DE19942954A1 - Resonanter sättigbarer Fabry-Perot-Halbleiterabsorber und Zweiphotonenabsorptionsleistungsbegrenzer - Google Patents

Resonanter sättigbarer Fabry-Perot-Halbleiterabsorber und Zweiphotonenabsorptionsleistungsbegrenzer

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Abstract

Ein resonanter sättigbarer Fabry-Perot-Absorber mit Innenresonator (R-FPSA) induziert einen Modenkopplungsvorgang in einem Laser wie einem Faserlaser. Ein optischer Begrenzer wie ein Zweiphotonenabsorber (TPA) kann in Verbindung mit dem R-FPSA verwendet werden, so daß Güteschalten verhindert wird, was zu einer Laserausgabe führt, die cw-modengekoppelt ist. Unter Verwendung von sowohl einem R-FPSA als auch einem TPA wird das sich in einen cw-Modenkopplungsvorgang entwickelnde gütegeschaltete Modenkopplungsverhalten eines Faserlasers untersucht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft im allgemeinen einen Modenkopplungsvorgang und im besonderen einen cw-Modenkopplungsvorgang, bei dem gütegeschaltete Impulse unterdrückt werden.
Stand der Technik
Sättigbare Halbleiterabsorber fanden in jüngster Zeit eine Anwendung auf dem Gebiet passiver modengekoppelter Ultrakurzimpulslaser. Diese Vorrichtungen sind attraktiv, da sie kompakt und preiswert sind und auf einen breiten Bereich von Laserwellenlängen und Impulsbreiten zugeschnitten werden können. Sättigbare Halbleiterabsorber wurden zunächst zur passiven Modenkopplung eines Diodenlasers verwendet (vgl. P. W. Smith, Y. Silberberg und D. B. A. Miller, "Mode locking of semiconductor diode lasers using saturable excitonic nonlinearities", Journal of the Optical Society of America B, Bd. 2, S. 1228-1236, 1985, und die US-Patentschrift 4 435 809 von Tsang et al). Sättigbare Quantentopf- und Volumenhalbleiterabsorber wurden ebenfalls für die Modenkopplung von Farbzentren verwendet (M. N. Islam, E. R. Sunderman, C. E. Soccolich, I. Bar-Joseph, N. Sauer und T. Y. Chang, "Color center lasers passively mode-locked by quantum wells", IEEE Journal of Quantum Electronics, Bd. 25, S. 2454-2462, 1989) und Faserlasern verwendet (US-Patentschrift 5 436 925 von Lin et al.).
Ein sättigbarer Absorber weist einen intensitätsabhängigen Verlust 1 auf. Der Verlust bei einem Einfachdurchlauf eines Signals der Intensität I durch einen sättigbaren Absorber der Dicke d kann durch
1 = 1-exp(-αd) (1)
ausgedrückt werden, wobei α der intensitätsabhängige Absorptionskoeffizient ist, der durch
α(I) = α0/(1 + I/ISAT) (2)
gegeben ist. Hierbei bezeichnet α0 den Kleinsignalabsorptionskoeffizient, der von dem verwendeten Werkstoff abhängt. ISAT bezeichnet die Sättigungsintensität, welche zur Lebensdauer (τA) der absorbierenden Spezies innerhalb des sättigbaren Absorbers umgekehrt proportional ist. Somit zeigen sättigbare Absorber bei höheren Intensitäten einen geringeren Verlust.
Weil der Verlust eines sättigbaren Absorbers intensitätsabhängig ist, wird die Impulsbreite der Laserimpulse verkürzt, während sie durch den sättigbaren Absorber hindurchtreten. Wie schnell die Impulsbreite der Laserimpulse verkürzt wird, ist proportional zu |dq0/dI|, wobei q0 den nichtlinearen Verlust bezeichnet:
q0 = l(I)-l (I = 0) (3),
wobei l(I = 0) eine Konstante (= 1-exp(-α0d)) bezeichnet und als der Einfügeverlust bekannt ist. Definitionsgemäß verringert sich der nichtlineare Verlust q0 eines sättigbaren Absorbers mit steigender Intensität I (er nimmt einen noch negativeren Wert an). |dq0/dI| bleibt im wesentlichen konstant bis I sich ISAT annähert, und wird im bleichenden Bereich im wesentlichen 0, das heißt, wenn I << ISAT ist.
Damit ein sättigbarer Absorber in befriedigendem Maße als modenkoppelndes Element funktioniert, sollte es eine Lebensdauer (das heißt die Lebensdauer des oberen Zustandes der absorbierenden Spezies), einen Einfügeverlust l(I = 0) und einen nichtlinearen Verlust q0 aufweisen, die dem Laser angemessen sind. Idealerweise sollte der Einfügeverlust zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Lasers gering sein, wohingegen die Lebensdauer und der nichtlineare Verlust q0 einen selbstauslösenden und stabilen cw- Modenkopplungsvorgang erlauben sollten. Sowohl die Eigenschaften des sättigbaren Absorbers als auch die Parameter des Laserhohlraums wie Bruchteil der Ausgabekopplung, Restverlust und Lebensdauer des Verstärkungsmediums spielen alle eine Rolle bei der Entwicklung eines Lasers vom Einschalten bis zum Modenkopplungsvorgang.
Für den Erhalt einer schnellen Impulsverkürzung bei einem selbstauslösenden cw-modenkoppelnden Laser mit einem sättigbaren Absorber sollte die Intensität auf dem sättigbaren Absorber hoch sein und der Absorber sollte einen nichtlinearen Verlust q0 einer hohen Größenordnung aufweisen. Andererseits verursacht eine Reduzierung des Verlustes des sättigbaren Absorbers einen Anstieg der Innenhohlraumleistung, was zu einer Verstärkungssättigung führen kann. Falls die Verstärkungssättigung nicht dämpft, steigt die Leistung, hervorgerufen durch die hohe Größenordnung des nichtlinearen Verlustes q0, und der Laser wird in einem Bereich arbeiten, in dem der Laser gleichzeitig ein Güteschalten und Modenkoppeln durchführt (vgl. H. A. Haus, "Parameter range for cw passive mode locking", IEEE, Journal of Quantum Electronics, Bd. QE-12, S. 169, 1976). Dies trifft insbesondere auf ein Lasermedium mit einer sehr langen Lebensdauer zu, wie eine Erbium­ dotierte Faser (τ~ms). Somit muß zur Vermeidung von Güteschalten die Größenordnung des nichtlinearen Verlustes q0 des sättigbaren Absorbers begrenzt werden, jedoch nicht in dem Ausmaß, daß ein Selbstauslösen des Modenkopplungsvorgangs schwierig wird. Der Einfügeverlust und der nichtlineare Verlust q0 eines sättigbaren Halbleiterabsorbers können durch die Auswahl eines Werkstoffes mit angemessener Bandlücke und Dicke gesteuert werden.
Die Verlusteigenschaften eines einfachen sättigbaren Absorbers können durch den Fabry-Perot-Interferenzeffekt abgewandelt werden. Tatsächlich neigen sättigbare Halbleiterabsorber dazu, einen natürlichen Fabry-Perot- Aufbau auszubilden, da der relativ hohe Brechungsindex eines Halbleiters (typischerweise 2 bis 4) zu einer Halbleiter-Luft-Schnittstelle führt, an der ~10-40% des einfallenden Lichtes reflektiert werden kann. Ein sättigbarer Halbleiterabsorber kann eine Seite aufweisen, die mit einer Hochreflexionsbeschichtung versehen ist (beispielsweise für ein maximales Reflexionsvermögen), wobei dieses hochreflektierende Element ein Ende eines Laserhohlraums ausbildet. In diesem Fall ist der von dem sättigbaren Halbleiterabsorber reflektierte Bruchteil RF-P der Innenresonatorleistung gegeben durch
RF-P = 1-(1-R)(1-T) [1+RT+2(RT)1/2cos(2δ)]-1 (4),
wobei R das Reflexionsvermögen der vorderen Oberfläche des sättigbaren Absorbers bezeichnet (das heißt das Reflexionsvermögen des sättigbaren Absorbers und einer beliebigen Reflexionsbeschichtung darauf, in Abwesenheit einer Reflexion von der Rückseite), δ = (2nd/λ)2π die Phasenveränderung beim Doppeldurchlauf, d die Probendicke, n den Brechungsindex und λ die fragliche Wellenlänge bezeichnet. T bezeichnet das Transmissionsvermögen durch den sättigbaren Absorber für den Doppeldurchlauf und ist gleich exp(-2αd), wobei α den Absorptionskoeffizient des Werkstoffs bezeichnet. Die entsprechende Absorption beträgt dann A = 1-T = 1-exp(-2αd). Falls viele Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes und Absorptionskoeffizienten als Teil des Fabry-Perot-Etalons verwendet werden, muß Gleichung (4) abgewandelt werden, so daß die Phasenveränderung für den Doppeldurchlauf und die Absorption über alle Schichten aufsummiert werden.
Der Bruchteil der auf die Fabry-Perot-Struktur einfallenden Laserresonatorleistung, der in dem sättigbaren Absorber (FABS) absorbiert wird, ist im allgemeinen nicht einfach 1-T, sondern 1-RF-P. Dies liegt in der Tatsache begründet, daß eine Fabry-Perot-Struktur als mitschwingende Struktur agiert, bei der Leistung zirkulieren kann, bevor sie wieder in den Rest des Laserresonators eintritt.
Gemäß Gleichung (4) ist RF-P (der Bruchteil der von einem sättigbaren Halbleiterabsorber reflektierten Innenresonatordauerleistung) eine empfindliche Funktion der Phasenveränderung δ für den Doppeldurchlauf, die von der Laserwellenlänge, der Dicke und dem Brechungsindex des sättigbaren Absorbers abhängt. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist das Reflexionsvermögen einer Fabry-Perot- Vorrichtung für eine gegebene Laserwellenlänge λ und Brechungsindex n eine periodische Funktion, die von der Dicke d des sättigbaren Absorbers abhängt. Falls die Dicke der Fabry-Perot-Vorrichtung d = λm/2n gewählt wird, wobei m eine positive ganze Zahl bezeichnet, beträgt die Phasenveränderung für den Doppeldurchlauf δ = 2mπ und die Fabry-Perot-Vorrichtung befindet sich in Antiresonanz. In diesem Fall ist RF-P = 1-(1-R)(1-T)[1+(RT)1/2]-2.
Zusätzlich zu Wellenlänge und Dicke kann RF-P ebenso als Funktion von R dargestellt werden. Fig. 2 zeigt, wie sich RF-P als Funktion von R und der Wellenlänge λ für eine gegebene Dicke d des sättigbaren Absorbers verändert.
Insbesondere verändert sich RF-P umso rascher, je höher R ist. Wenn R = 0 ist (d. h., wenn die Oberfläche des sättigbaren Absorbers, die dem Verstärkungsmedium zugewandt ist, antireflektierend beschichtet ist), dann ist RF-P = T und somit alleine von der Absorption des sättigbaren Absorbers abhängig. Für einen sättigbaren Fabry-Perot- Innenresonatorabsorber mit einer hochreflektierenden Rückoberfläche, wie die hier betrachtete, ist es oftmals wünschenswert, den "etalonenden" Effekt insgesamt durch eine antireflektierende Beschichtung der dem Verstärkungsmedium zugewandten Oberfläche zu vermeiden.
