KR102341226B1 - 분산 조절 유닛 - Google Patents

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트룸프 레이저 게엠베하
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Abstract

본 발명은 특히 레이저 펄스에 대한 스펙트럼 폭을 갖는 전자기 방사선을 위한 분산 조절 유닛(5)에 관한 것이다. 분산 조절 유닛은 적어도 하나의 분산 요소(7A, 7B)를 가진 전자기 방사선의 2 개의 상호 작용 영역들에 의해 경계가 지어진 각 분산 영역(8)에서 각 분산을 생성하기 위한 적어도 하나의 분산 요소(7A, 7B)를 가진 어셈블리를 포함한다. 각 분산 영역에서, 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분은 서로 비스듬하게 연장되는 광경로(8A, 8B, 8C)와 관련된다. 또한, 분산 조절 유닛(5)은 광학 유닛(4)을 포함하고, 광학 유닛(4)은 각 분산 영역(8)에 배열되고, 전자기 방사선 투과성 광학 요소(11), 특히 전자기 방사선 투과성 평행 평면 광학 (유리) 플레이트(11)를 포함한다. 광학 요소는 광학 유닛(1) 앞뒤에서의 개별 스펙트럼 성분의 전파에 관하여 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분의 입사각 의존성 평행 오프셋을 달성한다.

Description

분산 조절 유닛
본 발명은 펄스 압축기(pulse compressor) 유닛, 및/또는 펄스 신장기(pulse stretcher) 유닛을 갖는 펄스 레이저 시스템에서 분산 조절을 위한 유닛에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 분산 조절 유닛에서 분산을 미세 조절하는 방법에 관한 것이다.
레이저 펄스는 레이저 펄스의 달성 가능한 최소 지속 시간을 결정하는 스펙트럼 폭을 갖는다. 기본 주파수 스펙트럼이 넓을수록, 레이저 펄스의 펄스 지속 시간이 짧아질 수 있다. 그러나, 일반적으로 통과된 물질의 분산(본 명세서에서는 물질 분산(material dispersion)이라 칭함) 및 아마 높은 피크 전력에서의 자기 위상 변조(self-phase modulation)는 스펙트럼 성분의 혼입(disperging)을 유도한다. 따라서, 특히 펄스 지속 시간이 ps 범위 이하인 초단(short) 및 극초단(ultra-short) 레이저 펄스의 경우, 레이저 펄스의 발산이 방지되거나 반전되어야 한다면, 일반적으로 광경로의 분산 조절이 수행된다. 펄스 지속 시간의 분산 확대(dispersive widening)에 대항하는 광학 장치(set-up)는 펄스 압축기 유닛이라고 지칭한다. 그러한 분산 조절 유닛들의 예들은, 예를 들어, 상이한 광경로 길이를 생성하기 위하여 본 명세서에서 각 분산(angular dispersion)으로 지칭되는, 레이저 펄스의 스펙트럼 성분들로부터 패닝 아웃(fanning out)을 이용하는 격자 쌍-기반 또는 프리즘 쌍-기반 압축기 유닛(간단히 말해, 격자 또는 프리즘 압축기)을 포함한다.
더욱이, 증폭된 펄스는 특히 예를 들어 증폭기 레이저 매체에서 자기 집속(self-focusing)과 같은 비-선형 효과를 야기할 수 있는 높은 세기를 초래할 수 있다. 그러한 비-선형 광학 효과는 빔 품질 및 펄스 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있으며, 따라서 전체 증폭 프로세스에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 증폭기 구성은 능동적으로 신장된 레이저 펄스가 증폭되거나 증폭 과정 중에 펄스 연장이 발생하도록 설계된다. 레이저 펄스의 펄스 지속 시간의 분산 확대를 초래하는 그러한 분산 조절 유닛의 광학 장치는 본 명세서에서 펄스 신장 유닛으로 지칭된다. 그러한 분산 조절 유닛의 예는 예를 들어, 이후에 사용되는 펄스 압축기 유닛과 반대되는 각 분산을 사용하는 집적 렌즈 시스템을 갖는 격자 쌍-기반 또는 프리즘 쌍-기반 신장 유닛(간단히, 격자 또는 프리즘 신장기)을 예를 들어 포함한다. 또한, 레이저 펄스는, 예를 들어, 광 섬유를 통해, 아마 집적된(처프된(chirped)) 광섬유 브래그 격자를 갖는, 펄스 확장(pulse broadening)을 위한 상응하는 분산 특성을 갖는 물질을 통해 안내될 수 있다.
격자 또는 프리즘 압축기 및 격자 또는 프리즘 신장기에 대한 기본 파리미터는 스펙트럼 패닝-아웃의 범위이다. 이것은, 예를 들어, 사용된 격자의 격자 상수 또는 사용된 프리즘의 굴절률에 의존한다. 일반적으로, 분산은 각 분산으로 인한 경로 길이의 차이를 결정하는 격자 또는 프리즘 사이의 거리에 의해 조절될 수 있다. 격자 압축기 또는 격자 신장기의 경우, 회절에 의해 축적된 위상은 예를 들어 분산에 기여한다. 일반적으로 분산이 더 잘 보상될수록, 펄스 지속 시간은 스펙트럼적으로 달성 가능한 펄스 지속 시간에 가까워질 수 있다. 펄스 지속 시간이 짧을수록, 압축에 더 많은 분산 차수(order)가 고려되어야 한다. 또한, 빔 경로의 분산 특성을 물질 분산으로 조절할 수 있도록 미세 조절을 위해 빔 경로에 배치된 얇은 유리판(glass plate)을 사용할 수 있다.
일반적으로, 상기 펄스 신장 및 펄스 압축의 개념은 높은 펄스 에너지를 갖는 극초단 펄스를 생성하기 위해 소위 CPA(chirped pulse amplification)에 사용된다. 예를 들어, 광섬유 레이저 시스템의 (극)초단 펄스를 생성하기 위해, 광섬유 레이저의 입력 레이저 펄스는 전형적으로 (예를 들어, 광섬유 기반 신장기 또는 격자 신장기 내에서) 일시적으로 신장되고, 광섬유 증폭기 유닛에서 증폭된 후, (예를 들어, 격자 압축기에서) 일시적으로 압축된다. 예를 들어, (극)초단 펄스를 생성하기 위한 유사한 장치가 머신 툴의 디스크 레이저 시스템을 기반으로 할 수 있다. 일반적으로 매우 정확하고 기술적으로 정교한 압축이 스펙트럼 성분의 분산을 되돌리기 위해 요구된다.
최신 기술에서, (예를 들어, 격자 압축기에서) 정확한 분산 제어를 위한 다양한 접근법이 공지되어 있다. 예를 들어, WO 2015/117128 A1 및 US 7,822,347 B1은 펄스 지속 시간의 변화가 신장기 또는 압축기의 격자 간격을 통해 제어되고 "처프(chirped)" FBG(Fiber Bragg Grating)를 사용하여 추가로 미세 조절되는 개념을 개시한다. 다른 접근법은 US 7,729,045 B2 및 US 8,780,440 B2로부터 공지되어 있다. 또한, DE 10 2010 018967 A1은 하나 또는 두 개의 유리판이 빔 경로 내에 위치되는 물질 분산에 기초한 분산 보상을 갖는 OPO 시스템을 개시한다. 또한, US 2008/0304127 A1은 SLM을 갖는 펄스 성형기(shaper)를 개시하고, US 6,272,156 B1은 펄스 레이저 빔의 광섬유-기반 가이딩에서 신장기-압축기 장치의 사용을 개시하고, US 2011/0255563 A1은 레이저 시스템을 위한 펄스 성형기를 개시하며, US 2006/0159137 A1은 격자 압축기를 갖는 펄스 레이저 시스템을 개시한다.
본 개시의 일 양태는, 예를 들어, 격자 쌍 및 프리즘 쌍 기반 분산 조절 유닛을 위한 확장된 분산 조절을 제공하는 목적에 기초한다. 본 발명의 또 다른 양태는 분산 조절 유닛 이후에 빔 품질 및 빔 경로에 가능한 한 작은 영향을 미치는 그러한 분산 조절 유닛을 위한 분산 조절을 가능하게 하는 목적에 기초하고, 특히 광학 컴포넌트의 용이하게 제어 가능한 설정(setting)에 기초한다.
목적들 중 적어도 하나는 청구항 1에 따른 분산 조절 유닛, 청구항 2에 따른 분산 조절 유닛, 청구항 18에 따른 레이저 시스템 및 청구항 22에 따른 분산 조절 방법에 의해 달성된다. 추가적인 실시 예들은 종속항들에서 주어진다.
일 양태에서, 특히 레이저 펄스에 대한 스펙트럼 폭을 갖는 전자기 방사선을 위한 분산 조절 유닛은 적어도 하나의 분산 요소(dispersive element)를 갖는 전자기 방사선의 2 개의 상호 작용 영역에 의해 경계가 정해진, 각 분산 영역에서 각 분산을 생성하기 위한 적어도 하나의 분산 요소를 갖는 장치(arrangement)를 포함하고, 상기 각 분산 영역에서 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분은 서로 비스듬하게(at an angle to one another) 이어지는 광경로와 관련된다. 또한, 상기 분산 조절 유닛은 각 분산 영역에 배열된 광학 유닛을 포함하고, 전자기 방사선 투과성 광학 요소를 가진다. 상기 광학 요소는 상기 광학 유닛 앞뒤에서의 개별 스펙트럼 성분의 전파에 관하여, 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분의 입사각 의존성(incidence-angle-dependent) 병렬 오프셋을 생성한다.
