EP2452407A2 - Laservorrichtung zum verstärken und/oder transportieren von elektromagnetischer strahlung - Google Patents

Laservorrichtung zum verstärken und/oder transportieren von elektromagnetischer strahlung

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EP2452407A2
EP2452407A2 EP10757150A EP10757150A EP2452407A2 EP 2452407 A2 EP2452407 A2 EP 2452407A2 EP 10757150 A EP10757150 A EP 10757150A EP 10757150 A EP10757150 A EP 10757150A EP 2452407 A2 EP2452407 A2 EP 2452407A2
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EP
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electromagnetic radiation
amplifier
medium
radiation
linearly polarized
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EP10757150A
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Jens Limpert
Andreas TÜNNERMANN
Damian Schimpf
Tino Eidam
Enrico Seise
Fabian RÖSER
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Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Definitions

  • the invention relates to a device for amplifying and / or transporting electromagnetic radiation, having a radiation source for generating the electromagnetic radiation and an amplifier for amplifying or a medium for transporting the generated electromagnetic radiation.
  • Such devices are known and find use, for example, in the generation of high-energy laser radiation.
  • the quality of the electromagnetic radiation is impaired when amplifying and / or transporting the same mostly by the occurrence of dispersion and / or nonlinear effects. While the influence of the dispersion is usually well compensated, nonlinear effects cause a significant deterioration in the quality of the laser radiation.
  • the dominant nonlinear effect is the Kerr effect. This manifests itself for example in the form of self-phase modulation.
  • the Kerr effect is proportional to the peak intensity as well as to the interaction length in the amplifier or transport medium.
  • time-stretched laser pulses also called chirped laser pulses
  • chirped laser pulses for generating ultrashort laser pulses, and subsequently to amplify these chirped laser pulses.
  • CPA systems Cold Pulse Amplification
  • a disadvantage of the known methods for reducing the nonlinear effects is that relatively complicated and costly structural changes to existing devices must be made in order to obtain the desired result.
  • the adaptation of the individual components to one another with these changes is also relatively complicated.
  • This object is achieved on the basis of a device of the type mentioned above in that the propagating in the amplifier or transport medium electromagnetic radiation is largely not linearly polarized.
  • the invention is based on the finding that the coefficient of nonlinear
  • Refractive index depends on the polarization of the electromagnetic radiation. This coefficient is about linearly polarized electromagnetic radiation 1.5 times the size of circularly polarized electromagnetic radiation.
  • nonlinear effects such as self-phase modulation, cross-phase modulation, self-focus, four-wave mixing, and the like can be reduced by the approach of the present invention.
  • the inventive approach to reducing nonlinear effects is relatively simple and can also be adopted into existing systems, without having to make elaborate structural modifications.
  • the approach of the present invention can be almost easily combined with the conventional approaches to reducing nonlinear effects described above. Among other things, it is advantageous that a reduction of the nonlinear effects leads to an increase in the peak power of the electromagnetic radiation. Furthermore, the threshold for self-focusing can be shifted upwards.
  • the propagating in the amplifier or in the transport medium electromagnetic radiation is elliptically polarized.
  • the propagating in the amplifier or in the transport medium electromagnetic radiation is circularly polarized.
  • the radiation source generates linearly polarized electromagnetic radiation and a polarization converter is arranged in the beam path between the radiation source and the amplifier or transport medium.
  • the polarization converter favors in this case that the linearly polarized electromagnetic radiation is converted such that the propagating in the amplifier or transport medium electromagnetic radiation is largely not linearly polarized.
  • the amplifier or the transport medium for example an optical glass fiber, imparts to the electromagnetic radiation a nonlinear phase caused by nonlinear effects.
  • This phase can be significantly reduced by the inventive approach in a simple manner, so as to increase the quality or performance of the amplified electromagnetic radiation.
  • the polarization converter is preferably designed as a quarter wave plate. This represents a very simple and cost-effective implementation possibility.