Im allgemeinen ist jedoch R ≠ 0 und der Verlust eines sättigbaren Fabry-Perot-Absorbers kann durch angemessene Wahl von d und R wirksam gesteuert werden. Falls die Dicke des sättigbaren Absorbers auf ein ganzzahliges Vielfaches von λ/2n gewählt wird, wird die Vorrichtung als antiresonanter sättigbarer Fabry-Perot-Absorber (A-FPSA) bezeichnet (vgl. U. Keller et al. "Solid-state low-loss intracavity saturable absorber for Nd : YLF lasers: an antiresonant semiconductor Fabry-Perot-saturable absorber", Optical Letters, Bd. 17, S. 505, 1992 und US-Patentschrift 5 237 577 von Keller et al.). Bei einem A-FPSA beinhaltet die dem Verstärkungsmedium zugewandte Seite der Vorrichtung üblicherweise einen starken Reflektor. Bei diesem Aufbau wird der größte Anteil des einfallenden Lichtes von der dem Verstärkungsmedium zugewandten Oberfläche reflektiert und es dringt nur wenig in den sättigbaren Absorber ein, wodurch das durch den sättigbaren Absorber absorbierte Licht reduziert wird. Dieser Niederabsorptionsentwurf ist für Laser mit einer geringen Ausgabekopplung und einer geringen Einfachdurchlaufverstärkung wie einen Festkörperlaser angemessen. Falls beispielsweise der Laser eine Ausgabekopplung von ~4% aufweist, kann ein Einfügeverlust von nahezu 0,5% wünschenswert sein, was geringer als der üblicherweise erhaltene Wert entweder eines Quantentopf- oder Volumenhalbleiterabsorbers ist. A- FPSA-Vorrichtungen mit geringem Verlust wurden erfolgreich in modengekoppelten Festkörperlasern verwendet (vgl. beispielsweise U. Keller, D. A. B. Miller, G. D. Boyd, T. H. Chiu, J. F. Ferguson und M. T. Asom, "Solid-state low­ loss intracavity saturable absorber for Nd : YLF lasers: an antiresonant semiconductor Fabry-Perot-saturable absorber", Optical Letters, Bd. 17, S. 505, 1992).
Es wurden auch andere Entwürfe mit geringem Verlust erfolgreich bei Anordnungen mit Modenkopplungsvorgang verwendet. Es kann beispielsweise ein sättigbarer Quantentopfabsorber in einen Halbleiter-Bragg-Reflektor (SBR) eingesetzt werden (vgl. US Patentschrift 5 627 854 von Knox und ebenso S. Tsuda, W. H. Knox, E. A. de Souza, W. Y. Jan und J. E. Cunningham, "Low-loss intracavity AlAs/AlGaAs saturable Bragg reflector for femto-second mode locking in solid state lasers", Optical Letters, Bd. 20, S. 1406, 1995). Bei dieser Anordnung nimmt die Lichtintensität innerhalb des SBRs rasch ab und der Einfügeverlust wird durch eine präzise Anordnung von Absorptionsschichten innerhalb des SBRs gesteuert.
Eine weitere Einrichtungsmanipulation der wirksamen Einfügung und nichtlinearen Verlusten besteht in einer angemessenen Anordnung des Absorbers in einer stehenden Welle. Bei diesem Entwurf wird ein einfallender Strahl durch einen starken oder teilweisen Reflektor zur Ausbildung einer stehenden Welle im Inneren des Hohlraumes reflektiert, wobei die Intensität zwischen Null und dem doppelten der einfallenden Intensität schwankt. Die Einfüge- und nichtlinearen Verluste werden durch angemessenes Anordnen von Absorptionsschichten innerhalb dem elektrischen Feld der stehenden Welle gesteuert. In der US-Patentschrift 5 701 327 von Cunningham et al. ist offenbart, daß die Quantentopfabsorptionsschichten in eine Verspannungsentlastungsvielfachschicht mit der Dicke einer halben Wellenlänge eingesetzt werden, die dann auf die Oberseite eines SBRS abgeschieden wird. Da die gesamte Dicke der Verspannungsentlastungsschicht ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge ist, wird an der dem einfallenden Strahl zugewandten Oberfläche ein stehender Wellenknoten ausgebildet (wo die Intensität minimal ist). Dieser Antiresonanzentwurf begrenzt die in die Verspannungsentspannungsschicht eintretende Lichtmenge und begrenzt somit die Amplitude der stehenden Welle.
Bei einem weiteren Entwurf (vgl. US-Patentschrift 4 860 296 von Chemla et al.) wird der nichtlineare Verlust durch die Anordnung von (durch transparente Abstandshalter getrennte) dünne Absorptionsschichten an dem Antiknoten einer stehenden Welle zur Ausbildung eines sogenannten sättigbaren Gitterabsorbers maximiert. Indem die Absorptionsschichten an den Antiknoten angeordnet werden, wo die Intensität das doppelte des Durchschnittswerts beträgt, kann der nichtlineare Verlust bis zu einem Faktor 2 verbessert werden, falls die Absorptionsschichten im Vergleich zu den transparenten Abstandshaltern sehr dünn sind.
Alle Entwürfe gemäß dem Stand der Technik verwenden sättigbare Absorber mit geringem Einfügeverlust. Demzufolge ist die Größenordnung des nichtlinearen Verlustes begrenzt, wobei dieser maximiert ist, wenn der sättigbare Absorber vollständig gebleicht ist. Für eine hohe Verstärkung und eine hohe Ausgabe eines Faserlasers ist jedoch die Größenordnung des nichtlinearen Verlustes vorzugsweise groß, damit der Modenkopplungsvorgang selbstauslösend ist. Andererseits kann die Verwendung eines hoch nichtlinearen sättigbaren Absorbers zu anhaltendem Güteschalten führen. Daher verbleibt ein Bedürfnis für sättigbare Absorber, die für selbstauslösende Modenkopplungsvorgänge von hoch verstärkenden Lasern mit hoher Ausgabe wie Faserlasern geeignet sind.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine aus dem güteschaltenden (sog. "Q-switched") Modenkopplungsvorgang (QSML) entwickelten selbst auslösenden cw-Modenkopplungsvorgang anzugeben. Im Gegensatz dazu startet der Modenkopplungsvorgang der meisten Festkörperlaser aus dem cw-Rauschen.
Weiterhin wird die Verwendung von wechselwirkenden Fabry- Perot-Resonanzabsorbern (R-FPSA) zur Induktion von selbstauslösendem Modenkoppeln in einem Laser angegeben. Ein optischer Leistungsbegrenzer wie ein Zweiphotonenabsorber (TPA), beispielsweise ein Halbleiterwerkstoff, wird in dem Laserresonator zur Verhinderung des Güteschaltens verwendet. Der R-FPAS ist derart entworfen, daß der durch den sättigbaren Absorber erfahrene nichtlineare Verlust gegenüber den A-FPSA-Anordnungen verbessert ist. Der TPA-Leistungsbegrenzer stellt einen wirksamen Beschädigungsschutz für den R-FPSA bereit, und stellt den nichtlinearen Totalverlust des Lasers auf den stabilen Bereich des cw-Modenkopplungsvorgangs selbst ein.
Der R-FPSA beinhaltet zwei Reflektoren mit einem Abstand von etwa (2m+1)λ/4n. Ein Reflektor ist vorzugsweise ein Maximalreflektor, der ein Ende des Laserresonators darstellt (den "Endreflektor"), wohingegen der andere Reflektor durch einen starken oder teilweisen Reflektor ausgebildet ist, der dem Verstärkungsmedium des Laser zugewandt ist (der "innere Reflektor").
Wenn die Fabry-Perot-Vorrichtung eine durch nd = (2m+1)λ/4, gegebene Dicke aufweist, beträgt die Fasenveränderung für den Doppeldurchlauf δ = (2m+1)π und die Farby-Perot- Struktur befindet sich definitionsgemäß in der Resonanz. In diesem Fall ist RF-P = 1-(1-R)(1-T)[1-(RT)1/2]-2 und minimal. Durch den Betrieb bei Resonanz wird die durch den sättigbaren Absorber absorbierte Laserintensität erhöht. Die für den R-FPSA absorbierte Intensität ist durch Iabs = (1-RF-P)I = (1-T)(1-R)/[1-(RT)1/2]2I gegeben, wie sich aus Gleichung (4) mit cos(2δ) = -1 ergibt. Dies ist mit dem Fall zu vergleichen, bei dem die vordere Oberfläche antireflektierend beschichtet ist (R = 0) und IABS = (1-T)I ist. Somit wird durch den Betrieb der Fabry-Perot-Vorrichtung bei Resonanz die durch den sättigbaren Absorber absorbierte Intensität durch einen Faktor (1-R)/[1-(RT)1/2]2 erhöht.
Die Wirkung einer Variation von R bei der Funktion RF-P(λ) für einen R-FPSA ist in Fig. 2 dargestellt. Der Abstand zwischen benachbarten Minimas ist durch Δλ = λm+1-λm = λmλm+1/2nd gegeben und ist für bestimmte Anwendungen wie ultraschnelle Laser, wo eine breite Bandbreite benötigt wird, vorzugsweise groß. Der innere Reflektor sollte ein hinreichend hohes Reflexionsvermögen R aufweisen, damit eine gewünschte Intensität auf dem sättigbaren Absorber bereitgestellt wird. Dieses Reflexionsvermögen R sollte jedoch nicht so hoch sein, daß RF-P(λ) nicht mehr relativ flach über dem Verstärkungsprofil verläuft. Falls beispielsweise das Reflexionsvermögen R des inneren Reflektors zu hoch ist, kann die Bandbreite von RF-P(λ) bei der für modengekoppelten Laserimpulsen benötigten Resonanz zu begrenzt sein. Für Anwendungen, bei denen die Leuchtpunktgröße auf dem sättigbaren Absorber nicht verändert werden kann, (beispielsweise Endkopplung an eine Phase oder einen Wellenleiter), kann eine "Abstimmung" der Intensität auf dem Absorber durch die Auswahl eines angemessenen Reflexionsvermögens R wünschenswert sein.
Der Resonanzeffekt bei dem nichtlinearen Verlust und RF-P als Funktion der Wellenlänge wird in Fig. 3 untersucht. Die Figur zeigt, daß der nichtlineare Verlust eine bedeutende Verbesserung erfährt, wenn die Fabry-Perot-Vorrichtung so gestaltet wird, daß Resonanz vorliegt. Der negative nichtlineare Verlust wird zu -q = RF-P(R, T)-RF-P (R, T0) berechnet. Dabei ist T = exp(-2αd) = T0exp(-2(δα)d) ~ T0(1-2(δα)d), mit T = exp(-2α0d) = 50% und 2(δα)d zu 0,2(1-RF-P) angenähert, in Proportionalität mit dem in der Probe absorbierten Licht. Es ist ersichtlich, daß der nichtlineare Verlust bei Resonanz (nahe 1540 nm) sieben mal größer ist als bei Antiresonanz.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Verstärkungsmedium eine Erbium-dotierte Faser mit einer oberen Zustandslebensdauer in der Größenordnung von Millisekunden (ms) auf, und die Umlaufzeit des Resonators liegt typischerweise bei 10 bis 100 ns. Durch die Verwendung eines R-FPSA mit einem großen nichtlinearen Verlust kann der Faserlaser eher in einem QSML-Bereich als in einem cw-modengekoppelten Bereich arbeiten. Dabei kann es notwendig sein, die intensiven gütegeschalteten Impulse zu unterdrücken, und dadurch den Laser unterhalb des Schwellenwertes anzusteuern. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird ein Zweiphotonenabsorber (TPA) für diesen Zweck zur Ergänzung des R-FPSA verwendet, so daß der Laser in einem cw­ modengekoppelten Bereich arbeitet. Der TPA weist bevorzugt wenig oder keine Einzelphotonabsorbtion bei der Laserwellenlänge auf. Somit können zwei verschiedene Arten von Absorbern mit unterschiedlichem nichtlinearen Verhalten in derselben Vorrichtung zum Erzielen von selbstauslösendem cw-modengekoppelten Verhalten verwendet werden.
Die unterschiedlichen Intensitätsabhängigkeiten eines bevorzugten sättigbaren Absorbers (InGaAsP) und eines bevorzugten Zweiphotonenabsorbers (InP) sind in Fig. 4 dargestellt. Der Verlust aufgrund des Zweiphotonenabsorbers steigt stark als Funktion der Intensität, wohingegen der Verlust aufgrund des sättigbaren Absorbers mit steigender Intensität sinkt (in die Sättigung geht). Der resultierende "V-förmige" Totalverlust gemäß Fig. 4 weist ein Minimum auf, was einen vorteilhaften Bereich für cw-Modenkoppeln bildet.