다른 양태에서, 특히 레이저 펄스에 대한 스펙트럼 폭을 갖는 전자기 방사선을 위한 분산 조절 유닛은 각 분산을 생성하기 위한 적어도 한 쌍의 분산 요소를 포함한다. 상기 분산 요소 쌍은 상기 분산 요소 쌍의 분산 요소 사이에 개별 스펙트럼 성분이 서로 비스듬하게 내뻗는 광경로와 관련되는 식으로 배열된다. 분산 조절 유닛은 또한 분산 요소들 사이의 빔 경로에 배치되고, 빔 경로에 관하여 광학 요소의 각 위치(angular position)를 조절하기 위하여 회전가능하게 지지되는 광학 요소를 더 포함한다.
다른 양태에서, 레이저 시스템은 전술한 적어도 하나의 분산 조절 유닛으로 스펙트럼적으로 넓은 레이저 펄스 및 펄스 신장 또는 펄스 압축 또는 둘다를 생성하기 위한 레이저 펄스 소스를 포함한다.
또한, 레이저 시스템은 제어 유닛 및 상기 제어 유닛에 펄스 지속 시간 의존성 측정 신호를 출력하기 위한 펄스 지속 시간 측정 디바이스를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어 유닛은 예를 들어, 펄스 지속 시간 의존성 측정 신호의 함수로서 빔 경로에 관하여 광학 요소의 각 위치를 설정하도록 구성된다.
다른 양태에서, 레이저 펄스에 대한 분산 조절 방법은, 각 분산 영역에서 펄스 레이저 빔을 스펙트럼적으로 패닝 아웃 및 결합함으로써 각 분산 부분(angular dispersion portion)을 제공하는 단계; 각 분산 영역에 광학 요소를 제공하는 단계(상기 광학 요소는 광학 요소의 입사면에 관하여 스펙트럼 성분의 입사각에 의존하여 광학 요소에서 전파 방향을 제공함); 및 광학 요소에서 전파 방향 및/또는 전파 길이를 변경하는 단계를 포함하고, 이에 의해 특히 스펙트럼 성분의 전파 방향을 유지하는 동안 각 분산 부분에 영향을 미친다.
예를 들어, 적어도 하나의 분산 요소의 셋업의 스펙트럼적으로 팬-아웃 영역 내로 (전자기 방사선 투과성 광학 요소의 예로서) 회전 가능한 유리판을 도입하면, 관련 분산 조절 유닛의 분산 설정의 추가 파라미터를 초래한다. 유리판에 대한 스펙트럼 의존적인 입사각은 상이한 스펙트럼 성분에 대한 유리판 내의 상이한 긴 경로 및 유리판 이후의 상이한 빔 경로를 초래한다. 특히, 개별 스펙트럼 성분의 입사각 의존성 평행 오프셋이 형성된다. 따라서, 굴절률의 스펙트럼 의존성, 따라서 물질 분산의 변화의 스펙트럼 의존성은 변경된 평행 오프셋으로 인한 분산의 변화와 비교하여 본질적으로 무시할 만하다.
회전 가능한 유리판으로, (예를 들어, 격자/프리즘/그리즘(grism)) 압축기에서의 레이저 펄스의 일시적인 압축이 수정될 수 있다.
분산을 조절하기 위해, 유리판은 예를 들어 제어 유닛을 통해 회전 가능하게 장착된다. 그러한 구성은 빔 품질에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않고 구현될 수 있다. 일반적으로, 유리판(일반적으로 분산 조절을 위한 광학 요소)의 두께는 회전에 의해 주어진 분산 수정의 조절 범위 또는 감도를 선택하는데 사용될 수 있다.
분산 적응(dispersion adaptation) 동안의 개별 스펙트럼 성분의 광경로에 대한 유사한 효과는 또한 이중 쐐기 구조(double wedge structure) 및/또는 전기 광학 변조기 및/또는 2 개의 음향 광학 변조기를 포함하는 광학 요소를 사용하여 달성될 수도 있다.
각 분산의 파장/입사각 의존적인 수정의 전제 조건은 일반적으로 광학 유닛에서 굴절률 변화가 제공된다는 것이다. 공기/질소에서의 구현을 위해, 광학 요소의 굴절률은 입사각에 의존하는 굴절을 제공하기 위해 1과 동일하지 않아야 한다.
예를 들어, 이중 통로(passage)를 갖는 폴딩된 격자 압축기의 경우, 평행 평면(plane-parallel) 플레이트는 빔 품질에 대한 영향을 최소화하는 이점을 갖는다. 그러나, 폴딩되지 않은(unfolded) 격자 압축기에서, 예를 들어 신장 또는 압축이 작고 따라서 비대칭 빔 경로의 빔 품질에 대한 영향은 낮게 유지된다면, 광학 요소를 갖는 광학 유닛이 한쪽에만 제공될 수 있다.
광학 요소는 특히 비-수직 입사를 가정하여 입사(단색) 빔의 방향을 특히 평행하게 변위시키는 기하학적 구조를 우선적으로 갖는다. 이에 따라, 광학 요소 앞뒤에서의 스펙트럼 발산 영역에서의 개별 스펙트럼 성분의 전파 방향은 동일하게 유지되므로, 개별 스펙트럼 성분의 빔 경로 사이의 각도 관계가 유지되지만, 패닝 아웃의 정도는 변화될 수 있다.
광학 요소는 사용된 스펙트럼 범위에서 투명하며, 일반적으로 평행 평면 입사면 및 출사면을 가진다. 예를 들어, 그것은 평행 평면 석영 플레이트 또는 평행 평면 입사면 및 출사면을 제공하는 광학 요소의 시스템이다. 예를 들어, 입사면과 출사면은 전력 손실 및 간섭을 피하기 위해 반사 방지 코팅이 될 수 있다.
또한, 광학 유닛은 예를 들어, (광학 요소로서) 서로에 대하여 회전 가능한 2개의 유리판을 가질 수 있어서, 유리판이 적절하게 정렬되면, 본질적으로 유리판의 물질 분산만이 분산 조절 유닛의 분산 특성에 기여하는, 빔 오프셋이 없는 제로 위치가 구현될 수 있다. 광학 유닛은 미세 조절을 위한 얇은 판 및 분산 특성의 개략 조절을 위한 두꺼운 판을 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 개념 및 실시 예는 다음과 같은 장점을 가질 수 있다. 펄스 지속 시간은 분산 요소들 중 하나의 분산 요소의 이동(예를 들어, 거리 조절을 위한 격자 압축기에서의 제2 격자의 변위)과 독립적으로 또는 부가하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 격자 압축기의 경우 빔 품질은 격자 구조의 방향에 매우 민감하다. 그러므로, 펄스 지속 시간의 조절은 격자 구조의 방향에 영향을 주지 않으면서 매우 정확하게 이동할 수 있어야 하는 매우 복잡한 격자 홀더를 필요로 한다. 또한, 분산 조절의 감도, 따라서, 예를 들어, 몇 밀리미터 또는 센티미터의 평행 평면 플레이트와 같이 광학 요소의 물질 두께를 통해 플레이트의 회전에 대한 레이저 펄스의 펄스 지속 시간의 미세 조절을 선택할 수 있다, 예를 들어, 압축기 장치가 가능한 한 안정되고/되거나, 펄스 지속 시간이 모터 또는 피에조 요소를 사용하여 광학 요소를 회전시킴으로써 능동적으로 조절 또는 변경될수 있도록, 물질 두께가 선택될 수 있다. 일반적으로, 물질 두께는 원하는 조절 범위에 따라 선택되며, 이에 따라 작은 각 변화는 얇은 광학 요소보다 두꺼운 광학 요소에 더 큰 효과를 갖는다. 또한, 예를 들어, 이중 쐐기 구성은 광학 요소의 초기 두께를 조절 가능하게 할 수 있다. 이중 쐐기 구성에서, 적어도 하나의 쐐기는 또한 압축기 또는 신장기의 격자/프리즘/그리즘(또는 격자들/프리즘들/그리즘들)과 같은 분산 요소와 독립적으로 이동할 수 있다.
일반적으로, 여기에서 제안된 개념은 분산 조절 유닛에 필요한 설치 공간을 감소시키는 것을 가능하게 한다. 또한, 분산은 분산 요소(예를 들어, 격자, 프리즘 또는 그리즘)의 병진 이동없이 조절될 수 있으므로, 특히 분산을 조절할 때, 만일 있다면, 작은 영향만이 빔 경로에 미칠 수 있다.
여기에서, 종래 기술의 양태들을 적어도 부분적으로 개선할 수 있는 개념들이 개시된다. 특히, 추가적인 특징들 및 그 유용성은 도면들에 기초한 실시 예들의 다음의 설명으로부터 초래된다. 도면은 다음을 도시한다:
도 1은 펄스 지속 시간 압축을 위한 회전 가능한 유리판(압축기)에 기초한 분산 조절 유닛을 갖는 레이저 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 회전 각 의존성 분산 기여의 예시적인 계산을 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 작은 격자 상수에 대한 회전 각 의존성 분산 차수(dispersion order)의 예시적인 계산을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 분산 조절을 설명하기 위한 세기 곡선의 예시적인 계산을 도시한다.
도 5a 내지 도 5d는 큰 격자 상수에 대한 회전 각 의존성 분산 차수의 예시적인 계산을 도시한다.
도 6은 펄스 성형을 설명하기 위한 세기 곡선의 예시적인 계산을 도시한다.
도 7은 펄스 지속 시간 신장을 위한 회전 가능한 유리판(신장기)에 기초한 분산 조절 유닛의 개략도를 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 분산 조절 유닛을 위한 몇몇 회전 가능한 광학 요소를 갖는 광학 유닛의 예시적인 설계를 도시한다.
도 9는 분산 조절 방법의 예시적인 흐름도를 도시한다.
도 10은 분산 조절 유닛을 위한 이중 쐐기 구조에 기초한 또 다른 광학 유닛의 개략도를 도시한다.
