum Herausführen des selektierten Spektral­ komponentenstrahls (23) aus dem Impulskompressor (8, 8'), und
  • 5. einen Support (26), auf dem das Prisma (24) und die Blendenvorrich­ tung (27) gemeinsam quer zur Strahlrichtung (25) verschiebbar gela­ gert sind,

aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als erstes einfallseitiges optisches Element zur spektralen Auffächerung des einge­ henden Lichtimpulsstrahles ein Prisma (22) verwendet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Prismen (22, 24) des Impulskompressors (8, 8') als aus dem gleichen Mate­ rial bestehende Brewster-Prismen ausgeführt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Blendenvorrichtung durch eine Spaltblende (27) gebildet ist, deren Spalt (22) durch Querverschiebung des Supports (26) und damit der Blende (27) den Spektralkomponentenstrahl (23.3) selektiert

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einheit zur Herausführung des selektierten Spektralkompo­ nentenstrahls (23.3) aus einem der Blendenvorrichtung (27) nachgeschal­ teten retroreflektierenden Element (29) zur Rückführung des selektierten Spektralkomponentenstrahls (23.3) durch den Impulskompressor (8, 8') besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einheit zur Herausführung des selektierten Spektralkompo­ nentenstrahls (23) aus dem Impulskompressor (8, 8') durch eine bezüglich der Ebene der Blendenvorrichtung (27) zu den beiden einfallseitigen Pris­ men (22, 24) symmetrische Anordnung zweier Prismen (57, 58) gebildet ist, wobei das der Blendenvorrichtung (27) benachbarte Prisma (57) auf dem Support (26) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Support als durch einen Stellmotor (33) angetriebener Ver­ schiebetisch (26) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtquelle (1) aus einem Impulslaser (101) mit Lichtimpulsen hoher Spitzenleistung und einer Zentralwellenlänge (λ₀) und aus einem Medium (3) zur Erzeugung eines den begrenzten Wellenlängenbereich (λ₀ ± Δλ) abdeckenden spektralen Kontinuums um die Zentralwellenlänge (λ₀) besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Medi­ um (3) eine polarisationserhaltende optische Faser (301) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslaser ein niederenergetischer, intermittierender Übergangsmetall- Laser, insbesondere Titan-Saphir-Laser (101) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslaser ein Diodenlaser oder diodengepumpter Laser ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzeugung zweier oder mehrerer unabhängig voneinan­ der durchstimmbarer Lichtimpulszüge mindestens ein Strahlteiler (5) und jeweils im Strahlengang der davon erzeugten Teilstrahlen (6, 7) angeord­ nete Impulskompressoren (8, 8') vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine optoelektronische Amplitudenregelung (11, 11') für die Licht­ impulse.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenregelung (11, 11') eine im jeweiligen Teilstrahl (4, 6, 7) dreh­ bar angeordnete, von einem Stellglied (48) verdrehbare doppelbrechende Platte (47), einen dieser nachgeordneten Polarisator (50), einen Detektor (43) zur Erfassung der von doppelbrechender Platte (47) und Polarisator (50) transmittierten Lichtleistung und eine Regeleinrichtung (37) zur Steue­ rung der Drehbetätigung der doppelbrechenden Platte (47) aufweist.

15. Vorrichtung mindestens nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei oder mehreren unabhängigen Teilstrahlen (6, 7) die zeitliche Verschiebung der Lichtimpulse zwischen den Teilstrahlen (6, 7) durch eine einstellbare Verzögerungsstrecke (18) zur Erhöhung der Strahlenganglänge in mindestens einem Teilstrahl (6, 7) variierbar ist.