Der optische Begrenzer (beispielsweise der TPA) weist vorzugsweise einen großen Zweiphotonenabsorbtionskoeffizient β2 auf, der eine Funktion aus dem Verhältnis der Bandlücke Eg des Werkstoffes und der Photonenenergie h/2π ist (vgl. beispielsweise E. W. Van Stryland, M. A. Woodall, H. Vanherzeele und M. J. Soileau, "Energy band-gap dependence of two-photon absorption", Optical Letters, Bd. 10, S. 490, 1985). Fig. 5 zeigt, wie sich der Zweiphotonkoeffizient mit diesem Verhältnis einteilt, das gegeben ist durch (Stryland et al., oben):
β2 = K[h/2π/Eg-1)3/2/(h/2π/Eg)5]/n2Eg (5)
Hierbei bezeichnet κ einen nahezu werkstoffunabhängigen Parameter. Für eine gegebenen Laserwellenlänge sollte die Bandlücke Eg des optischen Leistungsbegrenzers größer als die Photonenenergie h/2π sein, so daß eine maximale Zweiphotonenabsorbtion ohne einen bedeutenden Anstieg bei dem Einfügeverlust erhalten werden kann. Die Bandlücke kann durch eine geeignete Wahl des Halbleiterwerkstoffes bzw. seiner Dotierstoffkonzentrationen leicht gesteuert werden. Der TPA ist bei der Unterdrückung von QSML unabhängig von seiner Lage im Laserresonator wirkungsvoll. Der TPA kann sich beispielsweise dem sättigbaren Absorber anschließen. Alternativ kann der TPA und der sättigbare Absorber auf gegenüber liegenden Seiten des Verstärkungsmediums angeordnet sein, oder mehrere TPAs können zur Reduzierung der Dicke der Fabry-Perot-Vorrichtung verwendet werden, wodurch eine größere Flexibilität beim Entwurf geboten wird (gemäß Gleichung (4)).
Von einer Unterdrückung von gütegeschalteten Impulsen durch Zweiphotonenabsorber wurde bereits früher berichtet (vgl. beispielsweise A. Hordvik, "Pulse stretching utilizing two­ photon-induced light absorption", Journal of Quantum Electronics, Bd. QE-6, S. 199, 1970, und V. A. Arsen'ev, I. N. Matveev und N. D. Ustinov, "Nanosecond and microsecond pulse generation in solid state laser (review)", Sov. J. Quantum Electron, Bd. 7(11), S. 1321, 1978). Außerdem wurden halbleiterbasierte Zweiphotonenabsorber als optische Leistungsbegrenzer zum Schutz vor Schaden für die empfindliche Optik verwendet (vgl. beispielsweise die US Patentschrift 4 846 561 von Soileau et al.).
Die Bandlücke eines Zweiphotonenabsorbers liegt gut oberhalb der Photonenergie bei der Laserwellenlänge, so daß die Einzelphotonabsorbtion bei geringen Intensitäten niedrig ist. Bei höheren Intensitäten steigt jedoch die Produktionsrate von dem Valenzband in das Leitungsband erzeugten Ladungsträgern. Die Absorption (1-T) von Zweiphotoneneffekten ist gegeben durch:
ATPA = β2IdTPA/(1+β2IdTPA),
wobei dTPA die Dicke des TPA Werkstoffes und ß2 den TPA Koeffizienten bezeichnet. (vgl. beispielsweise E. W. Van Stryland, H. Vanherzeele, M. A. Woodall, M. J. Soileau, A. Smirl, S. Guha und T. F. Boggess "Two photon absorption, nonlinear refraction, and optical limiting in semiconductors", Optical Engineering, Bd. 24, S. 613, 1985).
Ein Zweiphotonenabsorber neigt dazu, die Impulsverkürzung von Hochintensitätsimpulsen zu verkürzen, da die Impulsspitzenwerten stärker abgeschwächt sind als die Flanken. Somit wird der Zweiphotonenabsorptionseffekt herkömmlicherweise dahingehend verstanden, daß er die Leistungsfähigkeit von modengekoppelten Lasern verschlechtert (vgl. beispielsweise A. T. Obeidat und W. H. Knox, "Effects of two-photon absorption in saturable Bragg reflectors in femtosecond solid state laser", OSA Technical Digest, Bd. 11, S. 130, Proceedings of CLEO '97). Bei dem darin offenbarten Hochverstärkungsfaserlaser ist jedoch das gütegeschaltete Modenkoppeln das Haupthindernis für cw- Modenkoppeln. Somit unterdrückt der Zweiphotonenabsorber wirksam QSML, wodurch das cw-Modenkoppeln gefördert wird, welches durch den Zweiphotonenabsorber nicht wesentlich beeinflußt wird. Es ergibt sich, daß die Innenresonatorverwendung von einem oder mehr Zweiphotonenabsorbern einen breiteren Bereich von anwendbaren sättigbaren Absorbern erlaubt.
Die hier offenbarte Verbindung aus dem R-FPSA und dem TPA als optischen Begrenzer stellt eine ideale nichtlineare Vorrichtung für einen selbstauslösenden Modenkopplungsvorgang bereit, da der R-FPSA aufgrund seines großen sättigbaren Verlustes eine schnelle Impulsverkürzung bereitstellt und der optische Begrenzer den nichtlinearen Verlust selbst innerhalb des cw- modengekoppelten Stabilitätsbereiches einstellt (Fig. 4). Der TPA-Leistungsbegrenzer stellt ebenfalls einen wirksamen Schädigungsschutz für den sättigbaren Absorber bereit. Die Intensität auf dem sättigbaren Absorber kann durch eine Variation der Leuchtpunktgröße auf dem Absorber oder durch eine angemessene Wahl des Reflexionsvermögens R optimiert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Fig. 1 zeigt die Dickenabhängigkeit des Reflexionsvermögens (RF-P) einer Fabry-Perot-Vorrichtung für eine Laserwellenlänge von 1550 nm. Der Kurvenverlauf ist unter Verwendung von Gleichung (4) mit R = 30% und T = 50% berechnet.
Fig. 2 zeigt eine Meßkurve von RF-P als eine Funktion der Wellenlänge zur Variation von R. Die Dicke der Vorrichtung beträgt 6,5 µm, was eine Bandbreite (volle Breite bei halben Maximalwert) von ungefähr 10 nm ergibt. Der durchgezogene Linienverlauf (R = 0%) gibt die Bandstruktur des Halbleiters mit einer Bandlücke bei 1550 nm wieder. Die gepunkteten Linienverläufe sind unter Verwendung der Gleichung (4) berechnet, wobei das wellenlängenabhängige T durch den R = 0%-Fall gegeben ist.
Fig. 3 zeigt RF-P als eine Funktion der Wellenlänge, die unter Verwendung der Gleichung (4) mit T = T0 = 50% und R = 30% berechnet wurde. Der nichtlineare Verlust ist zu q = RF-P(R, T)-RF-P(R, T0) berechnet. Dabei ist T = T0(1-2(δα)d), wobei 2(δα)d zu 0,2(1-RF-P) angenähert ist.
Fig. 4 verdeutlicht die Intensitätsabhängigkeit des Verlustes aufgrund eines sättigbaren Absorbers, des Verlustes aufgrund eines Zweiphotonenabsorbers und ihre Summe. Der Verlust aufgrund des sättigbaren Absorbers ist durch Gleichung (1) gegeben, wobei α durch die Gleichung (2) gegeben ist.
Fig. 5 zeigt, wie der Zweiphotonenkoeffizient als Funktion von h/2π/Eg unter Verwendung von Gleichung (5) variiert.
Fig. 6 verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein sättigbarer Absorber (zur Induktion eines Modenkopplungsvorgangs) und ein Zweiphotonenabsorber (zur Verhinderung von Güteschalten) einander benachbart sind.
Fig. 7 verdeutlicht ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches dem aus Fig. 6 ähnlich ist, außer daß der sättigbare Absorber und der Zweiphotonenabsorber an gegenüberliegenden Enden des Laserresonators angeordnet sind.
Fig. 8 verdeutlicht, wie der (unter Verwendung des Punktsondenverfahrens mit einer festen Pumpintensität gemessene) negative nichtlineare Verlust für verschiedene sättigbare InGaAsP Absorber mit unterschiedlichem Einfügeverlust schwankt. Die durch leere Kreise und volle Punkte dargestellten Datenpunkte wurden mit Proben von zwei unterschiedlichen Wafern erstellt. Die quadratischen Punkte sind antiReflexionsbeschichtete InGaAsP Proben, für welche die InP Wafer nicht entfernt wurden.
Fig. 9 zeigt die Faserlaserausgabe als Funktion im Zeitbereich, wobei die Entwicklung von gütegeschaltetem Modenkoppeln zu cw-Modekoppeln dargestellt ist. Die Signalstärke ist auf ein cw-ML-Signal normalisiert.
Fig. 10 zeigt eine Ansicht einer monolithischen R-FPSA- Vorrichtung, die im Resonatorinneren zur Erzeugung von cw­ modengekoppelten Impulsen zu verwenden ist.
Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Erzeugung von cw­ modengekoppelten Impulsen, bei denen absorbierende Schichten auf Maxima von stehenden Wellen verteilt sind. Der sinusförmige Kurvenverlauf stellt die Intensitätsverteilung der stehenden Welle innerhalb des Absorptionswerkstoffes dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Bei mehreren bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird ein selbstauslösendes cw-Modenkoppeln von gütegeschaltetem Modenkoppeln erhalten. Das cw-Modenkoppeln wird durch einen sättigbaren Fabry-Perot-Absorber (R-FPSA) nahe der Resonanz induziert. Ein optischer Begrenzer wie ein Zweiphotonenabsorber wird vorzugsweise in Verbindung mit dem sättigbaren Absorber zur Selbsteinstellung des nichtlinearen Verlustes auf einen Wert innerhalb des Stabilitätsbereiches für cw-Modenkoppeln verwendet.
Ein integrierter sättigbarer Absorber (R-FPSA)/optischer Leistungsbegrenzer
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 6 gezeigt, was ein Faserverstärkungsmedium 10a wie etwa eine 1,5 m lange Er3+-dotierte optische Verstärkungsfaser beinhaltet. Der optische Entwurf dieses Ausführungsbeispiels ist in einigen Belangen demjenigen ähnlich, das in der ebenfalls anhängigen US-Anmeldung 09/040 252 der Rechtsnachfolgerin offenbart ist, und die am 9. März 1998 eingereicht wurde, und den Namen "High Power, Passively Modelocked Fiber Laser, and Method of Construction" trägt.
Pumplicht 14a (vorzugsweise von einer Laserquelle, die in den Figuren nicht gezeigt ist) mit einer Wellenlänge von um die 980 nm wird vorzugsweise in die Erbiumfaser 10a über eine (an die Faser angeschlossene) Pumpsignalinjektionseinrichtung 18a gerichtet, wie etwa eine Wellenlängenmultiplexeinrichtung (WDM), wie es bei dem Beispiel Haftenresonator 20a aus Fig. 6 gezeigt ist. Das Pumplicht 14a regt Erbiumatome in der Faser 10a optisch an. Ein polarisierendes Element 22a wie ein polarisierender Strahlenteilungswürfel oder ein Polarisationsstrahlenteiler dient als Ausgabekoppler für ein modengekoppeltes Kurzimpulsfaserlasersignal 16a, 16a' (wobei 16a und 16a' die linke Laufrichtung bzw. die rechte Laufrichtung des Lasersignals bezeichnen), und die jeweiligen Ausrichtungen des Phasenplättchens 26a steuert die Polarisationsentwicklung innerhalb des Resonators 20a und somit den Pegel der Ausgabekopplung. Das Lasersignal 16a, 16a' ergibt sich aus der stimulierten Abstrahlung von angeregtem Erbium. Zwei Faradaydrehungseinrichtungen 30a innerhalb des Resonators 20a (d. h. annähernd an den Enden des Resonators), die vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten der Faser 10a angeordnet sind, kompensieren Polarisationsdrifte innerhalb des Resonators.
