DE602005003148T2 - Faserverstärker zur Erzeugung von Femtosekundenpulsen in einer Monomodenfaser - Google Patents

Faserverstärker zur Erzeugung von Femtosekundenpulsen in einer Monomodenfaser Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Quelle zum Erzeugen von optischen Femtosekundenpulsen mit einer hohen Spitzenleistung und, spezieller, auf die Verwendung eines Verstärkers mit erbiumdotierter Faser (EDFA; EDFA = Erbium-Doped Fiber Ampflifier) in Verbindung mit Abschnitten einer Einmodenfaser (für ein Vorverstärkungschirpen und eine Nachverstärkungskomprimierung), um Pulse von weniger als 100 Femtosekunden (Weniger-als-100-fs-Pulse; fs = Femtosekunde) bei 1550 nm zu erzeugen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Seit ihrer ersten Herstellung in den 1980er Jahren haben sich Verstärker mit erbiumdotierter Einmodenfaser (EDFAs) beständig zu einer der am meisten weitverbreiteten und verwendeten Festkörperlasermedien entwickelt. EDFAs wurden anfangs als optische Verstärker bei Telekommunikationssystemen verwendet und sind seitdem als Verstärker für u. A. solitonbasierte Kommunikationssysteme verwendet worden. Diese Anwendungen haben alle eine Unbekümmertheit bezüglich eines Extrahierens von hoher Energie und Pulsen mit hoher Spitzenleistung aus einem Einmoden-EDFA gemeinsam.
  • Jedoch sind die Leistungspegel, die durch Übereinkunft, Dauer-Lasersysteme (cw-Systeme; cw = continuous wave) oder Quasi-cw-Systeme nach dem Stand der Technik nicht ausreichend, um Faserlaser als praktische Quellen für die meisten nicht-linearen optischen Anwendungen zu berücksichtigen. Zum Beispiel werden für den Betrieb eines typischen optischen Parameteroszillators mit einem hohen Wirkungsgrad Pulse im Sub-Pikosekundenbereich mit Pulsenergien um 10 μJ benötigt. Somit wird jeder Versuch, Laser mit seltenerdedo tierten Faser als Verstärker für derartige Systeme einzuführen, den Betrieb derselben nachteilig beeinflussen, da die langen Längen dieser Verstärker ein breites Array von nicht annehmbaren nicht-linearen Effekten bewirken und das Erlangen von Pulsen mit Spitzenleistungen, die größer als 1 kW sind, verhindern.
  • Die Verwendung einer Chirp-Pulsverstärkungstechnik (CPA-Technik; CPA = chirped pulse amplification) bei Faserverstärkern ist eine potentielle Lösung für das obige Problem von niedrigen Energien und Leistungen bei Faserlaserquellen. Eine CPA bei Faserverstärkern kann erfolgreich das Potential von Fasern nutzen, um Pulsenergien und Durchschnittsleistungen von Kompaktfaser- und Laserdiodenquellen auf die Pegel zu erhöhen, die mit den momentan bei vielen wissenschaftlichen Lasern in einem großen Rahmen erhältlichen vergleichbar sind.
  • Gemäß dem CPA-Verfahren werden ultrakurze Pulse vor einer Verstärkung gedehnt, dann verstärkt und schließlich vor einer Übertragung rekomprimiert. Durch ein Verstärken von gedehnten Pulsen von einer vergleichsweise langen Dauer wird die Spitzenleistung in dem Verstärker vergleichsweise niedrig gehalten, so dass nicht-lineare Effekte und ein Pulsbruch verhindert werden. Aufgrund der physischen Eigenschaften von optischen Fasern und Faserverstärkern gibt es jedoch eine Anzahl von Problemen und Einschränkungen, die für eine Implementierung von CPA bei Fasern überwunden werden müssen: Nicht-lineare Effekte bei Fasern, die bei hohen Spitzenleistungen auftreten, ASE-begrenzter Gewinn, eine Erhöhung der Dauer des rekomprimierten Pulses aufgrund eines gewinnschmälernden Effekts, eingeschränkte Ausgangsleistungen aufgrund von eingeschränkten Pumpleistungen, eine Rekomprimierung von Pulsen auf die Anfangsdauer derselben herunter unter Verwendung von Kompaktkomprimierungseinrichtungs- und Dehneranordnungen usw. Häufig wird ein Puls mit einer großen Menge an Chirp in einem Faserverstärker erzeugt und dann in einer Bulk-Optik rekomprimiert. Ein anderer Ansatz besteht darin, Pulse in einer Mehrmodenfaser zu verstärken, was die Nicht-Linearitäten reduziert, unter Verwendung einer Mode mit einer großen Wirkfläche.