도 11은 펄스 지속 시간 압축을 위한 전기 광 변조기에 기초한 분산 조절 유닛을 갖는 레이저 시스템의 개략도를 도시한다.
도 12는 펄스 지속 시간 압축을 위한 단일 분산 요소에 기초한 분산 조절 유닛을 갖는 레이저 시스템의 개략도를 도시한다.
본 명세서에 설명된 양태들은 예를 들어, 격자, 프리즘 또는 그리즘 압축기(또는 신장기)의 각 분산 팬 아웃된 전파 섹션에 개재(intervene)함으로써 분산 특성에 영향을 미치는 추가적인 가능성이 있다는 인식에 부분적으로 기초한다. 따라서, 각 분산이 입사각에 의존하는 개별 스펙트럼 성분의 평행 오프셋에 의해 수정될 수 있다는 것이 또한 인식되었다.
이하, 도 1을 참조하여, 일반적으로 분산 조절을 적용하는 레이저 시스템에 대한 예시적인 극초단 펄스 시스템을 위한 분산 조절에 대한 개념이, 회전 가능한 유리판에 기초한 펄스 지속 시간 압축을 위한 분산 조절 유닛을 사용하여 설명된다.
도 1에서, 극초단 펄스 시스템(1)은 스펙트럼적으로 넓은 레이저 펄스를 생성하기 위한 레이저 펄스 소스(3) 및 후술되는 광학 유닛(4)을 포함하는 펄스 지속 시간 압축을 위한 분산 조절 유닛(5)을 포함한다. 레이저 펄스 소스(3)는 예를 들어, 레이저 발진기 또는 레이저 발진기-증폭기 조합으로서 구성될 수 있다. 또한, 유사한 분산 조절 유닛(예를 들어, 도 7 참조)은 펄스 신장의 콘텍스트에서 레이저 펄스 소스(3)에 통합될 수 있다.
극초단 펄스 시스템(1)에서, 예를 들어, 1 nm 이상의 스펙트럼 폭 및 예를 들어, 0.1 μJ 이상의 펄스 에너지를 갖는 레이저 펄스가 입력 빔(6)으로서 분산 조절 유닛(5)에 공급된다. 레이저 펄스의 스펙트럼 폭은 타겟 위치에서 레이저 펄스의 특정 펄스 형상(세기 곡선)에 원하는 펄스 지속 시간, 예를 들어, 가능한 최단 펄스 지속 시간 또는 처리 방법에 적응된 펄스 지속 시간을 제공하기 위해, 빔 경로의 분산 조절을 필요로 한다.
분산 조절 유닛(5)은 폴딩된 격자 압축기로서 예시적으로 구성된다. 격자 압축기는 제1 격자(7A) 및 제2 격자(7B)로서 구현되는 한 쌍의 분산 요소를 포함하며, 이들은 격자의 2 개의 상호 작용 영역에 레이저 방사선을 제공한다. 스펙트럼 의존적인 회절 조건은 제1 격자(7A) 후에 각 분산을 생성한다. 즉, 분산 요소들(격자들(7A 및 7B)) 사이의 각 분산 영역(8)에서, 개별 스펙트럼 성분들에 대한 광경로들은 서로 비스듬하게 팬-아웃 평면에서 이어진다.
도 1은 더 긴 파장(λ> λ0) 및 더 짧은 파장(λ <λ0) 뿐 아니라 중심 파장 λ0에 대한 빔 경로의 3 개의 광경로(8A, 8B, 8C)를 도시한다. 상이한 파장의 광로(8A, 8B, 8C)는 팬 아웃 영역(8) 내에서 서로 비스듬하게 이어진다. 제2 격자(7B)는 폴딩을 야기하는 반사기 요소(9)를 향하여 광경로(8A, 8B, 8C)의 정렬/병렬화를 야기한다. 반사기 요소(9)는, 예를 들어 편향 프리즘 또는 루프 거울(roof mirror)이고, 리턴 경로가 동일한 광학 조건을 경험하지만, 예를 들어, 픽업 거울(10A)에서 입력 빔(6)으로부터 출력 빔(10)의 압축된 레이저 펄스의 분리를 가능하게 하기 위하여 높이가 변위된다. 도 1에서, 분산 요소(7A, 7B)는 투과형 격자로서 예시적으로 구성된다. 대안으로, 반사 격자, 프리즘 또는 그리즘이 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 개념에 따르면, 분산 조절 유닛(5)은 분산을 조절하기 위한 추가 파라미터를 제공하는 광학 유닛(4)을 포함한다. 도 1에 도시된 실시 예에서, 광학 유닛(4)은 예를 들어 광학 요소로서 투과성 평행 평면 플레이트(11)를 포함한다. 광학 요소, 즉 플레이트(11)는 예를 들어 석영, YAG, 사파이어, 또는 SF 10으로 만들어진다. 광학 요소는 팬 아웃 영역(8)에서 제1 격자(7A)와 제2 격자(7B) 사이에 배열된다. 도 1은 광경로가 어떻게 연장되는지를 보다 명확하게 나타낼 수 있도록 오버사이즈된 플레이트(11)를 도시한다. 스펙트럼 패닝으로 인해, 개별 파장은 플레이트(11)의 입사면(11A) 상에 상이한 각도로 떨어지며, 상이한 광경로 상에서 플레이트(11)를 통과하고, 서로 상이한 거리에서 출사면(11B)에서 출사되며, 평행 평면 플레이트에 대해서는 파장 간의 각도 관계가 유지된다. 따라서, 플레이트(11)는 플레이트(11) 앞뒤에서의 개별 스펙트럼 성분의 전파에 관하여 레이저 방사선의 개별 스펙트럼 성분의 입사각 의존성 평행 오프셋을 야기한다. 도 1에서, 광경로(8A, 8B, 8C)의 방향은 서로 평행하게 배열된 격자(7A, 7B)에 대응하여 설정된다.
광학 유닛(4)은 또한 회전축(17A)에 대해 플레이트(11)의 각 위치를 조절하는 각도 조절 디바이스(17)를 포함할 수 있다. 레이저 시스템(1)은 제어 유닛(13) 및 각도 조절 디바이스(17)를 제어하기 위한 펄스 지속 시간 측정 디바이스(15)를 더 포함할 수 있다.
플레이트(11)의 회전이 플레이트(11) 내의 광경로 및 출사면(11B)에서의 파장 사이의 거리를 변화시키는 것을 알 수 있다. 따라서, 회전은 분산 조절 유닛(5)의 분산 특성에 영향을 미치므로, 플레이트(11)를 회전시킴으로써 출력 빔(10) 내의 레이저 펄스의 펄스 지속 시간을 설정할 수 있다.
본 명세서에 설명된 개념과 대조적으로, 전술한 DE 10 2010 018967 A1에 개시된 장치는 격자들 사이에 배열되지 않은 유리판에 기초한다. 따라서, 그러한 장치는 본 명세서에 개시된 장치의 경우와 같이, 펄스 지속 시간을 추가로 변화시키는, 격자들 사이에 배열된 광학 요소의 기하학적 효과가 아니라, 비교에서 상당히 더 낮은 물질 분산 기여만을 나타낸다.
도 1과 관련하여 설명된 분산 조절 유닛(5)을 사용하여, 빔 또는 펄스 품질을 현저하게 감소시키지 않으면서 약 1.5mm 두께의 평행 평면 유리판으로 펄스 지속 시간을 200fs와 1ps 사이에서 변화시킬 수 있다. 조절은 압축기 격자(7A, 7B) 사이의 거리를 조절함으로써 종래의 조절보다 더 재현 가능하고 더 편리했다. 명백하게, 펄스 지속 시간의 변화는 200fs 내지 1ps의 범위로 제한되지 않고, (회전 각 δ의 주어진 조절 범위에 대해) 특히 유리판의 두께 및 물질에 의해 선택될 수 있다.
이하에서, 기능적인 원리는 일반적으로 요약되지만, 도 1에 도시된 구성을 참조하여 예시적으로 요약될 수 있다. 당업자는 기능적 원리를 본 개시의 프레임워크 내에서 후술되는 대안적인 구성으로 유추하여 전달할 수 있다. 제1 격자(7A)에서의 회절로 인해, 상이한 스펙트럼 성분들은 상이한 각도들로 플레이트(11) 상에 떨어진다. 따라서, 플레이트(11)를 회전시킬 때, 스펙트럼 성분 사이의 위상차는 다음과 같은 몇 가지 효과에 의해 변화한다:
1. (예를 들어, 플레이트(11) 내의) 광학 유닛 내의 경로는 상이한 스펙트럼 성분에 따라 상이하다. 이것은 상이한 광경로 길이를 야기하고(대부분의 구성에서 파장에 대한 굴절률의 의존성은 무시할 만함), 따라서 위상 차를 야기한다. 플레이트(11)의 경우에, 위상 차는, 예를 들어, 빔 경로 내의 플레이트(11)의 방향에 의존한다; 즉, 위상 차는 일반적으로 예를 들어 중심 파장의 플레이트(11) 상으로의 입사각에 의존한다.
2. 상이한 입사각으로 인해, 스펙트럼 성분은 플레이트(11)를 빠져 나갈 때 상이한 크기의 빔 오프셋을 경험한다. 따라서, 플레이트(11)가 회전될 때 다음이 변경될 수 있다:
a) 상이한 스펙트럼 성분들에 대한 플레이트(11)와 제2 상호 작용 영역(격자(7B) 상의 입사 영역) 사이의 경로 길이,
b) 제2 상호 작용 영역(격자(7B)에서의 입사 영역)에서의 빔의 크기(즉, 패닝 아웃), 따라서 제2 분산 요소(격자(7B))의 위상 기여, 및
c) 상이한 스펙트럼 성분들에 대한 제2 분산 요소(격자(7B))와 반사기 요소(9) 사이의 경로 길이.