  • the choice of one of these polarization states has been found to be particularly suitable for reducing the nonlinear effects.
  • other polarization states can also be selected, which are ideally tailored to the respective application.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the amplifier or the transport medium has a largely optical isotropic medium.
  • this medium is a waveguide, a crystal, in particular YAG crystal, an amorphous material or a gas.
  • the approach according to the invention for reducing the nonlinear effects has proven to be particularly effective and advantageous for such media.
  • the electromagnetic radiation is formed from pulsed electromagnetic radiation pulses or from a continuous electromagnetic radiation.
  • the occurrence of nonlinear effects can be observed in both types of electromagnetic radiation.
  • the reduction according to the invention of the nonlinear effects applies equally to both types of radiation and leads to similarly good results.
  • the use of a radiation source is advantageous, which generates linearly polarized electromagnetic radiation.
  • the generated electromagnetic radiation is first passed through the polarization splitter, for example a polarization splitter cube, and then converted into non-linearly polarized electromagnetic radiation by means of the polarization converter.
  • This is then amplified by means of the amplifier, for example a fiber amplifier.
  • nonlinear effects can occur in the amplifier, which can be significantly reduced by the inventive choice of propagating in the amplifier, largely non-linearly polarized electromagnetic radiation.
  • the amplified, largely non-linearly polarized electromagnetic radiation is then reflected back to the mirror and amplified again by means of the amplifier, with very small nonlinear effects also occur in this second amplification stage by the choice of largely non-linearly polarized electromagnetic radiation.
  • the doubly amplified, largely non-linearly polarized electromagnetic radiation then passes through the polarization converter again and becomes amplified, linearly polarized electromagnetic radiation whose plane of polarization is perpendicular to that of the initial un amplified, linearly polarized electromagnetic radiation.
  • the doubly amplified, linearly polarized electromagnetic radiation is finally decoupled via the polarization splitter for its further use out of the device. This embodiment of the device is thus very effective in a relatively compact design.
  • the amplifier is followed by a further polarization converter, which converts the largely non-linearly polarized electromagnetic radiation into linearly polarized electromagnetic radiation.
  • the electromagnetic radiation passes only once the amplifier.
  • a straightener for temporal stretching of the electromagnetic radiation pulses arranged and the amplifier or further polarization converter a compressor for temporally compressing the amplified electromagnetic radiation pulses is connected downstream.
  • the device is set up for the spectral shaping of the electromagnetic radiation pulses.
  • the invention thus provides a device which serves in a very simple and cost-effective manner to reduce non-linear effects in the amplification and / or transport of electromagnetic radiation and at the same time with existing devices and with other methods for reducing nonlinear effects can be combined.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows another embodiment of the device according to the invention
  • Figure 4 shows another embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the device 1 according to the invention.
  • This has a radiation source 2 which generates largely non-linearly polarized electromagnetic radiation in the form of circularly or elliptically polarized electromagnetic radiation 3.
  • the circularly or elliptically polarized electromagnetic radiation 3 is subsequently amplified by means of the amplifier 4.
  • the nonlinear effects occurring in this case are significantly reduced by the use of circularly or elliptically polarized electromagnetic radiation 3.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the device 11 according to the invention.
  • This has a radiation source 12 for generating linearly polarized electromagnetic radiation 13.
  • the linearly polarized electromagnetic radiation 13 is subsequently converted by a polarization converter 16 arranged in the beam path between the radiation source 12 and the amplifier 14 into circularly or elliptically polarized electromagnetic radiation 17.
  • the circularly or elliptically polarized electromagnetic radiation 17 is then amplified by means of the amplifier 14, wherein amplified, circular or elliptically polarized electromagnetic radiation 15 is formed.
  • This embodiment of the device 11 according to the invention can be used as an alternative to that shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the device 21 according to the invention.
  • a radiation source 22 which generates linearly polarized electromagnetic radiation 23.