Obwohl die Ausführungsbeispiele der Erfindung vorliegend hinsichtlich des vorstehend beschriebenen Erbiumlasers diskutiert werden, können andere Faserverstärkungsmedien und Laseranordnungen verwendet werden. Diese Fasern können beispielsweise andere Dotierstoffe (wie z. B. Yterbium, Thulium, Holmium, Neodym, Praseodym) und Dotierstoffkonzentrationen aufweisen, und es können unterschiedliche geometrische Parameter verwendet werden. Die Laseranordnungen können außerdem sowohl Doppelmantelfaserlaser, Ringlaser, "Fig. 8"-Laser, als auch andere bekannte Anordnungen beinhalten.
Bei dem beispielhaften Resonator 20a ist ein sättigbarer Absorber 34a, der einen Einfügeverlust von etwa 30 bis 70% aufweisen mag, an einem Ende des Resonators angeordnet. Der sättigbare Absorber 34a weist vorzugsweise an einen Reflektor, wie einen teilweise oder vorzugsweise totalreflektierenden Spiegel 42a, angebrachtes (d. h. unmittelbar darauf angeordnetes) InGaAsP auf, welches in Verbindung mit einem zweiten hochreflektierenden Spiegel 38a (oder Reflektor) das Ausmaß des (d. h. die Enden des) optischen Resonators 20a definiert. Der sättigbare Absorber 34a induziert einen Modenkopplungsvorgang des Lasersignals 16a, 16a'.
Ein sich einer AR-Beschichtung 36a anschließender optischer Leistungsbegrenzer 35a (wie ein Zweiphotonenabsorber) kann optional über dem sättigbaren Absorber 34a zur Unterdrückung von Güteschalten des Lasers liegen. Der Zweiphotonenabsorber (TPA) 35a ist vorzugsweise einer 350 µm-dicke Schicht aus InP. Das Reflexionsvermögen der AR-Beschichtung 36a ist zur Reduzierung von optischen Interferenzeffekten vorzugsweise klein (d. h. < 0,05%). Der Spiegel 42a, der sättigbare Absorber 34a, der TPA- Leistungsbegrenzer 35a und die AR-Beschichtung 36a bilden einen integrierten optischen Aufbau 37a aus.
Der Laserstrahl von der Faser 10a wird durch eine Linse 47a kollimiert und durch eine Linse 46a auf den sättigbaren Absorber 34a refokussiert. Die Leuchtpunktgröße auf dem sättigbaren Absorber kann durch eine Veränderung der Lage der Linsen 46a und 47a oder durch die Verwendung von Linsen mit unterschiedlichen Brennweiten eingestellt. Weitere fokussierende Linsen 48a und 49a im Resonator 20a sind bei einer besseren Abbildung des Lasersignals 16a, 16a' auf die Faser 10a hilfreich. Die gesamte Innenresonatorfaserlänge innerhalb des Resonators 20a beträgt vorzugsweise 2 m und der Signallaser arbeitet bevorzugt mit einer Wiederholrate von 50 MHz. Die sich ergebenden modengekoppelten Impulse sind nahbandbreitenbegrenzt mit einer Impulsbreite in einem Bereich von 300 bis 600 fs, in Abhängigkeit von den genauen Einstellungen der Polarisationssteuerelemente und dem Grad der Ausgabekopplung. Für eine Eingabepumpleistung vom 70 mW und eine optimierte Fokussierung auf den sättigbaren Absorber 34a kann der Ausgabekopplungsbruchteil zwischen 50 und 80% verändert werden und der Laser wird immer noch ein selbstauslösendes cw-modenkoppelndes Verhalten zeigen. Wenn der Ausgabekopplungsbruchteil unter die untere Grenze (d. h. < 40%) abgestimmt wird, werden typischerweise ein Vielfachpulsieren (mehr als ein Impuls pro Umlauf) oder cw- Bestandteile zusammen mit den modengekoppelten Impulsen in Abhängigkeit von dem Einfügeverlust und dem durch den sättigbaren Absorber 34a erfahrenen nichtlinearen Verlust beobachtet.
Ein Strahlenteiler 64a (mit einem Reflexionsvermögen von vorzugsweise 1 bis 2%) kann von dem sättigbaren Absorber 34a zur Überwachung der Leistung der auf den sättigbaren Absorber 34a einfallenden (16a, PInc) und von ihm reflektierten (16a', PRef) Strahlen eingesetzt werden. Der Strahlenteiler 46a koppelt die durch die Pfeile 48a und 70a bezeichneten Bruchteile der Innenresonatorleistung aus, die zu PInc bzw. PRef proportional sind.
Nichtangeschlossener R-FPSA und Leistungsbegrenzer
Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist in Fig. 7 gezeigt, wobei die mit einem beigefügten "b" bezeichneten Bezugszeichen ihren mit einem "a" bezeichneten Gegenstücken aus Fig. 6 im wesentlichen ähnlich sind. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 6 dahingehend, daß der TPA-Leistungsbegrenzer 35b und seine AR-Beschichtung 36b sich nicht mehr dem sättigbaren Absorber 34b anschließen, sondern dem Spiegel 38b auf der anderen Seite des Resonators 20b. Die Leistungsfähigkeit des Laser gemäß Fig. 7 ist dem gemäß Fig. 6 nahezu identisch.
Charakterisierung eines bevorzugten sättigbaren Absorbers: InGaAsP
Ein bevorzugter sättigbarer Absorber weist InGaAsP auf. Eine Anzahl sättigbarer Absorberelemente aus InGaAsP wurden hergestellt und sodann hinsichtlich ihrer Lebensdauer, ihres Verlustes und ihrer Laserleistungsfähigkeit charakterisiert. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind nachstehend beschrieben.
1. Lebensdauer
Die Lebensdauer der Ladungsträger in dem sättigbaren Absorber 34a, 34b aus InGaAsP wurde unter Verwendung des Pumpsondenverfahrens gemessen, und auf etwa 20 ns bestimmt. Die bei diesen Ausführungsbeispielen verwendeten Proben aus InGaAsP wurden jedoch einem Protonenbeschuß unterzogen, damit ihre Ladungsträgerlebensdauer auf etwa 5 ps reduziert wurde.
2. Nichtlinearer Verlust
Zwei Verfahren wurden zur Bestimmung des durch den sättigbaren Absorber 34b erfahrenen nichtlinearen Verlustes qop in situ und während des Betriebes verwendet, d. h. dem Unterschied zwischen dem Verlust des sättigbaren Absorbers bei cw-modengekoppeltem Betrieb und am Schwellenwert zum Aussenden von Laserstrahlen:
qop = l(I bei Modenkopplung) -l(I am Laserschwellenwert) (7)
Die geradlinigste Annäherung besteht in der Überwachung der ausgekoppelten Leistungen 64b und 68b zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen PRef, der von dem sättigbaren Absorber reflektierten Leistung, und Pin, der auf den sättigbaren Absorber einfallenden Leistung, sowohl bei dem Schwellenwert zum Aussenden von Laserstrahlen (relativ geringe Innenresonatorleistung) als auch unter modenkoppelnden Bedingungen. PRef/PInc ist schlicht gleich RF-P, und ΔRF-P = -ΔFABS = -qop, wobei FABS der Bruchteil der auf den sättigbaren Absorber 34b einfallenden Leistung ist, der absorbiert wird. Somit ergibt eine Messung der Veränderung bei PRef/PInc zwischen dem Fall "Schwellenwert zur Abstrahlung von Laserstrahlen" und "modengekoppelter Betrieb" unmittelbar den durch den sättigbaren Absorber 34b erfahrenen nichtlinearen Verlust qop.
Bei der zweiten Näherung werden der sättigbare Absorber 34b (und der ihm unterlagerte Spiegel 42b) zunächst in einer Außenresonatoranordnung unter Verwendung des Pumpsondenverfahrens getestet, damit der nichtlineare Verlust q des sättigbaren Absorbers als Funktion der einfallenden Strahlenintensität bestimmt wird, d. h. es wird ein Kalibrierungskurvenverlauf erzeugt. Bei dieser Technik ist der nichtlineare Verlust q gleich der Veränderung RF-P des Sondenstrahls (außerhalb des sättigbaren Absorbers 34b) an der Grenze einer Zeitverzögerung gegenüber dem Pumpstrahl von Null. Sodann wird der zu untersuchende sättigbare Absorber 34b (und sein Spiegel 42b) in einen Laserresonator wie den in Fig. 7 gezeigten eingesetzt. Die Innenresonatorleistung (PInc, 16b) wird durch die Messung der Leistung überwacht, die in die durch den Pfeil 68b angezeigte Richtung ausgekoppelt wird. Sobald die Intensität auf dem sättigbaren Absorber 34b bekannt ist, kann der nichtlineare Verlust q aus dem Kalibrationskurvenverlauf bestimmt werden. Obwohl die Ergebnisse dieser beiden Verfahren miteinander konsistent sind, liefert das zweite Verfahren genauere Ergebnisse.
3. Laserleistungsfähigkeit
Die Leistungsfähigkeit des Lasers wurde als Funktion des Verlustes des sättigbaren Absorbers zur Festsetzung eines Arbeitsbereiches untersucht, innerhalb dessen der Laser ein selbstauslösendes cw-modenkoppelndes Verhalten aufweist. Für eine festgesetzte Intensität kann der nichtlineare Verlust eines sättigbaren Absorbers bedeutend schwanken, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, wobei die Daten unter Verwendung des Pumpsondenverfahrens bei einer gegebenen Pumpstrahlintensität gemessen wurden. Der nichtlineare Verlust des sättigbaren Absorbers 34b unter modenkoppelnden Bedingungen wurde für eine Anzahl von verschiedenen sättigbaren Absorbern unter Verwendung der in dem vorstehenden Abschnitt beschriebenen Verfahren bestimmt.
Werte für |qop| von annähernd 15% ergaben eine befriedigende cw-modenkoppelnde Leistungsfähigkeit hinsichtlich selbstauslösendem Verhalten und Störstabilität. Für noch geringere Werte von |qop| wurde ein Selbstauslösungsvorgang schwierig. Die Leistungsfähigkeit von sättigbaren Absorbern mit einem geringen |qop| unter geringen Intensitätsbedingungen kann üblicherweise durch eine Erhöhung der Intensität auf dem sättigbaren Absorber verbessert werden, bis |qop| auf beispielsweise den 15%-Pegel angestiegen ist. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Intensität auf dem sättigbaren Absorber entweder durch ein engeres Fokussieren oder durch eine Verminderung des Ausgabekopplungsbruchteiles erhöht werden. Für sättigbare Absorber, die einen sehr hohen nichtlinearen Verlust (|qop| < 20%) aufgrund von beispielsweise der Auswahl der Bandlücke bereitstellen, wurde lediglich der gütegeschaltete Modenkopplungsvorgang gegenüber dem cw- Modenkopplungsvorgang untersucht.
Der mit selbstauslösendem modenkoppelndem Verhalten konsistente maximale Ausgabekopplungsbruchteil sinkt mit sinkendem Einfügeverlust bei einer gegebenen Leuchtpunktgröße, oder alternativ, steigender Leuchtpunktgröße bei einem gegebenen Einfügeverlust. Bei allen untersuchten sättigbaren Absorbern wurden die besten Ergebnisse für die Leistungsfähigkeit erhalten, wenn die Leuchtpunktgröße auf dem sättigbaren Absorber so klein wie möglich war, ohne daß es zu einer Beschädigung kam.