상이한 스펙트럼 성분 사이의 위상차에 대한 이러한 효과의 기여 또는 분산의 기여가 도 2a 및 2b에서 유리판에 대해 도시되어 있다. 도 2a 및 도 2b는 위에서 설명된 기능적 원리에 대한 기여를 고려하여 위상의 β2 계수(φ=β0+β1*(ω-ω0)+β2/2*(ω-ω0)2+...)를 설명한다. β2 계수는 유리판의 회전각의 함수로서 주어지며, 이에 의해 도 2b는 유리판의 0° 위치 주변의 확대된 방식으로 기여를 보여준다. 0°위치에서, 중심 파장은 유리판에 직각(입사각 0°)으로 떨어진다. 주어진 값은 50 mm의 수직 격자 거리 Igrating, 10 mm의 플레이트 두께 및 588 nm의 격자 상수를 가진 장치에 해당한다. 도 2a 및 도 2b에서, 그래프는 다음과 같이 기여에 할당(assign)된다:
21(점선) : 플레이트가 없는 압축기. 이에 따라 압축기 격자의 거리는 β2가 0 °위치의 회전각 δ에서 플레이트만큼 크도록 적응된다.
23(파선) : 기능적 원리의 지점 1)과 2a)에 따른 격자들 사이의 경로에 대한 플레이트의 위상에 대한 기여가 포함된다.
25(1점 쐐선) : 기능적 원리의 지점 1), 2a) 및 2b)에 따른 격자와 제2 격자의 기여 사이의 경로에 대한 플레이트의 위상에 대한 기여가 포함된다.
27(실선) : 기능적 원리의 지점 1), 2a), 2b) 및 2c)에 따른 플레이트의 모든 기여가 포함된다.
본질적으로 동일한 크기 정도이기 때문에 모든 기여는 도시된 각도 범위의 분산 조절과 관련이 있음을 알 수 있다(특히 도 2b 참조).
플레이트 회전의 β2에 대한 기여와 격자 압축기의 길이 변화의 β2 기여를 비교하면, 이들도 비슷한 크기 정도이다.
도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 분산 차수의 비율은 특히 유리판이 회전될 때 작은 격자 상수에 대해 β2 자체보다 현저히 작게 변한다. 도 3c 및 도 3d에서, 상대적 델타 관계(relative delta-rel.)Δ(β3/β2) 또는 관계Δ(β4/β2)은 분산 차수의 관계를 특징짓는 값으로서 예시적으로 도시된다. 예를 들어 상대적 델타 Δ(β3/β2)는 다음과 같다.
Figure 112019003131417-pct00001
유리판을 회전시키면 격자 거리를 변경하는 것과 거의 같은 효과가 있으므로 간격을 변경하는 것은 분산 조절 중에 회전각을 변경하는 것에 의해 대체될 수 있다. 따라서, 유리판을 사용하여 특히 작은 격자 상수에 대하여, 펄스 지속 시간/펄스 형상을 설정하거나 제어할 수 있다.
도 4a 및 4b는 스펙트럼 폭이 300fs의 가능한 최소 지속 시간을 가능하게 하는 펄스의 펄스 압축에 대한 예시적인 계산을 도시한다. 도 4a는 압축기가 유리판의 최적이 아닌 방향 또는 격자들 사이의 최적이 아닌 거리를 갖는 분산 조절 유닛의 설정에 대한 세기(intensity) 곡선을 도시한다. 유리판의 각 위치를 최적화함으로써, 펄스 지속 시간은 도 4b의 세기 곡선에 도시된 바와 같이 상당히 압축될 수 있다.
높은 스펙트럼 폭을 갖는 매우 짧은 펄스의 경우, 펄스 품질(특히 펄스 지속 시간 및 펄스 형상)은 β의 더 높은 차수 β3, β4, ...에 민감하게 반응한다. 이미 작은 각 범위에서만 유리판을 회전시킬 때, 펄스 지속 시간은 다양할 수 있으며, 펄스 품질의 최적화는 특히 큰 격자 상수 및 (극)초단 펄스에 대해 본 명세서에 개시된 개념의 더 적합한 애플리케이션이 된다.
큰 격자 상수의 경우, β2 대 더 높은 차수 β3, β4...의 비율은 작은 격자 상수의 경우보다 훨씬 더 강하게 변한다. 이것은 도 3a 내지 도 3d와 마찬가지로 도 5a 내지 도 5d에 도시되어 있으며, 여기에 588 nm의 격자 상수에 대한 β2의 예시적인 각 의존성 및 β2에 대한 상대 비율이 도시되어 있다. 더 높은 차수에 대한 기여는 이제 입사각, 즉 유리판의 회전 및 압축기 격자들 사이의 거리를 조절함으로써 펄스 품질을 최적화하는데 사용될 수 있다.
도 6은 70fs의 최소 달성 가능한 펄스 지속 시간을 가능하게 하는 스펙트럼 폭을 갖는 펄스의 압축 동안 신장기-압축기 시스템의 비최적(non optimal) 튜닝에 대한 예시적인 계산을 도시한다. 유리판을 사용하지 않고, 점선(31)은 압축기 거리 조절에 순전히 기초한 펄스 압축의 결과인 세기 곡선을 도시한다. 예를 들어, 이는 유리판이 없이 압축기 후 약 120fs의 펄스 지속 시간을 초래한다. 시스템에 본 발명에 따른 압축기 내의 유리판이 보충되고, 압축기 격자들 사이의 거리 및 유리판의 회전각 δ가 모두 최적화되면, 펄스 지속 시간이 예시적으로 계산된 세기 곡선의 연속 선(33)에 의해 도시된 바와 같이, 예를 들어 80 fs 미만으로 더욱 감소될 수 있다.
다시 도 1로 돌아와서, 레이저 시스템(1)은 제어 유닛(13) 및 펄스 지속 시간 측정 디바이스(15)를 포함하고, 광학 유닛(4)은 펄스 지속 시간 측정에 의존하여 광학 요소(11)의 각 위치를 설정하는 각도 조절 디바이스(17)를 포함한다.
예를 들어, 펄스 지속 시간 측정 디바이스(15)는 펄스 지속 시간 의존성 측정 신호(예를 들어, 자기 상관(autocorrelation) 신호)를 출력하도록 구성된다. 예를 들어, 펄스 지속 시간 측정 디바이스(15)는 거울(19)에서 픽업된 출력 빔(10)의 (비-반사된) 부분이 공급된다. 펄스 지속 시간 측정 디바이스(15)는 측정 신호를 제어 유닛(13)에 송신하고, 제어 유닛(13)은 제어 신호를 각도 조절 디바이스(17)에 출력한다. 예를 들어, 제어 유닛(13)은 펄스 지속 시간의 감소를 위한 각 위치(및 아마 분산 요소의 거리)를 변화시키고, 펄스 지속 시간을 최단 펄스 지속 시간 또는 특정 물질 처리 애플리케이션에 필요한 펄스 지속 시간(또는 펄스 형상)으로 설정하기 위하여 최적화 알고리즘을 사용한다.
각도 조절 디바이스(17)는 예를 들어 광학 요소의 모터화된 및/또는 피에조 제어 요소를 통한 회전 가능한 홀더일 수 있고, 이는 회전각 δ의 특히 무-단계(step-free) 조절을 가능하게 한다. 이것은 예를 들어, 능동적으로 설정된, 특히 제어된 회전각의 조절에 의해 펄스 지속 시간의 설정, 특히 제어를 가능하게 한다.
도 7은 격자 신장기로서 구성된 분산 조절 유닛(50)에서 본 명세서에 개시된 분산 적응의 개념의 예시적인 구현을 도시한다. 반전된 각 분산 기여를 달성하기 위해, 신장기에서, 적어도 하나의 분산 요소 상의 상호 작용 영역들 사이에 렌즈 시스템(예를 들어, 망원경 장치(telescope set-up))이 제공될 수 있으며, 이에 따라 예시적으로 두 개의 투과성 격자들(7A', 7B')이 도 7에 도시된다. 압축기의 경우, 적어도 하나의 분산 요소는 대안적으로 반사 격자, 프리즘 또는 그리즘으로서 구성될 수 있다.
레이저 빔을 집속하는 장치는 팬 아웃된 스펙트럼 성분이 수렴하도록 제1 격자의 이미지를 생성한다. 예를 들어 두 개의 렌즈(51A, 51B)를 갖는 망원경 장치(51)가 도 7에 도시되어 있다. 평행 평면 플레이트로서 구성된 광학 요소(11')가 제2 격자(7B')의 전방에 망원경 장치(51) 후에 삽입된다. 도 1의 플레이트(11)와 같이, 상기 플레이트는 회전 가능하게 장착되며, 신장기 장치의 분산 거동을 적응시키기 위해 입사각에 관하여 조절될 수 있다.
도 1에서와 같이, 분산 조절 유닛(50)은 반사기 요소(9')로 폴딩되어 있다. 도 1의 압축기 장치와 대조적으로, 광학 요소(11')는 수렴된 팬 아웃 영역에 배열된다. 선택적으로 또는 추가적으로, 광학 요소는 제1 렌즈(51A)의 전방에 추가로 배치될 수 있다. 집속 장치는 또한 하나 이상의 렌즈 및/또는 거울을 포함할 수도 있다.
압축기 장치와 관련하여 전술한 분산 양태는 신장기 장치, 특히 펄스 지속 시간 및 펄스 형상의 조절을 위한 기능적 원리 및 가능한 애플리케이션으로 전환될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 신장기 및 압축기 장치에서 사용될 수 있는 광학 유닛에 대하여, 회전 가능하게 장착된 광학 요소의 추가 실시 예를 도시한다.