  • This linearly polarized electromagnetic radiation 23 is then passed through a polarization splitter 28, which is transmissive to linearly polarized electromagnetic radiation 23 in the polarization state as generated by the radiation source 22.
  • the linearly polarized electromagnetic radiation 23 transmitted through the polarization splitter 28 is subsequently converted into circularly or elliptically polarized electromagnetic radiation 27 by means of the polarization converter 26.
  • This circularly or elliptically polarized electromagnetic radiation 27 is subsequently amplified by means of the amplifier 24.
  • the amplified, circularly or elliptically polarized electromagnetic radiation 25 is then reflected at a mirror 30, which is the direction of radiation of the amplified, circular or elliptically polarized electromagnetic radiation 25.
  • the reflected amplified, circularly or elliptically polarized electromagnetic radiation 25 is again amplified by the amplifier 24 and then converted by means of the polarization converter 26 into linearly polarized electromagnetic radiation 29 whose plane of polarization, however, is perpendicular to the original linearly polarized electromagnetic radiation 23 generated by the radiation source 22, what should be indicated by the dots and arrows.
  • the doubly amplified, linearly polarized electromagnetic radiation 29 is then coupled out of the device 21 via the polarization splitter 28.
  • the radiation source 32 generates dispersively stretched, linearly polarized electromagnetic radiation 33.
  • the radiation source generates linearly polarized electromagnetic radiation, which is subsequently stretched dispersively by means of a straightener which is connected downstream in the beam path of the radiation source.
  • the dispersively stretched, linearly polarized electromagnetic radiation 33 is then converted into dispersively stretched, circularly or elliptically polarized electromagnetic radiation 37 by means of the polarization converter 36. This is then amplified by means of the amplifier 34.
  • the amplified, dispersively stretched, circularly or elliptically polarized electromagnetic radiation 35 is again converted into dispersively stretched, linearly polarized electromagnetic radiation 39 by means of the further polarization converter 38 connected downstream of the amplifier 34.
  • This is compressed in the end by means of a compressor 40 in time, which allows the delivery of high-energy, linearly polarized electromagnetic radiation 41 of high quality.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Verstärken und/oder Transportieren von elektromagnetischer Strahlung, mit einer Strahlungsquelle (2) zum Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung und einem Verstärker (4) zum Verstärken bzw. einem Medium zum Transportieren der erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Um eine Vorrichtung (1) zum Verstärken bzw. Transportieren von elektromagnetischer Strahlung bereitzustellen, welche eine sehr einfach realisierbare Möglichkeit zur Reduzierung des Einflusses von nichtlinearen Effekten bietet, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die in dem Verstärker (4) bzw. Medium propagierende elektromagnetische Strahlung weitgehend nicht linear polarisiert ist.

Description

Vorrichtung zum Verstärken und/oder Transportieren von elektromagnetischer
Strahlung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstärken und/oder Transportieren von elektromagnetischer Strahlung, mit einer Strahlungsquelle zum Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung sowie einem Verstärker zum Verstärken beziehungsweise einem Medium zum Transportieren der erzeugten elektro- magnetischen Strahlung.