  • Für einige Anwendungen jedoch ist es wünschenswert, einen komprimierten Femtosekundenpuls an dem Ende einer Einmodenfaserspitze zu erzeugen. Zum Beispiel ist es wünschenswert, bei einem Endoskop kurze Pulse zu nutzen, um nicht-lineare Signale für medizinische Bilderzeugungsanwendungen zu erzeugen. Eine derartige Anwendung erfordert die kleinstmögliche Modengröße an der Faserspitze, um eine hohe Intensität und ein großes nicht-lineares Signal zu erzeugen. Bei Anwendungen, die nicht-lineare Fasern verwenden, wie z. B. bei einer Superkontinuum-Erzeugung, können Variationen bei Einkopplungsbedingungen ein Problem darstellen, wenn in nicht-lineare Fasern mit einem kleinen Kern mit einer Bulk-Optik fokussiert wird. Darum ist es wünschenswert, die nicht-lineare Faser direkt mit der Verstärkerausgangsfaser zu spleißen, um derartige Variationen zu minimieren. Ein komprimierter Puls an dem Ende eines Einmoden-Verbinders ist optimal zur Einkopplung in die nicht-lineare Faser.
  • Eine Anordnung nach dem Stand der Technik zum Liefern einer Verstärkung von Femtosekundenpulsen in einer Einmodenfaser ist in dem Artikel „Amplification of femtosecond Pulses in a passive, all-fiber solition source" von D. J. Richardson et al., erschienen in Optics Letters, Vol. 17, No. 22, 15. November 1992, Seite 1596 ff. beschrieben. In diesem Fall ist der Faserverstärker als eine anomale Dispersion aufweisend gekennzeichnet, und so leidet derselbe an einem Pulszusammenbruch und einem Wellenbruch. Zahlreiche Referenzen nach dem Stand der Technik stellen ferner fest, dass die Nicht-Linearitäten, die bei einer Einmodenfaser vorliegen, die Erzeugung von Hochleistungspulsen verhindern und es in Folge erforderlich ist, dass entweder eine Mehrmodenfaser- oder eine Bulk-Optik-Komprimierung kurze Pulse mit hoher Leistung erzeugt.
  • Der Artikel „Generation and propagation of high-Power parabolic Pulses in optical fibers" by Fermann et al., CLEO 2000, Technical Digest Postconference Edition, TOPS Vol. 39, Seiten 21–22, offenbart eine Vorrichtung zum Erzeugen von Hochleistungsfemtosekundenpulsen, die eine Femtosekundenpulsquelle, einen Verstärker mit Seltenerde-dotierter Faser und eine Einmodenfaser, die die Verstärkerausgangspulse komprimiert, aufweist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Einschränkungen des Stands der Technik, wie obig diskutiert, werden durch die vorliegende Erfindung angesprochen, die sich auf eine Quelle zum Erzeugen von Femtosekundenpulsen mit hoher Spitzenleistung und, spezieller, auf die Verwendung eines Verstärkers mit erbiumdotierter Faser (EDFA) in Verbindung mit Abschnitten einer Einmodenfaser zum Erzeugen von Femtosekundenpulsen von weniger als 100 Femtosekunden bei 1550 nm bezieht.
  • Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist einen ersten Abschnitt einer Einmodenfaser auf, um die Phase eines Femtosekundenpulses, der von einer Pulsquelle wie z. B. einem Laser mit erbiumdotierter Faser emittiert wird, vorzugeben, wobei der Ausgang der Einmodenfaser als eine Eingabe an eine relativ kurze Länge (einige wenige Meter) einer mit Seltenerde hochdotierten Faser mit normaler Dispersion angelegt wird, die zum Erzeugen von parabolischen Pulsen (mit einer oder mehreren angemessenen Pumpquellen, die verwendet werden, um die Verstärkung in dem Verstärker mit hoch-seltenerdedotierter Faser zu liefern) in einer Betriebsweise arbeitet, die frei von einem Pulsbruch ist. Ein vergleichsweise kurzer zweiter Abschnitt einer Einmodenfaser mit anomaler Dispersion ist direkt mit dem Ausgang des Faserverstärkers gekoppelt, um die notwendige Pulskomprimierung zu liefern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden, dass die Kombination eines Verwendens eines Verstärkers mit Seltenerde-dotierter Faser mit normaler Dispersion, phaseneigener Modulation und verteilten Gewinns zu einer Betriebsweise bei Verstärkern führt, die als „eigenähnliche Ausbreitung" definiert ist. Bei dieser Betriebsweise erzeugt der Faserverstärker Pulse mit hoher Energie, die eine parabolische Form aufweisen (die parabolische Form ist als von Zeit abhängig definiert). Diese Pulse weisen ebenfalls einen starken linearen Chirp auf, wobei die lineare Beschaffenheit des Chirps zu einer effizienten Komprimierung der Pulse unter Verwendung des zweiten Abschnitts der Einmodenfaser führt.
  • Andere und weitere Vorteile und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden während des Verlaufs der folgenden Erörterung und durch Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Sich nun auf die Zeichnungen beziehend enthält 1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Femtosekundenhochleistungspuls-Quelle, die gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
  • 2 stellt eine Auftragung des gemessenen Ausgangsspektrums für die Anordnung von 1 dar sowie die nicht-lineare Shrodinger-Gleichungsberechnung (NLSE-Berechnung; NLSE = non-linear Shrodinger equation) des Verstärkerspektrums;
  • 3 ist ein Graph der gemessenen Interferometerkorrelation, die an dem Ausgang des Erbium-dotierte-Faser-Verstärker-Abschnitts der Pulsquelle von 1 vorhanden ist;
  • 4 ist eine Simulation der Pulsintensität und -phase (unter Verwendung der NLSE) an dem Verstärkerausgang, die die Anpassung einer parabolischen Kurve an die Pulsintensität darstellt;
  • 5 enthält einen Graphen der gemessenen Interferometerkorrelation, die an dem Ausgang der Pulskomprimierungseinmodenfaser vorhanden ist, im Vergleich zu einer gewonnenen Korrelation (für das in der Einfügung dargestellte Spektrum); und
  • 6 ist ein Graph der gewonnenen Intensität, die der Korrelation bei 5 entspricht, der insbesondere einen 30-fs-Puls zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 stellt eine Anordnung 10 zum Verstärken von Femtosekundenpulsen (fs-Pulsen; fs = Femtosekunde) gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Im Allgemeinen weist die Anordnung 10 der vorliegenden Erfindung drei größere Komponenten auf: eine Vor-Chirp-Einmoden-Faser 12, einen Verstärker 14 mit Seltenerde-dotierter Faser und eine Pulskomprimierungseinmodenfaser 16. Im Betrieb weist die Vor-Chirp-Faser 12 eine angemessene Länge einer Einmodenfaser auf, um die Phase eines Femtosekundenpulses vorzugeben, der durch eine Femtosekundenlaserpulsquelle 18 erzeugt wird. Der Verstärker 14 mit Seltenerde-dotierter Faser weist eine vergleichsweise kurze Länge (z. B. einige wenige Meter, nominal weniger als 5 m) einer hoch-seltenerdedotierten Faser mit normaler Dispersion auf, die bei einer Betriebsweise arbeitet, die frei von einem Pulsbruch ist, was parabolische Pulse erzeugt. Eine oder mehrere Pumpquellen, wie es unten erörtert ist, werden verwendet, um eine Verstärkung in dem Faserverstärker 14 zu liefern. Die Pulskomprimierungsfaser 16 weist eine Länge (wieder vergleichsweise kurz, in der Größenordnung von mehreren 10 cm) einer Einmodenfaser mit anomaler Dispersion auf.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Femtosekundenlaserpulsquelle 18 einen modengekoppelten Faserlaser auf, der z. B. 2-mW-, 250-fs-Pulse bei 46 MHz erzeugen kann. Femtosekundenlaser mit Erbiumfaser, wie z. B. die Quelle 18, erzeugen im Allgemeinen Pulse mit einem starken Chirp an dem Ausgang des enthaltenen Oszillators (nicht gezeigt). Somit muss für einen optimalen Verstärkerbetrieb gemäß der vorliegenden Erfindung die Länge der Vor-Chirp-Einmodenfaser 12 sorgfältig ausgewählt sein, um einen Puls mit einer angemessenen Phase an dem Ausgang der Verstärkerfaser 14 zu erzeugen, um die erwünschte parabolische Betriebsweise so schnell wie möglich zu erreichen.