도 8a에서, 광학 쐐기 쌍(35)(이중 쐐기 구조)이 도입된다. 광학 쐐기는 예를 들어 극초단 광학 기기로부터 알려져 있다. 광학 쐐기 쌍(35)은 다중 쐐기 배열의 예이다. 쐐기(35A, 35B)는 예를 들면 동일하다. 광학 쐐기 쌍(35)은 광학 유닛(4)의 회전 가능한 광학 요소로서 사용될 수 있다. 쐐기(35A, 35B)는 각각 예각으로 수렴하는 2 개의 평면 측면을 갖는다. 쐐기의 측면 중 하나가 서로 평행한 광학 요소의 입사면(11A) 또는 출사면(11B)으로서 각각 작용하는 방식으로, 쐐기(35A, 35B)가 팬 아웃된 빔 경로에 배열된다. 다른 측면은 예를 들어 실질적으로 일정한 두께를 갖는 쐐기 사이에 얇은 에어 갭(37)을 형성한다.
쐐기(35A, 35B) 중 적어도 하나는 이동 가능하도록(화살표 39) (선형 슬라이딩 테이블 상에) 장착되고, 쐐기 쌍(35)의 두께는 쐐기(35A, 35B)의 삽입 위치에 따라 조절될 수 있고, 따라서 삽입은 분산 조절을 위한 추가 설정 변수로서 사용될 수 있다. 각도 설정은 전체 이중 쐐기(35)를 회전시킴으로써 조절된다(화살표 41A).
일부 실시 예에서, 이중 쐐기는 유리판의 특정 실시 예로서 사용될 수 있으며, 이에 따라 두 쐐기가 동일한 각도로 함께 회전될 수 있다.
다중 쐐기 장치는 또한 광학 요소의 기계적 회전이 요구되지 않는 실시 예를 생성하는 방식이다. 이는 아래에서 도 10과 관련한 예로서 설명된다. 기계적 이동을 필요로 하지 않는 다른 실시 예는 도 11과 관련하여 예를 들어 설명되며, 예를 들어, EOM 또는 복굴절 결정(birefringent crystal)을 갖는 굴절율의 변화에 예를 들어 기초한다.
회전 가능한 광학 요소를 갖는 광학 유닛으로 돌아가서, 도 8b는 각 분산이 초기 위치에서 본질적으로 변하지 않게 유지되는 다른 실시 예를 도시한다. 이 목적을 위해, 광학 유닛은 한 쌍의 동일한, 예를 들어 반대 방향으로(화살표 41B, 41B') 회전될 수 있는 평행 평면의 투과성 플레이트(43A, 43B)를 포함한다. 따라서, 제1 플레이트(43A)의 평행 오프셋은 제2 플레이트(43B)에 의해 (도 8b에 파선으로 도시된) 적절한 방향으로 보상될 수 있고, 따라서 이 위치에서 분산은 예를 들어, 플레이트(42A, 43B)의 격자 및 물질 분산 사이의 거리에 의해서만 결정된다.
도 8c는 상이한 두께 및/또는 물질의 두 개의 평행한 평면 플레이트(45A, 45B)의 추가 장치를 도시한다. 예를 들면, 분산 특성의 미세 조절을 위해 얇은 플레이트(45A)가 사용될 수 있고, 개략 조절을 위해 두꺼운 플레이트(45B)가 사용될 수 있다. 분산은 하나 또는 두 개의 플레이트(45A, 45B)를 회전시킴으로써 다시 설정된다(화살표 47A, 47B).
도 8a 내지 도 8c에 도시된 실시 예들은 함께 평행한 입사면 및 출사면을 제공하고 이에 따라 광학 유닛 앞뒤에서의 스펙트럼 전파 방향을 유지하는 복수의 광학 요소로 구성된 광학 유닛의 예이다.
분산 조절 유닛의 추가 구성은, 예를 들어, 2 쌍의 분산 요소를 갖는 폴딩되지 않은 장치를 포함하며, 하나의 광학 유닛은 팬 아웃된 영역 중 적어도 하나에 위치된다. 또한, 신장기 및 압축기 장치는 특히 광학 요소와 관련하여 서로 적응될 수 있다.
본 명세서에 제안된 분산 조절 유닛이 사용될 수 있는 레이저 시스템의 예는 예를 들어, 0.1μJ 이상의 펄스 에너지 및 예를 들어, 50 ps 이하의 범위의 펄스 지속 시간을 갖는 레이저 시스템을 포함한다. 그러한 레이저 시스템의 응용 분야는 유리 절단(예를 들어, 디스플레이 및 의료 제품의 절단), 마킹, 안과 수술과 같은 의료 응용, 주입 노즐의 천공 및 과학 실험의 수행을 포함한다.
여기에 개시된 개념에 기초하여, 분산 조절 방법은 도 9에 도시된 다음의 단계들을 포함할 수 있다.
각 분산 부분(angular dispersion portion)이 펄스화된 레이저 빔의 스펙트럼 패닝 및 결합에 의해 제공된다(단계 61). 펄스화된 레이저 빔의 팬 아웃된 영역에 광학 요소를 도입함으로써(단계 63), 각 분산 부분이 예를 들어, 평행 평면 플레이트, 다중 쐐기 구조, EOM 등을 통해 영향을 받는다. 특히, 도입된 광학 요소에 의한 물질 분산은 또한 분산 분석에서 고려될 수 있다. 예를 들어, 평행 평면 플레이트의 형태로 된 광학 요소가 회전 가능하게 장착되고, 이에 따라 레이저 빔에 대한 각 위치가 조절될 수 있다. 또한, 분산 조절 후에 레이저 펄스의 펄스 지속 시간이 측정되면(단계 65), 광학 요소는 예를 들어, 측정된 펄스 지속 시간의 함수로서 각 위치가 조절되어 분산을 조절할 수 있다(단계 67). 이는 특히 분산 조절 유닛에서 다양하게 결합 가능한 분산 기여로 인한 펄스 성형뿐만 아니라 펄스 지속 시간의 단축 또는 신장을 허용한다. 또한, 분산 조절은 각 분산 조절과 함께 또는 각도 분산 조절에 추가하여 수행될 수 있다.
또한, 제어 개념은, 예를 들어, 자기 위상 변조로 인하여 예를 들어, 분산 경계 조건이 요구 펄스 에너지의 함수로서 재현 가능하게 변화하는 시스템에서 구현될 수 있다, 제어 개념은 요구 펄스 에너지의 함수로서, 예를 들어, 광학 유닛, 예를 들어, 광학 요소의 각 위치 또는 EOM에 인가된 전압을 조절할 수 있다. 따라서, 상술된 펄스 지속 시간 측정은 펄스 에너지 파라미터의 제공에 의해 대체되거나 보완될 수 있다. 예를 들어, 1 rad보다 작은 B 적분 값을 갖는 펄스(본질적으로 자기 위상 변조를 갖지 않음)의 경우, 광학 요소로의 거의 직각의 입사가 설정될 수 있다. 펄스 에너지가 증가함에 따라, 광학 요소는 펄스 지속 시간에 대한 분산 효과를 보상하기 위해 회전된다.
또한, 전파 방향 및/또는 전파 길이를 변경하는 것은 개별 스펙트럼 성분의 전파에 관하여 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분의 평행 오프셋을 야기할 수 있다. 평행 오프셋은 입사각에 따라 다르다. 특히 각 분산 영역에서 생성된 분산을 변경하기 위해, 전파 방향 및/또는 전파 길이를 변화시키는 것은 광학 요소를 회전시킴으로써 및/또는 광학 요소의 두께 및/또는 굴절률 및/또는 회절 파라미터를 변화시킴으로써 야기될 수 있다.
상기 방법은 분산 적응 후 레이저 펄스의 펄스 지속 시간을 측정하는 단계, 및 특히 레이저 펄스를 단축 또는 신장하기 위해 분산의 적응을 위한 측정된 펄스 지속 시간의 함수로서 광학 요소 내의 전파 방향 및/또는 전파 길이, 특히 각 위치를 설정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 자기 위상 변조 분산 기여 파라미터, 특히 펄스 에너지 파라미터를 제공하는 단계, 및 특히 자기 이상 변조에 의해 초래된 레이저 펄스의 신장을 보상하기 위하여 자기 위상 변조 분산 기여 파라미터의 함수로서, 전파 방향 및/또는 전파 길이를 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
일반적으로, 광학 요소의 조절 디바이스는 펄스 지속 시간 의존성 측정 신호, 평균 펄스 전력 파라미터, 피크 펄스 전력 파라미터 및/또는 펄스 에너지 파라미터의 함수로서, 분산 조절 유닛의 분산 기여를 설정하도록 구성될 수 있다. 이것은 특히 분산 조절 유닛 전 및/또는 후의 광 빔 경로의 자기 위상 변조 분산 기여를 할당하기 위해 수행될 수 있다.
일부 실시 예에서, 광학 요소의 두께는, 예를 들어, 펄스 길이가 예를 들어, 격자 쌍의 거리 변화 없이 최소화될 수 있는 방식으로 선택될 수 있다. 일반적으로, 필요한 두께는 분산 조절 유닛의 상이한 광학 컴포넌트의 파라미터에 의존한다. 예를 들어, 필요한 두께는 격자의 수직 라인 간격에 의해 초래된 구현된 분산 각 패닝에 의존하고, 입사각(예를 들어, 유효 두께는 거의 수직인 입사 또는 예를 들어, 중심 파장에 대한 브루스터 각도에서의 경사 입사에 의해 영향을 받음)에 의존한다. 또한, 필요한 두께는 레이저 펄스의 지속 시간, 레이저 펄스의 스펙트럼 폭, 레이저 펄스 에너지, 광학 시스템이 자기 위상 변조를 갖는 경향 등과 같은 레이저 빔 파라미터에 의존한다.