Derartige Vorrichtungen sind bekannt und finden beispielsweise Einsatz bei der Erzeugung hochenergetischer Laserstrahlung. Die Qualität der elektromagnetischen Strahlung wird beim Verstärken und/oder Transportieren derselben meist durch das Auftreten von Dispersion und/oder nichtlinearen Effekten beeinträchtigt. Während der Einfluss der Dispersion in der Regel gut kompensierbar ist, verursachen nichtlineare Effekte eine deutliche Verschlechterung der Qualität der Laserstrahlung. Der hierbei dominante nichtlineare Effekt ist der Kerr-Effekt. Dieser zeigt sich beispielsweise in Form von Selbstphasenmodulation. Der Kerr-Effekt ist u. a. proportional zur Spitzenintensität sowie zur Wechselwirkungslänge im Verstärker beziehungsweise Transportmedium. Um den Einfluss der Kerr-Nichtlinearität zu reduzieren, ist es bekannt, beispielsweise für die Erzeugung von ultrakurzen Laserimpulsen zeitlich gestreckte Laserimpulse, auch gechirpte Laserimpulse genannt, zu verwenden und diese gechirpten Laserimpulse anschließend zu verstärken. Diese Methode findet bei den so genannten CPA-Systemen (Chirped Pulse Amplification) Anwendung, bei denen die verstärkten Laserimpulse zuletzt meist noch zeitlich komprimiert werden. Des Weiteren ist es bekannt, die durch nichtlineare Effekte hervorgerufene nichtkomprimierbare Phase mit Hilfe von Pulsformung zu kontrollieren.
Die Auswirkungen der nichtlinearen Effekte treten in optischen Fasern bereits bei sehr geringen Leistungen auf, da die Laserstrahlung in Form von Moden geführt wird. Einerseits wird die Laserstrahlung auf kleine Modenfeldflächen gebunden, was zu hohen Intensitäten führt, andererseits breitet sich die Laserstrahlung quasi-beugungsfrei aus, was wiederum zu großen Wechselwirkungslängen führt. Da die Selbstphasenmodulation umgekehrt proportional zur Modenfeldfläche und proportional zur Faserlänge ist, kann die Verwendung von neuartigen mikrostrukturierten Fasern, wie z.B. LMA-Fasern (Large Mode- Area Fibers) oder LMA-PCF-Fasern (Large Mode-Area Photonic Crystal Fiber), mit großer Modenfeldfläche bei gleichzeitig kleiner Faserlänge den Einfluss nichtlinearer Effekte stark reduzieren.
Nachteilig bei den bekannten Methoden zur Reduzierung der nichtlinearen Effekte ist, dass relativ komplizierte und kostenintensive bauliche Veränderungen an vorhandenen Vorrichtungen vorgenommen werden müssen, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten. Auch die mit diesen Veränderungen verbundene Anpassung der einzelnen Komponenten untereinander ist relativ aufwändig. Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Verstärken beziehungsweise Transportieren von elektromagnetischer Strahlung bereitzustellen, welche eine sehr einfach realisierbare und kostengünstige Möglichkeit zur Reduzierung des Einflusses von nichtlinearen Effekten bietet.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die im Verstärker beziehungsweise Transportmedium propagierende elektromagnetische Strahlung weitgehend nicht linear polarisiert ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Koeffizient der nichtlinearen
Brechzahl von der Polarisation der elektromagnetischen Strahlung abhängt. Dieser Koeffizient ist bei linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung etwa 1 ,5-mal so groß wie bei zirkulär polarisierter elektromagnetischer Strahlung. Somit können durch den erfindungsgemäßen Ansatz nichtlineare Effekte wie beispielsweise Selbstphasenmodulation, Kreuzphasenmodulation, Selbstfokus- sierung, Vierwellen-Mischung und ähnliches reduziert werden. Der erfindungs- gemäße Ansatz zur Reduzierung nichtlinearer Effekte ist vergleichsweise einfach und kann zudem in vorhandene Systeme übernommen werden, ohne aufwändige bauliche Modifikationen vornehmen zu müssen. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Ansatz nahezu problemlos mit den oben beschriebenen herkömmlichen Vorgehensweisen zur Reduzierung von nicht- linearen Effekten kombiniert werden. Von Vorteil ist dabei unter anderem, dass eine Reduzierung der nichtlinearen Effekte zu einer Erhöhung der Spitzenleistung der elektromagnetischen Strahlung führt. Des Weiteren kann die Schwelle für Selbstfokussierung nach oben verschoben werden.