  • Ein wichtiges Thema bei der Verstärkung von Femtosekundenpulsen in einer Einmoden-Faser ist die Verhinderung eines Pulsbruches in dem Verstärker aufgrund von Nichtlinearitäten. Eine Lösung für dieses Problem ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer vergleichsweise kurzen Länge (weniger als 5 Meter) einer Erbium-dotierten Faser mit normaler Dispersion als Verstärker. Es ist bekannt, dass Verstärker, die eine anomale Dispersion verwenden, unter einem Pulszusammenbruch und einem Wellenbruch leiden. Jedoch ist kürzlich gezeigt worden, dass die Kombination von normaler Dispersion, Eigenphasenmodulation und einem verteilten Gewinn zu einer Betriebsweise bei Verstärkern führt, die als „selbstähnliche Ausbreitung" definiert wird. In diesem Bereich des Betriebs erzeugt der Verstärker Hochenergiepulse mit einer parabolischen Form in dem zeitlichen Verlauf. Diese Pulse weisen auch einen starken linearen Chirp auf. Es ist die lineare Beschaffenheit des Chirps, die zu einer effizienten Komprimierung der Pulsnachverstärkung führt, wie es unten erörtert ist.
  • Die Anordnung, wie in 1 dargestellt, benutzt einen Satz von vier getrennten Pumpquellen 22, 24, 26 und 28 als Eingänge zu dem Faserverstärker 14. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass eine jegliche herkömmliche Pumpanordnung bei dem Faserverstärkerabschnitt der Anordnung 10 der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die Verwendung von vier getrennten Pumpquellen, wobei die Pumpen 22 und 24 als sich mit dem Pulsausgangssignal aus der Faserlaserquelle 18 zusammen ausbreitend angeordnet sind und die Pumpen 26 und 28 als sich bezüglich des Pulsausgangssignals aus der Faserlaserquelle 18 entgegengesetzt ausbreitend angeordnet sind, sorgt dafür, dass eine maximale Pumpleistung in dem Faserverstärker 14 vorhanden ist. In der speziellen Anordnung 10 der vorliegenden Erfindung, wie dieselbe in 1 gezeigt ist, werden die Ausgangssignale aus den Pumplasern 22 und 24 gesteuert, um in einem Polarisationszustand orthogonal zu sein, wobei sich dieselben entlang getrennter Abschnitte von polarisationserhaltenden Fasern 30 und 32 ausbreiten und dann in einem Polarisationsmultiplexer 34 kombiniert und entlang eines einzelnen Abschnitts einer polarisationserhaltenden Faser 36 angelegt werden. Das Paar von orthogonal polarisierten Pumpsignalen wird dann als eine erste Eingabe an einen Wellenlängenmultiplexer (WDM; WDM = wave length division multiplexer) 38 angelegt, der entlang einer Vor-Chirp-Einmodenfaser 12 angeordnet ist, um mit der Pulsausgabe aus der Faserlaserquelle 18 kombiniert zu werden. Die Ausgangssignale aus den Pumpquellen 26 und 28 weisen in einer ähnlichen Weise orthogonale Polarisationszustände auf und breiten sich entlang getrennter Abschnitte von polarisationserhaltenden Fasern 40 und 42 aus und werden danach bei einer Polarisation 44 kombiniert und in eine polarisationserhaltende Faser 46 eingekoppelt. Das Paar von polarisierten Pumpsignalen wird dann als eine Eingabe zu einem zweiten WDM 48 geliefert und in eine Entgegengesetzte-Ausbreitung-Richtung entlang eines Verstärkers mit Seltenerde-dotierter Faser 14 eingekoppelt. Bei einer Anordnung der