도 10은 도 8b에 따른 이중 쐐기 구조(70)에 대해 예시적으로 도시된 다중 쐐기 구조의 두께의 변화가 광학 유닛 앞뒤에서의 개별 스펙트럼 성분의 전파에 관하여 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분의 입사각 의존성 평행 오프셋을 야기하는 것을 도시한다.
특히 2개의 두께에 대해, 쐐기(35A)의 입사면(11A)에 수직하지 않는 광경로(71)를 갖는 입사 스펙트럼 성분에 대해, 빔 오프셋은 입사면(11A)에 대한 법선(n)에 대한 각도 ε(≠ 0) 아래로 쐐기(35A, 35B)를 비스듬하게 통과하는 것에 의해 초래되고, 빔 오프셋은 이중 쐐기 구조(70)의 두께에 따라 달라진다. 이중 쐐기 구조(70)가 더 두껍게 설정될수록, 출사 광경로(73, 73')는 입사 광경로(71)에 대해 평행하게 더 멀리 변위된다. 각 분산 영역 내의 상이한 스펙트럼 성분이 서로 비스듬하게 내뻗는 광경로와 관련되기 때문에, 각도 ε은 변하고 평행 빔 옵셋도 변하므로, (도 10의 화살표(39)를 따른 변위로 인한) 광학 요소의 두께의 변화만이 각 분산의 변화를 유도하고 따라서 분산 조절을 가능하게한다. 또한, 위에서 설명한 바와 같이, 오프셋은 제2 상호 작용 영역과 후면 반사기(back reflector) 사이의 상이한 경로들 등과 같은 추가적인 위상 효과를 갖는다는 점에 유의해야 한다.
완전성을 위해, 당업자에게 공지되어 있고 요구되는 광학 조건이 충족되는 한 유추하여 구현될 수 있는 3 개 이상의 쐐기를 갖는 다중 쐐기 구조의 추가 실시 예가 지적된다.
추가 실시 예에서, 광학 요소가 광학 유닛(4)에 사용될 수 있고, 굴절률 및 복굴절과 같은 광학 요소의 광학 특성이 구체적으로 제어 가능하다.
도 11은 도 1에 도시된 것과 유사한 구조를 갖는 레이저 시스템(1')을 도시한다. 그러나, 플레이트(11) 대신에 전극(83)을 갖는 전기 광학 변조기(electro-optical modulator, EOM)(81)가 제공된다. 전극(83)에 인가되는 전압은 제어 디바이스(13)로 조절될 수 있다. 전압에 따라 EOM(81)에 특정 굴절률이 설정된다. 특정 굴절률은 각 분산 영역(8)에서 광경로(8A, 8B, 8C)를 결정한다. 전압, 따라서 굴절률을 변경하면 광경로도 또한 변경된다. 이것은 광경로(8A', 8B', 8C')에 의해 EOM(81)에 예시적으로 도시되어 있다. 예를 들어, EOM(81)의 전압 설정은 기계적 회전 또는 슬라이드-인 설정에 비해 분산을 더 빠르게 조절할 수 있다. 또한, 고정된 공간 통합으로 인해, 입사각에 최적화된 반사 방지 코팅을 사용할 수 있다. 나머지 컴포넌트들 및 광경로의 변화의 효과에 관해서는 전술한 설명을 참조한다.
아날로그 구성에서, 두 개의 음향 광 변조기의 장치를 광학 요소로 사용하여 광경로를 조절할 수 있다.
완전하게 하기 위해, 도 12는 예를 들어, 레이저 시스템(1 또는 1')의 분산 조절 유닛(5) 대신에 사용될 수 있는 분산 조절 유닛(5')을 도시한다. 분산 조절 유닛(5')은 압축기로서 예시적으로 구성되지만, 신장기로서 구성될 수도 있다. 그것은 본 명세서에서 개시된 분산 조절을 위한 광학 요소를 갖는 광학 유닛(4')을 갖는다. 예를 들어, 도 1에서와 같이, 분산 조절 유닛(5')은 전방으로 높이를 변위시키는 후면 반사기(back reflector)(9)를 포함한다. 편향 프리즘(9')을 통해 제2 폴딩이 일어나므로, 단지 하나의 분산 요소(7)가 요구된다. 이것은 제2 폴딩이 (하나의) 분산 요소(7) 상의 레이저 방사선과 분산 요소(7) 사이에서 공간적으로 분리된 상호 작용 영역을 제공할 수 있기 때문이다. 이것은 콤팩트한 광학 장치를 초래한다.
예시적인 실시 예는 레이저 광에 관하여, 특히 극초단 펄스 레이저의 확장된 스펙트럼 범위(일반적으로, 애플리케이션에 따라 200nm 내지 10㎛의 파장 범위)에서 설명되었다. 그러나, 각 분산 변동의 개념을 구현할 수 있다면 일반적으로 스펙트럼 폭을 갖는 전자기 방사선으로 사용이 전환 가능하다.
여기에 설명된 분산 조절 유닛의 실시 예는 또한 자유 빔 압축기 및/또는 신장기를 갖는 단일 또는 다중 패스 및/또는 발진기 시스템에서 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 실시 예들로부터 알 수 있는 바와 같이, 광학 요소는 예를 들어, 적어도 하나의 분산 요소에 대해 그 위치 및/또는 방향에서 적어도 하나의 분산 요소와 독립적으로 조절될 수 있다.
본 명세서에 기술된 실시 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 광학 요소, 특히 하나 이상의 평행 평면 (유리) 플레이트 또는 광학 쐐기는 특히 빔 통과 영역에서 바람직하게는 광학 요소 전체에 걸쳐 균일하게 형성된 굴절률을 갖는 물질로 구성된다. 굴절률의 균질성은, 예를 들어, 광학 요소가 회전될 때 물질의 굴절률의 변화에 의해 광의 편향이 영향을 받지 않도록 하는 것이다. 특히, 평행 오프셋은 광선이 대응하는 균질하게 제공된 굴절율을 갖는 평행 평면 (유리) 플레이트를 통과할 때 물질 자체의 굴절률의 변화에 의해 영향/방해받지 않는다.
본 설명 및/또는 청구범위에 개시된 모든 특징은 특허청구된 발명을 실시 예 및/또는 청구범위의 특징의 조성과 독립적으로 제한하려는 목적뿐 아니라 원래의 개시의 목적으로 서로 별개로 독립적으로 개시되는 의도라는 것이 명시적으로 언급된다. 모든 값 범위 또는 엔티티의 그룹의 표시는 특히 값 범위의 제한으로서 특허청구된 발명을 제한하는 목적뿐 아니라, 본 개시의 목적으로 모든 가능한 중간 값 또는 중간 엔티티를 개시한다고 명시적으로 언급된다.
1, 1' 극초단 펄스 시스템
3 레이저 펄스 소스
4, 4' 광학 유닛
5, 5' 분산 조절 유닛 - 압축기
6 입력 빔
7, 7A-B' 격자
8 각 분산 영역(팬-아웃 영역)
8A-C' 광경로
9, 9' 반사 요소, 편향 프리즘
10 출력 빔
10A 픽업 거울
11, 11' 플레이트, 광학 요소
11A 입사면
11B 출사면
13 제어 유닛
15 펄스 지속 시간 측정 디바이스
17 각도 조절 디바이스
17A 회전축
19 거울
21-27 분산 그래프
31, 33 세기 곡선
35 쐐기 쌍
35A-B 쐐기
37 에어 갭
39, 41A-B', 47A-B 화살표
43A-B, 45A-B 투과성 플레이트
50 분산 조절 유닛 - 신장기
51 망원경 장치
51A-B 렌즈
61-67 단계
70 이중 쐐기 구조
71, 73, 73' 광경로
81 EOM
83 전극
n 법선
β 위상 계수
φ 위상
δ 회전각
ε 각

Claims (26)

  1. 레이저 펄스에 대한 스펙트럼 폭을 갖는 전자기 방사선을 위한 분산 조절 유닛(5)에 있어서,
    하나 이상의 광학 격자, 프리즘 또는 그리즘을 포함하는 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)를 갖는 장치(arrangement) - 상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)는 각 분산(angular dispersion) 영역(8)에서 각 분산을 생성하기 위한 것이고, 상기 각 분산 영역(8)은 상기 전자기 방사선이 상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)와 상호 작용하는 제 1 상호 작용 영역 및 제 2 상호 작용 영역에 의해 경계가 정해지고,
    상기 전자기 방사선이 상기 제 1 상호 작용 영역에서 상호 작용한 이후, 상기 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분은 서로 비스듬하게 내뻗는 광경로(8A, 8B, 8C)를 따라 팬 아웃하고,
    상기 전자기 방사선이 상기 제 2 상호 작용 영역에서 상호 작용한 이후, 상기 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분의 상기 광경로(8A, 8B, 8C)는 평행해지고, 서로 변위되게 유지됨 -; 및
    상기 각 분산 영역(8)에 배열되고, 전자기 방사선 투과성 평행 평면 광학 플레이트(11)를 갖는 광학 유닛(4)
    을 포함하고,
    상기 전자기 방사선 투과성 평행 평면 광학 플레이트(11)는 서로 평행하게 배열된 평면 입사면(11A)과 평면 출사면(11B)을 갖고,
    상기 전자기 방사선 투과성 평행 평면 광학 플레이트(11)는 상기 전자기 방사선 투과성 평행 평면 광학 플레이트(11) 앞뒤에서의 상기 개별 스펙트럼 성분의 전파에 관하여 상기 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분의 입사각 의존성 평행 오프셋을 생성하는 것인 분산 조절 유닛(5).