Vorzugsweise ist die im Verstärker beziehungsweise im Transportmedium propagierende elektromagnetische Strahlung elliptisch polarisiert. Besonders bevorzugt ist die im Verstärker beziehungsweise im Transportmedium propagierende elektromagnetische Strahlung zirkulär polarisiert.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahlungsquelle linear polarisierte elektromagnetische Strahlung erzeugt und im Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle und dem Verstärker beziehungsweise Transportmedium ein Polarisationswandler angeordnet ist. Der Polarisationswandler begünstigt hierbei, dass die linear polarisierte elektromagnetische Strahlung derart gewandelt wird, dass die im Verstärker beziehungsweise Transportmedium propagierende elektromagnetische Strahlung weitgehend nicht linear polarisiert ist.
Der Verstärker beziehungsweise das Transportmedium, beispielsweise eine optische Glasfaser, prägt der elektromagnetischen Strahlung eine durch nichtlineare Effekte bedingte nichtlineare Phase auf. Diese Phase kann durch den erfindungsgemäßen Ansatz auf einfache Art und Weise deutlich reduziert werden, um so die Qualität beziehungsweise Leistung der verstärkten elektromagnetischen Strahlung zu erhöhen. Der Polarisationswandler ist vorzugsweise als Viertelwellenplatte ausgebildet. Dies stellt eine sehr einfache und kostengünstige Realisierungsmöglichkeit dar.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der
Polarisationszustand der im Verstärker beziehungsweise Transportmedium propagierenden elektromagnetischen Strahlung durch die Lage r > 0.9 einerseits und |£J > 30° , \ε\ > 35° oder \ε\ > 40° andererseits auf der Poincare-Kugel bestimmt. Die Wahl eines dieser Polarisationszustände hat sich als besonders geeignet zur Reduzierung der nichtlinearen Effekte herausgestellt. Es können jedoch auch andere Polarisationszustände ausgewählt werden, welche auf den jeweiligen Anwendungsfall ideal zugeschnitten sind. Zur Verdeutlichung der Parameterwahl wird auf die in Figur 5 gezeigte Poincare-Kugel-Darstellung verwiesen, bei der sich linear polarisierte elektromagnetische Strahlung am Äquator befindet, wohingegen zirkulär polarisierte elektromagnetische Strahlung an den Polen zu finden ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Verstärker beziehungsweise das Transportmedium ein weitgehend optisches isotropes Medium aufweist. Vorzugsweise ist dieses Medium ein Wellenleiter, ein Kristall, insbesondere YAG-Kristall, ein amorphes Material oder ein Gas. Der erfindungsgemäße Ansatz zur Reduzierung der nichtlinearen Effekte hat sich für solche Medien als besonders wirksam und vorteilhaft herausgestellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die elektromagnetische Strahlung aus gepulsten elektromagnetischen Strahlungsimpulsen oder aus einer kontinuierlichen elektromagnetischen Strahlung gebildet. Das Auftreten von nichtlinearen Effekten ist bei beiden Arten elektromagnetischer Strahlung festzustellen. Die erfindungsgemäße Reduzierung der nichtlinearen Effekte findet bei beiden Strahlungsarten gleichermaßen Anwendung und führt zu ähnlich guten Ergebnissen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im
Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Polarisationswandler ein Polarisationsteiler angeordnet und dem Verstärker ein Spiegel nachgeschaltet, wobei der Spiegel die Strahlungsrichtung der verstärkten elektromagnetischen Strahlung umkehrt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist die Verwendung einer Strahlungsquelle von Vorteil, die linear polarisierte elektromagnetische Strahlung erzeugt. Die erzeugte elektromagnetische Strahlung wird zunächst durch den Polarisationsteiler, beispielsweise einen Polarisationsteilerwürfel, geführt und anschließend mittels des Polarisationswandlers in nicht linear polarisierte elektromagnetische Strahlung gewandelt. Diese wird anschließend mittels des Verstärkers, beispielsweise