vorliegenden Erfindung kann der Verstärker mit Seltenerde-dotierter Faser einen 2 Meter langen Abschnitt einer Erbium-dotierten Faser aufweisen, die mit dem obig beschriebenen Satz von vier getrennten Pumpquellen gepumpt wird, wobei jede Pumpquelle bei der Pumpwellenlänge von 1480 nm arbeitet. Simulationen zeigen, dass noch kürzere Verstärker (d. h. in der Größenordnung von einem Meter oder weniger) bessere Leistungen erzielen können als das beispielhafte 2-Meter-Modell. Für Verstärker der vorliegenden Erfindung, die Längen aufweisen, die größer als ungefähr 5 Meter sind, beginnen Höhere-Ordnung-Nichtlinearitäten ins Spiel zu kommen, und eine stimulierte Raman-Streuung (SRS; SRS = stimulated raman scattering) beginnt die Leistungsfähigkeit des Verstärkers einzuschränken. Sich wieder auf 1 beziehend wird festgestellt, dass die maximale eingekoppelte Leistung dieser Vier-Pumpen-Konfiguration 610 kW für die Gemeinsame-Ausbreitung-Pumpquellen 22 und 24 und 571 mW für die Entgegengesetzte-Ausbreitung-Pumpquellen 26 und 28 beträgt. Ein Verstärker 14 mit erbiumdotierter Faser ist entworfen, um eine normale Dispersion aufzuweisen. Wie obig erwähnt, ist festgestellt worden, dass die Kombination aus verteiltem Gewinn, normaler Dispersion und Eigenphasenmodulation bei einem Verstärker mit dotierter Faser zu einer selbstähnlichen Ausbreitung führt, wobei die Pulse eine parabolische Form im zeitlichen Verlauf erwerben und einen linearen Chirp aufweisen.
  • Die parabolische Betriebsweise ist äußerst nützlich, da fast jeder Puls, der in den Faserverstärker 14 eingekoppelt wird, sich schließlich selbst wieder zu einem parabolischen Puls formt. Jedoch ist die Strecke, die der Puls sich bewegen muss, bevor derselbe in den Bereich eintritt, in dem er der asymptotischen parabolischen Lösung nahe kommt, sehr unterschiedlich in Abhängigkeit von der anfänglichen Pulsform. Femtosekundenlaserquellen mit Erbiumfaser wie z. B. die Quelle 18 erzeugen im Allgemeinen Pulse mit einem starken Chirp an dem Ausgang derselben. Somit muss, wie obig erwähnt, die Länge der Vor-Chirp-Einmoden-Faser 12 für einen idealen Verstärkerbetrieb sorgfältig entworfen sein, um einen Puls mit der angemessen Phase an dem Eingang des Faserverstärkers 14 zu erzeugen, um die parabolische Betriebsweise so schnell wie möglich zu erreichen.
  • Die Ausgangspulse aus dem Verstärker 14 mit erbiumdotierter Faser sind frei von einem Bruch und können mit einer Bulk-Optik effizient komprimiert werden. Die bevorzugte Vollfaseranordnung jedoch nutzt eine Einmodenfaser 16, um die Pulse zu rekomprimieren, was zu hohen Spitzenleistungen in einem Abschnitt der Einmodenfaser führt (wobei, wie obig angemerkt, die Verwendung einer Einmodenfaser für viele neue und bevorstehende Anwendungen bevorzugt wird). In der Tat kann ein bevorzugtes Vollfaserausführungsbeispiel eine polarisationserhaltende Einmodenfaser benutzen. Ein anderer Vorteil eines Kurzhaltens des Verstärkers besteht darin, dass dies die Komprimierungsfaser 16 ebenfalls kurz hält (z. B. weniger als 20 cm), wobei Verzerrungen bei den Pulsen minimiert werden, da die Nichtlinearitäten die Länge der Komprimierungsfaser, die erforderlich ist, verkürzen.