Entwicklung eines cw-Modenkopplungsvorgangs aus einem gütegeschalteten Modenkopplungsvorgang (QSML)
Eine schnelle Erfassungseinrichtung und ein digitales Oszilloskop wurden zur Aufzeichnung der Entwicklung von Laserimpulsen gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 6 verwendet. Diese Ergebnisse sind in Fig. 9 angezeigt und sind eine zeitliche Darstellung, wie gütegeschaltetes Modenkoppeln sich zu cw-Modenkoppeln entwickelt. Ähnliche Ergebnisse wurden mit der Anordnung gemäß Fig. 7 erhalten. Die Spitzenwertleistung der meisten gütegeschalteten Impulse können um einen Faktor von 30 über der der cw- modengekoppelten Impulse liegen. Es geht jedoch üblicherweise eine Reihe gütegeschalteter Impulse mit relativ niedriger Leistung dem Übergang in den cw- Modenkopplungsvorgang voraus, wobei sich der cw- Modenkopplungsvorgang aus dem Schwanz eines der QSML Impulse entwickelt.
Die Impulsbreite der gütegeschalteten modenkoppelnden Impulse wurde mit einer Autokorrelationseinrichtung auf weniger als 3 ps gemessen. Dazu wird der Laser durch Abstimmung der Ausgabekopplung vorsätzlich auf den QSML Bereich eingestellt.
Einen TPA beinhaltende beispielhafte Ausführungsbeispiele
Die optischen Begrenzer dieser Erfindung werden vorzugsweise aus Halbleiter mit einem großen Zweiphotonenabsorptionskoeffizienten ausgebildet. Obwohl die vorliegenden Ausführungsbeispiele und Ergebnisse primär unter Bezugnahme auf InP/InGaAsP Werkstoffe beschrieben werden, können andere Halbleiterwerkstoffe angewendet werden. Für Anwendungen in der Umgebung von 1,55 µm, können InP, InGaAsP, GaAs und AlGaAs zur Verwendung als TPA- Leistungsbegrenzer geeignet sein. Bei kürzeren Wellenlängen können ZnS, CdSe, CdS und CdTe als TPAs verwendet werden. Anspruchsvollere Techniken auf dem Gebiet der Werkstoffwissenschaften (sog. "material engineering") wie Dotierung (was Zwischenzustände erzeugt), Niedertemperaturwachstum, Quantenbegrenzung und Gitterfehlanpassung können ebenfalls zur Verbesserung der TPA-Wirkung angewendet werden, wodurch ein starker optischer Begrenzer hergestellt wird.
Ein bevorzugter Zweiphotonenabsorber ist InP, der ebenso als Substrat für InGaAsP dienen kann, was einem bevorzugten sättigbaren Absorber entspricht. Als Teil dieser Untersuchungen wurde der Zweiphotonenabsorptionsverlust einer 350 µm dicken Probe aus InP in einer (nicht gezeigten) Außenresonatorversuchsanordnung gemessen, wobei eine Seite der Probe AR-beschichtet und die andere Seite mit Gold beschichtet war. Es ergab sich eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit den in Fig. 4 dargestellten theoretischen Werten. Außerdem wurde der Zweiphotonenabsorptionskoeffizient auf 18 cm/GW bestimmt, was eine gute Übereinstimmung mit theoretischen Werten darstellt. Der nichtlineare Verlust der TPA-Probe wurde bei einer Intensität von annähernd 0,2 GW/cm2 auf 50% bestimmt. Unter sehr dicht fokussierenden Bedingungen (Leuchtpunktgröße annähernd 20 µm2) wurde eine optische Beschädigung bei der AR-beschichteten Oberfläche bei Intensitäten in der Größenordnung von 10 GW/cm2 beobachtet, was wesentlich mehr als die Spitzenwertintensität der QSML Impulse (1 GW/cm2) des vorliegend offenbarten Faserlasers ist.
Die Wirkung des TPA-Leistungsbegrenzers wurde in unterschiedlichen experimentellen Anordnungen untersucht, und die Leistungsfähigkeit des cw-modenkoppelnden Lasers wurde sodann mit derjenigen verglichen, wenn der TPA nicht vorhanden ist. Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, wurde bei einem Ausführungsbeispiel eine 350 µm dicke Schicht aus InP, dem Substrat, auf der Oberseite der ~0,75 µm dicken InGaAsP Absorberschicht belassen. Die InP Seitenoberfläche ist AR-beschichtet und die InGaAsP Seitenoberfläche ist HR- beschichtet (hochreflektierend). Der Einfügeverlust für die sättigbare Absorberschicht 34a bei diesen Versuchen betrug etwa 45%. Diese Ergebnisse wurden sodann mit einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispieles verglichen, bei der die InP-Schicht 35a und ihre AR-Beschichtung 36a nicht verwendet wurden. Der Laser zeigte hinsichtlich der Ausgabeleistung, Wellenlänge, dem Selbstauslösevorgang und der Störstabilität eine nahezu identische Leistungsfähigkeit im Vergleich zu dem Fall, wenn die InP-Schicht 35a entfernt wurde. Bei dieser durch Fig. 6 verdeutlichten Anordnung wurde die Leuchtpunktgröße auf dem Absorber 34a zwischen 12 und 5 µm variiert, aber selbst bei der höchstmöglichen Pumpleistung (70 mW) wurde kein Schaden bei dem sättigbaren Absorber beobachtet.
Eine andere Reihe von Vergleichen wurde unter Verwendung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 7 durchgeführt. Gemäß Fig. 7 sind die InP-Zweiphotonenabsorptionsschicht 35a und der sättigbare Absorber 35b auf gegenüberliegenden Seiten des Resonators 20b angeordnet. Bei dieser Anordnung wird die Leistungsfähigkeit des Lasers sowohl für einen InP-Wafer innerhalb des Resonators als auch für einen entfernten InP-Wafer analysiert. Wenn die InP-Schicht 35b aus dem Resonator entfernt wurde, wurde der sättigbare Absorber 34b während dem QSML leicht beschädigt, wenn die 980 nm Pumpdiodenleistung mehr als 60 mW bei einer Leuchtpunktgröße von ~12 µm (im Durchmesser) betrug. Mit der InP-Schicht 35b und 36b im Resonator wurde für die höchstmögliche Pumpleistung (~70 mW) und einer ~8 µm kleine Leuchtpunktgröße kein Schaden auf dem sättigbaren Absorber 34b aus InGaAsP beobachtet. Für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 wurden die Spitzenwertintensitäten der QSML-Impulse ebenfalls während des Auslösevorgangs des Modenkopplungsvorgangs überwacht (ähnlich zu dem gemäß Fig. 9). Es ergab sich, daß mit dem InP-Wafer im Resonator die Spitzenwertintensität der QSML-Impulse auf 1/5 des Wertes gegenüber dem Fall reduziert wurden, wenn der InP-Wafer nicht vorhanden war. Im allgemeinen reduziert die Verwendung eines optischen Leistungsbegrenzers wie eines Zweiphotonenabsorbers die Spitzenwertleistung von optischen Impulsen, und schützt somit den sättigbaren Absorber wirksam vor Beschädigung.
Da ein optischer Begrenzer wie ein Zweiphotonenabsorber etwas zusätzlichen Verlust einfügt, kann außerdem eine Verminderung bei der cw-modengekoppelten Ausgabeleistung erwartet werden. Tatsächlich betrüg für eine Impulsenergie von annähernd 0,2 nJ die ausgekoppelte cw-modengekoppelte Leistung der Anordnung gemäß Fig. 7 etwa 5% weniger als die des gleichen Lasers, jedoch mit einem von dem Resonator entfernten InP (35b und 36b).
Wie die vorstehende Diskussion nahelegt, erlaubt die Verwendung eines TPA als optischen Leistungsbegrenzer einen größeren Spielraum bei dem Entwurf und der Auswahl eines sättigbaren Absorbers und reduziert die Möglichkeit einer Beschädigung des sättigbaren Absorbers. Da ein TPA einen Schutz gegen optische oder thermisch induzierte Beschädigung bietet, gibt es einen größeren Spielraum bei der Auswahl der Leuchtpunktgröße auf dem sättigbaren Absorber, d. h., bei der Variation des nichtlinearen Verlustes. Weiterhin neigt der nichtlineare Verlust eines TPA dazu, den Faserlaser zu einem Betrieb in einem cw- modenkoppelnden Bereich zu zwingen.
Alternative modenkoppelnde/leistungsbegrenzende Ausführungsbeispiele 1. Verteilter Braggreflektor als starker Reflektor
Ein monolithischer resonanter sättigbarer Fabry-Perot- Absorberaufbau 100 (R-FPSA), welcher den optischen Aufbau 37a aus Fig. 6 ersetzen kann, ist in Fig. 10 dargestellt. Diese Vorrichtung weist vorzugsweise eine Gesamtdicke von 6,5 µm auf, damit eine relativ breite Bandbreite in der Größenordnung von 50 nm bereitgestellt wird. Bei dieser Vorrichtung dient ein λ/4-Verteilter Braggreflektor (DBR) 104 als starker Reflektor und ist vorzugsweise einem Halbleitersubstrat 108 überlagert (und kann darauf aufgewachsen sein). Ein Leistungsbegrenzer 53a' wie ein TPA kann sich dem DBR 104 anschließen, dem sich wiederum vorzugsweise ein sättigbarer Absorber 34a' anschließt. Eine reflektierende Schicht 112 ist vorzugsweise dem sättigbaren Absorber 34a' überlagert und wirkt als teilweise reflektierende Oberfläche. Das Reflexionsvermögen der reflektierenden Schicht 112 kann gewählt werden, damit der Betreiber eine größere Freiheit bei der Auswahl der Dichte des innenresonatorfokussierens erhält. Der sättigbare Absorber 34a' und der Leistungsbegrenzer 35a' wirken sehr ähnlich, wie ihre ungestrichenen Gegenstücke aus Fig. 6.
Eine Entwurfsbetrachtung hinsichtlich der vorliegend offenbarten Fabry-Perot-Vorrichtungen besteht darin, daß der freie Spektralbereich Δλ im Vergleich zu der Bandbreite der Laserimpulse groß sein sollte. Somit ist die gesamte Dicke für die absorbierende Schicht plus beliebige Zweiphotonenabsorptionsschichten vorzugsweise auf t = λ2/2nΔλ begrenzt. Falls beispielsweise das gewünschte Δλ bei 1,5 µm 50 nm beträgt, sollte die Dicke des Resonanzresonators weniger als 6,5 µm für eine Brechungsindex von ~3,5 betragen. Andererseits sollte bei einer gegebenen Fabry-Perot-Resonatordicke das Reflexionsvermögen R so gewählt werden, daß RF-P vorzugsweise relativ flach über das Laserverstärkungsprofil verläuft, so daß die abgestrahlte Laserwellenlänge nicht zu weit von dem Verstärkungsspitzenwert verschoben wird.
Die Lagen für den sättigbaren Absorber 34a' und die TPA Schicht 35a' können ausgetauscht werden, damit sie der in Fig. 6 gezeigten Schichtreihenfolge entsprechen. Weiterhin können bei diesem und den anderen vorliegend offenbarten Ausführungsbeispielen der sättigbare Absorber und der TPA an einem beliebigen Ort in der optischen Vorrichtung angeordnet sein, und der TPA kann tatsächlich über die ganze Vorrichtung verteilt sein.
2. Ein verteilter sättigbarer Absorber und TPA
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 sind ein sättigbarer Absorberwerkstoff 120 und optisch begrenzender Werkstoff 126 (beispielsweise ein Zweiphotonenabsorber) über einen Teil eines Laserresonators 20c verteilt, der ansonsten seinem Gegenstück aus Fig. 6 ähnlich ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der absorbierende Werkstoff 120 vorzugsweise an Antiknotenpunkten einer stehenden Welle 130 im Fabry-Perot-Resonator angeordnete Dünnschichten auf, wobei der TPA Werkstoff 126 als Abstandseinrichtung zwischen den dünnen absorbierenden Schichten verwendet wird. Da der in die Vorrichtung eintretende Bruchteil des Lichtes eine Funktion der Reflexion der Vorderoberfläche ist, hängt die Amplitude der innerhalb der Vorrichtung ausgebildeten stehenden Welle von dem Reflektor 42c der Vorderoberfläche ab. In diesem Fall ist die stehende Welle zwischen dem sich zu dem hinteren starken Reflektor ausbreitenden und dem durch den hinteren starken Reflektor reflektierten Licht ausgebildet. Somit kann die Intensität auf den absorbierenden Schichten 120 wie bei den anderen vorliegend offenbarten R-FPSA Vorrichtungen gesteuert werden.