eines Faserverstärkers, verstärkt. Hierbei können nichtlineare Effekte im Verstärker auftreten, die durch die erfindungsgemäße Wahl der im Verstärker propagierenden, weitgehend nicht linear polarisierten elektromagnetischen Strahlung deutlich reduzierbar sind. Die verstärkte, weitgehend nicht linear polarisierte elektromagnetische Strahlung wird anschließend an dem Spiegel zurückreflektiert und erneut mittels des Verstärkers verstärkt, wobei auch bei dieser zweiten Verstärkungsstufe durch die Wahl von weitgehend nicht linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung sehr geringe nichtlineare Effekte auftreten. Die zweifach verstärkte, weitgehend nicht linear polarisierte elektromagnetische Strahlung passiert anschließend wieder den Polarisationswandler und wird zu verstärkter, linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung, deren Polarisationsebene senkrecht zu der der anfänglichen un verstärkten, linear polarisierten elektromagnetischen Strahlung steht. Die zweifach verstärkte, linear polarisierte elektromagnetische Strahlung wird schließlich über den Polarisationsteiler zu ihrer weiteren Verwendung aus der Vorrichtung ausgekoppelt. Diese Ausgestaltung der Vorrichtung ist somit bei relativ kompaktem Aufbau sehr effektiv.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass dem Verstärker ein weiterer Polarisations- wandler nachgeschaltet ist, der die weitgehend nicht linear polarisierte elektromagnetische Strahlung in linear polarisierte elektromagnetische Strahlung wandelt. Bei dieser Ausgestaltung passiert die elektromagnetische Strahlung lediglich einmal den Verstärker.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass im Strahlengang zwischen Polarisations- wandler und Verstärker ein Strecker zum zeitlichen Strecken der elektromagnetischen Strahlungsimpulse angeordnet und dem Verstärker beziehungsweise dem weiteren Polarisationswandler ein Kompressor zum Komprimieren der verstärkten elektromagnetischen Strahlungsimpulse nachgeschaltet ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Umsetzung des Erfindungsgedankens in einem CPA-System mit den damit verbundenen Vorteilen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle und Verstärker ein Strecker zum zeitlichen Strecken der elektromagnetischen Strahlungsimpulse angeordnet und dem Verstärker beziehungsweise weiteren Polarisationswandler ein Kompressor zum zeitlichen Komprimieren der verstärkten elektromagnetischen Strahlungsimpulse nachgeschaltet ist.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zum spektralen Formen der elektromagnetische Strahlungsimpulse eingerichtet ist.
Mit der Erfindung wird somit eine Vorrichtung bereitgestellt, welche auf sehr einfache und kostengünstige Art und Weise der Reduzierung von nichtlinearen Effekten bei der Verstärkung und/oder dem Transport von elektromagnetischer Strahlung dient und gleichzeitig problemlos mit vorhandenen Vorrichtungen sowie mit weiteren Methoden zur Reduzierung von nichtlinearen Effekten kombinierbar ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1 : ein Ausführungsbeispiel für die erfindungs- gemäße Vorrichtung,
Figur 2: ein weiteres Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung,
Figur 3: ein weiteres Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung, Figur 4: ein weiteres Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung, und