  • 2 stellt das an dem Ausgang der Anordnung der vorliegenden Erfindung gemessene Spektrum dar, wie in 1 gezeigt, unter Verwendung einer Vor-Chirp-Einmodenfaser 12 mit weniger als 20 cm Länge. Die maximale Ausgbeleistung der verstärkten Pulse an dem Ausgang des Faserverstärkers 14 wurde als 400 mW (8,7 mJ/Puls) ermittelt. Eine Berechnung des Verstärkerausgangsspektrums aus einem nicht-linearen Shrodinger-Gleichungsmodell (NLSE-Modell) einschließlich eines Gewinns ist zu Vergleichszwecken in 2 als eine gestrichelte Linie aufgetragen. Das Modell ist zur Klarheit vertikal versetzt und stellt eine gute bzw. funktionierende Übereinstimmung zwischen dem Modell und dem gemessenen Spektrum dar.
  • Die gemessene Interferometerkorrelation an dem Ausgang des Faserverstärkers 14 ist in dem Graphen von 3 aufgetragen, der das Autokorrelationssignal in Abhängigkeit von Zeit darstellt. Die Auftragung stellt dar, dass die Ausgabe einen einzigen Hoch-Chirp-Puls umfasst. NLSE-Simulationen der Pulsintensität und -phase, wie in 4 gezeigt, stellen dar, dass die Pulse näherungsweise parabolisch mit einer quadratischen Phase sind. Die gestrichelte Linie in 4 wird verwendet, um eine parabolische Anpassung an die Pulsintensität zu zeigen. In der genauesten Form derselben bewirken Terme höherer Ordnung, wie z. B. ein Selbst-Aufsteilen, Abweichungen von einer echten parabolischen Form.
  • Die optimale Länge der Einmodenpulskomprimierungsfaser 16 wurde unter Verwendung einer beispielhaften experimentellen Anordnung als 45 cm ermittelt (einschließlich des Vorhandenseins des Pumpe/Signal-Kombination-WMD). Die gemessene Interferometerautokorrelation und Spektrum, die an dem Ausgang der Pulskomprimierungsfaser 16 erscheinen, sind in 5 dargestellt, wobei das Spektrum als eine Einfügung dargestellt ist. Das Spektrum und die Interferometerkorrelation wurden in einen bekannten Analysealgorithmus eingegeben, um die Pulsintensität und -phase wiederzugewinnen. Der gewonnene Puls, in 6 dargestellt, umfasste einen 30-fs-Puls auf einem niedrigen Sockel einer minimalen Intensität. Nahezu 55% der Energie sind als in dem zentralen Puls erscheinend gezeigt, wobei eine Spitzenleistung von näherungsweise 160 kW gegeben wird. Ein Vorteil der Anordnung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass diese Pulse von 30 fs und mit einer Spitzenleistung von 160 kw, wie dieselben an dem Ausgang eines Abschnitts einer Einmoden-Faser (d. h. der Komprimierungsfaser 16) erscheinen, dann in Situationen verwendet werden können, die einen Einmoden-Faserabschluss erfordern (wie z. B. ein Endoskop), oder für ein Schmelzspleißen (fusion splicing) an eine nicht-lineare Faser zur Superkontinuum-Erzeugung verwendet werden. Dementsprechend hat die Fähigkeit, die Pulskomprimierungsfaser direkt an den Ausgang des Einmoden-Faserverstärkers zu schmelzen (fuse) minimale Variationen bei den Pulskomprimierungseinkopplungsbedingungen zur Folge (im Vergleich zu der herkömmlichen Verwendung einer Bulk-Optik, um eine Komprimierung durchzuführen), wodurch die Leistungsfähigkeit der Anordnung der vorliegenden Erfindung optimiert ist.
  • Wie obig erwähnt, besteht ein Vorteil eines Benutzens eines vergleichsweise kurzen Faserverstärkers (mehrere zehn cm) darin, dass dies ermöglicht, dass eine vergleichsweise kurze Komprimierungseinmodenfaser verwendet wird, was eine Verzerrung bei dem Ausgangspuls minimiert. Paradoxerweise ist bei einem derartigen System auch gesehen worden, dass eine hohe Leistung gut bei einem Komprimieren der Pulse arbeitet, da die Nichtlinearitäten die Länge der Komprimierungsfaser, die erforderlich ist, verkürzen.