3. Abstimmbare Bandlücken
Die sättigbaren Absorber können in einem begrenzten Ausmaß durch eine Veränderung ihrer effektiven Bandlücke abgestimmt werden. Dies kann durch eine Veränderung der Ladungsträgerinjektionsrate durch Vorspannen erfolgen, beispielsweise durch Anlegen von elektrischen Zuleitungen an den sättigbaren Absorber. Eine ähnliche Technik wurde im Zusammenhang mit von vertikalen Resonatoroberflächen abstrahlenden Lasern (VCSELs) verwendet (vgl. beispielsweise J. A. Hudgings, S. F. Lim, G. S. Li, W. Yuen, K. Y. Lau und C. J. Chang-Hasinain, "Frequency tuning of self-pulsating in VCSEL with a voltage-controlled saturable absorber", OSA Technical digest 12, S. 10, OFC 1998). Ein elektrisches Signal von den elektrischen Zuleitungen kann außerdem zur Überwachung des von den optischen Impulsen erzeugten Photostromes verwendet werden. Ein derartiges Signal kann ebenfalls für Synchronisationszwecke verwendet werden.
4. Weitere Ausführungsbeispiele
Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Amplitudenantwort von Zweiphotonenabsorbern (TPAs) weisen TPAs außerdem eine Phasenantwort auf, wobei die Phasenantwort sich aus nichtlinearen Veränderungen bei dem Brechungsindex der TPAs ergibt. Zweiphotonenhalbleiterabsorber sind im allgemeinen von der Antwort von sowohl gebundenen als auch freien Ladungsträgern betroffen. Die Reaktionszeit von gebundenen und freien Ladungsträgern kann sehr unterschiedlich sein, wobei sie von etwa 300 fs für gebundene Ladungsträger bis zu einem Bereich von ~1 ps - 30 ns für freie Ladungsträger reicht. Die Amplitudenantwort von Halbleiter-TPAs, die bei Laserfrequenzen oberhalb der halben Bandlücke arbeiten, ist hauptsächlich durch gebundene Ladungsträger begründet, wohingegen die Phasenantwort sowohl von gebundenen als auch freien Ladungsträgern betroffen ist. Somit kann die Phasenantwort von TPAs im Vergleich zu der Amplitudenantwort eine sehr viel längere Lebensdauer aufweisen.
Der nichtlineare Brechungsindex verändert ein Voreilen im Selbstfokussieren oder Defokussieren; bei einem gut oberhalb der halben Bandlücke arbeitenden Halbleiter ist ein Selbstdefokussieren typisch. Sowohl Selbstdefokussieren als auch Selbstfokussieren führen zu intensitätsabhängigen Veränderungen der Divergenz der optischen Strahlen innerhalb eines Laserresonators. Die Übertragung durch eine irgendwo innerhalb des Laserresonators angeordnete Apertur kann somit eingestellt werden, damit sie als Funktion der Intensität sinkt, und daher kann außerdem eine effektive optische Begrenzungswirkung durch die Phasenantwort des TPAs erhalten werden. Es sei angemerkt, daß bei einem eine einzelne Modenfaser aufweisenden Resonator die Faser selbst eine derartige Apertur bereitstellt, und ein Resonator, der ein phasenantwortinduziertes optisches Begrenzen aufweist, erscheint einer der beiden Fig. 6 oder 7 ähnlich und ist nicht getrennt gezeigt.
Ein Selbstdefokussiervorgang kann außerdem zu einem weiteren optischen Begrenzungsmechanismus führen. Dies kann wie folgt erklärt werden. Es sei ein optisches Element angenommen, bei dem der TPA mit dem SA und einem starken Reflektor (HR) integriert ist, wobei der TPA vor dem SA und dem benachbarten HR angeordnet ist, und es soll weiterhin der gesamte Aufbau an einem Ende eines Fabry-Perot- Resonators angeordnet sein, wie er in Fig. 6 gezeigt ist. Die Intensität des auf den SA-Absorber auftreffenden optischen Strahls kann sodann durch einen Selbstdefokussiervorgang in dem TPA begrenzt werden, was zu einem Anstieg in dem Strahldurchmesser auf dem SA mit ansteigender Intensität führt.
Da die TPA-induzierten Indexveränderungen relativ langlebig und der Resonatorumlaufzeit vergleichbar sein können, kann sich darüber hinaus das Ausmaß an Selbstdefokussieren von Impuls zu Impuls ansammeln, was zu einer weiteren Verbesserung des optisch begrenzenden Effektes bei einem güteschaltenden modenkoppelnden Laser führt.
Es sei angemerkt, daß der Bereich der Erfindung nicht durch die Darstellungen oder deren vorstehende Beschreibung begrenzt ist, sondern vielmehr durch die beigefügten, Ansprüche, und daß sich bestimmte Variationen und Abwandlungen dieser Erfindung dem Durchschnittsfachmann von selbst ergeben.

Claims (56)

1. Modenkoppelnder Laser, mit:
einem Verstärkungsmedium (10a);
ersten und zweiten Reflektoren (38a, 48a), die an gegenüberliegenden Enden des Verstärkungsmediums (10a) zur Ausbildung eines optischen Resonators (20a) angeordnet sind;
einem dritten Reflektor (36a), der innerhalb des Resonators (20a) angeordnet ist und von dem ersten Reflektor (42a) zur Ausbildung eines Fabry-Perot-Etalons (37a) beabstandet ist, welches sich bei der Laserfrequenz annähernd in Resonanz befindet; und
einem sättigbaren Absorber (34a) mit nichtlinearen Absorptionseigenschaften, der modengekoppelte Laserimpulse induziert, wobei der Absorber (34a) innerhalb des Fabry- Perot-Etalons (37a) angeordnet ist.
2. Laser nach Anspruch 1, zudem mit einer Güteschalten- Unterdrückungseinrichtung.
3. Laser nach Anspruch 2, wobei die Güteschalten- Unterdrückungseinrichtung einen innerhalb des Resonators (20a) angeordneten Zweiphotonenabsorber (35a; TPA) aufweist.
4. Laser nach Anspruch 3, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) innerhalb des Resonators (20a) verteilt ist.
5. Laser nach Anspruch 3, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) selbstdefokussierend ist.
6. Laser nach Anspruch 3, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) auf dem sättigbaren Absorber (34a) angeordnet ist.
7. Laser nach Anspruch 3, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) sich dem ersten Reflektor anschließt.
8. Laser nach Anspruch 3, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) den Werkstoff InP, InGaAs, GaAs, InGaAsP, ZnS, CdSe, CdS, CdTe, AlAs oder AlGaAs aufweist.
9. Laser nach Anspruch 1, zudem mit einer Schutzeinrichtung, die den sättigbaren Absorber vor optisch induzierter Beschädigung schützt.
10. Laser nach Anspruch 9, wobei die Schutzeinrichtung einen innerhalb des Resonators (20a) angeordneten Zweiphotonenabsorber (TPA) aufweist.
11. Laser nach Anspruch 10, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) den Werkstoff InP, InGaAs, GaAs, InGaAsP, ZnS, CdSe, CdS, CdTe, AlAs oder AlGaAs aufweist.
12. Laser nach Anspruch 1, zudem mit einem innerhalb des Resonators (20a) angeordneten Polarisationsdriftkompensator.
13. Laser nach Anspruch 1, wobei der sättigbare Absorber (34a) zwischen dem ersten Reflektor (42a) und dem dritten Reflektor (36a) angeordnet ist.
14. Laser nach Anspruch 1, wobei der sättigbare Absorber innerhalb des Resonators (20a) verteilt ist.
15. Laser nach Anspruch 1, wobei das Fabry-Perot-Etalon (37a) abstimmbar ist.
16. Laser nach Anspruch 1, wobei das Fabry-Perot-Etalon (37a) einen monolithischen Aufbau aufweist.
17. Laser nach Anspruch 16, wobei der monolithische Aufbau einen Verteilten Braggreflektor (104) aufweist, der einem Halbleitersubstrat (108) überlagert ist.
18. Laser nach Anspruch 17, wobei der monolithische Aufbau zudem versehen ist mit:
einem Zweiphotonenabsorber (35a'; TPA), der sich dem Verteilten Braggreflektor (104) anschließt; und
dem sättigbaren Absorber (34a'), der sich dem Zweiphotonenabsorber (35a'; TPA) anschließt.
19. Laser nach Anspruch 1, wobei das Fabry-Perot-Etalon (37a) einen freien Spektralbereich aufweist, der im Vergleich zu der Bandbreite der modengekoppelten Laserimpulse groß ist.
20. Laser nach Anspruch 1, wobei die Resonanzbandbreite des Fabry-Perot-Etalons breiter als die Verstärkungsbandbreite des Lasers ist.
21. Laser nach Anspruch 1, wobei der sättigbare Absorber InGaAsP aufweist.
22. Verfahren zur Erzeugung von cw-modengekoppelten Laserimpulsen, mit den Schritten:
Erzeugung von gütegeschalteten modengekoppelten Laserimpulsen; und
Unterdrückung von Güteschalten.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Unterdrückungsschritt eine Absorption von gütegeschalteten Laserimpulsen aufweist.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Absorptionsschritt einen Bruchteil der gütegeschalteten Impulse absorbiert.
25. Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Absorptionsschritt Zweiphotonenabsorption aufweist.
26. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Erzeugungsschritt versehen ist mit den Schritten
Pumpen eines innerhalb eines Laserresonators angeordneten Verstärkungsmediums; und
Absorbieren optischer Strahlung von dem Verstärkungsmedium in einem Fabry-Perot-Aufbau.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei bei dem Erzeugungsschritt zusätzlich das Licht innerhalb des Fabry- Perot-Aufbaus in Resonanz gebracht wird.
28. Verfahren zum Erzeugen von cw-modengekoppelter Laserenergie mit dem Schritt:
entwickeln eines cw-Modenkopplungsvorgangs aus einem gütegeschalteten Modenkopplungsvorgang.
29. Cw-modengekoppelter Laser, mit:
einem optischen Resonator;
einem Verstärkungsmedium innerhalb des optischen Resonators; und
einem innerhalb des Resonators angeordneten Zweiphotonenabsorber (TPA).
30. Modengekoppelter Laser nach Anspruch 29, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) cw-modengekoppelte Laserimpulse induziert.
31. Modengekoppelter Laser nach Anspruch 29, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) InP aufweist.
32. Cw-modengekoppelter Laser, mit:
einem optischen Resonator;
einem Verstärkungsmedium innerhalb des optischen Resonators;
einem innerhalb des Resonators angeordneten sättigbaren Absorber, wobei der sättigbare Absorber mit nichtlinearen Absorptionseigenschaften versehen ist und modengekoppelte Laserimpulse induziert; und
einer Güteschalten-Unterdrückungseinrichtung, die innerhalb des Resonators angeordnet ist.
33. Verfahren zur Erzeugung cw-modengekoppelter Laserimpulse, mit den Schritten:
Erzeugung von gütegeschalteten modengekoppelten Laserimpulsen; und
bevorzugtem Unterdrücken von Güteschalten ohne cw­ modengekoppelte Laserimpulse zu unterdrücken.
34. Verfahren zur Erzeugung von cw-modengekoppelter Laserenergie, mit dem Schritt:
Erzeugung von gütegeschalteten modengekoppelten Impulsen.