Figur 5: eine Darstellung der Poincare-Kugel. Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung 1. Diese weist eine Strahlungsquelle 2 auf, welche weitgehend nicht linear polarisierte elektromagnetische Strahlung in Form von zirkulär oder elliptisch polarisierter elektromagnetischer Strahlung 3 erzeugt. Die zirkulär oder elliptisch polarisierte elektromagnetische Strahlung 3 wird anschließend mittels des Verstärkers 4 verstärkt. Die hierbei auftretenden nichtlinearen Effekte sind durch die Verwendung von zirkulär oder elliptisch polarisierter elektromagnetischer Strahlung 3 deutlich reduziert.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung 11. Diese weist eine Strahlungsquelle 12 zum Erzeugen von linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung 13 auf. Die linear polarisierte elektromagnetische Strahlung 13 wird anschließend von einem im Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle 12 und dem Verstärker 14 angeordneten Polarisationswandler 16 in zirkulär oder elliptisch polarisierte elektromagneti- sehe Strahlung 17 gewandelt. Die zirkulär oder elliptisch polarisierte elektromagnetische Strahlung 17 wird dann mittels des Verstärkers 14 verstärkt, wobei verstärkte, zirkulär oder elliptisch polarisierte elektromagnetische Strahlung 15 entsteht. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 kann alternativ zu der in Figur 1 gezeigten eingesetzt werden. Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung 21. Bei dieser Ausführungsform findet eine Strahlungsquelle 22 Einsatz, welche linear polarisierte elektromagnetische Strahlung 23 erzeugt. Diese linear polarisierte elektromagnetische Strahlung 23 wird anschließend durch einen Polarisationsteiler 28 geführt, welcher für linear polarisierte elektromagnetische Strahlung 23 in dem Polarisationszustand, wie er von der Strahlungsquelle 22 erzeugt wird, durchlässig ist. Die durch den Polarisationsteiler 28 durchgelassene linear polarisierte elektromagnetische Strahlung 23 wird anschließend mittels des Polarisationswandlers 26 in zirkulär oder elliptisch polarisierte elektromagnetische Strahlung 27 gewandelt. Diese zirkulär oder elliptisch polarisierte elektromagnetische Strahlung 27 wird anschließend mittels des Verstärkers 24 verstärkt. Die verstärkte, zirkulär oder elliptisch polarisierte elektromagnetische Strahlung 25 wird anschließend an einem Spiegel 30 reflektiert, der die Strahlungsrichtung der verstärkten, zirkulär oder elliptisch polarisierten elektromagnetischen Strahlung 25 umkehrt. Die reflektierte verstärkte, zirkulär oder elliptisch polarisierte elektromagnetische Strahlung 25 wird erneut vom Verstärker 24 verstärkt und anschließend mittels des Polarisationswandlers 26 in linear polarisierte elektromagnetische Strahlung 29 gewandelt, deren Polarisationsebene jedoch senkrecht zu der von der Strahlungsquelle 22 erzeugten ursprünglichen linear polarisierten elektromagnetischen Strahlung 23 ist, was durch die Punkte und Pfeile angedeutet sein soll. Die zweifach verstärkte, linear polarisierte elektromagnetische Strahlung 29 wird anschließend über den Polarisationsteiler 28 aus der Vorrichtung 21 ausgekoppelt.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 31 ist in Figur 4 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform erzeugt die Strahlungsquelle 32 dispersiv gestreckte, linear polarisierte elektromagnetische Strahlung 33. Stattdessen kann aber auch vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle linear polarisierte elektromagnetische Strahlung erzeugt, welche anschließend mittels eines Streckers dispersiv gestreckt wird, der im Strahlengang der Strahlungsquelle nachgeschaltet ist. Die dispersiv gestreckte, linear polarisierte elektromagnetische Strahlung 33 wird anschließend mittels des Polarisationswandlers 36 in dispersiv gestreckte, zirkulär oder elliptisch polarisierte elektromagnetische Strahlung 37 gewandelt. Diese wird daraufhin mittels des Verstärkers 34 verstärkt. Die verstärkte, dispersiv gestreckte, zirkulär oder elliptisch polarisierte elektromagnetische Strahlung 35 wird mittels des dem Verstärker 34 nachgeschalteten weiteren Polarisationswandlers 38 wieder in dispersiv gestreckte, linear polarisierte elektromagnetische Strahlung 39 gewandelt. Diese wird zuletzt mittels eines Kompressors 40 zeitlich komprimiert, was die Abgabe von hochenergetischer, linear polarisierter elektromagnetischer Strahlung 41 von hoher Qualität ermöglicht.