  2. 레이저 펄스에 대한 스펙트럼 폭을 갖는 전자기 방사선을 위한 분산 조절 유닛(5)에 있어서,
    하나 이상의 광학 격자, 프리즘 또는 그리즘을 포함하는 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)를 갖는 장치(arrangement) - 상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)는 각 분산 영역(8)에서 각 분산을 생성하기 위한 것이고, 상기 각 분산 영역(8)은 상기 전자기 방사선이 상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)와 상호 작용하는 제 1 상호 작용 영역 및 제 2 상호 작용 영역에 의해 경계가 정해지고,
    상기 전자기 방사선이 상기 제 1 상호 작용 영역에서 상호 작용한 이후, 상기 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분은 서로 비스듬하게 내뻗는 광경로(8A, 8B, 8C)를 따라 팬 아웃하고,
    상기 전자기 방사선이 상기 제 2 상호 작용 영역에서 상호 작용한 이후, 상기 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분의 상기 광경로(8A, 8B, 8C)는 평행해지고, 서로 변위되게 유지됨 -; 및
    상기 각 분산 영역(8)에 배열되고, 상기 전자기 방사선을 투과시키는 광학 요소(11, 70, 81)를 갖는 광학 유닛(4)
    을 포함하고,
    상기 광학 요소(11, 70, 81)는 상기 광학 유닛(4) 앞뒤에서의 상기 개별 스펙트럼 성분의 전파에 관하여 상기 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분의 입사각 의존성 평행 오프셋을 생성하는 것인 분산 조절 유닛(5).
  3. 제2항에 있어서, 상기 광학 유닛(4)은 상기 개별 스펙트럼 성분의 평행 오프셋을 변경하도록 구성된 조절 디바이스(17, 83)를 더 포함하는 것인 분산 조절 유닛(5).
  4. 제3항에 있어서, 상기 광학 요소(11, 70, 81)는 서로 평행하게 배열된 평면 입사면(11A)과 평면 출사면(11B)을 가지거나,
    상기 조절 디바이스는 상기 평행 오프셋을 변경하기 위해 상기 각 분산 영역(8)에서 상기 광학 요소(11)의 공간 방향을 변경시키도록 구성되는 것인 분산 조절 유닛(5).
  5. 제3항에 있어서, 상기 광학 요소(70)는 다중 쐐기(wedge) 배열로서 구성되고,
    상기 조절 디바이스는 상기 평행 오프셋을 변경하기 위한 다중 쐐기 배열로서 형성된 상기 광학 요소(70)의 두께와 각 위치 중 적어도 하나를 변경하도록 구성되는 것인 분산 조절 유닛(5).
  6. 제3항에 있어서, 상기 광학 요소(81)는 전기 광학 변조기로서 구성되고,
    상기 조절 디바이스는 상기 평행 오프셋을 변경하기 위한 전기 광학 변조기로서 형성된 상기 광학 요소(81)의 굴절률을 변경하도록 구성되는 것인 분산 조절 유닛(5).
  7. 제3항에 있어서, 상기 광학 요소는 음향 광학 변조기들의 쌍으로서 형성되고,
    상기 조절 디바이스는 상기 평행 오프셋을 변경하기 위한 음향 광학 변조기들의 쌍으로서 형성된 상기 광학 요소의 회절 파라미터를 변경하도록 구성되는 것인 분산 조절 유닛(5).
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(11, 70, 81)는 입사면(11A)과 출사면(11B) - 상기 입사면(11A)과 상기 출사면(11B)은 서로 평행하게 연장되고, 서로 거리를 두고 배치됨 - 을 갖거나,
    상기 광학 요소(11, 70, 81)는, 상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)에 대한 빔 경로 내 위치와 방향 중 적어도 하나에 있어서 상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)와 독립적으로 조절 가능한 것인 분산 조절 유닛(5).
  9. 제8항에 있어서, 상기 개별 스펙트럼 성분의 광경로(8A, 8B, 8C)의 입사각과 출사각은 상기 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분에 대한 상기 입사면(11A)과 상기 출사면(11B)의 평행함에 기인하여 동일한 것인 분산 조절 유닛(5).
  10. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(11, 70, 81)는, 상기 광학 요소(11, 70, 81)의 각 위치(angular position)를 조절하기 위해 빔 경로에 대하여 회전 가능하게 장착되어, 상기 광경로(8A, 8B, 8C)의 입사각과 출사각이 상기 광학 요소(11, 70, 81)의 입사면(11A)과 출사면(11B)에 대하여 조절 가능하고, 상기 광학 요소(11, 70, 81)는 팬-아웃-평면(fan-out-plane)에 수직으로 내뻗는 회전 축(17A)을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 것인 분산 조절 유닛(5).
  11. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(11, 70, 81)는, 서로 비스듬하게 연장되는 광경로(8A, 8B, 8C)에 의해 펼쳐진 팬-아웃-평면에 수직으로 그리고 서로 평행하게 배열된 평면 입사면(11A)과 평면 출사면(11B)을 가지거나,
    상기 광학 요소(11, 70, 81)는 입사면(11A)과 상기 출사면(11B)을 갖고, 상기 입사면(11A)과 상기 출사면(11B) 중 적어도 하나는 반사 방지 코팅되어 있는 것인 분산 조절 유닛(5).
  12. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(11, 70, 81)는 적어도 하나의 평행 평면 플레이트(11, 43A, 43B, 45A, 45B) 또는 대향 변위 가능한 쐐기들(35A, 35B)의 쌍을 포함하고;
    상기 광학 요소(11, 70, 81)의 물질은 석영, YAG, 사파이어 또는 SF 10이거나, 적어도 0.1 mm의 두께를 갖는 것인 분산 조절 유닛(5).
  13. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(81)의 두께, 굴절률, 및 회절 파라미터 중 적어도 하나의 변경과, 상기 광학 요소(11, 70)의 회전 중 적어도 하나는, 상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)의 일정한 위치로 상기 분산 조절 유닛(5)에 의해 생성된 분산의 변경을 초래하는 것인 분산 조절 유닛(5).
  14. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조절 디바이스(17, 83)는, 상기 분산 조절 유닛(5)의 앞과 뒤 중 적어도 하나에서의 광학 빔 경로의 자기 위상 변조 분산 기여를 할당(assign)하기 위하여, 펄스 지속 시간 의존성 측정 신호, 펄스 전력 파라미터, 피크 펄스 전력 파라미터, 및 펄스 에너지 파라미터 중 적어도 하나에 의존하여 상기 분산 조절 유닛(5)의 분산 기여를 설정하도록 구성되는 것인 분산 조절 유닛(5).
  15. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)의 상호 작용 영역들 사이에서, 광학 망원경 장치(51)를 형성하기 위한 적어도 하나의 집속(focusing) 요소 - 상기 광학 요소(11, 70, 81)는 상기 집속 요소들 중 하나와 상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)의 인접한 상호 작용 영역 사이의 빔 경로 섹션에서 배열됨 -; 및
    한 방향으로 평행 변위를 갖는 상기 광경로(8A, 8B, 8C)의 후방 반사를 위한 반사 요소(9, 9') - 상기 반사 요소(9, 9')는 상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)의 상호 작용 영역들 사이에 배열됨 -
    중 적어도 하나를 더 포함하는 분산 조절 유닛(5).
  16. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학 요소(11, 70, 81)는, 상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B)의 상호 작용 영역들 사이의 빔 경로에서 회전 가능하게 장착되고 상기 광경로의 입사 및 입사각을 조절하기 위한 복수의 광학 요소를 포함하고,
    상기 복수의 광학 요소는 상기 빔 경로에서 동일한 방향 또는 반대 방향으로 비틀린 상태로 배열되는 것인 분산 조절 유닛(5).
  17. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 분산 요소(7, 7A, 7B) 및 상기 광학 유닛의 상호 작용 영역들을 되거치도록(back through) 빔 경로를 안내하기 위한 광학 폴딩 요소(9); 및
    상기 빔 경로에 대응하여 배열된 적어도 하나의 추가적인 분산 요소 및 광학 유닛의 제2 쌍의 상호 작용 영역들
    중 적어도 하나를 더 포함하는 것인 분산 조절 유닛(5).
  18. 레이저 시스템(1, 1')에 있어서,
    스펙트럼적으로 넓은 레이저 펄스를 생성하기 위한 레이저 펄스 소스(3), 및
    펄스 압축, 펄스 신장, 및 펄스 최적화 중 적어도 하나를 위한 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 분산 조절 유닛(5)
    을 포함하는 것인 레이저 시스템(1, 1').
  19. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 분산 조절 유닛(5)의 조절 디바이스(17, 83)를 설정하기 위한 제어 유닛(13)을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛(13)은, 상기 적어도 하나의 분산 조절 유닛(5)의 상기 광학 요소(11, 70, 81)의 각 위치, 굴절률, 두께, 및 회절 파라미터 중 적어도 하나를 설정하도록 구성되며,
    파라미터 세트가 상기 제어 유닛(13)에 저장되고, 상기 제어 유닛(13)을 통해 상기 조절 디바이스는 펄스 지속 시간 또는 펄스 에너지와 같은 애플리케이션에 대하여 제공된 파라미터를 설정하기 위해 대응적으로 작동되는 것인 레이저 시스템(1, 1').
  20. 제19항에 있어서,
    상기 조절 디바이스(17, 83)을 설정하기 위해 펄스 지속 시간 의존성 측정 신호를 상기 제어 유닛(13)에 출력하기 위한 펄스 지속 시간 측정 디바이스(15), 및
    상기 조절 디바이스(17, 83)를 구동하기 위해 상기 제어 유닛(13)에 자기 위상 변조 분산 기여를 제공하기 위한 펄스 에너지 파라미터 출력 디바이스(15)
    중 적어도 하나를 더 포함하는 것인 레이저 시스템(1, 1').