35. Modengekoppelter Laser, mit:
einem Verstärkungsmedium;
ersten und zweiten Reflektoren, die auf gegenüberliegenden Enden des Verstärkungsmediums zur Ausbildung eines optischen Resonators angeordnet sind; und
einem resonanten sättigbaren Fabry-Perot-Absorber (R-FPSA), der innerhalb des Resonators angeordnet ist, wobei der resonante sättigbare Fabry-Perot-Absorber (R-FPSA) mit nichtlinearen Absorptionseigenschaften versehen ist und modengekoppelte Laserimpulse induziert.
36. Laser nach Anspruch 35, zudem mit einer Güteschalten- Unterdrückungseinrichtung.
37. Laser nach Anspruch 36, wobei die Güteschalten- Unterdrückungseinrichtung einen innnerhalb des Resonators angeordneten Zweiphotonenabsorber (TPA) aufweist.
38. Laser nach Anspruch 37, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) innerhalb des Resonators verteilt ist.
39. Laser nach Anspruch 37, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) selbstdefokussierend ist.
40. Laser nach Anspruch 37, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) auf dem resonanten sättigbaren Fabry-Perot-Absorber (R-FPSA) angeordnet ist.
41. Laser nach Anspruch 37, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) sich dem ersten Reflektor anschließt.
42. Laser nach Anspruch 37, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) InP aufweist.
43. Laser nach Anspruch 1, zudem mit einer Schutzeinrichtung, die den resonanten sättigbaren Fabry- Perot-Absorber (R-FPSA) vor optisch induzierter Beschädigung schützt.
44. Laser nach Anspruch 43, wobei die Schutzeinrichtung einen innerhalb des Resonators angeordneten Zweiphotonenabsorber (TPA) aufweist.
45. Laser nach Anspruch 44, wobei der Zweiphotonenabsorber (TPA) InP aufweist.
46. Laser nach Anspruch 35, zudem mit einem innerhalb des Resonators angeordneten Polarisationsdriftkompensator.
47. Laser nach Anspruch 35, wobei der resonante sättigbare Fabry-Perot-Absorber (R-FPSA) einen sättigbaren Absorber aufweist, der zwischen dem ersten Reflektor und einem Teilreflektor angeordnet ist.
48. Laser nach Anspruch 35, wobei der resonante sättigbare Fabry-Perot-Absorber (R-FPSA) einen sättigbare Absorber aufweist, der innerhalb des Resonators verteilt ist.
49. Laser nach Anspruch 35, wobei der resonante sättigbare Fabry-Perot-Absorber (R-FPSA) abstimmbar ist.
50. Laser nach Anspruch 35, wobei der resonante sättigbare Fabry-Perot-Absorber einen monolithischen Aufbau aufweist.
51. Laser nach Anspruch 50, wobei der monolithische Aufbau einen Verteilten Braggreflektor aufweist, der einem Halbleitersubstrat überlagert ist.
52. Laser nach Anspruch 51, wobei der monolithische Aufbau zudem versehen ist mit:
einem Zweiphotonenabsorber (TPA), der sich dem Verteilten Braggreflektor anschließt; und
ein sättigbarer Absorber sich dem Zweiphotonenabsorber (TPA) anschließt.
53. Laser nach Anspruch 35, wobei der resonante sättigbare Fabry-Perot-Absorber (R-FPSA) einen freien Spektralbereich aufweist, der im Vergleich zu der Bandbreite der modengekoppelten Laserimpulse groß ist.
54. Laser nach Anspruch 35, wobei die Resonanzbandbreite des resonanten sättigbaren Fabry-Perot-Absorbers (R-FPSA) breiter als die Verstärkungsbandbreite des Lasers ist.
55. Laser nach Anspruch 35, wobei der resonante sättigbare Fabry-Perot-Absorber (R-FPSA) InGaAsP aufweist.
56. Modengekoppelter Laser, mit:
einem optischen Resonator, der ein Verstärkungsmedium beinhaltet;
einem Fabry-Perot-Etalon innerhalb des Resonators, das sich bei der Laserfrequenz annähernd in Resonanz befindet; und
einem sättigbaren Absorber mit nichtlinearen Absorptionseigenschaften, das modengekoppelte Laserimpulse induziert, wobei der Absorber innerhalb des Fabry-Perot- Etalons angeordnet ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002011252A2 (de) * 2000-07-28 2002-02-07 Daniel Kopf Laser für anwendungen in der nichtlinearen optik
DE10124983B4 (de) * 2000-05-23 2013-04-18 Imra America, Inc. Modulare hochenergetische breit abstimmbare ultraschnelle Faserquelle

Families Citing this family (90)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7656578B2 (en) 1997-03-21 2010-02-02 Imra America, Inc. Microchip-Yb fiber hybrid optical amplifier for micro-machining and marking
US6252892B1 (en) * 1998-09-08 2001-06-26 Imra America, Inc. Resonant fabry-perot semiconductor saturable absorbers and two photon absorption power limiters
FR2784202B1 (fr) * 1998-10-05 2003-07-04 Cit Alcatel Dispositif de regeneration d'un signal multiplexe en longueurs d'onde comprenant un absorbant saturable
US6275512B1 (en) * 1998-11-25 2001-08-14 Imra America, Inc. Mode-locked multimode fiber laser pulse source
BE1013518A6 (fr) * 1999-05-03 2002-03-05 Univ Notre Dame De La Paix Mode-blocage d'un laser pulse par combinaison d'un miroir non-lineaire et d'un limiteur d'intensite.
US6546027B1 (en) * 1999-12-01 2003-04-08 Hoya Photonics, Inc. Laser saturable absorber and passive negative feedback elements, and method of producing energy output therefrom
US6570904B1 (en) * 1999-12-30 2003-05-27 National Science Council Two-mirror figure “8” ring resonantor
US6735234B1 (en) * 2000-02-11 2004-05-11 Giga Tera Ag Passively mode-locked optically pumped semiconductor external-cavity surface-emitting laser
US6741619B1 (en) * 2000-04-03 2004-05-25 Massachusetts Institute Of Technology Semiconductor elements for stabilizing laser output
US6826205B1 (en) * 2000-05-22 2004-11-30 Lightwave Electronics Corporation Etalon enhanced saturable reflector for mode-locked lasers
US7088756B2 (en) * 2003-07-25 2006-08-08 Imra America, Inc. Polarization maintaining dispersion controlled fiber laser source of ultrashort pulses
US7190705B2 (en) 2000-05-23 2007-03-13 Imra America. Inc. Pulsed laser sources
US6552844B2 (en) * 2001-06-01 2003-04-22 Agere Systems Guardian Corp. Passively output flattened optical amplifier
JP2005500705A (ja) * 2001-08-21 2005-01-06 ジェンドロン、デニス、ジェイ． 新規ｑスイッチデバイスを用いたｑスイッチパルスレーザーにおけるモードビートノイズの抑制
JP4345278B2 (ja) * 2001-09-14 2009-10-14 セイコーエプソン株式会社 パターニング方法、膜形成方法、パターニング装置、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法、カラーフィルタの製造方法、電気光学装置の製造方法、及び電子装置の製造方法
DE10148735A1 (de) * 2001-09-27 2003-04-17 Forschungsverbund Berlin Ev Vorrichtung zur simultanen Erzeugung kurzer Laserimpulse und elektrischer Impulse
US6538298B1 (en) 2001-12-10 2003-03-25 Gigatera Ag Semiconductor saturable absorber mirror
WO2003075362A2 (en) * 2002-03-01 2003-09-12 The Provost, Fellows And Scholars Of The College Of The Holy And Undivided Trinity Of Queen Elizabeth Near Dublin A semiconductor photodetector
AU2003261883A1 (en) * 2002-09-09 2004-03-29 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Two-photon absorption materials
US7103076B2 (en) * 2002-10-24 2006-09-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ultrashort pulsed laser and optical head using the same
AU2003299854A1 (en) * 2002-12-20 2004-07-22 Alnaire Laboratories Corporation Optical pulse lasers
US7039075B2 (en) * 2003-04-11 2006-05-02 Thornton Robert L Fiber extended, semiconductor laser
US7361171B2 (en) * 2003-05-20 2008-04-22 Raydiance, Inc. Man-portable optical ablation system
US6788715B1 (en) * 2003-05-30 2004-09-07 Princeton Optronics Stabilized laser using multiphoton absorption to reduce intensity fluctuations
US7414780B2 (en) 2003-06-30 2008-08-19 Imra America, Inc. All-fiber chirped pulse amplification systems
US20050038487A1 (en) * 2003-08-11 2005-02-17 Richard Stoltz Controlling pulse energy of an optical amplifier by controlling pump diode current
US20050065502A1 (en) * 2003-08-11 2005-03-24 Richard Stoltz Enabling or blocking the emission of an ablation beam based on color of target
US7115514B2 (en) * 2003-10-02 2006-10-03 Raydiance, Inc. Semiconductor manufacturing using optical ablation
US8173929B1 (en) 2003-08-11 2012-05-08 Raydiance, Inc. Methods and systems for trimming circuits
US7143769B2 (en) * 2003-08-11 2006-12-05 Richard Stoltz Controlling pulse energy of an optical amplifier by controlling pump diode current
US9022037B2 (en) 2003-08-11 2015-05-05 Raydiance, Inc. Laser ablation method and apparatus having a feedback loop and control unit
US8921733B2 (en) 2003-08-11 2014-12-30 Raydiance, Inc. Methods and systems for trimming circuits
US7367969B2 (en) * 2003-08-11 2008-05-06 Raydiance, Inc. Ablative material removal with a preset removal rate or volume or depth
US7356053B2 (en) * 2003-10-06 2008-04-08 Continuum Electro-Optics, Inc. Mode-locked laser with variable pulse duration
US7413847B2 (en) * 2004-02-09 2008-08-19 Raydiance, Inc. Semiconductor-type processing for solid-state lasers
US7804864B2 (en) 2004-03-31 2010-09-28 Imra America, Inc. High power short pulse fiber laser
US7486705B2 (en) 2004-03-31 2009-02-03 Imra America, Inc. Femtosecond laser processing system with process parameters, controls and feedback
US20060007965A1 (en) * 2004-07-12 2006-01-12 Nikolai Tankovich Passive Q-switch modulated fiber laser
US20060029110A1 (en) * 2004-08-03 2006-02-09 Imra America, Inc. Cavity monitoring device for pulse laser
US7924892B2 (en) * 2004-08-25 2011-04-12 Kla-Tencor Technologies Corporation Fiber amplifier based light source for semiconductor inspection
US7349452B2 (en) * 2004-12-13 2008-03-25 Raydiance, Inc. Bragg fibers in systems for the generation of high peak power light
US7668213B2 (en) 2004-12-30 2010-02-23 Imra America, Inc. Method and apparatus for obtaining and maintaining mode-locking in fiber laser systems
US7203209B2 (en) * 2005-01-19 2007-04-10 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. System and method for a passively Q-switched, resonantly pumped, erbium-doped crystalline laser
US20060171426A1 (en) * 2005-02-02 2006-08-03 Andrei Starodoumov Fiber-laser with intracavity polarization maintaining coupler providing plane polarized output
WO2006106170A1 (en) * 2005-04-06 2006-10-12 Reflekron Oy Semiconductor saturable absorber reflector and method to fabricate thereof
EP1720223A1 (de) * 2005-05-07 2006-11-08 Aarhus Universitet Umgebungsstabiler, selbststartender, modengekoppelter Faserlaser und Verfahren zur Erzeugung modengekoppelter Laserpulsen
US7233643B2 (en) * 2005-05-20 2007-06-19 Oxford Instruments Analytical Oy Measurement apparatus and method for determining the material composition of a sample by combined X-ray fluorescence analysis and laser-induced breakdown spectroscopy
KR100714600B1 (ko) * 2005-06-30 2007-05-07 삼성전기주식회사 외부공진구조를 갖는 업컨버젼 광섬유 레이저
US8135050B1 (en) 2005-07-19 2012-03-13 Raydiance, Inc. Automated polarization correction