Die anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung und sind nicht beschränkend. - Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Verstärken und/oder Transportieren von elektromagnetischer Strahlung, mit einer Strahlungsquelle (2) zum Erzeugen der elektromagnetischen Strahlung sowie einem Verstärker (4) zum Verstärken bzw. einem Medium zum Transportieren der erzeugten elektromagnetischen
Strahlung,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die im Verstärker (4) bzw. Medium propagierende elektromagnetische Strahlung weitgehend nicht linear polarisiert ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Verstärker (4) bzw. im Medium propagierende elektromagnetische Strahlung elliptisch oder zirkulär polarisiert ist.
3. Vorrichtung (11, 21, 31) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (12, 22, 32) linear polarisierte elektromagnetische Strahlung (13, 23, 33) erzeugt und im Strahlengang zwischen der Strahlungsquelle (12, 22, 32) und dem Verstärker (14, 24, 34) bzw. Medium ein Polarisationswandler (16, 26, 36) angeordnet ist.
4. Vorrichtung (11, 21, 31) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (14, 24, 34) bzw. das
Medium der elektromagnetischen Strahlung eine durch nichtlineare Effekte bedingte nichtlineare Phase aufprägt.
5. Vorrichtung (11 , 21 , 31 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationswandler (16, 26, 36) eine Viertelwellenplatte ist.
6. Vorrichtung (11 , 21 , 31 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationszustand der elliptisch polarisierten elektromagnetischen Strahlung durch die Lage r > 0.9 einerseits und \ε\ > 30° , \ε\ > 35° oder \ε\ > 40° andererseits auf der Poincare-Kugel bestimmt ist.
7. Vorrichtung (11 , 21 , 31 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (14, 24, 34) bzw. das
Medium ein optisches isotropes Medium aufweist.
8. Vorrichtung (11 , 21 , 31 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das optische isotrope Medium ein Wellenleiter, ein Kristall, ein amorphes Material oder ein Gas ist.
9. Vorrichtung (11 , 21 , 31 ) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung aus gepulsten elektromagnetischen Strahlungsimpulsen oder aus einer kontinuierlichen elektromagnetischen Strahlung gebildet ist.
10. Vorrichtung (21 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle (22) und
Polarisationswandler (26) ein Polarisationsteiler (28) angeordnet und dem Verstärker (24) ein Spiegel (30) nachgeschaltet ist, wobei der Spiegel (30) die Strahlungsrichtung der verstärkten elektromagnetischen Strahlung (25) umkehrt.
11. Vorrichtung (1 , 11 , 31 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verstärker (4, 14, 34) bzw. Medium ein weiterer
Polarisationswandler (38) nachgeschaltet ist, der weitgehend nicht linear polarisierte elektromagnetische Strahlung (5, 15, 35) in linear polarisierte elektromagnetische Strahlung (39) wandelt.
12. Vorrichtung (11 , 21 , 31 ) nach Anspruch 9 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen Polarisationswandler (16, 26, 36) und Verstärker (14, 24, 34) ein Strecker zum zeitlichen Strecken der elektromagnetischen Strahlungsimpulse angeordnet und dem Verstärker (14, 24, 34) bzw. dem weiteren Polarisationswandler (38) ein Kompressor (40) zum zeitlichen Komprimieren der verstärkten elektromagnetischen Strahlungsimpulse nachgeschaltet ist.
13. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 9 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen Strahlungsquelle (2, 12, 22, 32) und Verstärker (4, 14, 24, 34) ein Strecker zum zeitlichen Strecken der elektromagnetischen Strahlungsimpulse angeordnet und dem Verstärker (4, 14, 24, 34) bzw. weiteren Polarisationswandler (38) ein Kompressor zum zeitlichen Komprimieren der verstärkten elektromagnetischen Strahlungsimpulse nachgeschaltet ist.
14. Vorrichtung (1 , 11 , 21 , 31 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum spektralen Formen der elektromagnetischen Strahlungsimpulse eingerichtet ist.
- Zusammenfassung -
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