  • Ein anderer Vorteil der Anordnung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass, neben einem Verstärken der Pulse ohne einen Pulsbruch, der Verstärker auch das Pulsspektrum erheblich erweitert. Somit können vergleichsweise lange Pulse aus dem Faserlaser (z. B. 300 fs) verwendet werden, während Simulationen an dem Verstärkerausgang gezeigt haben, dass derartige Pulse in der Komprimierungseinmoden-Faser 16 auf eine Kürze von 15 fs komprimiert werden können.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, es für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich ist, dass andere Alternativen, Variationen und Modifikationen erfolgen können und dieselben immer noch in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Insbesondere können verschiedenartige andere Pumquellenanordnungen benutzt werden, wie z. B. eine einzelne Gemeinsame-Ausbreitung-Pumpe mit einer einzelnen Entgegengesetzte-Ausbreitung-Pumpe. Zudem können 980-nm-Laserpumpquellen anstatt von 1480-nm-Laserpumpquellen verwendet werden. Zusätzlich können andere spezifische Femtosekundenlaserquellen verwendet werden.

Claims (6)

  1. Eine Vorrichtung zum Erzeugen von optischen Hochleistungsfemtosekundenpulsen, die eine Ausgangsleistung von bis zu 400 mw aufweisen, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Femtosekundenpulsquelle, die angepasst ist, um Pulse zu erzeugen, die einen starken Chirp aufweisen; einen Eingangsabschnitt einer Einmodenfaser, der mit dem Ausgang der Femtosekundenpulsquelle gekoppelt ist, wobei die Einmodenfaser eine Länge von weniger als 20 cm aufweist, wobei die Länge gewählt ist, um einen Puls mit einer Phase zu erzeugen, die erforderlich ist, um bei einem nachfolgenden Verstärker die parabolische Betriebsweise so schnell wie möglich zu erreichen; einen Verstärker mit Seltenerde-dotierter Faser, der mit dem Ausgang des Eingangsabschnitts der Einmodenfaser gekoppelt ist, wobei der Verstärker mit Seltenerde-dotierter Faser folgende Merkmale aufweist: einen Abschnitt einer mit Seltenerde dotierten Einmodenfaser mit einer vorbestimmten Länge, zumindest eine Quelle einer optischen Pumpleistung und zumindest einen Wellenlängenmultiplexer zum Einführen des Ausgangs der zumindest einen Quelle der optischen Pumpleistung und des Ausgangs des Eingangsabschnitts der Einmodenfaser in den Abschnitt der Seltenerde-dotierten Faser; und einen Ausgangsabschnitt der Einmodenfaser, der mit dem Ausgang des Verstärkers mit Seltenerde-dotierter Faser verbunden ist, wobei der Ausgangsabschnitt der Einmodenfaser verwendet wird, um die optischen Ausgangspul se aus dem Verstärker mit Seltenerde-dotierter Faser zu komprimieren.
  2. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Verstärker mit Seltenerde-dotierter Faser einen Verstärker mit Erbium-dotierter Faser aufweist.
  3. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Femtosekundenpulsquelle einen modengekoppelten Laser mit Seltenerde-dotierter Faser aufweist.
  4. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der der modengekoppelte Laser mit Seltenerde-dotierter Faser einen modengekoppelten Laser mit Erbium-dotierter Faser aufweist.
  5. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Verstärker mit Seltenerde-dotierter Faser ein Paar von Gemeinsame-Ausbreitung-Pumpquellen und ein Paar von Entgegengesetzte-Ausbreitung-Pumpquellen aufweist.
  6. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Eingangsabschnitt der Einmodenfaser, der Verstärker mit Seltenerde-dotierter Faser und der Ausgangsabschnitt der Einmodenfaser alle eine polarisationserhaltende Faser aufweisen.
DE602005003148T 2004-02-11 2005-02-07 Faserverstärker zur Erzeugung von Femtosekundenpulsen in einer Monomodenfaser Active DE602005003148T2 (de)

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EP (1) EP1564853B1 (de)
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DE (1) DE602005003148T2 (de)

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