  21. 제18항에 있어서,
    증폭기 유닛
    을 더 포함하고,
    상기 분산 조절 유닛(5)은 펄스 신장을 위해 상기 증폭기 유닛의 상류에 배열되거나 또는 펄스 압축을 위해 상기 증폭기 유닛의 하류에 배열되고, 10 ps 이하의 펄스 지속 시간을 제공하도록 구성되는 것인 레이저 시스템(1, 1').
  22. 레이저 펄스를 위한 분산 조절 방법에 있어서,
    각 분산 영역(8)에서 펄스화된 레이저 빔을 스펙트럼적으로 패닝 아웃(fanning out) 및 결합함으로써 각 분산 부분을 제공하는 단계(단계 61);
    상기 각 분산 영역(8)에서 전자기 방사선을 투과시키는 광학 요소(11, 70, 81)를 제공하는 단계(단계 63) - 상기 광학 요소(11, 70, 81)는 상기 광학 요소(11, 70, 81)의 입사면(11A)에 대한 스펙트럼 성분의 입사각에 의존하는 상기 광학 요소(11, 70, 81)의 전파 방향을 각각 제공함 -; 및
    상기 광학 요소(11, 70, 81)에서의 전파 방향과 전파 길이 중 적어도 하나를 변경함으로써(단계 67), 스펙트럼 성분의 전파 방향을 유지하면서 상기 각 분산 부분에 영향을 미치는 단계
    를 포함하고,
    분산 조절 후에 레이저 펄스(65)의 펄스 지속 시간을 측정하는 단계(단계 65), 및
    상기 레이저 펄스를 단축 또는 신장시키기 위해, 분산을 적응시키기 위한 상기 측정된 펄스 지속 시간의 함수로서, 상기 광학 요소(11)의 전파 방향과 전파 길이 중 적어도 하나를 설정하는 단계
    를 더 포함하는 레이저 펄스를 위한 분산 조절 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 전파 방향과 상기 전파 길이 중 적어도 하나를 변경하는 단계(단계 67)는 개별 스펙트럼 성분의 전파에 관하여 상기 전자기 방사선의 개별 스펙트럼 성분의 입사각 의존성 평행 오프셋을 생성하는 것인 레이저 펄스를 위한 분산 조절 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 전파 방향과 전파 길이 중 적어도 하나를 변경하는 단계(단계 67)는 상기 각 분산 부분에서 생성된 분산을 변경하기 위하여, 상기 광학 요소(11)를 회전시킴으로써, 또는 상기 광학 요소(70, 81)의 두께, 굴절율, 및 회절 파라미터 중 적어도 하나를 변경함으로써 달성되는 것인 레이저 펄스를 위한 분산 조절 방법.
  25. 삭제
  26. 레이저 펄스를 위한 분산 조절 방법에 있어서,
    각 분산 영역(8)에서 펄스화된 레이저 빔을 스펙트럼적으로 패닝 아웃(fanning out) 및 결합함으로써 각 분산 부분을 제공하는 단계(단계 61);
    상기 각 분산 영역(8)에서 전자기 방사선을 투과시키는 광학 요소(11, 70, 81)를 제공하는 단계(단계 63) - 상기 광학 요소(11, 70, 81)는 상기 광학 요소(11, 70, 81)의 입사면(11A)에 대한 스펙트럼 성분의 입사각에 의존하는 상기 광학 요소(11, 70, 81)의 전파 방향을 각각 제공함 -; 및
    상기 광학 요소(11, 70, 81)에서의 전파 방향과 전파 길이 중 적어도 하나를 변경함으로써(단계 67), 스펙트럼 성분의 전파 방향을 유지하면서 상기 각 분산 부분에 영향을 미치는 단계
    를 포함하고,
    자기 위상 변조 분산 기여 파라미터를 제공하는 단계, 및
    자기 위상 변조에 의해 초래된 레이저 펄스의 신장을 보상하기 위하여, 상기 자기 위상 변조 분산 기여 파라미터의 함수로서 상기 전파 방향과 상기 전파 길이 중 적어도 하나를 변경하는 단계
    를 더 포함하는 레이저 펄스를 위한 분산 조절 방법.
KR1020197000884A 2016-06-15 2017-06-12 분산 조절 유닛 KR102341226B1 (ko)

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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018109405B3 (de) 2018-04-19 2019-07-11 Trumpf Laser Gmbh Pulslängenanpassungseinheit, Lasersystem und Verfahren zur Pulslängenanpassung eines Laserpulses
DE102020213122A1 (de) 2020-10-19 2022-04-21 Trumpf Laser Gmbh Optische Anordnung zur Pulskompression eines gepulsten Laserstrahls und Lasersystem
DE102021207334A1 (de) 2021-07-12 2023-01-12 Trumpf Laser Gmbh Pulsmodifikationsvorrichtung mit mindestens einer Pulsstreckungs- und/oder Pulskompressionseinrichtung
DE102021207332A1 (de) 2021-07-12 2023-01-12 Trumpf Laser Gmbh Pulsmodifikationsvorrichtung mit einer passiven Umsetzungseinrichtung zur Kompensation von Umgebungseinflüssen
WO2023143773A1 (de) 2022-01-25 2023-08-03 Trumpf Laser Gmbh Verfahren und lasersystem zum erzeugen von ultrakurzen laserpulsen mit stabilen pulsparametern

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080304127A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-11 Bojan Resan Non-fourier pulse-shapers including a combined pulse-shaper and pulse-compressor
WO2010028837A1 (de) * 2008-09-12 2010-03-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zum verstärken von lichtimpulsen
US20110255563A1 (en) * 2008-05-06 2011-10-20 Freie Universitaet Berlin Pulse shaper and laser with pulse shaper
DE102010018967A1 (de) * 2010-04-29 2011-11-03 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh Anordnung und Verfahren zur nichtlinearen Mikroskopie

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0731334B2 (ja) * 1986-10-20 1995-04-10 日本電信電話株式会社 光パルス圧縮装置
US5499134A (en) 1994-08-24 1996-03-12 Imra America Optical pulse amplification using chirped Bragg gratings
US5847863A (en) * 1996-04-25 1998-12-08 Imra America, Inc. Hybrid short-pulse amplifiers with phase-mismatch compensated pulse stretchers and compressors
US6272156B1 (en) * 1998-01-28 2001-08-07 Coherent, Inc. Apparatus for ultrashort pulse transportation and delivery
US6320191B1 (en) * 1998-03-27 2001-11-20 Picometrix, Inc. Dispersive precompensator for use in an electromagnetic radiation generation and detection system
JP3460960B2 (ja) * 1998-12-22 2003-10-27 理化学研究所 広帯域空間光位相変調器
US6555781B2 (en) * 1999-05-10 2003-04-29 Nanyang Technological University Ultrashort pulsed laser micromachining/submicromachining using an acoustooptic scanning device with dispersion compensation
FR2872592B1 (fr) 2004-07-02 2006-09-15 Thales Sa Chaine amplificatrice pour la generation d'impulsions lumineuses ultracourtes de durees d'impulsions differentes
US7684450B2 (en) * 2004-12-20 2010-03-23 Imra America, Inc. Pulsed laser source with adjustable grating compressor
US7822347B1 (en) 2006-03-28 2010-10-26 Raydiance, Inc. Active tuning of temporal dispersion in an ultrashort pulse laser system
JP2007267927A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Fujifilm Corp 光断層画像化方法および装置
CN2890991Y (zh) * 2006-04-12 2007-04-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 激光脉冲展宽与压缩装置
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
CN101231384B (zh) * 2008-02-26 2010-09-01 上海激光等离子体研究所 用于啁啾脉冲放大的自准直平面调制光谱调制整形装置
JP5702718B2 (ja) * 2008-05-30 2015-04-15 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 高次分散補償装置
JP5354653B2 (ja) * 2009-01-22 2013-11-27 国立大学法人電気通信大学 スペクトル位相補償方法及びスペクトル位相補償装置
US8780440B2 (en) 2009-08-03 2014-07-15 Lawrence Livermore National Security, Llc Dispersion compensation in chirped pulse amplification systems
FR2953945B1 (fr) * 2009-12-10 2011-12-30 Fastlite Dispositif pour la compensation de la dispersion temporelle appliquee a la generation d'impulsions lumineuses ultra breves.
US8824041B2 (en) * 2011-08-03 2014-09-02 Calmar Optcom, Inc. Reconfigurable repetition rate and energy chirped pulse amplification fiber laser
FR2998382B1 (fr) * 2012-11-19 2015-01-16 Fastlite Dispositif pour la compensation de dispersion temporelle applique a la generation d'impulsions lumineuses ultra breves.
US9306369B2 (en) * 2013-11-22 2016-04-05 Trumpf Laser Gmbh Wavelength selective external resonator and beam combining system for dense wavelength beam combining laser
CN105960742B (zh) 2014-02-03 2019-08-16 Ipg光子公司 高功率超短脉冲光纤激光器
EP2933882B1 (en) * 2014-04-14 2016-11-23 Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY Device and method for stretching or compressing laser pulses
CN104391416B (zh) * 2014-11-24 2017-02-01 深圳大学 一种中红外啁啾脉冲放大装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080304127A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-11 Bojan Resan Non-fourier pulse-shapers including a combined pulse-shaper and pulse-compressor
US20110255563A1 (en) * 2008-05-06 2011-10-20 Freie Universitaet Berlin Pulse shaper and laser with pulse shaper
WO2010028837A1 (de) * 2008-09-12 2010-03-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zum verstärken von lichtimpulsen
DE102010018967A1 (de) * 2010-04-29 2011-11-03 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh Anordnung und Verfahren zur nichtlinearen Mikroskopie

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