US7787506B1 (en) 2005-07-26 2010-08-31 Coherent, Inc. Gain-switched fiber laser system
JP2007042798A (ja) * 2005-08-02 2007-02-15 Aisin Seiki Co Ltd パルスレーザーの共振器モニタ装置
US7245419B2 (en) * 2005-09-22 2007-07-17 Raydiance, Inc. Wavelength-stabilized pump diodes for pumping gain media in an ultrashort pulsed laser system
US7308171B2 (en) * 2005-11-16 2007-12-11 Raydiance, Inc. Method and apparatus for optical isolation in high power fiber-optic systems
US7436866B2 (en) 2005-11-30 2008-10-14 Raydiance, Inc. Combination optical isolator and pulse compressor
US7444049B1 (en) 2006-01-23 2008-10-28 Raydiance, Inc. Pulse stretcher and compressor including a multi-pass Bragg grating
US8189971B1 (en) 2006-01-23 2012-05-29 Raydiance, Inc. Dispersion compensation in a chirped pulse amplification system
US9130344B2 (en) 2006-01-23 2015-09-08 Raydiance, Inc. Automated laser tuning
US8232687B2 (en) 2006-04-26 2012-07-31 Raydiance, Inc. Intelligent laser interlock system
US8120778B2 (en) 2009-03-06 2012-02-21 Imra America, Inc. Optical scanning and imaging systems based on dual pulsed laser systems
US8571075B2 (en) 2010-11-29 2013-10-29 Imra America, Inc. Frequency comb source with large comb spacing
US7822347B1 (en) 2006-03-28 2010-10-26 Raydiance, Inc. Active tuning of temporal dispersion in an ultrashort pulse laser system
US8556925B2 (en) * 2007-10-11 2013-10-15 Vibrynt, Inc. Devices and methods for treatment of obesity
CN100461557C (zh) * 2006-12-27 2009-02-11 中国科学院上海技术物理研究所 被动式饱和箝位输出光强连续可调的碲镉汞光限幅器
JP5288772B2 (ja) * 2007-11-02 2013-09-11 キヤノン株式会社 化学センサ素子、センシング装置およびセンシング方法
US7903326B2 (en) 2007-11-30 2011-03-08 Radiance, Inc. Static phase mask for high-order spectral phase control in a hybrid chirped pulse amplifier system
US7991022B1 (en) 2008-01-16 2011-08-02 Calmar Optcom, Inc. Optical pulse amplification based on stimulated Raman scattering
US7817681B2 (en) * 2008-06-26 2010-10-19 Corning Incorporated Pulse stretching optical fiber and related systems and methods
US8125704B2 (en) 2008-08-18 2012-02-28 Raydiance, Inc. Systems and methods for controlling a pulsed laser by combining laser signals
US8498538B2 (en) 2008-11-14 2013-07-30 Raydiance, Inc. Compact monolithic dispersion compensator
FR2939405B1 (fr) * 2008-12-09 2010-11-26 Airbus France Troncon de fuselage d'aeronef
CN102576971A (zh) * 2009-10-02 2012-07-11 Imra美国公司 锁模激光器的光信号处理
JP5368360B2 (ja) * 2010-04-09 2013-12-18 浜松ホトニクス株式会社 パルスファイバレーザ装置
KR20140018183A (ko) 2010-09-16 2014-02-12 레이디안스, 아이엔씨. 적층 재료의 레이저 기반 처리
US8554037B2 (en) 2010-09-30 2013-10-08 Raydiance, Inc. Hybrid waveguide device in powerful laser systems
US8787410B2 (en) 2011-02-14 2014-07-22 Imra America, Inc. Compact, coherent, high brightness light sources for the mid and far IR
JP6290077B2 (ja) 2011-05-27 2018-03-07 イムラ アメリカ インコーポレイテッド コンパクトな光周波数コム・システム
US10239160B2 (en) 2011-09-21 2019-03-26 Coherent, Inc. Systems and processes that singulate materials
TWI464983B (zh) 2011-12-05 2014-12-11 Ind Tech Res Inst 超快雷射產生系統及其方法
US8786840B1 (en) * 2012-01-26 2014-07-22 U.S. Department Of Energy Method and device for remotely monitoring an area using a low peak power optical pump
JP5929331B2 (ja) * 2012-03-06 2016-06-01 ソニー株式会社 記録装置
WO2013139783A1 (en) * 2012-03-22 2013-09-26 University Of Limerick A sensor for combined temperature, pressure, and refractive index detection
DE112014005158B4 (de) 2013-11-12 2022-02-17 Imra America, Inc. Kompakte faserbasierte Kurzpuls-Laserquellen
US11793877B2 (en) * 2015-10-06 2023-10-24 Rensselaer Polytechnic Institute Controlled drug release from electrospun fibers
CN105958307A (zh) * 2016-06-21 2016-09-21 上海理工大学 一种锁模器件及应用锁模器件的光纤激光器
CN106711748B (zh) * 2016-12-23 2020-06-02 电子科技大学 一种全光纤结构的高能量矩形激光脉冲产生系统及方法
CN106602398B (zh) * 2017-01-25 2020-04-07 中国科学院福建物质结构研究所 电光调q可调谐激光器和方法及应用其的激光医疗设备
WO2018191808A1 (en) 2017-04-20 2018-10-25 Huawei Technologies Co., Ltd. Optical pulse clipper for lidar
US11462881B2 (en) * 2017-06-06 2022-10-04 Vescent Photonics LLC Method and device for altering repetition rate in a mode-locked laser
CA3098712A1 (en) * 2018-05-03 2019-11-07 Quantum-Si Incorporated Characterizing an optical element
WO2021080697A1 (en) * 2019-10-23 2021-04-29 The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Intrinsic and tunable self-modulating optical limiter via strong cavity coupling

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3743964A (en) * 1972-03-20 1973-07-03 Ibm Q-switching saturable absorber dye for a laser
US3764937A (en) * 1972-04-26 1973-10-09 United Aircraft Corp Frequency controlled, passively q-switch laser
US3866141A (en) * 1973-12-21 1975-02-11 Us Air Force Bandwidth-limited, cavity-dumped, laser system
US4059759A (en) * 1976-05-25 1977-11-22 The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration Passive and active pulse stacking scheme for pulse shaping
US4227159A (en) * 1978-01-24 1980-10-07 Allied Chemical Corporation Common-resonator pre-locked laser
US4176327A (en) * 1978-01-25 1979-11-27 United Technologies Corporation Method for cavity dumping a Q-switched laser
US4435809A (en) 1981-09-14 1984-03-06 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Passively mode locked laser having a saturable absorber
US4528668A (en) * 1982-07-30 1985-07-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Programmable multifunction laser
US4723248A (en) * 1983-06-10 1988-02-02 Allied Corporation Optical limiter
US4633475A (en) 1983-06-10 1986-12-30 Allied Corporation Optical limiter
US4860296A (en) 1983-12-30 1989-08-22 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Laser controlled by a multiple-layer heterostructure
US4846561A (en) 1988-06-21 1989-07-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Monolithic optical power limiter based on two-photon absorption
NL9000532A (nl) * 1990-03-08 1991-10-01 Philips Nv Inrichting voor het opwekken van blauw laserlicht.
US4965803A (en) * 1990-03-30 1990-10-23 The United Stats Of America As Represented By The Scretary Of The Navy Room-temperature, laser diode-pumped, q-switched, 2 micron, thulium-doped, solid state laser
NZ238031A (en) * 1990-05-02 1993-09-27 British Telecomm Optical fibre laser generating solitons
US5496306A (en) 1990-09-21 1996-03-05 Light Age, Inc. Pulse stretched solid-state laser lithotripter
JP3151881B2 (ja) * 1991-06-07 2001-04-03 キヤノン株式会社 光パルス幅測定装置
US5345454A (en) * 1991-11-06 1994-09-06 At&T Bell Laboratories Antiresonant Fabry-Perot p-i-n modulator
US5237577A (en) * 1991-11-06 1993-08-17 At&T Bell Laboratories Monolithically integrated fabry-perot saturable absorber
US5226049A (en) * 1992-02-06 1993-07-06 Amoco Corporation Optical fiber rare earth ion upconversion laser system
US5278855A (en) * 1992-05-11 1994-01-11 At&T Bell Laboratories Broadband semiconductor saturable absorber
US5272708A (en) * 1992-10-30 1993-12-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Two-micron modelocked laser system
US5325227A (en) * 1993-08-23 1994-06-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Laser attenuation means
US5422897A (en) * 1994-01-28 1995-06-06 British Telecommunications Public Limited Company Two-stage mono-mode optical fibre laser
US5436925A (en) 1994-03-01 1995-07-25 Hewlett-Packard Company Colliding pulse mode-locked fiber ring laser using a semiconductor saturable absorber
US5494782A (en) * 1994-07-29 1996-02-27 Sony Corporation Direct to stamper/mother optical disk mastering
US5488620A (en) * 1995-01-05 1996-01-30 Hughes Aircraft Company Passively mode locked-laser and method for generating a pseudo random optical pulse train
US5659558A (en) * 1995-03-06 1997-08-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Short-wavelength laser element doped with rare earth ions, optical amplifier doped with rare earth ions, and wavelength converter doped with rare earth ions
US5627854A (en) 1995-03-15 1997-05-06 Lucent Technologies Inc. Saturable bragg reflector
US5696782A (en) * 1995-05-19 1997-12-09 Imra America, Inc. High power fiber chirped pulse amplification systems based on cladding pumped rare-earth doped fibers
JP3734560B2 (ja) * 1996-03-25 2006-01-11 浜松ホトニクス株式会社 超短パルスレーザ装置
US5701327A (en) 1996-04-30 1997-12-23 Lucent Technologies Inc. Saturable Bragg reflector structure and process for fabricating the same
US5880877A (en) * 1997-01-28 1999-03-09 Imra America, Inc. Apparatus and method for the generation of high-power femtosecond pulses from a fiber amplifier
US6249630B1 (en) * 1996-12-13 2001-06-19 Imra America, Inc. Apparatus and method for delivery of dispersion-compensated ultrashort optical pulses with high peak power
US5862287A (en) * 1996-12-13 1999-01-19 Imra America, Inc. Apparatus and method for delivery of dispersion compensated ultrashort optical pulses with high peak power
US6188705B1 (en) * 1997-05-16 2001-02-13 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Fiber grating coupled light source capable of tunable, single frequency operation
US5818630A (en) * 1997-06-25 1998-10-06 Imra America, Inc. Single-mode amplifiers and compressors based on multi-mode fibers
US6141359A (en) * 1998-01-30 2000-10-31 Lucent Technologies, Inc. Modelocking laser including self-tuning intensity-dependent reflector for self-starting and stable operation
US6034975A (en) * 1998-03-09 2000-03-07 Imra America, Inc. High power, passively modelocked fiber laser, and method of construction
US6275250B1 (en) * 1998-05-26 2001-08-14 Sdl, Inc. Fiber gain medium marking system pumped or seeded by a modulated laser diode source and method of energy control
US6252892B1 (en) * 1998-09-08 2001-06-26 Imra America, Inc. Resonant fabry-perot semiconductor saturable absorbers and two photon absorption power limiters
US6275512B1 (en) * 1998-11-25 2001-08-14 Imra America, Inc. Mode-locked multimode fiber laser pulse source
DE19941836C2 (de) * 1999-09-02 2001-09-13 Toshiba Kawasaki Kk Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10124983B4 (de) * 2000-05-23 2013-04-18 Imra America, Inc. Modulare hochenergetische breit abstimmbare ultraschnelle Faserquelle
US9819142B2 (en) 2000-05-23 2017-11-14 Imra America, Inc. Modular, high energy, widely-tunable ultrafast fiber source
WO2002011252A2 (de) * 2000-07-28 2002-02-07 Daniel Kopf Laser für anwendungen in der nichtlinearen optik
WO2002011252A3 (de) * 2000-07-28 2002-05-02 Daniel Kopf Laser für anwendungen in der nichtlinearen optik
US7088744B2 (en) 2000-07-28 2006-08-08 Daniel Kopf Laser for use in non-linear optics

Also Published As

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